KR101119381B1 - 세포 특성 측정 장치 및 시스템과 이를 이용한 세포 특성 측정 방법 - Google Patents

세포 특성 측정 장치 및 시스템과 이를 이용한 세포 특성 측정 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101119381B1
KR101119381B1 KR1020090054405A KR20090054405A KR101119381B1 KR 101119381 B1 KR101119381 B1 KR 101119381B1 KR 1020090054405 A KR1020090054405 A KR 1020090054405A KR 20090054405 A KR20090054405 A KR 20090054405A KR 101119381 B1 KR101119381 B1 KR 101119381B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cell
electrode
thin film
stimulus
mechanical
Prior art date
Application number
KR1020090054405A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100136181A (ko
Inventor
구보성
김태윤
조영호
오용수
강성구
김상진
Original Assignee
한국과학기술원
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원, 삼성전기주식회사 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020090054405A priority Critical patent/KR101119381B1/ko
Priority to US12/544,098 priority patent/US8264245B2/en
Publication of KR20100136181A publication Critical patent/KR20100136181A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101119381B1 publication Critical patent/KR101119381B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
    • G01N33/48707—Physical analysis of biological material of liquid biological material by electrical means
    • G01N33/48735—Investigating suspensions of cells, e.g. measuring microbe concentration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 세포 특성 측정 장치 및 세포 특성 측정 시스템에 의하면 부피를 갖는 세포 수용부를 구비하기 때문에 3차원 세포의 특성을 측정하는 것이 가능하다. 또한, 세포의 전기적, 기계적, 광학적 특성을 수동적으로 측정하는 수동형 다중특성 측정, 또는 세포에 전기적, 기계적, 광학적 자극을 능동적으로 인가하고 이에 대한 세포의 전기적, 기계적, 광학적 반응을 측정하는 능동형 다중특성 측정이 가능하여 높은 신뢰도의 세포 다중특성 측정이 가능한 장점이 있다.
세포, 군집, 특성, 3차원

