KR20170096650A - 수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩 - Google Patents

수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩 Download PDF

Info

Publication number
KR20170096650A
KR20170096650A KR1020160017804A KR20160017804A KR20170096650A KR 20170096650 A KR20170096650 A KR 20170096650A KR 1020160017804 A KR1020160017804 A KR 1020160017804A KR 20160017804 A KR20160017804 A KR 20160017804A KR 20170096650 A KR20170096650 A KR 20170096650A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cell culture
ultrasonic
culture chamber
generator
water
Prior art date
Application number
KR1020160017804A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101916840B1 (ko
Inventor
박주영
최종률
조홍석
이화연
오성석
Original Assignee
재단법인 대구경북첨단의료산업진흥재단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인 대구경북첨단의료산업진흥재단 filed Critical 재단법인 대구경북첨단의료산업진흥재단
Priority to KR1020160017804A priority Critical patent/KR101916840B1/ko
Publication of KR20170096650A publication Critical patent/KR20170096650A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101916840B1 publication Critical patent/KR101916840B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/5005—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/04—Flat or tray type, drawers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/30—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
    • C12M41/34—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of gas
    • 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
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
    • G01N21/6458—Fluorescence microscopy

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩이 개시된다. 본 발명의 바이오칩은 세포 또는 생체 시료가 탑재되는 세포 배양 챔버와, 상기 세포 배양 챔버와 미세유로로 연결되어 시료를 주입하는 시료주입포트와, 상기 세포 배양 챔버에 초음파를 발생하는 초음파 발생장치, 및 상기 세포배양챔버의 주위를 감싸도록 탈기수가 채워진 수조를 포함하고, 상기 초음파 발생장치는 탈기수 내에서 초음파를 발생하도록 구성함으로써, 초음파 기반 시료 전달 효율 향상 자극기기 및 저강도 또는 고강도 초음파 치료기기의 유효성, 안전성 및 신뢰성을 전임상 단계에서 용이하게 테스트할 수 있는 효과가 있다.

Description

수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩{BIO CHIP WITH UNDERWATER ULTRASONIC INTERGRATED MODULE}
본 발명은 바이오 칩을 이용한 관찰시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파 발생 모듈을 이용한 바이오칩을 구성하고, 이러한 바이오 칩을 이용하여 초음파 자극을 통해 유효성 및 안전성을 확보할 수 있도록 관찰할 수 있는 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩과 이를 이용한 관찰 시스템에 관한 것이다.
최근 의료 분야에서 초음파의 다양한 치료효과에 대한 관심이 집중되고 있다. 또한, 이러한 치료 효과에 대하여 많은 임상적 실험결과가 발표되고 있으며, 그에 따른 치료기기가 개발되고 있다. 그러나 초음파가 세포에 미치는 영향은 정확히 연구되어 있지 않은 실정이다. 이에 따라 초음파가 신체에 미치는 영향에 대한 정확한 메커니즘을 밝히고자 하는 연구가 진행되고 있으며, 이를 위하여 세포에 초음파 자극을 줄 수 있는 다양한 초음파 자극기가 개발되고 있다.
특히, 초음파를 이용해 시료의 전달 효율을 향상시키거나 저강도 초음파를 이용해 세포 및 장기의 질환을 직접 치료하는 등의 초음파 기반 의료기기가 활발하게 연구되고 있다.
현재 사용되고 있는 초음파 세포 자극기는 크게 세가지 종류로 나누어 볼 수 있다.
첫번째로는, 상용화된 초음파 자극기를 이용하여 세포가 배양되고 있는 시스템 위에 부착하여 자극을 주는 장치가 있다("Therapeutic Ultrasound Stimulation of Tendon Cell Migration"(Liang-Wei Chieh, Connective tissue research, 2008;49 (5):367-73)).
두번째로는, 미국 특허 공개 번호 US20070299539A1의 "Ultrasound accelerated tissue engineering process"에 기재된 세포자극기와 같이, 세포 배양 챔버의 바닥면에 초음파 자극기를 부착하여 제작한 장치가 있다.
