KR102595673B1 - Apparatus for measuring cell of electrochemical impedance - Google Patents

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Abstract

본 발명은 설정된 주파수 스캔 조건으로 입력신호를 세포 측정 기구에게 인가하고, 입력신호에 응답하는 주파수별 임피던스와 위상값을 비교하여 세포 특성에 대응하는 세포상태 분석용 입력신호를 결정하여, 결정된 주파수의 전압으로 세포상태 분석용 입력신호를 인가하여 세포의 상태를 분석하는 것을 특징으로 하는 세포용 전기화학 임피던스 장비를 개시한다.The present invention applies an input signal to a cell measurement device under set frequency scan conditions, determines an input signal for cell state analysis corresponding to cell characteristics by comparing the impedance and phase value for each frequency in response to the input signal, and determines the input signal for cell state analysis corresponding to the determined frequency. Disclosed is an electrochemical impedance device for cells, which is characterized in that the cell state is analyzed by applying an input signal for cell state analysis using voltage.

Description

세포용 전기화학 임피던스 장비{APPARATUS FOR MEASURING CELL OF ELECTROCHEMICAL IMPEDANCE}Electrochemical impedance equipment for cells {APPARATUS FOR MEASURING CELL OF ELECTROCHEMICAL IMPEDANCE}

본 발명은 세포용 전기화학 임피던스 장비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기화학 임피던스 방식으로 심장세포의 상태를 측정하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to electrochemical impedance equipment for cells, and more specifically, to technology for measuring the state of cardiac cells using electrochemical impedance.

전기화학 임피던스 분광법(EIS: Electrochemical Impedance Spectroscopy)은 높은 주파수에서 낮은 주파수로 스캔하는 방식을 제공하고, 시료에 차례대로 사인 웨이브(sine wave) 파형을 인가하며, 시료를 거쳐 나오는 응답의 사인 웨이브에 따른 진폭과 위상의 변화를 측정하여 임피던스를 분석하는 방법이다.Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) provides a method of scanning from high to low frequencies, sequentially applying sine wave waveforms to the sample, and analyzing the response according to the sine wave coming through the sample. This is a method of analyzing impedance by measuring changes in amplitude and phase.

전기화학 임피던스 분광법은 전기화학 나이키스트 분석(nyquist plot)을 통해 시료의 등가회로 또는 각 파라미터를 추출할 수 있고, 임피던스 그래프를 해석할 수 있으며, 그 외 전기화학적 반응에서의 변화를 추측할 수 있다. 전기화학 나이키스트 분석은 하나의 주파수에 한 개의 좌표가 그려지도록 복소수의 형태로 표현한 그래프를 의미한다.Electrochemical impedance spectroscopy can extract the equivalent circuit or each parameter of the sample through electrochemical Nyquist analysis (nyquist plot), interpret the impedance graph, and infer changes in other electrochemical reactions. . Electrochemical Nyquist analysis refers to a graph expressed in the form of complex numbers so that one coordinate is drawn at one frequency.

종래에는 전기화학 임피던스 분광법을 이용하여 배터리의 전기화학적 현상을 분석하였으나, 전기화학 임피던스 분광법을 통하여 세포들의 이동, 상태, 반응 및 이상유무 등 세포 상태를 측정하기 어려운 문제점이 있다.Conventionally, electrochemical phenomena of batteries have been analyzed using electrochemical impedance spectroscopy, but there is a problem in that it is difficult to measure cell conditions such as movement, state, reaction, and abnormality of cells through electrochemical impedance spectroscopy.

더욱 상세하게는 종래에는 세포마다 고유의 특성이 다르고 각 특성마다 반응하는 고유의 주파수가 다르며, 주파수 스캔방식으로만 세포 고유의 임피던스와 위상의 변화를 찾아내기 어려운 문제점이 있다.More specifically, in the related art, each cell has different unique characteristics and a different unique frequency to which each characteristic responds, and there is a problem in that it is difficult to find changes in the cell's unique impedance and phase only through the frequency scanning method.

스크린 프린트 전극(screen printed electrode)은 바이오 분야에서 사용되고 있고, 대표적으로 선행기술로 기재된 특허문헌과 같이 혈당을 측정하기 위해 사용된다. 스크린 프린트 전극의 일단은 측정장치와 연결되고, 타측은 시료와 접촉하기 위해 노출된다.Screen printed electrodes are used in the bio field, and are typically used to measure blood sugar, as in patent documents described as prior art. One end of the screen print electrode is connected to the measuring device, and the other end is exposed to contact the sample.

그러나 종래에는 심장세포를 배양하기 위한 배양액이 존재하고, 스크린 프린트 전극에 배양액이 오염 또는 누출될 수 있으므로, 스크린 프린트 전극을 이용하여 심장세포의 상태를 관찰하기 어려운 문제점이 있다.However, conventionally, there is a culture medium for culturing heart cells, and the culture medium may be contaminated or leak on the screen-printed electrode, so there is a problem in that it is difficult to observe the state of heart cells using a screen-printed electrode.

이러한 문제점을 개선하고 스크린 프린트 전극을 사용하기 위하여 본 발명은 스크린 프린트 전극에서 세포가 배치된 반응부를 노출시키고, 반응 노출용 홀더를 통하여 배양액을 주입하여 배양액의 오염 또는 누출 가능성을 감소시킬 수 있다.In order to improve this problem and use a screen-printed electrode, the present invention exposes the reaction part where the cells are placed in the screen-printed electrode and injects the culture medium through the holder for reaction exposure, thereby reducing the possibility of contamination or leakage of the culture medium.

한국등록특허 제10-1352665호Korean Patent No. 10-1352665

상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 설정된 주파수 스캔 조건으로 입력신호를 세포 측정 기구에게 인가하고, 입력신호에 응답하는 주파수별 임피던스와 위상값을 비교하여 세포 특성에 대응하는 세포상태 분석용 입력신호를 결정하며, 결정된 주파수의 전압으로 세포상태 분석용 입력신호를 인가하여 세포의 상태를 분석하는 세포용 전기화학 임피던스 장비를 제공한다.In order to solve the above problem, the present invention applies an input signal to a cell measurement device under set frequency scan conditions, compares the impedance and phase value for each frequency in response to the input signal, and generates an input signal for cell state analysis corresponding to cell characteristics. Provides electrochemical impedance equipment for cells that analyzes the state of cells by applying an input signal for cell state analysis with a voltage of a determined frequency.

상기의 해결하고자 하는 과제를 위한 본 발명의 실시예에 따른 세포용 전기화학 임피던스 장비는, 설정된 주파수 스캔 조건으로 입력신호를 세포 측정 기구(200)에게 인가하고, 입력신호에 응답하는 주파수별 임피던스와 위상값을 비교하여 세포 특성에 대응하는 세포상태 분석용 입력신호를 결정하여, 결정된 주파수의 전압으로 세포상태 분석용 입력신호를 인가하여 세포의 상태를 분석하는 것을 특징으로 한다.The electrochemical impedance equipment for cells according to an embodiment of the present invention for the above problem to be solved applies an input signal to the cell measurement device 200 under set frequency scan conditions, and provides impedance for each frequency in response to the input signal. It is characterized by comparing the phase values to determine the input signal for cell state analysis corresponding to the cell characteristics, and analyzing the state of the cell by applying the input signal for cell state analysis with a voltage of the determined frequency.