Description

세포 특성 측정 장치 및 시스템과 이를 이용한 세포 특성 측정 방법{DEVICE AND SYSTEM FOR MEASURING PROPERTIES OF CELLS AND METHOD OF MEASURING PROPERTIES OF CELLS USING THE SAME}
본 발명은 세포 특성 측정 장치 및 세포 특성 측정 방법에 관한 것이다.
본 발명은 세포 특성 측정 장치 및 세포 특성 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 세포의 임피던스 등을 포함한 전기적 특성이나, 변형성, 강성 등을 포함한 기계적 특성이나, 크기, 형광 등을 포함한 광학적 특성 등을 포함하는 다중특성을 분석함으로써 높은 신뢰도로 세포의 특성을 분석할 수 있는 세포 특성 측정 장치에 관한 것이다. 아울러, 이 발명에 따른 세포 특성 측정 장치를 이용하여, 전압을 포함한 전기적 자극이나, 압력을 포함한 기계적 자극이나, 또는 빛을 포함한 광학적 자극을 세포에 인가하고 그 반응을 분석함으로써 세포의 다중특성을 능동적으로 분석할 수도 있다.
일반적으로 세포의 물성 분석은 질병 진단이나 약물 효능/독성 검사에서 많이 수행된다. 특히 항암제의 효능을 분석하기 위해, 종래에는 시험관 내 방법 (In-Vitro)으로 암세포를 2차원적 단층 (Layer) 형태로 배양하여 항암제를 처리한 후 세포의 형광을 분석하는 광학적 방법이 주로 수행되어왔다. 그러나 2차원 단층 암세포는 실제 인체 내 3차원적 암조직의 특성을 반영하지 못해 2차원 단층 암세포를 대상으로 얻어진 항암제 효능 정보를 그대로 인체 내 (In-Vivo) 임상에 적용하기 힘들다. 따라서 실제 인체 내 3차원 암조직과 비슷하게 (In-Vivo Like) 암세포를 3차원 형태로 배양하여 항암제의 효능을 분석할 필요가 있다. 이에 따라 3차원으로 군집된 세포의 특성을 효과적으로 분석할 수 있는 세포 특성 측정 장치가 필요하며, 더 나아가 특성분석의 신뢰성을 높이기 위해 종래의 광학적 측정 방법 뿐만 아니라 광학적, 전기적, 기계적 특성 등을 포함한 다중특성을 종합적으로 측정할 수 있는 방법 또한 필요하다.
종래에는, 이러한 3차원 세포의 특성 측정을 위해 광학적 혹은 전기적 방법 중 어느 한 가지 방법만 이용하였다. 먼저 종래의 3차원 세포의 광학적 특성 측정 방법은 3차원 세포에 형광 프로브를 처리하고 형광 이미지를 공초점 현미경으로 측정하는 방법으로서, 공초점 현미경은 미국특허 제 4,863,226호, 제 5,022,743호, 제 5,032,720호 등에 공지되어 있다. 그러나 이 방법은 측정시간이 오래 걸리고, 형광 프로브의 포토 블리칭(Photo-bleaching) 영향으로 인해 장기간의 실시간 측정이 불가능하며, 형광 프로브의 생화학적 영향으로 인해 세포의 활성도에 영향을 주기 때문에 세포의 활성도를 장시간 유지하면서 세포 특성을 측정하기 어렵다. 또한, 세포의 다중특성이 아닌 광학적 특성만을 측정할 수 있어 신뢰도에 한계가 있다.
또한, 종래의 3차원 세포의 전기적 특성 측정 방법은 3차원 세포의 둘레에 전극을 설치하거나, 3차원 세포가 통과하는 오리피스를 두고 양 측면에 전극을 설치하여 3차원 세포의 임피던스 등 전기적 특성을 측정하는 방법으로서, 각각 미국특허 제 2004-0209351호와 제 2006-0199173호에 공지되어 있다. 그러나 이 방법들은 3차원 세포와 동일한 크기를 갖는 웰이나 3차원 세포보다 작은 크기의 오리피스를 이용하기 때문에 세포가 배양, 증식할 수 있는 공간이 없어 3차원 세포를 장기간 배양, 유지하면서 특성을 측정하기 어렵다. 또한, 세포의 다중특성이 아닌 전기적 특성만을 측정할 수 있어 신뢰도에 한계가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 3차원으로 군집된 세포의 전기적, 기계적, 광학적 특성을 포함한 다중특성을 측정할 수 있는 세포 특성 측정 장치 및 시스템의 구조, 및 세포 특성 측정 방법을 제안한다.
본 발명에 따른 세포 특성 측정 장치는, 유입부 및 유출부와 연결된 세포 수용부와, 상기 세포 수용부를 사이에 두고 배치된 제1 전극 수용부 및 제2 전극 수용부를 포함하는 웰; 상기 세포 수용부에 수용된 세포의 전기적 특성을 측정하거나 상기 세포에 전기적 자극을 인가하기 위해 상기 제1 전극 수용부에 형성된 제1 전극 및 상기 제2 전극 수용부에 형성된 제2 전극을 포함하는 전기적 특성 측정부; 및 상기 제1 전극 수용부와 상기 세포 수용부 사이 및 상기 제2 전극 수용부와 상기 세포 수용부 사이에 형성되고 그 각도를 조절함으로써 상기 세포 수용부 내의 전기장의 패턴을 삼차원적으로 조절할 수 있는 전기장 연결 유로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 웰은 상기 세포 수용부의 상부, 하부, 또는 상부 및 하부에 배치되어 세포의 기계적 특성을 측정하거나 세포에 기계적 자극을 인가하는 기계적 특성 측정부를 더 포함하는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상 기 세포 수용부에 대하여 대칭 또는 비대칭으로 배열된 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 제1 전극은 복수개의 제1 전극 유닛으로 이루어지고, 상기 제2 전극은 복수개의 제2 전극 유닛으로 이루어진 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 다각형 또는 원호형인 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 세포 수용부 내부에 형성된 접지 전극을 더 포함하는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 제1 전극 수용부 및 상기 제2 전극 수용부는 분할된 복수개의 공간으로 이루어진 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 기계적 특성 측정부는, 상기 웰의 상기 세포 수용부의 상부, 하부, 또는 상부 및 하부에 형성된 박막 구동 유로와 상기 박막 구동 유로와 상기 세포 수용부가 분리되도록 상기 박막 구동 유로와 상기 세포 수용부 사이에 배치된 박막을 포함하고, 상기 박막은 탄성적으로 형상 변형이 가능한 재질로 이루어진 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 웰의 외측 또는 상기 웰 내부의 세포 수용부에 배치되어 세포의 광학적 특성을 측정하거나 세포에 광학적 자극을 인가하는 광학적 특성 측정부를 더 포함하는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 박막은 상호 독립적 또는 상호 종속적으로 구동되는 복수의 박막 유닛으로 구성된 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 웰의 외측에 배치되며 상기 전기적 특성 측정부, 상기 기계적 특성 측정부 및 상기 광학적 특성 측정부를 제어하고, 상기 전기적 특성 측정부, 상기 기계적 특성 측정부 및 상기 광학적 특성 측정부에서 검출된 신호로부터 상기 세포 수용부 내부에 수용된 세포의 특성을 측정하는 회로부를 더 포함하는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 박막은 기체 또는 액체 투과성 재질로 이루어진 것에 있다.
