KR102196465B1 - Device and method for ecis based cell culture chamber controlling - Google Patents
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Abstract
본원의 일 실시예에 따른 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치는, 사용자 단말로부터 전극 모듈 및 측정 모듈을 제어하는 제어 신호를 수신하는 통신부, 복수의 세포 배양 챔버 각각에 전기적 자극을 가하는 상기 전극 모듈 및 전기적 자극에 따른 임피던스를 복수의 세포 배양 챔버 각각에 대하여 측정하는 상기 측정 모듈을 제어하는 모듈 제어부 및 상기 측정 모듈로부터 측정된 상기 세포 배양 챔버의 임피던스 데이터를 기록하는 데이터베이스부를 포함하되, 상기 제어 신호는 상기 데이터베이스부를 통해 상기 모듈 제어부로 전달되고, 상기 모듈 제어부는, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 전극 모듈의 상기 전기적 자극을 변화시키고, 전기적 자극에 따른 세포 성장에 의한 상기 전극의 임피던스의 변화를 상기 측정 모듈을 통해 측정할 수 있다.An ECIS-based cell culture chamber control apparatus according to an embodiment of the present application includes a communication unit receiving a control signal for controlling an electrode module and a measurement module from a user terminal, the electrode module applying electrical stimulation to each of the plurality of cell culture chambers, and A module control unit for controlling the measurement module for measuring impedance according to stimulation for each of a plurality of cell culture chambers, and a database unit for recording impedance data of the cell culture chamber measured from the measurement module, wherein the control signal is the It is transmitted to the module control unit through the database unit, and the module control unit changes the electrical stimulation of the electrode module based on the control signal, and measures the change in impedance of the electrode due to cell growth according to the electrical stimulation. It can be measured through.
Description
본원은 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present application relates to an ECIS-based cell culture chamber control apparatus and method.
Electric cell-substrate impedance spectroscopy (ECIS)는 세포 이동성이 증가함에 따라 전극 사이의 증가 된 임피던스 현상을 이용하는 일종의 전기 임피던스 분광법 중 하나이다. 세포가 부착되어 전극에 퍼지면 전류가 물리적으로 방해 받고 임피던스가 증가한다. 임피던스의 증가는 세포 상태, 세포 수 및 세포 생존력과 같은 세포 매개 변수가 결정될 수 있기 때문에 세포 행동, 약물에 대한 반응 및 암 세포 또는 줄기 세포의 장벽 기능을 평가하는 데 사용될 수 있다.Electric cell-substrate impedance spectroscopy (ECIS) is one of a kind of electrical impedance spectroscopy that uses the phenomenon of increased impedance between electrodes as cell mobility increases. When cells are attached and spread to the electrode, the current is physically disturbed and the impedance increases. The increase in impedance can be used to assess cell behavior, response to drugs, and barrier function of cancer cells or stem cells, since cellular parameters such as cell status, cell number and cell viability can be determined.
임피던스를 측정함에 있어서, 디지털 방식으로 신호를 수집하고 DSP (Digital Signal Processing)를 사용하여 임피던스를 계산하는 방식이 종래의 방식 중 하나이다. 그러나 종래의 계산 방식은 상당한 계산 시간을 요구할 뿐만 아니라, 디지털 장치를 활용하므로 집적도가 떨어져 많은 공간을 차지하는 문제점이 존재한다.In measuring impedance, a method of digitally collecting signals and calculating impedance using digital signal processing (DSP) is one of the conventional methods. However, the conventional calculation method not only requires a considerable calculation time, but also has a problem in that the integration degree is low and occupies a lot of space because a digital device is used.
본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 제10-1023251호에 개시되어 있다.The technology behind the present application is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-1023251.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, IOT 방식으로 구현하여 집적도를 최소화하고, 임피던스 계산에 효율성을 향상시킨 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present application is to solve the above-described problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide an ECIS-based cell culture chamber control apparatus and method that minimizes the degree of integration by implementing the IOT method and improves efficiency in impedance calculation.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problems to be achieved by the embodiments of the present application are not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may exist.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치는, 사용자 단말로부터 전극 모듈 및 측정 모듈을 제어하는 제어 신호를 수신하는 통신부, 복수의 세포 배양 챔버 각각에 전기적 자극을 가하는 상기 전극 모듈 및 전기적 자극에 따른 임피던스를 복수의 세포 배양 챔버 각각에 대하여 측정하는 상기 측정 모듈을 제어하는 모듈 제어부 및 상기 측정 모듈로부터 측정된 상기 세포 배양 챔버의 임피던스 데이터를 기록하는 데이터베이스부를 포함하되, 상기 제어 신호는 상기 데이터베이스부를 통해 상기 모듈 제어부로 전달되고, 상기 모듈 제어부는, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 전극 모듈의 상기 전기적 자극을 변화시키고, 전기적 자극에 따른 세포 성장에 의한 상기 전극의 임피던스의 변화를 상기 측정 모듈을 통해 측정할 수 있다.As a technical means for achieving the above technical problem, the ECIS-based cell culture chamber control apparatus according to an embodiment of the present application includes a communication unit receiving a control signal for controlling an electrode module and a measurement module from a user terminal, and a plurality of cell cultures The electrode module for applying electrical stimulation to each chamber, a module controller for controlling the measurement module for measuring impedance according to the electrical stimulation for each of a plurality of cell culture chambers, and impedance data of the cell culture chamber measured from the measurement module A database unit for recording, wherein the control signal is transmitted to the module control unit through the database unit, and the module control unit changes the electric stimulation of the electrode module based on the control signal, and cell growth according to the electric stimulation A change in the impedance of the electrode due to may be measured through the measurement module.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 모듈 제어부는, AFE(analog front end) 및 SBC(single board computer)를 포함하고, 상기 통신부는 SBC와 연결되고, 상기 전극 모듈 및 상기 측정 모듈은 상기 AFE에 연결될 수 있다.According to an embodiment of the present application, the module control unit includes an analog front end (AFE) and a single board computer (SBC), the communication unit is connected to the SBC, and the electrode module and the measurement module are connected to the AFE. I can.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 측정 모듈은 USB 오실로스코프를 포함하되, 상기 모듈 제어부는, 상기 USB 오실로스코프의 함수 발생기에 기초하여 사인파를 생성하고, 상기 전극 모듈은 미리 설정된 크기의 저항을 통해 상기 복수의 세포 배양 챔버에 전기적 자극을 가할 수 있다.According to an embodiment of the present application, the measurement module includes a USB oscilloscope, and the module control unit generates a sine wave based on a function generator of the USB oscilloscope, and the electrode module is configured to generate the plurality of Electrical stimulation can be applied to the cell culture chamber.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 측정 모듈은, 상기 미리 설정된 크기의 저항에 따라 상기 복수의 세포 배양 챔버에 흐르는 전류에 의한 임피던스를 비침습적으로 측정할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the measurement module may non-invasively measure impedance due to currents flowing through the plurality of cell culture chambers according to the resistance of the preset size.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 제어 신호는 주파수, 채널, 측정 간격, 실험 기간, 실험 명 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present application, the control signal may include at least one of a frequency, a channel, a measurement interval, an experiment period, and an experiment name.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 모듈 제어부는, 수학식 1에 기초하여 상기 임피던스를 측정할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present application, the module controller may measure the impedance based on
본원의 일 실시예에 따르면, 복소 이득은 수학식 2에 기초하여 산출될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the complex gain may be calculated based on
본원의 일 실시예에 따르면, 모듈 제어부는, 수학식 3을 최소화하는 상기 자극 신호의 진폭 및 위상을 추정할 수 있다.According to an embodiment of the present application, the module controller may estimate the amplitude and phase of the stimulus signal that minimizes Equation (3).
