KR102058826B1 - 세포 배양 장치와 이를 이용한 세포 배양 모니터링 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
세포 배양 장치와 이를 이용한 세포 배양 모니터링 시스템 및 방법을 개시한다. 본 발명은 세포의 고배율 촬영이 가능하고, 세포 배양 장치 간의 네트워크 연결을 통해 세포 배양 과정을 효율적으로 관리할 수 있다.
Description
본 발명은 세포 배양 장치와 이를 이용한 세포 배양 모니터링 시스템 및 방법에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 세포의 고배율 촬영이 가능하고, 세포 배양 장치 간의 네트워크 연결을 통해 세포 배양 과정을 효율적으로 관리할 수 있는 세포 배양 장치와 이를 이용한 세포 배양 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
세포 배양은 분자 생물학을 비롯한 생물학 연구에 있어 매우 중요한 기술로서, 인체 질병의 진단 또는 치료 등의 목적으로 특정 세포를 배양하는 것을 의미한다.
일반적으로 세포 배양은 세포 배양 장치를 사용하여 이루어지는데, 종래의 세포 배양 장치는 커버 글라스, 배양접시 및 덮개를 포함하여 구성된다.
종래의 세포 배양 장치를 사용하여 세포를 배양하고 이를 관찰하는 방법은, 얇은 유리로 된 커버 글라스 상에 약물로 처리된 세포 또는 특정 유전자가 재조합된 세포와 배양액을 넣고, 이를 배양 접시 내에 배치한 후 덮개를 덮어 덮개가 덮인 배양 접시를 인큐베이터(Incubator)에 인입시킴으로써 세포 배양 준비를 마친다.
상기 인큐베이터는 세포 배양 목적에 맞는 특정 환경을 조성함으로써 세포를 증식시키게 되며, 세포 증식이 완료되면 커버 글라스를 핀셋으로 꺼내어 유리 슬라이드를 얹고 현미경을 통해 이를 관찰하게 된다.
그러나 이와 같은 종래의 방법은 커버 글라스, 배양 접시 및 덮개를 별도로 준비해야 하는 불편함이 있을 뿐만 아니라 세포 배양 과정에서 세포를 외부로 인출하여 관찰함으로써, 세포가 오염될 가능성이 크다는 문제점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 세포 배양 장치를 나타낸 예시도로서, 세포 배양 장치(10)의 내부에 플레이트(11)가 설치되고, 상기 플레이트(11)의 온도를 감지하는 다수의 온도센서(12)와, 세포를 촬영하기 위한 카메라(13)와, 광을 조사하기 위한 조명부(14)와, 인터페이스부(15a)를 구비하고 외부와 격리하기 위한 챔버(15)와, 상기 플레이트(11)를 고정하기 위한 스테이지(16)를 포함하여 구성되며, 챔버(15)의 내부에서 세포 배양과정을 관찰할 수 있도록 이루어졌다.
그러나 이러한 종래의 세포 배양 장치(10)는 챔버(15)의 내부에 온도센서(12)와, 카메라(13)와, 조명부(14) 등을 설치하여 구성함으로써, 세포 배양 장치(10)의 크기가 증가하는 문제점이 있었다.
도 2는 종래 기술에 따른 세포 배양 시스템을 나타낸 예시도로서, 챔버(20)의 하우징(21) 내부에 다수의 세포 배양 장치(30, 31)가 적층되도록 구성되어 다수의 세포 배양과정을 관찰할 수 있게 되었다.
그러나 챔버(20)에 적층된 세포 배양 장치(30, 31)의 수가 많아짐에 따라 각종 신호선들이 복잡하게 연결되는 문제점과, 전기 배선으로 인한 밀폐가 제공되지 못하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 세포의 고배율 촬영이 가능하고, 세포 배양 장치 간의 네트워크 연결을 통해 세포 배양 과정을 효율적으로 관리할 수 있는 세포 배양 장치와 이를 이용한 세포 배양 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예는 측정 대상 샘플을 포함한 슬라이드 글라스가 거치되는 측정 플레이트와, 상기 측정 플레이트의 하부에 설치된 측정부 하우징에 수납되어, 상기 측정 대상 샘플의 광신호를 확대하고 렌즈의 배율이 높아서 작동 거리가 짧은 고배율의 렌즈로 이루어진 대물렌즈와, 상기 대물렌즈를 통과한 광신호를 수광하는 광 검출부를 포함한 세포 배양 장치로서, 광원에서 발생된 광의 편광 성분을 제1 편광부에서 분리하고, 상기 분리된 편광 성분을 제1 파장판을 통과시켜 편광 상태를 바꿔 출력하는 광원부; 상기 광원부에서 편광 성분으로 분리된 광신호가 슬라이드 글라스에 거치된 측정 대상 샘플을 각각 통과하고, 상기 측정 