본 발명에 따른 세포 특성 측정 시스템은, 복수개의 세포 특성 측정 장치가 직렬, 병렬 또는 이들의 조합으로 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 복수개의 세포 특성 측정 장치의 유입부가 병렬로 연결된 것에 있다.
본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 복수개의 세포 특성 측정 장치 중 어느 하나의 세포 특성 측정 장치의 유출부가 다른 하나의 세포 특성 측정 장치의 유입부에 직렬로 연결된 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 복수개의 세포 특성 측정 장치의 제1 전극 또는 제2 전극이 매트릭스형 또는 개별형으로 연결된 것에 있다.
본 발명에 따른 세포 특성 측정 방법은, (A) 유입부 및 유출부와 연결되며 부피를 갖는 세포를 수용하는 세포 수용부, 전기적 특성 측정부, 기계적 특성 측정 부, 및 광학적 특성 측정부를 포함한 세포 특성 측정 장치를 제공하는 단계; (B) 상기 세포 특성 측정 장치의 상기 세포 수용부에 세포를 유입하는 단계; 및 (C) 상기 세포의 기계적 특성, 전기적 특성 또는 광학적 특성을 복합적으로 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 (C) 단계 이전에 상기 세포 수용부에 수용된 세포에 기계자극, 전기자극, 광학자극 또는 이들의 조합을 인가하는 단계를 더 포함하는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 전기자극은 DC 자극, AC 자극, 또는 이들의 혼합 자극이고, 상기 기계자극은 정적 자극, 또는 동적 자극이고, 상기 광학자극은 정적 자극, 또는 동적 자극인 것에 있다.
본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 전기적 특성은 저항, 커패시턴스, 또는 임피던스이고, 상기 기계적 특성은 강성, 변형성 또는 푸아송의 비이고, 상기 광학적 특성은 형광, 발광, 흡광, 형광, 개수, 또는 크기인 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 전기적 특성 측정부는 상기 세포 수용부에 수용된 세포의 광학적 특성을 측정하거나 상기 세포에 광학적 자극을 인가하기 위해 상기 제1 전극 수용부에 형성된 제1 전극 및 상기 제2 전극 수용부에 형성된 제2 전극을 포함하는 구성이고, 상기 제1 전극은 복수개의 제1 전극 유닛으로 이루어지고, 상기 제2 전극은 복수개의 제2 전극 유닛으로 이루어지며, 상기 전기자극은 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극에 공통으로 인가되거나, 상기 제1 전극 유닛 또는 상기 제2 전극 유닛에 개별적으로 인가되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 기계적 특성 측정부는, 상기 세포 수용부의 상부, 하부, 또는 상부 및 하부에 형성된 박막 구동 유로와 상기 박막 구동 유로와 상기 세포 수용부가 분리되도록 상기 박막 구동 유로와 상기 세포 수용부 사이에 배치된 박막을 포함하여 구성되고, 상기 박막은 상호 독립적 또는 상호 종속적으로 구동되는 복수의 박막 유닛으로 이루어지며, 상기 기계 자극은 박막 전체에 인가되는 박막 공통 자극, 각각의 박막 유닛에 개별적으로 인가되는 박막 개별 자극, 또는 이들의 조합인 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 기계자극은 상기 박막 구동 유로의 내부 압력을 조절함으로써 박막을 탄성적으로 형상 변형하여 인가되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 박막을 통해 상기 세포 수용부에 세포 배양환경 조성을 위한 기체를 투입하는 것에 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 세포 특성 측정 장치 및 세포 특성 측정 시스템에 의하면 부피를 갖는 세포 수용부를 구비하기 때문에 3차원 세포의 특성을 측정하는 것이 가능하다.
또한 다양한 방식으로 세포에 전기적, 기계적, 광학적 자극을 인가할 수 있기 때문에 세포의 특성을 다각도로 측정할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 세포 특성 측정 장치 및 시스템과 이를 이용한 세포 특성 측정 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 첨부된 도면의 전체에 걸쳐, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면부호로 지칭되며, 중복되는 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 상부, 하부 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세포 특성 측정 장치의 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 세포 특성 측정 장치를 절단선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 세포 특성 측정 장치는 세포 수용부(150)와 전극 수용부(171, 173)를 포함하는 웰(100)과 세포 수용부(150)에 수용된 세포의 전기적 특성을 측정하거나 세포에 전기적 자극을 인가하기 위해 전극 수용부(171, 173)에 형성된 전극(310, 330)을 포함하는 구성이다.
웰(100)은 유입부(110)와 유출부(130)를 갖는 세포 수용부(150), 및 전극 수용부(171, 173)가 마련된 외각 구조물이다. 웰(100)은 단일 몸통으로 이루어진 구조가 될 수 있지만 별도의 세포 수용부(150)와 전극 수용부(171, 173)가 결합된 구조가 될 수도 있다.
이러한 웰(100)은 생체 친화성 재질 이루어지며 예를 들면, PDMS, PMMA, 생체 친화성 플라스틱, 유리계 소재 등으로 이루어질 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 웰(100)의 표면에는 세포 고정을 막는 표면처리층 또는 세포 고정을 위한 단백질 표면처리층이 형성된다.
여기서 세포 수용부(150)는 웰(100) 내부에 형성된 3차원 공간으로서 측정 대상물인 세포가 위치하는 영역이다. 세포 수용부(150)는 웰(100) 외부와 연통하는 유입부(110) 및 유출부(130)와 연결되어 있다. 유입부(110) 및 유출부(130)는 세포, 배양액 등이 세포 수용부(150)로 유입 및 유출할 수 있는 경로를 제공한다. 예를 들면 유입부(110) 및 유출부(130)는 웰(100)에 형성된 홀 또는 웰(100) 외부로 연장된 중공의 관 형태일 수 있다.
세포 수용부(150)의 형상은 특별히 제한적이지 않다. 도 1에 도시된 바와 같이, 세포 수용부(150)의 형상은 원형이 될 수 있으며 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 다각형이 될 수 있다.
여기서 전극 수용부(171, 173)는 세포의 전기적 특성을 측정하거나 세포에 전기적 자극을 인가하기 위한 전극(310, 330)이 배치되도록 웰(100) 내부에 마련된 공간이다. 웰(100)은 세포 수용부(150)를 사이에 두고 배치된 적어도 2개의 전극 수용부(171, 173) 즉, 제1 전극 수용부(171) 및 제2 전극 수용부(173)를 포함한다.