본원의 일 실시예에 따른 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 방법은, (a) 사용자 단말로부터 전극 모듈 및 측정 모듈을 제어하는 제어 신호를 수신하는 단계, (b) 복수의 세포 배양 챔버 각각에 전기적 자극을 가하는 상기 전극 모듈 및 전기적 자극에 따른 임피던스를 복수의 세포 배양 챔버 각각에 대하여 측정하는 상기 측정 모듈을 제어하는 단계 및 (c) 상기 측정 모듈로부터 측정된 상기 세포 배양 챔버의 임피던스 데이터를 기록하는 단계를 포함하되, 상기 (b) 단계는, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 전극 모듈의 상기 전기적 자극을 변화시키고, 전기적 자극에 따른 세포 성장에 의한 상기 전극의 임피던스의 변화를 상기 측정 모듈을 통해 측정할 수 있다.The ECIS-based cell culture chamber control method according to an embodiment of the present application includes the steps of: (a) receiving a control signal for controlling an electrode module and a measurement module from a user terminal, (b) applying electrical stimulation to each of the plurality of cell culture chambers. Controlling the measurement module for measuring the impedance according to the applied electrode module and the electrical stimulation for each of a plurality of cell culture chambers, and (c) recording the impedance data of the cell culture chamber measured from the measurement module. Including, wherein the step (b), the electrical stimulation of the electrode module is changed based on the control signal, and a change in impedance of the electrode due to cell growth according to the electrical stimulation can be measured through the measurement module. have.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 측정 모듈은 USB 오실로스코프를 포함하되, 상기 (b) 단계는, 상기 USB 오실로스코프의 함수 발생기에 기초하여 사인파를 생성하고, 상기 전극 모듈은 미리 설정된 크기의 저항을 통해 상기 복수의 세포 배양 챔버에 전기적 자극을 가할 수 있다.According to an embodiment of the present application, the measurement module includes a USB oscilloscope, and step (b) generates a sine wave based on a function generator of the USB oscilloscope, and the electrode module is Electrical stimulation may be applied to the plurality of cell culture chambers.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 측정 모듈은, 상기 미리 설정된 크기의 저항에 따라 상기 복수의 세포 배양 챔버에 흐르는 전류에 의한 임피던스를 비침습적으로 측정할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the measurement module may non-invasively measure impedance due to currents flowing through the plurality of cell culture chambers according to the resistance of the preset size.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 제어 신호는 주파수, 채널, 측정 간격, 실험 기간, 실험 명 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present application, the control signal may include at least one of a frequency, a channel, a measurement interval, an experiment period, and an experiment name.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계는, 수학식 4에 기초하여 상기 임피던스를 측정할 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present application, step (b) may measure the impedance based on Equation 4.
본원의 일 실시예에 따르면, 복소 이득은 수학식 5에 기초하여 산출될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the complex gain may be calculated based on Equation 5.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계는, 수학식 6을 최소화하는 상기 자극 신호의 진폭 및 위상을 추정할 수 있다.According to an embodiment of the present application, in step (b), the amplitude and phase of the stimulus signal minimizing Equation 6 may be estimated.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary and should not be construed as limiting the present application. In addition to the above-described exemplary embodiments, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description of the invention.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, IOT 방식으로 구현하여 집적도를 최소화하고, 임피던스 계산에 효율성을 향상시킨 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치 및 방법을 제공할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, it is possible to provide an ECIS-based cell culture chamber control apparatus and method that minimizes the degree of integration by implementing the IOT method and improves efficiency in impedance calculation.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치의 IOT 구현예를 도시한 도면이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치의 저항과 커패시터가 직렬로 dusurfehl고, 챔버의 임피던스를 에뮬레이션하는 회로의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치의 세포 배양 챔버와 연결된 멀티플렉서의 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치의 임피던스 계산 방식을 설명하기 위하여 연결된 배양 챔버의 블록도를 도시한 도면이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 방법의 흐름을 도시한 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of an ECIS-based cell culture chamber control apparatus according to an embodiment of the present application.
2 is a diagram showing an IOT implementation of the ECIS-based cell culture chamber control apparatus according to an embodiment of the present application.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a circuit in which a resistor and a capacitor of the ECIS-based cell culture chamber control device according to an embodiment of the present disclosure are dusurfehl in series and emulate the impedance of the chamber.
4 is a view showing an example of a multiplexer connected to the cell culture chamber of the ECIS-based cell culture chamber control apparatus according to an embodiment of the present application.
5 is a view showing a block diagram of a connected culture chamber to explain an impedance calculation method of the ECIS-based cell culture chamber control apparatus according to an embodiment of the present application.