이러한 세포 자극기는, 첫번째 세포 자극기에 비하여 초음파의 균일한 전달이 용이하며, 전달되는 초음파의 크기를 조절할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 세포 배양 챔버의 바닥면에 초음파 자극기를 부착하고 있기 때문에, 세포 실험에서 꼭 필요한, 현미경을 이용한 관찰이 용이하지 않다는 문제점이 있다.
또한, 장치 내부에 세포 배양액의 온도와 CO2 농도를 유지하는 장치가 설치되기 때문에, 이에 가려져 현미경을 이용한 세포의 관찰이 용이하지 않다는 문제점이 있다.
세번째로는, 바늘형태의 초음파 발생기를 세포 배양 챔버에 삽입하여 세포에 자극을 주는 세포자극기가 있다.
이러한 세포자극기에 의하면, 현미경으로 세포의 변화를 관찰하는 것이 가능해진다. 그러나 이 경우는 포인트 소스(point source)를 이용하기 때문에, 세포 자극의 크기를 정밀하게 제어하거나 세포자극을 일정한 크기로 계속하여 가하기 힘들다는 문제점이 있다.
이러한 초음파 의료기기를 임상 전 단계에서 검증하기 위한 방법 중 하나가 세포/생체 시료 단계에서 초음파 자극을 통해 유효성 및 안전성을 확보하는 방안 중의 하나이기 때문에 이러한 소자, 모듈, 시스템이 필요하다.
KR 공개 특허 공보 제10-2014-0136702호(2014.12.01)
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 초음파 자극의 유효성 및 안전성을 세포/생체 시료 단계에서 검증하기 위한 초음파 자극 장치가 장착된 바이오칩 을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩은 세포 또는 생체 시료가 탑재되는 세포 배양 챔버와, 상기 세포 배양 챔버와 미세유로로 연결되어 시료를 주입하는 시료주입포트와, 상기 세포 배양 챔버에 초음파를 발생하는 초음파 발생장치, 및 상기 세포배양챔버의 주위를 감싸도록 탈기수가 채워진 수조를 포함하고, 상기 초음파 발생장치는 탈기수(Degassed water) 내에서 초음파를 발생하도록 구성함으로써, 달성될 수 있다.
이러한 초음파 발생장치는 상기 세포 배양 챔버가 위치한 평면에 대하여 소정 각도 기울어져 초음파를 발생하도록 동작된다.
한편, 배양액의 온도를 조절하는 온도조절소자가 상기 수조에 설치하면, 배양 챔버의 온도를 조절하거나 일정하게 유지하게 할 수 있다.
상기 탈기수를 통하여 상기 세포 배양 챔버에 연결되어, 상기 세포 배양 챔버 내의 CO2농도를 조절하는 CO2발생기를 포함하도록 구성하면, 챔버의 CO2농도를 일정하게 유지할 수 있다.
그리고, 세포 배양 챔버를 둘 이상 구성하고, 초음파 발생장치가 장착된 챔버와 장착되지 않은 챔버로 구별하여 구성하면, 초음파 자극의 유효성 및 안전성을 보다 효과적으로 관찰할 수 있다.
따라서, 본 발명의 수침식 초음파 자극 장치가 장착된 바이오칩에 의하면, 초음파 기반 시료 전달 효율 향상 자극기기 및 저강도 또는 고강도 초음파 치료기기의 유효성, 안전성 및 신뢰성을 전임상 단계에서 용이하게 테스트할 수 있는 효과가 있다.
또한, 이를 통해 의료기기 인증평가 임상 단계의 실패에서 발생할 수 있는 비용 및 시간의 손실 또한 줄이고, 초음파 기반 의료기기에 대한 보완점 및 개선점 또한 저비용으로 마련하여 테스트할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩의 주요 구성도,
도 2는 세포 배양 챔버의 평면도,
도 3은 다른 세포 배양 챔버의 평면도,
도 4는 본 발명의 수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩을 이용하여 현미경으로 관찰하는 구성을 예시한 도면,
그리고,
도 5는 본 발명의 수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩을 구동하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 또한, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c, ...)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 한정하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 의한 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩의 주요 구성도로서, 본 발명의 바이오 칩(100)은 세포 배양 챔버(cell culture chamber;210)와 세포 배양 챔버(210)에 초음파를 발생하는 초음파 발생장치(300)와 탈기수가 채워진 수조(200)를 포함한다.
