KR101767427B1 - 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치 - Google Patents

전기영동을 이용한 조직 투명화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치는, 생체조직의 구성물질을 분리하여 조직을 투명하게 하는데 사용되는 장치로서, 완충용액 및 생체조직이 내부에 수용될 수 있고, 상기 완충용액이 순환하도록 유입구 및 배출구가 형성되는 챔버; 상기 챔버 내부에 위치하고, 상기 생체조직을 지지하는 지지체; 및 상기 챔버 내부에 위치하고, 서로 대응되는 제 1 전극 및 제 2 전극이 분리되어 형성되는 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 기존의 선(wire) 전극 대신 면(plate) 전극을 사용함으로써, 동일한 전류에서 더 낮은 전압이 인가됨으로 인하여 부반응의 양이 적고 완충용액의 온도가 빠르게 상승되는 것을 방지하여 유입구 및 배출구를 통한 완충용액의 순환속도를 늦출 수 있으므로 분해효율 저하를 최소화할 수 있으며, 기존 장치에 비해 신속하게 조직을 투명화할 수 있다.

Description

전기영동을 이용한 조직 투명화 장치{Apparatus for Electrophoretic Tissue Clearing}
본 발명은 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치에 관한 것으로서, 구체적으로 전기영동 방법에 의하여 생체조직의 구성물질을 분리할 수 있는 장치에 관한 것이다.
클래러티(CLARITY) 기법은 2013년도 미국 스탠퍼드대학 생명공학과 칼 다이세로스(Karl Deisseroth) 그룹이 개발한 조직 투명화 기술이며, 최근 과학저널 '네이처'에 발표된 바 있다(Chung K et al., Nature, 497: 332-337 (2013)).
구체적으로 이 기법은, 생체 조직 내 특정 물질을 외부물질(exogenous element)인 하이드로젤로 대체하여 조직의 내부를 광학적으로 관찰할 수 있도록 투명하게 하는 기술로서, 화학처리 과정을 거쳐 뇌의 지질 성분을 제거함으로써 뇌 안을 투명하게 들여다볼 수 있게 하는 방법이다.
종래 뇌 속의 세부 구조와 신경망을 밝히는 해부학적 방법으로는, 뇌 조직을 매우 얇은 박편으로 잘라 신경세포 연결망을 개별적으로 파악한 뒤, 수 많은 박편의 정보를 다시 종합해 뇌 세포와 분자 분포의 전체 구조를 확인하는 방식으로 이루어져 왔다.
그러나 칼 다이세로스 그룹의 클래러티 기법은, 종래와 같이 뇌 조직을 손상하지 않으면서 그 안의 신경세포 연결망을 거시적으로 또는 분자 수준에서 투명하게 관찰할 수 있다는 점에서 가치가 있으며, 뇌 질환 연구, 생체 조직 검사 등의 분야에 크게 기여할 것으로 기대되고 있다.
네이처에 게재된, 이러한 클래러티 기법을 설명하는 도면은 도 1과 같으며, 마우스의 뇌 조직에서 지질을 분리하는 장치에 대하여 간단히 설명하고 있다. 이에 따르면, 우선 마우스의 뇌를 챔버 내부에 수용시키고, 조직 양쪽에 전극(platinum wire)을 배치시킨다. 10-60V의 전기를 인가하여 전기영동(electrophoresis)에 의하여 뇌 조직에서 지질이 분리되도록 하는데, 음극에서 발생된 음전하가 양극 쪽으로 이동하면서 지질을 둘러싼 이온화된 마이셀(micelle)이 지질을 뇌로부터 분리시키며 양극 쪽으로 이동하게 된다. 한편, 챔버에는 완충용액(buffer)을 순환시킬 수 있는 입구(inlet)와 출구(outlet)가 형성되고, 완충용액은 순환장치(water circulator)에 의해 순환되도록 이루어진다. 이러한 순환은, 완충능력(buffering capacity)의 확보 및 오염(contaminate)된 완충용액의 교환을 위한 목적으로 사용된다. 또한, 전기 인가시 챔버 내부의 온도가 상승되게 되는데, 완충용액의 순환은 이러한 온도 상승시 냉각을 위한 수단으로도 사용되게 된다.
