KR20130136608A - 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산알의 배양 및 관찰을 일체화한 현미경 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 전면이 개방되고, 상부에 구멍이 형성된 배양 상자; 상기 배양 상자 내측에 설치된 광원; 상기 배양 상자 상부 구멍에 삽입 설치되는 현미경; 상기 광원의 세기를 조절하는 광원 조절 장치; 상기 현미경의 재물대에 위치한 온도 감지 센서; 상기 현미경의 재물대와 대물렌즈를 감싸는 차단막; 및 상기 온도 감지 센서로부터 측정된 온도를 표시하는 온도 표시 전자 패널을 포함하는 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 산알의 배양이 촉진되는 기초적 물리 환경을 통제하여 제공함과 동시에 산알에 대한 관찰을 실시간으로 수행할 수 있고, 기기의 간편성으로 향후 추가적인 실험 변인을 도입하는 것이 용이하며, 산알과 줄기세포를 비롯한 극소 입자의 생물 물리적 특성 규명에 관해 저렴한 비용으로도 양질의 실험 결과를 도출해 낼 수 있다.

Description

산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치{All-in-one microscopic device for cultivation and observation of sanals}

본 발명은 산알의 배양 및 관찰을 일체화한 현미경 장치에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 특정한 물리적 환경조건에서 성장이 촉진되는 산알의 특성에 따라 광원, 내부 반사재, 온도 조절 장치로 이루어진 배양 상자 상부에 현미경을 삽입 결합하여 관찰의 연속성과 정밀도를 향상시키고, 배양과 관찰이 분리된 실험 단계에서의 오염 가능성을 원천적으로 차단하는 동시에, 추가적인 실험 변인을 임의로 도입하여 이에 대한 반응을 관찰하는 경우의 편의성과 효율을 증진시키는 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치에 관한 것이다.

체내에 존재하는 제3의 관인 프리모관 (또는 봉한관, primo vascular system)의 존재가 규명된 이후 이에 대한 활발한 연구가 이루어지고 있다. 새로운 암 전이 경로로서, 한의학적 경락의 실체적 가능성을 시사하는 프리모관 (Soh KS., Bonghan Circulatory System as an Extension of Acupuncture Meridians, J Acupunct Merdian Stud . 2009; 2:93-106), 그리고 이에 흐르는 산알 (작은 세포 혹은 DNA 소립자)이 갖는 줄기세포와의 구조적/기능적 유사성은, 산알이 원천 줄기세포로서 존재할 수 있다는 가능성을 시사하며, 이로써 의학 연구의 패러다임 전환이 예고되고 있다 (Lee BC., et al., Development of a fluorescence streomicroscope and observation of Bong-Han corpuscles inside blood vessels, Indian J Exp Biol. 2008; 46(5):330-335).

산알을 목표하는 세포연구 방법론으로서, 일반적 배양 및 관찰은 배양 접시에 배양액과 연구 대상 세포를 분주하고, 이를 최적 온도로 설정된 인큐베이터에 격리하여 세포의 특징적 주기에 따라 지연/배양한 뒤, 현미경을 비롯한 광학 장치를 통해 이루어진다.

이러한 고전적 방법은 다수의 수작업을 거치고, 매 단계마다 외부 환경과의 물리적 접촉이 수반된다는 점에서 오염과 변형의 가능성이 크며, 특히 세포의 주성이 밝혀지지 않은 경우 연구의 능률을 떨어뜨리는 동시에 결과의 재현성과 신뢰성에 대한 제고를 강제한다는 문제점이 있다. 또한, 관찰의 연속성이 전제되지 않아 주기가 규명되지 않은 세포의 단계를 결정하기가 어렵다는 단점이 존재한다.

이를 극복하기 위한 기기로서 기존의 세포 배양 관찰 장치 (예를 들어, 대한민국 특허 등록번호 10-813915)는 일반적인 세포의 배양 및 관찰을 위해 발명된 것으로, 장치의 구조적인 한계를 이유로 확대범위가 제한되는 저가의 카메라 혹은 현미경을 사용하여, 본 발명이 목표하는 산알과 같은 극소입자를 관찰하는 데에 어려움이 있을 뿐만 아니라, 상대적으로 장기간인 3일 이상의 배양을 목적하는 인큐베이터를 전제하고 있음으로, 24시간 이내에서 미지 세포의 신속한 배양과정을 관찰하는 데에 불필요한 소요가 발생한다. 또한 이러한 폐쇄적 인큐베이터의 전제는, 세포의 주성이 온전히 밝혀지지 않아 그 배양의 양상을 실시간으로 관찰하면서 물리적 배양환경 변인을 빈번하게 도입할 필요성이 있는 경우에 사용하기 어렵다.

