KR102646803B1 - Apparatus and method for sensing capacitance of cell based on simultaneous optical tweezing - Google Patents

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Abstract

동시 광학 트위징(simultaneous optical tweezing)을 기반으로 단일 세포 또는 다수 세포 배열에 대한 정전 용량을 감지하는 인시츄(in situ) 세포 정전 용량 감지 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치는 세포가 놓여지도록 마련되는 기판, 상기 기판 상의 양측에 이격되어 배치되는 한 쌍의 전극, 및 상기 한 쌍의 전극 간의 정전 용량을 측정하여 상기 세포의 특성을 분석하도록 구성되는 분석기를 포함하는 세포 분석 장치; 트랩하기 위한 집속 레이저 빔을 조사하는 레이저 장치를 포함하고, 상기 기판에 대해 상기 집속 레이저 빔의 조사 위치를 조절하여 상기 한 쌍의 전극에 대한 상기 세포의 위치를 조정하도록 구성되는 광학 트위징 장치; 및 상기 한 쌍의 전극과 상기 기판 상의 세포를 촬상하여 상기 세포의 위치 조정에 참조될 수 있는 세포 영상을 획득하도록 구성되는 영상 획득 장치;를 포함한다.An in situ cell capacitance sensing device and method for detecting capacitance for a single cell or an array of multiple cells based on simultaneous optical tweezing are disclosed. The simultaneous optical twizing-based cell capacitance sensing device according to an embodiment of the present invention includes a substrate on which cells are placed, a pair of electrodes spaced apart on both sides of the substrate, and a capacitance between the pair of electrodes. A cell analysis device including an analyzer configured to measure and analyze the characteristics of the cell; an optical twizing device including a laser device that irradiates a focused laser beam for trapping, and configured to adjust the position of the cell with respect to the pair of electrodes by adjusting an irradiation position of the focused laser beam with respect to the substrate; and an image acquisition device configured to capture a cell image on the pair of electrodes and the substrate to obtain a cell image that can be used as a reference for adjusting the position of the cell.

Figure R1020210117756
Figure R1020210117756

Description

동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치 및 방법{Apparatus and method for sensing capacitance of cell based on simultaneous optical tweezing}{Apparatus and method for sensing capacitance of cell based on simultaneous optical tweezing}

본 발명은 세포 정전 용량 감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동시 광학 트위징(simultaneous optical tweezing)을 기반으로 단일 세포 또는 다수 세포 배열에 대한 정전 용량을 감지하는 인시츄(in situ) 세포 정전 용량 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cell capacitance sensing device and method, and more specifically to an in situ cell capacitance sensing device and method for a single cell or an array of multiple cells based on simultaneous optical tweezing. It relates to a capacitance sensing device and method.

다양한 세포 활동을 고감도로 측정하기 위한 기술이 연구되어 왔으며, 특히 라벨 없는 실시간 감지 기술 중의 하나로 대표적으로 세포에 기인하는 정전 용량(capacitance)의 변화를 감지하는 바이오 센서가 개발되었다. 일반적으로 세포는 세포막에 축적되는 표면 전하의 분극으로 인해 외부 전기장 하에서 분극화된다. 이러한 분극은 세포 구성 요소의 전기적 특성에 의해 민감하게 변경되며, 낮은 전기장에서 막 전위에 비례한다. 실시간 정전 용량 바이오 센서는 정전 용량의 변화를 측정하여 세포 활동에 대한 가치 있고 정확한 정보를 제공하며, 실시간 세포 분화, 암세포 구별 및 세포 역학 등을 비롯한 다양한 생물학적 상호 작용을 측정하는데 사용되고 있다. 특히, 기존의 형광 이미징 방법과 달리, 정전 용량 센서를 이용하여 세포막의 막 횡단 당 단백질인 표피 성장 인자 수용체의 정량 정보를 제공할 수 있으며, 암 바이오 마커를 효과적으로 검출하는데 응용될 수 있다.Technologies for measuring various cell activities with high sensitivity have been studied, and in particular, a biosensor that detects changes in capacitance caused by cells has been developed as one of the label-free real-time detection technologies. Normally, cells become polarized under an external electric field due to the polarization of surface charges that accumulate on the cell membrane. This polarization is sensitively altered by the electrical properties of cellular components and is proportional to the membrane potential at low electric fields. Real-time capacitive biosensors provide valuable and accurate information about cell activity by measuring changes in capacitance, and are being used to measure a variety of biological interactions, including real-time cell differentiation, cancer cell differentiation, and cell dynamics. In particular, unlike existing fluorescence imaging methods, using a capacitive sensor can provide quantitative information on the epidermal growth factor receptor, a transmembrane glycoprotein of the cell membrane, and can be applied to effectively detect cancer biomarkers.

일반적으로 정전 용량 센서를 사용한 대부분의 세포 활동 측정은 전극 사이에 정착하는 세포 개수를 제어하기 어렵기 때문에 세포 그룹의 평균 분석 방법을 사용한다. 개별 세포의 매개 변수를 인식하는 것은 세포 표현형, 줄기 세포 분류 또는 엔도시토시스(endocytosis)를 통한 세포 전달과 같은 많은 응용 분야에서 매우 중요하다. 패치 클램핑, 교류(AC) 전기 동역학, 미세 유체 역학을 포함한 여러 단일 세포 분석 방법이 개발되었다.In general, most cell activity measurements using capacitive sensors use an average analysis method of a group of cells because it is difficult to control the number of cells settling between electrodes. Recognizing the parameters of individual cells is of great importance for many applications, such as cell phenotyping, stem cell sorting, or cell delivery via endocytosis. Several single cell analysis methods have been developed, including patch clamping, alternating current (AC) electrokinetics, and microfluidics.

그러나, 패치 클램핑은 일반적으로 노동 집약적이고 적용이 어렵고 세포 분석을 위한 일련의 과정이 느린 단점이 있다. AC 전기 동역학 및 미세 유체 역학을 이용하는 방식은 일반적으로 세포를 좁은 모세관에 맞추기 위해 세포 구조의 변형을 필요로 한다. 더욱이, 이러한 경우 단일 세포 분석은 일반적으로 기회적이며, 개별 세포의 정확한 제어, 선택성 또는 방향 이동성을 허용하지 않는 한계가 있다. 세포는 일반적으로 함께 성장하며, 특히 뉴런과 같은 경우 한 세포에서 외부로 운반되는 모든 분자가 이웃 세포의 행동에 영향을 미치지만, 종래의 세포 정전 용량 센서에 대한 연구는 세포들 간 상호 작용을 정확하게 분석하는데 한계가 있었다.However, patch clamping generally has the disadvantage of being labor-intensive, difficult to apply, and slow in the serial process for cell analysis. Methods utilizing AC electrokinetics and microfluidics typically require modification of cell structure to fit cells into narrow capillaries. Moreover, single cell analysis in these cases is generally opportunistic and has limitations that do not allow precise control, selectivity or directional mobility of individual cells. Cells usually grow together, and although, especially in cases such as neurons, every molecule transported out of one cell affects the behavior of neighboring cells, studies of conventional cell capacitance sensors have not been able to pinpoint interactions between cells. There were limitations to the analysis.

본 발명은 동시 광학 트위징(simultaneous optical tweezing)을 기반으로 단일 세포 또는 다수 세포 배열에 대한 정전 용량을 감지하는 인시츄(in situ) 세포 정전 용량 감지 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is intended to provide an in situ cell capacitance sensing device and method for detecting the capacitance of a single cell or an array of multiple cells based on simultaneous optical tweezing.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly apparent to those skilled in the art from the description below. It will be understandable.

본 발명의 실시예에 따른 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치는 세포가 놓여지도록 마련되는 기판, 상기 기판 상의 양측에 이격되어 배치되는 한 쌍의 전극, 및 상기 한 쌍의 전극 간의 정전 용량을 측정하여 상기 세포의 특성을 분석하도록 구성되는 분석기를 포함하는 세포 분석 장치; 트랩하기 위한 집속 레이저 빔을 조사하는 레이저 장치를 포함하고, 상기 기판에 대해 상기 집속 레이저 빔의 조사 위치를 조절하여 상기 한 쌍의 전극에 대한 상기 세포의 위치를 조정하도록 구성되는 광학 트위징 장치; 및 상기 한 쌍의 전극과 상기 기판 상의 세포를 촬상하여 상기 세포의 위치 조정에 참조될 수 있는 세포 영상을 획득하도록 구성되는 영상 획득 장치;를 포함한다.The simultaneous optical twizing-based cell capacitance sensing device according to an embodiment of the present invention includes a substrate on which cells are placed, a pair of electrodes spaced apart on both sides of the substrate, and a capacitance between the pair of electrodes. A cell analysis device including an analyzer configured to measure and analyze the characteristics of the cell; an optical twizing device including a laser device that irradiates a focused laser beam for trapping, and configured to adjust the position of the cell with respect to the pair of electrodes by adjusting an irradiation position of the focused laser beam with respect to the substrate; and an image acquisition device configured to capture a cell image on the pair of electrodes and the substrate to obtain a cell image that can be used as a reference for adjusting the position of the cell.