전극 수용부(171, 173)는 세포 수용부(150)와 특별히 구별되는 공간에 형성될 필요는 없지만, 전극 수용부(171, 173)와 세포 수용부(150) 사이에는 전기장 연결 유로(190)가 형성된 격벽이 존재하는 것이 바람직하다. 즉, 제1 전극 수용부(171)와 세포 수용부(150) 사이 및 제2 전극 수용부(173)와 세포 수용부(150) 사이에 형성된 전기장 연결 유로(190)가 형성되어 있다.
상기 전기장 연결 유로(190)는 복수개(190a, 190b, 190c)의 집합체가 될 수 있다. 전기장 연결 유로(190)에 의해 세포 수용부(150)에 균일한 전기장을 인가하는 것이 가능하며, 전기장 연결 유로(190)의 각도를 조절함으로써 세포 수용부 내의 전기장의 패턴을 삼차원적으로 조절할 수 있다. 도 5에 개시된 전기장 연결 유로(190)의 방향과 도 27에 개시된 전기장 연결 유로(190)의 방향이 일부 다르고 다양한 방식으로 전기장 연결 유로(190)의 각도를 조절할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
이러한 전극 수용부(171, 173)의 형상은 특별히 제한적이지 않으며, 도 4에 도시된 바와 같이 원호형 형상이 될 수 있다. 또한, 제1 전극 수용부(171) 및 제2 전극 수용부(173)는 도 5에 도시된 바와 같이, 분할된 복수개의 공간으로 이루어질 수 있다. 여기에서는 제1 전극 수용부(171)가 세 개의 공간(171a, 171b, 171c)으로 분할되고 제2 전극 수용부(173)가 세 개의 공간(173a, 173b, 173c)으로 분할된 것이 예시된다.
전기적 특성 측정부는 세포 수용부(150)에 수용된 세포의 전기적 특성을 측정하거나 세포에 전기적 자극을 인가하기 위한 구성으로서, 본 실시예에 따른 세포 특성 측정 장치는 제1 전극 수용부(171)에 형성된 제1 전극(310) 및 제2 전극 수용부(173)에 형성된 제2 전극(330)을 포함하는 구성이다. 바람직하게는 제1 전극(310) 및 제2 전극(330)은 금, 은, 구리, 니켈 등의 전기 전도성 금속으로 이루어진다.
이러한 제1 전극(310) 및 제2 전극(330)의 형상은 특별히 제한적이지 않다. 도 1에 도시된 바와 같이 제1 전극(310) 및 제2 전극(330)은 다각형 형상이거나 도 4에 도시된 바와 같이, 원호형 형상일 수 있다.
또한 제1 전극(310) 및 제2 전극(330)의 배치 역시 제한적이지 않으며, 세포 수용부(150)에 대하여 대칭 또는 비대칭으로 배열될 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 전극(310) 및 제2 전극(330)이 평면도 상에서 x축 및 y축에 대해서 대칭적으로 배치되거나, 도 7에 도시된 바와 같이, x축에 대해서는 대칭이지만 y축에 대해서는 비대칭적으로 배치되거나, 도 8에 도시된 바와 같이, x축에 대해서는 비대칭이지만 y축에 대해서는 대칭적으로 배치되거나, 또는 도 9에 도시된 바와 같이, x축 및 y축에 대해서 비대칭적으로 배치되는 모든 형태가 가능하다.
제1 전극(310) 및 제2 전극(330)은 단면도 상에서도 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 수용부(171, 173)의 하부에 형성되거나, 도 10에 도시된 바와 같이, 전극 수용부(171, 173)의 상부에 형성되거나, 도 11에 도시된 바와 같이, 전극 수용부(171, 173)의 상부 및 하부에 형성되거나 또는 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 전극(310)은 제1 전극 수용부(171)의 상부에 제2 전극(330)은 제2 전극 수용부(173)의 하부에 비대칭적으로 형성된 형태로 실시 가능하다.
상술한 바와 같은 제1 전극(310) 및 제2 전극(330)은 단일체일 수 있으나, 복수개의 전극 유닛의 집합체로 구성될 수도 있다. 즉, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 전극(310)은 복수개의 제1 전극 유닛(310a, 310b, 310c)으로 이루어지고, 제2 전극(330)은 복수개의 제2 전극 유닛(330a, 330b, 330c)으로 이루어질 수 있다. 이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 전극 수용부(171) 및 제2 전극 수용부(173)가 복수개의 분할된 공간으로 이루어지는 경우 제1 전극 유닛(310a, 310b, 310c) 및 제2 전극 유닛(330a, 330b, 330c) 역시 분할된 공간에 각각 배치될 수 있다.
한편, 세포 수용부(150) 내부에는 접지 전극(350)이 형성된 것이 바람직하다. 접지 전극(350)은 세포 수용부(150)를 감싸는 폐곡선 형상인 것이 바람직하고,예를 들면, 원형, 다각형 형상이 될 수 있다. 이러한 접지 전극(350)은 세포 수용부(150)의 상부, 하부 또는 상부 및 하부에 배치될 수 있다.
상술한 바와 같은 세포 특성 측정 장치는 세포 수용부(150)의 상부, 하부, 또는 상부 및 하부에 배치되어 세포의 기계적 특성을 측정하거나 세포에 기계적 자극을 인가하는 기계적 특성 측정부를 더 포함할 수 있다.
기계적 특성 측정부는, 바람직하게는 웰(100)의 세포 수용부(150)의 상부, 하부, 또는 상부 및 하부에 형성된 박막 구동 유로(510)와 박막 구동 유로(510)와 세포 수용부(150)가 분리되도록 박막 구동 유로(510)와 세포 수용부(150) 사이에 배치된 박막(530)을 포함하여 구성될 수 있다.
박막 구동 유로(510)는 웰(100)의 세포 수용부(150)의 상부, 하부, 또는 상부 및 하부에 형성된 공동 형태의 구성이며, 도시되지 않은 박막 구동 제어부에 연결되어 있다. 후술하는 바와 같이, 박막 구동 유로(510)는 구동하는 박막(530)의 형상을 결정하는 요인이 된다.
박막(530)은 탄성적으로 형상 변형이 가능한 재질로 이루어지며 형상이 변하면서 세포에 기계적 자극을 인가하거나 세포의 기계적 특성을 측정하는 구성이다. 도 2에는 편의상 박막(530)과 웰(100)이 일체형으로 이루어진 것으로 도시하였으나, 박막(530)과 웰(100)은 서로 구별되는 별개의 구성요소로 이루어진 것일 수 있다. 박막(530)은 예를 들어, PDMS, 천연 고무 혹은 합성 폴리머 라텍스, 연성 및 경성 고무 또는 플라스틱과 같은 탄성막(elastomeric membrane, deformable membrane)이 될 수 있으며, 바람직하게는 세포 수용부(150)의 세포 배양환경 조성을 위해 기체 또는 유체 투과성 재료로 이루어진다.
박막(530)의 형상 변형 방식은, 특별히 제한적이지 않으며, 유압식, 공압식, 압전구동식, 열구동식, 정전기력 구동식, 또는 전자기력 구동식이 될 수 있다. 본 실시예에서는 공압식을 이용한 박막(530) 변형 방식을 사용한다. 즉, 박막 구동 유로(510)에 기체를 투입하면 박막 구동 유로(510) 내의 내부압력이 증가하게 되며 이에 따라 박막(530)이 탄성적으로 늘어나게 된다. 박막(530)이 탄성적으로 늘어나면서 세포 수용부(150)에 수용된 세포에 압력을 가하는 방식으로 세포에 기계자극을 인가하게 된다. 역으로 세포의 거동에 의한 박막(530)의 유동을 검출하여 세포 의 기계적 특성을 측정할 수 있다. 박막(530)의 변형량은 박막(530)의 두께 및 박막 구동 유로(510)의 단면적 및 폭을 조절하여 제어할 수 있다.
