KR20110131371A

KR20110131371A - Cell trace device for fluorescence inspecting

Info

Publication number: KR20110131371A
Application number: KR1020100050774A
Authority: KR
Inventors: 곽연화; 홍성민
Original assignee: 전자부품연구원; 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2011-12-07

Abstract

PURPOSE: A real-time cell tracking system is provided to trace single cell route for 24 hours or more and to control and monitor cell culture condition. CONSTITUTION: A real-time cell tracking system(100) comprises: a light source part(101) which emits light to form an image; a power supply unit for supplying power to generate light from the light source part; a filter part which filters the light of a certain wavelength area; an incubator for cell culture, which enables automatic control of culture condition; an image processing unit having a camera and an image processor; and a data processing unit(104) which is able to perform cell analysis.

Description

Cell tracking device for fluorescence measurement {CELL TRACE DEVICE FOR FLUORESCENCE INSPECTING}

본 발명은 형광측정용 세포 추적 장치에 관한 것으로, 세포의 배양 상태의 제어 및 모니터링이 가능한 인큐베이터를 이용하여 실시간으로 세포의 이동성을 측정할 수 있는 세포 추적 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a cell tracking device for fluorescence measurement, and relates to a cell tracking system that can measure the mobility of cells in real time using an incubator capable of controlling and monitoring the culture state of the cells.

최근 유전자 해석 기술의 진보에 수반하고, 사람을 포함하는 많은 생물에 있어서 유전자 배열이 밝혀지는 것과 동시에 해석되는 단백질 등의 유전자 산물과 질병과의 인과관계도 조금씩 해명되기 시작하고 있다. 또한, 향후 각종 단백질이나 유전자 등을 망라적 또한 통계적으로 해석하기 위하여 세포를 이용한 다양한 검사 방법이나 장치에 대한 연구가 시작되고 있다.With the recent advances in the technology of genetic analysis, the causal relationship between gene products such as proteins and diseases that are interpreted at the same time as the gene sequence is revealed in many organisms including humans is gradually being elucidated. In addition, in the future, studies on various test methods and apparatuses using cells have been started to comprehensively and statistically interpret various proteins and genes.

통상적으로 세포는 플라스틱 재질의 용기 또는 유리 접시(dish) 및 플라스크(flask)등에 파종되어, 인큐베이터(incubator)내에서 배양된다. 이와 같은 인큐베이터의 내부는 일례로 이산화탄소 농도 5%, 온도 37℃, 습도 100%에 설정되어 세포의 배양에 적당한 환경으로 유지된다. 또한, 인큐베이터 내부에는 세포에 양분을 주는 것과 동시에 배양에 적당한 산도(pH)를 지키기 위하여 매일 혹은 수일에 한번씩 배양액의 교환이 이루어진다.Typically, cells are seeded in plastic containers or glass dishes and flasks, and cultured in an incubator. The inside of such an incubator is set at, for example, a carbon dioxide concentration of 5%, a temperature of 37 ° C., and a humidity of 100% to maintain an environment suitable for culturing cells. In addition, the culture medium is exchanged every day or every few days in order to nourish the cells and to keep the pH (pH) suitable for the culture.

이와 같은 방법으로 배양중에 있는 세포의 관찰은 인큐베이터로부터 플라스틱 재질의 용기 또는 유리 접시 및 플라스크 등을 꺼내어 위상차 현미경등의 도립형 현미경을 이용한 방법이 적용된다.In this way, the observation of the cells in the culture is carried out using an inverted microscope such as a phase contrast microscope by removing a plastic container or glass dish and flask from the incubator.

그러나, 이러한 종래의 배양중에 있는 세포의 관찰 방법은 가능한 신속히 세포의 관찰을 수행하여야 하며, 관찰 종료 후 세포를 인큐베이터내에 되돌려야하므로 세포의 활성이 손상되는 문제점이 있다. 이는 세포의 활성이 불안정하여 정확한 평가를 수행하는 것이 곤란한 문제를 내포하며, 세포를 인큐베이터로부터 꺼낼 경우 기타 유해물질에 의한 오염을 배제할 수 없다. 또한, 배양 세포는 보통 무색투명에 가까워 투과형 현미경에서는 관찰이 곤란하다.However, such a conventional method for observing cells in culture has to perform cell observation as soon as possible, and the cell activity is impaired because the cells must be returned to the incubator after the observation is completed. This implies that the activity of the cells is unstable and it is difficult to carry out an accurate assessment, and when taken out of the incubator, contamination by other harmful substances cannot be excluded. In addition, cultured cells are usually colorless and transparent, which makes it difficult to observe them in a transmission microscope.