6 is a view showing the flow of the ECIS-based cell culture chamber control method according to an embodiment of the present application.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present application. However, the present application may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, in the drawings, parts not related to the description are omitted in order to clearly describe the present application, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is said to be "connected" with another part, this includes not only the case that it is "directly connected", but also the case that it is "electrically connected" with another element interposed therebetween. do.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is positioned "on", "upper", "upper", "under", "lower", and "lower" of another member, this means that a member is located on another member. It includes not only the case where they are in contact but also the case where another member exists between the two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification of the present application, when a certain part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.1 is a view showing the configuration of an ECIS-based cell culture chamber control apparatus according to an embodiment of the present application.
도 1을 참조하면, ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치(100)는 통신부(110), 모듈 제어부(120) 및 데이터베이스부(130)를 포함할 수 있다. 통신부(110)는 사용자 단말로부터 전극 모듈 및 측정 모듈을 제어하는 제어 신호를 수신할 수 있다. 예시적으로, 통신부(110)는 네트워크를 통해 사용자 단말로부터 제어 신호를 수신할 수 있다. 상기 네트워크는 단말 및 서버와 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 유, 무선의 연결 구조를 의미하는 것으로, 이러한 네트워크의 일 예에는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 네트워크, LTE(Long Term Evolution) 네트워크, 5G 네트워크, WIMAX(World Interoperability for Microwave Access) 네트워크, 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), 블루투스(Bluetooth) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 네트워크 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.Referring to FIG. 1, the ECIS-based cell culture
또한, 사용자 단말은 예를 들면, 스마트폰(Smartphone), 스마트패드(SmartPad), 태블릿 PC등과 PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communication), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말기 같은 모든 종류의 무선 통신 장치일 수 있다.In addition, the user terminal is, for example, a smartphone (Smartphone), a smart pad (SmartPad), a tablet PC, and PCS (Personal Communication System), GSM (Global System for Mobile communication), PDC (Personal Digital Cellular), PHS (Personal Handyphone System), PDA (Personal Digital Assistant), IMT (International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA (Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA (W-Code Division Multiple Access), Wibro (Wireless Broadband Internet) It can be any kind of wireless communication device.
한편, Electric cell-substrate impedance spectroscopy (ECIS)는 세포 이동성이 증가함에 따라 전극 사이의 증가 된 임피던스 현상을 이용하는 일종의 전기 임피던스 분광법 중 하나이다. 세포가 부착되어 전극에 퍼지면 전류가 물리적으로 방해 받고 임피던스가 증가하게 된다. 임피던스의 증가는 세포 상태, 세포 수 및 세포 생존력과 같은 세포 매개 변수가 결정될 수 있기 때문에 세포 행동, 약물에 대한 반응 및 암 세포 또는 줄기 세포의 장벽 기능을 평가하는 데 사용될 수 있다. ECIS를 사용하는 이러한 세포 연구는 궁극적으로 삶의 질을 향상시키는 것을 목표로 하고 있다. 예를 들어, 세포 독성 연구는 독성 물질을 취급하는 근로자의 건강 영향을 조사 할 수 있다. ECIS는 오작동으로 인해 전신 혈관 누출로 이어지는 부종 및 기관 기능의 상실로 이어지는 내피 투과성의 조절을 조사하는 데 사용될 수 있다. 한편 암 진행에 관한 연구 및 중간 엽 줄기 세포 요법에서의 간엽 줄기 세포와 산소 장력 사이의 관계에도 적용된 바 있으며, 심혈관 질환, 신경 퇴행성 질환 및 골관절염을 포함하여 인간의 병리학에 대한 큰 가능성을 가지고 있다.On the other hand, electric cell-substrate impedance spectroscopy (ECIS) is one of a kind of electrical impedance spectroscopy that uses the phenomenon of increased impedance between electrodes as cell mobility increases. When cells are attached and spread to the electrode, the current is physically disturbed and the impedance increases. The increase in impedance can be used to assess cell behavior, response to drugs, and barrier function of cancer cells or stem cells, since cellular parameters such as cell status, cell number and cell viability can be determined. These cell studies using ECIS aim to ultimately improve the quality of life. For example, cytotoxicity studies can investigate the health effects of workers handling toxic substances. ECIS can be used to investigate the regulation of endothelial permeability leading to edema and loss of organ function leading to systemic vascular leakage due to malfunction. Meanwhile, it has been applied to the relationship between mesenchymal stem cells and oxygen tension in studies on cancer progression and mesenchymal stem cell therapy, and has great potential for human pathology, including cardiovascular disease, neurodegenerative disease, and osteoarthritis.