상술한 실시예에서는 하나의 박막 구동 유로(510)가 웰(100)의 상부에 형성된 것에 대해서 서술하였으나, 박막(530) 및 박막 구동 유로(510)는 도 14에 도시된 바와 같이 웰(100)의 하부에 형성될 수 있으며, 또는 도 15에 도시된 바와 같이, 웰(100)의 상부 및 하부 모두에 형성될 수 있다.
이러한 박막(530)의 형상은 제한적이지 않다. 박막 구동 유로(510)의 형상이 유동하는 박막(530)의 형상에 영항을 주며, 박막(530)은 도 16에 도시된 바와 같이 원형 또는 도 17에 도시된 바와 같이 다각형이 될 수 있고, 또는 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이 환형(링)이 될 수 있다. 이때 도 20에 도시된 바와 같이 웰(100)의 상부에 형성되는 박막(530)과 하부에 형성된 박막(530)의 형상을 다르게 구성하는 것도 가능하다.
한편, 도 21에 도시된 바와 같이 박막(530)은 상호 독립적 또는 상호 종속적으로 구동되는 복수의 박막 유닛(530a, 530b, 530c, 530d)으로 구성될 수 있다. 각각의 박막 유닛(530a, 530b, 530c, 530d)이 상호 독립적으로 구동되기 위해서는 각 박막 유닛(530a, 530b, 530c, 530d)에 해당하는 박막 구동 유로(510)가 독립적으로 구비되어야 한다. 박막(530)이 복수의 박막 유닛(530a, 530b, 530c, 530d)으로 구성된 경우가 단일 박막(530)을 사용하는 경우보다 세포의 기계적 특성을 정밀하게 측정할 수 있으며, 다양한 기계자극을 인가할 수 있어 바람직하다.
광학적 특성 측정부(700)는 웰(100)의 외측 또는 웰(100) 내부의 세포 수용 부(150)에 배치되어 세포의 광학적 특성을 측정하거나 세포에 광학적 자극을 인가하는 구성이다. 광학적 특성 측정부(700)는 파장, 광량, 또는 이들의 조합이 조절된 광학적 자극을 세포에 인가하거나 세포의 광학적 특성의 측정이 가능한 구성이다. 광학적 특성 측정부(700)는 공지의 기술에 의해 실시되므로 여기에서는 광학적 특성 측정부(700)의 구체적인 구성에 대한 상세한 서술은 생략한다.
회로부(900)는 웰(100)의 외측에 배치되며 전기적 특성 측정부, 기계적 특성 측정부 및 광학적 특성 측정부를 제어하고, 전기적 특성 측정부, 기계적 특성 측정부 및 광학적 특성 측정부에서 검출된 신호로부터 세포 수용부(150) 내부에 수용된 세포의 특성을 분석 및 측정하는 구성이다. 예를 들면 회로부(900)는 특성화된 전자기기 또는 컴퓨터가 될 수 있다.
상술한 바와 같은, 세포 특성 측정 장치를 단일 유닛으로 사용하는 것도 가능하지만, 복수의 세포 특성 측정 장치를 연결하여 세포 특성 측정 시스템으로 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 복수개의 세포 특성 측정 장치가 직렬, 병렬 또는 이들의 조합으로 연결된 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 시스템이 사용될 수 있다.
도 22에는 하나의 세포 특성 측정 장치의 유출부(130)가 다른 하나의 세포 특성 측정 장치의 유입부(110)에 직렬로 연결된 세포 특성 측정 시스템이 도시되고, 도 23에는 복수개의 세포 특성 측정 장치의 유입부(110)가 병렬로 연결된 세포 특성 측정 시스템이 도시된다. 이외에도 도 24에 도시된 바와 같이, 세포 특성 측 정 장치를 직렬 또는 병렬로 조합하여 연결하여 세포 특성 측정 시스템을 구성하는 것도 가능하다.
복수개의 세포 특성 측정 장치를 포함하는 세포 특성 측정 시스템의 경우 각각의 세포 특성 측정 장치에 포함된 제1 전극(310) 및 제2 전극(330)의 연결 형태 역시 다양하게 구성할 수 있다. 즉, 복수개의 세포 특성 측정 장치에 포함된 전극(310, 330)에 각각 개별적으로 전원을 제공하는 것도 가능하지만 제1 전극(310) 또는 제2 전극(330)이 직렬 또는 병렬로 연결되도록 세포 특성 측정 시스템을 구성할 수 있다.
도 25에는 복수의 제1 전극(310)이 각 행에 배치된 전원(1310a, 1310b, .... 1310n)에 공통으로 연결되고 복수의 제2 전극(330)이 각 열에 배치된 전원(1330a, 1330b, .... 1330n)에 공통으로 연결된 매트릭스형 연결형태가 예시적으로 도시되며, 도 26에는 복수의 제1 전극(310)이 각 열에 배치된 전원(2310a, 2310b, .... 2310n)에 직렬로 연결되고, 복수의 제2 전극(330)이 각각 별도의 전원에 연결된 개별연결 형태가 예시적으로 도시된다. 이외에도 도시하지는 않았지만 제1 전극(310) 및 제2 전극(330)을 모두 개별연결형태로 구성하거나, 제1 전극(310)을 개별 연결하고 제2 전극(330)을 공통연결하는 형태로 구성하는 것도 가능할 것이다.
상술한 바와 같은 세포 특성 측정 장치 및 세포 특성 측정 시스템에 의하면 부피를 갖는 세포 수용부(150)를 구비하기 때문에 3차원 세포의 특성을 측정하는 것이 가능하다.
또한 다양한 방식으로 세포에 전기적, 기계적, 광학적 자극을 인가할 수 있 기 때문에 세포의 특성을 다각도로 측정할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 도 27 내지 도 36을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세포 특성 측정 방법을 상세하게 서술한다.
먼저, 유입부(110) 및 유출부(130)와 연결되며 부피를 갖는 세포를 수용하는 세포 수용부(150), 전기적 특성 측정부, 기계적 특성 측정부, 및 광학적 특성 측정부(700)를 포함한 세포 특성 측정 장치를 제공하는 단계이다. 세포 특성 측정 장치의 구성은 상술한 바와 같으므로 여기에서는 서술을 생략한다.
다음, 세포 특성 측정 장치의 세포 수용부(150)에 세포를 유입한다. 세포 수용부(150)에 세포가 유입된 이후에 세포를 배양하여 세포 군집물체를 형성하는 단계를 더 수행하는 것이 가능하며, 이때 박막 구동 유로(510)에 CO2 가스를 충전하여 세포 웰(100) 내부의 pH 또는 기체 분압 분포를 조절하는 등 세포 배양에 필요한 환경을 조성할 수 있다. 이 경우 박막(530)은 기체 투과성 재질로 이루어진 것을 사용한다.
다음, 세포의 기계적 특성, 전기적 특성 또는 광학적 특성을 복합적으로 측정한다. 세포의 특성 측정은 세포의 외부 자극의 인가 없이 세포의 특성을 측정하는 수동형 측정 방식과 세포에 외부 자극의 인가하고 이에 대한 세포의 특성을 측정하는 능동형 측정 방식이 사용될 수 있다.
여기에서는 세포에 기계자극, 전기자극, 광학자극 또는 이들의 조합을 인가 하고 이에 대한 세포의 특성을 측정하는 능동형 측정방식을 상세하게 서술하며, 수동형 측정 방식은 능동형 측정 방식에서 자극의 인가를 삭제한 방식으로 이해될 수 있을 것이다.
전기자극은 DC 자극, AC 자극, 또는 이들의 혼합 자극이 될 수 있으며, 전기적 특성 측정 항목은 예를 들면, 저항, 커패시턴스, 또는 임피던스이다. 본 실시예에서 사용되는 세포 특성 측정 장치는 세포 수용부(150)를 사이에 두고 배치된 제1 전극 수용부(171) 및 제2 전극 수용부(173)를 포함하며, 이때, 전기적 특성 측정부는 세포 수용부(150)에 수용된 세포의 전기적 특성을 측정하거나 세포에 전기적 자극을 인가하기 위해 제1 전극 수용부(171)에 형성된 제1 전극(310) 및 제2 전극 수용부(173)에 형성된 제2 전극(330)을 포함하여 구성된다.