이와 같은 종래의 인큐베이터는 모두 대량의 세포 배양을 위한 것으로서 소량의 다품종 세포 배양에는 부적합하며, 인큐베이터의 내부로 이산화탄소 및 탄산가스 등과 같은 가스의 공급은 원활히 할 수 있으나, 세포 배양액의 온도 제어 및 기타 배양 환경의 정확한 제어가 불가능하여 통합적인 외부 환경을 제공하여 줄 수 없다. 그리고, 종래의 인큐베이터는 히터가 인큐베이터의 외부 또는 인큐베이터의 측벽에 설치되어 있어, 직접 가열이 아닌 대류에 의한 간접 가열로 인큐베이터를 가열하므로 세포 배양 환경의 조성을 위한 온도를 정확하게 제어하기 어려워 세포 배양의 신뢰성을 보장할 수 없다.All of these conventional incubators are suitable for culturing a large number of cells, and are inadequate for culturing a small number of multi-cell cells, and can smoothly supply gas such as carbon dioxide and carbon dioxide into the incubator, but control the temperature of the cell culture and other cultures. Precise control of the environment is impossible and cannot provide an integrated external environment. In the conventional incubator, since the heater is installed on the outside of the incubator or on the side wall of the incubator, the incubator is heated by indirect heating by convection instead of direct heating, so it is difficult to accurately control the temperature for the composition of the cell culture environment, thereby making it reliable in cell culture. Cannot be guaranteed.

또한, 종래의 인큐베이터는 배양과정 중에 있는 세포를 관찰하거나 이미지화하기 위해서는 인큐베이터 및 세포배양용기를 모두 개방하여야 하기 때문에 배양조건을 무너지게 하여 실시간 세포의 배양과정을 관찰하거나 이미지화할 수 없는 문제점이 존재하고, 암세포 전이 및 혈관형성 연구를 위해 세포간의 이동 규명이 필요함에 따라 세포의 변화, 교류 및 이동 현상 등의 인과관계를 규명하기 위해 실시간으로 세포의 이동성 측정을 위해서는 기존의 장비로는 미흡한 문제점이 있다.
In addition, the conventional incubator has to open both the incubator and the cell culture vessel to observe or image the cells in the culture process, so there is a problem that can not observe or image the culture process of the real-time cells by breaking down the culture conditions. In order to investigate the causal relationship between cell changes, exchanges, and migration phenomena, as cell migration is needed for the study of cancer cell metastasis and angiogenesis, existing equipment is insufficient for measuring cell mobility in real time. .

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 세포이동 연구를 통해 세포의 변화 및 이동현상의 인과관계를 규명할 수 있도록 형광분석법을 통하여 실시간으로 세포의 이동성을 측정할 수 있는 세포 추적 시스템을 제공한다.
The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, it is possible to measure the mobility of the cell in real time through fluorescence analysis to identify the causal relationship between the change and migration of the cell through the cell migration research Provide a cell tracking system.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,

형광 염색된 세포를 여기시켜 이미지를 형성하는 광을 방출하는 광원부; 상기 광원부에서 광이 발생하도록 전원을 공급하는 전원부; 상기 광원부에서 나오는 광에서 소정 파장 영역의 광을 여과하는 필터부; 상기 광원부 하부에 장착된 배양 환경의 자동제어가 가능한 세포 배양용 인큐베이터; 상기 세포 배양용 인큐베이터 하부에 장착된 카메라 및 영상처리장치로 구성된 영상처리부; 및 상기 영상처리부로부터 정보를 받아 정량적 세포 분석을 수행하는 데이터 처리부를 포함하는 실시간 세포 추적 시스템을 제공한다.A light source unit configured to excite fluorescently stained cells to emit light for forming an image; A power supply unit supplying power to generate light from the light source unit; A filter unit filtering light of a predetermined wavelength region from light emitted from the light source unit; A cell culture incubator capable of automatic control of the culture environment mounted below the light source; An image processor comprising a camera and an image processing apparatus mounted under the cell culture incubator; And it provides a real-time cell tracking system including a data processing unit for receiving information from the image processing unit performs quantitative cell analysis.