대상 샘플을 통과한 광신호를 대물렌즈에서 집광하여 출력하며, 제2 파장판에서 편광 상태를 바꿔 다시 합성하고, 상기 합성된 광신호를 제2 편광부를 통해 출력하는 측정부; 및 상기 측정부에서 출력된 광신호를 수광하여 검출 신호로 출력하는 광 검출부를 포함하되, 상기 측정 플레이트에 거치된 슬라이드 글라스와 렌즈의 배율이 높아서 요구되는 작동 거리가 짧은 고배율의 렌즈로 이루어진 대물렌즈 사이의 작동 거리가 짧아지도록 상기 대물렌즈의 말단부를 상기 측정부 하우징의 외측으로 노출되게 설치한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실시 예에 따른 상기 광원부는 광을 발생하는 광원; 상기 광원에서 발광된 빛을 편광 성분으로 분리하는 제1 편광부; 상기 제1 편광부에서 분리된 편광 성분의 편광 상태를 변경하는 제1 파장판; 및 상기 제1 파장판에서 출력되는 광의 경로를 변경하는 반사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실시 예에 따른 상기 측정부는 측정 대상 샘플이 거치되는 측정 플레이트; 상기 측정 플레이트의 하부에 설치되어 상기 측정 대상 샘플의 광신호를 확대하고, 상기 측정 대상 샘플을 통과한 광신호를 집광하며, 렌즈에 요구되는 작동 거리가 짧은 고배율의 렌즈로 이루어진 대물렌즈; 상기 대물렌즈를 통과한 광신호의 광 경로를 변경하고, 상기 경로가 변경된 광의 초점이 형성되도록 집광하는 광학부; 상기 광학부에서 경로가 변경된 광신호의 편광 상태를 바꿔 다시 합성하는 제2 파장판; 및 상기 합성된 광신호를 특정한 방향의 편광 상태의 광신호만을 통과시키는 제2 편광부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실시 예에 따른 상기 측정 플레이트는 수평방향 x축 위치를 조절하는 제1 노브; 및 수평방향 y축 위치를 조절하는 제2 노브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실시 예에 따른 상기 광 검출부는 상기 측정부를 통과한 광신호를 수광하여 검출하는 촬영부; 및 상기 촬영부에서 검출된 신호를 네트워크로 연결된 외부장치로 전송하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 외부장치와 임의의 통신 포맷을 이용하여 데이터를 송수신하는 데이터 통신부; 상기 촬영부의 동작과 상기 촬영부에서 검출된 신호를 상기 외부장치로 전송되도록 제어하는 세포 배양 제어부; 및 상기 측정 플레이트의 상/하방향 위치를 제어하는 측정 플레이트 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예는 세포 배양 장치를 이용한 세포 배양 모니터링 시스템으로서, 측정 대상 샘플을 포함한 슬라이드 글라스가 거치되는 측정 플레이트와, 상기 측정 플레이트의 하부에 설치된 측정부 하우징에 수납되어, 상기 측정 대상 샘플의 광신호를 확대하고 작동 거리가 짧은 고배율의 렌즈로 이루어진 대물렌즈와, 상기 대물렌즈를 통과한 광신호를 수광하는 광 검출부를 포함하되, 광원에서 발생된 광의 편광 성분을 제1 편광부에서 분리하고, 상기 분리된 편광 성분을 제1 파장판을 통과시켜 편광 상태를 바꿔 출력하는 광원부와, 상기 광원부에서 편광 성분으로 분리된 광신호가 슬라이드 글라스에 거치된 측정 대상 샘플을 각각 통과하고, 상기 측정 대상 샘플을 통과한 광신호를 대물렌즈에서 집광하여 출력하며, 제2 파장판에서 편광 상태를 바꿔 다시 합성하고, 상기 합성된 광신호를 제2 편광부를 통해 출력하는 측정부와, 상기 측정부에서 출력된 광신호를 수광하여 검출 신호로 출력하는 광 검출부로 이루어지며, 상기 측정 플레이트에 거치된 슬라이드 글라스와 렌즈에 요구되는 작동 거리가 짧은 고배율의 렌즈로 이루어진 대물렌즈 사이의 작동 거리가 짧아지도록 상기 대물렌즈의 말단부를 상기 측정부 하우징의 외측으로 노출되도록 구성한 세포 배양 장치; 상기 세포 배양 장치에서 출력되는 신호를 연산 처리하여 측정 대상 샘플에 대한 이미지 신호로 출력하고, 상기 출력된 이미지 신호를 미리 저장된 기준 이미지 정보와 비교하여 정상 분화 여부를 판단하고, 분화 결과를 출력하는 제어 단말기; 및 상기 제어 단말기와 네트워크를 통해 연결되고, 상기 제어 단말기의 분화 결과를 수신하는 관리자 단말기;를 포함하되, 상기 관리자 단말기로 전송되는 분화 결과는 암호화하여 전송하는 것을 특징으로 하는 한다.
