KR20130124742A - 비율 계량 감지법을 이용한 산소 농도 측정 방법 및 장치 - Google Patents
비율 계량 감지법을 이용한 산소 농도 측정 방법 및 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20130124742A KR20130124742A KR1020120048102A KR20120048102A KR20130124742A KR 20130124742 A KR20130124742 A KR 20130124742A KR 1020120048102 A KR1020120048102 A KR 1020120048102A KR 20120048102 A KR20120048102 A KR 20120048102A KR 20130124742 A KR20130124742 A KR 20130124742A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- light
- oxygen concentration
- emitting dye
- dye
- light emitting
- Prior art date
Links
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 123
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 123
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 123
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 24
- 239000006143 cell culture medium Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 claims description 34
- 239000005092 [Ru (Bpy)3]2+ Substances 0.000 claims description 11
- DEGAKNSWVGKMLS-UHFFFAOYSA-N calcein Chemical compound O1C(=O)C2=CC=CC=C2C21C1=CC(CN(CC(O)=O)CC(O)=O)=C(O)C=C1OC1=C2C=C(CN(CC(O)=O)CC(=O)O)C(O)=C1 DEGAKNSWVGKMLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229960002378 oftasceine Drugs 0.000 claims description 8
- XIAYFENBYCWHGY-UHFFFAOYSA-N 2-[2,7-bis[[bis(carboxymethyl)amino]methyl]-3-hydroxy-6-oxoxanthen-9-yl]benzoic acid Chemical compound C=12C=C(CN(CC(O)=O)CC(O)=O)C(=O)C=C2OC=2C=C(O)C(CN(CC(O)=O)CC(=O)O)=CC=2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O XIAYFENBYCWHGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 abstract description 99
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 3
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000007954 hypoxia Effects 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000017074 necrotic cell death Effects 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- 230000017423 tissue regeneration Effects 0.000 description 2
- 239000005557 antagonist Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 231100000760 phototoxic Toxicity 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002407 tissue scaffold Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/76—Chemiluminescence; Bioluminescence
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
- G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
- G01N33/48707—Physical analysis of biological material of liquid biological material by electrical means
- G01N33/48735—Investigating suspensions of cells, e.g. measuring microbe concentration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
- G01N33/497—Physical analysis of biological material of gaseous biological material, e.g. breath
- G01N33/4975—Physical analysis of biological material of gaseous biological material, e.g. breath other than oxygen, carbon dioxide or alcohol, e.g. organic vapours
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Immunology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
본 발명은 산소 농도 측정 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 별도의 산소 센서 없이 마이크로 챔버 내부의 산소 농도를 측정하는 것이 가능한 산소 농도 측정 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 (a) 산소 민감성을 갖는 제1 발광 염료와 비산소 민감성을 갖는 제2 발광 염료를 포함하는 세포 배양액에 광을 조사하는 단계; (b) 상기 조사된 광에 따라 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광 및 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광에 대한 영상을 획득하는 단계; 및 (c) 상기 획득된 영상에 포함된 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보 및 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보를 이용하여 상기 세포 배양액의 산소 농도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 소 민감성을 갖는 발광 염료와 비산소 민감성을 갖는 발광 염료를 동시에 이용하여 별도의 산소 센서 없이 세포 배양액 내의 산소 농도를 측정할 수 있어 인공 지지체 내부의 산소 농도 측정에 대한 정확성을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
Description
본 발명은 산소 농도 측정 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 별도의 산소 센서 없이 인공 지지체 내부의 산소 농도를 측정하는 것이 가능한 산소 농도 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 조직 공학에서는 생체 조직의 재생을 위하여 환자의 몸에서 확보된 세포를 세포 배양에 의해 세포 수를 증가시키고 인공 지지체(scaffold)를 이용하여 3차원적인 구성을 갖는 생체 조직으로 재생하는 과정이 이루어지게 된다.