또한, 본 발명의 바이오 칩(100)은 세포 배양 챔버(210)에 CO2를 공급하는 CO2 발생기(120)와 세포 배양 챔버(210)에 시료를 주입하는 시료주입모듈(150)과 수조(200)의 탈기수를 순화시키는 순환부(130), 그리고 수조내의 탈기수의 온도를 일정하게 유지하기 위한 온도조절소장인 열전소자(140)를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 바이오칩(100)을 초음파 자극의 유효성 및 안전성을 현미경으로 관찰할 수 있도록 하기 위하여, 초음파 발생장치(300)는 세포 배양 챔버(210)가 위치한 평면에 대하여 소정 각도(θ) 기울어져 초음파를 발생하도록 구성함으로써, 현미경으로 관찰시 초음파 발생장치(300)에 가려 방해하는 것을 방지하는 데 하나의 특징이 있다.
도 1을 참고하면, 초음파 발생장치(300)가 세포 배양 챔버(210)가 위치한 평면의 수직선과 소정 각도(θ) 기울어져 수조(200)의 일측에 구비되어 있음을 알 수 있다.
이러한 구성으로, 본 발명의 바이오칩을 현미경에 장착하였을 때, 종래와 같이 상하에 배치하였을 경우 초음파 발생장치(300)에 가려져 세포의 관찰이 용이하지 않다는 종래의 문제점을 해결할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 바이오칩(100)이 현미경에 장착되었을 때, 시료주입모듈(150), 순환부(130), 열전소자(140), 그리고 CO2발생기(120)가 세포의 관찰을 방해하는 것을 방지하기 위하여 모두 수조(200)의 외벽 또는 내벽에 장착한다.
세포 배양 챔버(210)는 세포 또는 생체 시료가 탑재되고, 미세 유로(220)를 통하여 시료를 주입받고 시료를 배출하도록 동작된다.
미세 유로(220)를 통한 세포 배양 챔버(210)로의 시료의 공급은 시료주입모듈(150)에 의하여 주입관(151a)을 통하여 시료주입포트(151)로 공급하고, 시료배출포트(152)를 통하여 외부로 배출된다.
시료주입포트(151)는 제1미세 유로(221)를 통하여 세포 배양 챔버(210)로 시료를 공급하고, 사용된 시료는 세포 배양 챔버(210)로부터 제2 미세 유로(222)를 통하여 시료배출포트(152)에 배출된다.
이러한 시료에는 약물, 형광물질, 유전자 등을 포함할 수 있다.
또한, 시료배출포트(152)로 배출된 시료는 배출관(152a)을 통하여 외부로 배출한다.
바람직하게는 주입관(151a)은 수조(200)의 일측에 관통되어 장착되고, 배출관(152a)은 수조(200)의 타측에 관통되어 장착한다.
이때, 시료주입포트(151)와 시료배출포트(152)는 탈기수(230) 속에 위치하도록 수조(200)의 바닥에 설치하는 것이 바람직하다.
초음파 발생장치(300)는 세포 배양 챔버(210)가 위치한 평면의 수직선과 소정 각도(θ) 기울어져 수조(200)의 상방향에서 지지대(310)에 의하여 지지되어 탈기수(230) 내에서 초음파를 발생하여 탈기수(230)를 통하여 세포 배양 챔버(210)의 내부에 초음파 자극이 제어되는 제어공간(초음파가 전달되는 공간)을 형성하도록 한다.
이러한 제어공간은 세포 배양 챔버(210) 일부 또는 전부에 형성할 수 있으며, 효과적인 초음파 발생을 위하여 초음파 발생장치(300)는 연속적인 RF주파수를 가진 전기신호를 발생하는 신호발생부(330)와, 신호발생부(330) 일측에 구비되어 웨이브파형으로 출력된 전기신호를 스퀘어파 웨이브 또는 사인 웨이브 펄스파형으로 변조하는 파형변조와 변조된 펄스파형을 증폭하는 신호증폭부(320)를 포함한다.
본 발명에 따른 초음파 발생장치(300)는 세포 배양 챔버(100)로 초음파 자극을 균일하게 유지하고, 초음파 자극을 손실없이 전달할 수 있도록 구성하되, 탈기수(230) 속에서 동작할 수 있도록 구성한다.