또한, 상기 실시 예에 따른 상기 제어 단말기는 사용자 설정 정보, 기준 이미지 정보를 입력받는 입력부; 상기 세포 배양 장치, 관리자 단말기와 데이터 신호를 송수신하는 데이터 통신부; 상기 세포 배양 장치로부터 일정 주기마다 동작 신호와 이미지 신호를 수신하여 기준 이미지 정보와 비교하고, 상기 비교 결과를 분석하여 측정 대상 샘플의 정상 분화 여부를 결정하며, 상기 분화 결과와 세포 배양 장치의 동작 상태를 관리하는 관리 제어부; 및 상기 기준 이미지 정보와, 세포 배양 장치의 동작 정보, 측정 대상 샘플의 이미지 정보, 분화 결과를 저장하는 데이터 저장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시 예는 세포 배양 모니터링 시스템을 이용한 세포 배양 모니터링 방법으로서, a) 세포 배양 장치가 임의의 설정 정보에 따라 세포 배양을 수행하는 단계; b) 상기 세포 배양 장치가 측정 대상 샘플의 세포 이미지를 임의의 측정주기 및 해상도에 따라 획득하는 단계; c) 제어 단말기가 일정 주기마다 상기 b)단계에서 획득한 측정 대상 샘플의 세포 이미지를 수신하여 저장하고, 상기 수신된 세포 이미지를 미리 저장된 기준 이미지 정보와 비교하여 정상 분화 여부를 판단하는 단계; 및 d) 상기 c)단계의 판단 결과, 정상 분화로 판단되면, 상기 세포 배양 장치(200)에 의한 세포 배양 설정시간이 종료되었는지 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 세포 이미지를 획득하거나 또는 측정을 종료하는 단계를 포함하되, 상기 c)단계의 판단 결과, 이상 분화로 판단되면, 상기 제어 단말기는 상기 b)단계의 측정주기와 해상도를 조정하여 측정 대상 샘플의 세포 이미지를 획득하고, 고화질 데이터 전송모드로 설정하여 이상이 발생된 세포 이미지와, 세포 배양 장치의 정보를 관리자 단말기로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 챔버에 설치되는 세포 배양 장치에서 고배율 렌즈를 사용한 세포의 촬영이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 챔버에 설치된 다수의 세포 배양 장치 간에 네트워크를 구성하여 실시간 모니터링과 관리를 통해 세포 배양 과정을 효율적으로 관리할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 세포 배양 장치를 나타낸 예시도.
도 2는 종래 기술에 따른 다른 세포 배양 시스템을 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 세포 배양 장치와 이를 이용한 세포 배양 모니터링 시스템의 구성을 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 세포 배양 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 세포 배양 장치의 측정 플레이트부 구조를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 세포 배양 장치의 측정 프레이트부 구성을 나타낸 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 세포 배양 장치의 제어부 구성을 나타낸 블록도.
도 8은 본 발명에 따른 세포 배양 모니터링 시스템의 제어 단말기 구성을 나타낸 블록도.
도 9는 본 발명에 따른 세포 배양 모니터링 과정을 나타낸 흐름도.
도 10은 본 발명에 따른 세포 배양 모니터링 과정의 다른 실시예를 나타낸 흐름도.
도 2는 종래 기술에 따른 다른 세포 배양 시스템을 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 세포 배양 장치와 이를 이용한 세포 배양 모니터링 시스템의 구성을 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 세포 배양 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 세포 배양 장치의 측정 플레이트부 구조를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 세포 배양 장치의 측정 프레이트부 구성을 나타낸 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 세포 배양 장치의 제어부 구성을 나타낸 블록도.
도 8은 본 발명에 따른 세포 배양 모니터링 시스템의 제어 단말기 구성을 나타낸 블록도.
도 9는 본 발명에 따른 세포 배양 모니터링 과정을 나타낸 흐름도.
도 10은 본 발명에 따른 세포 배양 모니터링 과정의 다른 실시예를 나타낸 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 세포 배양 장치와 이를 이용한 세포 배양 모니터링 시스템 및 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다는 표현은 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, "‥부", "‥기", "‥모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 그 둘의 결합으로 구분될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 세포 배양 장치와 이를 이용한 세포 배양 모니터링 시스템의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 세포 배양 장치의 구성을 나타낸 블록도이며, 도 5는 본 발명에 따른 세포 배양 장치의 측정 플레이트부 구조를 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 세포 배양 장치의 측정 프레이트부 구성을 나타낸 평면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 세포 배양 장치의 제어부 구성을 나타낸 블록도이고, 도 8은 본 발명에 따른 세포 배양 모니터링 시스템의 제어 단말기 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 세포 배양 장치와, 이를 이용한 세포 배양 모니터링 시스템은 세포 배양 장치(200)와, 제어 단말기(300)와, 관리자 단말기(400)를 포함하여 구성된다.
상기 세포 배양 장치(200)는 내부에 수납공간을 형성한 챔버(100)에 설치되고, 광원부(210)와, 측정부(220)와, 광 검출부(230)를 포함하여 구성된다.
상기 광원부(210)는 광원(211)에서 발생된 광의 편광 성분을 제1 편광부(212)에서 분리하고, 상기 분리된 편광 성분을 제1 파장판(213)을 통과시켜 편광 상태를 바꿔 측정부(220)로 출력하는 구성으로서, 광원(211)과, 제1 편광부(212)와, 제1 파장판(213)과, 반사부(214)를 포함하여 구성된다.