상기 광학 트위징 장치는 미리 설정된 복수개의 세포 배열 중에서 분석 대상인 제1 세포 배열이 선택되면, 상기 제1 세포 배열에 따라 상기 세포 영상에 포함된 다수의 세포 중에서 하나 이상의 제1 세포를 선택하고; 상기 세포 영상에서 상기 제1 세포의 위치에 해당하는 제1 좌표를 측정하고, 상기 제1 세포 배열과 상기 제1 좌표를 기초로 상기 제1 세포에 대해 각각 목표 위치를 결정하고; 상기 목표 위치에 따라 상기 기판 및 상기 레이저 장치 중의 적어도 하나를 이동시켜 상기 제1 세포 배열에 부합하도록 상기 제1 세포의 위치를 조정하도록 구성될 수 있다.When a first cell array to be analyzed is selected from among a plurality of preset cell arrays, the optical twirling device selects one or more first cells from among a plurality of cells included in the cell image according to the first cell array; Measure a first coordinate corresponding to the position of the first cell in the cell image, and determine a target position for each first cell based on the first cell array and the first coordinate; It may be configured to adjust the position of the first cells to match the first cell arrangement by moving at least one of the substrate and the laser device according to the target position.

상기 복수개의 세포 배열은 단일 세포 배열, 수평 이중 세포 배열, 수직 이중 세포 배열, 수평 삼중 세포 배열, 수직 삼중 세포 배열, 및 수평 및 수직 방향으로 각각 둘 이상의 세포가 배열된 다중 행렬 세포 배열을 포함할 수 있다.The plurality of cell arrays may include a single cell array, a horizontal double cell array, a vertical double cell array, a horizontal triple cell array, a vertical triple cell array, and a multi-matrix cell array with two or more cells arranged in each of the horizontal and vertical directions. You can.

상기 분석기는 상기 기판 상에 상기 세포가 상기 제1 세포 배열로 배열된 상태에서 상기 한 쌍의 전극 간의 임피던스를 측정하여 제1 정전 용량 값을 측정하고; 상기 제1 정전 용량 값을 상기 제1 세포 배열에 대해 설정된 보정 함수에 적용하여 단일 세포의 정전 용량을 나타내는 제2 정전 용량 값을 산출하고; 상기 제2 정전 용량 값을 기초로 상기 세포의 특성을 분석하도록 구성될 수 있다.The analyzer measures a first capacitance value by measuring impedance between the pair of electrodes while the cells are arranged in the first cell array on the substrate; Applying the first capacitance value to a correction function set for the first cell array to calculate a second capacitance value representing the capacitance of a single cell; It may be configured to analyze the characteristics of the cell based on the second capacitance value.

상기 영상 획득 장치는 상기 세포 영상의 획득을 위해 상기 기판 상의 세포를 향해 백색광을 출력하는 광원; 상기 광원에서 출력되는 백색광의 광 경로 상에 마련되어 상기 백색광을 상기 기판 상의 세포를 향하여 집속하는 집속 렌즈; 상기 기판을 투과한 백색광의 광 경로 상에 마련되어 상기 백색광을 집광하는 대물 렌즈; 상기 대물 렌즈에 의해 집광된 백색광의 광 경로 상에 마련되어 상기 백색광을 반사시키는 색선별 거울; 상기 색선별 거울에서 반사된 백색광의 광 경로 상에 마련되어 상기 백색광을 집광하는 광학 렌즈; 및 상기 광학 렌즈에 의해 집광된 백색광으로부터 상기 세포 영상을 획득하는 촬상 장치를 포함할 수 있다.The image acquisition device includes a light source that outputs white light toward cells on the substrate to acquire images of the cells; a focusing lens provided on the optical path of the white light output from the light source to focus the white light toward the cells on the substrate; an objective lens provided on the optical path of the white light passing through the substrate to converge the white light; a color-selective mirror provided on the optical path of the white light condensed by the objective lens to reflect the white light; an optical lens provided on the optical path of the white light reflected from the color-discriminating mirror to converge the white light; And it may include an imaging device that acquires the cell image from white light collected by the optical lens.

상기 광학 트위징 장치는 상기 레이저 장치에서 평행 광선으로 출력되는 레이저 빔을 집속하는 집광 렌즈; 상기 집광 렌즈에 의해 집속되는 레이저 빔의 광 경로 상에 마련되어 상기 레이저 빔을 상기 색선별 거울을 향하여 반사하는 제1 반사경; 및 상기 색선별 거울을 투과한 레이저 빔의 광 경로 상에 마련되어 상기 레이저 빔을 상기 세포를 향하도록 반사하는 제2 반사경;을 포함할 수 있다. 상기 대물 렌즈에 의해 집광된 상기 백색광은 상기 제2 반사경에서 반사되어 상기 색선별 거울로 입사될 수 있다.The optical twizing device includes a condensing lens that focuses a laser beam output from the laser device as a parallel beam; a first reflector provided on the optical path of the laser beam focused by the condenser lens to reflect the laser beam toward the color-discriminating mirror; and a second reflector provided on the optical path of the laser beam that has passed through the color-discriminating mirror to reflect the laser beam toward the cell. The white light condensed by the objective lens may be reflected from the second reflector and incident on the color line mirror.

본 발명의 실시예에 따른 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 방법은 상기 영상 획득 장치에 의해, 상기 한 쌍의 전극과 상기 기판 상의 세포를 촬상하여 상기 세포의 광학 트위징을 위한 위치 조정에 참조될 수 있는 세포 영상을 획득하는 단계; 상기 광학 트위징 장치의 레이저 장치를 이용하여 상기 집속 레이저 빔을 조사하고, 상기 세포 영상을 이용하여 상기 기판에 대해 상기 집속 레이저 빔의 조사 위치를 조절하여 상기 한 쌍의 전극에 대한 상기 세포의 위치를 조정하는 단계; 및 상기 세포 분석 장치의 분석기에 의해, 상기 한 쌍의 전극 간의 정전 용량을 측정하여 상기 세포의 특성을 분석하는 단계;를 포함한다.The method for detecting cell capacitance based on simultaneous optical twigging according to an embodiment of the present invention is to image the cell on the pair of electrodes and the substrate by the image acquisition device and adjust the position of the cell for optical twigging. Obtaining a possible cell image; The focused laser beam is irradiated using the laser device of the optical twizing device, and the irradiation position of the focused laser beam is adjusted with respect to the substrate using the cell image to control the position of the cell with respect to the pair of electrodes. adjusting; and analyzing the characteristics of the cell by measuring capacitance between the pair of electrodes using an analyzer of the cell analysis device.

상기 세포의 위치를 조정하는 단계는 미리 설정된 복수개의 세포 배열 중에서 분석 대상인 제1 세포 배열이 선택되면, 상기 제1 세포 배열에 따라 상기 세포 영상에 포함된 다수의 세포 중에서 하나 이상의 제1 세포를 선택하는 단계; 상기 세포 영상에서 상기 제1 세포의 위치에 해당하는 제1 좌표를 측정하고, 상기 제1 세포 배열과 상기 제1 좌표를 기초로 상기 제1 세포에 대해 각각 목표 위치를 결정하는 단계; 및 상기 목표 위치에 따라 상기 기판 및 상기 레이저 장치 중의 적어도 하나를 이동시켜 상기 제1 세포 배열에 부합하도록 상기 제1 세포의 위치를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.In the step of adjusting the position of the cell, when the first cell array to be analyzed is selected from among a plurality of preset cell arrays, one or more first cells are selected from among the plurality of cells included in the cell image according to the first cell array. steps; Measuring a first coordinate corresponding to the position of the first cell in the cell image, and determining a target position for each of the first cells based on the first cell array and the first coordinate; and moving at least one of the substrate and the laser device according to the target position to adjust the position of the first cells to match the first cell arrangement.

상기 세포의 특성을 분석하는 단계는 상기 기판 상에 상기 세포가 상기 제1 세포 배열로 배열된 상태에서 상기 한 쌍의 전극 간의 임피던스를 측정하여 제1 정전 용량 값을 측정하는 단계; 상기 제1 정전 용량 값을 상기 제1 세포 배열에 대해 설정된 보정 함수에 적용하여 단일 세포의 정전 용량을 나타내는 제2 정전 용량 값을 산출하는 단계; 및 상기 제2 정전 용량 값을 기초로 상기 세포의 특성을 분석하는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 세포의 특성은 상기 세포의 유형, 상기 세포의 크기, 상기 세포의 전하 및 세포들 간의 정전기적 상호 작용 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.Analyzing the characteristics of the cells includes measuring a first capacitance value by measuring impedance between the pair of electrodes while the cells are arranged in the first cell array on the substrate; calculating a second capacitance value representing the capacitance of a single cell by applying the first capacitance value to a correction function set for the first cell array; and analyzing the characteristics of the cell based on the second capacitance value. The characteristics of the cell may include at least one of the type of the cell, the size of the cell, the electric charge of the cell, and electrostatic interaction between cells.