본 발명의 실시예에 따른 세포용 전기화학 임피던스 장비는, 세포 반응을 위한 입력신호를 세포 측정 기구로 인가하고, 세포 반응에 응답하는 출력신호를 수신하는 송수신부(310); 상기 세포 측정 기구로부터 수신된 출력신호를 이용하여 세포의 임피던스와 위상값을 측정하는 측정부(320); 측정된 임피던스와 위상값의 변화를 모니터링하여 세포의 상태를 분석하는 분석부(330) 및 설정된 주파수 스캔 조건으로 주파수별 스캔용 입력신호를 결정하여 송수신부의 동작을 제어하고, 측정부로부터 주파수별 스캔용 입력신호에 의한 출력신호를 이용하여 생성된 임피던스와 위상값을 수신하며, 주파수별 임피던스와 위상값을 비교하여 세포상태 분석용 입력신호를 결정하는 제어부(390)를 포함하고, 상기 송수신부는 제어부에서 결정된 주파수의 전압으로 세포상태 분석용 입력신호를 인가하고, 상기 분석부는 세포상태 분석용 입력신호에 의한 출력신호에 기반하여 세포의 상태를 분석하는 것을 특징으로 할 수 있다.Electrochemical impedance equipment for cells according to an embodiment of the present invention includes a transceiver 310 that applies an input signal for a cell reaction to a cell measurement device and receives an output signal in response to the cell reaction; A measuring unit 320 that measures the impedance and phase value of the cell using the output signal received from the cell measuring device; An analysis unit 330 analyzes the state of the cell by monitoring changes in measured impedance and phase values, and controls the operation of the transmitting and receiving unit by determining input signals for scanning by frequency under set frequency scan conditions, and scanning by frequency from the measuring unit. It includes a control unit 390 that receives the impedance and phase value generated using the output signal from the input signal, and compares the impedance and phase value for each frequency to determine the input signal for cell state analysis, and the transceiver unit is a control unit. An input signal for cell state analysis may be applied with a voltage of a frequency determined in , and the analysis unit may be characterized in that it analyzes the state of the cell based on an output signal from the input signal for cell state analysis.

상기 측정부는 락-인 증폭(lock-in amplifier) 알고리즘을 이용하여 주파수에 따른 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.The measuring unit may measure impedance according to frequency using a lock-in amplifier algorithm.

상기 제어부는 스무스(smooth) 알고리즘을 이용하여 주파수별 임피던스와 위상값을 보정하고, 미분 알고리즘을 이용하여 보정된 임피던스와 위상값을 미분하며, 주파수별 미분된 임피던스와 위상값의 변화값이 최대가 되는 주파수를 선택하여 세포상태 분석용 입력신호를 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.The control unit corrects the impedance and phase value for each frequency using a smooth algorithm, and differentiates the corrected impedance and phase value using a differentiation algorithm, and the change value of the differentiated impedance and phase value for each frequency is the maximum. It may be characterized in that the input signal for cell state analysis is determined by selecting the frequency.

본 발명은 세포별 고유특성에 대응하는 최적의 주파수를 결정하고, 세포별 고유특성에 대응하는 최적의 주파수의 전압을 인가함으로써, 전기화학 임피던스 분광법으로 세포별 상태를 모니터링할 수 있고, 임피던스와 위상값 측정의 정확도 또는 민감도를 향상시킬 수 있다.The present invention determines the optimal frequency corresponding to the unique characteristics of each cell, and by applying a voltage of the optimal frequency corresponding to the unique characteristics of each cell, the state of each cell can be monitored using electrochemical impedance spectroscopy, and the impedance and phase The accuracy or sensitivity of value measurement can be improved.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기화학 임피던스 방식의 세포 측정 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 스크린 프린트 전극을 도시한 예이다.
도 3은 조립된 세포 측정 기구를 도시한 예이다.
도 4는 베이스 홀더를 도시한 예이다.
도 5는 전극용 홀더를 도시한 예이다.
도 6은 기판을 도시한 예이다.
도 7은 포그핀을 도시한 예이다.
도 8은 제1 잠금나사를 이용하여 베이스 홀더에 전극용 홀더를 결합하는 예를 도시한 것이다.
도 9는 베이스 홀더와 전극용 홀더의 일부 결합과 완전 결합의 상태를 도시한 예이다.
도 10은 베이스 홀더와 반응 노출용 홀더의 결합 전화 후의 상태를 도시한 예이다.
도 11은 반응 노출용 홀더를 도시한 예이다.
도 12는 종래의 전기화학 임피던스 분석 개념을 도시한 예이다.
도 13은 종래의 전기화학 임피던스 분석을 통하여 세포의 임피던스와 위상을 측정한 예이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 세포용 전기화학 임피던스 장비를 도시한 블록도이다.
도 15는 주파수에 따른 임피던스를 측정하는 방법을 도시한 예이다.
도 16은 50Hz, 150Hz, 2KHz에서 임피던스와 위상값을 그래프로 도시한 예이다.
도 17은 스무스 알고리즘이 적용된 임피던스와 위상값을 그래프로 도시한 예이다.
도 18은 미분 알고리즘이 적용된 임피던스와 위상값 측정방법을 도시한 예이다.
도 19는 미분 알고리즘이 적용된 임피던스와 위상값을 그래프로 도시한 예이다.
Figure 1 shows an electrochemical impedance-type cell measurement system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an example showing a screen printed electrode.
Figure 3 is an example showing an assembled cytometry device.
Figure 4 is an example showing a base holder.
Figure 5 is an example showing a holder for electrodes.
Figure 6 is an example showing a substrate.
Figure 7 is an example showing a fog pin.
Figure 8 shows an example of coupling the electrode holder to the base holder using the first locking screw.
Figure 9 is an example showing the state of partial coupling and complete coupling of the base holder and the electrode holder.
Figure 10 is an example showing the state after combination of the base holder and the reaction exposure holder.
Figure 11 is an example showing a holder for reaction exposure.
Figure 12 is an example illustrating a conventional electrochemical impedance analysis concept.
Figure 13 is an example of measuring the impedance and phase of a cell through conventional electrochemical impedance analysis.
Figure 14 is a block diagram showing an electrochemical impedance device for cells according to an embodiment of the present invention.
Figure 15 is an example showing a method of measuring impedance according to frequency.
Figure 16 is a graph showing impedance and phase values at 50Hz, 150Hz, and 2KHz.
Figure 17 is a graph showing impedance and phase values to which the smooth algorithm is applied.
Figure 18 is an example showing a method of measuring impedance and phase value using a differential algorithm.
Figure 19 is a graph showing the impedance and phase values to which the differentiation algorithm is applied.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기화학 임피던스 방식의 세포 측정 시스템을 도시한 것으로서, 세포 측정 시스템(10)은 스크린 프린트 전극(100), 세포 측정 기구(200) 및 전기화학 임피던스 장비(300)를 포함한다.Figure 1 shows an electrochemical impedance-type cell measurement system according to an embodiment of the present invention. The cell measurement system 10 includes a screen print electrode 100, a cell measurement device 200, and an electrochemical impedance device 300. ) includes.