이를 위하여 초음파 발생장치(300)는 저강도 또는 고강도 초음파를 형성하기 위해 초음파 파형을 발생하는 것으로서, 연속적인 RF주파수를 가진 전기신호를 발생하는 신호발생부(340)와, 신호발생부(340) 일측에 구비되어 웨이브파형으로 출력된 전기신호를 스퀘어파 웨이브 또는 사인 웨이브 펄스파형으로 변조하는 파형변조기(330) 및 파형변조기(330)에 연결되어 변조된 펄스파형을 증폭하는 신호증폭부(320)를 포함한다.
본 발명에 따른 초음파발생장치(300)를 구성하는 신호발생부(340), 파형변조기(330) 및 신호증폭부(320)는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것으로서 그 상세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명의 초음파 발생장치(300)는 초음파의 집속지점을 레이저포인터(미도시)로 확인할 수 있도록 하기 위하여 초음파 집속길이와 일치하는 초점의 레이저빔이 투사되도록 할 수 있다.
순환부(130)는 수조(200)의 외벽에 장착되어, 순환 펌프 등으로 구성하고 수조(200)의 탈기수(230)의 오염을 막기 위해 순환되도록 하는 장치로, 수조(200)의 일측에 탈기수 유입부(131)가 관통설치되고, 타측에 탈기수 유출부(132)가 관통설치되어 순환 정제 되도록 한다.
CO2발생기(120)는 소정 농도의 CO2 가스를 저장하고 있는 CO2공급 탱크(미도시)와 플로우 미터(Flow meter)(미도시)를 포함하여 세포 배양 챔버(210)의 CO2농도를 일정하게 유지하도록 한다.
또한, CO2발생기(120)는 미도시한 습도조절기를 통하여 적절한 습도를 가지게 하여 지속적으로 공급하여 세포 배양 챔버(210) 내의 CO2의 농도가 일정하게 유지될 수 있다.
이를 위하여 CO2발생기(120)도 수조(200)의 외벽에 설치되어, 튜브와 같은 CO2유입관(121)을 수조(200)의 일측에 관통하여 설치하고, 수조의 타측에 튜브와 같은 CO2유출관(122)을 관통설치한다.
그러나 순환부(130)에 CO2발생기(120)를 부착하면 별도의 튜브가 필요없게 구성할 수도 있다.
또한, 이산화탄소 농도를 일정하게 유지하기 위한 이산화탄소 농도 센서를 구비할 수 있음은 당연하다.
본 발명은 수침식 세포 배양 챔버를 지향하고 있으므로, 상술한 순환부(130)의 유입부(131)와 유출부(132) 그리고 CO2발생기(120)의 CO2유입관(121)과 CO2유출관(122)은 모두 수조(200) 내의 탈기수(230)내에 포함되는 즉 탈기수에 담그져 있는 위치에 설치하여야 한다.
열전소자(140)는 온도조절소자로서 수조내의 탈기수의 온도를 일정하게 유지하여, 세포 배양 챔버(210)의 온도가 적절하게 유지되도록 제어하기 위하여, 탈기수(230)에 직접 접촉되는 부위로서, 수조(200)의 일측에 장착된다.
따라서, 열전소자(140)는 온도 조절을 위해 항온용 히터 또는 반도체 열전소자가 적용될 수 있고, 온도 피드백을 위해 온도 센서가 포함될 수 있음은 물론이다.
이러한 열전소자(140)의 제어로 세포 배양 챔버(210)의 온도가 적절하게 유지되기 때문에 세포에 대한 실험이 진행되는 동안 세포가 잘 생존가능하게 된다.
본 발명에서는 간단한 제어로 온도를 조절할 수 있는 열전소자로 구성한 것을 예로 들었으나, 이에 한정하지 않고, 항온용 히터와 같이 제어를 통하여 온도를 유지할 수 있는 장치를 사용하는 것을 배제하지 않는다.
세포 배양 챔버(210)의 내부에서는, 초음파 자극이 제어되는 제어공간이 형성된다.
세포 배양 챔버(210)는 그 내부에 세포 또는 생체 시료가 탑재되고 미세 유로(220)를 통하여 시료를 주입받아, 초음파 발생장치(300)에서 발생하는 초음파로 세포 또는 생체 시료가 자극이 되도록 제어공간을 구성한다.