본 발명의 실시예에 의하면, 동시 광학 트위징(simultaneous optical tweezing)을 기반으로 단일 세포 또는 다수 세포 배열에 대한 정전 용량을 감지하는 인시츄(in situ) 세포 정전 용량 감지 장치 및 방법이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, an in situ cell capacitance sensing device and method are provided for detecting capacitance for a single cell or an array of multiple cells based on simultaneous optical tweezing.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the effects that can be obtained from the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치를 구성하는 세포 분석 장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치를 구성하는 기판과 한 쌍의 전극을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 광학 트래핑에 의해 획득된 세포 배열을 보여주는 현미경 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 세포와 관련된 정전 용량을 측정하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 다양한 세포 배열에 대해 정전 용량을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 다양한 세포 배열에 대해 측정된 단일 세포 정전 용량에 대한 비율 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a configuration diagram of a simultaneous optical twizing-based cell capacitance sensing device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a conceptual diagram of a cell analysis device constituting a simultaneous optical twizing-based cell capacitance detection device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view showing a substrate and a pair of electrodes constituting a simultaneous optical twizing-based cell capacitance sensing device according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a microscope image showing a cell arrangement obtained by optical trapping according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is an exemplary diagram for explaining a process of measuring capacitance related to a cell according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a graph showing the results of measuring capacitance for various cell arrangements according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a graph showing the ratio measurement results for single cell capacitance measured for various cell arrangements according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Other advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to provide common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.Even if not defined, all terms (including technical or scientific terms) used herein have the same meaning as generally accepted by the general art in the prior art to which this invention belongs. Terms defined by general dictionaries may be interpreted as having the same meaning as they have in the related art and/or text of the present application, and should not be conceptualized or interpreted in an overly formal manner even if expressions are not clearly defined herein. won't

본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.The configuration of the invention to clarify the solution to the problem to be solved by the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings based on preferred embodiments of the present invention, and the same will be true in assigning reference numbers to the components in the drawings. Components are given the same reference numbers even if they are in different drawings, and it is stated in advance that components of other drawings can be cited when necessary when explaining the relevant drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치(100)는 동시 광학 트위징(simultaneous optical tweezing)을 기반으로 단일 세포 또는 다수 세포 배열에 대한 정전 용량을 감지하는 인시츄(in situ) 세포 정전 용량 감지를 위한 것으로, 이를 위해 광학 트위징 장치(110), 영상 획득 장치(120), 및 세포 분석 장치(130)를 포함할 수 있다.1 is a configuration diagram of a simultaneous optical twizing-based cell capacitance sensing device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the simultaneous optical tweezing-based cell capacitance sensing device 100 according to an embodiment of the present invention detects capacitance for a single cell or multiple cell arrays based on simultaneous optical tweezing. It is for in situ cell capacitance detection, and for this purpose, it may include an optical twirling device 110, an image acquisition device 120, and a cell analysis device 130.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치를 구성하는 세포 분석 장치의 개념도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 세포 분석 장치(130)는 세포(10)가 위치한 영역에 대해 정전 용량(capacitance)을 측정하여 정전 용량으로부터 세포(10)의 특성을 분석하기 위한 것으로, 기판(131), 한 쌍의 전극(132, 133), 분석기(134), 및 제어기(135)를 포함할 수 있다.Figure 2 is a conceptual diagram of a cell analysis device constituting a simultaneous optical twizing-based cell capacitance detection device according to an embodiment of the present invention. 1 and 2, the cell analysis device 130 is used to measure the capacitance of the area where the cell 10 is located and to analyze the characteristics of the cell 10 from the capacitance. It may include a substrate 131, a pair of electrodes 132 and 133, an analyzer 134, and a controller 135.

기판(131)은 세포(10)가 놓여지도록 마련될 수 있다. 세포(10)는 단일 세포 또는 다수의 세포를 포함할 수 있다. 세포(10)에 광학 트위징(광학 핀셋)을 위한 집속 레이저 빔이 효과적으로 전달되도록 하고, 세포(10)를 포함하는 영역을 촬상하여 세포 영상을 획득하기 위하여, 기판(131)은 석영 등의 투광성 재질로 이루어지는 투명 기판으로 제공될 수 있다.The substrate 131 may be prepared on which the cells 10 are placed. Cells 10 may include a single cell or multiple cells. In order to effectively deliver a focused laser beam for optical tweezing (optical tweezers) to the cells 10 and obtain cell images by imaging the area containing the cells 10, the substrate 131 is made of a light-transmitting material such as quartz. It can be provided as a transparent substrate made of material.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치를 구성하는 기판과 한 쌍의 전극을 나타낸 단면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 한 쌍의 전극(132, 133)은 기판(131) 상의 양측에 이격되어 배치될 수 있다. 한 쌍의 전극(132, 133)은 단일 세포 또는 다수의 세포가 정렬될 수 있는 거리 만큼 이격되게 배칠될 수 있다. 정전 용량의 측정을 통한 세포 특성 분석의 정확도를 확보하기 위하여, 한 쌍의 전극(132, 133) 간의 이격 거리(G)는 일 예로 10 ㎛ 내지 200 ㎛ 범위 내로 설계될 수 있다.Figure 3 is a cross-sectional view showing a substrate and a pair of electrodes constituting a simultaneous optical twizing-based cell capacitance sensing device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 1 to 3 , a pair of electrodes 132 and 133 may be arranged to be spaced apart from each other on both sides of the substrate 131 . A pair of electrodes 132 and 133 may be arranged to be spaced apart by a distance that allows single cells or multiple cells to be aligned. In order to ensure the accuracy of cell characteristic analysis through measurement of capacitance, the separation distance (G) between a pair of electrodes 132 and 133 may be designed to range from 10 ㎛ to 200 ㎛, for example.

한 쌍의 전극(132, 133)은 금속(예를 들어, Au, Cr 등)과 같은 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 실시예에서, 한 쌍의 전극(132, 133)을 구성하는 각 전극(30)은 기판(131)의 세포가 놓여지는 세포 영역(40)을 제외한 전극 영역(32) 상에 단일 전극층 또는 상하로 적층되는 복수개의 전극층(34, 36, 38)으로 구성될 수 있다. 전극(30)의 두께는 대략 100 nm 내지 1 um로 설계될 수 있다.A pair of electrodes 132 and 133 may be made of a conductive material such as metal (eg, Au, Cr, etc.). In an embodiment, each electrode 30 constituting the pair of electrodes 132 and 133 is a single electrode layer or top and bottom on the electrode area 32 excluding the cell area 40 where the cells of the substrate 131 are placed. It may be composed of a plurality of stacked electrode layers 34, 36, and 38. The thickness of the electrode 30 may be designed to be approximately 100 nm to 1 um.

분석기(134)는 한 쌍의 전극(132, 133) 간의 정전 용량을 측정하여 세포(10)의 특성을 분석할 수 있다. 분석기(134)는 한 쌍의 전극(132, 133) 간의 정전 용량을 기반으로 세포(10)의 유형, 세포(10)의 크기, 세포(10)의 전하 및/또는 세포들 간의 정전기적 상호 작용 등과 같은 세포(10)의 특성을 분석할 수 있다.The analyzer 134 can analyze the characteristics of the cell 10 by measuring the capacitance between a pair of electrodes 132 and 133. The analyzer 134 determines the type of cell 10, the size of the cell 10, the charge of the cell 10, and/or the electrostatic interaction between the cells based on the capacitance between the pair of electrodes 132 and 133. The characteristics of the cell 10, such as the like, can be analyzed.

한 쌍의 전극(132, 133)을 기준으로 하는 세포(10)의 위치와, 한 쌍의 전극(132, 133) 사이에 위치한 세포(10)의 개수, 세포 배열 등은 측정되는 정전 용량 및 이를 통한 세포 특성 분석 결과에 영향을 미친다. 따라서, 세포 특성을 정확하게 분석하고, 나아가 다양한 세포 배열에 대한 정전 용량 측정을 통해 다양한 세포 특성을 분석하기 위하여, 한 쌍의 전극(132, 133)을 기준으로 세포의 배열을 정확하게 제어할 필요가 있다.The position of the cell 10 based on the pair of electrodes 132 and 133, the number of cells 10 located between the pair of electrodes 132 and 133, and the cell arrangement are determined by the measured capacitance and this. It affects the results of cell characterization analysis. Therefore, in order to accurately analyze cell characteristics and further analyze various cell characteristics through capacitance measurement for various cell arrangements, it is necessary to accurately control the arrangement of cells based on a pair of electrodes 132 and 133. .