스크린 프린트 전극(100)은 세포가 배치되고, 세포 측정 기구(200)는 스크린 프린트 전극(100)을 고정시킨다. 전기화학 임피던스 장비(300)는 세포 측정 기구(200)에게 신호를 인가하고, 세포 측정 기구로부터 응답을 받아 세포의 상태를 측정한다.Cells are placed on the screen print electrode 100, and the cell measurement device 200 fixes the screen print electrode 100. The electrochemical impedance device 300 applies a signal to the cell measurement device 200 and receives a response from the cell measurement device to measure the state of the cell.

도 2는 스크린 프린트 전극을 도시한 예로서, 스크린 프린트 전극(100)은 핸드부(110), 반응부(120) 및 전극부(130)를 포함한다. 핸드부(110)는 사람의 손 또는 집게나 핀셋과 같은 도구와 접촉된다. 예를 들어 핸드부(110)는 손으로 집어지게 된다.Figure 2 is an example of a screen print electrode, and the screen print electrode 100 includes a hand part 110, a reaction part 120, and an electrode part 130. The hand portion 110 is in contact with a person's hand or a tool such as tongs or tweezers. For example, the hand part 110 is picked up by hand.

반응부(120)는 세포가 배치되고, 전극부(130)는 후술되는 전극용 포그핀(211)과 연결을 위한 것이다. 반응부(120)와 전극부(130)는 프린트된 형태의 전극으로 연결된다. 전극은 작업전극(WE: Working Electrode), 상대전극(CE: Counter Electrode), 기준전극(RE: Reference Electrode)으로 분류된다.The reaction unit 120 is where cells are placed, and the electrode unit 130 is for connection to the electrode fog pin 211, which will be described later. The reaction unit 120 and the electrode unit 130 are connected by a printed electrode. Electrodes are classified into Working Electrode (WE), Counter Electrode (CE), and Reference Electrode (RE).

작업전극은 실제적인 세포 반응을 보기 위한 전극이고, 상대전극은 작업전극의 표면에서 반응이 일어나도록 전류를 보내주는 전극이며, 기준전극은 작업전극에 걸리는 전위의 기준을 잡아주는 전극으로 정밀한 제어와 측정을 위해 사용된다.The working electrode is an electrode for viewing actual cell reactions, the counter electrode is an electrode that sends a current to cause a reaction to occur on the surface of the working electrode, and the reference electrode is an electrode that sets the standard for the potential applied to the working electrode, providing precise control and Used for measurement.

도 3은 조립된 세포 측정 기구를 도시한 예로서, 세포 측정 기구(200)는 홀더(230, 240, 250), 전극용 포그핀(211), 장비연결용 포그핀(212), 기판(220) 및 잠금나사(213, 214)를 포함한다.Figure 3 is an example showing an assembled cell measurement device, the cell measurement device 200 includes a holder (230, 240, 250), a fog pin for electrodes (211), a fog pin for equipment connection (212), and a substrate (220). ) and locking screws (213, 214).

홀더(230, 240, 250)는 복수로 구성되어 서로 조립되고, 조립이 완료되면 스크린 프린트 전극(100)을 고정시키고, 스크린 프린트 전극(100)에서 세포가 배치된 반응부(120)를 노출시킨다. 세포 측정 기구는 홀더(230, 240, 250)의 조립으로 세포가 배치된 반응부로 배양액의 주입이 가능하고, 배양된 세포의 상태를 측정하기 위한 환경을 제공하며, 홀더(230, 240, 250)를 이용하여 배양액의 누출과 오염을 방지한다.The holders 230, 240, and 250 are composed of a plurality of holders and are assembled together. Once assembly is completed, the screen print electrode 100 is fixed and the reaction portion 120 on which the cells are placed is exposed in the screen print electrode 100. . The cell measurement device allows the injection of culture medium into the reaction section where the cells are placed by assembling the holders (230, 240, 250), provides an environment for measuring the state of the cultured cells, and provides an environment for measuring the state of the cultured cells. Use to prevent leakage and contamination of culture medium.

도 4는 베이스 홀더를 도시한 예로서, 홀더(230, 240, 250)는 베이스 홀더(230), 전극용 홀더(240) 및 반응 노출용 홀더(250)를 포함한다. 베이스 홀더(230)는 전극용 홀더(240)와 결합되어 기판(220)과 전극용 포그핀(211)을 감싼다.Figure 4 is an example of a base holder, and the holders 230, 240, and 250 include a base holder 230, an electrode holder 240, and a reaction exposure holder 250. The base holder 230 is combined with the electrode holder 240 and surrounds the substrate 220 and the electrode fog pin 211.

베이스 홀더(230)는 전극용 홀더(240)와 반응 노출용 홀더(250)와의 결합을 위해 다수의 홀이 형성된다. 베이스 홀더(230)는 기판용 안착부(231), 전극용 안착부(232), 그립부(233) 및 인출입 공간부(234)를 포함할 수 있다.The base holder 230 is formed with a plurality of holes for coupling the electrode holder 240 and the reaction exposure holder 250. The base holder 230 may include a seating portion for a substrate 231, a seating portion for an electrode 232, a grip portion 233, and a retractable space portion 234.

기판용 안착부(231)는 기판(220)의 안착을 제공한다. 전극용 안착부(232)는 기판용 안착부(231)의 일측에 형성되고, 스크린 프린트 전극(100)의 안착을 제공한다. 그립부(233)는 한 쌍으로 구성되어 전극용 안착부(232)의 일측에 형성되고, 그립 기능을 제공한다. 인출입 공간부(234)는 그립부(233)의 사이에 형성되고, 스크린 프린트 전극(100)의 삽입 또는 인출을 위한 공간을 제공한다.The substrate seating portion 231 provides seating of the substrate 220. The electrode seating portion 232 is formed on one side of the substrate seating portion 231 and provides seating for the screen print electrode 100. The grip portion 233 consists of a pair and is formed on one side of the electrode seating portion 232, and provides a grip function. The retractable space 234 is formed between the grip portions 233 and provides a space for inserting or withdrawing the screen print electrode 100.