상기 광원(211)은 광을 발생하는 구성으로서, 상기 광원(211)에서 출력되는 빛 중에서 특정 파장범위의 빛을 투과시키는 밴드 패스 필터, 상기 발생된 빛의 양을 조절하는 조리개 등의 구성이 추가될 수도 있다.
상기 제1 편광부(212)는 광원(211)에서 발광된 빛을 수직과 수평의 편광 성분으로 분리한다.
상기 제1 파장판(213)은 제1 편광부(212)에서 분리된 편광 성분의 편광 상태를 변경하는 구성으로서, 바람직하게는 λ/4 파장판(QWP)으로 이루어진다.
상기 반사부(214)는 상기 제1 파장판(213)에서 출력되는 광의 경로를 변경하여 측정부(220)에 입사되도록 한다.
상기 측정부(220)는 광원부(210)에서 수직 및 수평의 편광 성분으로 분리된 광을 측정 대상 샘플에 각각 통과시키고, 상기 측정 대상 샘플을 통과한 광을 제2 파장판(224)에서 편광 상태를 바꿔 다시 합성하며, 상기 합성된 광을 제2 편광부(225)를 통과시켜 광 검출부(230)로 출력하는 구성으로서, 측정 플레이트(221)와, 대물렌즈(222)와, 광학부(223)와, 제2 파장판(224)과, 제2 편광부(225)를 포함하여 구성된다.
상기 측정 플레이트(221)는 측정 대상 샘플을 포함한 슬라이드 글라스(240)가 거치되는 구성으로서, 프레임(221a)과, 제1 노브(221b)와, 제2 노브(221d)를 포함하여 구성된다.
상기 제1 노브(221b)는 프레임(221a)에 설치되어 측정 플레이트(221) 몸체의 위치를 수평방향 x축 방향으로 조절하는 구성으로서, 사용자의 조작 또는 모터 등의 구동수단을 통해 상기 측정 플레이트(221)가 x축 방향으로 이동되도록 하고, 상기 제1 노브(221b)와 대향되는 위치에 측정 플레이트(221) 몸체를 지지하는 스프링(221c)이 설치될 수 있다.
상기 제2 노브(221d)는 프레임(221a)에 상기 제1 노브(221b)와 직교하는 위치에 설치되어 측정 플레이트(221) 몸체의 위치를 수평방향 y축 방향으로 조절하는 구성으로서, 사용자의 조작 또는 모터 등의 구동수단을 통해 상기 측정 플레이트(221)가 y축 방향으로 이동되도록 하고, 상기 제2 노브(221d)와 대향되는 위치에 측정 플레이트(221) 몸체를 지지하는 스프링(221e)이 설치될 수 있다.
상기 대물렌즈(222)는 측정 플레이트(221)의 하부에 설치되어 측정 대상 샘플을 통과한 광을 집광하여 출력하는 구성으로서, 상기 대물렌즈(222)는 측정 대상 세포가 거치된 슬라이드 글라스(240)와 상기 대물렌즈(222) 사이의 작동거리가 감소되도록 상기 대물렌즈(222)의 위치를 상기 대물렌즈(222)가 설치되는 측정부 하우징(220a)의 외부면과 평행한 위치 또는 상기 측정부 하우징(220a)의 외부면보다 돌출된 위치 또는 상기 측정부 하우징(220a)의 내부면보다 높은 위치 중 어느 하나에 설치되도록 한다.
즉 상기 대물렌즈(222)에서 고배율 렌즈를 사용하는 경우, 렌즈에 요구되는 작동 거리를 줄이기 위해 상기 대물렌즈(222)의 일부가 측정부 하우징(220a)의 외부면과 평행한 높이로 설치하거나 또는, 상기 측정부 하우징(220a)의 외부면보다 일정 높이 돌출시켜 설치하거나 또는, 상기 측정부 하우징(220a)의 내부면보다 높은 위치, 예를 들면 측정부 하우징(220a)의 두께가 2㎜인 경우, 상기 측정부 하우징(220a)의 내부면 보다 0.5㎜ ~ 1.5㎜ 높은 위치에 설치되도록 하여 슬라이드 글라스(240) 상에 거치된 측정 대상 샘플과 대물렌즈(222) 사이의 거리가 감소될 수 있도록 하고, 한다.
또한, 상기 대물렌즈(222)가 노출된 부분과 측정부 하우징(220a)은 실리콘, 에폭시, 고무 등의 실링부(222a)를 이용하여 마감함으로써, 내부에 수분이 유입되는 것을 차단할 수 있도록 한다.
상기 광학부(223)는 대물렌즈(222)를 통과한 빛의 광 경로가 변경되도록 하고, 상기 경로가 변경된 광의 초점이 형성되도록 집광하는 구성으로서, 바람직하게는 반사부재와 튜브렌즈를 포함하여 구성된다.
상기 제2 파장판(224)은 상기 반사부(223)에서 경로가 변경된 광의 편광 상태를 바꿔 다시 합성하여 제2 편광부(225)로 출력한다.
상기 제2 편광부(225)는 상기 제2 편광부(225)에서 합성된 광을 특정한 방향의 편광 상태의 광만을 통과시켜 광 검출부(230)로 출력한다.