상기 광원부의 광원은 백색광원을 사용하는 것이 바람직하고, 유기전계 발광소자, LED, FED, 텅스텐 램프, 할로겐 램프 또는 수은등에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있고, 상기 유기전계 발광소자 또는 LED는 UV파장을 발생하는 면광원으로 구성된다. 또한, 상기 유기전계 발광소자 또는 LED는 RGB 화소 또는 삼파장을 갖는 백색광 화소가 어레이되어 원하는 파장의 화소를 작동시키며, 상기 전원부는 배터리 구동을 위한 회로부와 외부 전원을 위한 회로부로 구성되고, 상기 카메라는 cooled-CCD 카메라를 사용하는 것이 바람직하다.Preferably, a light source of the light source unit uses a white light source, and any one selected from an organic light emitting diode, an LED, a FED, a tungsten lamp, a halogen lamp, or a mercury lamp may be used. The organic light emitting diode or the LED may have a UV wavelength. It consists of the surface light source which generate | occur | produces. In addition, the organic light emitting device or LED is a pixel of a desired wavelength is arranged by the array of white light pixels having RGB pixels or three wavelengths, the power supply unit is composed of a circuit unit for driving the battery and a circuit unit for an external power source, the camera Preference is given to using cooled-CCD cameras.

본 발명에 따른 실시간 세포 추적 시스템에 사용되는 세포 배양용 인큐베이터는 내부에 세포가 배양될 수 있는 빈 공간을 가진 세포 배양칩; 상기 세포 배양칩의 일측면에 형성되어 상기 빈 공간에 세포 배양액을 공급하기 위한 배양액 투입구 및 세포 배양칩의 일측면에 형성되어 세포 배양액을 배출하기 위한 배양액 배출구; 상기 세포 배양칩의 하부에 위치하여 세포 배양칩 및 세포 배양액에 열에너지를 공급하기 위한 발열체 패턴이 증착된 투명한 내열기판으로 이루어진 하부히터; 상기 하부 히터의 외주면에 위치하여 상부 히터를 지지하는 측벽; 상기 측벽에 위치하며 온도, 습도, 이산화탄소 농도, 산소 농도, Ph 또는 유량 중 어느 하나 이상의 배양 환경을 감시하기 위한 센서부; 상부에 위치하여 상기 인큐베이터의 상부에 열에너지를 공급하기 위한 발열체 패턴이 증착된 투명한 내열기판으로 이루어진 상부히터; 상기 상부히터를 관통하는 소정 크기의 가스 투입구, 상기 가스 투입구와 일정 간격 떨어진 지점에 존재하며 상부 히터를 관통하는 소정크기의 가스 배출구; 및 상기 센서부로부터 출력되는 감지신호를 이용하여 상기 상부 히터 및 상기 하부 히터의 구동을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Cell culture incubator used in the real-time cell tracking system according to the present invention includes a cell culture chip having an empty space in which cells can be cultured; A culture medium inlet formed on one side of the cell culture chip to supply a cell culture solution to the empty space and a culture medium outlet formed on one side of the cell culture chip to discharge the cell culture solution; A lower heater formed at a lower portion of the cell culture chip and formed of a transparent heat resistant substrate on which a heating element pattern is deposited to supply heat energy to the cell culture chip and the cell culture solution; A side wall positioned on an outer circumferential surface of the lower heater to support the upper heater; A sensor unit positioned on the sidewall and configured to monitor a culture environment of any one or more of temperature, humidity, carbon dioxide concentration, oxygen concentration, Ph, or flow rate; An upper heater having a transparent heat-resistant substrate disposed on an upper part of which a heating element pattern is deposited to supply thermal energy to an upper portion of the incubator; A gas inlet having a predetermined size penetrating the upper heater and a gas outlet having a predetermined size at a point spaced apart from the gas inlet and penetrating the upper heater; And a controller for controlling the driving of the upper heater and the lower heater by using the detection signal output from the sensor unit.

상기 투명한 내열 기판은 석영 또는 유리로 되어 있으며, 상기 발열체는 백금 또는 탈탄륨 실리사이드를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 측벽은 테프론으로 구성된다. 또한, 상기 세포 배양칩의 일측면에 형성된 구멍을 통해 세포 배양칩 내부의 온도를 측정하기 위한 열전대를 더 포함할 수 있으며, 상기 가스 투입구 및 상기 가스 배출구는 가스 센서 모듈과 연결된 것을 특징으로 한다.
The transparent heat resistant substrate is made of quartz or glass, and the heating element is preferably made of platinum or thallium silicide, and the side wall is made of Teflon. The apparatus may further include a thermocouple for measuring a temperature inside the cell culture chip through a hole formed in one side of the cell culture chip. The gas inlet and the gas outlet may be connected to a gas sensor module.