사용자는 한 손으로 그립부(233)를 잡아 세포 측정 기구(200)를 이동시키거나 고정시킬 수 있고, 다른 한 손으로 핸드부(110)를 잡아 스크린 프린트 전극(100)을 전극용 안착부(232)에 슬라이딩시켜 삽입할 수 있으며, 스크린 프린트 전극(100)을 전극용 안착부(232)에 삽입할 때 인출입 공간부(234)의 여유가 있는 공간을 통하여 삽입시킬 수 있다.The user can move or fix the cell measurement device 200 by holding the grip portion 233 with one hand, and hold the hand portion 110 with the other hand to attach the screen print electrode 100 to the electrode seating portion 232. ) can be inserted by sliding, and when inserting the screen print electrode 100 into the electrode seating part 232, it can be inserted through the free space of the withdrawal/inlet space 234.

본 발명은 인출입 공간부(234)를 통하여 안정적으로 스크린 프린트 전극(100)을 교체할 수 있다. 또한 본 발명은 베이스 홀더(230)의 구조적 특징에 의해 안정적으로 스크린 프린트 전극(100)을 전극용 안착부(232)에 삽입시킬 수 있고, 삽입하는 과정에 스크린 프린트 전극(100)을 손상시킬 수 있는 위험요소를 제거할 수 있으며, 위험요소가 제거되어 정확하고 신뢰가 있는 측정데이터를 획득할 수 있다.The present invention can stably replace the screen print electrode 100 through the retractable space 234. In addition, the present invention allows the screen print electrode 100 to be stably inserted into the electrode seating portion 232 due to the structural characteristics of the base holder 230, and the screen print electrode 100 cannot be damaged during the insertion process. Existing risk factors can be removed, and with the risk factors removed, accurate and reliable measurement data can be obtained.

도 5는 전극용 홀더를 도시한 예이고, 도 6은 기판을 도시한 예로서, 전극용 홀더(240)는 기판을 고정시키는 용도로 사용된다. 기판(220)은 전극용 포그핀(211)과 장비연결용 포그핀(212)의 전기적 연결을 제공한다. 기판(220)은 전기적 연결을 제공하기 위하여 PCB(Printed Circuit Board)일 수 있다.Figure 5 is an example showing an electrode holder, and Figure 6 is an example showing a substrate, and the electrode holder 240 is used to fix the substrate. The substrate 220 provides electrical connection between the fog pin 211 for electrodes and the fog pin 212 for equipment connection. The substrate 220 may be a printed circuit board (PCB) to provide electrical connections.

기판(220)은 베이스 홀더(230)와 전극용 홀더(240)의 결합 및 포그핀(211, 212)과의 결합을 위해 복수의 홀이 형성된다. 장비연결용 포그핀(212)은 전극용 홀더(240)로부터의 돌출과 케이블과의 연결을 위해 소정의 돌출길이를 가질 수 있다. 포그핀(211, 212)은 전극의 파손위험 방지, 안정적인 접촉 또는 높이 조절의 기능을 제공할 수 있다.The substrate 220 is formed with a plurality of holes for coupling the base holder 230 and the electrode holder 240 and the fog pins 211 and 212. The fog pin 212 for equipment connection may have a predetermined protrusion length in order to protrude from the electrode holder 240 and connect to the cable. The fog pins 211 and 212 can prevent the risk of damage to the electrode and provide stable contact or height adjustment.

도 7은 포그핀을 도시한 예로서, 전극용 포그핀(211)은 스크린 프린트 전극(100)의 전극부(130)와의 연결을 제공하고, 장비연결용 포그핀(212)은 전기화학 임피던스 장비(300)와의 연결을 제공한다. 전극용 포그핀(211) 또는 장비연결용 포그핀(212)은 납땜 또는 억지 끼움방식을 통하여 기판(220)에 고정될 수 있다.Figure 7 is an example showing a fog pin, where the fog pin 211 for electrode provides a connection with the electrode part 130 of the screen print electrode 100, and the fog pin 212 for equipment connection is an electrochemical impedance equipment. Provides connection to (300). The fog pin 211 for electrodes or the fog pin 212 for equipment connection may be fixed to the board 220 through soldering or interference fitting.

도 8은 제1 잠금나사를 이용하여 베이스 홀더에 전극용 홀더를 결합하는 예를 도시한 것으로서, 잠금나사(213, 214)는 제1 잠금나사(213) 및 제2 잠금나사(214)를 포함한다. 제1 잠금나사(213)는 전극용 홀더(240)를 베이스 홀더(230)에 고정시키기 위해 사용되고, 제2 잠금나사(214)는 반응 노출용 홀더(250)를 베이스 홀더(230)에 고정시키기 위해 사용된다. 제1 잠금나사(213)와 제2 잠금나사(214)는 동일한 재질과 형상을 가질 수 있다.Figure 8 shows an example of coupling the electrode holder to the base holder using the first locking screw, and the locking screws 213 and 214 include the first locking screw 213 and the second locking screw 214. do. The first locking screw 213 is used to fix the electrode holder 240 to the base holder 230, and the second locking screw 214 is used to fix the reaction exposure holder 250 to the base holder 230. It is used for. The first locking screw 213 and the second locking screw 214 may have the same material and shape.

도 9는 베이스 홀더와 전극용 홀더의 일부 결합과 완전 결합의 상태를 도시한 예로서, 세포 측정 기구(200)는 탄성수단(260)을 더 포함할 수 있다. 탄성수단(260)은 전극용 홀더(240)와 베이스 홀더(230)의 사이에 형성되고, 제1 잠금나사(213)의 조임과 풀림에 의해 탄성변화가 발생한다. 탄성수단(260)은 대표적으로 스프링일 수 있다.Figure 9 is an example showing a state of partial coupling and complete coupling of the base holder and the electrode holder, and the cell measurement device 200 may further include an elastic means 260. The elastic means 260 is formed between the electrode holder 240 and the base holder 230, and elasticity changes occur by tightening and loosening the first locking screw 213. The elastic means 260 may typically be a spring.

제1 잠금나사(213)는 전극용 홀더(240)를 베이스 홀더(230)에 고정시키기 위해 일부 조여지고, 슬라이딩 방식으로 스크린 프린트 전극(100)이 삽입되어 전극용 포그핀(211)과 연결되면 완전히 조여진다.The first locking screw 213 is partially tightened to secure the electrode holder 240 to the base holder 230, and when the screen print electrode 100 is inserted in a sliding manner and connected to the electrode fog pin 211, Fully tightened.

장비연결용 포그핀(212)은 일단이 기판(220)과 결합되고, 타단이 전극용 홀더(240)에 형성된 홀을 관통하여 외부로 돌출된다. 종래에는 임피던스는 측정하는 장치와 배터리와 같은 시료를 전기적으로 직접 연결하기 위하여 악어집게 케이블을 사용하였지만, 오염문제 때문에 악어집게 케이블을 세포와 같은 시료를 직접적으로 연결하기 어려울 수 있다.One end of the equipment connection fog pin 212 is coupled to the substrate 220, and the other end protrudes outward through a hole formed in the electrode holder 240. Conventionally, alligator-claw cables were used to directly electrically connect a device that measures impedance with a sample such as a battery, but it may be difficult to directly connect an alligator-claw cable to a sample such as cells due to contamination issues.