상기 광 검출부(230)는 측정부(220)에서 출력된 광을 수광하여 검출 신호를 출력하는 구성으로서, 촬영부(231)와, 제어부(232)를 포함하여 구성된다.
상기 촬영부(231)는 측정부(220)를 통과한 빛을 수광하여 검출하는 구성으로서, CCD 센서, CMOS 센서 등의 광전변환 장치로 이루어진다.
상기 제어부(232)는 촬영부(231)에서 검출된 신호를 네트워크로 연결된 외부장치로 전송하는 구성으로서, 데이터 통신부(232a)와, 세포 배양 제어부(232b)와, 측정 플레이트 구동부(232c)를 포함하여 구성된다.
상기 데이터 통신부(232a)는 외부장치, 예를 들면 제어 단말기(300)와, 블루트스, 지그비, 와이파이 등의 통신 포맷을 이용하여 상기 촬영부(232)에서 검출된 신호, 세포 배양 장치(200)의 동작상태 등의 데이터가 송수신되도록 한다.
상기 세포 배양 제어부(232b)는 세포 배양 장치(200)의 전체적인 동작을 제어하는 구성으로서, 상기 촬영부(231)의 동작 제어와, 상기 촬영부(231)에서 검출된 신호, 세포 배양 장치(200)의 동작 상태를 상기 제어 단말기(300)로 전송되도록 제어한다.
또한, 상기 세포 배양 제어부(232b)는 제어 단말기(300)로부터 전송되는 측정 플레이트(221)의 위치 제어신호를 이용하여 상기 측정 플레이트(221)의 위치가 가변되도록 동작 제어신호를 출력한다.
상기 측정 플레이트 구동부(232c)는 측정부 하우징(220a)과, 측정 플레이트(221) 사이에 설치되어 상기 측정 플레이트(221)의 상/하방향 위치가 가변될 수 있도록 제어한다.
상기 제어 단말기(300)는 네트워크를 통해 연결된 세포 배양 장치(200), 세포 배양 장치 1(200a), 세포 배양 장치 2(200b), 세포 배양 장치 n(200c)에서 검출된 신호를 연산 처리하여 측정 대상 샘플에 대한 이미지 신호로 출력하고, 상기 출력된 이미지 신호를 미리 저장된 기준이미지 정보와 비교하여 정상 분화 여부를 판단하고, 분화 결과를 출력하는 구성으로서, 입력부(310)와, 데이터 통신부(320)와, 관리 제어부(330)와, 데이터 저장부(340)를 포함하여 구성된다.
상기 입력부(310)는 사용자의 설정 정보, 기준 이미지 정보를 입력받는 구성으로서, 키보드, 터치패드, 터치스크린 등의 입력장치로 이루어진다.
상기 데이터 통신부(320)는 세포 배양 장치(200) 및 관리자 단말기(400)와 데이터 신호를 송수신하는 구성으로서, 블루트스, 지그비, 와이파이, RF 통신 등의 통신 포맷을 이용하여 데이터가 송수신되도록 한다.
상기 관리 제어부(330)는 세포 배양 장치(200)의 전체적인 동작 상태를 관리하는 구성으로서, 상기 세포 배양 장치(200)로부터 일정 주기마다 동작 신호와 이미지 신호를 수신하고, 상기 수신된 이미지 신호를 미리 저장된 기준 이미지 정보와 비교 및 분석하여 측정 대상 샘플이 정상 분화하는지를 결정한다.
즉, 상기 관리 제어부(330)는 측정 대상 샘플로부터 획득한 이미지 정보를 이미지 프로세싱 프로그램을 통해 인식한 다음, 분화단계 또는 측정 시작 후 경과된 시간 등에 따라 미리 저장된 기준 이미지 정보와 비교하여 측정 대상 샘플의 정상 분화 여부를 결정한다.
또한, 상기 관리 제어부(330)는 측정 대상 샘플이 정상 분화하는 것으로 판단하면, 세포 배양 장치(200)의 동작 정보, 측정 대상 샘플의 이미지 정보, 분화 결과를 데이터 저장부(340)에 저장하고, 결과 정보를 관리자 단말기(400)로 전송한다.
또한, 상기 관리 제어부(330)는 측정 대상 샘플이 정상 분화한 것으로 판단되지 않으면, 이상이 발생된 이미지 정보와 세포 배양 장치(200) 정보를 관리자 단말기(400)로 전송한다.
또한, 상기 관리 제어부(330)는 세포 배양 장치(200)의 동작 정보, 측정 대상 샘플의 이미지 정보, 분화 결과를 미리 설정된 암호화 프로그램을 통해 암호화하여 관리자 단말기(400)로 전송한다.
또한, 상기 관리 제어부(330)는 관리자 단말기(400)에서 세포 배양 장치(200)의 설정 정보가 전송되면, 상기 설정 정보에 따라 상기 세포 배양 장치(200)의 설정 및 동작이 변경되도록 제어할 수 있다.
상기 데이터 저장부(340)는 기준 이미지 정보와, 다수의 세포 배양 장치(200, 200a, 200b, 200c)의 동작 정보, 측정 대상 샘플의 이미지 정보, 분화 결과를 저장한다.