ECIS에서 임피던스는 셀 챔버의 전극을 수 uA의 정현파 전류로 자극하여 얻은 전압을 측정하여 계산될 수 있다. 또한, 복소 임피던스는 자극 신호로 동 위상 및 직교 위상 인 수신 신호의 성분을 계산함으로써 얻어질 수 있다. 상기 복소 임피던스는 통상적인 아날로그 lock-in 앰프가 사용되거나 두 신호가 디지털 방식으로 수집 된 다음 DSP (Digital Signal Processing)를 사용하여 계산될 수 있다. 한편, 고정형 증폭기 및 주파수 또는 네트워크 분석기와 같은 일반적인 다용도 임피던스 측정 계기는 많은 공간을 필요로 하며 제어하기 쉽지 않은 문제점이 있다. 이에, 본원의 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치(100)는 고성능 USB 오실로스코프를 차용하여 공간 문제를 해결할 수 있다.In ECIS, the impedance can be calculated by measuring the voltage obtained by stimulating the electrode of the cell chamber with a sinusoidal current of several uA. In addition, the complex impedance can be obtained by calculating a component of a received signal that is in-phase and quadrature phase as a stimulus signal. The complex impedance may be calculated by using a conventional analog lock-in amplifier or by digitally collecting two signals and then using digital signal processing (DSP). Meanwhile, a general multipurpose impedance measuring instrument such as a fixed amplifier and a frequency or network analyzer requires a lot of space and is not easy to control. Accordingly, the ECIS-based cell culture
모듈 제어부(120)는 복수의 세포 배양 챔버 각각에 전기적 자극을 가하는 상기 전극 모듈 및 전기적 자극에 따른 임피던스를 복수의 세포 배양 챔버 각각에 대하여 측정하는 상기 측정 모듈을 제어할 수 있다. 구체적으로, 모듈 제어부(120)는 제어 신호에 기초하여 전극 모듈의 전기적 자극을 변화시키고, 전기적 자극에 따른 세포 성장에 의한 상기 전극의 임피던스의 변화를 측정 모듈을 통해 측정할 수 있다. 또한, 모듈 제어부(120)는 AFE(analog front end) 및 SBC(single board computer)를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 통신부(110)는 SBC와 연결되고, 상기 전극 모듈 및 상기 측정 모듈은 상기 AFE에 연결될 수 있다. ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치(100)는 IoT 형식으로 구현될 수 있다. ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치(100)가 IOT 형식으로 구현됨에 따라, 웹 기반 사용자 인터페이스를 통해 모니터 또는 키보드/마우스와 같은 표준 입력/출력 장치 없이 시스템을 제어하고 모니터링 할 수 있다. 또한, 입출력 기기의 스페이스가 작아질 뿐만 아니라, 입출력 기기에의 액세스 용이성에 기인하는 부주의 한 입력을 방지 할 수 있다. 또한 몇 분 간격으로 며칠 동안 지속되는 장기간의 실험을 필요로 하는 ECIS 시스템의 경우, 본원의 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치(100)가 IOT 형식으로 구현됨으로써 보다 유용하게 활용될 수 있다.The
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치의 IOT 구현예를 도시한 도면이다.2 is a view showing an IOT implementation of the ECIS-based cell culture chamber control apparatus according to an embodiment of the present application.
상기 측정 모듈은 USB 오실로스코프를 포함할 수 있다. 도 2를 참조하면, 상기 USB 오실로스코프는 AFE에 연결될 수 있고, AFE는 USB 인터페이스를 통해 SBC에 연결될 수 있다. 또한, 통신부(110)가 SBC에 연결됨에 따라, SBC는 통신부(110)를 통해 네트워크에 연결될 수 있다.The measurement module may include a USB oscilloscope. Referring to FIG. 2, the USB oscilloscope may be connected to an AFE, and the AFE may be connected to an SBC through a USB interface. In addition, as the
모듈 제어부(120)는 상기 USB 오실로스코프의 함수 발생기에 기초하여 사인파를 생성할 수 있다. 예시적으로, 사인파는 1Vpp사인파일 수 있다. 또한, 전극 모듈은 미리 설정된 크기의 저항을 통해 복수의 세포 배양 챔버에 전기적 자극을 가할 수 있다. 또한, 측정 모듈은, 미리 설정된 크기의 저항에 따라 복수의 세포 배양 챔버에 흐르는 전류에 의한 임피던스를 비침습적으로 측정할 수 있다. 상기 미리 설정된 크기의 저항은 예시적으로 1MΩ일 수 있다. 전극 모듈에 의해 복수의 세포 배양 챔버 중 어느 하나에 전기적 자극을 가하면, 챔버에 흐르는 전류는 1μA 미만이므로, 상기 측정 모듈의 비침습성 감지가 가능해질 수 있다.The
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치의 저항과 커패시터가 직렬로 dusurfehl고, 챔버의 임피던스를 에뮬레이션하는 회로의 예를 도시한 도면이고, 도 4는 본원의 일 실시예에 따른 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치의 세포 배양 챔버와 연결된 멀티플렉서의 예를 도시한 도면이다.3 is a diagram showing an example of a circuit for emulating the impedance of the chamber in which the resistance and the capacitor of the ECIS-based cell culture chamber control device according to an embodiment of the present application are dusurfehl in series, and FIG. 4 is an embodiment of the present application A diagram showing an example of a multiplexer connected to the cell culture chamber of the ECIS-based cell culture chamber control device according to FIG.
모듈 제어부(120)는 증폭기 유형, 주기 당 샘플 수 및 임피던스 계산 방법의 파라미터를 결정할 수 있다.예시적으로, 주기 당 샘플 수는 오실로스코프를 선택하는데 중요하게 작용할 수 있다. 상기 주기 당 샘플 수를 결정하기 위해 저항과 커패시터로 배양 챔버의 임피던스를 에뮬레이션하는 에뮬레이터를 통해 시뮬레이션이 수행될 수 있다. 시뮬레이션에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이 배양 챔버의 임피던스는 1k ~ 8kΩ의 저항과 10 nF의 커패시터를 직렬로 연결될 수 있다. 도 4는 1kΩ 저항과 10nF 커패시터가 직렬로 연결되고 챔버의 임피던스를 에뮬레이션하는 회로가 도 3의 멀티플렉서(즉, AFE)에 연결되는 예를 도시한다. 종래의 연구에 따르면, 대부분의 연구에서 자극 전류의 주파수는 약 100kHz 였고 배양 세포 저항은 약 50kΩ 이내로 설정된 바 있다. 따라서, ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치(100)는 종래의 연구를 참고하여 최대 임피던스의 챔버를 측정할 때 증폭기가 포화되지 않도록 이득을 100으로 설정할 수 있다. 또한, 최대 주파수와 선택된 이득을 기반으로 10MHz 이상의 이득 대역폭을 가진 증폭기를 선택하여 활용할 수 있고, 자극 전류가 1μA 미만이므로 입력 오프셋 전류 및 전압이 낮은 앰프를 선택하여 활용할 수 있다.The
한편, 싸이클 당 샘플 수가 너무 적으면 노이즈로 인한 측정 오류가 증가하므로 노이즈 양이 주기 당 샘플 수를 결정하는 가장 중요한 요소라고 할 수 있다. ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치(100)는 챔버 에뮬레이터 중 가장 낮은 임피던스를 갖는 것이 가장 나쁜 신호 대 잡음비를 가지므로, 이로부터 수신 된 전압을 측정하여 잡음의 양을 결정할 수 있다.On the other hand, if the number of samples per cycle is too small, measurement errors due to noise increase, so the amount of noise can be said to be the most important factor in determining the number of samples per cycle. Since the ECIS-based cell culture
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치의 임피던스 계산 방식을 설명하기 위하여 연결된 배양 챔버의 블록도를 도시한 도면이다.5 is a view showing a block diagram of a connected culture chamber to explain an impedance calculation method of the ECIS-based cell culture chamber control apparatus according to an embodiment of the present application.
