KR102374809B1 - 소형 동물 이미징을 위한 멀티 웰 플레이트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소형 동물의 이미징에 적합하도록 웰(Well)의 가장자리 부분에 그림자가 생기지 않도록 설계된 소형 동물 이미징을 위한 멀티 웰 플레이트(Multi-well plate)에 관한 것이다.
본 발명에 따른 멀티 소형 동물 이미징을 위한 웰 플레이트는 소형 동물을 보관할 수 있는 홈 형태의 웰(Well)(120)이 플레이트 몸체(110)에 복수개 형성되는 멀티 웰 플레이트(100)에 있어서, 상기 웰(120)을 상부에서 카메라로 촬영한 후 이미징 처리하는 경우 플레이트 몸체(110)와 웰(120)의 경계 부위에서 그림자가 생기지 않도록, 상기 웰(120)은 플레이트 몸체(110)와 경계 부분이 완만한 경사를 이루어 홈을 형성함으로써, 소형 동물이 웰의 가장자리에 위치해 있더라도 이미징이 원활하게 진행될 수 있어 소형 동물의 위치를 정확하게 파악할 수 있도록 제공된다.

Description

소형 동물 이미징을 위한 멀티 웰 플레이트 {Multi-well plate for imaging small animals}

본 발명은 멀티 웰 플레이트(Multi-well plate)에 관한 것으로, 특히 소형 동물의 이미징에 적합하도록 웰(Well)의 가장자리 부분에 그림자가 생기지 않도록 설계된 소형 동물 이미징을 위한 멀티 웰 플레이트에 관한 것이다.

예쁜꼬마선충(C. elegans)이나 제브라피쉬(zebrafish, 어류) 등과 같은 소형 동물을 촬영하여 소형 동물의 움직임을 파악하는 이미징 기법은 다양한 연구에 활용되어 왔다. 일반적으로 소형 동물 이미징 기법은 소형 동물을 어떠한 공간을 가진 웰(Well) 안에 넣어두고 일정한 시간 간격으로 소형 동물이 위치한 웰을 상부에서 카메라로 촬영한 후, 그 이미지를 프로그램을 이용하여 동물의 중심좌표를 찾아 해당 소형 동물의 위치를 시간에 따라 관찰하여 움직임을 파악하는 방법이 이용된다.

이러한 소형 동물 이미징에서 사용되는 웰의 형태는 다양한데, 네모 격자형 웰, 둥근 구멍을 가진 웰 등이 존재한다. 하지만, 이러한 일반적인 웰을 사용하는 경우, 소형 동물이 웰의 가장자리에 위치하였을 때 웰의 가장자리에서 생기는 그림자에 가려지기 때문에 소형 동물 이미징이 원활하게 이루어지지 않는 경우가 종종 발생하였다.

도 1은 종래 네모 격자형 웰 플레이트에 존재하는 소형 동물의 이미징 처리 과정을 나타낸 것이고, 도 2 및 도 3은 반구 형상 또는 원기둥 형상의 둥근 구멍을 가진 웰 플레이트에 존재하는 소형 동물의 이미징 처리 과정을 나타낸 것이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 종래 일반적인 웰의 경우 가장자리의 경계면 부분에 불투명한 그림자가 발생하여 이미징 처리가 잘 안되기 때문에, 소형 동물이 웰의 가장자리에 위치하는 경우 이미징 처리를 통해 이를 감지하기 어려운 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1885464호 (2018.07.30. 등록) 대한민국 공개특허 제10-2015-0047598호 (2015.05.04. 공개)

본 발명은 상기한 종래 웰 플레이트의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 소형 동물의 이미징 처리시 가장자리 경계 부분에서 그림자가 발생하지 않도록 하여 소형 동물의 위치를 정확히 인식할 수 있도록 하는 소형 동물 이미징을 위한 멀티 웰 플레이트를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티 웰 플레이트는 소형 동물을 보관할 수 있는 홈 형태의 웰(Well)이 플레이트 몸체에 복수개 형성되는 멀티 웰 플레이트에 있어서, 상기 웰을 상부에서 카메라로 촬영한 후 이미징 처리하는 경우 플레이트 몸체와 웰의 경계 부위에서 그림자가 생기지 않도록, 상기 웰은 플레이트 몸체와 경계 부분이 완만한 경사를 이루어 홈을 형성하게 된다.

여기서, 상기 웰은 플레이트 몸체와의 경계 부분에서 완만한 기울기로 경사지기 시작하여 점차 경사도가 증가하였다가 바닥에서 다시 완만한 기울기를 갖는, 뒤집어진 종모양(bell shaped)의 곡면 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.

