KR101384843B1

KR101384843B1 - 현미경 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR101384843B1
Application number: KR1020120099447A
Authority: KR
Inventors: 이재화; 안상화
Original assignee: 주식회사 나노엔텍
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2014-05-07
Also published as: EP2894504A4; JP2015535943A; EP2894504A1; KR20140033603A; CN104685401A; US20150253561A1; WO2014038871A1

Abstract

현미경 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 현미경 및 그 제어방법에 따르면, 세포 관찰을 위한 광학모듈을 다른 부분과 분리하여 인큐베이터나 클린벤치 내부 등 좁은 장소에도 배치 가능하고, 세포의 분포 정도를 일정 주기별로 측정하여 세포를 관찰할 수 있다.

Description

현미경 및 그 제어방법{microscope and controlling method thereof}

본 발명은 현미경 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 세포 관찰을 위한 광학모듈을 제어모듈과 분리하여 인큐베이터나 클린벤치 내부 등 좁은 장소에도 배치 가능하고, 세포의 분포 정도를 일정 주기별로 측정하여 세포를 관찰할 수 있는 현미경 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 현미경은 인간의 눈으로 관찰할 수 없는 미세한 물체나 미생물, 세포 등을 확대하여 관찰하는 기구로서, 의학이나 생물학 분야에서 세포 등 미세객체를 배양하고 이를 관찰하는 작업에 많이 사용된다.

그런데, 현미경의 주 사용분야인 생물학적 연구와 관련하여서는 세포를 배양하기 위한 인큐베이터(incubator)나 무균 환경을 조성하는 클린벤치(clean bench)내부에 현미경을 배치하여 시료를 관찰하는 것이 효율적임에도 불구하고 그 내부 크기가 제한적이어서 현미경을 직접 배치하여 세포 배양 과정을 관찰하는 것이 어려운 문제점이 있다.

따라서, 시료를 인큐베이터에서 배양하는 중에 연구자가 시료관찰을 위해 인규베이터에서 꺼내어 현미경으로 이동시킨 후 관찰하여야 하는데, 인큐베이터 외부로 나올 때의 환경변화로 시료의 오염이 발생할 수 있고, 시료의 이동 및 현미경의 작동으로 인해 발생하는 진동으로 인해 실험 결과의 왜곡을 초래할 수 있다.

그리고, 현미경의 세포 배양 과정은 대부분 오랜 시간 동안 진행하여 장시간의 관찰을 요하기 때문에 사용자가 직접 세포 배양 과정을 일정 주기별로 관찰하고 세포의 분포 정도를 측정하는 것은 사용자에게 과도한 육체적, 시간적 노동을 부과하게 된다.

또한, 장시간 세포 관찰 시, 세포의 성장에 따른 형태 변화로 인해 처음 맞춰져 있던 초점이 시간이 흐름에 따라 흐려지는 문제가 발생한다.

더 나아가, 최근 IT기술과 현미경이 접목되어 현미경에 마이크로 프로세서 등을 포함한 PCB(printed circuit board)나 LCD모듈이 결합하여 사용됨에 따라 이러한 전자부품으로부터 발생하는 열이 세포 배양에 영향을 미치게 되어 실험 결과의 정확성을 떨어뜨리게 되는 문제점이 발생한다.

따라서, 위와 같은 문제점을 해결하여 장소적 제한을 극복하고, 시료를 이동시키면서 관찰할 때 발생하는 오염과 진동의 문제를 해결하며, 장시간의 세포 관찰과 분포 계산을 일정 주기별로 수행하고, 세포의 변화에 따른 초점 조절을 자동으로 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 기기 내부에서 발생하는 열에 의한 실험 결과의 왜곡을 방지할 수 있는 현미경의 필요성이 대두되고 있다.

본 발명의 실시 예들은 현미경의 광학모듈을 제어모듈과 분리하여 인큐베이터나 클린벤치 내부 등 좁은 장소에 배치할 수 있도록 함으로써 장소적 제약을 극복하고, 관찰 중 시료의 이동을 배제하여 샘플의 안정성을 높이고자 한다.

또한, 장시간의 세포 배양 과정에서 세포의 분포 정도를 일정 주기별로 측정하여 세포 성장 곡선을 그래프로 표시하는 작업을 자동화함으로써 사용의 편의성을 높이고, 세포의 성장에 따라 이미지 초점을 자동으로 조절하여 획득하는 이미지의 정확도를 높이고자 한다.