종래에는 임피던스 계산에 주로 lock-in 탐지가 사용되었으나, DNA 농도나 신경세포 주변의 임피던스 측정에 사인 피팅 (sine fitting) 방법을 사용한 예 또한 보고되고 있다. 본원의 일 실시예에 따르면, 모듈 제어부(120)는 사인 피팅 방법을 통해 임피던스를 측정할 수 있다. 구체적으로, 모듈 제어부(120)는 수학식 1에 기초하여 임피던스를 측정할 수 있다.Conventionally, lock-in detection was mainly used for impedance calculation, but an example using a sine fitting method for measuring the DNA concentration or impedance around a nerve cell has also been reported. According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the
[수학식 1][Equation 1]
여기서, s(t)는 자극 신호이고, r(t)는 수신 신호이고, z는 복소 이득이고, g는 증폭기 이득이고, j는 허수 단위이고, ω는 각 주파수를 나타낸다.Here, s(t) is a stimulus signal, r(t) is a received signal, z is a complex gain, g is an amplifier gain, j is an imaginary unit, and ω represents each frequency.
상기 복소 이득은 수학식 2에 기초하여 산출될 수 있다.The complex gain may be calculated based on
[수학식 2][Equation 2]
여기서, Re(.)는 상기 복소 이득 z의 실수부이고, Im(.)은 상기 복소 이득의 허수부이고, T=2π/ω를 나타낸다.Here, Re(.) is the real part of the complex gain z, Im(.) is the imaginary part of the complex gain, and T=2π/ω.
모듈 제어부(120)는 사인 함수 s(t)와 r(t) 에 모두 사인 피팅 방법을 적용하여 복소 이득을 산출할 수 있다. 구체적으로, 모듈 제어부(120)는 비선형 최소 자승법을 사용하여 수학식 3을 최소화하는 진폭 및 위상을 산출할 수 있다. The
[수학식 3][Equation 3]
여기서, e는 피링 오차이고, A는 추정 진폭이고, φ는 추정 위상이다.Here, e is the Pring error, A is the estimated amplitude, and φ is the estimated phase.
복소 이득의 진폭 및 위상은 하기의 수학식 4와 같이 수학식 3을 통해 산출된 진폭의 비율과 위상의 차이를 취함으로써 산출될 수 있다.The amplitude and phase of the complex gain may be calculated by taking the difference between the ratio of the amplitude and the phase calculated through Equation 3 as shown in Equation 4 below.
[수학식 4][Equation 4]
여기서 , , , 는 각각 s(t)와 r(t) 추정 진폭과 위상을 나타낸다.here , , , Represents the estimated amplitude and phase of s(t) and r(t), respectively.
신호의 주파수가 알려진 경우에도 피팅 방법은 잠금 감지 방법보다 훨씬 더 많은 계산이 필요하다. 그러나, 본원의 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치(100)의 계산주기는 수분(min)이며, IoT 기반으로 구현된 장치는 임피던스 추정과 같은 기본적인 기능들이 요구되므로, 계산 시간에 대한 제한은 상대적으로 적다. 따라서, 잡음에 차이가 있다면, 계산에 필요한 것과 관계없이 피팅 방법은 잠금 감지 방법 중 더 나은 방법을 선택하는 것이 유리할 것이다.Even when the frequency of the signal is known, the fitting method requires much more computation than the lock detection method. However, the calculation period of the ECIS-based cell culture
ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치(100)는 사용자 요청에 따라 임피던스를 측정하고 기록할 수 있다. 또한, 기록된 임피던스 값 또는 임피던스 변화의 추세를 사용자에게 제공할 수 있다.The ECIS-based cell culture
데이터베이스부(130)는 측정 모듈로부터 측정된 상기 세포 배양 챔버의 임피던스 데이터를 기록할 수 있다. 또한, 제어 신호는 데이터베이스부(130)를 통해 기 모듈 제어부(120)로 전달될 수 있다. 다시 말해 데이터베이스부(130)는 클라우드의 역할을 수행할 수 있다. ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치(100)가 IOT 형태로 구현됨에 따라, 사용자 단말과 모듈 제어부(120)가 직접적으로 연결되지 않고 데이터베이스부(130)를 통해 제어 신호를 주고받을 수 있다. 이는 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치(100)의 집적도를 향상시키고, 모듈 제어부(120)가 임피던스 측정에 집중하도록 하기 위함이다. 모듈 제어부(120)는 제어 신호의 발생 여부를 지속적으로 모니터링하고, 사용자 단말로부터 제어 신호가 수신되거나 제어 신호의 변화가 있을 경우, 최근 수신된 제어 신호에 기초하여 임피던스를 측정할 수 있다. 예시적으로, 제어 신호는 주파수, 채널, 측정 간격, 실험 기간, 실험 명 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The
통신부(110)는 제어 신호 외에도 다양한 신호를 사용자 단말로부터 수신할 수 있다. 예시적으로, 통신부(110)는 시작 신호 및 정지 신호를 수신할 수 있다. 모듈 제어부(120)는 통신부(110)가 시작 신호 또는 정지 신호를 수신하지 않은 경우에는 계속해서 임피던스의 측정을 수행할 수 있다. 예시적으로, 모듈 제어부(120)는 시작 신호가 수신된 경우, 시작 신호와 함께 수신된 제어 신호에 포함된 측정 간격마다 임피던스를 측정할 수 있고, 데이터베이스부(130)는 측정된 임피던스를 저장할 수 있다. 데이터베이스부(130)는 측정된 임피던스와 세포 배양 챔버의 식별자 및 측정 시간을 연계하여 저장할 수 있다.In addition to the control signal, the
본원의 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치(100)에 따르면, AFE를 포함하고, 클라우드 기능을 수행하는 데이터베이스부(130)를 통해 제작 비용을 줄이고 집적도를 향상시킬 수 있다. 즉, 입 출력장치를 생략하여 복잡한 실험실 공간을 절약할 수 있고, 실험 장비 앞에 위치하지 않아도 스마트 디바이스를 통해 실험을 제어하거나 모니터링 할 수 있다. 또한, 데이터베이스부(130)가 네트워크에 연결될 수 있으므로, 실험 구성원들과 용이하게 정보를 공유할 수 있다.According to the ECIS-based cell culture
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 방법의 흐름을 도시한 도면이다.6 is a view showing the flow of the ECIS-based cell culture chamber control method according to an embodiment of the present application.