악어집게 케이블은 스크린 프린트 전극(100)의 전극부(130)와 직접적으로 연결하면 전극부(130)의 손상이 발생할 수 있으므로, 바람지하지 않다.If the alligator clip cable is directly connected to the electrode portion 130 of the screen print electrode 100, damage to the electrode portion 130 may occur, so it is not recommended.

본 발명은 시료의 오염문제와 전극부(130)의 손상 문제를 해결하기 위하여 악어집게 케이블을 장비연결용 포그핀(212)에 간접적으로 연결하여 세포와 같은 시료의 임피던스를 정확하게 측정할 수 있다.In order to solve the problem of contamination of the sample and damage to the electrode unit 130, the present invention can accurately measure the impedance of a sample such as a cell by indirectly connecting an alligator clip cable to the fog pin 212 for connecting equipment.

탄성수단(260)은 스크린 프린트 전극(100)이 삽입될 때 슬라이딩 공간을 제공하고, 전극용 포그핀(211)과 스크린 프린트 전극(100)의 전극부(130)가 접촉될 때 서로 간의 손상을 방지할 수 있다.The elastic means 260 provides a sliding space when the screen print electrode 100 is inserted, and prevents damage to the electrode fog pin 211 and the electrode portion 130 of the screen print electrode 100 when they contact each other. It can be prevented.

도 10은 베이스 홀더와 반응 노출용 홀더의 결합 전화 후의 상태를 도시한 예이고, 도 11은 반응 노출용 홀더를 도시한 예로서, 반응 노출용 홀더(250)는 전극용 홀더(240)의 일측에 형성되고, 베이스 홀더(230)와 결합되며, 스크린 프린트 전극(100)의 반응부(120)의 노출을 제공한다. 제2 잠금나사(214)는 반응 노출용 홀더(250)를 베이스 홀더(230)에 고정시키기 위해 사용된다.Figure 10 is an example showing the state after the combination of the base holder and the reaction exposure holder, and Figure 11 is an example showing the reaction exposure holder, where the reaction exposure holder 250 is on one side of the electrode holder 240. It is formed in, is coupled to the base holder 230, and provides exposure of the reaction portion 120 of the screen print electrode 100. The second locking screw 214 is used to secure the reaction exposure holder 250 to the base holder 230.

반응 노출용 홀더(250)는 세포의 육안 상태식별을 위해 베이스 홀더(230)보다 밝은 색상을 갖고, 내부공간에 배양액의 누출방지를 위한 오링(251)과 결합될 수 있다. The reaction exposure holder 250 has a brighter color than the base holder 230 for visual identification of the cells, and may be combined with an O-ring 251 to prevent the culture medium from leaking into the internal space.

베이스 홀더(230), 전극용 홀더(240) 및 반응 노출용 홀더(250)는 멸균성과 내오염성이 높은 물질로 제조될 수 있고, 대표적으로 폴리 카보네이트 물질을 이용하여 제조될 수 있다. 베이스 홀더(230)와 전극용 홀더(240)의 색상과 반응 노출용 홀더(250)의 색상을 다르게 한 이유 또는 반응 노출용 홀더(250)를 투명한 색으로 제조한 이유는, 세포의 임피던스를 측정하기 전에 사용자가 세포의 색상변화로만 세포의 오염상태를 파악할 수 있기 때문이다.The base holder 230, the electrode holder 240, and the reaction exposure holder 250 may be manufactured from materials with high sterility and contamination resistance, and may be typically manufactured using polycarbonate materials. The reason why the colors of the base holder 230 and the electrode holder 240 and the color of the reaction exposure holder 250 are different or the reaction exposure holder 250 is manufactured in a transparent color is to measure the impedance of the cell. This is because the user can determine the contamination status of the cells only by changing the color of the cells.

세포는 배양액이 있어야 생존할 수 있고, 본 발명은 오링(251)을 이용한 밀폐를 통하여 반응부(120)에만 배양액이 형성될 수 있으며, 배양액의 누출을 방지할 수 있다.Cells require a culture medium to survive, and in the present invention, the culture medium can be formed only in the reaction part 120 through sealing using the O-ring 251, and leakage of the culture medium can be prevented.

세포 관리 및 임피던스 측정 방법은 스크린 프린트 전극(110)이 삽입된 세포 측정 기구(200)를 멸균시킨 후 인큐베이터에 넣어 세포를 배양 또는 관리한다. 세포 배양을 위해 반응부(120)에는 세포가 부착되고, 배양액은 반응 노출용 홀더(250)의 내부공간에 주입된다. 임피던스 측정시 스크린 프린트 전극(110)이 삽입된 세포 측정 기구(200)를 인큐베이터로부터 꺼내어 세포용 전기화학 임피던스 장비(300)를 활용하여 세포의 임피던스를 측정한다.In the cell management and impedance measurement method, the cell measurement device 200 into which the screen printed electrode 110 is inserted is sterilized and then placed in an incubator to culture or manage the cells. For cell culture, cells are attached to the reaction unit 120, and the culture medium is injected into the inner space of the reaction exposure holder 250. When measuring impedance, the cell measuring device 200 with the screen printed electrode 110 inserted is taken out from the incubator and the impedance of the cells is measured using the cell electrochemical impedance device 300.

본 발명은 세포 측정 기구(200)를 통하여 세포들의 이동, 상태, 반응 및 이상유무 등 세포의 전기적인 신호를 측정하기 위한 환경을 제공할 수 있고, 스크린 프린트 전극(100)과 전기화학 임피던스 분광법으로 심장세포의 변화를 측정할 수 있다.The present invention can provide an environment for measuring electrical signals of cells, such as their movement, status, reaction, and presence of abnormalities, through a cell measuring device 200, and can be measured using a screen-printed electrode 100 and electrochemical impedance spectroscopy. Changes in heart cells can be measured.

도 12는 종래의 전기화학 임피던스 분석 개념을 도시한 예로서, 전기화학 임피던스 분광법(EIS: Electrochemical Impedance Spectroscopy)은 높은 주파수에서 낮은 주파수로 스캔하는 방식을 제공하고, 시료에 차례대로 사인 웨이브(sine wave) 파형을 인가하며, 시료를 거쳐 나오는 응답의 사인 웨이브에 따른 진폭과 위상의 변화를 측정하여 임피던스를 분석하는 방법이다.Figure 12 is an example showing the concept of conventional electrochemical impedance analysis. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) provides a method of scanning from high frequency to low frequency, and sequentially applies sine waves to the sample. ) This is a method of analyzing impedance by applying a waveform and measuring changes in amplitude and phase according to the sine wave of the response coming through the sample.