한 쌍의 전극(132, 133) 사이에 세포의 배열을 정확하게 제어하기 위하여, 광학 트위징 장치(110)와 영상 획득 장치(120)가 마련될 수 있다. 영상 획득 장치(120)는 한 쌍의 전극(132, 133)과 기판(131) 상의 세포(10)를 촬상하여 세포(10)의 위치 조정(또는 세포 배열 제어)에 참조될 수 있는 세포 영상을 획득할 수 있다.In order to accurately control the arrangement of cells between a pair of electrodes 132 and 133, an optical twirling device 110 and an image acquisition device 120 may be provided. The image acquisition device 120 captures a cell 10 on a pair of electrodes 132 and 133 and the substrate 131 to produce a cell image that can be referenced for position adjustment (or cell array control) of the cell 10. It can be obtained.

영상 획득 장치(120)는 광원(121), 집속 렌즈(122), 대물 렌즈(123), 색선별 거울(124), 하나 이상의 광학 렌즈(125, 126), 및 촬상 장치(127)를 포함할 수 있다. 광원(121)은 세포 영상의 획득을 위해 기판(131)의 상부에 마련되어 기판(131) 상의 세포(10)를 향해 백색광을 출력할 수 있다. 집속 렌즈(condenser lens)(122)는 광원(121)에서 출력되는 백색광의 광 경로 상에 마련되며, 백색광을 기판(131) 상의 세포(10)를 향하여 집속할 수 있다.The image acquisition device 120 may include a light source 121, a focusing lens 122, an objective lens 123, a dichroic mirror 124, one or more optical lenses 125, 126, and an imaging device 127. You can. The light source 121 is provided on the top of the substrate 131 to acquire cell images and can output white light toward the cells 10 on the substrate 131. A condenser lens 122 is provided on the optical path of the white light output from the light source 121 and can focus the white light toward the cells 10 on the substrate 131.

대물 렌즈(objective lens)(123)는 기판(131)을 투과한 백색광의 광 경로 상에 마련되어 백색광을 집광할 수 있다. 대물 렌즈(123)에 의해 집광된 백색광은 후술되는 제2 반사경(115)에 의해 반사되어 색선별 거울(dichroic mirror)(124)로 입사될 수 있다. 색선별 거울(124)은 대물 렌즈(123)에 의해 집광된 백색광의 광 경로 상에 마련되어 백색광을 반사시킬 수 있다.An objective lens 123 may be provided on the optical path of the white light passing through the substrate 131 to converge the white light. White light collected by the objective lens 123 may be reflected by a second reflector 115, which will be described later, and be incident on a dichroic mirror 124. The color-screening mirror 124 may be provided on the optical path of the white light collected by the objective lens 123 to reflect the white light.

광학 렌즈(125, 126)는 색선별 거울(124)에서 반사된 백색광의 광 경로 상에 마련되어 백색광을 집광할 수 있다. 광학 렌즈(125, 126)는 예를 들어 볼록 렌즈, 오목 렌즈 등으로 구성될 수 있다. 촬상 장치(127)는 광학 렌즈(125, 126)에 의해 집광된 백색광으로부터 세포 영상을 획득할 수 있다. 촬상 장치(127)는 예를 들어 CCD 카메라, CMOS 카메라 등으로 구성될 수 있다. 촬상 장치(127)에 의해 획득된 세포 영상은 제어기(135)로 출력될 수 있다.The optical lenses 125 and 126 are provided on the optical path of the white light reflected from the color-discriminating mirror 124 and can focus the white light. The optical lenses 125 and 126 may be composed of, for example, convex lenses, concave lenses, etc. The imaging device 127 may acquire cell images from white light collected by the optical lenses 125 and 126. The imaging device 127 may be comprised of, for example, a CCD camera or a CMOS camera. Cell images acquired by the imaging device 127 may be output to the controller 135.

광학 트위징 장치(110)는 광학 핀셋 원리에 의해 세포를 트랩하기 위한 집속 레이저 빔을 조사하고, 기판(131)에 대해 집속 레이저 빔(20)의 조사 위치를 조절하여 한 쌍의 전극(132, 133)에 대한 세포(10)의 위치를 조정할 수 있다. 이를 위해, 광학 트위징 장치(110)는 레이저 장치(111), 하나 이상의 집광 렌즈(112, 113), 제1 반사경(114), 및 제2 반사경(115)을 포함할 수 있다.The optical tweezing device 110 radiates a focused laser beam to trap cells based on the optical tweezers principle, and adjusts the irradiation position of the focused laser beam 20 with respect to the substrate 131 to form a pair of electrodes 132, 133), the position of the cell 10 can be adjusted. To this end, the optical tweezing device 110 may include a laser device 111, one or more condensing lenses 112 and 113, a first reflector 114, and a second reflector 115.

레이저 장치(111)는 광학 핀셋 방식으로 세포를 트랩하기 위한 집속 레이저 빔을 조사할 수 있다. 레이저 장치(111)는 콜리메이터(collimator)에 의해 평행 광선의 레이저 빔을 출력할 수 있다. 집광 렌즈(112, 113)는 레이저 장치(111)에서 평행 광선으로 출력되는 레이저 빔을 집속할 수 있다. 집광 렌즈(112, 113)는 볼록 렌즈, 오목렌즈 등으로 구성될 수 있다.The laser device 111 can irradiate a focused laser beam to trap cells using an optical tweezers method. The laser device 111 may output a parallel laser beam using a collimator. The condensing lenses 112 and 113 may focus the laser beam output from the laser device 111 as a parallel beam. The condensing lenses 112 and 113 may be composed of convex lenses, concave lenses, etc.

제1 반사경(114)은 집광 렌즈(112, 113)에 의해 집속되는 레이저 빔의 광 경로 상에 마련되어 레이저 빔을 색선별 거울(124)을 향하여 반사할 수 있다. 제2 반사경(115)은 색선별 거울(124)을 투과한 레이저 빔의 광 경로 상에 마련되어 레이저 빔을 세포(10)를 향하도록 반사할 수 있다. 제2 반사경(115)에서 반사된 레이저 빔(집속 레이저 빔)은 대물 렌즈(123)를 통해 기판(131)으로 입사되고, 기판(131)을 투과하여 세포(10)로 전달될 수 있다.The first reflector 114 is provided on the optical path of the laser beam focused by the condensing lenses 112 and 113 and can reflect the laser beam toward the color-discriminating mirror 124. The second reflector 115 is provided on the optical path of the laser beam that has passed through the color-discriminating mirror 124 and can reflect the laser beam toward the cell 10. The laser beam (focused laser beam) reflected from the second reflector 115 may be incident on the substrate 131 through the objective lens 123 and transmitted to the cells 10 through the substrate 131.

광학 트위징 장치(110)는 기판(131)에 대해 집속 레이저 빔의 조사 위치를 조절하여 한 쌍의 전극(132, 133)에 대한 세포(10)의 위치를 조정할 수 있다. 실시예에서, 기판(131)은 제1 수평 방향과, 제1 수평 방향에 수직한 제2 수평 방향으로 이동 가능하게 구성될 수 있다. 즉, 광학 트위징 장치(110)는 X-Y 스테이지 상에서 기판(131)을 수평 방향으로 이동시키는 구동 모터, 구동 실린더 등의 구동 장치(도시 생략됨)를 포함할 수 있다.The optical tweezing device 110 can adjust the position of the cell 10 with respect to the pair of electrodes 132 and 133 by adjusting the irradiation position of the focused laser beam with respect to the substrate 131. In an embodiment, the substrate 131 may be configured to be movable in a first horizontal direction and a second horizontal direction perpendicular to the first horizontal direction. That is, the optical twizing device 110 may include a driving device (not shown) such as a driving motor or a driving cylinder that moves the substrate 131 in the horizontal direction on the X-Y stage.

광학 트위징 장치(110)는 제어기(135)로부터 영상 획득 장치(120)에 의해 획득된 세포 영상에서 추출된 세포(10)의 위치(제1 2차원 좌표)와, 집속 레이저 빔(20)의 위치(제2 2차원 좌표)를 입력받고, 세포(10)의 위치와 집속 레이저 빔(20)의 위치 간의 차분 위치(2차원 좌표 편차)에 따라 세포 영상에서 세포(10)의 위치가 집속 레이저 빔(20)의 위치와 일치되도록 기판(131)을 이동시킬 수 있다.The optical twirling device 110 determines the position (first two-dimensional coordinates) of the cell 10 extracted from the cell image acquired by the image acquisition device 120 from the controller 135 and the focused laser beam 20. The position (second two-dimensional coordinates) is input, and the position of the cell 10 in the cell image is determined according to the differential position (two-dimensional coordinate deviation) between the position of the cell 10 and the position of the focused laser beam 20. The substrate 131 may be moved to match the position of the beam 20.