상기 관리자 단말기(400)는 제어 단말기(300)와 네트워크를 통해 연결되고, 상기 제어 단말기(300)에서 전송되는 분화 결과 정보를 수신하여 디스플레이하고, 관리자가 입력하는 설정 정보를 상기 제어 단말기(300)로 전송한다.
다음은 본 발명에 따른 세포 배양 장치를 이용한 모니터링 과정을 설명한다.
사용자가 챔버(100)에 다수의 세포 배양 장치(200, 200a, 200b, 200c)를 설치하면, 상기 챔버(100)는 사용자가 입력하는 설정정보 또는 미리 설정된 온도/습도/CO2 등의 설정 조건에 따라 상기 세포 배양 장치(200, 200a, 200b, 200c)가 동작되도록 배양정보를 설정(S100)한다.
상기 S100 단계의 배양정보 설정이 완료되면, 상기 세포 배양 장치(200, 200a, 200b, 200c)는 사용자가 입력하는 측정주기 및 해상도 또는 미리 설정된 측정주기 및 해상도 정보에 따라 광원부(210)와, 측정부(220)와, 광 검출부(230)의 상태를 설정(S110)한다.
상기 세포 배양 장치(200, 200a, 200b, 200c)는 측정 대상 샘플의 검출 신호를 획득하여 제어단말기(300)로 전송하고, 상기 제어 단말기(300)는 수신된 검출 신호를 이용하여 세포 이미지를 획득(S120)한다.
상기 제어 단말기(300)는 설정된 측정 주기(예를 들면, 일정 시간, 예정된 분화 시기 등)마다 상기 세포 배양 장치(200, 200a, 200b, 200c)에서 획득한 측정 대상 샘플의 세포 이미지를 저장(S130)하고, 상기 세포 이미지를 미리 저장된 기준 이미지 정보와 비교(S140)하여 정상 분화 여부를 판단(S150)한다.
상기 S150 단계의 판단 결과, 정상 분화로 판단되면, 상기 제어 단말기(300)는 세포 배양 장치(200, 200a, 200b, 200c)별로 설정된 세포 배양 설정시간이 종료되었는지 판단(S160)하고, 상기 S160 단계의 판단 결과, 예정된 세포 배양 설정시간에 도달하였으면 측정을 종료하고, 예정된 세포 배양 설정시간에 도달하지 않았으면, 상기 S120 단계부터 다시 진행되도록 하며, 상기 정상 분화 결과 정보는 암호화하여 관리자 단말기(400)로 전송한다.
또한, 상기 S150 단계의 판단 결과, 정상 분화가 아닌 이상 분화로 판단되면, 상기 제어 단말기(300)는 상기 S110단계를 다시 수행하여 설정된 측정주기를 단축시키고, 해상도가 증가되도록 설정을 변경한 다음 상기 S120 단계 내지 S140 단계를 다시 수행한다.
한편, 상기 제어 단말기(300)는 이상 분화로 판단되면, 관리자 단말기(400)로 이상 분화에 따른 이미지 전송을 위한 고화질 데이터 전송모드를 설정(S200)하고, 이상이 발생된 세포 이미지와, 이상이 발생된 세포 배양 장치(200, 200a, 200b, 200c)의 정보를 암호화 하여 관리자 단말기(400)로 전송(S210)한다.
따라서 세포 배양 장치에서 고배율 렌즈를 사용한 세포의 촬영이 가능하고, 챔버에 설치된 다수의 세포 배양 장치 간에 네트워크를 구성하여 실시간 모니터링과 관리를 통해 세포 배양 과정을 효율적으로 관리할 수 있게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 도면번호는 설명의 명료성과 편의를 위해 기재한 것일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100 : 챔버 200 : 세포 배양 장치
200a : 세포 배양 장치 1 200b : 세포 배양 장치 2
200c : 세포 배양 장치 n 210 : 광원부
211 : 광원 212 : 제1 편광부
213 : 제1 파장판 214 : 반사부
220 : 측정부 220a : 측정부 하우징
221 : 측정 플레이트 221a : 프레임
221b : 제1 노브 221c, 221e : 스프링
221d : 제2 노브 222 : 대물렌즈
222a : 실링부 223 : 광학부
224 : 제2 파장판 225 : 제2 편광부
230 : 광 검출부 231 : 촬영부
232 : 제어부 232a : 데이터 통신부
232b : 세포 배양 제어부 232c : 측정 플레이트 구동부
240 : 슬라이드 글라스 300 : 제어 단말기
310 : 입력부 320 : 데이터 통신부
330 : 관리 제어부 340 : 데이터 저장부
400 : 관리자 단말기
200a : 세포 배양 장치 1 200b : 세포 배양 장치 2
200c : 세포 배양 장치 n 210 : 광원부
211 : 광원 212 : 제1 편광부
213 : 제1 파장판 214 : 반사부
220 : 측정부 220a : 측정부 하우징
221 : 측정 플레이트 221a : 프레임
221b : 제1 노브 221c, 221e : 스프링
221d : 제2 노브 222 : 대물렌즈
222a : 실링부 223 : 광학부
224 : 제2 파장판 225 : 제2 편광부
230 : 광 검출부 231 : 촬영부
232 : 제어부 232a : 데이터 통신부