그러나 상기 클래러티 기법에 의할 경우, 다음과 같은 여러 가지 단점이 있다: 1) 사용하는 전극이 선전극이어서 면적극에 비해 표면적이 작고 저항이 크기 때문에 같은 전류를 인가하였을 때 더 높은 전압이 걸리게 되는데, 이는 높은 발열을 발생하게 하고 물분해나 유기물의 분해 반응과 같은 부반응(side reaction)의 양을 증가시켜 용액의 오염 속도를 증가시킨다. 2) 선전극은 면적극에 비해 냉각이 용이하지 않으므로 발열을 제어하기가 어렵다. 3) 완충용액의 순환이 분당 수 L 정도로 빠르게 일어나고, 결과적으로 부반응의 양을 증가시킨다. 4) 상기 클래러티 기법에 의하여 마우스 뇌의 지질을 분리하는 경우 5일 내지 9일 정도의 시간이 소요된다.
따라서 이와 같은 단점을 해결하기 위하여, 발열을 제어하고 완충용액의 순환속도를 늦추어 부반응의 양을 감소시키면서 보다 신속하게 생체조직으로부터 지질을 분리할 수 있는 조직 투명화 장치의 개발이 요구되고 있다.
본 발명자들은 기존의 클래러티 기법에 비해 안정적이고 효율적이며 신속하게 생체 조직에서 지질을 분리할 수 있는 조직 투명화 장치를 발명하고자 연구 노력하였다. 그 결과, 본 발명자들은 기존의 선(wire) 전극 대신 면(plate) 전극을 사용하는 경우, 신속하고 안정적으로 뇌 조직에서 지질을 분리할 수 있다는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 면(plate) 전극을 사용하는 것을 특징으로 하는, 생체조직의 구성물질을 분리하는데 사용되는 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 생체조직의 구성물질을 분리하는데 사용되는 조직 투명화 장치에 있어서, 다음을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치를 제공한다.
(a) 완충용액 및 생체조직이 내부에 수용될 수 있고, 상기 완충용액이 순환하도록 유입구 및 배출구가 형성되는 챔버; 및
(b) 상기 챔버 내부에 위치하고, 제 1 전극 및 제 2 전극이 분리되어 형성되며, 각 전극은 편평한 판 형태이며, 대향하는 양쪽 면을 형성하는 것을 특징으로 하는 전극.
상기 제 1 전극 및 제 2 전극의 면적은 1 ㎠ 이상이고, 양 전극의 간격은 10 ㎜ 이상으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극을 통해 고정된 전류가 인가될 수 있으며, 구체적으로 고정된 전류는 0.5 내지 3 A(암페어)의 범위 내일 수 있다.
본 발명에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치는 상기 제1 전극과 제 2 전극의 극성이 서로 전환되도록 제어하는 제어부를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 추가로 상기 챔버 내부에 위치하고, 생체조직을 지지하는 지지체를 더 포함하고, 상기 지지체는 회전가능하게 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치는 상기 제 1 전극 및 제 2 전극은 각각 2개 이상으로 구성되며, 제 1 전극과 제 2 전극이 서로 대응되도록 배열되고, 2개 이상의 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 어느 하나의 제 1 전극과 제 2전극이 작동하도록 제어하는 제어부를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이때 상기 제어부는 상기 제 1 전극과 제 2 전극의 극성이 서로 전환가능하게 제어할 수 있도록 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치는 상기 제 1 전극은 한 개의 전극, 상기 제 2 전극은 2개 이상의 전극으로 구성되며, 제 1 전극과 제 2 전극이 서로 대응되도록 배열되고, 상기 제 1 전극과 2개 이상의 제 2 전극 중 어느 하나의 제 2전극이 작동하도록 제어하는 제어부를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치는 다음을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
(a) 상기 챔버 외측에 결합되는 냉각판; 및
(b) 상기 냉각판을 냉각시키는 열전소자.
상기 냉각판은 적어도 1개 이상으로 구비되어 상기 제1 전극과 제 2 전극의 바깥쪽에 결합되도록 이루어질 수 있으며, 상기 열전소자는 적어도 1개 이상으로 구비되어 상기 냉각판의 바깥쪽에 결합되고, 상기 열전소자의 바깥쪽에 결합되고, 다수의 냉각핀이 형성된 적어도 1개 이상의 히트씽크를 더 포함하도록 이루어질 수 있다.