이에 따라 세포(10)에 집속 레이저 빔(20)이 집속되면, 집속 레이저 빔(20)의 광학 에너지와 세포(10) 간의 상호 작용에 의해 세포(10)를 트랩하는 힘이 작용하게 되고, 이에 따라 세포(10)가 집속 레이저 빔(20)에 구속된 상태가 된다. 이러한 상태에서 다시 기판(131)을 이동시키면 세포(10)는 집속 레이저 빔(20)에 의해 구속되어 이동되지 않는 상태로 기판(131) 상의 전극(132, 133)이 이동되어 전극(132, 133)에 대한 세포(10)의 위치가 조정될 수 있다.Accordingly, when the focused laser beam 20 is focused on the cell 10, a force to trap the cell 10 is applied due to the interaction between the optical energy of the focused laser beam 20 and the cell 10. Accordingly, the cell 10 is confined to the focused laser beam 20. In this state, when the substrate 131 is moved again, the cells 10 are restrained by the focused laser beam 20 and do not move, and the electrodes 132 and 133 on the substrate 131 are moved and the electrodes 132 and 133 are moved. ) can be adjusted.

이때 세포(10)의 위치 조정을 위한 기판(131)의 X 방향 및 Y 방향 이동량은 세포(10)의 현재 위치와 세포(10)를 이동시키고자 하는 목표 위치 간의 2차원 좌표 차이로부터 결정될 수 있다. 세포(10)의 현재 위치는 제어기(135)에 의해 세포 영상으로부터 분석될 수 있으며, 세포(10)의 목표 위치는 사용자가 선택(입력)한 세포 위치나, 세포 배열에 따라 결정될 수 있다.At this time, the amount of movement of the substrate 131 in the . The current position of the cell 10 can be analyzed from the cell image by the controller 135, and the target position of the cell 10 can be determined according to the cell position selected (input) by the user or the cell arrangement.

일 실시예에서, 광학 트위징 장치(110)는 미리 설정된 복수개의 세포 배열 중에서 분석 대상인 제1 세포 배열이 사용자에 의해 선택되면, 제1 세포 배열에 따라 세포 영상에 포함된 다수의 세포 중에서 하나 이상의 제1 세포를 선택할 수 있다. 이때, 복수개의 세포 배열은 예컨대, 단일 세포 배열, 수평/수직 이중 세포 배열, 수평/수직 삼중 세포 배열, 다중 행렬 세포 배열(수평 및 수직 방향으로 각각 둘 이상의 세포가 배열된 구조)을 포함할 수 있다.In one embodiment, when the first cell array to be analyzed among a plurality of preset cell arrays is selected by the user, the optical twirling device 110 operates on one or more cells among a plurality of cells included in the cell image according to the first cell array. The first cell may be selected. At this time, the plurality of cell arrays may include, for example, a single cell array, a horizontal/vertical double cell array, a horizontal/vertical triple cell array, and a multiple matrix cell array (a structure in which two or more cells are arranged in the horizontal and vertical directions, respectively). there is.

광학 트위징 장치(110)는 제어기(135)에 제어 명령을 실행하여 세포 영상에서 제1 세포의 위치에 해당하는 제1 좌표를 측정하고, 제1 세포 배열과 제1 좌표를 기초로 제1 세포에 대해 각각 목표 위치를 결정할 수 있다. 광학 트위징 장치(110)는 결정된 목표 위치에 따라 기판(131) 및/또는 레이저 장치(111)를 이동시켜 제1 세포 배열에 부합하도록 제1 세포의 위치를 조정할 수 있다. 광학 트위징 장치(110)는 하나 이상의 제1 세포에 대하여 제1 세포 배열에 따라 지정된 순서 대로 순차적으로 기판(131) 상의 위치를 조정하여 하나 이상의 제1 세포가 제1 세포 배열을 이루도록 할 수 있다.The optical twirling device 110 executes a control command to the controller 135 to measure the first coordinate corresponding to the position of the first cell in the cell image, and determines the first cell based on the first cell array and the first coordinate. The target position can be determined for each. The optical tweezing device 110 may adjust the position of the first cells to match the first cell arrangement by moving the substrate 131 and/or the laser device 111 according to the determined target position. The optical tweezing device 110 may sequentially adjust the position of one or more first cells on the substrate 131 in a specified order according to the first cell arrangement so that the one or more first cells form the first cell arrangement. .

분석기(134)는 기판(131) 상에 세포가 제1 세포 배열로 배열된 상태에서 한 쌍의 전극(132, 133) 간의 임피던스(impedance)를 측정하여 제1 정전 용량 값을 측정할 수 있다. 분석기(134)는 측정된 제1 정전 용량 값을 제1 세포 배열에 대해 설정된 보정 함수에 적용하여 단일 세포의 정전 용량을 나타내는 제2 정전 용량 값을 산출하고, 산출된 제2 정전 용량 값을 기초로 세포의 특성을 분석할 수 있다. 이때 분석기(134)에 분석되는 세포의 특성은 세포의 유형, 세포의 크기, 세포의 전하, 세포들 간의 정전기적 상호 작용 등이 포함될 수 있다.The analyzer 134 may measure the first capacitance value by measuring the impedance between a pair of electrodes 132 and 133 while the cells are arranged in a first cell array on the substrate 131. The analyzer 134 calculates a second capacitance value representing the capacitance of a single cell by applying the measured first capacitance value to the correction function set for the first cell array, and based on the calculated second capacitance value. You can analyze the characteristics of cells. At this time, the characteristics of the cell analyzed by the analyzer 134 may include the type of the cell, the size of the cell, the electric charge of the cell, and electrostatic interactions between cells.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 광학 핀셋 기술에 의해 세포와 전극(132, 133) 간의 거리를 목적에 따라 조절할 수 있으며, 세포와 전극(132, 133) 간의 간격, 한 쌍의 전극(132, 133) 상의 세포들의 개수, 세포들 간의 간격, 세포들의 배열(정렬) 등을 제어한 상태에서 세포와 관련된 정전 용량 측정을 통해 세포 또는 세포들 간의 상호 작용에 따른 특성을 정확하게 분석할 수 있다.According to the embodiment of the present invention as described above, the distance between the cell and the electrodes 132 and 133 can be adjusted according to the purpose by optical tweezers technology, and the distance between the cell and the electrodes 132 and 133, the pair of electrodes (132, 133) The characteristics of cells or interactions between cells can be accurately analyzed by measuring capacitance related to cells while controlling the number of cells, spacing between cells, and arrangement of cells. there is.

본 발명의 실시예에 의하면, 세포를 직접 접촉할 필요 없이 산란력과 경사력의 광학력을 가지는 집속 레이저 빔을 사용하여 세포의 위치를 조정할 수 있으며, 광학 핀셋에 갇힌 살아 있는 세포가 물리적인 손상 없이 기능을 유지하도록 하면서 세포 위치 조정 및/또는 세포 배열 조정을 통해 다양한 세포 특성을 분석할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the position of cells can be adjusted using a focused laser beam with optical forces of scattering and tilting forces without the need to directly contact the cells, and living cells trapped in optical tweezers can be prevented from physical damage. Various cell characteristics can be analyzed by adjusting cell position and/or cell arrangement while maintaining function.

본 발명의 실시예에 의한 세포 트래핑 기술은 살아있는 세포의 발달과 조절에 필수적인 인근 세포 간의 상호 작용을 효과적으로 모니터링하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 정전 용량 측정 데이터를 가공하여 관심 있는 단일 셀을 분석하는데 응용될 수 있으며, 특정 세포 간격 및 특정 세포 정렬에서 여러 세포에 대해 측정된 정전 용량을 기반으로 세포들 간 정전기 상호 작용을 규명하는데 활용될 수 있다.The cell trapping technology according to embodiments of the present invention can be used to effectively monitor interactions between nearby cells, which are essential for the development and regulation of living cells. In addition, according to embodiments of the present invention, capacitance measurement data can be processed to analyze a single cell of interest, and cells can be selected based on the capacitance measured for multiple cells at a specific cell spacing and specific cell alignment. It can be used to investigate inter-electrostatic interactions.