따라서, 예를 들면, 제1 전극(310)에 양극을 인가하고 제2 전극(330)에 음극을 인가하여 세포 수용부(150) 내에 전기장을 형성하여 세포에 전기자극을 가할 수 있다. 이때 전원은 도 27에 도시된 바와 같이, 직류 전원일 수 있으며 또는 도 28에 도시된 바와 같이 교류 전원일 수 있다.
이때, 제1 전극(310)이 복수개의 제1 전극 유닛(310a, 310b, 310c)으로 이루어지고, 제2 전극(330)은 복수개의 제2 전극 유닛(330a, 330b, 330c)으로 이루어진 경우에는 도 29에 도시된 바와 같이, 전극 유닛에 공통 전원을 인가하는 방식 또는 도 30에 도시된 바와 같이 각각의 전극 유닛에 개별적으로 전원을 인가하는 방식으로 다양한 전기자극을 줄 수 있다.
한편, 전기자극 인가 방식을 역으로 이용하면 전극(310, 330)에 인가되는 전 위차를 검출하여 세포의 전기적 특성을 측정할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
기계자극은 정적 자극, 또는 동적 자극일 수 있으며, 기계적 특성 측정 항목은 예를 들면, 강성, 변형성 또는 푸아송의 비(Poisson ratio)이다. 본 실시예에 따른 기계적 특성 측정부는, 세포 수용부(150)의 상부, 하부, 또는 상부 및 하부에 형성된 박막 구동 유로(510)와 박막 구동 유로(510)와 세포 수용부(150)가 분리되도록 박막 구동 유로(510)와 상기 세포 수용부(150) 사이에 배치된 박막(530)을 포함하여 구성된다.
따라서, 박막 구동 유로(510)의 내부 압력을 조절함으로써 박막(530)을 탄성적으로 형상 변형하여 세포에 기계자극을 인가할 수 있다. 이때, 도 31에 도시된 바와 같이 박막 구동 유로(510)의 압력을 유지하면서 정적 기계자극을 주는 방식 또는 도 32에 도시된 바와 같이, 박막 구동 유로(510)의 압력을 변화시키면서 동적 기계자극을 주는 방식이 적용될 수 있다.
박막(530)의 형상 및 위치를 변경하거나, 박막(530)을 상호 독립적 또는 상호 종속적으로 구동되는 복수의 박막 유닛(530a, 530b, 530c, 530d)으로 구성하여 세포에 보다 다양한 기계자극을 인가할 수 있다. 도 33에는 복수의 박막 유닛(530a, 530b, 530c, 530d)에 동일한 구동력을 제공한 박막(530) 공통 자극 인가 방식이 예시되고, 도 34에는 복수의 박막 유닛(530a, 530b, 530c, 530d)에 개별적으로 구동력을 제공한 박막(530) 개별 자극 인가 방식이 예시된다.
한편, 기계자극 인가 방식을 역으로 이용하면 박막(530)에 인가되는 압력 또는 박막 구동 유로(510)의 압력 변화량을 검출하여 세포의 기계적 특성을 측정할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 세포의 특성 측정 단계에서도 박막(530)을 통해 세포 수용부(150)에 세포 배양환경 조성을 위한 기체를 투입하는 것이 가능함을 밝혀둔다.
광학자극은 정적 자극, 또는 동적 자극일 수 있으며, 광학적 특성 측정 항목은 예를 들면, 형광, 발광, 흡광, 개수 또는 크기이다. 광학적 특성 측정부(700)는 파장, 광량, 또는 이들의 조합이 조절된 광학적 자극을 세포에 인가하거나 세포의 광학적 특성의 측정이 가능한 구성이다.
광학적 자극 인가 방식은 도 35에 도시된 바와 같이 광학적 자극량을 유지하면서 정적 자극을 주는 방식 또는 도 36에 도시된 바와 같이, 광학적 자극량을 변화시키면서 동적 자극을 주는 방식이 적용될 수 있다.
상술한 전기적 특성 측정부, 기계적 특성 측정부 및 광학적 특성 측정부의 구동은 회로부(900)에 의해 제어되며, 또한 세포의 전기적, 기계적, 광학적 특성이 회로부(900)에서 측정된다.
상술한 바와 같은 세포 특성 측정 방법에 의하면, 전기적, 기계적, 광학적 또는 이들이 조합된 자극에 대한 세포의 전기적, 기계적, 광학적 특성을 복합적으로 측정할 수 있는 장점이 있다.
한편 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세포 특성 측정 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 세포 특성 측정 장치를 절단선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 세포 수용부의 형상이 원형인 세포 특성 측정 장치의 평면도이다.
도 4는 제1 전극 및 제2 전극의 형상이 원호형인 세포 특성 측정 장치의 평면도이다.
도 5는 제1 전극 수용부 및 제2 전극 수용부가 분할된 복수개의 공간으로 이루어진 세포 특성 측정 장치의 평면도이다.
도 6은 제1 전극 및 제2 전극이 평면도 상에서 x축 및 y축에 대해서 대칭적으로 배치된 세포 특성 측정 장치의 평면도이다.
도 7은 제1 전극 및 제2 전극이 평면도 상에서 x축에 대해서는 대칭이지만 y축에 대해서는 비대칭적으로 배치된 세포 특성 측정 장치의 평면도이다.
도 8은 제1 전극 및 제2 전극이 평면도 상에서 x축에 대해서는 비대칭이지만 y축에 대해서는 대칭적으로 배치된 세포 특성 측정 장치의 평면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제1 전극 및 제2 전극이 평면도 상에서 x축 및 y축에 대해서 비대칭적으로 배치된 세포 특성 측정 장치의 평면도이다.
도 10은 제1 전극, 제2 전극 및 접지전극이 전극 수용부의 상부에 형성된 세포 특성 측정 장치의 단면도이다.
도 11은 제1 전극, 제2 전극 및 접지전극이 전극 수용부의 상부 및 하부에 형성된 세포 특성 측정 장치의 단면도이다.
도 12는 제1 전극은 제1 전극 수용부의 상부에 제2 전극은 제2 전극 수용부의 하부에 비대칭적으로 형성된 세포 특성 측정 장치의 단면도이다.
도 13은 제1 전극이 복수개의 제1 전극 유닛으로 이루어지고, 제2 전극이 복수개의 제2 전극 유닛으로 이루어진 세포 특성 측정 장치의 평면도이다.
도 14는 박막 및 박막 구동 유로가 웰의 하부에 형성된 세포 특성 측정 장치의 단면도이다.
도 15는 박막 및 박막 구동 유로가 웰의 상부 및 하부에 형성된 세포 특성 측정 장치의 단면도이다.
도 16 내지 도 21은 박막의 형상 및 배치의 다양한 실시예를 도시하는 도면이다.
도 22 내지 도 24는 복수의 세포 특성 측정 장치가 다양한 연결형태로 연결된 세포 특성 측정 시스템을 도시하는 도면이다.
도 25 내지 도 26은 제1 전극 및 제2 전극의 연결형태를 예시적으로 도시하는 도면이다.
도 27 내지 도 30은 세포에 전기적 자극을 인가하는 다양한 실시예를 도시하는 도면이다.
도 31 내지 도 34는 세포에 기계적 자극을 인가하는 다양한 실시예를 도시하는 도면이다.
도 35 내지 도 36은 세포에 광학적 자극을 인가하는 실시예를 도시하는 도면이다.
< 도면의 주요 부호에 대한 설명 >
100 웰 110 유입부
130 유출부 150 세포 수용부
171 제1 전극 수용부 173 제2 전극 수용부
190 전기장 연결 유로 310 제1 전극
330 제2 전극 350 접지 전극
510 박막 구동 유로 530 박막
700 광학적 특성 측정부 900 회로부
c 세포