또한, 세포 배양 과정에서 기기 내부로부터 발생하는 열의 영향을 최소화함으로써 실험 결과의 정확성을 높이고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면 스테이지에 놓인 미세객체의 상을 맺고 이를 전기적 신호로 변환하여 제공하는 적어도 하나의 광학모듈과, 상기 광학모듈로부터 전기적 신호를 전달받아 이미지를 출력하고, 사용자가 입력하는 명령에 따라 상기 광학모듈을 제어하는 적어도 하나의 제어모듈을 포함하며, 상기 광학모듈은 제한된 공간 내에 독립적으로 배치될 수 있도록 상기 제어모듈과 분리 가능한 것을 특징으로 하는 현미경이 제공될 수 있다.

이때, 다수의 각 세포군 생장을 동시에 관찰하기 위한 다수의 광학모듈과 이를 제어하는 하나 또는 그 이상의 제어모듈을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 광학모듈은, 상기 미세객체에 광을 조사하는 광원부와, 상기 스테이지에 놓인 미세객체의 상을 맺기 위한 대물렌즈와, 상기 대물렌즈를 통과한 광이 제공되며, 상기 제공된 광이 전기적 신호로 변환되는 이미지센서를 포함하여 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 광학모듈은, 상기 광원부에서 조사되는 광을 상기 미세객체 측으로 일정 각도 반사시키는 제1 미러를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 광학모듈은, 상기 대물렌즈를 통과한 광을 상기 이미지센서 측으로 일정 각도 반사시키는 제2 미러를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

한편, 상기 광학모듈은, 상기 광원부로부터 조사되는 광을 분산시키는 디퓨져와, 상기 디퓨져를 통과한 광을 집광하는 집광렌즈와, 상기 집광렌즈를 통과한 광을 필터링하는 필터를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 광학모듈은, 내부에서 발생하는 열을 상기 제한된 공간 내에서 순환시켜 열평형을 이루기 위한 적어도 하나의 쿨링(cooling)장치를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 광학모듈과 제어모듈은 무선 또는 유선 방식에 의해 통신 가능하도록 구성될 수 있다.

한편,, 상기 제어모듈은, 상기 광학모듈로부터 전기적 신호를 전달받아 이미지를 출력하는 디스플레이부와, 사용자가 입력하는 명령에 따라 상기 광학모듈을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 제어부는 사용자가 설정한 일정 주기별로 미세객체의 이미지를 촬영하여 기억장치에 저장 가능하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제어부는 일정 주기별로 촬영된 미세객체의 이미지를 통해 세포의 분포 정도를 계산하고 그래프 또는 수치로 나타내도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제어부는 사용자의 요구에 따라 상기 일정 주기별로 촬영된 미세객체의 이미지 파일을 통합하여 동영상 파일을 제공할 수 있다.

상기 제어부는 상기 세포 분포가 기 설정된 수준에 도달한 경우 사용자에게 알람을 발송할 수 있다.

상기 광학모듈은 촬영되는 이미지의 초점을 조절하기 위한 초점조절부를 포함하며, 상기 제어부는 세포의 성장에 따라 상기 초점조절부를 제어하여 이미지 초점을 자동으로 조절할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 미세객체 관찰을 위한 광학모듈과 상기 광학모듈을 제어하는 제어모듈이 분리되며, 상기 광학모듈이 제한된 공간 내에 독립적으로 배치되는 현미경의 제어방법에 있어서, 사용자가 설정한 일정 주기별로 미세객체의 이미지를 촬영하여 저장하는 단계 및, 상기 저장된 각각의 이미지를 분석하여 세포 분포(confluence)를 자동적으로 측정하는 단계를 포함하는 현미경의 제어방법이 제공될 수 있다.

여기서, 상기 측정 결과를 시간 변화에 따른 그래프 또는 수치로 표시하는 단계가 더 포함될 수 있다.

한편, 사용자의 요구에 따라 상기 일정 주기별로 촬영된 미세객체의 이미지 파일을 통합하여 동영상 파일을 제공하는 단계가 더 포함될 수 있다.

그리고, 미세객체인 세포의 성장에 따라 상기 초점조절부를 제어하여 이미지 초점을 자동으로 조절하는 단계가 더 포함될 수 있다.