상기와 같은 과정에서 필수적으로 요구되는 인공 지지체의 경우 파종된 세포를 지지하고 재생될 신체 조직을 위한 일종의 틀이 되는 것이며, 인공 지지체 내부에서 배양되는 세포의 경우 인체 내의 세포와 같이 모세 혈관을 통하여 산소 및 영양분을 공급받을 수 없으므로 외부에서 산소 및 영양분이 주입되어야만 한다.
이에 따라, 인공 지지체 내부의 세포 배양액의 산소 분포 다시 말해서 산소 농도를 측정하는 것이 인공 지지체를 이용한 조직 재생 과정에서 현재 가장 큰 문제점으로 제시되고 있는 인공 지지체 내부에서 배양되는 세포의 저산소증으로 인한 괴사를 방지하기 위하여 필수적으로 요구되며, 이와 같이 세포의 저산소증으로 인한 괴사를 방지함으로써 세포 배양을 통한 생체 조직 재생의 성공률을 향상시킬 수 있게 된다.
그러나, 종래에 산소 농도 측정을 위해 이용되는 산소 센서의 경우 산소 검출부의 크기가 수 mm 내외이며 산소 센서 자체에서 산소가 소모되므로 인공 지지체 내부의 산소 농도를 측정하는데 있어서 한계가 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 산소 민감성을 갖는 발광 염료와 비산소 빈감성을 갖는 발광 염료를 동시에 이용하여 별도의 산소 센서 없이 인공 지지체 내부의 산소 농도를 효과적으로 측정할 수 있는 산소 농도 측정 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소 농도 측정 방법은 (a) 산소 민감성을 갖는 제1 발광 염료와 비산소 민감성을 갖는 제2 발광 염료를 포함하는 세포 배양액에 광을 조사하는 단계; (b) 상기 조사된 광에 따라 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광 및 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광에 대한 영상을 획득하는 단계; 및 (c) 상기 획득된 영상에 포함된 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보 및 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보를 이용하여 상기 세포 배양액의 산소 농도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (c) 단계에서 상기 세포 배양액의 산소 농도 측정은 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보 및 상기 제2 발광 염료부터 방출되는 광의 밝기 정보에 따른 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기와 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기의 비를 계산하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계에서 상기 제1 발광 염료는 [Ru(bpy)3]2+일 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계에서 상기 제2 발광 염료는 칼세인(calcein) 염료일 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소 농도 측정 장치는 광원;
상기 광원으로부터 산소 민감성을 갖는 제1 발광 염료와 비산소 민감성을 갖는 제2 발광 염료를 포함하는 세포 배양액 측으로 조사되는 광에 의해 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광 및 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광에 대한 영상을 획득하는 영상 획득부; 및 상기 영상 획득부에서 획득된 영상에 포함된 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보 및 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보를 이용하여 상기 세포 배양액의 산소 농도를 측정하는 영상 분석부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 영상 분석부는 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보 및 상기 제2 발광 염료부터 방출되는 광의 밝기 정보에 따른 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기와 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기의 비를 계산하여 상기 세포 배양액의 산소 농도를 측정할 수 있다.
또한, 상기 제1 발광 염료는 [Ru(bpy)3]2+일 수 있다.
또한, 상기 제2 발광 염료는 칼세인(calcein) 염료일 수 있다.
본 발명에 의하면 산소 민감성을 갖는 발광 염료와 비산소 민감성을 갖는 발광 염료를 동시에 이용하여 별도의 산소 센서 없이 세포 배양액 내의 산소 농도를 측정할 수 있어 인공 지지체 내부의 산소 농도 측정에 대한 정확성을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소 농도 측정 장치의 블록도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소 농도 측정 방법에 대한 순서도, 및
도 3 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소 농도 측정 방법에 대한 참고 그래프이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소 농도 측정 방법에 대한 순서도, 및
도 3 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소 농도 측정 방법에 대한 참고 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소 농도 측정 장치의 블록도 이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소 농도 측정 장치(1)는 광원(10), 영상 획득부(30), 영상 분석부(40), 필터부(50), 및 렌즈부(60)를 포함한다.