이하에서 본 발명의 실시예에 따른 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치 및 방법의 성능 검증을 위한 실험에 대해 설명한다. 비침습적이고 라벨 없이 신속한 방식으로 광학적으로 트랩된 셀의 효과적인 정전 용량을 측정하기 위하여, 도 1에 도시된 바와 같은 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치를 제작하여 세포와 관련된 정전 용량을 측정하였다. 세포를 지지하는 기판으로는 석영 기판을 사용하였으며, 정전 용량 측정을 위한 전극으로는 선형 전극을 사용하였다.Hereinafter, an experiment to verify the performance of the simultaneous optical twizing-based cell capacitance sensing device and method according to an embodiment of the present invention will be described. To measure the effective capacitance of optically trapped cells in a non-invasive, label-free and rapid manner, a simultaneous optical twigging-based cell capacitance sensing device as shown in Figure 1 was fabricated to measure the capacitance associated with the cells. . A quartz substrate was used as a substrate to support cells, and a linear electrode was used as an electrode for measuring capacitance.

집중된 레이저 빔 또는 전기 천공에 의해 유도된 세포 손상이 없도록 측정 조건을 신중하게 조정하였다. 다양한 세포 번호 및 세포 정렬(수평, 수직 또는 혼합 정렬에서 단일, 이중, 삼중 및 다중 셀)에 대해 정전 용량 값을 계산하고 이를 보정하여 단일 세포에 해당하는 정전 용량 값을 산출하였다. 단일 세포, 수직/수평 방향으로 배열된 이중, 삼중 및 다중 배열 세포 등에 대해 정전 용량 값을 측정하여 세포 배열이나 세포들의 이격 거리 등에 따른 정전 용량 변화를 분석하였다.Measurement conditions were carefully adjusted to ensure that there was no cell damage induced by the focused laser beam or electroporation. Capacitance values were calculated for various cell numbers and cell alignments (single, double, triple, and multiple cells in horizontal, vertical, or mixed alignment) and corrected to yield the capacitance value corresponding to a single cell. Capacitance values were measured for single cells, double, triple, and multi-arranged cells arranged vertically/horizontally, and the change in capacitance according to cell arrangement or separation distance between cells was analyzed.

한 쌍의 전극 사이에 세포를 배치하기 위해 광학 트위징을 수행하였다. 광학 핀셋은 고도로 집중된 빔을 사용하여 접촉 없이 단일 세포를 포착하고 이동하는데 활용되었다. CCD 카메라와 분석기에 연결된 컴퓨터의 제어기를 이용하여 실시간 세포 영상과 정전 용량 데이터를 수집하였다.Optical tweezing was performed to place cells between a pair of electrodes. Optical tweezers were utilized to capture and move single cells without contact using a highly focused beam. Real-time cell images and capacitance data were collected using a computer controller connected to a CCD camera and analyzer.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 광학 트래핑에 의해 획득된 세포 배열을 보여주는 현미경 이미지이다. 세포 영상은 정전 용량 데이터가 원하지 않는 세포 이동이나 교란된 세포 배열 등의 가능성 없이 관심 세포 및 관심 세포 배열 조건 하에서 획득된 것임을 보장하는데 활용될 수 있다.Figure 4 is a microscope image showing a cell arrangement obtained by optical trapping according to an embodiment of the present invention. Cell imaging can be utilized to ensure that capacitance data was acquired under the conditions of the cells of interest and the cell array of interest without the possibility of unwanted cell movement or disturbed cell alignment.

광학 핀셋과 임피던스 분석기가 결합된 시스템 설정은 다양한 개수의 세포(예를 들어, 1개, 2개, 3개, 4개, 6개 및 10개 세포)의 정전 용량을 측정할 때에 유용하며, 정확한 광학 트위징을 통해 특정 거리(인접 거리 또는 간격), 특정 세포 정렬(수평, 수직 또는 혼합 배열)에 따라 세포를 다양하게 배치할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 다양한 세포 배열(세포 정렬)을 가진 단일, 이중, 삼중 및 다중 세포의 관찰이 가능하였다.A system setup combining optical tweezers and an impedance analyzer is useful for measuring the capacitance of different numbers of cells (e.g. 1, 2, 3, 4, 6, and 10 cells) and provides accurate Optical tweezing allows cells to be positioned in a variety of ways, at specific distances (adjacent or spacing), and according to specific cell alignments (horizontal, vertical, or mixed arrangements). As shown in Figure 4, it was possible to observe single, double, triple, and multiple cells with various cell arrangements.

도 4 및 이하의 도면에서, 'DC'는 이중 세포, 'DCve'는 수직 정렬 이중 세포, 'DS'는 간격을 갖는(이격된) 이중 세포, 'TC'는 삼중 세포, 'TCve'는 수직 정렬 삼중 세포, 'TS'는 이격된 삼중 세포, 'QC'는 2X2 세포 배열을 가지는 4개의 세포, '3X2'는 3X2 세포 배열을 가지는 6개 세포, '2X3'는 2X3 세포 배열을 가지는 6개 세포, 'Multiple'은 5X2 세포 배열을 가지는 10개 세포를 나타낸다.In Figure 4 and the drawings below, 'DC' is a double cell, 'DCve' is a vertically aligned double cell, 'DS' is a spaced (spaced) double cell, 'TC' is a triple cell, and 'TCve' is a vertical cell. Aligned triple cells, 'TS' is spaced triple cells, 'QC' is 4 cells with a 2X2 cell arrangement, '3X2' is 6 cells with a 3X2 cell arrangement, '2X3' is 6 cells with a 2X3 cell arrangement. Cells, 'Multiple' represents 10 cells with a 5X2 cell arrangement.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 세포와 관련된 정전 용량을 측정하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 다양한 세포 배열에 대해 정전 용량을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 다양한 세포 배열에 대해 측정된 단일 세포 정전 용량에 대한 비율 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 다양한 세포 배열에 대해 측정된 정전 용량 값(Cm)과, 세포 배열 없이 인산완충생리식염수(Dulbecco's phosphate-buffered saline, DPBS) 용액만으로 측정한 정전 용량 값(CB)을 각 세포 배열에 할당된 방정식, 예를 들어 하기 수학식 1 내지 6의 보정 함수에 적용하여 개별 세포와 관련된 정전 용량 값(Cx)을 산출할 수 있다.Figure 5 is an exemplary diagram for explaining a process of measuring capacitance related to a cell according to an embodiment of the present invention. Figure 6 is a graph showing the results of measuring capacitance for various cell arrangements according to an embodiment of the present invention. Figure 7 is a graph showing the ratio measurement results for single cell capacitance measured for various cell arrangements according to an embodiment of the present invention. The equations assigning the capacitance values (Cm) measured for various cell arrays and the capacitance values (C B ) measured with only phosphate-buffered saline (Dulbecco's phosphate-buffered saline (DPBS)) solution without cell arrays to each cell array. For example, the capacitance value (Cx) associated with an individual cell can be calculated by applying the correction functions of Equations 1 to 6 below.

[수학식 1][Equation 1]

[수학식 2][Equation 2]

[수학식 3][Equation 3]

[수학식 4][Equation 4]

[수학식 5][Equation 5]

[수학식 6][Equation 6]

수학식 1은 단일 세포에 관한 정전 용량 보정 함수, 수학식 2는 이중 세포(DC) 및 간격을 갖는 이중 세포(DS)에 관한 정전 용량 보정 함수, 수학식 3은 수직 정렬 이중 세포(DCve)에 관한 정전 용량 보정 함수, 수학식 4는 삼중 세포(TC) 및 간격을 갖는 삼중 세포(TS)에 관한 정전 용량 보정 함수, 수학식 5는 수직 정렬 삼중 세포(TCve)에 관한 정전 용량 보정 함수, 수학식 6은 2X2 다중 세포(QC)에 관한 정전 용량 보정 함수이다. 보정 함수는 미리 설정되거나 데이터 통계 분석 또는 회귀 분석을 통해 산출될 수 있다.Equation 1 is the capacitance correction function for a single cell, Equation 2 is the capacitance correction function for double cells (DC) and spaced double cells (DS), and Equation 3 is the capacitance correction function for vertically aligned double cells (DCve). The capacitance correction function for, Equation 4 is the capacitance correction function for triple cells (TC) and spaced triple cells (TS), Equation 5 is the capacitance correction function for vertically aligned triple cells (TCve), math Equation 6 is the capacitance correction function for 2X2 multiple cells (QC). The correction function can be preset or calculated through data statistical analysis or regression analysis.

보정 함수를 이용하여 보정된 정전 용량 값(Cx)은 세포 배열 그룹 간에 유의한 차이를 나타낼 수 있다. 단일 세포(적색 선)에 대해 획득된 정전 용량 값(Cx)은 모든 스캔 된 주파수에서 가장 낮은 값을 나타냈다. 이중 세포(주황색 선)에 대해 획득된 정전 용량 값(Cx)은 현저한 증가를 나타내며, 삼중 세포(청색 선)에 대해 획득된 정전 용량 값(Cx) 역시 유의한 증가를 나타냈다.Capacitance values (Cx) corrected using a correction function can show significant differences between cell array groups. The capacitance value (Cx) obtained for a single cell (red line) showed the lowest value at all scanned frequencies. The capacitance values (Cx) obtained for the double cell (orange line) show a significant increase, and the capacitance values (Cx) obtained for the triple cell (blue line) also show a significant increase.