또한, 상기 세포 분포가 기 설정된 수준에 도달한 경우 사용자에게 알람을 발송하는 단계가 더 포함될 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 현미경의 광학모듈을 다른 부분과 분리하여 인큐베이터나 클린벤치 내부 등 좁은 장소에 배치할 수 있도록 함으로써 장소적 제약을 극복할 수 있다.

또한, 관찰 중 시료의 이동을 배제하여 시료의 안전성을 높일 수 있다.

또한, 장시간의 세포 배양 과정에서 세포의 분포 정도를 일정 주기별로 측정하여 세포 성장 곡선을 그래프로 표시하는 작업을 자동화함으로써 사용의 편의성을 높일 수 있다.

또한, 세포의 성장에 따라 이미지 초점을 자동으로 조절하여 획득하는 이미지의 정확도를 높일 수 있다.

또한, 세포 배양 과정에서 기기 내부로부터 발생하는 열의 영향을 최소화함으로써 실험 결과의 정확성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경의 광학모듈과 제어모듈이 합쳐진 경우와 분리된 경우를 각각 도시한 사시도
도 2는 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경의 광학모듈이 인큐베이터 내에 배치된 상태를 도시한 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경의 광학모듈을 도시한 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경의 광학모듈의 내부를 도시한 분해사시도
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경의 광학모듈의 내부를 도시한 정면도
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경의 광학모듈의 내부를 도시한 측면도
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경의 광학계를 도시한 구성도
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경의 제어모듈을 도시한 정면도
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경의 제어모듈의 내부를 도시한 정면도
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경의 디스플레이부에 표시되는 제어화면
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경에 의해 관찰 및 계산된 세포 배양 곡선과 이상적인 세포 배양 곡선을 비교한 그래프
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경을 Wound healing assay에 적용한 결과를 나타낸 이미지

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경의 광학모듈과 제어모듈이 합쳐진 경우와 분리된 경우를 각각 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경의 광학모듈이 인큐베이터 내에 배치된 상태를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경의 광학모듈을 도시한 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경의 광학모듈의 내부를 도시한 분해사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경의 광학모듈의 내부를 도시한 정면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경의 광학모듈의 내부를 도시한 측면도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경의 광학계를 도시한 구성도이다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경(10)은 크게, 스테이지(S)에 놓인 미세객체의 상을 맺고 이를 전기적 신호로 변환하여 제공하는 적어도 하나의 광학모듈(100)과, 상기 광학모듈(100)로부터 전기적 신호를 전달받아 이미지를 출력하고, 사용자가 입력하는 명령에 따라 상기 광학모듈(100)을 제어하는 적어도 하나의 제어모듈(200)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 광학모듈(100)은 세포를 배양하기 위한 제한된 공간 내에 독립적으로 배치될 수 있도록 상기 제어모듈(200)과 분리 가능한 독립적인 모듈로서 구비될 수 있다.

도 1에서는 광학모듈(100)과 제어모듈(200)이 각각 하나씩 구비되는 경우를 도시하였지만, 다수의 세포군 생장을 동시에 관찰하기 위하여 다수 개의 광학모듈(100)이 구비될 수 있으며, 이러한 다수의 광학모듈(100)을 제어하기 위하여 하나 또는 그 이상의 제어모듈(200)이 구비되는 것도 가능하다.

상기 광학모듈(100)을 제어모듈(200)과 분리된 독립적인 모듈로서 구성함으로써, 도 2에서 보는 바와 같이 인큐베이터(I, incubator)나 클린벤치(clean bench) 내부 등의 좁은 공간 속에 거치시킬 수 있으므로, 세포 배양과 함께 효율적인 시료 관찰이 가능하다.

이는 광원과 렌즈 등을 포함하는 광학모듈(100)이 디스플레이 등이 구비된 제어모듈(200)과 분리되므로 광학모듈(100) 자체의 전체적인 크기를 줄여 광학모듈(100)을 컴팩트한 사이즈로 구성할 수 있기 때문이다.

그리고, 이러한 광학모듈(100)과 제어모듈(200) 각각의 크기가 줄어들기 때문에 운반 및 거치의 용이성이 보장될 뿐만 아니라 도 1에 도시된 바와 같이 광학모듈(100)과 제어모듈(200)을 사용자의 선택에 따라 합체하거나 분리하여 사용할 수 있으므로 현미경(10) 전체로서 효율적인 관리가 가능한 장점이 있다.