본 발명에 따르면, 실시간으로 24시간 이상 단일 세포의 이동경로를 추적할 수 있으며, 배양 조건을 제어할 수 있는 인큐베이터를 이용하여 배양 상태의 제어 및 모니터링을 할 수 있는 효과가 있다.
According to the present invention, the movement path of a single cell can be tracked for 24 hours or more in real time, and there is an effect of controlling and monitoring the culture state using an incubator that can control the culture conditions.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광측정용 세포 추적장치에 대한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 배양용 인큐베이터의 단면도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 배양용 인큐베이터의 하부 및 상부 히터의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a cell tracking device for fluorescence measurement according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of an incubator for cell culture according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are cross-sectional views of lower and upper heaters of a cell culture incubator according to one embodiment of the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention, and do not represent all of the technical idea of the present invention, which can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be various equivalents and variations.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 배양 환경의 자동제어가 가능한 세포 배양용 인큐베이터, 광원장치 및 정량적 세포 분석을 위한 소프트웨어를 갖춘 분석기기를 포함하는 실시간 세포추적 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템(100)은 광원부(101), 전원부(미도시), 필터부(102-1, 102-2), 세포 배양용 인큐베이터(200), 영상처리부(103) 및 데이터 처리부(104)로 구성되어 실시간으로 활성중인 세포를 24시간 이상 단일세포의 이동경로를 추적할 수 있으며, 또한 시스템 자체 내에서 배양상태의 제어와 모니터링을 수행할 수 있다.1 is a real-time cell tracking system including an incubator for cell culture capable of automatic control of the culture environment according to the present invention, a light source device and an analyzer equipped with software for quantitative cell analysis, wherein the system 100 includes a light source unit. 101, the power supply unit (not shown), the filter unit (102-1, 102-2), the cell culture incubator 200, the image processing unit 103 and the data processing unit 104 is composed of active cells in real time The migration of single cells can be tracked for more than 24 hours, and the control and monitoring of culture status can be performed within the system itself.

상기 광원부(101)의 광원은 형광측정용 백색광원을 사용하는 것이 바람직하며, 이로는 수은 램프와 같은 와트수와 큰 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 광원으로 유기전계 발광소자, LED, FED, 텅스텐 램프, 할로겐 램프 또는 수은등에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있으며, 상기 유기전계 발광소자 또는 LED는 UV파장을 발생하는 면광원으로 구성되거나, 상기 유기전계 발광소자 또는 LED는 RGB 화소 또는 삼파장을 갖는 백색광 화소가 어레이되어 원하는 파장의 화소를 작동시키는 것도 가능하다. As the light source of the light source unit 101, it is preferable to use a white light source for fluorescence measurement, and it is preferable to use a wattage such as a mercury lamp and a large one. In addition, any one selected from an organic light emitting device, an LED, a FED, a tungsten lamp, a halogen lamp, or a mercury lamp may be used as the light source, and the organic light emitting device or the LED may include a surface light source that generates UV wavelength, The organic light emitting device or the LED may be an array of RGB pixels or white light pixels having three wavelengths to operate pixels having a desired wavelength.

상기 광원부에서 나오는 광에서 소정 파장 영역의 광을 여과하는 필터부는 두 개의 필터로 구성되는데, 형광물질이 착색된 샘플을 포함하는 인큐베이터와 광원 사이에 여기 필터(excitation filter, 102-1)와 인큐베이터와 렌즈/카메라 사이에 구성된 발광 필터(emission filter, 102-2)가 그것이다. 상기 여기 필터(102-1)는 형광을 여기시키기 위해 광원으로부터 특정한 제 1 파장만 통과시키기 위한 것이고, 발광 필터(102-2)는 형광체에서 발생된 특정한 제 2 파장만 걸러서 검출부로 보낸다. 또한, 상기 전원부(도면상 미도시)는 배터리 구동을 위한 회로부와 외부 전원을 위한 회로부를 구비하고 있다.The filter unit for filtering light of a predetermined wavelength range from the light emitted from the light source unit comprises two filters, an incubator comprising a sample colored with fluorescent material and an excitation filter (102-1) and an incubator between the light source and It is an emission filter 102-2 constructed between the lens / camera. The excitation filter 102-1 is for passing only a specific first wavelength from the light source to excite fluorescence, and the light emission filter 102-2 filters only the specific second wavelength generated from the phosphor and sends it to the detection unit. In addition, the power supply unit (not shown) includes a circuit unit for driving a battery and a circuit unit for an external power source.