Claims (24)

  1. 유입부 및 유출부와 연결된 세포 수용부와, 상기 세포 수용부를 사이에 두고 배치된 제1 전극 수용부 및 제2 전극 수용부를 포함하는 웰;
    상기 세포 수용부에 수용된 세포의 전기적 특성을 측정하거나 상기 세포에 전기적 자극을 인가하기 위해 상기 제1 전극 수용부에 형성된 제1 전극 및 상기 제2 전극 수용부에 형성된 제2 전극을 포함하는 전기적 특성 측정부; 및
    상기 제1 전극 수용부와 상기 세포 수용부 사이 및 상기 제2 전극 수용부와 상기 세포 수용부 사이에 형성되고 그 각도를 조절함으로써 상기 세포 수용부 내의 전기장의 패턴을 삼차원적으로 조절할 수 있는 전기장 연결 유로;
    를 포함하는 세포 특성 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웰은 상기 세포 수용부의 상부, 하부, 또는 상부 및 하부에 배치되어 세포의 기계적 특성을 측정하거나 세포에 기계적 자극을 인가하는 기계적 특성 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 세포 수용부에 대하여 대칭 또는 비대칭으로 배열된 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은 복수개의 제1 전극 유닛으로 이루어지고, 상기 제2 전극은 복수개의 제2 전극 유닛으로 이루어진 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 다각형 또는 원호형인 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 세포 수용부 내부에 형성된 접지 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 수용부 및 상기 제2 전극 수용부는 분할된 복수개의 공간으로 이루어진 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 기계적 특성 측정부는, 상기 웰의 상기 세포 수용부의 상부, 하부, 또는 상부 및 하부에 형성된 박막 구동 유로와 상기 박막 구동 유로와 상기 세포 수 용부가 분리되도록 상기 박막 구동 유로와 상기 세포 수용부 사이에 배치된 박막을 포함하고,
    상기 박막은 탄성적으로 형상 변형이 가능한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 웰의 외측 또는 상기 웰 내부의 세포 수용부에 배치되어 세포의 광학적 특성을 측정하거나 세포에 광학적 자극을 인가하는 광학적 특성 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 박막은 상호 독립적 또는 상호 종속적으로 구동되는 복수의 박막 유닛으로 구성된 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 웰의 외측에 배치되며 상기 전기적 특성 측정부, 상기 기계적 특성 측정부 및 상기 광학적 특성 측정부를 제어하고, 상기 전기적 특성 측정부, 상기 기계적 특성 측정부 및 상기 광학적 특성 측정부에서 검출된 신호로부터 상기 세포 수용부 내부에 수용된 세포의 특성을 측정하는 회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 박막은 기체 또는 액체 투과성 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 장치.
  13. 복수개의 제1항에 따른 세포 특성 측정 장치가 직렬, 병렬 또는 이들의 조합으로 연결된 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수개의 세포 특성 측정 장치의 유입부가 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 복수개의 세포 특성 측정 장치 중 어느 하나의 세포 특성 측정 장치의 유출부가 다른 하나의 세포 특성 측정 장치의 유입부에 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 복수개의 세포 특성 측정 장치의 제1 전극 또는 제2 전극이 매트릭스형 또는 개별형으로 연결된 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 시스템.
  17. (A) 유입부 및 유출부와 연결되며 부피를 갖는 세포를 수용하는 세포 수용부, 전기적 특성 측정부, 기계적 특성 측정부 및 광학적 특성 측정부를 포함한 세포 특성 측정 장치를 제공하는 단계;
    (B) 상기 세포 특성 측정 장치의 상기 세포 수용부에 세포를 유입하는 단계; 및
    (C) 상기 세포 특성 측정 장치를 통해 세포에 자극을 인가하여 상기 세포의 기계적 특성, 전기적 특성 또는 광학적 특성을 복합적으로 측정하는 단계;
    를 포함하는 세포 특성 측정 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 (C) 단계에서 세포에 인가되는 자극은 기계자극, 전기자극, 광학자극 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전기자극은 DC 자극, AC 자극, 또는 이들의 혼합 자극이고, 상기 기계자극은 정적 자극, 또는 동적 자극이고, 상기 광학자극은 정적 자극, 또는 동적 자극인 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 전기적 특성은 저항, 커패시턴스, 또는 임피던스이고, 상기 기계적 특성은 강성, 변형성 또는 푸아송의 비이고, 상기 광학적 특성은 형광, 발광, 흡광, 개수, 또는 크기인 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 전기적 특성 측정부는 상기 세포 수용부에 수용된 세포의 전기적 특성을 측정하거나 상기 세포에 전기적 자극을 인가하기 위해 상기 제1 전극 수용부에 형성된 제1 전극 및 상기 제2 전극 수용부에 형성된 제2 전극을 포함하는 구성이고,
    상기 제1 전극은 복수개의 제1 전극 유닛으로 이루어지고, 상기 제2 전극은 복수개의 제2 전극 유닛으로 이루어지며,
    상기 전기자극은 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극에 공통으로 인가되거나, 상기 제1 전극 유닛 또는 상기 제2 전극 유닛에 개별적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 방법.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 기계적 특성 측정부는, 상기 세포 수용부의 상부, 하부, 또는 상부 및 하부에 형성된 박막 구동 유로와 상기 박막 구동 유로와 상기 세포 수용부가 분리되도록 상기 박막 구동 유로와 상기 세포 수용부 사이에 배치된 박막을 포함하여 구성되고,
    상기 박막은 상호 독립적 또는 상호 종속적으로 구동되는 복수의 박막 유닛으로 이루어지며,
    상기 기계자극은 박막 전체에 인가되는 박막 공통 자극, 각각의 박막 유닛에 개별적으로 인가되는 박막 개별 자극, 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 기계자극은 상기 박막 구동 유로의 내부 압력을 조절함으로써 박막을 탄성적으로 형상 변형하여 인가되는 것을 특징으로 하는 세포 특정 측정 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 박막을 통해 상기 세포 수용부에 세포 배양환경 조성을 위한 기체를 투입하는 것을 특징으로 하는 세포 특성 측정 방법.
KR1020090054405A 2009-06-18 2009-06-18 세포 특성 측정 장치 및 시스템과 이를 이용한 세포 특성 측정 방법 KR101119381B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090054405A KR101119381B1 (ko) 2009-06-18 2009-06-18 세포 특성 측정 장치 및 시스템과 이를 이용한 세포 특성 측정 방법
US12/544,098 US8264245B2 (en) 2009-06-18 2009-08-19 Device and system for measuring properties of cells and method of measuring properties of cells using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090054405A KR101119381B1 (ko) 2009-06-18 2009-06-18 세포 특성 측정 장치 및 시스템과 이를 이용한 세포 특성 측정 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100136181A KR20100136181A (ko) 2010-12-28
KR101119381B1 true KR101119381B1 (ko) 2012-03-07