개별 세포 배열에 대해 획득된 정전 용량 값(Cx)을 단일 세포의 정전 용량 값(Cx)으로 나눈 정전 용량 비율 플롯(도 7 참조)을 살펴보면, 이중 세포의 경우 ~ 1.6배 증가하는 것을 알 수 있으며, 단일 세포 Cx 값에 비해 삼중 세포의 경우 ~ 2.5배 증가를 나타내는 것을 알 수 있다. 정전 용량 값의 증가는 더 큰 세포 크기 또는 세포의 보다 강한 전하를 의미할 수 있다. 또한, 세포 배열에 대해 획득된 정전 용량 값은 세포 간 정전기적 상호 작용을 분석하는데 활용될 수 있다.Looking at the capacitance ratio plot (see Figure 7), where the capacitance values obtained for individual cell arrays (Cx) are divided by the capacitance values for single cells (Cx), we see a ~1.6-fold increase for dual cells; , it can be seen that triple cells show a ~2.5-fold increase compared to single cell Cx values. An increase in capacitance value may indicate larger cell size or a stronger charge on the cell. Additionally, the capacitance values obtained for cell arrays can be utilized to analyze electrostatic interactions between cells.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 본 명세서 전체에서 사용되는 '~부', '~기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. '~부', '~기' 등은 어드레싱 할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.The terminology used herein is for describing embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. Terms such as 'unit' and 'unit' used throughout this specification may refer to a unit that processes at least one function or operation, for example, a hardware component such as software, FPGA, or ASIC. '~ part', '~ part', etc. may be configured to reside in an addressable storage medium and may be configured to reproduce one or more processors.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The above detailed description is illustrative of the present invention. Additionally, the foregoing is intended to illustrate preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications, and environments. That is, changes or modifications can be made within the scope of the inventive concept disclosed in this specification, within the scope equivalent to the written disclosure, and/or within the scope of technology or knowledge in the art. The written examples illustrate the best state for implementing the technical idea of the present invention, and various changes required for specific application fields and uses of the present invention are also possible. Accordingly, the detailed description of the invention above is not intended to limit the invention to the disclosed embodiments. Additionally, the appended claims should be construed to include other embodiments as well.

10: 세포
20: 집속 레이저 빔
30: 전극
100: 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치
110: 광학 트위징 장치
111: 레이저 장치
112, 113: 집광 렌즈
114: 제1 반사경
115: 제2 반사경
120: 영상 획득 장치
121: 광원
122: 집속 렌즈
123: 대물 렌즈
124: 색선별 거울
125, 126: 광학 렌즈
127: 촬상 장치
130: 세포 분석 장치
131: 기판
132, 133: 전극
134: 분석기
135: 제어기
10: cells
20: Focused laser beam
30: electrode
100: Cellular capacitance sensing device based on simultaneous optical twizing
110: Optical twizing device
111: Laser device
112, 113: condenser lens
114: first reflector
115: second reflector
120: Image acquisition device
121: light source
122: Focusing lens
123: Objective lens
124: Color-selected mirror
125, 126: Optical lens
127: imaging device
130: Cell analysis device
131: substrate
132, 133: electrode
134: Analyzer
135: controller

Claims (10)