상기와 같은 광원장치를 통한 세포분석을 위해 영상처리부(103)가 구성되는데, 상기 영상처리부(103)는 세포배양용 인큐베이터 하부에 장착된 카메라 및 영상처리장치로 구성되며, 상기 카메라는 cooled-CCD 카메라를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 cooled-CCD 카메라를 사용하여 세포를 형상화하고, 카메라의 앞단에는 배율 현미경을 장착하여 원하는 크기로 세포를 확대하여 관찰할 수 있게 한다. 이와 같은 구성을 통해서 염증세포내 형광물질의 이동, 증가 및 감소 등의 측정을 할 수 있으며, 특정세포의 활동도와 대사 측정이 가능하다.The image processing unit 103 is configured for cell analysis through the light source device as described above. The image processing unit 103 is composed of a camera and an image processing apparatus mounted under the cell culture incubator, and the camera is cooled-CCD. It is preferable to use a camera. As such, the cells are shaped by using a cooled-CCD camera, and a magnification microscope is mounted on the front of the camera to enlarge and observe the cells to a desired size. Through this configuration it is possible to measure the movement, increase and decrease of the fluorescent material in inflammatory cells, it is possible to measure the activity and metabolism of specific cells.

상기에서 언급한 장치들은 모두 컴퓨터로 구성된 데이터 처리부(104)와 연계되어 제어할 수 있으며, 컴퓨터에서는 부가적인 소프트웨어 프로그램을 통하여 세포 추적 프로그램으로 실시간으로 세포의 이동좌표를 디스플레이되게 하여 정량적인 세포분석을 가능하게 할 수 있다. All of the above-mentioned devices can be controlled in connection with the data processing unit 104 composed of a computer. In the computer, an additional software program is used to display cell movement coordinates in real time with a cell tracking program for quantitative cell analysis. You can do that.

보다 구체적으로, 생물학적 시료 내 모든 시료를 형광표지하고, 목표 세포만을 자기적으로 표지하여 쳄버 또는 큐벳 내에 준비하여 자기적으로 표지된 세포가 큐벳의 관찰 표면으로 선택적으로 이동하게 한다. 상기에서 설명한 광원부로부터 광원이 세포로 방사되고, CCD 카메라는 목표세포에서 방출된 형광 빛의 이미지를 포착하여 신규한 알고리즘을 통한 이미지를 분석한다. 이러한 이미지 분석을 통하여 표면상의 세포의 계수를 제공하고 이는 시료의 목표 세포 농도와 관련하여 정량적인 세포분석을 수행할 수 있다.More specifically, all the samples in the biological sample are fluorescently labeled, and only the target cells are magnetically labeled and prepared in chambers or cuvettes to allow the magnetically labeled cells to selectively move to the cuvette's viewing surface. The light source is radiated from the light source unit to the cells described above, and the CCD camera captures an image of the fluorescent light emitted from the target cell and analyzes the image through a novel algorithm. This image analysis provides a count of cells on the surface, which allows quantitative cell analysis in relation to the target cell concentration of the sample.

이하, 배양 환경의 자동제어가 가능한 세포 배양용 인큐베이터에 대해서 설명한다.Hereinafter, a cell culture incubator capable of automatic control of the culture environment will be described.

도 2는 본 발명에 따른 배양 환경의 자동제어가 가능한 세포 배양용 인큐베이터의 확대한 단면도를 도시한 것이다.Figure 2 shows an enlarged cross-sectional view of the incubator for cell culture capable of automatic control of the culture environment according to the present invention.

우선, 세포 배양용 인큐베이터의 내부에 히터(heater, 210, 215)를 내장한다. 상기 히터(210, 215)는 도 2에 도시된 바와 같이 인큐베이터의 하부 및 상부에 각각 위치하여 인큐베이터 본체를 이루며, 인큐베이터의 측벽(220)은 하부 히터(210)와 상부 히터(215) 사이의 외주면을 따라 형성된다. 그리고, 하부 히터(210) 및 상부 히터(215)상에 형성된 발열체(255)는 도 3a에 도시된 바와 같이 일정한 간격으로 이격되어 형성되거나, 일정한 패턴으로 형성된다.First, heaters 210 and 215 are embedded in an incubator for cell culture. As shown in FIG. 2, the heaters 210 and 215 are positioned at the lower and upper portions of the incubator, respectively, to form an incubator body. The side wall 220 of the incubator is an outer circumferential surface between the lower heater 210 and the upper heater 215. It is formed along. In addition, the heating elements 255 formed on the lower heater 210 and the upper heater 215 are formed spaced apart at regular intervals as shown in FIG. 3A, or are formed in a predetermined pattern.

