KR101666847B1 - 세포 변형성 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세포 변형성 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유체 채널의 구조를 변형한 새로운 구조로 세포의 크기 및 변형성에 따라 채널을 통과하는 속도의 변화를 전기적, 광학적 방법으로 측정하고 이를 통해 세포의 종류나 말라리아 등 질병의 진단이 가능한 세포 변형성 측정 장치에 관한 것이다.

Description

세포 변형성 측정 장치{Apparatus for measuring cell deformability}

본 발명은 세포 변형성 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미세 유체 칩의 구조를 변형하고, 세포 변형 정도에 따라 변형된 채널을 통과하는 속도 및 통과 패턴이 달라지는 것을 이용하여 세포의 변형성 차이를 측정하고 이를 통해 세포의 크기, 종류를 구분할 수 있어 말라리아 등 질병의 진단이 가능한 세포 변형성 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로 세포의 물성 분석은 질병 진단이나 약물 효능/독성 검사에서 많이 수행된다.

세포의 물성 중에서도 혈구의 변형성이 혈액의 점도 및 유변 특성에 직접적인 영향 인자로 알려지면서 혈구의 변형성에 대한 측정 기기 개발이 시도되어왔다. 그 중에서도 특히, Clinical Hemorheology and Microcirculation 저널(Vol. 14, pp. 605-618, 1994)에 공시된 LORCA 혈구 유변계는 이중 동심원관 구조의 회전형 쿠엣 (Couette) 유동 조건에서 레이저를 혈구에 조사하여 회절되어 나오는 영상을 CCD 카메라로 획득하여 이를 컴퓨터 프로그램을 통하여 분석하여 혈구의 변형성을 측정하는 기술이 발표되었다. 이 때, 전단력 또는 전단률은 회전 속도에 좌우되기 때문에 광범위한 전단률 및 전단력에 대한 측정을 위해서는 회전 속도를 달리하면서 반복되는 실험 측정이 요구되는 불편함이 있다.

한편, 한국 특허(출원번호 1020030000939) '진공점도계'는 정밀 압력센서를 이용한 점도계를 공시하였다. 이는 진공을 이용하여 샘플 시험관에 유체를 모세관을 통하여 저장관으로 이송시키면서 저장 탱크에 가해진 진공압력이 서서히 해제되는 것을 압력센서로 측정하여 이를 점도로 환산하는 점도계를 공개하였다.

한국 특허(출원번호 1020030040650) '혈구유변계'는 사각 채널 또는 슬릿(slit)에서의 혈구를 유동시키면서 광원을 조사하여 회절시켜 얻은 영상을 분석하여 혈구의 변형성을 측정하는 센서를 개발하였다.

이와 같은 종래 기술의 경우 장치 자체가 고가이므로 실용성이 떨어지고, 변형 정도 측정의 민감도가 낮다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 유체 채널의 구조를 개선한 새로운 구조의 세포 변형성 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여

상부 패널 및 하부 패널 사이에 세포를 포함하는 시료가 이송되는 유로가 형성되는 유체 채널; 및

상기 유체 채널의 양 말단에 형성되는 시료유입구, 시료 배출구;를 포함하고,

상기 유체 채널은

세포 변형 측정부;

상기 세포 변형 측정부 내에 일정 간격을 두고 형성되는 한쌍의 전기적 신호 인가 전극;

상기 한쌍의 인가 전극 사이에 형성되는 감지 전극; 및

상기 감지 전극에 연결된 신호측정부;를 포함하는 세포 변형성 측정 장치를 제공한다.

도 1에 본 발명에 의한 세포 변형성 측정 장치의 모식도를 나타내고 및 도 2는 도 1의 세포 변형성 측정 장치에서 AA' 단면도를 나타내었다.

