KR200419404Y1 - 세포자극용 광조사기 - Google Patents

세포자극용 광조사기 Download PDF

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KR200419404Y1
KR200419404Y1 KR2020060009681U KR20060009681U KR200419404Y1 KR 200419404 Y1 KR200419404 Y1 KR 200419404Y1 KR 2020060009681 U KR2020060009681 U KR 2020060009681U KR 20060009681 U KR20060009681 U KR 20060009681U KR 200419404 Y1 KR200419404 Y1 KR 200419404Y1
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Abstract

본 고안은 특정 파장의 빛 에너지가 세포의 성장에 미치는 영향을 실험하기 위하여 광원에서 발생하는 열을 최소화하고, 시료와의 거리 및 광량을 정밀하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 광원을 용이하게 교체하여 실험할 수 있는 세포자극용 광조사기에 관한 것이다.
본 고안은 일정 체적의 암실(10)을 형성하는 본체(15)와, 상기 본체(15)의 일측면을 개폐하는 개폐문(20)과, 상기 본체(15)의 내부에 수용되는 측정부와, 상기 본체(15)의 저부에서 상기 측정부의 동작을 제어하기 위한 제어부(30)를 포함하며, 상기 측정부는 육면체형상을 이루도록 4개의 시료안착 지지봉(28)이 장착되고, 상기 시료안착 지지봉(28)의 상단부에는 시료를 안착할 수 있도록 중앙부에 빛이 조사될 수 있도록 조사부(41)가 관통된 시료안착부(22)가 장착되고, 상기 시료안착 지지봉(28)의 하단부에는 상기 조사부(41)를 통해 빛이 조사되도록 광원장착판(47)과, 상기 시료안착 지지봉(28)을 따라 상기 광원장착판(47)의 높이를 변화시킬 수 있도록 조사거리 조절볼트(49)와, 상기 광원장착판(47)의 열기를 흡입하도록 냉각팬(26)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
빛에너지, 세포, 발광다이오드, 파장, 자외선, 적외선, 가시광선

Description

세포자극용 광조사기{LIGHT RADIATOR FOR CELL STIMULATION}
도 1은 본 고안의 일실시 예에 의한 세포자극용 광조사기의 개략적인 구성도,
도 2는 본 고안의 일실시 예에 의한 세포자극용 광조사기에서 측정부의 개략적인 단면구성도,
도 3은 본 고안의 일실시 예에 의한 세포자극용 광조사기에서 측정부의 개략적인 평면구성도,
도 4a는 본 고안의 일실시 예에 의한 세포자극용 광조사기에서 광원의 평면구성도,
도 4b는 본 고안의 일실시 예에 의한 세포자극용 광조사기에서 시료안착부의 개략적인 구성도,
도 5는 본 고안의 일실시 예에 의한 세포자극용 광조사기에서 제어판의 구성도,
도 6a, 6b, 6c는 본 고안의 일실시 예에 의한 세포자극용 광조사기의 시료안착부에서 광파원밀도를 측정한 그래프.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10: 암실 15: 본체
20: 개폐문 22: 시료안착부
26: 냉각팬 28: 시료안착 지지봉
30: 제어부 31: 전류전압 표시부
32: 전류조절볼트 33: 전압조절볼트
34: 전원스위치 35: 타이머
36: 시간조절버튼 41: 조사부
43: 발광다이오드(LED) 45: 광원패널
47: 광원장착판 49: 조사거리 조절볼트
본 고안은 세포자극용 광조사기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정 파장의 빛 에너지가 세포의 성장에 미치는 영향을 실험하기 위하여 광원에서 발생하는 열을 최소화하고, 시료와의 거리 및 광량을 정밀하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 광원을 용이하게 교체하여 실험할 수 있는 세포자극용 광조사기에 관한 것이다.
세포나 생체 조직에 빛이 조사되면 특정요소의 에너지 준위가 높아지고 세포나 조직 단위가 활성화되어 세포분열 촉진, 조직 재생 촉진, 조직 대사 촉진 등의 생리적 결과를 갖는다고 알려져 있다.