또한, 여기에 상기 히트씽크의 바깥쪽에 결합되고, 상기 히트씽크 표면의 공기를 순환시키는 적어도 1개 이상의 냉각팬을 더 포함하도록 이루어질 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:
(a) 본 발명은 생체조직의 구성물질을 분리하는데 사용되는 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치를 제공한다.
(b) 본 발명의 장치는 면 전극을 사용하며, 전극의 극성이 서로 전환될 수 있는 것을 특징으로 한다.
(c) 본 발명의 장치를 이용하면, 완충용액의 온도가 빠르게 상승되는 것을 방지하여 유입구 및 배출구를 통한 완충용액의 순환속도를 늦출 수 있는데, 이를 통해 부반응의 양을 줄여 분해효율 저하를 최소화할 수 있으며, 기존 장치에 비해 신속한 지질 분리가 가능하다.
도 1은 종래의 전기영동을 이용한 뇌 지질 분리장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 기존의 방법인 선 전극 및 본 발명의 면 전극을 사용하여 물을 분해한 결과를 비교하여 보여주는 사진이다.
도 6은 기존의 방법인 선 전극 및 본 발명의 면 전극을 사용하였을 때, 버퍼변색의 정도 차이를 비교하여 보여주는 사진이다.
도 7은 기존의 방법인 선 전극 및 본 발명의 면 전극을 사용하여 마우스의 뇌조직에서 지질을 48시간 동안 분리한 결과를 비교하여 보여주는 사진이다.
도 8은 본 발명에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치에서, 전극의 극성을 전환시키면서 지질을 분리한 경우와 극성 전환 없이 지질을 분리한 경우를 비교하여 보여주는 실험결과 사진이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치에서 전극의 작용형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치를 도시한 사시도이다.
도 12는 도 11에 도시된 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치를 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치(1)를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치(1)를 도시한 단면도이다.
본 발명에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치(1)는 생체조직의 구성물질을 분리하는데 사용되는 것이며, 본 발명에 따른 장치의 효과를 검증하기 위하여 마우스의 뇌에서 지질(lipid)을 분리하는 실험을 수행하였다. 이하에서는 이러한 실험결과를 바탕으로 본 발명을 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치(1)는 도 2 또는 도 3에서와 같이 챔버(10) 및 전극(21, 22)을 포함하여 이루어진다.
본 발명은 전기영동(electrophoresis)을 이용하여 조직의 일부 성분을 분리할 수 있도록 하기 위한 장치이며, 특히 뇌의 손상 없이 그 표면을 형성하는 지질(lipid)을 신속하게 분리하기 위한 장치이다.
챔버(10)의 내부(11)에는 전기영동을 위한 전해질인 완충용액이 채워지며, 아울러 이러한 완충용액과 함께 대상물인 뇌가 수용된다.
이를 위하여 챔버(10)는 용기와 같은 형태로 형성되며, 상측에는 뇌를 투입하기 위하여 챔버(10)와 분리 결합되는 커버(12)가 형성될 수 있다. 아울러, 챔버(10)에는 완충용액이 유입, 배출되는 유입구(13) 및 배출구(14)가 형성되며, 유입구(13) 및 배출구(14)를 통하여 완충용액이 순환한다.
챔버(10)의 내부에서 양측에는 제 1 전극(21) 및 제 2 전극(22)이 분리되어 형성되며, 각 전극은 면(plate) 전극으로서 편평한 판(평면 판 내지 는 곡면 판 형태로 이루어질 수 있음) 형태이다. 이러한 한 쌍의 제 1 전극(21)과 제 2 전극(22)은 서로 대칭되어 대향하는 양쪽 면을 형성하며, 챔버(10)의 내측벽을 형성하도록 이루어질 수 있다. 즉, 한 쌍의 제 1 전극(21)과 제 2 전극(22) 중 어느 하나가 챔버(10)의 한쪽 벽 내측면을 형성하고, 다른 하나가 그와 대항하는 벽의 내측면을 형성하도록 이루어질 수 있다.
또한 제 1 전극(21)과 제 2 전극(22)은, 그 면적이 대상이 되는 생체 조직(뇌)의 투영면적보다 크도록 이루어지는 것이 바람직하며, 이에 따라 제 1 전극(21)과 제 2 전극(22)에 의한 전기장(electric field)의 형성이 모든 생체조직(뇌) 전체에 걸쳐 형성되도록 하여 전기영동시 신속한 분리가 이루어지도록 한다. 구체적으로, 제 1 전극 및 제 2 전극의 면적은 1 ㎠ 이상이고, 양 전극의 간격은 10 ㎜ 이상이 되도록 이루어질 수 있다.
제1 전극(21)과 제 2 전극(22)에 전기가 공급되면, 음극을 이루는 전극에서 발생된 음전하가 양극 쪽으로 이동하고 지질을 둘러싸면서 뇌로부터 지질을 분리시키며 양극 쪽으로 이동하게 된다.
본 발명에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치(1)는, 선(wire) 전극이 아닌 면(plate) 전극을 사용함으로써, 선 전극을 사용하는 경우에 비해 열 발생률이 낮고 부반응의 양이 적어 상대적으로 더 낮은 전압에서 더 높은 전류를 인가할 수 있다. 구체적으로, 10 내지 60 V의 전압에서 0.5 내지 3 A(암페어)의 전류를 인가할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치는 기존의 선 전극을 사용하는 경우에 비해 열 발생률이 낮으므로, 냉각을 위하여 챔버(10) 내부의 완충용액의 순환속도를 불필요하게 증가시킬 필요가 없으며, 부반응의 양을 줄일 수 있어서 분리 효과 저하를 최소화할 수 있으며, 기존 장치에 비해 신속한 지질 분리가 가능하다.
도 5는 기존의 선 전극 및 본 발명의 면 전극을 사용하여 물을 분해한 결과를 비교하여 보여주는 사진으로서, 선 전극을 사용한 경우에 비해 면 전극을 사용한 경우 높은 전류에서도 안정적으로 물이 분해되는 것을 보여준다. 도 6은 지질분리용 버퍼에서 기존의 선 전극 및 본 발명의 면 전극을 사용한 결과를 보여주는 사진으로서, 본 발명의 면 전극의 경우 24시간을 사용하여도 부반응의 양이 증가하지 않아서 버퍼의 변색정도가 선 전극의 경우보다 현저하게 낮은 것을 보여준다.
도 7은 기존의 선 전극 및 본 발명의 면 전극을 사용하여 마우스의 뇌에서 48시간도안 지질을 분리하여 투명화한 결과를 보여주는 사진으로서, 선 전극에 비해 면 전극을 사용한 경우, 효과적으로 마우스 뇌에서 지질을 분리할 수 있었다.
본 발명에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치(1)에서, 제1 전극(21)과 제 2 전극(22)에는 일정한 방향으로 전기가 공급될 수 있으나, 제1 전극(21)과 제 2 전극(22)의 극성이 서로 전환되도록 전기가 공급될 수 있다. 이를 위하여 도 4와 같이 제어부(70)가 더 구비될 수 있으며, 제어부(70)는 전원장치로부터 공급되는 전기의 방향을 전환시켜 제1 전극(21)과 제 2 전극(22)에 가해지는 극성이 서로 전환되도록 한다. 제어부(70)는 극성 전환을 위한 수단으로서 기계적인 스위치 장치 형태로 이루어질 수 있고, 또는 IC, 트랜지스터 등의 반도체 소자 형태로 이루어질 수 있다.
제어부(70)에 의한 극성의 전환은 일정한 시간 간격으로 이루어질 수 있고, 예컨대, 10분 간격, 1분 간격, 10초 간격 등으로 전환될 수 있다.
제1 전극(21)과 제 2 전극(22)의 극성의 전환에 의하여 제1 전극(21)과 제 2 전극(22)에서 발생된 음전하의 이동 방향이 전환되면서 뇌의 여러 방면에서 지질의 분리가 발생하여, 이에 따라 신속한 지질 분리가 이루어지게 된다.
도 8에는 본 발명에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치(1)에서 1분 간격으로 제 1 전극(21)과 제 2 전극(22)의 극성을 전환시켜 지질을 분리한 실험결과 사진을 보여주고 있다. 각각 2시간, 4시간 및 8시간 경과 후의 극성을 전환한 경우와, 전환하지 않은 경우의 사진을 비교하여 보여주고 있다. 극성을 전환한 경우에 전환하지 않은 경우보다 효과적으로 마우스 뇌에서 지질을 분리하여 뇌 조직을 투명화 할 수 있었다.