도 2의 세포 배양 챔버의 평면도를 참고하면, 시료주입포트(151)에서 주입되는 시료가 제1미세유로(221)를 따라 세포 배양 챔버(210)에 공급되고, 사용된 시료는 제2 미세유로(222)를 따라 시료배출포트(152)로 배출된다.
본 발명은 초음파 자극의 유효성 및 안전성을 보다 효과적으로 관찰할 수 있도록 하기 위하여 세포 배양 챔버를 둘 이상 구성하고, 초음파 발생장치가 장착된 챔버와 장착되지 않은 챔버로 구별하여 구성할 수 있다.
즉, 본 발명의 바이오칩은 단일 또는 다수의 세포 배양 챔버 또는 생체 시료 테스트부를 포함할 수 있고, 각각의 테스트부에 초음파 발생장치를 장착할 수 있고, 몇 개의 테스트부에 대해서는 초음파 발생장치를 장착하지 않고 그 결과를 비교해 분석하는 지표로 사용할 수 있다.
도 3의 다른 세포 배양 챔버의 평면도를 참고하면, 세포배양챔버(210)와 제2세포배양챔버(240)를 구성하고, 각각의 세포배양챔버(210,240)는 서로 다른 시료주입포트(151,153)와 시료배출포트(152,154)에 의하여 시료가 공급되도록 구성한 다음, 어느 하나의 세포 배양챔버에는 초음파 발생장치로 제어되게 하고, 다른 세포 배양챔버는 초음파 발생장치 없이 배양한 다음, 서로 비교할 수 있도록 하는 것이다.
이때, 시료주입포트(151,153)도 서로 다른 미세유로(221,241)로 각각 세포배양챔버(210,240)에 주입되고, 서로 다른 미세유로(222,242)를 통하여 각각의 시료배출포트(152,154)로 배출되도록 한다.
제어부(110)는 초음파발생장치(300), 순환부(130), 열전소자(140) 그리고 CO2발생기(120)를 제어하여 주변 환경을 최적의 조건으로 유지시켜 세포배양챔버(210)에 탑재된 시료가 초음파 자극의 유효성 및 안전성을 보다 효과적으로 관찰할 수 있도록 제어한다.
수조(200)는 상술한 구성의 제어부(110)와 초음파발생장치(300), 순환부(130), 열전소자(140) 그리고 CO2발생기(120)를 외벽 또는 내벽에 구비할 수 있도록 알루미늄(Al)과 플라스틱, 스테인레스 등과 같은 금속 재질로 구성할 수 있으며, 필요에 따라 물이 새지 않도록 방수 필름 및 코팅 처리가 이뤄질 수 있다.
상술한 구성들은 수조(200)의 내외벽에 플랫폼을 장착하여 구성할 수도 있다.
본 발명은 상술한 구성의 바이오칩을 현미경에서 직접 관찰할 수 있는 사이즈로 제작하여야 한다.
즉, 수조의 내외벽에 장착된 초음파발생장치(300), 순환부(130), 열전소자(140) 그리고 CO2발생기(120)와 함께, 현미경에 탑재하여 관찰을 할 수 있도록 하기 위하여, 수조의 크기를 현미경에 탈착할 수 있는 사이즈로 구성하고, 초음파 발생장치가 현미경 관찰을 방해하지 않도록 세포 배양 챔버(210)가 위치한 평면의 수직선과 소정 각도(θ) 기울어져 초음파를 조사하도록 구성하는 것이다.
도 4의 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩을 이용하여 현미경으로 관찰하는 구성을 예시한 도면을 참고하면, 현미경(400)의 대물렌즈(450)에 본 발명의 바이오칩(100)이 탑재되고, 초음파 발생장치(300)가 현미경의 관찰을 방해하지 않도록 비스듬하게 초음파를 세포 배양 챔버(210)로 조사하도록 구성되어 있음을 알 수 있다.
미설명부호 420은 광원이고, 421은 형광여기를 위한 입사광이 방출되는 광학소자를, 430과 440은 광분배필터를, 그리고, 410은 고감도 카메라를 411은 방출형광신호이다.
또한, 모듈화된 현미경이 초음파 발생장치와 맞물려 장착될 수 있으며, 현미경과 초음파 발생장치가 트리거 박스 등 전자회로에 의해 순차적으로 동작하게 할 수도 있다.