또한, 광학모듈(100)과 제어모듈(200)의 분리가 가능하므로, 연구자가 시료관찰을 위해 인규베이터에서 꺼내어 현미경으로 이동시킨 후 관찰할 필요가 없으므로 시료의 이동을 배제할 수 있기 때문에 시료가 외부환경에 노출되어 오염되는 문제를 해결할 수 있다.

더 나아가, 시료의 이동을 배제함으로써 항상 동일한 위치의 이미지를 획득할 수 있으므로 시간에 따른 시료의 변화를 매우 정확하게 측정할 수 있으며 획득한 이미지를 활용하여 동영상을 제작하는 것도 가능하다.

그리고, 시료 이동시 발생하는 진동 및 제어모듈(200)을 조작할 때 발생하는 진동에 의해 이미지의 초점이 흐려지는 등의 문제를 방지할 수 있으므로 더욱 안정성 있고 정확한 실험결과를 얻을 수 있다.

한편, 상기 광학모듈(100)과 제어모듈(200)은 무선 또는 유선 방식에 의해 통신 가능하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 광학모듈(100)과 제어모듈(200)은 각각 통신부(미도시)를 구비하여 서로 제어명령이나 이미지 등의 데이터를 송수신하게 되는데, 이때 통신 케이블을 이용한 유선 통신 방식을 사용할 수 있다.

여기서, 광학모듈(100)과 제어모듈(200)을 연결하는 통신케이블이나, 광학모듈(100)의 전원을 연결하는 전력케이블은 광학모듈(100)이 인큐베이터(I) 내부에서 안정성 있게 배치될 수 있도록 납작한 모양의 케이블(미도시)을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 무선 통신 방식을 채용하는 경우, 통신 방식은 적외선 통신, 무선 주파수(RF, radio frequency) 방식, 블루투스(bluetooth) 방식, WI-FI, CDMA 등이 사용될 수 있다.

상기 광학모듈(100)은 크게, 스테이지(S)에 놓인 미세객체에 광을 조사하는 광원부(112)와, 상기 스테이지(S)에 놓인 미세객체의 상을 맺기 위한 대물렌즈(116)와, 상기 대물렌즈(116)를 통과한 광이 제공되며, 상기 제공된 광이 전기적 신호로 변환되는 이미지센서(118)를 포함하여 이루어질 수 있다.

이러한 광학모듈(100)의 구성을 구체적으로 살펴보면, 외형을 이루는 광학모듈 몸체(102)가 구비되고, 상기 광학모듈 몸체(102) 상부에는 상부커버(104)가 구비될 수 있다. 그리고, 상기 광학모듈 몸체(102) 일측에는 사용자가 초점 조절을 수동으로 진행할 수 있는 초점조절 손잡이(108)가 구비될 수 있다.

상기 광학모듈 몸체(102) 상부 일측에는 헤드부(106)가 광학모듈 몸체(102)와 연결되도록 구비되는데, 상기 헤드부(106)는 상기 광학모듈 몸체(102)에서 상측으로 일정 높이 연장된 후 전면으로 절곡되어 일정 길이 연장된 형태를 이룰 수 있다.

상기 헤드부(106) 내에는 광을 조사하는 광원부(112)와 상기 광원부(112)로부터 조사되는 광을 집광하는 집광렌즈(114) 및 상기 광원부(112)에서 조사되는 광을 상기 미세객체 측으로 일정 각도 반사시키는 제1 미러(122)가 구비될 수 있다.

상기 광원부(112)는 광원으로서 LED(light emitting diode)가 사용될 수 있으며, 더욱 구체적으로 상기 광원부(112)는 백색 LED로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 제1 미러(122)에 의해 반사된 빛은 스테이지(S)에 놓인 미세객체를 통과하여 대물렌즈(116)로 입사된다.

상기 스테이지(S)는 상기 광학모듈(100)의 상부커버(104) 상에 위치할 수 있다. 상기 스테이지(S)는 관찰 대상인 세포 등의 미세객체를 포함하고 있는 시료가 놓일 수 있도록 소정 면적을 갖는다.

상기 대물렌즈(116)는 상기 스테이지(S) 하부에 위치하는데, 상기 대물렌즈(116)를 지나간 광은 제2 미러(124)에 의해 반사되어 상기 이미지센서(118)로 안내되며, 상기 이미지센서(118)에 도달된 광은 상기 이미지센서(118)에서 전기적 신호로 변환된다. 그리고 이러한 전기적 신호는 후술할 제어모듈(200)에 구비된 디스플레이부로 전달되어 사용자가 눈으로 확인할 수 있는 이미지로 출력된다.