이러한 결과에 의할 때, 제 1 전극(21)과 제 2 전극(22)의 극성을 전환하는 경우, 특히 전환 시간을 짧게 하는 경우 효율적으로 조직으로부터 지질을 분리할 수 있음을 확인할 수 있었다.
한편, 본 발명에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치는 지지체(15)를 더 포함하여 이루어질 수 있다(도 4). 지지체(15)는 챔버(10) 내부에서 생체조직(뇌)을 지지하도록 이루어지며, 또한 지지체(15)는 챔버(10) 내부에서 회전이 가능하도록 이루어질 수 있다. 지지체(15)가 회전함에 따라 뇌를 기준으로 이동하는 음전하의 이동방향이 전환되는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 제1 전극(21)과 제 2 전극(22)에 의한 자기장의 형성방향이 전환되는 효과를 얻을 수 있고, 이에 따라 신속한 지질분리가 이루어질 수 있게 된다.
본 발명에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치(1)에서 상술한 제 1 전극(21) 및 제 2 전극(22) 은 각각 1개로 이루어질 수 있으나, 도 7에서와 같이 제 1 전극(21) 및 제 2 전극(22) 각각은 적어도 2개 이상으로 이루어져 챔버(10)의 중앙을 중심으로 원주방향으로 배열되도록 이루어질 수 있다. 즉, 제 1 전극(21a, 21b, 21c) 이 다수 개로 구비되면서 챔버(10)의 중앙을 중심으로 원주방향으로 배열되고, 제 2 전극(22a, 22b, 22c) 또한 다수 개로 구비(이때 제 2 전극(22a, 22b, 22c) 은 제 1 전극(21a, 21b, 21c) 의 수와 동일하게 구비될 수 있음)되면서 챔버(10)의 중앙을 중심으로 원주방향으로 배열될 수 있다. 그리고 다수 개의 제 1 전극(21a, 21b, 21c) 과 제 2 전극(22a, 22b, 22c)은 모두 동일한 간격으로 배열되는 것이 바람직하다.
그리고 이때 제어부(70)는 2개 이상의 제 1 전극(21a, 21b, 21c) 과 제 2 전극(22a, 22b, 22c) 중 어느 하나의 제 1 전극(21a, 21b, 21c)과 제 2 전극(22a, 22b, 22c)이 서로 작동하도록 제어하도록 이루어질 수 있다. 즉, 제어부(70)는 어느 하나의 제 1 전극(21a) 과 제 2 전극(22a)이 작동하는 경우 나머지 제 1 전극(21b, 21c) 과 제 2 전극(22b, 22c)은 작동이 멈추고, 다른 하나의 제 1 전극(21b) 과 제 2 전극(22b)이 작동하는 경우 나머지 제 1 전극(21a, 21c) 과 제 2 전극(22a, 22c)은 역시 작동이 멈추도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(70)는 작동되는 제 1 전극(21a, 21b, 21c)과 제 2 전극(22a, 22b, 22c)의 변화가 원주방향을 따라 이루어지도록 제어할 수 있다. 즉, 제 1 전극(21a, 21b, 21c) 과 제 2 전극(22a, 22b, 22c)에 의하여 형성되는 전기장(E)의 방향이 시계방향 또는 반시계방향으로 연속하여 변화(도 9(a) 내지 도 9(c) 참조)되도록 제어할 수 있다.
아울러 제어부(70)는 제 1 전극(21a, 21b, 21c) 과 제 2 전극(22a, 22b, 22c)의 극성이 서로 전환되도록 제어할 수 있으며, 이러한 제어부(70)의 제어는 제 1 전극(21a, 21b, 21c)과 제 2 전극(22a, 22b, 22c)에 의하여 형성되는 전기장(E)의 방향이 시계방향 또는 반시계방향으로 연속하여 변화됨은 물론 반복하여 순환되도록 할 수 있다(도 9(a) 내지 도 9(f) 참조).