도 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 세포 변형성 측정 장치는 상부 패널 및 하부 패널 사이에 세포를 포함하는 샘플이 이송되는 유로가 형성되는 유체 채널(10); 상기 유체 채널의 양 말단에 형성되는 샘플 유입구(100) 및 배출구(200);를 포함하고, 상기 유로는 상기 유체 채널의 높이 및 폭이 감소되는 세포 변형 측정부(300); 상기 세포 변형 측정부 내에 일정 간격을 두고 형성되는 한 쌍의 전기적 신호 인가 전극 (310, 320); 상기 전극 사이에 형성되는 감지 전극(330); 및 상기 감지 전극에 연결된 신호측정부(500)를 포함한다.

본 발명에 의한 세포 변형성 측정 장치는 상기 한 쌍의 전기적 신호 인가 전극 (310, 320)에 연결되는 감지 신호 인가 장치(400), 상기 감지 전극(330)에 연결되는 신호 측정부(500)에 연결되어 검출되는 전압신호를 처리하기 위한 신호 처리부(600)를 포함한다.

본 발명에 의한 세포 변형성 측정 장치에 있어서, 상기 세포 변형 측정부는 유체 채널의 높이가 감소되거나, 유체 채널의 폭이 감소되거나, 또는 유체 채널의 높이 및 폭이 모두 감소되는 것이 가능하다.

도 2 에서 유체 채널의 높이(h)가 감소되는 세포 변형 측정부의 일 실시예를 나타내고, 도 3 에서 유체 채널의 폭(w)가 감소되는 세포 변형 측정부의 일 실시예를 나타내었다.

본 발명에 의한 세포 변형성 측정 장치에 있어서, 상기 전극은 상기 유체 채널의 하부 패널, 상부 패널 또는 하부 패널 및 상부 패널에 형성되는것이 가능하다.

도 4에 본 발명에 의한 세포 변형성 측정 장치의 세포 변형성 측정 원리를 나타내었다. 본 발명에 의한 세포 변형성 측정 장치에 있어서, 상기 감지 전극은 상기 세포 변형 측정부를 통과하는 세포가 발생시키는 전기적 신호를 감지하고, 상기 신호측정부는 상기 전기적 신호로부터 세포 변형 측정부를 통과하는 세포의 속도를 측정한다. 세포가 세포 변형 측정부(300)를 지나갈 때 상하 또는 측면으로 변형이 일어나고, 변형이 일어나면서 세포와 유체 채널 사이의 마찰력으로 인하여 세포가 지나가는 속도가 감소하게 된다.

도 4에서 보는 바와 같이 시료 주입구를 통해 주입된 세포는 한쌍의 전기적 신호 인가 전극 (310, 320)에 의하여 인가된 전압에 의해 흐름이 유도되며, 전기적 신호 인가 전극 (310, 320) 사이를 흐르면서 도 4에서 보는 바와 같이 sine 곡선의 신호를 형성하게 된다.

본 발명에 의한 세포 변형성 측정 장치는 이와 같이 측정된 sine 신호의 peak point와 valley point 사이의 시간차를 분석하여 세포의 변형성을 측정한다. 도 5 에서 보는 바와 같이 세포의 변형성이 좋으면 유체 채널과 세포 사이의 마찰력이 적으므로 세포가 유체 채널을 지나가는 시간이 짧아져 신호의 값이 짧아지고, 세포의 변형성이 나쁘면 유체 채널과 세포사이의 마찰력이 커지므로 세포가 유체 채널을 지나가는 시간이 길어져 신호의 값이 길어 질것이다.

본 발명에 의한 세포 변형성 측정 장치는 도 6 에서 보는 바와 같이 상기 세포 변형 측정부 내에 일정 간격을 두고 형성되고 세포 변형 측정부를 통과하는 시간을 광학적으로 측정하기 위한 한 쌍의 광학적 측정장비(710, 720)를 포함하는 것이 가능하다. 상기 세포 변형 측정부 내에 일정 간격을 두고 형성되는 한 쌍의 광학적 측정장비(710, 720) 사이를 세포가 지나가는 시간을 광학적으로 측정하여 세포의 변형성의 차이를 측정 할 수 있다.