하부 히터(210)상에는 그 내부에 세포가 배양될 수 있는 빈 공간을 가진 세포 배양칩(230)이 위치하고, 세포 배양칩(230)의 일측면에 형성된 구멍을 통해 세포 배양칩 내부의 온도를 측정하는 열전대(thermo couple, 260)와 연결되어 정확하게 온도를 조절할 수 있도록 한다.On the lower heater 210, a cell culture chip 230 having an empty space in which cells can be cultured is located, and measuring the temperature inside the cell culture chip through a hole formed in one side of the cell culture chip 230. It is connected to a thermo couple (thermo couple, 260) to precisely control the temperature.

또한, 세포를 장기간 배양시에는 주기적으로 배양액(media)을 교체해 주어야 하므로, 자동으로 배양액이 교체될 수 있도록 미세관이나 채널을 통하여 관류(perfusion)될 수 있는 구조 및 사용되고 버려지는 배양액을 위한 구조가 추가되는 것도 바람직하다.In addition, when the cells are cultured for a long time, it is necessary to periodically replace the medium, so that the structure can be perfused through the microtubules or channels so that the medium can be replaced automatically. It is also preferable to add.

상부 히터(215) 및 하부 히터는 생체 친화성인 재질인 동시에 투명한 내열성 기판을 이용하여 형성하며, 이와 같은 투명한 기판상에 발열체(255)를 증착 및 패터닝하여 형성한다. 그리고, 상부 히터(215) 및 하부 히터(210)는 각각의 외주 끝단에 전력 신호선(217)과 연결되어 있다. 이때, 기판은 석영 및 유리 등이 이에 해당하며, 발열체(255)는 백금, 탄탈륨 실리사이드(Tantalun Silicide, TaSi2)등이 이에 해당한다.The upper heater 215 and the lower heater are formed using a biocompatible material and a transparent heat resistant substrate, and are formed by depositing and patterning the heating element 255 on the transparent substrate. In addition, the upper heater 215 and the lower heater 210 are connected to the power signal line 217 at each outer peripheral end thereof. In this case, the substrate corresponds to quartz and glass, and the heating element 255 corresponds to platinum and tantalum silicide (TaSi 2).

본 발명에서 사용된 상부 및 하부 히터(210, 215)의 투명한 내열성 기판은 인큐베이터의 내부를 관찰하거나 이미지화를 용이하게 하므로, 인큐베이터를 개봉하지 않고도 세포 배양과정을 관찰하거나 이미지화할 수 있게 한다. 발열체(255)는 선형적인 온도-전력특성을 가지므로 신뢰성 있는 히터를 제공할 수 있으며, 종래의 인큐베이터에서 주로 사용되었던 니켈-크롬(Ni-Cr) 히터에 비하여 가열 속도가 빨라 신속한 온도 제어를 할 수 있는 이점이 있다.The transparent heat resistant substrates of the upper and lower heaters 210 and 215 used in the present invention facilitate the observation or imaging of the inside of the incubator, thereby allowing the cell culture process to be observed or imaged without opening the incubator. Since the heating element 255 has a linear temperature-power characteristic, it can provide a reliable heater, and the heating speed is faster than that of a nickel-chromium (Ni-Cr) heater which is mainly used in a conventional incubator, so that rapid temperature control can be performed. There is an advantage to this.

특히, 본 발명은 상부 히터(215)로 인하여 인큐베이터 내부 전 영역의 온도를 동일하게 유지시켜주며, 인큐베이터의 내부와 외부간의 온도차이로 인해 인큐베이터의 상부에서 습기가 생기는 현상을 방지할 수 있어 세포를 더욱 정확하게 관찰할 수 있는 이점이 있다.In particular, the present invention maintains the same temperature of the entire area inside the incubator due to the upper heater 215, it is possible to prevent the phenomenon of moisture generated in the upper part of the incubator due to the temperature difference between the inside and outside of the incubator. There is an advantage that can be observed more accurately.