이러한 여러 생리적 요인 중 안토니오 엘 비(Antonio L.B. Pinheiro)의 연구 에 따르면 저출력의 레이저 치료는 항염증 효과와 통증감소, 세포 성장 등의 효과를 갖으며 특히 이러한 효과가 지속적으로 유지된다고 밝히고 있다. 그 중에서 특히 상처 치유에 관한 효과는 전체 광조사량 뿐만 아니라 조사 시간과 조사 모드(CW or PLS)에 따라 차이를 갖으며, 이를 위한 연구 중 욕창성 조직 괴사의 치료에 904nm, 8mW급의 저출력 레이저의 광조사를 통하여 조직의 치유를 가속화시켰다고 보고 하였다(C. Lucas1, The Effect of Low Level Laser Therapy (LLLT) on Stage III Decubitus Ulcers (Pressure Sores); a Prospective Randomised Single Blind, Multicentre Pilot Study, Lasers Med Sci (14)94-100 (2000)).
또한 상처 난 조직의 재생은 저출력의 레이저 치료가 정상 세포에서보다 일정 정도의 손상된 세포에서 이러한 유도작용을 갖는다고 연구되어 지고 있다(Pinheiro, A.L.B, Nascimento, S.C, Vieira, .A. L.B et al.(2001), Effects of LLLT on malignant cells; Study in Vitro. Rechman, P., Fried, D, Haning, P. Lasers in Dentistry Ⅶ, Billingham : SPIE.56-60).
그리고 세포의 증식은 파장에 의해 결정되는 것으로 저출력 레이저가 세포 증식에 영향을 주었으며, 특히 파장 길이와 조사모드에 의해 세포 증식을 좌우시킨다고 연구되어 지고 있다.(Effect of Wavelength on Low-Intensity Laser Irradiation-Stimulated Cell Proliferation In Vitro; Lasers in Surgery and Medicine 36: 8-12(2005)).
그러나, 종래의 일반적인 전기 저항을 이용한 발광광원은 자외선, 가시광선, 적외선까지의 파장과 많은 양의 열이 수반되어 발산하기 때문에 세포성장에 필요한 가장 효과적인 파장을 알 수 없을 뿐만 아니라, 유해파장과 열의 영향에 대한 신뢰성을 갖기 곤란한 실정이며, 이들의 빛의 효율 또한 백열전구가 5%, 형광등 27% 정도로 매우 낮아 의료용으로 적용하는 데에 많은 문제점이 있다.
본 고안은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 고안의 목적은 냉광원(Cold light source)으로 불리는 발광다이오드를 광원으로 하여 세포성장에 유해 파장인 자외선 파장을 비롯한 기타 파장은 수반하지 않고, 특정 파장만을 선별하여 조사 가능하며 빛의 효율도 약 40~60%로 상대적으로 매우 높은 효율을 갖도록 하여 높은 신뢰성을 제공할 뿐만 아니라 정량적인 데이터를 얻을 수 있는 세포자극용 광조사기를 제공하는 것이다.
본 고안은 일정 파장의 빛을 세포에 조사하기 위한 세포자극용 광조사기에 있어서, 일정 체적의 암실(10)을 형성하는 본체(15)와, 상기 본체(15)의 일측면을 개폐하는 개폐문(20)과, 상기 본체(15)의 내부에 수용되는 측정부와, 상기 본체(15)의 저부에서 상기 측정부의 동작을 제어하기 위한 제어부(30)를 포함하며, 상기 측정부는 육면체형상을 이루도록 4개의 시료안착 지지봉(28)이 장착되고, 상기 시료안착 지지봉(28)의 상단부에는 시료를 안착할 수 있도록 중앙부에 빛이 조사될 수 있도록 조사부(41)가 관통된 시료안착부(22)가 장착되고, 상기 시료안착 지지봉(28)의 하단부에는 상기 조사부(41)를 통해 빛이 조사되도록 광원장착판(47)과, 상기 시료안착 지지봉(28)을 따라 상기 광원장착판(47)의 높이를 변화시킬 수 있도록 조사거리 조절볼트(49)와, 상기 광원장착판(47)의 열기를 흡입하도록 냉각 팬(26)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 고안에 의한 세포자극용 광조사기의 상기 제어부(30)는 상기 광원패널(45)에 안정적인 전류를 제공하기 위한 전원공급기와, 상기 전원공급기를 통해 공급되는 시간을 정밀하게 제어할 수 있는 타이머(35)를 포함하여 구성되며, 상기 광원패널(45)은 청색 발광다이오드(472nm), 적색 발광다이오드(647nm), 적외선 발광다이오드(850nm) 중에서 하나가 선택되어, 선택된 발광다이오드(43)의 중심-중심(pitch) 사이의 거리가 10mm가 되도록 등간격으로 형성하여 직경 80mm 이내에 밀집시켜 광을 집적시켜 구성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 고안에 의한 세포자극용 광조사기의 상기 시료안착부(22)는 시료에 조사되는 빛에너지를 실시간을 측정하여 분석할 수 있도록 시험 세포와 동일한 높이에 광/전 소자가 더 부착되며, 상기 광/전 소자에서 측정된 빛에너지를 상기 제어부(30)를 통해 외부의 컴퓨터에서 실시간으로 측정이 가능하도록 통신포트를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 세포자극용 광조사기를 상세히 설명한다.