즉, 상기 종모양의 곡면은 다음의 수학식과 같은 Fuzzy Logic 함수 그래프 형태로 이루어질 수 있다.

[수학식]

(여기서, a, b, c는 곡면 그래프 형태를 결정하는 상수값이다)

여기서, 상기 Fuzzy Logic 함수는 상수 b=(4∼8) 및 a=(5∼8)의 값을 갖는 것이 바람직하다.

삭제

한편, 상기 종모양의 곡면은 Gaussian 함수, Hyperbolic secant 함수, Cauchy distribution probability density 함수, Bump 함수, Raised cosine distribution 함수 중 어느 하나의 수학 함수 그래프 형태로 이루어질 수 있다.

상기 플레이트 몸체 및 웰은 투명한 수지 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 멀티 웰 플레이트는 웰의 가장자리 경계면이 보이지 않아 소형 동물이 웰의 가장자리에 위치해 있더라도 이미징이 원활하게 진행될 수 있어 소형 동물의 위치를 정확하게 파악할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 멀티 웰 플레이트는 다양한 크기로 제작이 가능하여 소형 동물 중에서도 크기별로 구분하여 플레이트를 생성하여 다양하게 활용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 네모 격자형 웰 플레이트에 존재하는 소형 동물의 이미징 처리 과정 일례,
도 2는 종래 반구 형상의 둥근 구멍을 가진 웰 플레이트에 존재하는 소형 동물의 이미징 처리 과정 일례,
도 3은 종래 원기둥 형상의 둥근 구멍을 가진 웰 플레이트에 존재하는 소형 동물의 이미징 처리 과정 일례,
도 4는 본 발명에 따른 멀티 웰 플레이트의 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 멀티 웰 플레이트 제작을 위한 멀티 웰 플레이트 템플릿의 구조도,
도 6은 본 발명에 따른 멀티 웰 플레이트에 구비된 하나의 웰 구조도,
도 7은 본 발명에 따라 3D 프린터로 제작된 멀티 웰 플레이트 템플릿 일례,
도 8과 도 9는 본 발명에 따른 Fuzzy Logic 함수의 상수 변화에 따른 그래프 모양 변화 일례,
도 10은 본 발명에 따른 Fuzzy Logic 함수의 상수값들을 변화시켜 종모양의 그래프를 형성한 일례,
도 11은 본 발명에 따라 도출된 웰 곡면을 형성하는 종모양 그래프 일례,
도 12는 본 발명에 따른 Gaussian 함수 그래프 일례를 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명에 따른 멀티 웰 플레이트의 웰에 보관된 소형 동물이 인식되는 화면 일례,
도 14는 본 발명에 따른 멀티 웰 플레이트의 웰에 보관된 소형 동물이 인식되어 움직임이 파악되는 화면 일례를 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 웰 플레이트의 사시도를 나타낸 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 멀티 웰 플레이트(100)는 투명 수지(Resin) 재질로 이루어진 플레이트 몸체(110)의 상부에 소형 동물이 보관될 수 있도록 움푹 파인 홈 형태의 웰(Well)(120)이 복수개 형성되어 이루어진다. 여기에서, 웰(120)은 상부에서 카메라로 촬영하여 이미징 처리시 웰(120)의 가장자리 부근에서 그림자가 발생하지 않도록 플레이트 몸체(110)와 웰(120)의 경계 부분이 완만하게 형성된다. 이에 따라, 소형 동물이 웰(120)의 가장자리에 위치하더라도 이미징 처리시 웰(120)의 가장자리 경계 부분에서 그림자가 생기지 않기 때문에 소형 동물의 위치를 정확히 파악할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 웰 플레이트 제작을 위한 멀티 웰 플레이트 템플릿의 구조도이고, 도 6은 하나의 웰 구조도이며, 도 7은 3D 프린터로 제작된 멀티 웰 플레이트 템플릿 일례를 나타낸 것이다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 멀티 웰 플레이트(100)를 제작하기 위해 웰(120)의 가장자리 경계면이 없는 멀티 웰 플레이트 템플릿을 설계하였는데, 이 멀티 웰 플레이트 템플릿에 형성되는 각각의 웰(120)은 가장자리에서 경계면이 발생하지 않도록 완만하게 경사를 이루어 홈이 형성됨으로써 내측에 관찰하고자 하는 소형 동물이 보관되게 된다. 이때 멀티 웰(120)의 개수와 폭 및 깊이는 보관되는 소형 동물에 따라 다양하게 제작될 수 있다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 멀티 웰 플레이트(100)에 형성되는 웰(120)은 상부에서 카메라로 촬영하였을 경우 가장자리 경계 부분에 그림자가 발생하지 않도록, 즉 경계면이 생기지 않도록 완만한 경사로 홈을 이루도록 하되, 홈이 처음에는 수평방향에서 완만한 기울기로 시작하여 점차 경사도가 증가하였다가 홈의 바닥에서 완만한 기울기를 형성하는 곡면 디자인 형태를 이루도록 하였다.