Family

ID=43353752

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090054405A KR101119381B1 (ko) 2009-06-18 2009-06-18 세포 특성 측정 장치 및 시스템과 이를 이용한 세포 특성 측정 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8264245B2 (ko)
KR (1) KR101119381B1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140235500A1 (en) * 2011-10-15 2014-08-21 The Regents Of The University Of California High throughput instrumentation to screen cells and particles based on their mechanical properties
KR101403536B1 (ko) * 2011-12-23 2014-06-03 주식회사 넥스비보 세포 배양기, 이를 갖는 세포 배양 시스템 및 이를 이용한 세포 배양 방법
DE102012219866B4 (de) * 2012-10-30 2015-08-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Modul, system und verfahren zur analyse dreidimensionaler strukturen
US9423234B2 (en) 2012-11-05 2016-08-23 The Regents Of The University Of California Mechanical phenotyping of single cells: high throughput quantitative detection and sorting
CN104034880B (zh) * 2013-12-16 2016-04-13 苏州国科鼎翼生物科技有限公司 一种用于全自动化学发光免疫分析仪的反应杯
KR101631479B1 (ko) 2014-01-07 2016-06-20 한국과학기술연구원 세포 스페로이드의 전기적 특성을 분석하기 위한 전극 구조체
KR102277511B1 (ko) * 2019-11-19 2021-07-15 울산과학기술원 급속 정밀 냉각과 연계하여 세포의 신호를 측정할 수 있는 세포 실험 방법, 장치, 및 시스템
KR102575284B1 (ko) * 2020-06-19 2023-09-06 재단법인 한국탄소산업진흥원 Teer 측정용 전극을 포함하는 바이오칩
KR102351781B1 (ko) * 2020-07-30 2022-01-17 한국화학연구원 임피던스 기반 장관 오가노이드 평가 시스템

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004069309A (ja) 2002-08-01 2004-03-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 細胞外電位測定デバイスおよびその製造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL8700612A (nl) 1987-03-13 1988-10-03 Tno Confocale laserscanning microscoop.
US5022743A (en) 1987-03-27 1991-06-11 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Scanning confocal optical microscope
US5032720A (en) 1988-04-21 1991-07-16 White John G Confocal imaging system
JPH09501235A (ja) * 1993-08-09 1997-02-04 ユーエイチピー・コーポレイション 高圧下における流体試料の音響学的性質を測定するセル
DE19946458C2 (de) 1999-09-28 2002-10-24 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung und Verfahren zur Charakterisierung von Sphäroiden
DE10142393C1 (de) 2001-08-30 2003-01-23 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung bioelektrischer Signale aus elektrophysiologisch aktiven Bereichen in Sphäroiden
EP1495105B1 (en) * 2002-04-17 2007-02-21 Sophion Bioscience A/S Substrate and method for measuring the electrophysiological properties of cell membranes
US20070182417A1 (en) * 2006-02-03 2007-08-09 Ivar Giaever Electrical measurement of cell invasion
JP4893526B2 (ja) * 2007-08-10 2012-03-07 ソニー株式会社 細胞の物性値測定方法及び物性測定装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004069309A (ja) 2002-08-01 2004-03-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 細胞外電位測定デバイスおよびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20100321045A1 (en) 2010-12-23
KR20100136181A (ko) 2010-12-28
US8264245B2 (en) 2012-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101119381B1 (ko) 세포 특성 측정 장치 및 시스템과 이를 이용한 세포 특성 측정 방법
Heileman et al. Dielectric spectroscopy as a viable biosensing tool for cell and tissue characterization and analysis
Paul et al. Engineered models of confined cell migration
Li et al. Activated T lymphocytes migrate toward the cathode of DC electric fields in microfluidic devices
Vanapalli et al. Microfluidics as a functional tool for cell mechanics
Guo et al. The effect of neighboring cells on the stiffness of cancerous and non-cancerous human mammary epithelial cells
EP1196551B1 (en) Process and device for controlling electroporation
EP1196549B1 (en) Controlled electroporation
US6482619B1 (en) Cell/tissue analysis via controlled electroporation
KR102027808B1 (ko) 신경세포 네트워크의 형성과 그 이용, 및 신경세포 파종 디바이스
EP1483511A2 (en) Cell viability detection using electrical measurements
KR101842069B1 (ko) 플래너 패치 클램프 장치 및 플래너 패치 클램프 시스템
US10731119B2 (en) Method and devices for the in vitro production of arrangements of cell layers
CA2986562A1 (en) Microfluidic device for in vitro 3d cell culture experimentation
Dalmay et al. Design and realization of a microfluidic device devoted to the application of ultra-short pulses of electrical field to living cells
KR101410294B1 (ko) 인체 조직 모사용 어세이 칩 및 이를 이용한 세포 반응 측정 방법
US20050070018A1 (en) Microelectronic cell electroporation array
Huang et al. Multiarray cell stretching platform for high-magnification real-time imaging
Männik et al. Lab-on-a-chip based mechanical actuators and sensors for single-cell and organoid culture studies
KR20160038641A (ko) 전기 자극 장치
KR101464175B1 (ko) 인체 조직 모사용 어세이 칩 및 다중 미세유체 채널을 응용한 세포 반응 측정 및 관찰 방법
Cheneler et al. Bio-hybrid tactile sensor and experimental set-up for investigating and mimicking the human sense of touch
Jones A Modular High Throughput Microfluidic Platform To Study the Effects of 3D Cell Culture on Endothelial Function
EP3413114B1 (en) Functionalized optical lens and method of manufacturing
Kupfer et al. A Si-chip-based system for highly parallel electroporation of cells

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150202

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160111

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170102

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180102

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190103

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200102

Year of fee payment: 9