도 1은 본 고안의 일실시 예에 의한 세포자극용 광조사기의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 고안의 일실시 예에 의한 세포자극용 광조사기에서 측정부의 개략적인 단면구성도이며, 도 3은 본 고안의 일실시 예에 의한 세포자극용 광조사기에서 측정부의 개략적인 평면구성도이고, 도 4a는 본 고안의 일실시 예에 의한 세포 자극용 광조사기에서 광원의 평면구성도이며, 도 4b는 본 고안의 일실시 예에 의한 세포자극용 광조사기에서 시료안착부의 개략적인 구성도이고, 도 5는 본 고안의 일실시 예에 의한 세포자극용 광조사기에서 제어판의 구성도이며, 도 6a, 6b, 6c는 본 고안의 일실시 예에 의한 세포자극용 광조사기의 시료안착부에서 광파워밀도를 측정한 그래프이다.
본 고안의 바람직한 실시 예에 의한 세포자극용 광조사기는 상기 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 일정 체적의 암실(10)을 형성하는 본체(15)와, 상기 본체(15)의 일측면을 개폐하는 개폐문(20)과, 상기 본체(15)의 내부에 수용되는 측정부와, 상기 본체(15)의 저부에서 상기 측정부의 동작을 제어하기 위한 제어부(30)를 포함하여 구성된다.
상기 본체(15)와 개폐문(20)은 외부의 빛이 투과되지 않도록 암실(10)을 형성하고, 상기 측정부는 육면체형상을 이루도록 4개의 시료안착 지지봉(28)이 장착되고, 상기 시료안착 지지봉(28)의 상단부에는 시료를 안착할 수 있도록 중앙부에 빛이 조사될 수 있도록 조사부(41)가 관통된 시료안착부(22)가 장착되고, 상기 시료안착 지지봉(28)의 하단부에는 상기 조사부(41)를 통해 빛이 조사되도록 광원장착판(47)과, 상기 광원장착판(47)의 열기를 흡입하도록 냉각팬(26)이 장착되어 구성된다. 또한 상기 광원장착판(47)은 상기 시료안착 지지봉(28)을 따라 상하의 높이를 변화시킬 수 있도록 조사거리 조절볼트(49)로 연결된다. 본 고안에서는 광원과 시료 사이의 거리를 0 ~ 150mm까지 조절할 수 있도록 하였다.
상기 시료안착부(22)는 상단면에서 조사부(41)의 원호를 따라 일정 깊이로 단이 형성되어 시료를 담은 비이커나 유리판이 안정적으로 안착될 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 광원장착판(47)은 광원패널(45)이 안착되도록 형성되는데, 상기 광원패널(45)에 상기 제어부(30)를 통해 인가되는 전원을 연결하도록 커넥터(도시되지 않음)가 형성된다.