전기화학 임피던스 분광법은 전기화학 나이키스트 분석(nyquist plot)을 통해 시료의 등가회로 또는 각 파라미터를 추출할 수 있고, 임피던스 그래프를 해석할 수 있으며, 그 외 전기화학적 반응에서의 변화를 추측할 수 있다. 전기화학 나이키스트 분석은 하나의 주파수에 한 개의 좌표가 그려지도록 복소수의 형태로 표현한 그래프를 의미한다.Electrochemical impedance spectroscopy can extract the equivalent circuit or each parameter of the sample through electrochemical Nyquist analysis (nyquist plot), interpret the impedance graph, and infer changes in other electrochemical reactions. . Electrochemical Nyquist analysis refers to a graph expressed in the form of complex numbers so that one coordinate is drawn at one frequency.

도 13은 종래의 전기화학 임피던스 분석을 통하여 세포의 임피던스와 위상을 측정한 예로서, 종래에는 전기화학 임피던스 분광법을 이용하여 배터리의 전기화학적 현상을 분석하였으나, 전기화학 임피던스 분광법을 통하여 세포들의 이동, 상태, 반응 및 이상유무 등 세포 상태를 측정하기 어려운 문제점이 있다.Figure 13 is an example of measuring the impedance and phase of cells through conventional electrochemical impedance analysis. Conventionally, electrochemical phenomena of batteries were analyzed using electrochemical impedance spectroscopy, but through electrochemical impedance spectroscopy, the movement of cells, There is a problem that it is difficult to measure the state of cells, such as condition, reaction, and presence of abnormalities.

더욱 상세하게는 도 13에 도시된 바와 같이 종래의 전기화학 임피던스 분석의 방식으로 한다면, 심장세포의 운동성, 상태 또는 반응 등 심장세포의 임피던스와 위상값의 측정이 어려울 수 있다.More specifically, if a conventional electrochemical impedance analysis method is used as shown in FIG. 13, it may be difficult to measure the impedance and phase values of cardiac cells, such as their motility, state, or response.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 세포용 전기화학 임피던스 장비를 도시한 블록도로서, 세포용 전기화학 임피던스 장비(300)는 설정된 주파수 스캔 조건으로 입력신호를 세포 측정 기구(200)에게 인가하고, 입력신호에 응답하는 주파수별 임피던스와 위상값을 비교하여 세포 특성에 대응하는 세포상태 분석용 입력신호를 결정하여, 결정된 주파수의 전압으로 세포상태 분석용 입력신호를 인가하여 세포의 상태를 분석한다.Figure 14 is a block diagram showing an electrochemical impedance device for cells according to an embodiment of the present invention. The electrochemical impedance device 300 for cells applies an input signal to the cell measurement device 200 under set frequency scan conditions. , the input signal for cell state analysis corresponding to the cell characteristics is determined by comparing the impedance and phase value for each frequency in response to the input signal, and the state of the cell is analyzed by applying the input signal for cell state analysis with a voltage of the determined frequency. .

주파수 스캔 조건은 시간, 주파수 및 전압에 관한 조건이다. 더욱 상세하게는 주파수 스캔 조건은 주파수 범위, 증가 주파수, 및 전압과 시간의 조건을 포함할 수 있다. 증가 주파수는 주파수 범위에서 단계별로 증가되는 주파수를 의미한다.Frequency scan conditions are conditions regarding time, frequency, and voltage. More specifically, frequency scan conditions may include frequency range, increase frequency, and voltage and time conditions. Increased frequency refers to a frequency that increases step by step in the frequency range.

예를 들어 본 발명은 주피수 범위를 100Hz에서 1000HZ로 설정하고, 100Hz로 증가 주파수를 설정하며, 인가 전압을 10mV로 설정하고, 시간을 10초로 설정한다. 본 발명은 설정이 완료되면 10초 동안 100Hz의 10mV로 입력신호를 인가하여 100Hz에 대한 임피던스와 위상값을 획득하고, 이후에 10초 동안 200Hz의 10mV로 입력신호를 인가하여 200Hz에 대한 임피던스와 위상값을 획득하며, 같은 방식으로 주파수 범위에 도달할 때까지 주파수 스캔 동작을 수행한다.For example, in the present invention, the frequency range is set from 100Hz to 1000HZ, the increase frequency is set to 100Hz, the applied voltage is set to 10mV, and the time is set to 10 seconds. In the present invention, once the setting is completed, an input signal of 10 mV at 100 Hz is applied for 10 seconds to obtain the impedance and phase value for 100 Hz, and then an input signal of 10 mV at 200 Hz is applied for 10 seconds to obtain the impedance and phase value for 200 Hz. Acquire the value and perform a frequency scan operation in the same way until the frequency range is reached.

세포용 전기화학 임피던스 장비(300)는 송수신부(310), 측정부(320) 분석부(330) 및 제어부(390)를 포함한다. 송수신부(310)는 세포 반응을 위한 입력신호를 세포 측정 기구로 인가하고, 세포 반응에 응답하는 출력신호를 수신한다. 송수신부(310)는 악어집게 케이블을 이용하여 장비연결용 포그핀(212)과 연결된다.The electrochemical impedance equipment for cells 300 includes a transmitter/receiver 310, a measurement unit 320, an analysis unit 330, and a control unit 390. The transceiver unit 310 applies an input signal for a cell response to a cell measurement device and receives an output signal in response to the cell response. The transmitting and receiving unit 310 is connected to the fog pin 212 for equipment connection using an alligator clip cable.

측정부(320)는 세포 측정 기구(200)로부터 수신된 출력신호를 이용하여 세포의 임피던스와 위상값을 측정하고, 분석부(330)는 측정된 임피던스와 위상값의 변화를 모니터링하여 세포의 상태를 분석한다.The measurement unit 320 measures the impedance and phase value of the cell using the output signal received from the cell measurement device 200, and the analysis unit 330 monitors changes in the measured impedance and phase value to determine the state of the cell. Analyze.

제어부(390)는 설정된 주파수 스캔 조건으로 주파수별 스캔용 입력신호를 결정하여 송수신부의 동작을 제어하고, 측정부로부터 주파수별 스캔용 입력신호에 의한 출력신호를 이용하여 생성된 임피던스와 위상값을 수신하며, 주파수별 임피던스와 위상값을 비교하여 세포상태 분석용 입력신호를 결정한다.The control unit 390 controls the operation of the transmitter and receiver by determining the input signal for scanning by frequency under the set frequency scan conditions, and receives the impedance and phase value generated using the output signal by the input signal for scanning by frequency from the measuring unit. The input signal for cell state analysis is determined by comparing the impedance and phase values for each frequency.

송수신부(310)는 제어부(390)에서 결정된 주파수의 전압으로 세포상태 분석용 입력신호를 인가하고, 분석부(330)는 세포상태 분석용 입력신호에 의한 출력신호에 기반하여 세포의 상태를 분석한다.The transmitting and receiving unit 310 applies an input signal for cell state analysis with a voltage of the frequency determined by the control unit 390, and the analysis unit 330 analyzes the state of the cell based on the output signal from the input signal for cell state analysis. do.