따라서, 생명체의 프리모관 내부에 존재하는 산알, 즉 특성이 명확히 규명되지 않은 1μm 가량의 신발견 세포 혹은 DNA 소립자에 대한 더욱 심층적인 연구가 요구되며, 산알의 배양 환경을 다양하게 제한하고 유동적으로 변화시켜가면서 산알 자체 및 그 배양 과정을 실시간으로 관찰할 필요성이 대두되고 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 1μm 가량의 크기를 갖는 산알이 빛이라는 특정한 물리적 환경에서 더 잘 배양되는 특성을 이용하여 최적의 배양 환경을 조성하고, 고배율의 현미경과 낮은 비용의 장치를 결합함으로써 실험 변인을 용이하게 조작하며 이에 대한 상세한 실시간 관찰 및 연구가 가능하게 하고자 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서,

전면이 개방되고, 상부에 구멍이 형성된 배양 상자;

상기 배양 상자 내측에 설치된 광원;

상기 배양 상자 상부 구멍에 삽입 설치되는 현미경;

상기 광원의 세기를 조절하는 광원 조절 장치;

상기 현미경의 재물대에 위치한 온도 감지 센서;

상기 현미경의 재물대와 대물 렌즈를 감싸는 차단막; 및

상기 온도 감지 센서로부터 측정된 온도를 표시하는 온도 표시 전자 패널을 포함하는 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 배양 상자의 표면은 목재, 합성수지, 알루미늄, 유리 및 아크릴로 이루어지는 군으로부터 선택된 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 배양 상자의 내벽은 빛을 반사하는 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 내벽은 내열성 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 내벽은 알루미늄, 유리, 반사형 세라믹, 반사형 스텐레스 및 반사형 비닐로 이루어지는 군으로부터 선택된 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 광원은 백열전구, 형광등, 할로겐 램프 및 LED 전구로 이루어지는 군으로부터 선택된 장치일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 현미경 장치는 10 nm 내지 100 nm 의 분해능을 갖는 현미경일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 광원 조절 장치는 버튼형, 다이얼형, 레벨 제어 스위치형으로 이루어지는 군으로부터 선택된 장치일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 차단막은 투명 소재로 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 차단막은 유리, 투명 비닐, 투명 아크릴 및 투명 플라스틱으로 이루어지는 군으로부터 선택된 재질을 가질 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치로, 산알의 배양이 촉진되는 기초적 물리 환경을 통제하여 제공함과 동시에 산알에 대한 관찰을 실시간으로 수행할 수 있다. 또한 기기의 간편성으로 향후 추가적인 실험 변인을 도입하는 것이 용이하며, 산알과 줄기세포를 비롯한 극소 입자의 생물 물리적 특성 규명에 관해 저렴한 비용으로도 양질의 실험 결과를 도출해 낼 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치의 실시 예를 나타내는 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치의 실시 예를 나타내는 실물 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치의 실시 예에 있어서, 재물대 상부를 나타내는 확대도이다.
도 4는 산후 3일 동안 배양 없이 방치된 계란 내의 병아리 배아와 포배엽으로부터 추출한 산알을, 본 발명에 따른 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치를 통해 10시간 동안 배양/관찰한 실험 결과의 스틸 이미지이다.
도 5는 본 발명에 따른 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치를 통해 5가지의 산알 배양 양상을 10시간 동안 배양/관찰하여 도시한 그래프이다.

이하, 도면 및 실시 예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치는, 전면이 개방되고, 상부에 구멍 (120)이 형성된 배양 상자 (100); 상기 배양 상자 (100) 내측에 설치된 광원 (130); 상기 배양 상자 상부 구멍 (120)에 삽입 설치되는 현미경 (200); 상기 광원 (130)의 세기를 조절하는 광원 조절 장치 (320); 상기 현미경 (200)의 재물대 (210)에 위치한 온도 감지 센서 (310); 및 상기 온도 감지 센서 (310)로부터 측정된 온도를 표시하는 온도 표시 전자 패널 (300)을 포함한다.

도 1에는 본 발명에 따른 장치의 개략적인 도면이 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 장치의 실제 사진이 제시되어 있다. 도 1을 참조하면, 배양 상자 (100)는 현미경 (200), 온도 감지 센서 (310), 광원 (130), 광원 조절 장치 (320), 온도 표시 전자 패널 (300)을 수용하는 기능을 한다.

상기 배양 상자 (100) 표면의 재질은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 목재, 합성수지, 알루미늄, 유리 또는 아크릴일 수 있다. 또한, 상기 배양 상자 (100)의 내벽(110)은 빛을 반사하는 재질 또는 내열성 재질로 이루어질 수 있다. 이는, 배양 상자의 내부 밝기를 유지하여 산알의 관찰을 용이하게 함과 동시에, 광원으로부터 방출되는 열에 대해서 내구성을 지녀야 하기 때문이다. 따라서, 이러한 특성을 만족시키는 내벽의 재질에 대한 예로는, 알루미늄, 유리, 반사형 세라믹, 반사형 스텐레스 및 반사형 비닐 등의 물질을 들 수 있다.