도 6에 도시된 따른 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 방법은 앞선 도 1 내지 도 5를 통해 설명된 따른 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 도 1 내지 도 5를 통해 따른 ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치에 대하여 설명된 내용은 도 6에도 동일하게 적용될 수 있다.The ECIS-based cell culture chamber control method shown in FIG. 6 may be performed by the ECIS-based cell culture chamber control apparatus described with reference to FIGS. 1 to 5 above. Therefore, even if omitted below, the description of the ECIS-based cell culture chamber control apparatus according to FIGS. 1 to 5 may be equally applied to FIG. 6.
도 6을 참조하면 단계 S610에서 통신부(110)는 사용자 단말로부터 전극 모듈 및 측정 모듈을 제어하는 제어 신호를 수신할 수 있다. 예시적으로, 제어 신호는 주파수, 채널, 측정 간격, 실험 기간, 실험 명 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, in step S610, the
단계 S620에서 모듈 제어부(120)는 복수의 세포 배양 챔버 각각에 전기적 자극을 가하는 상기 전극 모듈 및 전기적 자극에 따른 임피던스를 복수의 세포 배양 챔버 각각에 대하여 측정하는 상기 측정 모듈을 제어할 수 있다. 구체적으로, 모듈 제어부(120)는 제어 신호에 기초하여 전극 모듈의 전기적 자극을 변화시키고, 전기적 자극에 따른 세포 성장에 의한 상기 전극의 임피던스의 변화를 측정 모듈을 통해 측정할 수 있다. 또한, 모듈 제어부(120)는 AFE(analog front end) 및 SBC(single board computer)를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 통신부(110)는 SBC와 연결되고, 상기 전극 모듈 및 상기 측정 모듈은 상기 AFE에 연결될 수 있다. In step S620, the
상기 측정 모듈은 USB 오실로스코프를 포함할 수 있다. 도 2를 참조하면, 상기 USB 오실로스코프는 AFE에 연결될 수 있고, AFE는 USB 인터페이스를 통해 SBC에 연결될 수 있다. 또한, 통신부(110)가 SBC에 연결됨에 따라, SBC는 통신부(110)를 통해 네트워크에 연결될 수 있다.The measurement module may include a USB oscilloscope. Referring to FIG. 2, the USB oscilloscope may be connected to an AFE, and the AFE may be connected to an SBC through a USB interface. In addition, as the
모듈 제어부(120)는 상기 USB 오실로스코프의 함수 발생기에 기초하여 사인파를 생성할 수 있다. 예시적으로, 사인파는 1Vpp사인파일 수 있다. 또한, 전극 모듈은 미리 설정된 크기의 저항을 통해 복수의 세포 배양 챔버에 전기적 자극을 가할 수 있다. 또한, 측정 모듈은, 미리 설정된 크기의 저항에 따라 복수의 세포 배양 챔버에 흐르는 전류에 의한 임피던스를 비침습적으로 측정할 수 있다. 상기 미리 설정된 크기의 저항은 예시적으로 1MΩ일 수 있다. 전극 모듈에 의해 복수의 세포 배양 챔버 중 어느 하나에 전기적 자극을 가하면, 챔버에 흐르는 전류는 1μA 미만이므로, 상기 측정 모듈의 비침습성 감지가 가능해질 수 있다.The
또한, 모듈 제어부(120)는 증폭기 유형, 주기 당 샘플 수 및 임피던스 계산 방법의 파라미터를 결정할 수 있다. 본원의 일 실시예에 따르면, 모듈 제어부(120)는 사인 피팅 방법을 통해 임피던스를 측정할 수 있다. 구체적으로, 모듈 제어부(120)는 수학식 5에 기초하여 임피던스를 측정할 수 있다.In addition, the
[수학식 5][Equation 5]
여기서, s(t)는 자극 신호이고, r(t)는 수신 신호이고, z는 복소 이득이고, g는 증폭기 이득이고, j는 허수 단위이고, ω는 각 주파수를 나타낸다.Here, s(t) is a stimulus signal, r(t) is a received signal, z is a complex gain, g is an amplifier gain, j is an imaginary unit, and ω represents each frequency.
상기 복소 이득은 수학식 6에 기초하여 산출될 수 있다.The complex gain may be calculated based on Equation 6.
[수학식 6][Equation 6]
여기서, Re(.)는 상기 복소 이득 z의 실수부이고, Im(.)은 상기 복소 이득의 허수부이고, T=2π/ω를 나타낸다.Here, Re(.) is the real part of the complex gain z, Im(.) is the imaginary part of the complex gain, and T=2π/ω.
모듈 제어부(120)는 사인 함수 s(t)와 r(t) 에 모두 사인 피팅 방법을 적용하여 복소 이득을 산출할 수 있다. 구체적으로, 모듈 제어부(120)는 비선형 최소 자승법을 사용하여 수학식 7을 최소화하는 진폭 및 위상을 산출할 수 있다. The
[수학식 7][Equation 7]
여기서, e는 피링 오차이고, A는 추정 진폭이고, φ는 추정 위상이다.Here, e is the Pring error, A is the estimated amplitude, and φ is the estimated phase.
복소 이득의 진폭 및 위상은 하기의 수학식 8와 같이 수학식 7을 통해 산출된 진폭의 비율과 위상의 차이를 취함으로써 산출될 수 있다.The amplitude and phase of the complex gain may be calculated by taking the difference between the ratio of the amplitude and the phase calculated through Equation 7 as shown in
[수학식 8][Equation 8]
여기서 , , , 는 각각 s(t)와 r(t) 추정 진폭과 위상을 나타낸다.here , , , Represents the estimated amplitude and phase of s(t) and r(t), respectively.