광원(10)은 산소 민감성을 갖는 제1 발광 염료와 비산소 민감성을 갖는 제2 발광 염료를 포함하는 세포 배양액(lq) 측으로 광(L)을 조사한다.
이때, 광원(10)은 수은 램프일 수 있고, 상기 제1 발광 염료는 산소 민감성 다시 말해서 산소 농도 변화에 따라 방출되는 빛의 세기가 변하는 특성을 갖는 [Ru(bpy)3]2+일 수 있으며, 상기 제2 발광 염료는 비산소 민감성 다시 말해서 산소 농도 변화에 따라 방출되는 빛의 세기가 변하지 않는 특성을 갖는 칼세인(calcein) 염료일 수 있고, 세포 배양액(lq)은 인공 지지체(20) 내부에 주입될 수 있다.
또한, 상기 제1 발광 염료로 [Ru(bpy)3]2+를 사용하는 이유는 산소 민감성을 갖는 발광 염료 중 물에 잘 녹으며 농도가 0 내지 2 × 10-4M 범위인 경우 장시간 사용하여도 광독성(phototoxic)의 영향이 없어 세포막의 손상 및 세포막 내부로의 침투가 발생하지 않기 때문이며, 상기 제2 발광 염료로 칼세인 염료를 사용하는 이유는 비산소 민감성을 갖는 발광 염료 중 광 흡수 및 광 발산이 이루어지는 파장 대역이 [Ru(bpy)3]2+와 교차하지 않으며 [Ru(bpy)3]2+와 물질량의 차이가 적기 때문이다.
또한, 세포 배양액(lq)에 주입되는 상기 제1 발광 염료의 양 및 상기 제2 발광 염료의 양은 각각 171.5μM 및 11.5μM 일 수 있다.
영상 획득부(30)는 광원(10)으로부터 조사되는 광(L)에 의해 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광 및 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광에 대한 영상을 획득한다.
영상 분석부(40)는 영상 획득부(30)에 의해 획득된 영상을 이용하여 세포 배양액(lq)의 산소 농도를 측정한다.
이때, 영상 분석부(40)는 영상 획득부(30)에 의해 획득된 영상에 포함된 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보 및 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보를 이용하여 세포 배양액(lq)의 산소 농도를 측정할 수 있다.
다시 말해서, 세포 배양액(lq)의 농도 측정은 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보 및 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보에 따른 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기와 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기의 비를 계산하는 비율 계량 감지법(ratio metric sensing method)에 의해 이루어질 수 있다.
또한, 상기와 같이 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기와 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기를 계산하는 비율 계량 감지법에 의해 세포 배양액(lq)의 산소 농도를 측정하는 이유는 이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
필터부(50)는 광원(10)으로부터 조사되는 광에 의해 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광 및 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광만이 영상 획득부(30)로 조사되도록 필터링하며, 렌즈부(60)는 영상 획득부(30)가 마이크로 챔버(20) 내부에 주입된 세포 배양액(lq)에 대한 확대된 영상을 얻을 수 있도록 하는 대물 렌즈일 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소 농도 측정 방법에 대한 순서도 이다.
S10에서 광원(10)으로부터 조사된 광(L)이 필터부(50)와 렌즈부(60)를 통과한 후 산소 민감성을 갖는 제1 발광 염료와 비산소 민감성을 갖는 제2 발광 염료를 포함하는 세포 배양액(lq) 측으로 조사된다.
이때, S10에서 광원(10)은 수은 램프일 수 있고, 상기 제1 발광 염료는 산소 민감성 다시 말해서 산소 농도 변화에 따라 방출되는 빛의 세기가 변하는 특성을 갖는 [Ru(bpy)3]2+일 수 있으며, 상기 제2 발광 염료는 비산소 민감성 다시 말해서 산소 농도 변화에 따라 방출되는 빛의 세기가 변하지 않는 특성을 갖는 칼세인(calcein) 염료일 수 있고, 세포 배앵약(lq)은 인공 지지체(20) 내부에 주입될 수 있다.
S20에서 영상 획득부(30)가 광원(10)으로부터 세포 배양액(lq) 측으로 조사되는 광에 의해 제1 발광 염료로부터 방출되는 광 및 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광에 대한 영상을 획득한다.