이때, 상기 이미지센서(118) 일측에는 모터를 포함하는 초점조절부(150)가 구비된다. 상기 초점조절부(150)는 전술한 초점조절 손잡이(108)이나 후술할 제어부에 의해 구동되어 초점조절을 수행할 수 있다.

한편, 본 실시 예에서는 광학모듈(100)의 크기를 최소화하여 인큐베이터(I) 내에 배치할 수 있도록 제1 미러(122)와 제2 미러(124)를 사용하여 광의 경로가 차지하는 공간을 최소화하였다.

즉, 상기 헤드부(106) 내의 광원부(112)에서 전면을 향해 조사된 광은 제1 미러(122)에 의해 하부의 스테이지(S) 상에 놓인 미세객체 쪽으로 경로가 바뀌며, 미세객체와 대물렌즈(116)를 지난 빛은 제2 미러(124)에 반사되어 다시 이미지센서(118) 쪽으로 경로가 바뀌도록 구성되어 있다.

여기서, 상기 광학모듈(100)은 내부에서 발생하는 열을 제한된 공간 즉, 인큐베이터(I) 내에서 순환시켜 열평형을 이루기 위한 적어도 하나의 쿨링(cooling)장치를 포함하여 이루어질 수 있는데, 이는 광학모듈(100) 내부에서 발생하는 열을 그대로 방치하면 관찰하는 세포 내에서 기포가 발생하거나 세포가 정상적으로 성장하지 않게 되는 문제가 발생할 수 있기 때문이다.

구체적으로, 상기 광학모듈(100)은 쿨링장치로서 광학모듈 몸체(102) 후면에 제1 냉각팬(140)을 구비할 수 있다. 따라서, 세포 관찰을 수행하는 동안 상기 제1 냉각팬(140)을 작동시킴으로써 광학모듈(100)에서 발생하는 열 발생을 최대한 억제할 수 있고, 그에 따라 세포 배양 시의 열의 영향을 최소화할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학모듈(100)의 광학처리 구성을 구체적으로 살펴보면, 상기 광학모듈(100)은, 상기 광원부(112)로부터 조사되는 광을 분산시키는 디퓨져(132)와, 상기 디퓨져(132)를 통과한 광을 집광하는 집광렌즈(114)와, 상기 집광렌즈(114)를 통과한 광을 필터링하는 필터(134)를 포함하여 이루어질 수 있다.

이와 같은 구성은 도 7에 도시된 바와 같이 광학모듈(100)의 광학계에서 세포 즉, 미세객체에 입사하는 빛의 직진성을 좋게 하기 위한 것으로 디퓨져(132)와 필터(134)가 추가로 포함하고 있으며, 그에 따라 최대한 직진화 된 빛만 시료에 조사하여 세포의 외각 즉, 세포의 그림자가 잘 보이도록 하여 세포 분포 측정을 정확하게 수행할 수 있다.

구체적으로, 세포 분포 측정이 이미지센서(118)에 의해 캡쳐된 이미지를 통해 자동으로 수행되는데, 세포의 외각선이 불분명하게 맺히는 경우 세포 분포 계산에 있어서 오류가 발생할 가능성이 커지지만 위와 같은 구성을 도입함으로써 이를 방지할 수 있다.

도 7에서도, 도 3 내지 도 6에 도시된 제1 미러(122)와 제2 미러(124)에 의한 광 경로 크기를 최소화하는 구성은 동일하게 적용되지만, 광 경로를 단순화하여 표시하기 위해 제1 미러(122)의 구성은 생략하여 도시하였다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경의 제어모듈을 도시한 정면도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경의 제어모듈의 내부를 도시한 정면도이며, 도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경의 디스플레이부에 표시되는 제어화면이다. 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경에 의해 관찰 및 계산된 세포 배양 곡선과 이상적인 세포 배양 곡선을 비교한 그래프이고, 도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경을 Wound healing assay에 적용한 결과를 나타낸 이미지이다.

도 1 내지 도 14를 참조하면, 상기 제어모듈(200)은, 상기 광학모듈(100)로부터 전기적 신호를 전달받아 이미지를 출력하는 디스플레이부(210)와, 사용자가 입력하는 명령에 따라 상기 광학모듈(100)을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어질 수 있다.