본 발명에 의한 세포 변형성 측정 장치는 유체 채널의 구조를 변형함으로써 간단하면서도 정확하게 세포의 크기와 변형성을 측정할 수 있으며, 이로부터 세포 종류의 판단 및 말라리아 등 세포 변형과 관련된 질병의 진단에 활용될 수 있다.

도 1 은 본 발명에 의한 전기적 측정방법의 세포 변형성 측정 장치의 모식도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 세포를 상하로 변형시키기 위한 AA' 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 1의 세포를 측면으로 변형시키기 위한 모식도를 나타낸다.
도 4 및 도 5 는 본 발명에 의한 세포 변형성 측정 장치의 측정 과정 및 측정된 데이터를 나타낸다.
도 6 및 도 7 은 본 발명의 다른 실시예에 의한 세포 변형성 측정 장치를 나타낸다.
도 8 은 본 발명에 의한 세포 변형성 측정 장치의 제조 과정을 나타낸다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 세포 변형성 측정 장치를 나타낸다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 세포 변형성 측정 장치를 이용하여 측정된 데이터를 나타낸다.

이하에서는 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이하의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 > 세포 변형성 측정 장치의 제조

세포 변형성 측정 장치를 도 8에 보는 바와 같은 방법으로 제조하였으며, 제조된 세포 변형성 측정 장치를 도 9 에 나타내었다.

< 실험예 > 세포 변형성 측정

T 세포 및 적혈구 세포에 대해 상기 제조예에서 제조된 세포 변형성 측정 장치에 Syringe pump를 이용하여 일정한 속도(1㎕/h)로 세포를 주입하고 칩은 Process circuit에 설치하여 세포가 지나가는 과정을 형광현미경(Fluorescence microscope)를 통하여 관찰하였다.

세포 변형부를 통과하는 시간 및 이때 감지되는 신호를 측정하고 도 10에 나타내고, 복수개의 T 세포 및 적혈구 세포에 대해 측정된 세포가 유체 채널을 지나간 시간 및 측정되는 신호의 크기를 도 11에 나타내었다.

도 10 및 도 11 에서 보는 바와 같이 T 세포 및 적혈구 세포가 유체 채널을 지나간 시간 및 측정되는 신호의 크기가 차이가 있음을 알 수 있다.

Claims (8)

1. 상부 패널 및 하부 패널 사이에 세포를 포함하는 시료가 이송되는 유로가 형성되는 유체 채널; 및
   상기 유체 채널의 양 말단에 형성되는 시료 유입구 및 시료 배출구;를 포함하고,
   상기 유체 채널은
   세포 변형 측정부;
   상기 세포 변형 측정부 내에 일정 간격을 두고 형성되는 한 쌍의 전기적 신호 인가 전극;
   상기 한쌍의 인가 전극 사이에 형성되는 감지 전극;
   상기 감지 전극에 연결된 신호 측정부;
   상기 세포 변형 측정부 내에 일정 간격을 두고 형성되고 세포 변형 측정부를 통과하는 시간을 측정하는 한 쌍의 광학 측정장비; 및
   상기 광학 측정장비에 연결되어, 상기 측정장비로부터 입력되는 신호로 상기 세포 변형 측정부를 통과하는 속도를 측정하는 제 2 신호측정부;를 포함하고,
   상기 인가 전극 및 감지 전극은 상기 유체 채널의 하부 패널, 상부 패널, 또는 하부 패널 및 상부 패널에 형성되고,
   상기 감지 전극은 상기 세포 변형 측정부를 통과하는 세포가 발생시키는 전기적 신호를 감지하고, 상기 신호 측정부는 상기 전기적 신호로부터 세포 변형 측정부를 통과하는 세포의 속도를 측정하고,
   상기 세포 변형 측정부는 유체 채널의 높이, 폭, 또는 높이 및 폭이 감소되고,
   상기 한 쌍의 인가 전극 사이로 세포가 흐르게 되면 sine곡선의 신호를 형성하는 것을 특징으로 하는 것인, 세포 변형성 측정 장치.
   
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