S30에서 영상 분석부(40)가 영상 획득부(30)에서 획득된 영상을 이용하여 세포 배양액(lq)의 산소 농도를 측정하면 종료가 이루어진다.
이때, S30에서 세포 배양액(lq)의 산소 농도 측정은 영상 획득부(30)에 의해 획득된 영상에 포함된 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보 및 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보를 이용하여 이루어질 수 있다.
다시 말해서, S30에서 세포 배양액(lq)의 산소 농도 측정은 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보 및 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보에 따른 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기와 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기의 비를 계산하는 비율 계량 감지법(ratio metric sensing method)에 의해 이루어질 수 있다.
또한, 상기와 같이 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기와 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기를 계산하는 비율 계량 감지법에 의해 세포 배양액(lq)의 산소 농도를 측정하는 이유는 이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소 농도 측정 방법에 대한 참고 그래프이다.
이때, 도 3 내지 도 5에서 Co2(%)는 세포 배양액(lq) 내의 용존 산소농도를 의미하고(단, Co2(%) 100%는 대기 중의 산소 농도인 21%를 의미함), R0는 세포 배양액(lq)의 용존 산소농도가 0%인 경우의 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기와 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기의 비율(다시 말해서 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기를 I1, 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기를 I2라 하는 경우 I1/I2를 의미한다.) 및 R은 세포 배양액(lq)의 용존 산소농도 각각에서의 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기와 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기의 비율을 의미한다.
먼저, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 산소 농도에 따른 세포 배양액(lq)에 포함된 산소 민감성을 갖는 제1 발광 염료([Ru(bpy)3]2+)로부터 방출되는 광의 밝기의 경우(도 3의 (a)에서 마름모 형태로 도시) 그래프 상에서 세포 배양액(lq) 내의 산소 농도가 감소함에 따라 점진적으로 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 비산소 민감성을 갖는 제2 발광 염료(calcein)로부터 방출되는 광의 밝기의 경우(도 3의 (a)에서 사각형 형태로 도시) 그래프 상에서 세포 배양액(lq) 내의 산소 농도와 관계없이 거의 일정한 것을 확인할 수 있다.
그러나, 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기의 경우 그래프 상에서 세포 배양액(lq) 내의 산소 농도가 30%인 지점에서 증가하는 것을 확인할 수 있는데, 이는 산소 민감성을 갖는 발광 염료만을 이용하여 세포 배양액(lq)내의 산소 농도를 측정하는 경우 광퇴색(Photobleaching) 및 리칭(leaching) 현상, 빛의 밝기의 변화, 또는 샘플에 의한 빛의 흡수와 분산, 흡수 광(excitation light), 또는 염료의 농도에 따라 방출되는 빛의 밝기 변화가 발생할 수 있기 때문이다.
이에 따라, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 세포 배양액(lq)의 산소 농도에 따른 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기와 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기의 비율을 계산하여 그래프로 나타내는 경우(도 3의 (b)에서 사각형 형태로 도시) 그래프 상에서 세포 배양액(lq) 내의 산소 농도가 감소할수록 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기와 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기의 비율이 점차 증가하는 것을 확인할 수 있고, 도 3의 (a)와는 달리 산소 농도가 30%인 지점에서도 광의 밝기가 증가하는 현상이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 세포 배양액(lq)에 대한 산소 농도 측정에 있어서 공간상의 오차를 확인하기 위한 도 4에 도시된 그래프의 경우 세포 배양액(lq) 내의 산소 농도가 각각 46.6%와 12.7%일 때 관찰 영역 내(0 내지 750μm)에서 공간적으로 큰 오차 없이 일정한 것을 확인할 수 있고, 밝기 비를 기준으로 하였을 때 산소의 농도와 관계없이 약 0.01 정도의 차이를 보이고 있음을 확인할 수 있다.