232b : 세포 배양 제어부 232c : 측정 플레이트 구동부
240 : 슬라이드 글라스 300 : 제어 단말기
310 : 입력부 320 : 데이터 통신부
330 : 관리 제어부 340 : 데이터 저장부
400 : 관리자 단말기
Claims (10)
- 내부에 수납공간을 형성한 챔버(100)에 설치되고, 측정 대상 샘플을 포함한 슬라이드 글라스(240)가 거치되는 측정 플레이트(221)와, 상기 측정 플레이트(221)의 하부에 설치된 측정부 하우징(220a)에 수납되어 상기 측정 대상 샘플의 광신호를 확대하는 대물렌즈(222)와, 상기 대물렌즈(222)를 통과한 광신호를 수광하는 광 검출부(230)를 포함한 세포 배양 장치로서,
광원(211)에서 발생된 광의 편광 성분을 제1 편광부(212)에서 분리하고, 상기 분리된 편광 성분을 제1 파장판(213)을 통과시켜 편광 상태를 바꿔 출력하는 광원부(210);
상기 광원부(210)에서 편광 성분으로 분리된 광신호가 슬라이드 글라스(240)에 거치된 측정 대상 샘플을 각각 통과하고, 상기 측정 대상 샘플을 통과한 광신호를 대물렌즈(222)에서 집광하여 출력하며, 제2 파장판(224)에서 편광 상태를 바꿔 다시 합성하고, 상기 합성된 광신호를 제2 편광부(225)를 통해 출력하는 측정부(220); 및
상기 측정부(220)에서 출력된 광신호를 수광하여 검출 신호로 출력하는 광 검출부(230)를 포함하고,
상기 광원부(210), 측정부(220) 및 광 검출부(230)는 하우징으로 처리되어 상기 측정 플레이트(221)와 상기 대물렌즈(222)의 말단부만 상기 챔버(100)의 내부 공간으로 노출되도록 설치되고, 상기 대물렌즈(222)는 실링부(222a)를 통해 측정부 하우징(220a)에 접착되어 상기 광원부(210), 측정부(220) 및 광 검출부(230)가 챔버 내부 공간에 노출되지 않도록 이루어진 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 측정 플레이트(221)에 거치된 슬라이드 글라스(240)와, 렌즈의 배율이 높아 요구되는 작동 거리가 짧은 고배율의 렌즈로 이루어진 대물렌즈(222) 사이의 작동 거리가 짧아지도록 상기 대물렌즈(222)의 말단부를 상기 측정부 하우징(220a)의 외측으로 돌출되게 설치한 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 광원부(210)는 광을 발생하는 광원(211);
상기 광원(211)에서 발광된 빛을 편광 성분으로 분리하는 제1 편광부(212);
상기 제1 편광부(212)에서 분리된 편광 성분의 편광 상태를 변경하는 제1 파장판(213); 및
상기 제1 파장판(213)에서 출력되는 광의 경로를 변경하는 반사부(214)를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 측정부(220)는 측정 대상 샘플이 거치되는 측정 플레이트(221);
상기 측정 플레이트(221)의 하부에 설치되어 상기 측정 대상 샘플의 광신호를 확대하고, 상기 측정 대상 샘플을 통과한 광신호를 집광하며, 렌즈에 요구되는 작동 거리가 짧은 고배율의 렌즈로 이루어진 대물렌즈(222);
상기 대물렌즈(222)를 통과한 광신호의 광 경로를 변경하고, 상기 경로가 변경된 광의 초점이 형성되도록 집광하는 광학부(223);
상기 광학부(223)에서 경로가 변경된 광신호의 편광 상태를 바꿔 다시 합성하는 제2 파장판(224); 및
상기 합성된 광신호를 특정한 방향의 편광 상태의 광신호만을 통과시키는 제2 편광부(225)를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 측정 플레이트(221)는 수평방향 x축 위치를 조절하는 제1 노브(221b); 및
수평방향 y축 위치를 조절하는 제2 노브(221d)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 광 검출부(230)는 상기 측정부(220)를 통과한 광신호를 수광하여 검출하는 촬영부(231); 및
상기 촬영부(231)에서 검출된 신호를 네트워크로 연결된 외부장치로 전송하는 제어부(232)를 포함하되,
상기 제어부(232)는 상기 외부장치와 임의의 통신 포맷을 이용하여 데이터를 송수신하는 데이터 통신부(232a);
상기 촬영부(231)의 동작과 상기 촬영부(231)에서 검출된 신호를 상기 외부장치로 전송되도록 제어하는 세포 배양 제어부(232b); 및