단계 S630에서 데이터베이스부(130)는 측정 모듈로부터 측정된 상기 세포 배양 챔버의 임피던스 데이터를 기록할 수 있다. 또한, 제어 신호는 데이터베이스부(130)를 통해 기 모듈 제어부(120)로 전달될 수 있다. 다시 말해 데이터베이스부(130)는 클라우드의 역할을 수행할 수 있다. ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치(100)가 IOT 형태로 구현됨에 따라, 사용자 단말과 모듈 제어부(120)가 직접적으로 연결되지 않고 데이터베이스부(130)를 통해 제어 신호를 주고받을 수 있다. 또한, 데이터베이스부(130)는 측정된 임피던스와 세포 배양 챔버의 식별자 및 측정 시간을 연계하여 저장할 수 있다.In step S630, the
본원의 일 실시 예에 따른, ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 방법은, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The ECIS-based cell culture chamber control method according to an embodiment of the present application may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded in the medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of the program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The above-described hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operation of the present invention, and vice versa.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present application is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will be able to understand that it is possible to easily transform it into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present application.
100: ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치
110: 통신부
120: 모듈 제어부
130: 데이터베이스부 100: ECIS-based cell culture chamber control device
110: communication department
120: module control unit
130: database unit
Claims (16)
사용자 단말로부터 전극 모듈 및 USB 오실로스코프를 포함하는 측정 모듈을 제어하는 제어 신호를 수신하는 통신부;
복수의 세포 배양 챔버 각각에 전기적 자극을 가하는 상기 전극 모듈 및 전기적 자극에 따른 임피던스를 복수의 세포 배양 챔버 각각에 대하여 측정하는 상기 측정 모듈을 제어하는 모듈 제어부; 및
상기 측정 모듈로부터 측정된 상기 세포 배양 챔버의 임피던스 데이터를 기록하는 데이터베이스부를 포함하되,
상기 제어 신호는 상기 데이터베이스부를 통해 상기 모듈 제어부로 전달되고,
상기 모듈 제어부는,
상기 제어 신호에 기초하여 상기 전극 모듈의 상기 전기적 자극을 변화시키고, 전기적 자극에 따른 세포 성장에 의한 상기 전극의 임피던스의 변화를 상기 측정 모듈을 통해 측정하고,
상기 모듈 제어부는,
AFE(analog front end) 및 SBC(single board computer)를 포함하고,
상기 통신부는 SBC와 연결되고, 상기 전극 모듈 및 상기 측정 모듈은 상기 AFE에 연결되고, 상기 전극 모듈, 상기 측정 모듈 및 상기 USB 오실로스코프는 상기 AFE에 연결되고,
상기 AFE는 USB 인터페이스를 통해 상기 SBC에 연결되고,
상기 제어 신호는 상기 데이터베이스부를 통해 상기 사용자 단말과 상기 모듈 제어부간 송수신 되는 것인, ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치.In the ECIS-based cell culture chamber control device,
A communication unit receiving a control signal for controlling a measurement module including an electrode module and a USB oscilloscope from a user terminal;
A module controller for controlling the electrode module for applying electrical stimulation to each of the plurality of cell culture chambers and the measurement module for measuring impedance for each of the plurality of cell culture chambers; And
Including a database unit for recording impedance data of the cell culture chamber measured from the measurement module,
The control signal is transmitted to the module control unit through the database unit,
The module control unit,
Changing the electrical stimulation of the electrode module based on the control signal, and measuring a change in impedance of the electrode due to cell growth according to the electrical stimulation through the measurement module,
The module control unit,
Including an analog front end (AFE) and a single board computer (SBC),
The communication unit is connected to the SBC, the electrode module and the measurement module are connected to the AFE, the electrode module, the measurement module and the USB oscilloscope are connected to the AFE,
The AFE is connected to the SBC through a USB interface,
The control signal is transmitted and received between the user terminal and the module control unit through the database unit, ECIS-based cell culture chamber control apparatus.
상기 모듈 제어부는,
상기 USB 오실로스코프의 함수 발생기에 기초하여 사인파를 생성하고,
상기 전극 모듈은 미리 설정된 크기의 저항을 통해 상기 복수의 세포 배양 챔버에 전기적 자극을 가하는 것인, ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치.The method of claim 1,
The module control unit,
Generate a sine wave based on the function generator of the USB oscilloscope,
The electrode module is to apply electrical stimulation to the plurality of cell culture chambers through a resistance of a preset size, ECIS-based cell culture chamber control device.
상기 측정 모듈은,
상기 미리 설정된 크기의 저항에 따라 상기 복수의 세포 배양 챔버에 흐르는 전류에 의한 임피던스를 비침습적으로 측정하는 것인, ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치.The method of claim 3,
The measurement module,
The ECIS-based cell culture chamber control device to non-invasively measure the impedance of the current flowing through the plurality of cell culture chambers according to the resistance of the preset size.
상기 제어 신호는
주파수, 채널, 측정 간격, 실험 기간 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치.The method of claim 1,
The control signal is
The ECIS-based cell culture chamber control device comprising at least one of frequency, channel, measurement interval, and experimental period.
상기 모듈 제어부는,
수학식 1에 기초하여 상기 임피던스를 측정하는 것인, ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치.
[수학식 1]
여기서, s(t)는 자극 신호이고, r(t)는 수신 신호이고, z는 복소 이득이고, g는 증폭기 이득이고, j는 허수 단위이고,ω 는 각 주파수이다.The method of claim 1,
The module control unit,
To measure the impedance based on Equation 1, ECIS-based cell culture chamber control apparatus.
[Equation 1]
Here, s(t) is the stimulus signal, r(t) is the received signal, z is the complex gain, g is the amplifier gain, j is the imaginary unit, and ω is the angular frequency.
상기 복소 이득은 수학식 2에 기초하여 산출되는 것인, ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치.
[수학식 2]
여기서, Re(.)는 상기 복소 이득 z의 실수부이고, Im(.)은 상기 복소 이득의 허수부이고, T=2π/ω이다.The method of claim 6,
The complex gain is calculated based on Equation 2, ECIS-based cell culture chamber control apparatus.