이러한 제 1 전극(21) 과 제 2 전극(22) 의 형성 및 제어부(70)의 제어에 의하여, 뇌를 기준으로 이동하는 음전하의 이동방향이 순차적으로 전환되고, 이에 따라 역시 신속한 지질분리가 이루어질 수 있게 된다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치(1)에서 전극의 작용형태를 개략적으로 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치(1)에서 제 1 전극(21) 과 제 2 전극(22) 중 어느 하나는 적어도 2개 이상으로 이루어져 챔버(10)의 중앙을 중심으로 원주방향으로 배열되도록 이루어질 수 있다. 즉, 제 1 전극(21)이 다수 개로 구비되면서 챔버(10)의 중앙을 중심으로 원주방향으로 배열되거나, 또는 제 2 전극(22)이 다수 개로 구비되면서 챔버(10)의 중앙을 중심으로 원주방향으로 배열되도록 이루어질 수 있다. 도 10에는 제 1 전극(21) 은 단일로 구비되고 제 2 전극(22a, 22b, 22c) 이 다수 개로 구비되는 형태가 도시된다. 이때 제 1 전극(21) 과 제 2 전극(22a, 22b, 22c)은 모두 동일한 간격으로 배열되는 것이 바람직하다. 그리고 이때 제어부(70)는 제 1 전극(21) 과 제 2 전극(22a, 22b,22c)이 서로 작동하도록 제어함에 있어서 다양한 패턴을 이루도록 제어할 수 있다. 예컨대, 도 10에서와 같이 제 2 전극(22a, 22b, 22c)이 다수 개로 구비되는 경우, 제어부(70)는 제 1 전극(21)과 상호 작동하는 어느 하나의 제 2 전극(22a, 22b, 22c)이 순차적으로 전환되도록 제어할 수 있다. 즉, 최초 제 2 전극(22a)의 작동이 이루어지고, 다음으로 제 2 전극(22b)의 작동이 이루어지며, 다음으로 제 2 전극(22c)의 작동이 이루어질 수 있으며, 이에 따라 형성되는 전기장(E)의 방향이 전환되도록 제어할 수 있다. 또는 제어부(70)는, 2 이상의 제 2 전극(22a, 22b, 22c) 이 제 1 전극(21)과 동시에 작동하면서, 작동하는 해당 제 2 전극(22a, 22b, 22c)이 전환되도록 제어할 수 있다. 도 10(a) 및 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 2 개의 제 2 전극(22a,22c)이 작동되다가 2개의 제 2 전극(22b, 22c)이 작동되도록 제어할 수 있다. 또는, 제어부(70)는 제 1 전극(21)과 상호 작동하는 제 2 전극(22a,22b, 22c)의 개수가 전환되도록 제어할 수 있다. 도 10(b) 및 도 10(c)에 도시된 바와 같이, 2개의 제 2 전극(22b, 22c)이 작동되다가 3개의 제 2 전극(22a, 22b, 22c)이 작동되도록 제어할 수 있다. 이러한 제 1 전극(21) 과 제 2 전극(22)의 형성 및 제어부(70)의 제어에 의하여, 뇌를 기준으로 이동하는 음전하의 이동방향이 다양한 패턴으로 전환되고, 이에 따라 역시 신속한 지질분리가 이루어질 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치(1)는 냉각판(31, 32) 및 열전소자(41, 42)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
냉각판(31, 32) 및 열전소자(41, 42)는 챔버의 내부를 냉각시키기 위한 것으로서, 냉각판(31, 32)은 챔버(10) 외측에 결합되며 편평한 판(평면 판 내지는 곡면 판 형태로 이루어질 수 있음) 형태로 형성되고, 비교적 열전도율이 우수한 금속으로 이루어진다. 예를 들어, 금, 은, 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금 등으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 냉각판(31, 32)은 챔버(10) 외측에서 제 1 전극(21) 및 제 2 전극(22) 각각에 밀착되어 직접적으로 접촉하도록 이루어질 수 있으며, 냉각판(31, 32) 또한 전극과 마찬가지로 양쪽에서 대칭된 형태를 이룬다.
열전소자(41, 42)는 펠티에 효과에 의해 열을 흡수하여 주변을 냉각시키는 통상의 열전소자(41, 42)(thermoelement)와 같은 형태로 이루어질 수 있으며, 냉각판(31, 32) 외측에서 밀착되게 결합된다. 열전소자(41, 42) 또한 한 쌍으로 이루어져 냉각판(31, 32) 양쪽에서 대칭된 형태를 이루며, 이러한 열전소자(41, 42)에는 전기 공급을 위한 전원장치가 각각 형성된다. 또한 열전소자(41, 42)에는 온도의 정확한 제어를 위하여 온도센서 등이 결합될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치(1)는 히트싱크(51, 52) 및 냉각팬(61, 62)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 도 11는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치(1)를 도시한 사시도이고, 도 12은 도 11에 도시된 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치(1)를 도시한 단면도이다.
히트싱크(51, 52)는 한 쌍으로 구비되어 열전소자(41, 42)의 바깥쪽에 각각 결합되고, 열전소자(41, 42)로부터 효과적인 열 방출을 위하여 다수의 냉각핀(51a, 52a)이 형성된다. 다수의 냉각핀(51a, 52a)은 바깥쪽을 향하여 돌출된 형태를 이루며, 열전소자(41, 42)로부터 전달된 열이 바깥쪽으로 효과적으로 방출되도록 한다.
냉각팬(61, 62)은 한 쌍으로 구비되어 히트싱크(51, 52)의 바깥쪽에 각각 결합되고, 전기모터에 의해 회전하는 팬(fan)이 구비된다. 이러한 냉각팬(61, 62)의 작동으로 히트싱크(51, 52) 바깥쪽 표면(냉각핀(51a, 52a) 부분)의 열이 외부로 신속하게 빠져나가게 된다.
이상으로 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었으나 본 발명이 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 기술자에게 자명한 일이다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 수정 또는 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 할 수 있다.
1 : 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치
10 : 챔버
13 : 유입구 14 : 배출구
15 : 지지체
21, 22 : 전극
31, 32 : 냉각판 41, 42 : 열전소자
51, 52 : 히트싱크 51a, 52a : 냉각핀
61, 62 : 냉각팬 70 : 제어부

Claims (13)

  1. 생체조직의 구성물질을 분리하는데 사용되는 조직 투명화 장치에 있어서, 다음을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치:
    (a) 완충용액 및 생체조직이 내부에 수용될 수 있고, 상기 완충용액이 순환하도록 유입구 및 배출구가 형성되는 챔버; 및
    (b) 상기 챔버 내부에 위치하고, 제 1 전극 및 제 2 전극이 분리되어 형성되며, 각 전극은 편평한 판 형태이며, 대향하는 양쪽 면을 형성하는 것을 특징으로 하는 전극.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극의 면적은 1 ㎠ 이상이고, 양 전극의 간격은 10 ㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극을 통해 고정된 전류가 인가되는 것을 특징으로 하는 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 고정된 전류는 0.5 내지 3 A(암페어)인 것을 특징으로 하는 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 전극과 제 2 전극의 극성이 서로 전환되도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버 내부에 위치하고, 생체조직을 지지하는 지지체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치.
  7. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극은 각각 2개 이상으로 구성되며, 제 1 전극과 제 2 전극이 서로 대응되도록 배열되고, 2개 이상의 상기 제 1 전극과 제 2 전극 중 어느 하나의 제 1 전극과 제 2전극이 작동하도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제 1 전극과 제 2 전극의 극성이 서로 전환되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치.
  9. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 한 개의 전극, 상기 제 2 전극은 2개 이상의 전극으로 구성되며, 제 1 전극과 제 2 전극이 서로 대응되도록 배열되고, 상기 제 1 전극과 2개 이상의 제 2 전극 중 어느 하나의 제 2전극이 작동하도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치.
  10. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 다음을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치:
    (a) 상기 챔버 외측에 결합되는 냉각판; 및
    (b) 상기 냉각판을 냉각시키는 열전소자.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 냉각판은 적어도 1개 이상으로 구비되어 상기 제 1 전극과 제 2 전극의 바깥쪽에 결합되는 것을 특징으로 하는 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 열전소자는 적어도 1개 이상으로 구비되어 상기 냉각판의 바깥쪽에 결합되고, 상기 열전소자의 바깥쪽에 결합되고, 다수의 냉각핀이 형성된 적어도 1개 이상의 히트씽크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 히트씽크의 바깥쪽에 결합되고, 상기 히트씽크 표면의 공기를 순환시키는 적어도 1개 이상의 냉각팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동을 이용한 조직 투명화 장치.
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