상기 측정 플레이트(221)의 상/하방향 위치를 제어하는 측정 플레이트 구동부(232c);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치. - 내부에 수납공간을 형성한 챔버(100)에 설치되고, 측정 대상 샘플을 포함한 슬라이드 글라스(240)가 거치되는 측정 플레이트(221)와, 상기 측정 플레이트(221)의 하부에 설치된 측정부 하우징(220a)에 수납되어 상기 측정 대상 샘플의 광신호를 확대하는 대물렌즈(222)와, 상기 대물렌즈(222)를 통과한 광신호를 수광하는 광 검출부(230)를 포함하고, 광원(211)에서 발생된 광의 편광 성분을 제1 편광부(212)에서 분리하고, 상기 분리된 편광 성분을 제1 파장판(213)을 통과시켜 편광 상태를 바꿔 출력하는 광원부(210)와, 상기 광원부(210)에서 편광 성분으로 분리된 광신호가 슬라이드 글라스(240)에 거치된 측정 대상 샘플을 각각 통과하고, 상기 측정 대상 샘플을 통과한 광신호를 대물렌즈(222)에서 집광하여 출력하며, 제2 파장판(224)에서 편광 상태를 바꿔 다시 합성하고, 상기 합성된 광신호를 제2 편광부(225)를 통해 출력하는 측정부(220)와, 상기 측정부(220)에서 출력된 광신호를 수광하여 검출 신호로 출력하는 광 검출부(230)로 이루어지며, 상기 광원부(210), 측정부(220) 및 광 검출부(230)는 하우징으로 처리되어 상기 측정 플레이트(221)와 상기 대물렌즈(222)의 말단부만 상기 챔버(100)의 내부 공간으로 노출되도록 설치되고, 상기 대물렌즈(222)는 실링부(222a)를 통해 측정부 하우징(220a)에 접착되어 상기 광원부(210), 측정부(220) 및 광 검출부(230)가 챔버 내부 공간에 노출되지 않도록 이루어진 세포 배양 장치(200);
상기 세포 배양 장치(200)에서 출력되는 신호를 연산 처리하여 측정 대상 샘플에 대한 이미지 신호로 출력하고, 상기 출력된 이미지 신호를 미리 저장된 기준 이미지 정보와 비교하여 정상 분화 여부를 판단하고, 분화 결과를 출력하는 제어 단말기(300); 및
상기 제어 단말기(300)와 네트워크를 통해 연결되고, 상기 제어 단말기(300)의 분화 결과를 수신하는 관리자 단말기(400);를 포함하되,
상기 관리자 단말기(400)로 전송되는 분화 결과는 암호화하여 전송하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치를 이용한 세포 배양 모니터링 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 측정 플레이트(221)에 거치된 슬라이드 글라스(240)와, 렌즈의 배율이 높아 요구되는 작동 거리가 짧은 고배율의 렌즈로 이루어진 대물렌즈(222) 사이의 작동 거리가 짧아지도록 상기 대물렌즈(222)의 말단부를 상기 측정부 하우징(220a)의 외측으로 돌출되게 설치한 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치를 이용한 세포 배양 모니터링 시스템. - 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 제어 단말기(300)는 사용자 설정 정보, 기준 이미지 정보를 입력받는 입력부(310);
상기 세포 배양 장치(200), 관리자 단말기(400)와 데이터 신호를 송수신하는 데이터 통신부(320);
상기 세포 배양 장치(200)로부터 일정 주기마다 동작 신호와 이미지 신호를 수신하여 기준 이미지 정보와 비교하고, 상기 비교 결과를 분석하여 측정 대상 샘플의 정상 분화 여부를 결정하며, 상기 분화 결과와 세포 배양 장치(200)의 동작 상태를 관리하는 관리 제어부(330); 및
상기 기준 이미지 정보와, 세포 배양 장치(200)의 동작 정보, 측정 대상 샘플의 이미지 정보, 분화 결과를 저장하는 데이터 저장부(340)를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치를 이용한 세포 배양 모니터링 시스템. - 제 7 항 또는 제 8 항에 따른 세포 배양 모니터링 시스템을 이용한 세포 배양 모니터링 방법으로서,
a) 세포 배양 장치(200)가 임의의 설정 정보에 따라 세포 배양을 수행하는 단계;
b) 상기 세포 배양 장치(200)가 측정 대상 샘플의 세포 이미지를 임의의 측정주기 및 해상도에 따라 획득하는 단계;
c) 제어 단말기(300)가 일정 주기마다 상기 b)단계에서 획득한 측정 대상 샘플의 세포 이미지를 수신하여 저장하고, 상기 수신된 세포 이미지를 미리 저장된 기준 이미지 정보와 비교하여 정상 분화 여부를 판단하는 단계;
d) 상기 c)단계의 판단 결과, 정상 분화로 판단되면, 상기 세포 배양 장치(200)에 의한 세포 배양 설정시간이 종료되었는지 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 세포 이미지를 획득하거나 또는 측정을 종료하는 단계를 포함하되,
상기 c)단계의 판단 결과, 이상 분화로 판단되면, 상기 제어 단말기(300)는 상기 b)단계의 측정주기와 해상도를 조정하여 측정 대상 샘플의 세포 이미지를 획득하고, 고화질 데이터 전송모드로 설정하여 이상이 발생된 세포 이미지와, 세포 배양 장치(200)의 정보를 관리자 단말기(400)로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치를 이용한 세포 배양 모니터링 방법.
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