도 15는 주파수에 따른 임피던스를 측정하는 방법을 도시한 예로서, 측정부(320)는 락-인 증폭(lock-in amplifier) 알고리즘을 이용하여 주파수에 따른 임피던스를 측정할 수 있다.Figure 15 is an example of a method for measuring impedance according to frequency, and the measurement unit 320 can measure impedance according to frequency using a lock-in amplifier algorithm.

락-인 증폭 알고리즘은 증폭과 신호 검출 기능을 제공하기 위한 알고리즘으로서, 특정 주파수의 신호를 감지하고 증폭시키기 위해 사용되는 알고리즘이다.The lock-in amplification algorithm is an algorithm that provides amplification and signal detection functions and is used to detect and amplify signals of a specific frequency.

락-인 증폭 알고리즘은 입력 신호와 참조 신호를 입력하면 참조 신호를 검출하고 싶은 신호에만 작용하고, 검색할 신호의 진폭 정보를 검색하는 알고리즘이다. 참조신호는 입력신호와 동일한 주파수의 신호이다.The lock-in amplification algorithm is an algorithm that, when an input signal and a reference signal are input, operates only on the signal for which the reference signal is to be detected and searches for amplitude information of the signal to be searched. The reference signal is a signal of the same frequency as the input signal.

측정부(320)는 입력되는 신호 중 검색하고 싶은 신호만을 추출하기 참조 신호를 사용하기 위하여 입력신호에 대한 참조신호를 걸어 놓고, 측정대상 신호(출력신호)에 노이즈가 묻혀 있어도 참조신호와 관련된 신호의 진폭과 위상을 검출할 수 있다.The measuring unit 320 sets a reference signal for the input signal to use the reference signal to extract only the signal to be searched among the input signals, and even if noise is buried in the signal to be measured (output signal), the signal related to the reference signal is generated. The amplitude and phase can be detected.

도 16은 50Hz, 150Hz, 2KHz에서 임피던스와 위상값을 그래프로 도시한 예로서, 제어부(390)는 주파수별 임피던스와 위상값을 비교하여 세포상태 분석용 입력신호를 결정한다. 도 16에서는 50Hz, 150Hz, 2KHz에서 150Hz의 주파수가 가장 좋은 민감도를 보여주고, 50Hz와 2KHz에서 반응이 거의 일어나지 않고 있다.Figure 16 is a graph showing impedance and phase values at 50 Hz, 150 Hz, and 2 KHz, and the control unit 390 compares the impedance and phase values for each frequency to determine the input signal for cell state analysis. In Figure 16, among 50Hz, 150Hz, and 2KHz, the frequency of 150Hz shows the best sensitivity, and almost no response occurs at 50Hz and 2KHz.

도 16의 그래프값을 적용한다면 제어부(390)는 150Hz의 주파수를 세포상태 분석용 입력신호로 결정할 수 있는 것이다. 민감도가 높다는 것은 도 16의 150Hz 그래프와 같이 시간별 임피던스와 위상값의 변화폭이 크다는 것을 의미한다.If the graph values of FIG. 16 are applied, the control unit 390 can determine a frequency of 150 Hz as an input signal for cell state analysis. High sensitivity means that the range of change in impedance and phase values over time is large, as shown in the 150Hz graph in FIG. 16.

이와 같이 세포의 크기, 종류, 전극의 면적 등 환경요인이 있으므로, 정확한 세포의 상태를 측정하기 위해서는, 최적의 주파수를 찾는 것이 매우 중요한 것이다. 본 발명은 주파수 색인 조건 및 후술되는 스무스(smooth) 알고리즘과 미분 알고리즘을 이용하여 자동적으로 최적의 주파수를 찾을 수 있다.As there are environmental factors such as cell size, type, and electrode area, it is very important to find the optimal frequency in order to accurately measure the state of the cell. The present invention can automatically find the optimal frequency using the frequency index condition and the smooth algorithm and differentiation algorithm described later.

도 17은 스무스 알고리즘이 적용된 임피던스와 위상값을 그래프로 도시한 예로서, 제어부는 스무스 알고리즘을 이용하여 주파수별 임피던스와 위상값을 보정한다.Figure 17 is a graph showing the impedance and phase values to which the smooth algorithm is applied, and the control unit corrects the impedance and phase values for each frequency using the smooth algorithm.

스무스 알고리즘은 두 값 사이의 중간값을 생성하는 것으로서 보간의 개념이 적용된다. 스무스 알고리즘은 세포 상태와 관련성이 없는 노이즈값의 영향을 감소시킬 수 있고, 측정값의 오차를 감소시킬 수 있다.The smooth algorithm generates an intermediate value between two values, and the concept of interpolation is applied. The smooth algorithm can reduce the influence of noise values that are not related to the cell state and reduce errors in measurement values.

도 18은 미분 알고리즘이 적용된 임피던스와 위상값 측정방법을 도시한 예이고, 도 19는 미분 알고리즘이 적용된 임피던스와 위상값을 그래프로 도시한 예로서, 제어부(390)는 미분 알고리즘을 이용하여 보정된 임피던스와 위상값을 미분하며, 주파수별 미분된 임피던스와 위상값의 변화값이 최대가 되는 주파수를 선택하여 세포상태 분석용 입력신호를 결정할 수 있다.FIG. 18 is an example showing a method of measuring impedance and phase values to which a differential algorithm is applied, and FIG. 19 is an example of a graph showing impedance and phase values to which a differential algorithm is applied. The control unit 390 is configured to measure The impedance and phase values are differentiated, and the input signal for cell state analysis can be determined by selecting the frequency at which the change in the differentiated impedance and phase values for each frequency is maximum.

미분 알고리즘은 미분 전의 측정값보다 큰 변화폭을 가진 미분 후의 측정값을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 미분 알고리즘은 테일러 급수를 나타내는 [수식 1]이 적용될 수 있다. [수식 2]는 테일러 급수를 이용해 확장된 식이다.Differentiation algorithms can be used to generate measured values after differentiation that have a larger variation than the measured values before differentiation. [Equation 1], which represents the Taylor series, can be applied to the differentiation algorithm. [Equation 2] is an expanded equation using Taylor series.

[수식 1][Formula 1]

[수식 2][Formula 2]

여기서 f(n)은 함수 f(x)를 n번 미분한다는 것을 의미한다.Here, f (n) means differentiating the function f(x) n times.

본 발명은 세포별 고유특성에 대응하는 최적의 주파수를 결정하고, 세포별 고유특성에 대응하는 최적의 주파수의 전압을 인가함으로써, 전기화학 임피던스 분광법으로 세포별 상태를 모니터링할 수 있고, 임피던스와 위상값 측정의 정확도 또는 민감도를 향상시킬 수 있다.The present invention determines the optimal frequency corresponding to the unique characteristics of each cell, and by applying a voltage of the optimal frequency corresponding to the unique characteristics of each cell, the state of each cell can be monitored using electrochemical impedance spectroscopy, and the impedance and phase The accuracy or sensitivity of value measurement can be improved.