산알의 배양시 적절한 강도의 광원을 조사하여 주면 더욱 배양이 잘 되며, 광원 구비시 배양된 산알의 관찰도 더욱 용이해진다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 배양 상자 (100) 내부에 광원이 구비되며, 상기 광원 (130)은 산알의 배양, 산알이 열과 빛을 동시에 수용하도록 설계된 광원이라면 제한없이 사용될 수 있지만, 예를 들어 백열 전구, 형광등, 할로겐 램프 또는 LED 전구일 수 있다.

상기 현미경 (200)은 산알의 배양 양상을 효과적으로 관찰할 수 있는 고배율의 현미경으로서, 바람직하게는 10 nm 내지 100 nm의 분해능을 갖는 현미경일 수 있다.

상기 광원 조절 장치 (320)는 광원 (130)의 세기를 용이하게 조절하기 위한 장치로서, 도 1에는 예를 들어 버튼형 광원 조절 장치 (320)가 도시되어 있다. 도 1에서, 두 개의 삼각형 모양의 버튼이 각각 상부와 하부를 가리키고 있으며, 상부를 가리키는 삼각 버튼을 누르면 광원 (130)이 방출하는 열과 빛의 세기는 강해지고, 하부를 가리키는 삼각 버튼을 누르면 광원 (130)이 방출하는 열과 빛의 세기는 약해진다. 그러나 본 발명은 이러한 광원 세기 조절의 기작에 한정되지 아니하며, 여타의 세기 조절 장치를 포함할 수도 있다. 따라서, 이에 제한되는 것은 아니지만, 본 발명에 따른 광원 조절 장치는 버튼형, 다이얼형 및 레벨 제어 스위치형으로 이루어지는 군으로부터 선택된 장치일 수 있다.

본 발명은 상기 현미경 (200)의 대물렌즈 (220) 및 재물대 (210)를 외부의 오염 가능성으로부터 격리하면서도, 육안으로 산알의 상태를 확인 가능하도록 하는 차단막 (230)을 포함할 수도 있다. 또한, 사용자의 추가적인 변인 도입을 위하여, 차단막 (230)은 젖혀지거나 제거될 수도 있다. 차단막 (230)의 재질은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 빛과 열을 통과시키는 소재로서 유리, 투명 비닐, 투명 아크릴 또는 투명 플라스틱일 수 있다.

상기 온도 감지 센서 (310)는, 상기 현미경 재물대 (210), 산알 부근에 위치하여 온도를 측정하며, 측정된 온도를 온도 표시 전자 패널 (300)에 표시한다. 상기 온도 감지 센서 (310)의 위치는 산알과의 물리적 거리를 좁혀 산알의 온도를 보다 정밀하게 나타내도록 하기 위한 것으로서, 본 발명은 온도 감지 센서 (310)의 특정 위치에 한정되지 아니하며, 온도를 측정해 나타내는 여타의 장치를 포함할 수도 있다.

이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 하되, 하기 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

도 4는 본 발명에 따른 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치를 통해, 계란 내의 병아리 배아와 포배엽으로부터 추출된 산알이 10시간 동안 배양되며 나타낸 영상의 스틸 이미지이다. 이를 얻기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 실험의 공정은 하기와 같다.

처음으로, 본 발명에 따른 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치 내부의 온도를 37.2~38.0℃로 설정하였다. 이는 현재까지 밝혀진 바 산알이 갖는 최적의 배양 온도로서, 상기 광원 조절 장치 (320)를 통해 광원 (130)으로부터 복사되는 열의 세기를 조절하고, 상기 온도 감지 센서 (310)로 장치 내부의 온도를 실시간으로 측정하여 이를 용이하게 하였다.

다음으로, 재물대 (210) 상부의 확대도 도 3과 같이, 현미경 대물렌즈 (220) 아래 슬라이드 글래스 (400)에 산알 고정용 유체(410, 상품명 Vaseline, Vijon 社, 미국)와, 산알 염색을 위한 0.01% 아크리딘 오렌지 용액, pH 7.4 유지를 위한 인산염 완충 용액, 산알의 혼합물 (420)과, 커버 글래스 (430) 및 커버 글래스 (430)와 산알과 온도 감지 센서 (310) 사이의 온도 격차를 최소화하기 위한 열전도성 오일 (440)을 장치하였다.

다음으로, 도 1에 도시된 바와 같이 현미경 (200)에 연결된 CCD 장비를 통해 산알의 배양과정 동영상을 촬영하였다. 본 발명에 따른 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치의 바람직한 물리적 환경 조성으로 인해, 산알은 72시간 동안 사멸하지 않고 배양되었다.