구체적으로 상기 제어모듈(200)은 외형을 이루는 제어모듈 몸체(202)를 구비하며, 상기 제어모듈 몸체(202) 전면에는 이미지를 출력하는 디스플레이부(210)가 구비될 수 있다. 상기 디스플레이부(210)는 LCD로 구성될 수 있으며, 이미지 출력뿐만 아니라 화면을 통해 각종 제어를 수행할 수 있는 터치스크린(touch screen) 기능도 포함할 수 있다.

도 10 내지 도 12에서는 이미지 출력과 터치스크린 기능을 포함한 디스플레이부(210) 구성을 구체적으로 도시하였는데, 도 10은 초점 조절을 수행하는 화면으로 사용자는 도 3에 도시된 초점조절 손잡이(108)를 이용하는 방법 외에, 디스플레이부(210)에 표시된 화면을 터치하여 초점 조절을 수행할 수 있으며, 추가적으로 광도 및 노출 조절 등을 수행할 수 있다.

도 11은 세포 관찰을 수행하는 화면으로 관찰 시간, 이미지 저장 주기 등을 세팅하고 관찰 결과 이미지나 그래프 등을 확인할 수 있다. 그리고, 도 12는 저장 데이터를 관리하는 화면으로 저장된 이미지의 불러오기, 삭제 등의 관리를 수행할 수 있고 각 이미지 파일을 통합하여 동영상 파일로 제작하는 작업을 수행할 수 있다.

이러한 디스플레이부(210)의 화면 구성은 도시된 바에 한정되는 것은 아니며, 사용자의 편의를 위해 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

한편, 상기 제어모듈 몸체(202) 후방에는 내부에서 발생하는 열을 식히기 위한 제2 냉각팬(240)이 구비될 수 있다.

그리고, 상기 제어모듈(200)은 현미경(10)의 전반적인 기능을 제어할 수 있는 제어부를 구비하는데, 상기 제어부는 마이크로 프로세서(micro-processor)를 포함하는 PCB(220, printed circuit board)로 이루어질 수 있다.

이러한, 제어부는 사용자가 입력하는 명령에 따라 이미지의 초점 조절과 저장 주기 및 광원의 세기 조절 등을 제어하며, 일정 주기 별로 저장된 각각의 이미지를 분석하여 세포 분포(confluence)를 자동적으로 측정하고, 이를 시간 변화에 따른 그래프 또는 수치로 표시할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 현미경(10)은 상기 제어부가 사용자가 설정한 일정 주기별로 미세객체의 이미지를 캡쳐하여 기억장치에 저장 가능하므로, Time lapse 기능을 구현할 수 있고, 일정 주기 별로 캡쳐된 미세객체의 이미지를 통해 세포의 분포 정도를 계산하고 세포 성장 곡선을 그래프로 나타낼 수 있다.

특히, 상기 제어부를 통해 도 4 에 도시된 초점조절부(150)를 제어하여 광학모듈(100)의 미세 초점 조절을 수행할 수 있다. 즉, 제어부에서 초점조절부(150)의 모터를 유/무선의 통신방법으로 제어하여 인큐베이터(I) 외부에서도 광학모듈(100)의 초점 조절이 가능한 것이다.

외부의 충격이나 진동(ex. 인큐베이터 문을 열고 닫을 때 발생하는)에 의하여 관찰하고자 하는 시료에 대한 초점이 변화할 수 있는데, 인큐베이터(I) 외부에서 제어부를 이용하여 대상 물체의 초점을 재조정할 수 있으며, 이를 통해 초점 조절을 위해 인큐베이터(I)의 문을 여닫음으로써 발생할 수 있는 인큐베이터(I) 내부 온도 변화를 방지할 수 있다.

그리고, 장시간 세포를 관찰할 때 세포가 성장함에 따라 세포의 초점이 변화하게 되어 명확한 영상을 얻을 수 없는 문제가 발생할 수 있지만, 일정 주기별로 세포 영상을 촬영할 때 제어부가 초점조절부(150)를 통해 자동 초점 조절(auto-focusing)을 수행하여 가장 적합한 초점을 자동으로 맞추어 영상을 획득함으로써 초점 변화에 의한 오류를 방지할 수 있다.

더 나아가, 이미지 촬영 시 초점조절부(150)의 모터를 이동시켜 여러 장의 영상을 초점을 달리하여 촬영한 후 영상처리를 이용하여 가장 초점이 잘 맞은 영상을 획득하여 저장하도록 구성할 수 있다.