또한, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 세포 배양액(lq) 내에서 좌측 부분에 세포들이 몰려있고 우측 부분에는 배양액이 몰려있는 경우의 산소 농도를 측정한 그래프인 도 5의 (b)를 확인해보면 세포들이 몰려있는 좌측 부분에서 들어가는 입구 부분에서 측정된 밝기 비(제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기와 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기의 비)가 가장 높게 나타나며 우측으로 갈수록 밝기 비가 점점 감소하는 반비례 형태가 되는 것을 확인할 수 있는데, 이는 세포들이 몰려있는 좌측 부분에서 세포들에 의해 산소가 계속적으로 소모되므로 산소 농도가 낮아지게 되며 배양액이 몰려있는 우측 부분에서는 배양액에 의해 산소량이 회복되므로 산소 농도가 높아지기 때문이다.
또한, 이와 동일한 사실을 도 5의 (c)에 도시된 위치에 따른 세포 배양액(lq) 내의 산소 농도 그래프에서 확인할 수 있는데, 다시 말해서 도 5의 (c)에서 확인할 수 있듯이 세포들이 몰려있는 좌측 부분의 경우 세포들에 의해 산소가 계속적으로 소모되므로 주변의 산소량이 가장 적어지고 우측으로 갈수록 배양액에 의해 산소량이 회복되므로 그래프가 비례 형태로 나타나게 된다.
본 발명에 따른 산소 측정 장치 및 방법의 경우 산소 민감성을 갖는 제1 발광 염료인 [Ru(bpy)3]2+과 비산소 민감성을 갖는 제2 발광 염료인 칼세인 염료를 동시에 이용하기 위하여 세포 배양액(lq) 내에 상기 제1 발광 염료 및 상기 제2 발광 염료를 포함시킨 후 광원으로부터 조사된 광에 의해 상기 제1 발광 염료 및 상기 제2 발광 염료로부터 각각 방출되는 광의 밝기 비를 계산하는 방식으로 세포 배양액에 포함된 산소 농도를 측정할 수 있게 된다.
따라서, 종래에 사용되던 별도의 산소 센서 없이 세포 배양액 내의 산소 농도를 측정할 수 있어 인공 지지체 내부의 산소 농도 측정에 대한 정확성을 향상시키는 것이 가능해진다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(1) : 산소 농도 측정 장치 (10) : 광원
(30) : 영상 획득부 (40) : 영상 분석부
(50) : 필터부 (60) : 렌즈부
(30) : 영상 획득부 (40) : 영상 분석부
(50) : 필터부 (60) : 렌즈부
Claims (8)
- (a) 산소 민감성을 갖는 제1 발광 염료와 비산소 민감성을 갖는 제2 발광 염료를 포함하는 세포 배양액에 광을 조사하는 단계;
(b) 상기 조사된 광에 따라 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광 및 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광에 대한 영상을 획득하는 단계; 및
(c) 상기 획득된 영상에 포함된 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보 및 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보를 이용하여 상기 세포 배양액의 산소 농도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 농도 측정 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 세포 배양액의 산소 농도 측정은 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보 및 상기 제2 발광 염료부터 방출되는 광의 밝기 정보에 따른 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기와 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기의 비를 계산하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 산소 농도 측정 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 제1 발광 염료는 [Ru(bpy)3]2+인 것을 특징으로 하는 산소 농도 측정 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 제2 발광 염료는 칼세인(calcein) 염료인 것을 특징으로 하는 산소 농도 측정 방법. - 광원;
상기 광원으로부터 산소 민감성을 갖는 제1 발광 염료와 비산소 민감성을 갖는 제2 발광 염료를 포함하는 세포 배양액 측으로 조사되는 광에 의해 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광 및 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광에 대한 영상을 획득하는 영상 획득부; 및
상기 영상 획득부에서 획득된 영상에 포함된 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보 및 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보를 이용하여 상기 세포 배양액의 산소 농도를 측정하는 영상 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 농도 측정 장치. - 제 5항에 있어서,
상기 영상 분석부는 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기 정보 및 상기 제2 발광 염료부터 방출되는 광의 밝기 정보에 따른 상기 제1 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기와 상기 제2 발광 염료로부터 방출되는 광의 밝기의 비를 계산하여 상기 세포 배양액의 산소 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 산소 농도 측정 방법. - 제 5항에 있어서,
상기 제1 발광 염료는 [Ru(bpy)3]2+인 것을 특징으로 하는 산소 농도 측정 장치. - 제 5항에 있어서,