본 발명의 실시 예에서는 이러한 웰(120)의 이상적인 곡면 디자인으로 뒤집어진 종모양의 수학 함수를 사용하였다. 즉, 웰(120)의 이상적인 곡면은 뒤집어진 종모양의 수학 함수의 그래프와 유사한 특징을 가지고 있는데, 본 발명에서는 이러한 종모양의 수학 함수를 활용하여 웰(120)의 곡면을 디자인하였다.

다음의 수학식 1은 본 발명에서 웰(120)의 곡면 디자인에 이용되는 종모양의 수학 함수인 Fuzzy Logic 함수를 나타낸 것이다.

여기서, a, b, c는 그래프의 곡면을 형성하는 상수이다.

도 8과 도 9는 이러한 수학식 1에 따른 Fuzzy Logic 함수의 상수 변화에 따른 그래프 모양 변화 일례를 나타낸 것이다. 도 8은 상수 b=1 이고 c=0 일 때, a의 값이 1∼3까지 0.5 간격으로 변할 때의 Fuzzy Logic 함수 그래프의 모양을 나타낸 것이다. 또한, 도 9는 a=1 이고 c=0 일 때, b의 값이 1∼3까지 0.5 간격으로 변할 때의 Fuzzy Logic 함수 그래프의 모양을 나타낸 것이다.

상기 도 8 및 도 9에 도시된 그래프 형태를 참조하면, 이상적인 웰(120) 곡면을 만드는 최적의 상수값(a, b, c)을 찾아서 멀티 웰 플레이트 설계에 이용할 수 있다. 즉, 최적의 상수값들을 결정하기 위해 상수값들을 순차적으로 변화시키면서 그래프의 모양이 종모양이 나오는지를 관찰할 수 있다.

도 10은 Fuzzy Logic 함수의 상수값들을 변화시켜 종모양의 그래프를 형성한 것으로, b=6 이고 c=0 일 때, a의 값이 5∼8까지 0.5 간격으로 변할 때의 Fuzzy Logic 함수 그래프의 모양을 나타낸 것이다. 이러한 과정을 통해 멀티 웰 플레이트에 적합한 웰(120)을 설계할 수 있는데, 본 발명의 실시 예에서는 상수 b가 4∼8, 상수 a가 5∼8의 값을 가질 때, 웰의 곡면 디자인에 적합한 그래프 형태를 갖는 것으로 판단하였다. 한편, 상수 c는 그래프를 x축이나 y축으로 평행 이동시키는 역할만 하고 그래프의 곡면 형태에는 영향을 미치지 아니하므로, 이 상수 c의 값은 특별한 의미를 갖지 않는다.

도 11은 본 발명에서 도출한 웰 곡면을 형성하는 종모양 그래프 일례를 나타낸 것이다. 도 11에서, a = 7.2, b = 6, c = 0 값을 갖는데, 이러한 그래프의 상하를 역전시키면 실제 플레이트의 웰(120) 모양이 된다.

도 11에서, A 길이(웰의 바닥면)와 B 길이(웰의 상부면)의 비율(A/B)이 약 0.5로 나와서 실제 활용 가능한 웰(120)의 디자인이 된다. 만약 소형 수중 동물(물고기, 물벼룩, 실지렁이 등)을 이미징하는 경우, A의 길이가 지나치게 작아지면(즉, A/B의 값이 작아지면), 실제 웰(120) 하층부 공간에는 동물이 움직일 수 있는 공간이 부족하게 되므로 문제가 될 수 있다. 따라서 이러한 경우에는 A의 길이가 B의 30∼50％ 이상이어야 바람직하다. 한편, 소형 수중 동물을 시험하는 것이 아니고, 플레이트 웰(120)에 한천배지(agar medium)를 올린 후 육상동물(예쁜꼬마선충, 파리 애벌래 등)을 이미징하는 경우에는 이러한 A/B의 비율이 크게 문제되지는 않는다.

한편, 상기 Fuzzy Logic 함수 이외에도, 다른 수학 함수를 통하여 종모양의 함수 그래프를 갖는 웰(120) 곡면을 형성할 수도 있다.

다음의 수학식 2는 웰(120)의 곡면 디자인에 이용되는 Gaussian 함수를 나타낸 것이다.