이러한 모든 과정은 외부의 입력 없이 제어부에서 초점조절부(150) 구동 및 영상 획득 후 영상 처리를 자동으로 수행하게 된다.

그리고, 상기 제어부는 상기 세포 성장 곡선이 안정기(stationary phase) 또는 세포 분포가 기 설정된 일정 수준에 도달한 경우 사용자에게 알람을 발송하도록 구성할 수 있다. 이때, 알람을 발송하는 세포 분포(confluence)는 예를 들어 60%, 80%, 또는 100%로 등 다양하게 구성할 수 있는데, 사용자가 필요에 따라 변경 설정할 수 있음은 물론이다.

이와 같이 알람을 발송하는 이유는 세포 배양 및 관찰은 장시간에 걸쳐 이루어지므로, 세포 분포가 사용자가 원하는 수준에 도달하거나 세포 성장 곡선이 안정기에 접어들었음에도 사용자가 미쳐 이를 발견하지 못하는 경우가 발생할 수 있기 때문이다.

한편, 상기 제어모듈(200) 도 9에 도시된 바와 같이 USB port와 LAN port로 이루어진 통신포트(250)를 구비할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 현미경(10)의 제어모듈(200)은 무선 통신은 USB port에 Wireless dongle을 연결하여 사용할 수 있고, 유선 통신은 제어부의 LAN port에 직접적으로 연결하여 네트워크에 접속하는 것이 가능하다.

그리고, 상기 제어부는 USB port 또는 LAN port를 이용하여 통신 연결된 광학모듈(100)을 제어할 수 있다.

또한, 전술한 알람 기능과 관련하여 상기 제어부가 외부와 네트워크가 연결됨으로써, 장시간 세포의 영상을 분석하다가 사용자가 원하는 세포 성장률에 도달하게 되면 지정된 메일이나 제공된 PC 소프트웨어 혹은 휴대폰 메시지를 통해 사용자에게 알려줄 수 있다.

그리고, 제공된 PC 소프트웨어를 통해 사용자가 원거리에 위치한 PC에서 관찰한 데이터를 전달받아 확인할 수 있으며, 네트워크 접속을 통하여 제어부와 연결하여 사용자의 PC에서 광학부를 제어할 수 있다.

더 나아가, 사용자에게 제공된 스마트폰 앱을 통해 사용자는 외부에서 스마트폰으로 제어부와 무선으로 연결하여 제어부의 기능들을 동일하게 조작할 수 있도록 구성할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 현미경(10)은 가장 열이 발생하는 전자부품들을 광학모듈(100)이 아닌 제어모듈(200)에 배치하여 세포 관찰이 이루어지는 광학모듈(100)에서의 열 발생을 최대한 억제하고자 하였다.

즉, 마이크로 프로세서(micro-processor)를 포함하는 PCB(220, printed circuit board)와, LCD 등으로 이루어지는 디스플레이부(210) 등은 대표적으로 열을 발생시키는 부품이므로, 이를 광학모듈(100)이 아닌 제어모듈(200)에 배치시켜 열에 의한 실험 왜곡이 발생할 가능성을 최소한으로 낮추었다.

지금까지 설명한 실시 예들을 적용함으로써, 도 13에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 현미경(10)에 의해 세포 배양 관찰을 하는 경우 이상적인 세포 성장 곡선과 거의 일치하는 그래프를 얻을 수 있으며, 세포 관찰을 자동으로 수행하여 세포 분포를 계산하고 세포 성장 곡선까지 정확하게 그래프로 표시할 수 있으므로, 사용자가 편리하게 세포 배양 및 관찰을 수행할 수 있다.

그리고, 도 14는 본 발명에 따른 현미경(10)을 Wound healing assay 에 적용한 실시예로 이 실험은 다양한 세포와 배양조건 하에서 세포의 증식과 이동율, 세포골격 구조의 조절 등을 연구하기 위해서 손상된 세포의 회복되는 것을 관찰하는 실험기법이다.

도 14a는 정상적으로 성장한 세포에 인위적으로 손상을 한 이미지로 이 부분만의 세포분포를 측정하면 0%이다. 도 14b는 도 14a 시료를 인큐베이터에서 48시간 보관한 후 관찰한 이미지로 세포의 분포가 48%로 증가한 결과를 얻을 수 있었다. 본 실험은 NIH-3T3 세포를 가지고 실험된 것이다.