세포가 놓여지도록 마련되는 기판, 상기 기판 상의 양측에 이격되어 배치되는 한 쌍의 전극, 및 상기 한 쌍의 전극 간의 정전 용량을 측정하여 상기 세포의 특성을 분석하도록 구성되는 분석기를 포함하는 세포 분석 장치;
트랩하기 위한 집속 레이저 빔을 조사하는 레이저 장치를 포함하고, 상기 기판에 대해 상기 집속 레이저 빔의 조사 위치를 조절하여 상기 한 쌍의 전극에 대한 상기 세포의 위치를 조정하도록 구성되는 광학 트위징 장치; 및
상기 한 쌍의 전극과 상기 기판 상의 세포를 촬상하여 상기 세포의 위치 조정에 참조될 수 있는 세포 영상을 획득하도록 구성되는 영상 획득 장치;를 포함하고,
상기 광학 트위징 장치는:
상기 세포의 위치와 상기 집속 레이저 빔의 위치 간의 차분 위치에 따라 상기 세포 영상에서 상기 세포의 위치가 상기 집속 레이저 빔의 위치와 일치되도록 상기 기판을 이동시키고; 그리고
상기 집속 레이저 빔의 광학 에너지와 세포 간의 상호 작용에 의해 세포를 상기 집속 레이저 빔에 구속시켜 세포가 이동되지 않는 상태에서 상기 기판을 이동시킴으로써, 상기 기판 상의 한 쌍의 전극을 이동시켜 상기 세포의 세포 배열에 부합하도록 상기 한 쌍의 전극에 대한 각 세포의 위치를 조정하는 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치.
A cell analysis device comprising a substrate on which cells are placed, a pair of electrodes spaced apart on both sides of the substrate, and an analyzer configured to analyze the characteristics of the cells by measuring capacitance between the pair of electrodes. ;
an optical twizing device including a laser device that irradiates a focused laser beam for trapping, and configured to adjust the position of the cell with respect to the pair of electrodes by adjusting an irradiation position of the focused laser beam with respect to the substrate; and
An image acquisition device configured to capture cells on the pair of electrodes and the substrate to acquire cell images that can be used as a reference for adjusting the position of the cells,
The optical tweezing device:
moving the substrate so that the position of the cell in the cell image matches the position of the focused laser beam according to the differential position between the position of the cell and the position of the focused laser beam; and
By moving the substrate in a state where the cells are not moved by binding the cells to the focused laser beam due to the interaction between the optical energy of the focused laser beam and the cells, the pair of electrodes on the substrate is moved to form cells of the cells. A cell capacitance sensing device based on simultaneous optical twigging that adjusts the position of each cell relative to the pair of electrodes to conform to the array.
청구항 1에 있어서,
상기 광학 트위징 장치는:
미리 설정된 복수개의 세포 배열 중에서 분석 대상인 제1 세포 배열이 선택되면, 상기 제1 세포 배열에 따라 상기 세포 영상에 포함된 다수의 세포 중에서 하나 이상의 제1 세포를 선택하고;
상기 세포 영상에서 상기 제1 세포의 위치에 해당하는 제1 좌표를 측정하고, 상기 제1 세포 배열과 상기 제1 좌표를 기초로 상기 제1 세포에 대해 각각 목표 위치를 결정하고;
상기 목표 위치에 따라 상기 기판 및 상기 레이저 장치 중의 적어도 하나를 이동시켜 상기 제1 세포 배열에 부합하도록 상기 제1 세포의 위치를 조정하도록 구성되는 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치.
In claim 1,
The optical tweezing device:
When a first cell array to be analyzed is selected from among a plurality of preset cell arrays, selecting one or more first cells from among a plurality of cells included in the cell image according to the first cell array;
Measure a first coordinate corresponding to the position of the first cell in the cell image, and determine a target position for each first cell based on the first cell array and the first coordinate;
Simultaneous optical tweezing based cell capacitance sensing device configured to adjust the position of the first cell to match the first cell arrangement by moving at least one of the substrate and the laser device according to the target position.
청구항 2에 있어서,
상기 복수개의 세포 배열은 단일 세포 배열; 수평 이중 세포 배열; 수직 이중 세포 배열; 수평 삼중 세포 배열; 수직 삼중 세포 배열; 및 수평 및 수직 방향으로 각각 둘 이상의 세포가 배열된 다중 행렬 세포 배열;을 모두 포함하는 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치.
In claim 2,
The plurality of cell arrays may include a single cell array; horizontal double cell arrangement; vertical double cell array; horizontal triple cell arrangement; Vertical triple cell array; and a multi-matrix cell array in which two or more cells are arranged in each of the horizontal and vertical directions. A cell capacitance sensing device based on simultaneous optical tweezing including both.
청구항 2에 있어서,
상기 분석기는:
상기 기판 상에 상기 세포가 상기 제1 세포 배열로 배열된 상태에서 상기 한 쌍의 전극 간의 임피던스를 측정하여 제1 정전 용량 값을 측정하고;
상기 제1 정전 용량 값을 상기 제1 세포 배열에 대해 설정된 보정 함수에 적용하여 단일 세포의 정전 용량을 나타내는 제2 정전 용량 값을 산출하고;
상기 제2 정전 용량 값을 기초로 상기 세포의 특성을 분석하도록 구성되는 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치.
In claim 2,
The analyzer:
measuring a first capacitance value by measuring impedance between the pair of electrodes while the cells are arranged in the first cell array on the substrate;
Applying the first capacitance value to a correction function set for the first cell array to calculate a second capacitance value representing the capacitance of a single cell;
A simultaneous optical tweezing based cell capacitance sensing device configured to analyze characteristics of the cell based on the second capacitance value.
청구항 1에 있어서,
상기 영상 획득 장치는:
상기 세포 영상의 획득을 위해 상기 기판 상의 세포를 향해 백색광을 출력하는 광원;
상기 광원에서 출력되는 백색광의 광 경로 상에 마련되어 상기 백색광을 상기 기판 상의 세포를 향하여 집속하는 집속 렌즈;
상기 기판을 투과한 백색광의 광 경로 상에 마련되어 상기 백색광을 집광하는 대물 렌즈;
상기 대물 렌즈에 의해 집광된 백색광의 광 경로 상에 마련되어 상기 백색광을 반사시키는 색선별 거울;
상기 색선별 거울에서 반사된 백색광의 광 경로 상에 마련되어 상기 백색광을 집광하는 광학 렌즈; 및
상기 광학 렌즈에 의해 집광된 백색광으로부터 상기 세포 영상을 획득하는 촬상 장치를 포함하는 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치.
In claim 1,
The image acquisition device:
a light source that outputs white light toward cells on the substrate to acquire images of the cells;
a focusing lens provided on the optical path of the white light output from the light source to focus the white light toward the cells on the substrate;
an objective lens provided on the optical path of the white light passing through the substrate to converge the white light;
a color-selective mirror provided on the optical path of the white light condensed by the objective lens to reflect the white light;
an optical lens provided on the optical path of the white light reflected from the color-discriminating mirror to converge the white light; and
Simultaneous optical tweezing-based cell capacitance sensing device comprising an imaging device that acquires an image of the cell from white light collected by the optical lens.
청구항 5에 있어서,
상기 광학 트위징 장치는:
상기 레이저 장치에서 평행 광선으로 출력되는 레이저 빔을 집속하는 집광 렌즈;
상기 집광 렌즈에 의해 집속되는 레이저 빔의 광 경로 상에 마련되어 상기 레이저 빔을 상기 색선별 거울을 향하여 반사하는 제1 반사경; 및
상기 색선별 거울을 투과한 레이저 빔의 광 경로 상에 마련되어 상기 레이저 빔을 상기 세포를 향하도록 반사하는 제2 반사경;을 포함하고,
상기 대물 렌즈에 의해 집광된 상기 백색광은 상기 제2 반사경에서 반사되어 상기 색선별 거울로 입사되는 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치.
In claim 5,
The optical tweezing device:
a condensing lens that focuses the laser beam output as parallel light from the laser device;
a first reflector provided on the optical path of the laser beam focused by the condenser lens to reflect the laser beam toward the color-discriminating mirror; and
A second reflector provided on the optical path of the laser beam passing through the color-discriminating mirror to reflect the laser beam toward the cell,
The white light collected by the objective lens is reflected from the second reflector and is incident on the dichroic mirror.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항의 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 장치에 의해 수행되는 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 방법으로서,
상기 영상 획득 장치에 의해, 상기 한 쌍의 전극과 상기 기판 상의 세포를 촬상하여 상기 세포의 광학 트위징을 위한 위치 조정에 참조될 수 있는 세포 영상을 획득하는 단계;
상기 광학 트위징 장치의 레이저 장치를 이용하여 상기 집속 레이저 빔을 조사하고, 상기 세포 영상을 이용하여 상기 기판에 대해 상기 집속 레이저 빔의 조사 위치를 조절하여 상기 한 쌍의 전극에 대한 상기 세포의 위치를 조정하는 단계; 및
상기 세포 분석 장치의 분석기에 의해, 상기 한 쌍의 전극 간의 정전 용량을 측정하여 상기 세포의 특성을 분석하는 단계;를 포함하고,
상기 세포의 위치를 조정하는 단계는:
상기 세포의 위치와 상기 집속 레이저 빔의 위치 간의 차분 위치에 따라 상기 세포 영상에서 상기 세포의 위치가 상기 집속 레이저 빔의 위치와 일치되도록 상기 기판을 이동시키는 단계; 및
상기 집속 레이저 빔의 광학 에너지와 세포 간의 상호 작용에 의해 세포를 상기 집속 레이저 빔에 구속시켜 세포가 이동되지 않는 상태에서 상기 기판을 이동시킴으로써, 상기 기판 상의 한 쌍의 전극을 이동시켜 상기 세포의 세포 배열에 부합하도록 상기 한 쌍의 전극에 대한 세포의 위치를 조정하는 단계를 포함하는 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 방법.
A simultaneous optical twizing-based cell capacitance sensing method performed by the simultaneous optical twizing-based cell capacitance sensing device of any one of claims 1 to 6, comprising:
acquiring, by the image acquisition device, images of cells on the pair of electrodes and the substrate to obtain cell images that can be referenced for position adjustment for optical twirling of the cells;
The focused laser beam is irradiated using the laser device of the optical twizing device, and the irradiation position of the focused laser beam is adjusted with respect to the substrate using the cell image to control the position of the cell with respect to the pair of electrodes. adjusting; and
Comprising: analyzing the characteristics of the cell by measuring the capacitance between the pair of electrodes using an analyzer of the cell analysis device,
The steps for adjusting the position of the cell are:
moving the substrate so that the position of the cell in the cell image matches the position of the focused laser beam according to the differential position between the position of the cell and the position of the focused laser beam; and
By moving the substrate in a state where the cells are not moved by binding the cells to the focused laser beam due to the interaction between the optical energy of the focused laser beam and the cells, the pair of electrodes on the substrate is moved to form cells of the cells. A method for sensing cell capacitance based on simultaneous optical tweezing, comprising adjusting the position of the cell relative to the pair of electrodes to conform to the array.
청구항 7에 있어서,
상기 세포의 위치를 조정하는 단계는:
미리 설정된 복수개의 세포 배열 중에서 분석 대상인 제1 세포 배열이 선택되면, 상기 제1 세포 배열에 따라 상기 세포 영상에 포함된 다수의 세포 중에서 하나 이상의 제1 세포를 선택하는 단계;
상기 세포 영상에서 상기 제1 세포의 위치에 해당하는 제1 좌표를 측정하고, 상기 제1 세포 배열과 상기 제1 좌표를 기초로 상기 제1 세포에 대해 각각 목표 위치를 결정하는 단계; 및
상기 목표 위치에 따라 상기 기판 및 상기 레이저 장치 중의 적어도 하나를 이동시켜 상기 제1 세포 배열에 부합하도록 상기 제1 세포의 위치를 조정하는 단계를 포함하는 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 방법.
In claim 7,
The steps for adjusting the position of the cell are:
When a first cell array to be analyzed is selected from among a plurality of preset cell arrays, selecting one or more first cells from among a plurality of cells included in the cell image according to the first cell array;
Measuring a first coordinate corresponding to the location of the first cell in the cell image, and determining a target location for each of the first cells based on the first cell array and the first coordinate; and
Simultaneous optical tweezing-based cell capacitance sensing method comprising adjusting the position of the first cell to match the first cell arrangement by moving at least one of the substrate and the laser device according to the target position.
청구항 8에 있어서,
상기 세포의 특성을 분석하는 단계는:
상기 기판 상에 상기 세포가 상기 제1 세포 배열로 배열된 상태에서 상기 한 쌍의 전극 간의 임피던스를 측정하여 제1 정전 용량 값을 측정하는 단계;
상기 제1 정전 용량 값을 상기 제1 세포 배열에 대해 설정된 보정 함수에 적용하여 단일 세포의 정전 용량을 나타내는 제2 정전 용량 값을 산출하는 단계; 및
상기 제2 정전 용량 값을 기초로 상기 세포의 특성을 분석하는 단계;를 포함하는 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 방법.
In claim 8,
The steps for analyzing the characteristics of the cells are:
measuring a first capacitance value by measuring impedance between the pair of electrodes while the cells are arranged in the first cell array on the substrate;
calculating a second capacitance value representing the capacitance of a single cell by applying the first capacitance value to a correction function set for the first cell array; and
Analyzing the characteristics of the cell based on the second capacitance value.
청구항 9에 있어서,
상기 세포의 특성은 상기 세포의 유형, 상기 세포의 크기, 상기 세포의 전하 및 세포들 간의 정전기적 상호 작용 중의 적어도 하나를 포함하는 동시 광학 트위징 기반 세포 정전 용량 감지 방법.
In claim 9,
A method for detecting cell capacitance based on simultaneous optical tweezing, wherein the characteristics of the cell include at least one of the type of the cell, the size of the cell, the charge of the cell, and electrostatic interactions between cells.
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