여기서, a, b, c는 그래프의 곡면을 형성하는 상수이다.

도 12는 수학식 2에 따른 Gaussian 함수 그래프 일례로서, a=1 이고 b=0 이고 c의 값이 1∼3까지 0.5 간격일 때의 Gaussian 함수의 그래프 모양을 나타낸 것이다.

이외에도 웰에는 종모양의 함수 그래프를 갖는 다양한 수학 함수가 적용될 수 있는데, 예를 들면 Hyperbolic secant 함수, Cauchy distribution probability density 함수, Bump 함수, Raised cosine distribution 함수 또는 이와 유사한 계열의 함수, 기타 산술식 함수 등이 적용될 수 있다.

다음 수학식 3은 Hyperbolic secant 함수를 나타낸 것이다.

다음 수학식 4는 Cauchy distribution probability density 함수를 나타낸다.

다음 수학식 5는 Bump 함수를 나타낸다.

다음 수학식 6은 Raised cosine distribution 함수 또는 이와 유사한 계열의 함수를 나타낸다.

다음 수학식 7은 기타 산술식 함수를 나타낸다.

상기와 같은 종모양의 수학 함수 그래프 형태의 곡면을 갖는 웰(120)은 소형 동물이 웰(120)의 가장자리에 위치하여도 이미징 처리시 가장자리 경계 부분에 그림자가 발생하지 않아 소형 동물의 위치를 정확하게 파악할 수 있게 된다.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 웰 플레이트의 웰에 보관된 소형 동물이 인식되는 화면 일례이고, 도 14는 멀티 웰 플레이트의 웰에 보관된 소형 동물이 인식되어 움직임이 파악되는 화면 일례를 나타낸 것이다.

도 13과 도 14에 도시된 바와 같이, 멀티 웰 플레이트(100)의 웰(120)에 제브라피쉬 등의 소형 동물이 위치하는 경우, 이를 상부에서 카메라로 촬영했을 때 가장자리 경계 부분에 그림자가 생기지 않기 때문에 이미징 처리를 통하여 소형 동물의 위치를 정확히 인식할 수 있게 된다. 이와 같이, 본 발명에 따른 멀티 웰 플레이트(100)를 이용하면 소형 동물의 위치가 정확히 인식되기 때문에 소형 동물의 위치를 시간에 따라 관찰하면 소형 동물의 움직임을 파악할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에서는 멀티 웰 플레이트(100)에 형성된 웰(120)이 뒤집어진 종모양의 곡면을 갖도록 형성함으로써 웰(120)에 보관된 소형 동물의 이미징 처리시 가장자리 경계 부분에 그림자가 발생하지 않도록 하여 소형 동물을 정확히 인식할 수 있게 된다.

이러한 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

100 : 멀티 웰 플레이트
110 : 플레이트 몸체
120 : 웰(Well)

Claims (7)

1. 소형 동물을 보관할 수 있는 홈 형태의 웰(Well)(120)이 플레이트 몸체(110)에 복수개 형성되는 멀티 웰 플레이트(100)에 있어서,
   상기 웰(120)을 상부에서 카메라로 촬영한 후 이미징 처리하는 경우 플레이트 몸체(110)와 웰(120)의 경계 부위에서 그림자가 생기지 않도록, 상기 웰(120)은 플레이트 몸체(110)와 경계 부분이 완만한 경사를 이루어 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 멀티 웰 플레이트.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 웰(120)은 플레이트 몸체(110)와의 경계 부분에서 완만한 기울기로 경사지기 시작하여 점차 경사도가 증가하였다가 바닥에서 다시 완만한 기울기를 갖는, 뒤집어진 종모양(bell shaped)의 곡면 형태로 이루어지는 것을 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 웰 플레이트.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 종모양의 곡면은
   다음의 수학식과 같은 Fuzzy Logic 함수 그래프 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 웰 플레이트.
   [수학식]
   

   

   
   (여기서, a, b, c는 곡면 그래프 형태를 결정하는 상수값이다)
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 Fuzzy Logic 함수는 상수 b=(4∼8) 및 a=(5∼8)의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 멀티 웰 플레이트.
   
5. 삭제
6. 제 2항에 있어서,
   상기 종모양의 곡면은
   Gaussian 함수, Hyperbolic secant 함수, Cauchy distribution probability density 함수, Bump 함수, Raised cosine distribution 함수 중 어느 하나의 수학 함수 그래프 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 웰 플레이트.
   
7. 제 1항 내지 제 4항, 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 플레이트 몸체(110) 및 웰(120)은 투명한 수지 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 웰 플레이트.

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