상부 히터(215) 및 하부 히터(210)의 사이의 외주면을 따라 형성되어 상부 히터(215)를 지지하는 측벽(220)은 생체 친화성 재질을 사용하여 형성하는 것이 바람직하며, 예를 들어 테프론(teflon), PDMS, 투명한 플라스틱등을 이용하여 형성할 수 있다. 그리고, 측벽(220)에는 열전대(260)와 인큐베이터의 외부에 구비된 모듈(270)간의 연결을 위한 연결구(265)가 구비되며, 세포 배양 칩(230)의 내부에 세포 배양액을 주입하고 배출하기 위한 배양액 투입구(234) 및 배양액 배출구(236)가 구비되고, 상부 히터(215)는 도 3b에 도시된 바와 같이 인큐베이터 내부에 가스를 투입하고 배출하기 위한 가스 투입구(240) 및 가스 배출구(245)가 구비된다.The side wall 220 formed along the outer circumferential surface between the upper heater 215 and the lower heater 210 to support the upper heater 215 is preferably formed using a biocompatible material, for example, Teflon ( teflon), PDMS, transparent plastics and the like. And, the side wall 220 is provided with a connector 265 for connecting between the thermocouple 260 and the module 270 provided on the outside of the incubator, injecting and discharging the cell culture solution inside the cell culture chip 230 The culture medium inlet 234 and the culture medium outlet 236 are provided, the upper heater 215 is a gas inlet 240 and gas outlet 245 for injecting and discharging gas into the incubator as shown in Figure 3b Is provided.

인큐베이터 내부에 투입되고 배출되는 가스는 이산화탄소 가스, 산소 가스 등으로 도 1에 도시된 바와 같이 이러한 가스를 감지할 수 있는 가스 센서 모듈(105) 및 제어처리부(104)와 연결되어 가스의 투입량 및 배출량을 제어한다.The gas introduced into and discharged from the incubator is connected to the gas sensor module 105 and the control processor 104 capable of detecting such a gas as carbon dioxide gas, oxygen gas, etc., as shown in FIG. 1. To control.

한편, 인큐베이터 내부의 측벽(220)에 구비된 센서부(250)는 산소 센서, 이산화탄소 센서 등과 같은 가스 센서외에도 히터와 연결된 온도 센서, pH 센서, 유량 센서 등을 포함하여 세포 배양에 필요한 환경을 감지하는 기능을 수행한다. 이 때, 습도 센서는 세포 배양액 내에 침지되지 않도록 함이 중요하다.Meanwhile, the sensor unit 250 provided on the sidewall 220 of the incubator includes a temperature sensor, a pH sensor, and a flow sensor connected to the heater in addition to a gas sensor such as an oxygen sensor and a carbon dioxide sensor to detect an environment required for cell culture. It performs the function. At this time, it is important that the humidity sensor is not immersed in the cell culture.

세포 배양칩(230)은 투명한 생체 친화성 물질로 형성함이 바람직하며, 세포 배양칩의 일측면에 형성된 구멍을 통해 세포 배양칩 내부의 온도를 측정하기 위한 열전대와 직접 연결되도록 하여 세포 배양칩 내부의 정확한 온도 측정을 가능하게 하고, 세포 배양칩의 일측면에 형성되어 세포 배양칩 내부의 빈 공간에 세포 배양액을 공급하기 위한 배양액 투입구 및 세포 배양칩의 일측면에 형성되어 세포 배양액을 배출하기 위한 배양액 배출구를 더 포함하도록 한다. 이와 같은 본 발명에 따른 인큐베이터는 도 1에 도시된 바와 같이, 외부 단자에 의해 PC와 같은 제어처리부(104)와 연결되어 세포 배양환경이 자동으로 제어된다.The cell culture chip 230 is preferably formed of a transparent biocompatible material, and is directly connected to a thermocouple for measuring the temperature inside the cell culture chip through a hole formed in one side of the cell culture chip. It is possible to accurately measure the temperature of the cell culture chip, and is formed on one side of the cell culture chip to supply the cell culture solution to the empty space inside the cell culture chip and formed on one side of the cell culture chip to discharge the cell culture solution. It further includes a culture outlet. As shown in FIG. 1, the incubator according to the present invention is connected to a control processing unit 104 such as a PC by an external terminal to automatically control a cell culture environment.

따라서, 본 발명에 따른 세포추적 시스템의 구성요소인 세포 배양용 인큐베이터는 소량의 다품종 세포 배양을 위하여 외부 환경을 최적의 조건으로 제어하기가 용이하며, 세포의 배양 중 세포의 성장과정을 인큐베이터를 개봉하지 않고도 실시간 관찰 및 이미지 관측이 가능하다. 또한, 상기 인큐베이터는 인큐베이터의 내부의 전 영역에 동일한 온도 분포를 형성할 수 있어 습기가 형성되는 현상을 미연에 방지할 수 있으며 이로 인하여 별도의 습기 제거 장치를 구비하지 않아도 되는 이점이 있는 것이다.Therefore, the cell culture incubator, which is a component of the cell tracking system according to the present invention, is easy to control the external environment to optimal conditions for culturing a small amount of multi-various cells, and opens the incubator during the cell growth process. Real time observation and image observation are possible without In addition, the incubator can form the same temperature distribution over the entire area of the incubator to prevent the formation of moisture in advance, which is an advantage that does not have to provide a separate moisture removal device.