본 발명은 락-인 증폭 알고리즘, 스무스 알고리즘 및 미분 알고리즘을 적용하여 신뢰성이 있는 최적의 주파수를 자동적으로 찾아낼 수 있다. 본 발명에서는 150Hz에서 심장세포의 최적의 주파수를 자동적으로 찾았지만, 시료의 고유특성에 따라 최적의 주파수가 달라질 수 있다.The present invention can automatically find a reliable optimal frequency by applying a lock-in amplification algorithm, smooth algorithm, and differentiation algorithm. In the present invention, the optimal frequency of heart cells was automatically found at 150Hz, but the optimal frequency may vary depending on the unique characteristics of the sample.

세포용 전기화학 임피던스 장비(300)는 입력부(340) 및 표시부(350)를 더 포함할 수 있다. 입력부(340)는 사용자의 조건을 입력받을 수 있고, 표시부(350)는 세포 상태에 관한 정보를 그래프의 형태로 출력할 수 있다.The electrochemical impedance device 300 for cells may further include an input unit 340 and a display unit 350. The input unit 340 can receive user conditions, and the display unit 350 can output information about the cell state in the form of a graph.

10: 세포 측정 시스템 100: 스크린 프린트 전극
110: 핸드부 120: 반응부
130: 전극부 200: 세포 측정 기구
211: 전극용 포그핀 212: 장비연결용 포그핀
213: 제1 잠금나사 214: 제2 잠금나사
220: 기판 230: 베이스 홀더
231: 기판용 안착부 232: 전극용 안착부
233: 그립부 234: 인출입 공간부
240: 전극용 홀더 250: 반응 노출용 홀더
251: 오링 260: 탄성수단
300: 임피던스 장비 310: 송수신부
320: 측정부 330: 분석부
340: 입력부 350: 표시부
390: 제어부
10: Cell measurement system 100: Screen print electrode
110: hand part 120: reaction part
130: electrode unit 200: cell measurement device
211: Fog pin for electrode 212: Fog pin for equipment connection
213: first locking screw 214: second locking screw
220: substrate 230: base holder
231: Seating part for substrate 232: Seating part for electrode
233: Grip part 234: In/out space part
240: Holder for electrode 250: Holder for reaction exposure
251: O-ring 260: Elastic means
300: Impedance equipment 310: Transmitter and receiver
320: measurement unit 330: analysis unit
340: input unit 350: display unit
390: Control unit

Claims (4)

설정된 주파수 스캔 조건으로 입력신호를 세포 측정 기구(200)에게 인가하고, 입력신호에 응답하는 주파수별 임피던스와 위상값을 비교하여 세포 특성에 대응하는 세포상태 분석용 입력신호를 결정하여, 결정된 주파수의 전압으로 세포상태 분석용 입력신호를 인가하여 세포의 상태를 분석하며,
세포 반응을 위한 입력신호를 세포 측정 기구로 인가하고, 세포 반응에 응답하는 출력신호를 수신하는 송수신부(310);
상기 세포 측정 기구로부터 수신된 출력신호를 이용하여 세포의 임피던스와 위상값을 측정하는 측정부(320);
측정된 임피던스와 위상값의 변화를 모니터링하여 세포의 상태를 분석하는 분석부(330) 및
설정된 주파수 스캔 조건으로 주파수별 스캔용 입력신호를 결정하여 송수신부의 동작을 제어하고, 측정부로부터 주파수별 스캔용 입력신호에 의한 출력신호를 이용하여 생성된 임피던스와 위상값을 수신하며, 주파수별 임피던스와 위상값을 비교하여 세포상태 분석용 입력신호를 결정하는 제어부(390)를 포함하고,
상기 송수신부는 제어부에서 결정된 주파수의 전압으로 세포상태 분석용 입력신호를 인가하고, 상기 분석부는 세포상태 분석용 입력신호에 의한 출력신호에 기반하여 세포의 상태를 분석하며,
상기 측정부는 락-인 증폭(lock-in amplifier) 알고리즘을 이용하여 주파수에 따른 임피던스를 측정하고,
상기 제어부는 스무스(smooth) 알고리즘을 이용하여 주파수별 임피던스와 위상값을 보정하고, 미분 알고리즘을 이용하여 보정된 임피던스와 위상값을 미분하며, 주파수별 미분된 임피던스와 위상값의 변화값이 최대가 되는 주파수를 선택하여 세포상태 분석용 입력신호를 결정하며,
상기 락-인 증폭 알고리즘은 측정대상의 신호에 노이즈가 묻혀 있어도 검색하고자 하는 참조신호와 관련된 신호의 진폭과 위상을 검출하고, 스무스 알고리즘은 두 값 사이의 중간값을 생성하며, 미분 알고리즘은 미분 전의 측정값보다 큰 변화폭을 가진 미분 후의 측정값을 생성하기 위해 사용되고,
상기 락-인 증폭 알고리즘, 스무스 알고리즘 및 미분 알고리즘을 적용하여 세포별 고유특성에 대응하는 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 세포용 전기화학 임피던스 장비.
An input signal is applied to the cell measurement device 200 under set frequency scan conditions, and the impedance and phase value for each frequency responding to the input signal are compared to determine an input signal for cell state analysis corresponding to the cell characteristics, and determine the input signal of the determined frequency. Analyzes the state of cells by applying an input signal for cell state analysis using voltage.
A transceiver unit 310 that applies an input signal for a cell response to a cytometry device and receives an output signal in response to the cell response;
A measuring unit 320 that measures the impedance and phase value of the cell using the output signal received from the cell measuring device;
An analysis unit 330 that analyzes the state of the cell by monitoring changes in the measured impedance and phase value, and
Controls the operation of the transmitter and receiver by determining the input signal for scanning by frequency based on the set frequency scan conditions, and receives the impedance and phase value generated using the output signal by the input signal for scanning by frequency from the measurement unit, and impedance by frequency. It includes a control unit 390 that compares the phase value and determines an input signal for cell state analysis,
The transmitting and receiving unit applies an input signal for cell state analysis with a voltage of a frequency determined by the control unit, and the analysis unit analyzes the state of the cell based on an output signal from the input signal for cell state analysis,
The measuring unit measures impedance according to frequency using a lock-in amplifier algorithm,
The control unit corrects the impedance and phase value for each frequency using a smooth algorithm, and differentiates the corrected impedance and phase value using a differentiation algorithm, and the change value of the differentiated impedance and phase value for each frequency is the maximum. Select the frequency to determine the input signal for cell state analysis,
The lock-in amplification algorithm detects the amplitude and phase of the signal related to the reference signal to be searched even if noise is buried in the signal of the measurement target, the smooth algorithm generates an intermediate value between the two values, and the differentiation algorithm detects the amplitude and phase of the signal before differentiation. It is used to generate measured values after differentiation with a change greater than the measured value,
Electrochemical impedance equipment for cells, characterized in that the frequency corresponding to the unique characteristics of each cell is determined by applying the lock-in amplification algorithm, smooth algorithm, and differentiation algorithm.
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