상기 광원패널(45)은 상기 도 4a에 도시된 바와 같이, 다수개의 발광다이오드(43)가 집적된 광원을 사용하며, 본 고안에서는 세포의 성장에 빛 에너지가 미치는 영향을 알아보기 위하여 세포를 성장시키는데 필요한 중요 파장으로 판단되는 청색 발광다이오드(472nm), 적색 발광다이오드(647nm), 적외선 발광다이오드(850nm) 등 3종을 선정하여 가시광선 파장부터 적외선까지의 파장이 세포 성장에 미치는 영향을 실험하기 위해 순간 빛 에너지를 효과적으로 많은 양을 조사시키기 위해 5φ 램프타임 발광다이오드(43)를 112개 사용하였으며, 발광다이오드(43)의 중심-중심(pitch) 사이의 거리는 정확히 10mm가 되도록 등간격으로 배치하였고, 이들 전체는 직경 80mm 이내에 밀집시켜 광을 집적시키는 구조로 제작하였다.
상기 제어부(30)는 바람직하게는 상기 광원패널(45)에 20mA, 30mA의 안정적인 전류를 제공하기 위한 전원공급기와, 상기 전원공급기를 통해 공급되는 시간을 정밀하게 제어할 수 있는 타이머(35)를 포함하여 구성된다.
상기 전원공급기는 상기 도 5에 도시된 바와 같이, 공급되는 전원을 직관적으로 알아볼 수 있도록 전류전압 표시부(31)와, 상기 전류 및 전압을 제어하기 위한 전류조절볼트(32) 및 전압조절볼트(33)와, 상기 전원공급기에 전원공급을 제어 하기 위한 전원스위치(34)를 포함하여 구성되며, 상기 타이머(35)는 각각 스타터(starter) 및 리셋(reset)의 시간조절버튼(36)을 포함하여 구성된다.
또한 본 고안은 시료에 조사되는 에너지를 실시간 측정하여 분석할 수 있도록 시험 세포와 동일한 높이에 광/전 소자가 부착되어 있으며, 제어부에는 광/전 소자에서 측정된 에너지값이 표시되는 디지털 혹은 아날로그 지시계가 있으며 또한, 이를 컴퓨터에서 분석할 수 있는 통신포트 혹은 데이터 저장 및 기록 장치가 부착되어 있다(도시되지 않음).
상기와 같이 구성된 본 고안은, 먼저 다양한 세포를 시료안착부(22)에 안착시켜 일정한 전류를 공급하여 빛에너지를 조사하게 된다.
이때 시료안착부(22)에 도달되는 광량의 측정은 광학측정기(Optical Meter; Model-1835-C, Newport사, 미국)를 사용하였으며 측정의 신뢰성을 확보하기 위하여 광원을 매 5mm 간격마다 이동시키면서 각각의 경우 조사 받는면에서 5 point 이상씩 측정하여 광파워밀도(Optical power intensity(mW/cm2))을 구하였다. 그 예로서 광원과 시료 사이의 거리를 50mm로 고정하고 30mA의 전류를 인가하였을 경우, 순간 광파워밀도(Optical power intensity)는 청색 발광다이오드를 광원패널로 사용한 경우에는 4.27mW/cm2, 적색 발광다이오드를 광원패널로 사용하는 경우에는 13.27mW/cm2, 적외선 발광다이오드를 광원패널로 사용하는 경우에는 17.13mW/cm2 로 측정되었고, 각각의 거리 및 인가전류에 따른 실험데이터는 아래의 표1 및 상기 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이 나타났다.