상기에서 언급한 장치들은 모두 제어처리부(104)인 컴퓨터와 연계되어 제어될 수 있으며, 컴퓨터에서는 부가적인 소프트웨어 프로그램을 통하여 세포 추적 프로그램으로 실시간으로 세포의 이동좌표를 디스플레이되게 하여 정량적인 세포분석을 가능하게 할 수 있다. All of the above-mentioned devices can be controlled in connection with a computer, which is the control processing unit 104, and the computer can quantitatively analyze the cell by displaying the mobile coordinates in real time with a cell tracking program through an additional software program. It can be done.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the accompanying drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Could be. Accordingly, the true scope of protection of the invention should be defined only by the appended claims.

100: 세포추적 시스템 101: 광원부
102-1, 102-2: 필터부 103: 영상처리부
104: 데이터 처리부 105: 가스센서모듈
200: 세포배양용 인큐베이터
210, 215: 히터 217: 전력신호선
220: 측벽
230: 세포 배양칩 234: 배양액 투입구
240: 가스 투입구 245: 가스 배출구
255: 발열체 236: 배양액 배출구
260: 열전대 265: 연결구 100: cell tracking system 101: light source
102-1 and 102-2: filter unit 103: image processing unit
104: data processing unit 105: gas sensor module
200: incubator for cell culture
210, 215: heater 217: power signal line
220: sidewall
230: cell culture chip 234: culture solution inlet
240: gas inlet 245: gas outlet
255: heating element 236: culture medium outlet
260: thermocouple 265: connector

Claims

A light source unit emitting light to excite the fluorescently stained cells to form an image;
A power supply unit supplying power to generate light from the light source unit;
A filter unit filtering light of a predetermined wavelength region from light emitted from the light source unit;
A cell culture incubator capable of automatic control of the culture environment mounted below the light source;
An image processor comprising a camera and an image processing apparatus mounted under the cell culture incubator; And
Receiving information from the image processing unit fluorescence measurement cell tracking device comprising a data processing unit for performing quantitative cell analysis.

The method according to claim 1,
And the filter unit comprises an excitation filter formed between the incubator and the light source unit and a light emission filter formed between the incubator and the image processing unit.

The method according to claim 1,
The light source unit is a cell tracking device for fluorescence measurement, characterized in that the white light source device.

The method according to claim 1,
The power supply unit has a cell unit for fluorescence measurement, characterized in that the circuit unit for driving the battery and the circuit unit for an external power supply.

The method according to claim 1,
The camera is a cell tracking device for fluorescence measurement, characterized in that the cooled-CCD camera.

The method of claim 1, wherein the incubator for cell culture
A cell culture chip having an empty space in which cells can be cultured;
A culture medium inlet formed on one side of the cell culture chip to supply a cell culture solution to the empty space and a culture medium outlet formed on one side of the cell culture chip to discharge the cell culture solution;
A lower heater formed at a lower portion of the cell culture chip and formed of a transparent heat resistant substrate on which a heating element pattern is deposited to supply heat energy to the cell culture chip and the cell culture solution;
A side wall positioned on an outer circumferential surface of the lower heater to support the upper heater;
A sensor unit positioned on the sidewall and configured to monitor a culture environment of any one or more of temperature, humidity, carbon dioxide concentration, oxygen concentration, Ph, or flow rate;
An upper heater having a transparent heat-resistant substrate disposed on the upper part and having a heating element pattern deposited thereon for supplying thermal energy to the upper part of the incubator;
A gas inlet having a predetermined size penetrating the upper heater and a gas outlet having a predetermined size at a point spaced apart from the gas inlet and penetrating the upper heater; And
And a control unit for controlling the driving of the upper heater and the lower heater by using the detection signal output from the sensor unit.

The method of claim 6,
The transparent heat-resistant substrate is a cell tracking device for fluorescence measurement, characterized in that the quartz or glass.

The method of claim 6,
The heating element is a cell tracking device for fluorescence measurement, characterized in that the platinum or thallium silicide.

The method of claim 6,
The side wall is composed of Teflon, characterized in that the cell tracking device for fluorescence measurement.

The method of claim 6,
Cell tracking device for fluorescence measurement, characterized in that it further comprises a thermocouple for measuring the temperature inside the cell culture chip through a hole formed in one side of the cell culture chip.

The method of claim 6,
And the gas inlet and the gas outlet are connected to a gas sensor module.