본 발명의 바이오칩의 재질로는 유리, 폴리디메칠실록산(PDMS) 등 생체 적합한 재료들이 사용 가능하며, 폴리카보네이트, 아크릴 등으로 케이스를 구성할 수 있다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 바이오 칩을 이용하여 현미경으로 관찰하는 방법에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩을 구동하는 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 도면을 참고하면, 먼저 수조(200)에 각종 장치가 구비되어 있는 지 확인하되, 특별히 초음파 발생장치(300)가 수조의 지지대(310)에 세포 배양 챔버(210)가 위치한 평면의 수직선과 소정 각도(θ) 기울어져 부착되어 있는지 확인한다(S110).
단계 S110에서 각종 장치의 부착이 확인되면, 단계 S120에서는 세포 배양 챔버(210)에 세포 또는 관찰하고자 하는 생체 시료를 주입한다(S120).
이후, 세포 배양 챔버(210)에 주입된 세포 또는 시료의 종류에 따라 배양하거나 안정화단계를 수행한다(S130).
단계 S130에서 세포 또는 시료가 안정되면, 본 발명의 바이오칩(100)을 현미경에 장착하여 생체 시료의 준비가 완료되었음을 확인하고, 제어부(110)는 시료주입모듈(150)을 제어하여, 시료주입포트(151)에 주입관(151a)를 통하여 테스트할 시료를 주입하고, 시료주입포트(151)는 주입된 시료를 제1미세 유로(221)를 통하여 세포 배양 챔버(210)로 시료가 주입되게 한다(S140).
세포 배양 챔버(210)로 시료가 주입되면, 제어부(110)는 신호발생부(330)에 테스트하고자 하는 초음파 발생신호를 전송하여 초음파 발생장치(300)에서 초음파가 세포 배양 챔버(210)의 세포 또는 시료에 주사되게 한다(S150).
이때, 제어부(110)는 순환부(130), 열전소자(140) 그리고 CO2발생기(120)를 함께 제어하여, 세포 배양 챔버(210)가 일정한 온도와 CO2농도를 유지하고, 필요한 경우 탈기수(230)가 순환되도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(110)의 순환부(130), 열전소자(140) 그리고 CO2발생기(120)의 제어는 이 단계에서뿐만이 아니라, 신속한 테스트를 위하여 테스트 전에 환경을 조성할 수 있음은 물론이다.
단계 S150단계에서 초음파가 세포 배양 챔버(210)로 주사되면, 세포 배양 챔버(210)내의 세포 또는 시료를 현미경을 통하여 관찰하여 시료전달 효율 등을 확인한다(S160).
상술한 바와 같이 바이오칩(100)을 현미경에 부착하여 세포/생체시료의 변화를 형광현미경으로 관찰하고, 장기간 세포/생체시료의 변화 관측을 위해 CO2, 온도, 습도 등을 조절하는 것이다.
단계 S160에서는 테스트할 시료의 전달 효율 등을 확인하고, 확인한 결과를 기초로 하여 시료의 유효성과 안정성을 분석하면 된다(S170).
한편, 다수의 세포 배양 챔버를 구성한 경우에 초음파 자극의 유무 또는 시료 주입의 유무에 따른 차이를 한 번에 비교분석 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바이오칩을 현미경을 통하여 관찰함으로써, 특정 세포에 대한 특정 시료 전달의 초음파 자극에 따른 전달 효율 향상 또는 초음파 자극에 따른 질병 생체 시료의 치료 효과를 분석할 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.
100 : 바이오 칩 120 : CO2 발생기
130 : 순환부 140 : 열전소자
150 : 시료주입모듈 151 : 시료주입포트
152 : 시료배출포트 200 : 수조
210 : 세포 배양 챔버 220 : 미세유로
221 : 제1미세유로 222 : 제2미세유로
230 : 탈기수 300 : 초음파 발생장치
310 : 지지대 320 : 신호증폭부
330 : 신호발생부 400 : 현미경

Claims (6)

  1. 세포 또는 생체 시료가 탑재되는 세포 배양 챔버;
    상기 세포 배양 챔버에 초음파를 발생하는 초음파 발생장치;및
    상기 세포배양챔버의 주위를 감싸도록 탈기수가 채워진 수조;
    를 포함하고,
    상기 초음파 발생장치는
    탈기수 내에서 초음파를 발생하도록 동작되는 수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 초음파 발생장치는
    상기 세포 배양 챔버가 위치한 평면에 대하여 소정 각도 기울어져 초음파를 발생하도록 동작되는 수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 세포 배양 챔버와 미세유로로 연결되어 시료를 주입하는 시료주입포트;
    를 포함하는 수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩.