지금까지 설명한 본 발명에 따른 현미경에 의하면, 현미경의 광학모듈을 다른 부분과 분리하여 인큐베이터나 클린벤치 내부 등 좁은 장소에 배치할 수 있도록 함으로써 장소적 제약을 극복할 수 있고, 장시간의 세포 배양 과정에서 세포의 분포 정도를 일정 주기별로 측정하여 세포 성장 곡선을 그래프로 표시하는 작업을 자동화함으로써 사용의 편의성을 높일 수 있다. 또한, 내부에 포함되는 전자부품으로부터의 열 발생을 최대한 억제하여 세포 배양과정에서 실험 결과의 왜곡을 방지할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

10 : 현미경 100 : 광학모듈
200 : 제어모듈

Claims

스테이지에 놓인 미세객체의 상을 맺고 이를 전기적 신호로 변환하여 제공하는 적어도 하나의 광학모듈; 및
상기 광학모듈로부터 전기적 신호를 전달받아 이미지를 출력하고, 사용자가 입력하는 명령에 따라 상기 광학모듈을 제어하는 적어도 하나의 제어모듈;을 포함하며,
상기 광학모듈은 제한된 공간 내에 독립적으로 배치될 수 있도록 상기 제어모듈과 분리 가능하고,
상기 광학모듈은, 내부에서 발생하는 열을 상기 제한된 공간 내에서 순환시켜 열평형을 이루기 위한 적어도 하나의 쿨링(cooling)장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 현미경.
제1항에 있어서,
다수의 각 세포군 생장을 동시에 관찰하기 위한 다수의 광학모듈과 이를 제어하는 하나 또는 그 이상의 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 현미경.
제1항에 있어서,
상기 광학모듈은,
상기 미세객체에 광을 조사하는 광원부와,
상기 스테이지에 놓인 미세객체의 상을 맺기 위한 대물렌즈와,
상기 대물렌즈를 통과한 광이 제공되며, 상기 제공된 광이 전기적 신호로 변환되는 이미지센서를 포함하는 현미경.
제3항에 있어서,
상기 광학모듈은,
상기 광원부에서 조사되는 광을 상기 미세객체 측으로 일정 각도 반사시키는 제1 미러와, 상기 대물렌즈를 통과한 광을 상기 이미지센서 측으로 일정 각도 반사시키는 제2 미러를 더 포함하는 현미경.
제4항에 있어서,
상기 광학모듈은,
상기 광원부로부터 조사되는 광을 분산시키는 디퓨져와,
상기 디퓨져를 통과한 광을 집광하는 집광렌즈와,
상기 집광렌즈를 통과한 광을 필터링하는 필터를 더 포함하는 현미경.
삭제
제1항에 있어서,
상기 광학모듈과 제어모듈은 무선 또는 유선 방식에 의해 통신 가능한 것을 특징으로 하는 현미경.
제1항에 있어서,
상기 제어모듈은,
상기 광학모듈로부터 전기적 신호를 전달받아 이미지를 출력하는 디스플레이부와,
사용자가 입력하는 명령에 따라 상기 광학모듈을 제어하는 제어부를 포함하는 현미경.
제8항에 있어서,
상기 제어부는 사용자가 설정한 일정 주기별로 미세객체의 이미지를 촬영하여 기억장치에 저장 가능한 것을 특징으로 하는 현미경.
제9항에 있어서,
상기 제어부는 일정 주기별로 촬영된 미세객체의 이미지를 통해 세포의 분포 정도를 계산하고 그래프로 또는 수치로 나타내는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 현미경.
제10항에 있어서,
상기 제어부는 상기 세포 분포가 기 설정된 수준에 도달한 경우 사용자에게 알람을 발송하는 것을 특징으로 하는 현미경.
제9항에 있어서,
상기 제어부는 사용자의 요구에 따라 상기 일정 주기별로 촬영된 미세객체의 이미지 파일을 통합하여 동영상 파일을 제공하는 것을 특징으로 하는 현미경.
제8항에 있어서,
상기 광학모듈은 촬영되는 이미지의 초점을 조절하기 위한 초점조절부를 포함하며, 상기 제어부는 세포의 성장에 따라 상기 초점조절부를 제어하여 이미지 초점을 자동으로 조절하는 것을 특징으로 하는 현미경.
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