KR101996847B1 - 단일 세포 포획 및 회전 장치, 및 이를 이용한 단일 세포 포획 및 회전 방법 - Google Patents

단일 세포 포획 및 회전 장치, 및 이를 이용한 단일 세포 포획 및 회전 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세포의 유전 특성 분석 장치 및 이를 이용한 세포의 유전 특성 분석 방법에 관한 것이다.
본 발명의 세포의 유전 특성 분석 장치 및 이를 이용한 세포의 유전 특성 분석 방법은 음의 유전영동력을 이용하여 단일 세포만을 포획하고 또한 음의 유전영동력은 전기 회전 신호의 특정 주파수에서 나타나는 양의 유전 영동력을 상쇄시킴으로써 주파수에 대한 세포의 특성변화에 상관없이 별도의 추가 장치를 사용하지 않고 세포를 안정적으로 고정시킨 상태에서 전기 회전을 일으킬 수 있다.

Description

단일 세포 포획 및 회전 장치, 및 이를 이용한 단일 세포 포획 및 회전 방법{SINGLE CELL TRAP, ROTATING DEVICE, AND SINGLE CELL TRAP, ROTATING PROCESS USING THE SAME}
본 발명은 단일 세포 포획 및 회전 장치, 및 이를 이용한 단일 세포 포획 및 회전 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유전 영동과 전기 회전을 동시에 적용한 단일 세포 포획, 회전 장치 및 이를 이용한 단일 세포 포획, 회전 방법에 관한 것이다.
세포는 다양하고 복잡한 단백질-단백질 상호작용을 통하여 유전자 표현, 세포성장, 세포 주기, 대사, 신호전달 등의 여러 생물학적 기능을 수행함으로써 생명현상을 유지하고 있다.
대부분의 생물학 연구에 사용되는 세포군 대상 연구방법론의 경우 세포군 내의 개별 세포가 균일한 세포반응을 일으킨다는 가정하에 데이터의 분석이 이루어 진다. 하지만, 실제로 개별세포가 균일한 반응을 일으키지 않을 경우, 평균 측정값에 기반을 둔 결과분석은 오류를 초래할 수 있다. 실제 개별세포가 균일한 반응을 일으키는 지의 여부는 여러 기술적인 문제로 인해 실험적으로 증명된 경우가 지극히 미미하여 단일 세포 분석을 위한 기술 개발이 필수적이다.
기존의 단일 세포 분석을 위해 마이크로 어레이를 이용하는 방법에는 세포의 크기와 비슷한 크기의 구멍을 뚫어 그 안에 단일 세포가 들어가도록 하는 방법과 유전체 전기영동(dielectrophoresis)을 이용하여 단일 세포를 특정 위치에 잡아두는 방법이 있었다. 유전체 전기영동의 경우 인가되는 전압을 끊게 되면, 세포가 원하지 않은 다른 위치로 이동하는 문제점이 있다.
또한, 단일 세포의 유전 특성을 측정하기 위하여 전기회전이라는 방법이 있는데, 이는 n 개의 전극에 360°/n 씩 위상 차이가 있는 회전 교류 신호를 인가하여 회전율을 측정하고 single-shell dielectric model을 기반으로 하는 세포의 회전속도 분광 이론 결과와 비교분석함으로써 세포의 유전 특성을 도출하는 방법이다.
종래 이와 같이 세포의 회전 속도 분광을 측정하기 위해서 바닥기판에crisscross 형태를 이루고 있는 네 개의 전극을 형성하고, 이의 중앙에 측정하고자하는 세포를 위치시킨 후 각 전극에 90°의 위상차를 가지는 세포 회전을 위한 ROT 신호를 인가하였다. 이러한 방법은 세포의 회전 속도 분광 측정전에 네개의 전극에 nDEP force를 발생시킴으로써 세포를 전극의 중앙에 위치시켰다.
그러나, 종래 방법은 세포의 회전 속도 분광 측정도중 전극의 중앙인 측정 영역으로 원하지 않는 세포들이 유입됨으로써 세포들간 간섭이 발생할 수 있고, 세포가 회전하는 동안 세포 멤브레인과 바닥 기판과의 마찰이 발생하는 문제가 있었으며, 또한, 전기 회전에 있어서 회전 교류 신호의 주파수를 증가시키면, 세포에 양의 유전영동력, 즉, 전극쪽으로의 힘이 발생하여 전극에 달라붙게 되고, 결과적으로 정확한 회전 속도 분광 측정이 어렵다는 문제점이 있었다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하고 단일 세포의 정확한 유전 특성을 도출하기 위해서는 전극의 중앙에 안정적으로 세포를 포획하는 것이 중요하다.