  4. 청구항 1에 있어서,
    배양액의 온도를 조절하는 온도조절소자가 상기 수조에 설치되는 수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 탈기수를 통하여 상기 세포 배양 챔버에 연결되어, 상기 세포 배양 챔버 내의 CO2농도를 조절하는 CO2발생기를 포함하는 수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 세포 배양 챔버는
    둘 이상 구성하고, 초음파 발생장치가 장착된 챔버와 장착되지 않은 챔버로 구별되는 수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩.

KR1020160017804A 2016-02-16 2016-02-16 수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩 KR101916840B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160017804A KR101916840B1 (ko) 2016-02-16 2016-02-16 수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160017804A KR101916840B1 (ko) 2016-02-16 2016-02-16 수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170096650A true KR20170096650A (ko) 2017-08-25
KR101916840B1 KR101916840B1 (ko) 2018-11-09

Family

ID=59761507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160017804A KR101916840B1 (ko) 2016-02-16 2016-02-16 수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101916840B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109270430A (zh) * 2018-09-17 2019-01-25 陈肖兰 一种便携式生物芯片检测装置
CN110804536A (zh) * 2019-05-02 2020-02-18 金华职业技术学院 一种对细胞样品施加外界刺激的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005160340A (ja) * 2003-12-01 2005-06-23 Teijin Pharma Ltd 細胞培養装置および細胞培養方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109270430A (zh) * 2018-09-17 2019-01-25 陈肖兰 一种便携式生物芯片检测装置
CN110804536A (zh) * 2019-05-02 2020-02-18 金华职业技术学院 一种对细胞样品施加外界刺激的方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101916840B1 (ko) 2018-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5990177B2 (ja) 物質を音響的に処理するためのシステム
US9918694B2 (en) Acoustic treatment vessel and method for acoustic treatmet
US10295505B2 (en) Device for ultrasound tests
US9320995B2 (en) Method and apparatus for processing sample material
KR101916840B1 (ko) 수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩
ES2634699T3 (es) Métodos para preparar composiciones nanocristalinas usando acústica enfocada
US8322193B2 (en) Transdermal diffusion cell testing arrangements and methods
US11092521B2 (en) Method and system for acoustically treating material
JP2017511701A5 (ko)
RU2013151882A (ru) Микрофлюидная система для контроля концентраций молекул для стимулирования клетки-мишени
KR20210009300A (ko) 전기적 측정 실시 장치
JP2023510963A (ja) 細胞のトランスフェクションおよび細胞のクローン集団の生成のためのデバイスおよび方法
KR102235936B1 (ko) 초음파 트랜스듀서를 포함하는 세포 배양 시스템
KR101916841B1 (ko) 수침식 초음파 발생장치가 장착된 바이오칩 및 이를 이용한 관찰시스템
Chen et al. A transparent low intensity pulsed ultrasound (LIPUS) chip for high-throughput cell stimulation
KR101706153B1 (ko) 미세유체칩 기반 세포 배양 시스템
Gray et al. Studying cavitation enhanced therapy
Leskinen et al. Nonuniform temperature rise in in vitro osteoblast ultrasound exposures with associated bioeffect
CN211471434U (zh) 低强度聚焦超声细胞实验设备
KR101073089B1 (ko) Ｘ선 산란용 시료유지 장치
JP7488175B2 (ja) 超音波処理装置
JP2022161080A (ja) 試料観察モジュール
RU2639805C2 (ru) Способ направленного неинвазивного воздействия на морфологическое состояние клеток-мишеней тканей представителей семейства кошачьих
JP2010019722A (ja) 染色剤処理装置及び染色剤処理方法
RU2001135459A (ru) Способ и устройство для комбинированной лазерной доставки лекарств

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right