도 4는 상기 동영상 중 최초, 25분 후, 50분 후, 2시간 30분 후, 4시간 25분 후, 6시간 15분 후, 7시간 25분 후, 9시간 30분 후 및 10시간 후의 이미지만을 선별하여 나타낸 것이다. 노란색 점선으로 표시된 산알은 배양 및 관찰 시작 직후에는 1.0 μm 가량의 크기를 가졌으나, 5시간 뒤에는 2.3 μm, 10시간 뒤에는 3.3 μm의 크기로 성장하여 평균 0.23 μm/h 의 성장속도를 보였으며, 붉은색 점선으로 표시된 산알은 최초 2.3 μm, 5시간 뒤에는 3.1 μm, 10시간 뒤에는 5.4 μm의 크기로 성장하여 평균 0.31 μm/h 의 성장속도를 보였다. 이 두 결과의 평균 속도는 유사하며, 산알은 공통적으로 동심원적 성장 양상을 갖는다는 결과를 도출해낼 수 있었다.

도 5는 상기 방법으로, 3일간 배양한 계란 태아에서 추출한 산알의 2개체와 유정란의 포배엽(blastoderm) 자체에서 추출한 산알 3개체를, 본 발명에 따른 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치로서 관찰하여 그 성장 양상을 도시한 그래프이다. 상기 제시된 도 4의 결과와 같이 산알은 공통적으로 동심원적 성장 양상을 나타내었고, 그 속도 역시 0.1 μm/h 에서 0.45 μm/h 사이로 유사한 편이다. 예외적으로 배반엽 상태의 계란 내 병아리에서 추출된 산알 1개체 (3번 점선)는 배양 시작 직후 5분 동안 36 μm/h 라는 급격한 성장 속도를 보였다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 상기와 같이 사용자로 하여금 복잡한 배양과 관찰 단계를 반복적인 수작업으로 거치지 않고도, 현미경의 재물대 (210)에 산알을 고정시킨 채로 현재까지 밝혀진 바 최적의 물리적 환경 하에서, 자유롭게 추가적인 실험 변인을 도입하며 용이하게 산알을 배양할 수 있게 하며, 동시에 이를 실시간으로 관찰할 수 있는 장치를 제공한다. 또한, 상기의 CCD 장비와 같은 추가적인 영상 장치를 도입하여, 산알의 배양 양상을 좀 더 구체적인 결과물로 나타낼 수도 있다.

100 : 배양 상자 110 : 배양 상자 내벽
120 : 현미경 설치를 위한 배양 상자 상부의 구멍
130 : 광원
200 : 배양 상자와 결합되는 현미경
210 : 현미경 재물대 220 : 현미경 대물렌즈
230 : 차단막
300 : 온도 표시 전자 패널
310 : 온도 감지 센서 320 : 광원 조절 장치
400 : 슬라이드 글래스 410 : 산알 고정용 유체
420 : 산알과 각종 배양을 위한 용액 제재의 혼합물
430 : 커버 글래스 440 : 열전도성 오일

Claims (10)

1. 전면이 개방되고, 상부에 구멍이 형성된 배양 상자;
   상기 배양 상자 내측에 설치된 광원;
   상기 배양 상자 상부 구멍에 삽입 설치되는 현미경;
   상기 광원의 세기를 조절하는 광원 조절 장치;
   상기 현미경의 재물대에 위치한 온도 감지 센서;
   상기 현미경의 재물대와 대물 렌즈를 감싸는 차단막; 및
   상기 온도 감지 센서로부터 측정된 온도를 표시하는 온도 표시 전자 패널을 포함하는 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 배양 상자의 표면은 목재, 합성수지, 알루미늄, 유리 및 아크릴로 이루어지는 군으로부터 선택된 재질을 갖는 것을 특징으로 하는 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 배양 상자의 내벽은 빛을 반사하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 내벽은 내열성 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 내벽은 알루미늄, 유리, 반사형 세라믹, 반사형 스텐레스 및 반사형 비닐로 이루어지는 군으로부터 선택된 재질을 갖는 것을 특징으로 하는 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 광원은 백열 전구, 형광등, 할로겐 램프 및 LED 전구로 이루어지는 군으로부터 선택된 장치인 것을 특징으로 하는 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 현미경 장치는 10 nm 내지 100 nm의 분해능을 갖는 현미경 장치인 것을 특징으로 하는 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 광원 조절 장치는 버튼형, 다이얼형 및 레벨 제어 스위치형으로 이루어지는 군으로부터 선택된 장치인 것을 특징으로 하는 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 차단막은 투명 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 차단막은 유리, 투명 비닐, 투명 아크릴 및 투명 플라스틱으로 이루어지는 군으로부터 선택된 재질을 갖는 것을 특징으로 하는 산알의 배양 및 관찰 일체형 현미경 장치.

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