종래 전극의 중앙에 안정적으로 세포를 포획하기 위해 광학 트위저를 사용하여 세포를 고정시키려는 시도가 있었으나, 이 경우 세포를 고정시키기 위한 충분한 힘을 얻기 위해서는 빔이 통과하는 substrate의 두께가 200㎛ 이하로 얇아야 하기 때문에 장치 제작 공정상에 한계가 있고, 고가의 광학 트위저 장치가 필요할 뿐만 아니라, 레이저로 인해 세포가 손상되는 문제점이 발생하였다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 장비 가격이 저렴하면서도 세포가 손상되는 일 없이 단일 세포를 일단 포획하고, 포획 상태를 유지하면서 회전시킬 수 있는 단일 세포 포획 및 회전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 상기 단일 세포 포획 및 회전 장치를 이용하여 단일 세포 포획 및 회전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여
상호 평행한 상부 패널과 하부 패널로 구성되고, 입자들을 포함하는 시료가 흘러가는 마이크로-채널;
상기 상부 패널에 형성되는 n 개의 상부 전극들; 및
상기 상부 전극들에 개별적으로 연결되고, 상기 각각의 상부 전극에 특정 주파수의 교류 전압을 인가하는 함수발생기; 를 포함하는 유전 영동 및 전기 회전에 의한 단일 세포 포획 및 회전 장치를 제공한다.
본 발명의 단일 세포 포획 및 회전 장치에서 상기 상부 패널에 형성되는 n 개의 상부 전극들은 원주상에 (360/n)° 간격으로 대칭으로 배열되어 상기 상부 전극들의 중앙에 세포 포획부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 단일 세포 포획 및 회전 장치의 상기 하부 패널에는 n 개의 하부 전극들이 더 형성되고, 상기 하부 패널에 형성되는 n 개의 하부 전극들은 상기 상부 패널에 형성되는 n 개의 상부 전극과 대응되도록 형성되며, 상기 n 개의 하부 전극들은 각각 대응되는 상기 상부 전극과 함수발생기에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 단일 세포 포획 및 회전 장치에 있어서, 상기 n 은 4 내지 6 인 것을 특징으로 한다.
상기 상부 패널에 형성된 4 내지 6개의 상부 전극과 하부 패널에 형성된 4 내지 6개의 하부 전극이 상호 평행하게 대응되는 위치에 형성됨으로써 상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 3차원 전극 구조를 형성하게 되고, 상기 마이크로 채널내에서 흘러가던 입자가 상기 3차원 전극 구조를 형성하는 상부 전극과 상기 하부 전극 중앙부에 포획되게 된다.
도 1에 n 이 4 인 경우 본 발명에 의한 단일 세포 포획 및 회전 장치의 모식도 및 각각의 전극에 인가되는 유전 영동 신호 및 회전 신호를 간략하게 나타내었다.
도 1에서 보는 바와 같이 본 발명의 단일 세포 포획 및 회전 장치는 상부 패널에 형성되는 상부 전극들과 하부 패널에 형성되는 하부 전극들로 구성되고, 상기 상부 패널에 위치한 상부 전극들과 하부 패널에 위치한 하부 전극들은 상부 하부 패널상의 대응되는 위치, 즉 평행한 위치에 형성되어, 상기 4개의 상부 전극과 4개의 하부 전극이 정육면체의 8개의 꼭지점에 위치하는 3차원 전극 구조를 형성한다. 이와 같은 3차원 전극 구조의 상부 전극들과 하부 전극들은 상기 상부 전극들과 하부 전극들의 중앙, 즉, 정육면체의 중앙에 세포 포획부(T)가 형성되어 상기 마이크로 채널내에서 흘러가던 입자가 상기 3차원 전극 구조를 형성하는 상부 전극과 상기 하부 전극의 중앙부, 즉, 채널의 중앙부에 부양되어 포획할 수 있고, 이에 따라 세포에 발생하는 손상을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 또한,
마이크로-채널로 시료를 유입시키는 단계;
상기 함수발생기로부터 상기 상부 패널에 형성되는 n 개의 상부 전극들에 유전 영동 신호를 인가하여 상기 세포 포획부에 세포를 포획하는 단계; 및
상기 함수발생기로부터 상기 상부 패널에 형성되는 n 개의 상부 전극들에 세포 회전을 위한 전기 회전 신호를 중첩 인가하여 상기 세포 포획부에 포획된 세포를 전기 회전시키는 단계; 를 포함하는 본 발명에 의한 단일 세포 포획 및 회전 장치를 이용한 단일 세포 포획 및 회전 방법을 제공한다.
본 발명은 또한,
마이크로-채널로 시료를 유입시키는 단계;
상기 함수발생기로부터 상기 상부 패널에 형성되는 n 개의 상부 전극 및 상기 하부 채널에 형성되는 n 개의 하부 전극에 유전 영동 신호를 인가하여 상기 세포 포획부에 세포를 포획하는 단계; 및
상기 함수발생기로부터 상기 상부 패널에 위치한 n 개의 상부 전극 및 상기 하부 채널에 위치한 n 개의 하부 전극에 세포 회전을 위한 전기 회전 신호를 중첩 인가하여 상기 세포 포획부에 포획된 세포를 전기 회전시키는 단계; 를 포함하는 본 발명에 의한 단일 세포 포획 및 회전 장치를 이용한 단일 세포 포획 및 회전 방법을 제공한다.
이와 같은 구조의 본 발명의 단일 세포 포획 및 회전 장치를 이용한 본 발명의 단일 세포 포획 및 회전 방법은 상기 단일 세포 포획 및 회전 장치에 형성되는 전극들에 유전 영동 신호를 인가하여 상기 마이크로 채널을 흘러가던 세포를 세포 포획부에 포획하고, 세포가 포획되고 난 후, 상기 전극에 전기 회전을 위한 주파수를 중첩적으로 인가함으로써 세포가 안정적으로 고정된 상태에서 전기 회전이 일어날 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 단일 세포 포획 및 회전 방법에 있어서, 상기 함수발생기로부터 상기 상부 패널에 형성되는 n 개의 상부 전극에 인가되는 상기 유전 영동 신호는 인접한 전극 사이에 180°의 위상차를 갖도록 인가되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 단일 세포 포획 및 회전 방법에 있어서, 상기 하부 채널에 형성되는 n 개의 하부 전극에 인가되는 상기 유전 영동 신호는 인접한 전극 사이에 180°의 위상차를 갖도록 인가되고, 상기 상부 채널에 대응 형성되는 상기 상부 전극에 인가되는 신호와 동일한 신호가 인가되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 단일 세포 포획 및 회전 방법에 있어서, 상기 상부 패널에 형성되는 n 개의 상부 전극에 중첩 인가되는 상기 전기 회전 신호는 인접한 전극 사이에 (360/n) °의 위상차를 갖도록 인가되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 단일 세포 포획 및 회전 방법에 있어서, 상기 하부 채널에 형성되는 n 개의 하부 전극에 중첩 인가되는 상기 전기 회전 신호는 인접한 전극 사이에 (360/n) °의 위상차를 갖도록 인가되고, 상기 대응 형성되는 상기 상부 전극에 인가되는 신호와 동일한 신호가 인가되는 것을 특징으로 한다.
도 1에서 w1 은 유전 영동 발생을 위하여 상기 함수발생기로부터 인가되는 교류의 주파수, A 는 전압을 나타내고, w2 는 전기 회전 발생을 위하여 상기 함수발생기로부터 인가되는 교류의 주파수, B 는 전압을 나타낸다.
도 1에서 보는 바와 같이 유전 영동 발생을 위한 신호의 경우 1->2->3->4 방향으로 인접하는 전극들 사이에 180°의 위상차를 갖도록 인가되며, 전기 회전 신호의 경우 인접하는 전극 사이에 (360/4) °의 위상차를 갖도록 인가되며, 하부 전극에 인가되는 신호는 대응되는 상기 상부 전극에 인가되는 신호와 동일한 신호가 인가된다. 본 발명에 있어서, 상기 상부 전극 및 하부 전극에 인가되는 신호는 상기 상부 전극 및 하부 전극에 연결된 함수발생기로부터 인가된다.
도 2 및 도 3은 종래 기술에 의한 세포 회전 방법 및 본 발명의 단일 세포 포획 및 회전 방법의 원리를 나타내었다. 도 2 및 도 3 에서 10 은 전극(상부 전극 또는 하부 전극), 20은 세포에 발생하는 ROT 토크, 30 은 음의 유전영동력, 40은 양의 유전영동력을 표시한다.
도 2에서 보는 바와 같이 종래 기술에 의한 세포 회전 방법은 별도의 세포 포획 과정 없이 세포 회전을 위한 ROT(20) 만 발생시키기 때문에 단일 세포를 전극의 중앙에 포획하기 힘들고, ROT 발생을 위하여 상기 전극(10)에 인가하는 교류 주파수의 크기에 따라 부수적으로 양의 유전영동력(30)이 발생하게 됨에 따라 상기 양의 유전영동력(30)에 의해 세포가 전극에 달라붙는 현상이 발생하는 문제점이 있었다.
그에 비해 본 발명의 단일 세포 포획 및 회전 방법에서는 도 3에서 보는 바와 같이 전극(10)에 유전영동 신호를 인가하여 음의 유전 영동력(40)을 발생시켜서 세포를 전극 중앙부에 고정함과 동시에 이후 세포 회전을 위한 ROT(20) 를 발생시킴으로써, ROT 발생을 위하여 상기 전극(10)에 인가하는 교류 주파수의 크기에 따라 부수적으로 발생되는 양의 유전영동력(30)이 상기 음의 유전영동력(40)과 상쇄되도록 함으로써 세포 고정 상태를 안정적으로 유지하면서 회전시킬 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명의 단일 세포 포획 및 회전 장치 및 방법에서의 유전 영동에 의한 세포 포획 과정 및 전기 회전의 원리를 더욱 상세히 설명한다.
<유전 영동에 의한 세포 포획>
본 발명에 의한 단일 세포 포획 및 회전 장치 및 단일 세포 포획 및 회전 방법은 먼저 단일 세포를 패널의 중앙부에 포획하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 단일 세포 포획을 위하여 본 발명에 의한 3차원 전극은 상부 기판과 하부 기판에 각각 quadrupole 전극이 형성되어 있으며, 본 발명에 의한 3차원 전극에 유전 영동을 위한 신호를 인가하여 세포를 포획한 경우 포획된 세포에 발생하는 z-directional time-average quadrupole force는 다음 식(1)과 같다.
Figure 112013003264373-pat00001
식(1)
(상기 식 (1)에서 εm 은 permittivity of medium, r 은 세포의 반지름, 은 z 방향으로의 전기장의 제곱평균값을 나타낸다)
이때 전극에 대한 polarization 상수 , Complex permittivity 는 아래와 같다.
Figure 112013003264373-pat00002
식 (2)
Figure 112013003264373-pat00003
식(3)
한편 본원 발명에 있어서, 각각의 전극을 원형 전하로 가정해서 다음과 같은 the spherical charge quadrupole model 을 적용할 수 있다.
Figure 112013003264373-pat00004
이때, 세포의 반지름 r,이 세포 중심에서부터 sphere charge까지의 거리
Figure 112013003264373-pat00005
와 비교하여 충분히 작을 경우 상기 식(1)로 나타낸 z축 방향으로의 유전 영동힘 (nDEP force)은 간략하게 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013003264373-pat00006
식(4)
상기 식 (4)에서 Q 값은 각 전극을 spherical charge로 modeling하여 계산한 charge 값으로 바닥에 놓인 각 전극에서 유도되는 charge인 Qqa값은 아래 식(5)와 같고,
Figure 112013003264373-pat00007
(식 5)
Q1과 Q2사이의 capacitance, 는 두 spherical charges 중심 사이의 거리 d,가 a(the radius of the spherical charge)보다 크기 때문에 다음과 같이 식(6)으로 나타낼 수 있다.
Figure 112013003264373-pat00008
식 (6)
이에 따라 식 5는 아래 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013003264373-pat00009
식 (7)
본 발명에 의해 전극의 중앙부에 포획된 세포는 다음과 같은 하부 전극과 상부 전극으로부터 각각 발생되는 negative quadrupole force 와 중력에 의한 힘을 받게 되고, 이와 같은 힘의 균형을 이루는 높이에서 포획된다.
Figure 112013003264373-pat00010
식 (8)
Figure 112013003264373-pat00011
(상기 식에서 ρc는 세포의 mass density, ρm 은 미디엄의 중량 밀도이고, g 는 중력가속도이다.)
<전기 회전>
본 발명에 의한 단일 세포 포획 및 회전 장치는 이상과 같이 세포가 전극의 중앙부에 포획되면, 이후 세포의 회전을 위한 전기회전신호를 인가하는 것을 특징으로 한다.
전기 회전 신호를 인가하여 세포를 전기회전 시킬 때 세포에 발생하는 torque는 the Clausius-Mossotti factor의 허부수(imaginary) 값에 비례하고, 세포를 single cell model로 modeling 할 경우 아래와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013003264373-pat00012
식 (9)
Figure 112013003264373-pat00013
식 (10)
(상기 식에서 σc 와 σm 은 각각 세포와 미디엄의 전도도를 나타낸다.)
본 발명에서는 측정된 세포의 회전 속도 분광 실험 결과와 상기 식(10) 에서 계산된 imaginary part of the Clausius-Mossotti factor 사이에 평균제곱근 오차가 최소가 되도록 세포의 the membrane capacitance, internal conductivity) 와 the internal permittivity 값을 fitting 할 수 있다.
본 발명의 유전 영동과 전기 회전 신호를 사용한 단일 세포 포획 및 회전 장치는 음의 유전영동력을 이용하여 단일 세포만을 포획하고 또한 음의 유전영동력은 전기 회전 신호의 특정 주파수에서 나타나는 양의 유전 영동력을 상쇄시킴으로써 별도의 고가의 장치를 추가로 사용하지 않더라도 단일 세포를 안정적으로 포획시킨 상태에서 전기 회전을 일으킬 수 있을 뿐만 아니라, 3차원 전극 구조에 의하여 세포를 마이크로 채널의 중앙 부분에 부양시켜 포획할 수 있어 단일 세포의 유전 특성을 정확하게 분석할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 단일 세포 포획 및 회전 장치의 모식도 및 각각의 전극에 인가되는 유전 영동 신호 및 회전 신호에 대한 모식도를 나타낸다.
도 2 및 도 3은 종래 기술에 의한 세포 회전 방법 및 본 발명의 단일 세포 포획 및 회전 방법의 원리를 나타내었다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 단일 세포 포획 및 회전 장치를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의하여 T 세포와 cancer cell line 중의 하나인 SkBr-3에 대해서 유전영동 신호의 인가 전압 변화에 따른 세포의 회전 속도를 측정한 결과를 나타낸다.
도 5는 전극에 nQDEP 인가 전압의 크기를 변화시키면서 levitation height 를 이론적으로 해석한 결과를 나타낸다.
도 6은 세포가 z축 방향으로 채널 바닥에서부터 천정까지 부양 위치 변화에따른 세포의 levitation force를 이론적으로 해석한 결과를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의하여 회전 신호의 주파수 변화에 따른 세포의 회전 속도를 측정한 결과를 나타낸다.
도 8은 세포의 single-shell dielectric model 에서 유도된 토크와 측정된 세포의 ROT spectra 사이의 평균제곱근 오차가 최소값을 가지도록 각각 주파수에서의 회전 속도를 대응시킨 결과를 나타낸다.
이하에서는 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이하의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
* < 제조예 > 단일 세포 포획 및 회전 장치의 제조
90 °간격으로 대칭으로 배열되는 4개의 Cr/Au 전극을 증착시킨 상부 패널과 하부 패널을 제조하였다. 하부 패널에 높이 20 ㎛ 의 SU-8 채널을 형성하고, 상하부 기판의 전극이 일치하도록 정렬한 후 UV 접착제를 이용하여 두 기판을 접합하여 단일 세포 포획 및 회전 장치를 제조하였다.
이와 같이 제조된 단일 세포 포획 및 회전 장치를 도 4에 나타내었다.
< 실험예 > 인가되는 전압의 크기에 따른 단일 세포 부양높이의 이론적 해석
상기 제조예에서 제조된 단일 세포 포획 및 회전 장치에서 먼저 인가되는 nQDEP 전압의 피크값에 따라 단일 세포 부양 높이를 상기 식 (8)을 이용하여 이론적으로 해석하였다.
전극에 20kHz 에서 nQDEP인가 전압의 크기를 변화시키면서 levitation height 를 이론적으로 해석하고 그 결과를 도 5에 나타내었다.
AC electric field 에서 한 세포에 가해지는 damage를 최소한으로 하기 위하여 백혈구는 2 V peak nQDEP signal을 가하였고 metastatic human cancer cell lines은 1.5 V peak nQDEP signal을 이용하여 세포를 포획하였다. 상기 조건에서 세포는 15 - 21 ㎛ 높이에서 포획되었다.
signal를 인가하였을 때 세포가 z축 방향으로 채널바닥에서부터 천정까지 부양 위치 변화에 따른 상기 식(8)로 나타내어지는 세포의 levitation force를 론적으로 해석하고 그 결과를 도 6에 나타내었다.
< 실험예 > 전기 회전 속도 측정
T-lymphocyte 를 포함하는 시료에 대해서 전극에 20 kHz 주파수를 가지고 nQDEP 전압을 0-5Vp변화시키면서, 유전 영동 신호로서 인가되는 전압과 전기 회전을 위한 신호(100 kHz, 0.4 Vp ROT signal)를 전극마다 위상차를 두고 인가하여, 단일 세포 포획 및 회전 실험을 실시하고, 측정되는 세포의 회전 속도를 측정하여 그 결과를 도 7에 나타내었다.
도 7에서 유전 영동 신호로서 인가되는 전압이 T-lymphocyte는 2V 이상, SkBr 3 은 1.5 V 이상인 경우 회전 속도가 일정하게 유지되며, 인가되는 전압이 1.5 V 이하인 경우 세포가 장치 바닥에서 부양되지 못하여 회전하는 동안 바닥과의 마찰에 의해 회전 속도가 상대적으로 느려진 것으로 관찰되었다.
또한, 포획된 T-lymphocyte 의 회전 속도를 6분간 관찰하고 그 결과를 도 8에 나타내었다. 도 8에서 6분간 세포의 회전 속도가 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.
< 실험예 > 단일 세포 포획 및 회전시 회전 속도 분광 측정
T 세포, B 세포, 과립백혈구, 단핵백혈구, 암세포주 SKBR-3, 암세포주 A549에 대해 주파수를 10 kHz 에서 10 MHz까지 변화시키면서 유전 영동 신호 및 전기 회전 신호를 인가 후 세포의 회전 속도를 측정하고, 세포의 single-shell dielectric model을 바탕으로 유도된 상기 식(10)과 측정된 세포의 ROT spectra 사이의 평균 제곱근 오차가 최소값을 가지도록 각각 주파수에서의 회전 속도를 대응시켜서 도 8로 나타내었다.
도 8에서 ROT spectrum이 positive peak가 되는 주파수는 T 세포는 50 MHz, B 세포는 30 MHz, 과립백혈구는 20 MHz, 단핵백혈구는 40 MHz, SkBr3 와 A549 는 각각 30, 25 MHz로 측정되었다. 또한, ROT spectrum이 negative peak 가 되는 주파수는 T 세포는 350 kHz, B 세포는 250 kHz, 과립백혈구와 단핵백혈구는 200 kHz, SkBr3와 A549는 55 kHz 로 측정되었다.
이와 같이 측정된 세포의 회전 속도로부터 세포막 정전 용량과 세포질 전도도를 도출하고, 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.
측정된
세포의 개수 		반지름(㎛) 세포막정전용량,
Cmem ( mF /m 2 ) 		세포질전도도,
σ int (S/m) 		세포질비유전율 ,
ε cyto
T 세포 9 3.63±0.12 7.01±0.91 0.53±0.1 100
B 세포 8 3.47±0.26 10.33±1.6 0.41±0.1 100
과립백혈구 12 4.16±1.17 9.14±1.06 0.31±0.06 100
단핵백혈구 6 4.59±0.22 11.77±2.12 0.37±0.15 100
SKBR -3 7 7.34±0.64 14.83±1.74 0.34±0.06 100
A549 12 6.9±1.07 16.95±2.93 0.23±0.05 100

Claims (11)

  1. 상호 평행한 상부 패널과 하부 패널로 구성되고, 입자들을 포함하는 시료가 흘러가는 마이크로-채널; 상기 상부 패널에 형성되는 n 개의 상부 전극들; 및 상기 상부 전극들에 개별적으로 연결되고, 상기 상부 전극에 특정 주파수의 교류 전압을 인가하는 함수발생기;를 포함하고,
    상기 상부 패널에 형성되는 n 개의 상부 전극들은 원주상에 (360/n)° 간격으로 대칭으로 배열되어 중앙에 세포 포획부를 형성하며,
    상기 하부 패널에는 n 개의 하부 전극들이 더 형성되고,
    상기 하부 패널에 형성되는 n 개의 하부 전극들은 상기 상부 패널에 형성되는 n 개의 상부 전극과 대응되도록 형성되며,
    상기 n 개의 하부 전극들은 각각 대응되는 상기 상부 전극과 상기 함수발생기에 연결되고,
    상기 n 은 4 내지 6 이며,
    상기 상부 패널에 형성된 4 내지 6개의 상기 상부 전극과 상기 하부 패널에 형성된 4 내지 6개의 상기 하부 전극이 상호 평행하게 대응되는 위치에 형성됨으로써 상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 3차원 전극 구조를 형성하게 되고, 상기 마이크로 채널내에서 흘러가던 입자가 상기 3차원 전극 구조를 형성하는 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 중앙부에 포획되게 되는 유전 영동 및 전기 회전에 의한 단일 세포 포획 및 회전 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 마이크로-채널로 시료를 유입시키는 단계;
    상부 패널에 형성되는 n 개의 상부 전극들에 유전 영동 신호를 인가하여 세포 포획부에 세포를 포획하는 단계; 및
    상기 상부 패널에 형성되는 n 개의 상부 전극들에 세포 회전을 위한 전기 회전 신호를 중첩 인가하여 상기 세포 포획부에 포획된 세포를 전기 회전시키는 단계;
    를 포함하는 제 1 항에 의한 단일 세포 포획 및 회전 장치를 이용한 단일 세포 포획 및 회전 방법.
  7. 마이크로-채널로 시료를 유입시키는 단계;
    상부 패널에 형성되는 n 개의 상부 전극 및 하부 패널에 형성되는 n 개의 하부 전극에 유전 영동 신호를 인가하여 세포 포획부에 세포를 포획하는 단계; 및
    상기 상부 패널에 위치한 n 개의 상부 전극 및 상기 하부 채널에 위치한 n 개의 하부 전극에 세포 회전을 위한 전기 회전 신호를 중첩 인가하여 상기 세포 포획부에 포획된 세포를 전기 회전시키는 단계; 를 포함하는 제 1 항에 의한 단일 세포 포획 및 회전 장치를 이용한 단일 세포 포획 및 회전 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 상부 패널에 형성되는 n 개의 상부 전극에 인가되는 상기 유전 영동 신호는 인접한 전극 사이에 180°의 위상차를 갖도록 인가되는 것을 특징으로 하는 제 1 항에 의한 단일 세포 포획 및 회전 장치를 이용한 단일 세포 포획 및 회전 방법
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 하부 패널에 형성되는 n 개의 하부 전극에 인가되는 상기 유전 영동 신호는 인접한 전극 사이에 180°의 위상차를 갖도록 인가되고, 상기 상부 패널에 대응 형성되는 상기 n 개의 상부 전극에 인가되는 신호와 동일한 신호가 인가되는 것을 특징으로 하는 제 1 항에 의한 단일 세포 포획 및 회전 장치를 이용한 단일 세포 포획 및 회전 방법
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 상부 패널에 형성되는 n 개의 상부 전극에 중첩 인가되는 상기 전기 회전 신호는 인접한 전극 사이에 (360/n) °의 위상차를 갖도록 인가되는 것을 특징으로 하는 제 1 항에 의한 단일 세포 포획 및 회전 장치를 이용한 단일 세포 포획 및 회전 방법
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 하부 패널에 형성되는 n 개의 하부 전극에 중첩 인가되는 상기 전기 회전 신호는 인접한 전극 사이에 (360/n) °의 위상차를 갖도록 인가되고, 상기 상부 패널에 대응 형성되는 상기 n 개의 상부 전극에 인가되는 신호와 동일한 신호가 인가되는 것을 특징으로 하는 제 1 항에 의한 단일 세포 포획 및 회전 장치를 이용한 단일 세포 포획 및 회전 방법
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