거리 0cm 1cm 2cm 3cm 4cm 5cm 6cm 7cm 8cm 9cm 10cm 11cm 12cm 13cm 14cm 15cm 인가 전류
파장 측정조건
청색 (472nm) 설정전류:1.12A 설정전압:25.3V 5.50 5.35 5.18 5.09 4.96 4.81 4.66 4.54 4.43 4.30 4.19 4.09 3.99 3.87 3.77 3.65 40 mA
설정전류:1.40A 설정전압:28.6V 5.78 5.64 5.49 5.43 5.32 5.16 5.02 4.89 4.77 4.65 4.54 4.43 4.32 4.21 4.09 3.97 50 mA
적색 (647nm) 설정전류:1.12A 설정전압:18.2V 19.85 18.20 18.00 17.76 17.25 16.60 15.95 15.32 14.65 13.93 13.17 12.35 11.50 10.66 9.92 9.18 40 mA
설정전류:1.40A 설정전압:20.8V 22.65 20.90 20.74 20.48 19.92 19.17 18.45 17.66 16.90 16.08 15.18 14.21 13.20 12.30 11.38 10.51 50 mA
적외선 (850nm) 설정전류:1.12A 설정전압:15.0V 28.73 27.46 25.52 24.32 23.10 21.99 21.07 20.33 19.71 19.18 18.71 18.28 17.84 17.39 16.87 16.29 40 mA
설정전류:1.40A 설정전압:17.3V 35.01 33.45 31.31 29.84 28.34 27.01 25.92 25.01 24.28 23.64 23.08 22.58 22.07 21.49 20.84 20.12 50 mA
한편, 각각의 발광다이오드(43)의 안정적인 전원 공급을 위하여 광원패널(45)의 내부 회로는 각 4개씩 발광다이오드를 별도 회로로 구성하여 저항체를 부착시켰으며, 온도에 따른 파장 변화(Wavelength shift)를 최소화하기 위하여 광원패널(45)의 하단에 냉각팬(26)이 동작하도록 하고, 시료에 공급된 에너지(J/cm2)를 정확히 측정하기 위하여 1ms의 정확도를 갖으면서 99시간까지 시간 조절이 가능한 타이머(35)를 동작시켜 다양한 발광광원에 따른 특정 파장대의 광파워밀도를 정량적으로 제공하여 세포에 미치는 영향을 용이하게 실험할 수 있게 하였다.
상술한 바와 같이 본 고안에 따르면, 냉광원(Cold light source)으로 불리는 발광다이오드를 이용하여 세포성장에 유해 파장인 자외선 파장을 비롯한 기타 파장은 전혀 수반하지 않고, 특정 파장만을 선별하여 조사 가능하다. 또한 빛의 효율도 약 40~60%로 상대적으로 다른 광원에 비해 높은 에너지효율이 있으며, 특히 실시간으로 단위 면적당 및 단위 시간당 조사되는 빛의 에너지를 컴퓨터로 측정이 가능한 시스템으로 뼈의 세포 성장에 관한 연구를 수행할 경우 매우 높은 신뢰성을 갖는 정량적인 데이터를 얻을 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 일정 파장의 빛을 세포에 조사하기 위한 세포자극용 광조사기에 있어서,
    일정 체적의 암실(10)을 형성하는 본체(15)와, 상기 본체(15)의 일측면을 개폐하는 개폐문(20)과, 상기 본체(15)의 내부에 수용되는 측정부와, 상기 본체(15)의 저부에서 상기 측정부의 동작을 제어하기 위한 제어부(30)를 포함하며,
    상기 측정부는 육면체형상을 이루도록 4개의 시료안착 지지봉(28)이 장착되고, 상기 시료안착 지지봉(28)의 상단부에는 시료를 안착할 수 있도록 중앙부에 빛이 조사될 수 있도록 조사부(41)가 관통된 시료안착부(22)가 장착되고, 상기 시료안착 지지봉(28)의 하단부에는 상기 조사부(41)를 통해 빛이 조사되도록 광원장착판(47)과, 상기 시료안착 지지봉(28)을 따라 상기 광원장착판(47)의 높이를 변화시킬 수 있도록 조사거리 조절볼트(49)와, 상기 광원장착판(47)의 열기를 흡입하도록 냉각팬(26)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포자극용 광조사기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(30)는 상기 광원패널(45)에 안정적인 전류를 제공하기 위한 전원공급기와, 상기 전원공급기를 통해 공급되는 시간을 정밀하게 제어할 수 있는 타이머(35)를 포함하여 구성되며,
    상기 광원패널(45)은 청색 발광다이오드(472nm), 적색 발광다이오드(647nm), 적외선 발광다이오드(850nm) 중에서 하나가 선택되어, 선택된 발광다이오드(43)의 중심-중심(pitch) 사이의 거리가 10mm가 되도록 등간격으로 형성하여 직경 80mm 이내에 밀집시켜 광을 집적시켜 구성되는 것을 특징으로 하는 세포자극용 광조사기.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 시료안착부(22)는 시료에 조사되는 빛에너지를 실시간을 측정하여 분석할 수 있도록 시험 세포와 동일한 높이에 광/전 소자가 더 부착되며,
    상기 광/전 소자에서 측정된 빛에너지를 상기 제어부(30)를 통해 외부의 컴퓨터에서 실시간으로 측정이 가능하도록 통신포트를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 세포자극용 광조사기.
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