[Equation 2]
Here, Re(.) is the real part of the complex gain z, Im(.) is the imaginary part of the complex gain, and T=2π/ω.
상기 모듈 제어부는,
수학식 3을 최소화하는 상기 자극 신호의 진폭 및 위상을 추정하는 것인, ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 장치.
[수학식 3]
여기서, e는 피링 오차이고, A는 추정 진폭이고, φ는 추정 위상이다.The method of claim 6,
The module control unit,
To estimate the amplitude and phase of the stimulation signal to minimize Equation 3, ECIS-based cell culture chamber control device.
[Equation 3]
Here, e is the Pring error, A is the estimated amplitude, and φ is the estimated phase.
(a) 통신부가 사용자 단말로부터 전극 모듈 및 USB 오실로스코프를 포함하는 측정 모듈을 제어하는 제어 신호를 수신하는 단계;
(b) 모듈 제어부가 복수의 세포 배양 챔버 각각에 전기적 자극을 가하는 상기 전극 모듈 및 전기적 자극에 따른 임피던스를 복수의 세포 배양 챔버 각각에 대하여 측정하는 상기 측정 모듈을 제어하는 단계; 및
(c) 데이터베이스부가 상기 측정 모듈로부터 측정된 상기 세포 배양 챔버의 임피던스 데이터를 기록하는 단계를 포함하되,
상기 (b) 단계는,
상기 제어 신호에 기초하여 상기 전극 모듈의 상기 전기적 자극을 변화시키고, 전기적 자극에 따른 세포 성장에 의한 상기 전극의 임피던스의 변화를 상기 측정 모듈을 통해 측정하고,
상기 모듈 제어부는,
AFE(analog front end) 및 SBC(single board computer)를 포함하고,
상기 통신부는 SBC와 연결되고, 상기 전극 모듈 및 상기 측정 모듈은 상기 AFE에 연결되고, 상기 전극 모듈, 상기 측정 모듈 및 상기 USB 오실로스코프는 상기 AFE에 연결되고,
상기 AFE는 USB 인터페이스를 통해 상기 SBC에 연결되고,
상기 제어 신호는 상기 데이터베이스부를 통해 상기 사용자 단말과 상기 모듈 제어부간 송수신 되는 것인, ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 방법.In the ECIS-based cell culture chamber control method,
(a) receiving, by a communication unit, a control signal for controlling a measurement module including an electrode module and a USB oscilloscope from a user terminal;
(b) controlling, by a module control unit, the electrode module for applying electrical stimulation to each of the plurality of cell culture chambers and the measurement module for measuring impedance according to the electrical stimulation for each of the plurality of cell culture chambers; And
(c) comprising the step of recording the impedance data of the cell culture chamber measured by the database unit from the measurement module,
The step (b),
Changing the electrical stimulation of the electrode module based on the control signal, and measuring a change in impedance of the electrode due to cell growth according to the electrical stimulation through the measurement module,
The module control unit,
Including an analog front end (AFE) and a single board computer (SBC),
The communication unit is connected to the SBC, the electrode module and the measurement module are connected to the AFE, the electrode module, the measurement module, and the USB oscilloscope are connected to the AFE,
The AFE is connected to the SBC through a USB interface,
The control signal is transmitted and received between the user terminal and the module control unit through the database unit, ECIS-based cell culture chamber control method.
상기 (b) 단계는,
상기 USB 오실로스코프의 함수 발생기에 기초하여 사인파를 생성하고,
상기 전극 모듈은 미리 설정된 크기의 저항을 통해 상기 복수의 세포 배양 챔버에 전기적 자극을 가하는 것인, ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 방법.The method of claim 9,
The step (b),
Generate a sine wave based on the function generator of the USB oscilloscope,
The electrode module is to apply electrical stimulation to the plurality of cell culture chambers through a resistance of a preset size, ECIS-based cell culture chamber control method.
상기 측정 모듈은,
상기 미리 설정된 크기의 저항에 따라 상기 복수의 세포 배양 챔버에 흐르는 전류에 의한 임피던스를 비침습적으로 측정하는 것인, ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 방법.The method of claim 10,
The measurement module,
To non-invasively measuring the impedance of the current flowing through the plurality of cell culture chambers according to the resistance of the preset size, ECIS-based cell culture chamber control method.
상기 제어 신호는
주파수, 채널, 측정 간격, 실험 기간 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 방법.The method of claim 9,
The control signal is
The ECIS-based cell culture chamber control method comprising at least one of frequency, channel, measurement interval, and experimental period.
상기 (b) 단계는,
수학식 4에 기초하여 상기 임피던스를 측정하는 것인, ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 방법.
[수학식 4]
여기서, s(t)는 자극 신호이고, r(t)는 수신 신호이고, z는 복소 이득이고, g는 증폭기 이득이고, j는 허수 단위이고, ω는 각 주파수이다.The method of claim 9,
The step (b),
To measure the impedance based on Equation 4, ECIS-based cell culture chamber control method.
[Equation 4]
Here, s(t) is the stimulus signal, r(t) is the received signal, z is the complex gain, g is the amplifier gain, j is the imaginary unit, and ω is the angular frequency.
상기 복소 이득은 수학식 5에 기초하여 산출되는 것인, ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 방법.
[수학식 5]
여기서, Re(.)는 상기 복소 이득 z의 실수부이고, Im(.)은 상기 복소 이득의 허수부이고, T=2π/ω이다.The method of claim 13,
The complex gain is calculated based on Equation 5, ECIS-based cell culture chamber control method.
[Equation 5]
Here, Re(.) is the real part of the complex gain z, Im(.) is the imaginary part of the complex gain, and T=2π/ω.
상기 (b) 단계는,
수학식 6을 최소화하는 상기 자극 신호의 진폭 및 위상을 추정하는 것인, ECIS 기반 세포 배양 챔버 제어 방법.
[수학식 6]
여기서, e는 피링 오차이고, A는 추정 진폭이고, φ는 추정 위상이다.The method of claim 13,
The step (b),
To estimate the amplitude and phase of the stimulation signal to minimize Equation 6, ECIS-based cell culture chamber control method.
[Equation 6]
Here, e is the Pring error, A is the estimated amplitude, and φ is the estimated phase.
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