상기 제2 발광 염료는 칼세인(calcein) 염료인 것을 특징으로 하는 산소 농도 측정 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120048102A KR20130124742A (ko) | 2012-05-07 | 2012-05-07 | 비율 계량 감지법을 이용한 산소 농도 측정 방법 및 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120048102A KR20130124742A (ko) | 2012-05-07 | 2012-05-07 | 비율 계량 감지법을 이용한 산소 농도 측정 방법 및 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130124742A true KR20130124742A (ko) | 2013-11-15 |
Family
ID=49853426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120048102A KR20130124742A (ko) | 2012-05-07 | 2012-05-07 | 비율 계량 감지법을 이용한 산소 농도 측정 방법 및 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20130124742A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10620128B2 (en) | 2014-02-17 | 2020-04-14 | Eaton Intelligent Power Limited | Oxygen sensor having a tip coated large diameter optical fiber utilizing a trichroic prism or tricolor sensor |
-
2012
- 2012-05-07 KR KR1020120048102A patent/KR20130124742A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10620128B2 (en) | 2014-02-17 | 2020-04-14 | Eaton Intelligent Power Limited | Oxygen sensor having a tip coated large diameter optical fiber utilizing a trichroic prism or tricolor sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Meier et al. | Referenced luminescent sensing and imaging with digital color cameras: A comparative study | |
| CN105960202B (zh) | 降低化学-光学传感器位点中对挥发酸或碱的不可逆的交叉灵敏度 | |
| US9945824B2 (en) | Core-shell nanofiber-based sensors | |
| Leiner | Luminescence chemical sensors for biomedical applications: scope and limitations | |
| CN107884396B (zh) | 一种基于光学显微镜的抗坏血酸浓度在线传感分析方法以及辅助显色剂 | |
| JP2005525580A5 (ko) | ||
| DE60045687D1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der wirkung eines medikaments auf zellen | |
| JPS63196853A (ja) | センサーシステム | |
| CN105555192B (zh) | 对用于经皮应用的化学光学传感器的调节 | |
| Hofmann et al. | Ratiometric luminescence 2D in vivo imaging and monitoring of mouse skin oxygenation | |
| EP2805151B1 (de) | Optode zur bestimmung von chemischen parametern | |
| JP2017508140A (ja) | 光ルミネセンス検出のための装置及び方法 | |
| CN205374301U (zh) | 一种测量溶液浓度的装置 | |
| JP2016521581A (ja) | 化学−光学センサスポットにおける浸透圧変動の補正 | |
| CN105044065B (zh) | 一种用于荧光法测定叶绿素含量的藻液的制备方法 | |
| KR20130124742A (ko) | 비율 계량 감지법을 이용한 산소 농도 측정 방법 및 장치 | |
| CN106556593B (zh) | 一种固定三联吡啶钌及电化学发光检测孔雀石绿的方法 | |
| RU2015103341A (ru) | Способ твердофазной экстракции красителя малахитового зеленого | |
| CN107389640B (zh) | 两点积分式荧光寿命快速检测系统 | |
| CN102914526A (zh) | 丹磺酸作为荧光探针检测汞离子浓度的方法 | |
| Sen et al. | Characterization of planar phosphorescence based oxygen sensors on a TCSPC-PLIM macro-imager | |
| US20220133177A1 (en) | Rolled multilayer chemical sensing elements and devices and system including the same | |
| CN113416540B (zh) | 一种应用于检测药物性耳聋试剂的碳点及其制备方法 | |
| US20180177443A1 (en) | System and single-channel biosensor for and method of determining analyte value | |
| CN105548299B (zh) | 一种快速检测土壤中乙草胺残留的方法及检测装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |