KR20180085216A - 세포 대사 측정 실험 장치 - Google Patents

세포 대사 측정 실험 장치 Download PDF

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KR20180085216A
KR20180085216A KR1020170008613A KR20170008613A KR20180085216A KR 20180085216 A KR20180085216 A KR 20180085216A KR 1020170008613 A KR1020170008613 A KR 1020170008613A KR 20170008613 A KR20170008613 A KR 20170008613A KR 20180085216 A KR20180085216 A KR 20180085216A
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황의원
이정재
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(주) 동국이노텍
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Abstract

본 발명은 세포 대사 측정 실험 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 세포 대사 측정 실험 장치는 약물을 대상 웰에 대해서만 적시에 선택적으로 토출할 수 있어 실험의 정확도를 높일 수 있고, 토출되는 약물의 양을 정밀하게 제어할 수 있다. 또한 세포 대사 측정을 통해 약물이 세포에 대해서만 미치는 영향도 확인할 수 있으며, 세포 대사 측정 실험 장치가 자동으로 작동하도록 구현함으로써 다양한 실험을 수행하는 데 소요되는 시간을 최소화하고 사용자 편의성을 제공한다.

Description

세포 대사 측정 실험 장치{Experimental Apparatus For The Cellular Metabolism Measurement}
본 발명은 자동화된 실험 장치에 관한 것으로, 특히 세포 대사 측정 실험 장치에 관한 것이다.
세포 대사 측정은 수소 이온 농도, 산소 농도, 이산화탄소 농도 등을 측정하는 것 이다. 수소 이온 농도, 산소 농도, 이산화탄소 농도는 세포 대사의 정도를 대변하므로 세포의 활성의 지표로 널리 사용되고 있다. 따라서 세포 대사 측정 실험은 신약 발굴 및 개발, 약동력학 시험, 임성분석 등 바이오신약 산업, 식품산업 등에서 유용하게 사용될 수 있다.
세포 대사 측정을 자동으로 수행하는 장치가 알려져 있다. 예를 들어 히다찌공업주식회사가 출원하여 2004.6.17.자로 공개된 일본공개특허공보제 2004-170089호에 이러한 자동 분주 장치가 개시되어 있다. 이러한 장치에서 세포 대사 측정을 위해 마이크로플레이트에 약물을 흡인 및 토출하는 디스펜서는 주로 공압을 이용하여 구동되기 때문에 정밀한 정량 제어에 어려움이 있다. 특히나, 새로운 실험을 위해 약물을 바꿀 경우 디스펜서에 약물을 공급하는 전체 배관을 교체해야 하기 때문에 실험의 준비에 시간과 비용이 많이 드는 문제점이 있다.
미국등록특허공보 US 6,757,608 미국등록특허공보 US 6,335,204 일본공개특허공보제 2004-170089호
따라서 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 제안된 발명은 먼저, 토출되는 약물의 양을 정밀하게 제어할 수 있는 세포 대사 측정 실험 장치를 제공하는 데 있다.
나아가 일회용 토출 구조를 채택함으로써, 새로운 실험을 위해 디스펜서에 약물을 공급하는 전체 배관을 교체할 필요가 없는 세포 대사 실험 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한 세포 대사 측정을 통해 약물이 세포외에 미치는 영향을 배제할 수 있도록 하여 세포에 대해서만 미치는 영향에 대해서도 확인할 수 있도록 하는 데 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 세포 대사 측정 실험 장치는 웰 어레이(well array), 제 1 X-Y 갠트리(gantry), 약물 주입부, 측정부를 포함한다. 웰 어레이는 세포를 수용할 수 있다. 제 1 X-Y 갠트리는 웰 어레이를 측정 위치나 약물 주입을 위한 위치로 이동하도록 구동된다. 약물 주입부는 디스펜서 어레이(dispenser array)와 피펫 구동부를 포함할 수 있다.
디스펜서 어레이는 정량의 약물을 수용하고 웰 어레이로 토출하는 복수의 마이크로피펫(Micropipette)을 수용한다. 피펫 구동부는 액츄에이터(actuator)와 이송부를 포함할 수 있다. 액츄에이터는 마이크로피펫에 수용된 약물을 웰 어레이로 토출시킨다. 이송부는 마이크로피펫 중 지정된 것의 약물을 토출하도록 상기 액츄에이터를 이송하는 한다. 그리고 측정부는 약물이 주입된 웰에 대한 세포 대사 측정을 수행한다.
또한 웰 어레이는 실험 웰과 실험 웰에 인접하게 배치되는 기준 웰을 한쌍씩 구비하고, 디스펜서 어레이는 실험 웰과 기준 웰에 대하여 각각 동일 약물을 수용하도록 구성되는 적어도 한쌍의 마이크로피펫이 장착되고, 측정부는 실험 웰로부터 측정한 물리량과 기준 웰로부터 측정한 물리량의 차분에 기초하여 세포 대사를 측정할 수 있다.
또한 액츄에이터는 실험 웰과 기준 웰에 대응되는 한 쌍의 마이크로피펫에 대응되고 마이크로피펫의 상부를 눌러 약물을 토출하는 적어도 한 쌍의 누름봉을 포함할 수 있다.
한편, 디스펜서 어레이는 웰 어레이에 정렬되도록 배치되는 구조를 형성하도록 웰 어레이의 웰 간의 간격에 상응하는 간격을 유지하면서 종횡으로 배열된 복수의 디스펜서 블록을 포함하고, 각각의 디스펜서 블록은 복수의 마이크로피펫 수용할 수 있다.
또한, 각각의 디스펜서 블록은 상기 마이크로피펫이 장착되는 복수의 장착공을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 약물을 대상 웰에 대해서만 적시에 선택적으로 토출할 수 있어 실험의 정확도를 높일 수 있다.
또한 토출되는 약물의 양을 정밀하게 제어할 수 있다.
또한 새로운 실험을 위해 디스펜서에 약물을 공급하는 전체 배관을 교체할 필요가 없어 편의성을 제공한다.
또한 세포 대사 측정을 통해 약물이 세포에 대해서만 미치는 영향도 확인할 수 있다.
세포 대사 측정 실험 장치가 자동으로 작동하도록 구현함으로써 다양한 실험을 수행하는 데 소요되는 시간을 최소화하는 효과가 있다.
도 1은 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치의 약물 주입부의 사시도이다.
도 3은 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치의 약물 주입부의 분해 사시도이다.
도 4는 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치의 액츄에이터의 사시도이다.
도 5는 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치의 디스펜서 어레이의 측면 단면도이다.
도 6는 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치의 일양상에 따른 마이크로피펫을 나타낸 것이다.
도 7은 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치의 일양상에 따른 측정부의 일부 회로도이다.
도 8는 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치의 일양상에 따른 액츄에이터를 나타낸 것이다.
도 9은 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치의 일양상에 따른 디스펜서 어레이 평면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 방법 및 장치에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)를 나타내는 블록도이고, 도 2는 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)의 약물 주입부(60)의 사시도이다. 도 3은 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)의 약물 주입부(60)의 분해 사시도이며, 도 4는 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)의 액츄에이터(90)의 사시도이고, 도 5는 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)의 디스펜서 어레이(70)의 측면 단면도이다. 도 6는 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)의 일양상에 따른 마이크로피펫을 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)는 웰 어레이(40)(well array), 제 1 X-Y 갠트리(50)(gantry), 약물 주입부(60), 및 측정부(30)를 포함한다.
웰 어레이(40)는 세포를 수용할 수 있는 복수의 웰을 포함한다. 웰 어레이(40)는 일종의 마이크로플레이트(microplate)이다. 웰 어레이(40)는 센서막을 구비하는 복수의 웰(well)을 포함하며, 제 1 X-Y 갠트리(50)의 스테이지 테이블 상에 장착된다. 마이크로플레이트는 일양상에 따라 저면에 센서막을 구비할 수 있다. 웰 어레이(40)는 복수의 웰을 포함하는데, 웰 수는 6, 12, 24, 48, 96 등일 수 있다. 각각의 웰은 세포를 수용하며, 일양상에 따라 용존산소량(dissolved oxygen, DO) 검출용 센서막과 pH 검출용 센서막을 모두 포함할 수 있다. DO 검출용 센서막과 pH 검출용 센서막은 형광염료가 코팅된 형광 센서막일 수 있다. DO 검출용 센서막의 형광염료로는 루테늄 복합체(tris (4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) ruthenium (Ⅱ), Ru (dpp)3 2+)가 이용될 수 있으며, pH 검출용 센서막의 형광염료로는 hydroxypyrene-1,3,6-trisulfonic acid trisodium salt (HPTS)가 이용될 수 있다.
제 1 X-Y 갠트리(50)는 웰 어레이(40)를 측정 위치나 약물 주입을 위한 위치로 이동하도록 구동될 수 있다. 제 1 X-Y 갠트리(50)의 구동은 여러 양상에 따라 진행될 수 있다. 일 양상에 따르면 도 1에 도시된 바와 같이 사용자는 사용자 입출력부를 통하여 제 1 X-Y 갠트리(50)를 구동할 수 있다. 일예로 사용자가 제 1 X-Y 갠트리(50)를 소정의 위치로 구동하기 위해 키보드 또는 터치스크린을 이용하여 좌표값을 입력하거나 선택하면, 제어부(20)가 이를 읽어들여 좌표값이 가리키는 목적지로 제 1 X-Y 갠트리(50)를 구동하도록 할 수 있다. 다른 양상에 따라 제어부(20)는 메모리에 기 설정된 사용자 정의 프로토콜 메모리에 따라 제 1 X-Y 갠트리(50)를 구동할 수 있다. 사용자 정의 프로토콜은 웰 별로 실험 프로세스를 자동으로 수행하기 위한 정보이다. 사용자 정의 프로토콜은 사용자가 미리 정의한 웰 별 약물 주입량, 약물 종류, 약물을 주입하는 시점, 약물 주입 후 측정하기까지의 대기시간 정보, 측정 시점 등을 포함하는 웰별 실험 스케줄일 수 있다. 일 양상에 따르면, 세포 대사 측정 실험 장치(10)는 웰 별 사용자 정의 프로토콜 입력을 지원하는 그래픽 사용자 인터페이스를 더 포함할 수 있다. 사용자는 그래픽 사용자 인터페이스를 통해 웰 별 사용자 정의 프로토콜을 설정할 수 있고, 해당 정보를 사용자 정의 프로토콜 메모리에 저장할 수 있다. 제어부(20)는 사용자 정의 프로토콜 메모리로부터 사용자 정의 프로토콜 정보를 취득하고 이를 실행함으로써 스캐줄에 따라 제 1 X-Y 갠트리(50)를 구동할 수 있다. 한편, 제어부(20)는 사용자 정의 프로토콜에 따라 제어를 수행하기 전에 제 1 X-Y 갠트리(50)의 기준 위치 인식을 위한 위치 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어부(20)는 제 1 X-Y 갠트리(50)의 리미트 스위치(limit switch)를 이용하여 기준 위치를 인식한다. 이 같은 위치 인식 기술은 널리 알려져 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
제 1 X-Y 갠트리(50)는 제 1 X-Y 구동 스테이지 테이블을 포함할 수 있다. 제 1 X-Y 구동 스테이지 테이블은 제 1 X-Y 갠트리(50)와 일체를 이루어 제 1 X-Y 갠트리(50)의 구동에 따라 X축과 Y축, 즉 수평 상하좌우 방향을 따라 이동 가능한 테이블로서, 상부에는 웰 어레이(40)가 놓인다. 따라서 웰 어레이(40)는 X축과 Y축을 따라 이동할 수 있는바, 제 1 X-Y 갠트리(50)를 제어함에 의해 웰 어레이(40)의 특정 웰을 약물 주입 시점에 약물 주입기들 중 어느 하나의 하위에 위치시킬 수 있다. 이는 웰마다 원하는 약물을 자동으로 주입할 수 있음을 의미한다. 또한, 제 1 X-Y 구동 스테이지 테이블의 이동에 따라 자연스럽게 웰 내에서 교반이 이루어질 수 있다. 따라서, 제어부(20)는 교반을 목적으로 제 1 X-Y 구동 스테이지 테이블을 이동 제어할 수도 있다. 또한 세포 대사 측정 실험 장치(10)가 웰 별로 정해진 약물을 주입한 후에 웰 별로 정해진 시간 동안 웰 내에서 생·화학 반응이 이루어지도록 제 1 X-Y 구동 스테이지 테이블을 대기한 후 측정 시점에 제 1 X-Y 구동 스테이지 테이블이 측정 위치에 위치하도록 이동 제어할 수 있다. 혹은 제어부(20)는 미리 제 1 X-Y 구동 스테이지 테이블을 측정 위치로 이동시킬 수 있다. 일예로 초기화 단계와 같이 센서 보정 또는 측정 특성을 결정하기 위한 경우 제어부(20)는 미리 제 1 X-Y 구동 스테이지 테이블을 측정 위치로 이동시킬 수 있다. 그리고 제어부(20)는 제 1 X-Y 구동 스테이지 테이블을 기준 위치로 이동 제어할 수도 있고, 아니면 측정 위치로 그대로 둘 수도 있다. 그리고 계속하여 웰 별 사용자 정의 프로토콜에 따라 모든 측정이 완료될 때까지 동작을 수행할 수 있다.
약물 주입부(60)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 디스펜서 어레이(70)(dispenser array) 및 피펫 구동부(80)를 포함할 수 있다.
디스펜서 어레이(70)는 정량의 약물을 수용하고 웰 어레이(40)로 토출하는 복수의 마이크로피펫(Micropipette)을 수용한다. 디스펜서 어레이(70)는 일 양상에 따라 웰 어레이(40)의 상부, 그리고 피펫 구동부(80)의 하부 사이의 공간에 위치하도록 설치될 수 있다. 일예로 디스펜서 어레이(70)는 피펫 구동부(80)의 지지축을 디스펜서 어레이(70)의 지지축으로 사용하도록 지지축에 결합하여 설치될 수 있고, 또 다른 지지부재를 약물 지지부가 위치하는 바닥면에 설치하여 결합함으로써 설치될 수도 있다. 또한 디스펜서 어레이(70)는 어레이의 상부, 그리고 피펫 구동부(80)의 하부 사이의 공간에서 약물을 주입하는데 효과적인 소정의 높이에 고정되어 설치될 수도 있고, 별도의 z축 구동부에 탑재되어 상하 이동 되도록 할 수도 있다. 웰 어레이(40)가 제 1 X-Y 갠트리(50)에 의해 이송될 때, 마이크로피펫 하단이 웰에 걸려서 간섭되는 것을 막기 위해, 디스펜서 어레이(70)는 웰 어레이(40)의 이송 전에 z축 구동부에 의해 상부로 구동되어 웰 어레이(40)가 위치할 높이로부터 치워질 수 있다. 또한 약물 주입 시에는 디스펜서 어레이(70)가 웰 어레이(40)에 최대한 근접하여 약물을 주입하는 것이 바람직하므로 디스펜서 어레이(70)를 최저 위치로 하강하여 주입한다.
도 3에 도시된 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)의 일양상에 따른 디스펜서 어레이(70)는 상부 블록 결합판(142), 디스펜서 수용기둥(141)(140), 하부 블록 결합판(143)으로 구성될 수 있다. 디스펜서 수용기둥(141)(140)은 일양상에 따라 디스펜서 수용기둥, 상부 결합용 블록, 하부 결합용 블록을 포함할 수 있다. 디스펜서 수용기둥은 마이크로피펫을 수용하는 기둥일 수 있다. 또한 상부 결합용 블록과 하부 결합용 블록은 각각 디스펜서 수용기둥의 상단과 하단에 결합될 수 있다. 디스펜서 수용기둥에 결합된 상부 결합용 블록과 하부 결합용 블록은 각각 상부 블록 결합판(142)과 하부 결합판과 결합되어 형성될 수 있다. 이와 같은 디스펜서 어레이(70) 구조는 디스펜서 수용기둥(141)(140)간을 일정간격으로 결합하도록 하여 어레이 구조로써 배열되는 것을 가능하게 한다. 디스펜서 수용기둥은 일양상에 따라 원기둥일 수도 있고, 다른 양상에 따라 다각기둥일 수도 있다. 또한 상부 블록 결합판(142)과 하부 블록 결합판(143)은 디스펜서 수용기둥(141)(140)이 어레이 구조를 형성할 수 있도록 하는 형태의 블록, 일예로 사각블록 또는 육각 기둥일 수 있다. 다만, 웰 어레이(40)의 각각의 웰에 대하여 각각의 디스펜서 수용기둥(141)(140)이 대응될 수 있는 웰 간 간격을 고려하고 디스펜서 수용기둥(141)(140)간 결합이 효과적으로 이루어 질 수 있도록, 디스펜서 수용기둥(141)(140)의 구조는 상술한 형태 이 외에도 다른 양상으로도 구현이 가능하다. 디스펜서 어레이(70)가 상하 이동이 가능한 경우 디스펜서 어레이(70)는 제어부(20)에서 측정 명령이 실행되면 측정 위치에 위치한 웰 어레이(40)의 상단 면에 안착되도록 z축 구동부를 하방으로 구동할 수 있다. 한편, 제 1 X-Y 갠트리(50)의 동작으로 웰 어레이(40)를 X-Y축으로 좌우 이동할 수 있기 때문에 디스펜서 어레이(70)와 웰 어레이(40)는 정렬되어 배치될 수 있다. 각각의 웰에 대응되는 디스펜서 어레이(70)의 각각의 디스펜서 수용기둥(141)(140)은 디스펜서는 각각의 웰에 일대일로 대응될 수도 있고, 일대다로 대응되도록 정렬되어 배치될 수도 있다. 디스펜서 수용기둥(141)(140)은 도 3에 도시된 바와 같이 디스펜서 어레이(70)를 구성하는 단위 블록이다. 각각의 디스펜서 수용기둥(141)(140)은 마이크로피펫을 장착하거나 마이크로피펫과 일체로 형성될 수 있다. 디스펜서 수용기둥(141)(140)이 마이크로피펫을 장착하는 경우의 마이크로피펫은 일회용 마이크로피펫일 수 있다. 또한 디스펜서 수용기둥(141)(140)이 마이크로피펫과 일체로 형성되는 경우는
한편 마이크로피펫은 공지된 기술로써 마이크로리터(㎕)단위로 액체를 흡입 또는 토출할 수 있는 디스펜서의 일종을 말한다. 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)는 디스펜서 어레이(70)에 마이크로피펫 이외의 다른 종류의 디스펜서를 수용할 수 있다. 따라서 일실시예에서는 세포 대사 측정 실험 분야에서 널리 사용되는 마이크로피펫을 사용하는 경우를 든 것일 뿐 다른 디스펜서를 사용하여 산업상 이용할 수 있다.
마이크로피펫은 일반적으로 약물을 수용하는 실린더, 실린더 내부의 다공성 플러그(160), 플런저(150)를 포함할 수 있다. 그리고 피스톤은 일양상에 따라 마이크로피펫에 포함되는 구성일 수도 있고, 다른 양상에 따라 약물의 흡입하거나 토출하기 위해 마이크로피펫과 결합하여 사용하는 마이크로피펫 밖의 구성일 수도 있다. 마이크로피펫은 기본적으로 모세관 현상(Capillary action)을 이용하여 액체를 흡입한다. 모세관 현상만을 이용해서는 마지막 한방울의 액체까지 정밀하게 액체를 흡입하고 토출하기 어렵기 때문에 마이크로피펫은 다공성 플러그(160)를 더 포함하게 되었다. 다공성 플러그(160)는 습윤시에만 공기 불침투성을 갖으므로 흡입하기로 선택한 액체 부피를 보다 세밀하게 조절할 수 있다. 상술하고 있는 다공성 플러그(160)는 미국등록특허공보 US 6,335,204의 도 7에 도시된 porous plug 24 에 대응된다. 미국등록특허공보 US 6,335,204의 도 7을 본 명세서의 도 6에 도시하였다. 도 6에 도시된 바와 같이 다공성 플러그(160)는 실린더 내부에 플런저(150)가 제1 오픈엔드를 향하여 다공성 플러그(160)를 누름조작함으로써 모은 유체 또는 액체를 분배할 수 있도록 튜브에 배치 되어 흡입한 마이크로피펫의 실린더 내부 액체의 마지막 한방울까지 웰에 토출할 수 있는 기능을 한다. 또한 일실시예예 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)의 디스펜서 어레이(70)에 장착되는 마이크로피펫은 에어 플러그(air plug)를 더 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 에어 플러그는 피스톤에 탑재되어 피스톤을 가로질러 기압을 균형화시키기 위해 작동하는 특성을 가짐으로써 마이크로피펫이 흡입할 액체를 수용하고 있는 시험관으로부터 마이크로피펫의 삽입과 빼냄을 용이하도록 하는 역할을 한다. 그리고 피스톤은 외부 압력을 액체에 인가해서 마이크로피펫을 채울 수 있도록 한다. 일양상에 따른 피스톤은 도 6에 도시된 바와 같이 두개의 홀을 갖을 수 있는데 첫번째 홀은 실린더를 끼울 수 있는 홀이며, 두번 째 홀은 에어플러그가 지나가는 홀이다.
일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)의 디스펜서 어레이(70)가 수용하는 마이크로피펫은 일 양상에 따라 도 6에서 피스톤을 제거한 나머지 마이크로피펫일 수 있다. 실험자는 마이크로피펫의 실린더에 사전에 도 6에 도시된 액체 전사 장치를 이용하여 약물을 흡입한 다음 흡입된 마이크로피펫을 디스펜서 어레이(70)에 장착하여 약물의 주입을 준비하도록 할 수 있다. 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)의 디스펜서 어레이(70)가 수용하는 마이크로피펫은 다른 양상에 따라 마이크로피펫을 디스펜서 어레이(70)와 일체로 형성함으로써 약물의 흡입과 토출이 디스펜서 어레이(70) 상에서 모두 가능하도록 할 수도 있다. 일예로 분주팁이 장착되고 약물의 흡입과 토출이 가능한 마이크로피펫을 디스펜서 어레이(70)와 일체로 형성하도록 디스펜서 어레이(70)에 내장하도록 구비할 수 있다. 이는 공지된 기술이므로 발명의 요지를 설명하는 데 방해가 되므로 구체적인 구현 방법에 대해서는 생략하도록 한다.
한편, 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)의 약물의 토출은 일예로 도 5에 도시된 디스펜서 어레이(70)의 측단면도의 일부를 각각 확대한 B와 C를 통해 설명할 수 있다. 도 5의 C에 도시된 디스펜서 어레이(70)의 블록 디스펜서는, 도 6에 도시된 마이크로피펫이 약물을 수용하고 있는 상태로써 약물을 토출하기 전의 측면 단면도를 나타낸 것이다. 그리고 도 5의 B에 도시된 디스펜서 어레이(70)의 블록 디스펜서는, 디스펜서 어레이(70)는 도 6에 도시된 마이크로피펫이 수용하고 있던 약물을 모두 토출한 후의 측면 단면도를 나타낸 것이다. 도 5의 C에 도시된 디스펜서 어레이(70)의 블록 디스펜서는 실험자가 사전에 별도로 마이크로피펫에 약물을 흡입한 다음 흡입된 마이크로피펫을 디스펜서 어레이(70)에 장착한 다음 디스펜서 어레이(70)의 측면 단면도일 수 있다. 또한 그리고 도 5의 B에 도시된 디스펜서 어레이(70)의 블록 디스펜서는 후술할 액츄에이터(90)의 누름봉(1)이 해당 마이크로피펫의 상단부인 플런저(150)를 눌러 후 다공성 플러그(160)의 위치가 도 5의 C상의 위치에서 도 5의 B상의 위치인 디스펜서의 바닥면 까지 하강 이동함으로써 마이크로피펫이 수용하고 있는 약물을 모두 토출한 나타내는 디스펜서 어레이(70)의 측면 단면도일 수 있다.
한편, 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)의 디스펜서 어레이(70)가 수용하는 마이크로피펫의 피스톤은 일양상에 따라, 소수성이며 혐기성 재질일 수 있다. 마이크로피펫이 수용하는 약물은 주로 수용성이기 때문에 소수성 재질의 피스톤을 사용함으로써 약물과 피스톤의 반응을 방지하여 정확한 실험을 수행할 수 있도록 할 수 있다. 또한 피스톤이 공기분자와 반응하지 않는 혐기성 재질인 경우 피스톤과 약물 간의 공기 접촉부를 최소화할 수 있어 마이크로피펫의 정량의 약물 흡입 또는 토출을 가능하도록 한다.
한편, 피펫 구동부(80)는 액츄에이터(90)(actuator)와 이송부(100)를 포함할 수 있다. 액츄에이터(90)는 마이크로피펫에 수용된 약물을 웰 어레이(40)로 토출시킨다. 액츄에이터(90)는 누름봉(1)을 상하로 구동하여 마이크로피펫의 플런저(150)를 누름으로써 마이크로피펫이 수용하는 약물을 토출할 수 있다. 이송부(100)는 마이크로피펫 중 지정된 것의 약물을 토출할 수 있는 위치로 상기 액츄에이터(90)를 이송한다. 또한 이송부(100)는 일양상에 제 1 X-Y 갠트리(50)와 식별하기 위해 제 2 X-Y 갠트리라 명명할 수 있다.
액츄에이터(90)는 공지된 기술로써 본 발명을 설명할 때 필요한 간단한 구성에 대해 도 4를 참고하여 설명할 수 있다. 액츄에이터(90)는 일예로 도 4에 도시된 바와 같이 누름봉(1), 승강 가이드(2), 승강 블록(3), z축 구동부(4)를 포함할 수 있다. 누름봉(1)은 디스펜서 어레이(70)가 수용하고 있는 마이크로피펫의 플런저(150)의 상단을 누르는 봉일 수 있다. 그리고 승강 블록(3)은 누름봉(1)을 고정하는 홈을 갖고 z축 구동부(4)가 승강할 수 있는 나사홈을 포함할 수 있다. z축 구동부(4)는 일 양상에 따라 승강 블록(3)에 나사 결합되는 스크루 및 스크루를 회전시키는 회전모터를 포함할 수 있다. 승강 가이드(2)는 일단부는 일양상에 따라 속이 빈 원통형 구조일 수 있다. 승강 가이드(2)의 하단부는 승강 블록(3)의 상판면과 접촉하고 승강 가이드(2)의 내부 원통면은 누름봉(1)과 접촉하도록 형성되어 있을 수 있고, 이와 같이 형성된 구조는 z축 구동부(4)의 회전모터가 회전하여 승강 블록(3)을 상하 이동시킬 때 승강 블록(3)에 고정되어 있는 누름봉(1)이 승강 블록(3)의 회전으로 인하여 상하로 밀림으로 움직이는 현상을 방지할 수 있다. 따라서 z축 구동부(4)의 회전모터에 의해 z축 구동부(4)의 스크루가 회전하면 승강 블록(3)에 고정되어 있는 누름봉(1)과 승강 가이드(2), 및 승강 블록(3)이 일체가 되어 상하로 이동할 수 있게 된다.
한편, 액츄에이터(90)는 하나일 수도 있고 복수개일 수 있다. 액츄에이터(90)는 일양상에 따라 하나 또는 두개일 수도 있고, 하나 이상의 열 배열 또는 하나 이상의 행 배열로 구비될 수도 있다. 또한 액츄에이터(90)는 소정의 열과 소정의 행의 조합의 배열로 구비될 수도 있다. 따라서 액츄에이터(90) 배열 어레이는 최대로는 디스펜서 어레이(70)의 각각의 디스펜서 수용기둥(141)(140)과 일대일 대응될 수 있는 개수를 갖는 정렬된 배열일 수 있다. 또는 일대다 대응하도록 인접하게 정렬된 배열일 수 있으며, 비 인접한 소정의 그룹 어레이의 집합일 수도 있다. 한편, 액츄에이터(90)는 일 양상에 따라 제 2 X-Y 갠트리의 스테이지 테이블 상에 장착되어 제 2 X-Y 갠트리의 구동에 의해 X-Y 레일을 따라 좌우로 이송될 수 있다. 또한 각각의 액츄에이터(90)는 각각의 액츄에이터(90)를 상하로 구동할 수 있는 각각의 z축 구동부(4)를 포함할 수 있다. 다른 양상에 따른 복수의 액츄에이터(90)는 하나의 z축 구동부(4)를 공유하여 구동될 수도 있다. 일예로 복수개의 액츄에이터(90)는 z축 구동부(4)의 구동에 따라 동일하게 상하로 구동될 수 있다. 일 양상에 따르면 액츄에이터(90) 및 이송부(100)는 사용자 입력에 따라 구동될 수 있다. 일예로 사용자는 사용자 인터페이스를 통해 해당 웰 어레이(40)를 선택하고, 선택한 웰 어레이(40)에 주입할 약물을 수용하고 있는 마이크로피펫을 디스펜서 어레이(70)상에서 선택하여 지정한 약물을 해당 웰에 주입하도록 할 수 있다. 사용자 인터페이스는 일양상에 따라 각각의 어레이의 대상 항목들을 터치하여 선택할 수 있는 터치스크린일 수도 있고, 마우스나 키보드 등의 입력수단으로 입력하는 입출력장치일 수도 있다. 한편, 사용자가 입력장치를 통해 약물 주입 지시 관련 정보를 입력하면 이 정보는 제어부(20)에 전송된다. 제어부(20)는 약물 주입 지시 관련 정보에 따라 제 2 X-Y 갠트리를 구동하여 제 2 X-Y 갠트리의 스테이지 테이블 상에 설치된 누름봉(1)이 입력 설정한 좌표에 위치하도록 액츄에이터(90)를 이송한다. 그 다음 약물 주입 지시 관련 정보에 포함된 해당 약물의 주입 시점에 맞춰 액츄에이터(90)의 누름봉(1)을 사용자 수동 조작에 따라 또는 사전에 프로그래밍 되어있는 대로 소정의 압력으로 정확한 높이만큼 하강 또는 상승 이동함으로써 해당 마이크로피펫의 약물이 해당 웰에 정량 토출될 수 있도록 정밀 조절할 수 있다. 한편, 웰 어레이(40)는 디스펜서 어레이(70)에 정렬 배치되도록 디스펜서 어레이(70)의 하부에, 미리 위치해 있을 수도 있고 사용자의 약물주입 명령에 따라 제 1 X-Y 갠트리(50)의 구동으로 이송되어 옴으로써 위치할 수 있다. 다른 양상에 따르면 액츄에이터(90) 및 이송부(100)는 사용자 정의 프로토콜 메모리에 설정된 실험 스케쥴에 따라 제어부(20)가 제어하여 구동될 수도 있다.
측정부(30)는 약물이 주입된 웰에 대한 세포 대사 측정을 수행한다. 세포 대사 측정을 위해 측정부(30)는 센서 보드와 센서 보드를 구동하는 센서 구동부를 포함할 수 있다. 센서보드는 일양상에 따라 온도센서일 수 있다. 온도센서는 공지된 기술로써, 웰 어레이(40)의 각각의 웰별 센서막 하단에 수직 대응되도록 센서 하우징에 장착되어 제 1 X-Y 갠트리(50) 스테이지 테이블의 상부에 일체로 마련될 수 있다. 또한 온도센서는 측정이 이루어 지는 측정위치에 고정되도록 센서 하우징에 장착되어 별도로 설치될 수 있다. 이 경우, 제어부(20)는 사용자 입력 또는 사용자 정의 프로토콜에 따라 웰별 측정시점이 되면 웰 어레이(40)를 측정부(30)의 각각의 온도센서가 웰별 하단에 정렬되어 위치하도록 제 1 X-Y 갠트리(50)를 구동하여 이송한 다음 세포 대사 측정을 진행할 수 있다. 일예로 제어부(20)는 기 설정된 측정위치의 중심좌표와 웰 어레이(40)의 중심좌표가 일치하도록 하는 프로그램을 실행하여 제 1 X-Y 갠트리(50)를 구동함으로써 웰 어레이(40)의 각각의 웰별 센서막 하단에 각각의 온도센서가 수직 대응되어 위치하도록 웰 어레이(40)를 이송할 수 있다. 일양상에 따라 온도센서로부터 측정된 웰별 온도 정보는 제어부(20)를 거쳐 메모리에 웰별 온도 측정 데이터로 자동 또는 수동 저장되도록 제어부(20)에 사전에 설정할 수 있다. 제어부(20)는 측정 즉시 전송받은 웰별 온도 측정 데이터를 유선 또는 무선통신으로 사용자 입출력부의 출력부에 출력하도록 전송할 수도 있고, 사용자가 사용자 인터페이스를 통해 메모리에 저장된 온도 측정 데이터를 확인할 수도 있다.
센서보드는 다른 양상에 따라 광학센서일 수 있다. 센서 보드는 발광소자와 수광소자를 포함하는 측정 센서가 센서막에 대응되도록 배열될 수 있다. 센서 보드는 센서 하우징에 장착되어 제 1 X-Y 갠트리(50) 스테이지 테이블의 상부에 일체로 마련될 수 있다. 그리고 센서 보드 상부에 웰 어레이(40)가 위치 되도록 할 수 있다. 센서 보드는 웰 어레이(40)의 웰마다 마련된 DO 검출용 센서막에 대해 일양상에 따라 수직적으로 대응되는 한 쌍의 DO 검출용 발광소자와 수광소자를 포함하며, 또한 웰마다 마련된 pH 검출용 센서막에 대해 수직적으로 대응되는 한 쌍의 pH 검출용 발광소자와 수광소자를 포함할 수 있다. 발광소자로는 LED(light emitting diode)가 사용될 수 있으며, 수광소자로는 포토다이오드(photodiode) 혹은 포토트랜지스터(phototransistor)가 사용될 수 있다. DO 검출용 발광소자가 광을 조사하면 DO 검출용 형광 센서막은 형광을 방출하게 되며, 이에 따라 DO 검출용 수광소자는 방출된 형광을 수신하게 된다. 그리고 pH 검출용 발광소자가 광을 조사하면 pH 검출용 형광 센서막은 형광을 방출하게 되며, 이에 따라 pH 검출용 수광소자는 방출된 형광을 수신하게 된다.
한편, 제어부(20)는 측정부(30)의 광학센서를 통해 측정된 물리량을 기초로 세포 대사를 측정할 수 있다. 일예로 제어부(20)는 기 프로그래밍 된 프로그램에 따라 센서 보드의 발광소자를 구동한 후 센서 보드의 수광소자 센싱신호가 트리거 레벨에 도달하는 데 걸리는 시간에 관련된 물리량을 측정함으로써 웰별 DO 또는 pH를 결정할 수 있다. 한편, 측정된 물리량으로부터 웰별 DO 또는 pH를 결정하는 방법은 제어부(20)가 측정된 물리량을 기 구축된 룩업테이블과 대조함으로써 가능하다. 룩업테이블은 물리량과 그에 대응되는 DO 또는 pH의 데이터 테이블이다. 룩업테이블은 일 양상에 따라 사전 실험에 의해 축적된 데이터일 수도 있다. 또한 룩업테이블은 다른 양상에 따라 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)가 장치의 초기화 단계에서 표준 용액의 주입 및 측정을 통해 센서를 보정하고 복수의 표준 용액의 주입 및 측정을 통해 측정의 특성을 결정하는 과정을 거쳐 축적된 데이터일 수도 있다. 제어부(20)는 일양상에 따라 웰별 측정된 물리량 또는 웰별 측정된 물리량으로부터 결정된 웰별 DO 또는 pH 데이터인 광학 측정 데이터를 메모리에 저장할 수 있다. 또한 제어부(20)는 광학 측정 데이터를 유선 또는 무선통신으로 사용자 입출력부의 출력부에 출력하도록 전송할 수도 있고, 사용자가 사용자 인터페이스를 통해 메모리에 저장된 광학 측정 데이터를 확인할 수도 있다.
측정부(30)는 일양상에 따라 셀카운터(cell counter)를 포함할 수 있다. 셀카운터는 웰에 살아있는 세포(alive cell) 수 또는 죽은 세포(dead cell) 수를 세어 세포 대사를 측정한다. 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)는 일 양상에 따라 현미경 측정법의 현미경, 입자계수기 등을 측정 위치에 구비하여 세포 대사를 측정할 수도 있고 그 밖에 상용화 셀카운터를 사용하여 세포 대사를 측정할 수도 있다. 또한 살아있는 세포만을 측정하고자 하는 경우에는 별도로 평판배지법(plate culture method), 박막여과법(membrane filtration), 최확수법(MPN, most probable number) 등의 측정법을 이용하여 세포 대사를 측정할 수도 있다.
도 7은 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)의 일양상에 측정부(30)의 일부 회로도이다.
도 7에 도시된 바와 같이 웰 어레이(40)는 실험 웰(110)과 실험 웰(110)에 인접하게 배치되는 기준 웰(120)을 한쌍씩 구비하고, 디스펜서 어레이(70)는 실험 웰(110)과 기준 웰(120)에 대하여 각각 동일 약물을 수용하도록 구성되는 적어도 한쌍의 마이크로피펫을 수용하고, 측정부(30)는 실험 웰(110)로부터 측정한 물리량과 기준 웰(120)로부터 측정한 물리량의 차분에 기초하여 세포 대사를 측정한다.
실험 웰(110)과 기준 웰(120)을 쌍으로 구비하는 목적은 약물이 세포 이외의 환경에 미치는 영향을 최소화하여 약물이 세포에만 미치는 영향을 분석할 수 있도록 하기 위함이다.
따라서 일 양상에 따라 실험 웰(110)과 기준 웰(120)은 모두 세포를 수용할 수 있다. 실험 웰(110)과 기준 웰(120)은 각각 동일한 수의 세포를 수용하고, 실험 웰(110)과 기준 웰(120) 모두에 동일한 양과 동일한 종류의 배양액을 수용하도록 하는 등 세포 배양의 기본 조건을 동일하게 맞춰주어 실험 웰(110)과 기준 웰(120) 각각의 측정 결과를 기초로 하여 약물이 세포에 미치는 영향을 분석할 수 있다. 이 경우, 실험 웰(110)에는 약물을 주입하고, 기준 웰(120)에는 약물 주입을 하지 않는 조건을 적용하도록 실험스케쥴을 짜고 수행함으로써 약물 이외의 조건이 세포에 미치는 영향을 배제하도록 한 결과, 약물이 세포에 미치는 영향을 세포 대사 측정 결과를 통해 확인하도록 할 수 있다. 이와 같은 실험 조건은 사용자 입력 또는 사용자 정의 프로토콜의 설정 및 실행 또는 기 프로그래밍 된 프로그램에 대한 제어부(20)의 실행을 통해 설정할 수 있다.
다른 양상에 따라 실험 웰(110)은 세포를 수용하고, 기준 웰(120)은 세포를 수용하지 않도록 할 수 있다. 이 경우, 동일한 종류, 동량의 동일 약물을 실험 웰(110)과 기준 웰(120) 모두에 동일하게 주입하는 조건을 설정하도록 하여 세포 대사 측정을 통해 약물이 세포에 대해서만 미치는 영향을 세포 대사 측정 결과를 통해 확인할 수 있다. 디스펜서 어레이(70)는 상기와 같이 기재한 이유로 실험 웰(110)과 기준 웰(120)에 대하여 각각 동일 약물을 수용하는 적어도 한쌍의 마이크로피펫을 수용하도록 할 수 있다. 동일 약물을 수용하는 한쌍의 마이크로피펫은 인접하여 배치될 수도 있고, 사용자가 지정한 위치에 각각 따로 배치될 수도 있다.
한편, 측정부(30)는 세포 대사의 측정 지표로써 온도센서, 광학센서 또는 셀카운터를 이용하여 온도, 광학 및 전기적 특성을 이용한 DO, pH, 그리고 살아있는 세포 수 등과 관련된 물리량을 측정할 수 있다. 또한 측정부(30)는 측정된 물리량들을 입력으로 받아 차이값을 산출하는 비교기와 비교기의 출력을 증폭하는 증폭기를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)의 측정부(30)의 구동을 설명하면 다음과 같다. 측정부(30)는 일양상에 따라 온도센서를 포함할 수 있다. 이 경우 먼저, 제어부(20)는 사용자 입력 또는 사용자 정의 프로토콜에 따라 웰 어레이(40)를 측정위치로 제 1 X-Y 갠트리(50)를 구동하여 이송할 수 있다. 다음으로 제어부(20)는 액츄에이터(90)를 제 2 X-Y 갠트리를 구동하여 디스펜서 어레이(70)가 수용하고 있는 해당 웰에 토출할 해당 약물을 수용하는 한 쌍의 마이크로피펫의 상부로 이동시킨다. 그 다음 액츄에이터(90)의 z축 구동부(4)를 구동하여 기준 웰(120)과 실험 웰(110) 각각에 동일 약물이 동시에 토출되도록 할 수 있다. 일예로 한쌍의 마이크로피펫의 한쌍의 플런저(150)의 상부를 액츄에이터(90)의 한쌍의 누름봉(1)이 눌러서 약물을 토출할 수 있다. 기 설정된 약물 주입 후 측정하기까지의 대기시간이 지나면 제어부(20)는 제 1 X-Y 갠트리(50)를 구동하여 웰 어레이(40)를 측정위치로 이송할 수 있다. 측정 시점이 되면 도 7에 도시된 바와 같이 제어부(20)는 실험 웰(110)과 기준 웰(120) 각각의 하부에 위치한 온도센서에 측정 명령을 내리고 온도센서가 감지한 온도 정보는 측정부(30)의 비교기의 입력으로 전송될 수 있다. 비교기의 출력은 증폭기를 거쳐 제어부(20)에 전송되고, 제어부(20)는 웰별 측정 온도 데이터를 메모리에 저장할 수 있다. 제어부(20)는 유선 또는 무선 통신을 통해 측정 즉시 사용자 입출력부의 출력부에 기준 웰(120)과 실험 웰(110) 각각의 온도 또는 차분 신호 값을 출력하도록 할 수 있다. 또한 사용자는 사용자 인터페이스를 통해 메모리에 저장된 웰별 온도 또는 기준 웰(120)과 실험 웰(110)의 온도 차분 신호 값을 확인할 수 있다.
다른 양상에 따라 측정부(30)는 광학센서를 포함할 수 있다. 측정부(30)는 웰별로 pH 측정용 또는 DO 측정용 광학센서로써 각각 발광소자와 수광소자의 쌍을 포함할 수 있다. 이 경우 기 설정된 프로그램에 따라 기준 웰(120)과 실험 웰(110) 각각에 대하여 측정한 물리량이 측정부(30)의 비교기의 입력으로 입력되도록 구성될 수 있다. 비교기의 출력인 차분 신호는 증폭기를 거친 다음 A/D 컨버터(Analog to Digital converter)를 거쳐 제어부(20)에 전송되거나 A/D 컨버터의 출력신호를 기 설정된 프로그램의 변수의 입력으로 사용하여 소프트웨어적으로 구현되거나 회로로 구성된 소정의 신호 처리부를 거쳐 가공함으로써 세포 대사 측정뿐 아니라 기타 목적에 실험 데이터로써 활용할 수도 있다.
도 8는 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)의 일양상에 따른 액츄에이터(90)를 나타낸 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이 액츄에이터(90)는 실험 웰(110)과 기준 웰(120)에 대응되는 한 쌍의 마이크로피펫에 대응되고 마이크로피펫의 상부를 눌러 약물을 토출하는 적어도 한 쌍의 누름봉(1)을 포함한다. 한 쌍의 누름봉(1)은 한 쌍의 마이크로피펫의 상부, 일예로 한 쌍의 플런저(150)를 효과적으로 눌러서 마이크로피펫이 수용하는 약물을 정량 토출할 수 있는 소정의 간격을 두고 액츄에이터(90) 상에 구비될 수 있다. 액츄에이터(90)는 일양상에 따라 한쌍의 누름봉(1) 각각을 상하 구동할 수 있는 z축 구동부(4)를 각각 개별적으로 구비하여 각각 동작하도록 할 수 있다. 또한 액츄에이터(90)는 다른 양상에 따라 도 8에 도시된 바와 같이 하나의 z축 구동부(4)에 한쌍의 누름봉(1) 함께 상하 구동되도록 할 수도 있다. 이 경우 승강 블록(3)의 홀 중 한 쌍의 홀에 한 쌍의 누름봉(1)의 일부가 결합되고 승강 가이드(2)가 누름봉(1)을 둘러싸 승강 블록(3)에 고정하도록 형성되어 있어, z축 구동부(4)가 상하로 이동할 경우, 한쌍의 누름봉(1)이 승강 블록(3)과 함께 상하로 동시에 구동되도록 할 수 있다. 이 밖에도 액츄에이터(90)는 다른 양상에 따라 구성되더라도 한 쌍의 누름봉(1)이 동시에 한 쌍의 마이크로피펫의 일부를 누름으로써 실험 웰(110)과 기준 웰(120)에 동시에 동일 약물을 토출하도록 할 수 있다.
그리고 액츄에이터(90)가 한쌍의 누름봉(1) 각각을 상하 구동할 수 있는 z축 구동부(4)를 각각 개별적으로 구비하는 경우 또는 한쌍의 누름봉(1)을 하나의 z축 구동부(4)의 구동에 따라 함께 구동되는 경우 모두 액츄에이터(90)는 사용자 입력 또는 사용자 정의 프로토콜에 따라 기준 웰(120)과 실험 웰(110)에 주입할 동일한 약물을 수용하고 있는 한쌍의 마이크로피펫의 상부, 일예로 한쌍의 마이크로피펫의 상단에 구비된 한쌍의 플런저(150)에 동시에 압력을 가해 누름 동작되도록 함으로써 약물 토출의 동시성을 확보하여 실험의 정확도를 높일 수 있다.
한편, 한쌍의 액츄에이터(90) 각각을 상하 구동할 수 있는 z축 구동부(4)를 각각 개별적으로 구비하는 경우 액츄에이터(90)가 개별 구동하도록 할 수 있으므로, 기준 웰(120)에 대해서는 약물 토출을 하지않고 실험 웰(110)에 대해서만 약물 토출을 하는 것이 가능하므로 다양한 실험 스케쥴의 구현이 가능하다. 도 8와 같이 하나의 z축 구동부(4)에 의해서 함께 상하 구동되는 한쌍의 액츄에이터(90)는 기준 웰(120)과 실험 웰(110) 모두에 대해서 동시에 약물을 토출하여 세포 대사 측정 실험을 진행하는 경우에 효과적이며 하나의 동력으로 두 개의 액츄에이터(90)를 구동할 수 있으므로 구동 효율성을 추구할 수 있다.
도 9은 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)의 일양상에 따른 디스펜서 어레이(70) 평면도이다.
도 3, 도 5 및 도 9에 도시된 바와 같이 디스펜서 어레이(70)는 웰 어레이(40)에 정렬되도록 배치되는 구조를 형성하도록 웰 어레이(40)의 웰 간의 간격에 상응하는 간격을 유지하면서 종횡으로 배열된 복수의 디스펜서 수용기둥(141)(140)을 포함하고, 각각의 디스펜서 수용기둥(141)(140)은 복수의 마이크로피펫 수용한다.
한편, 디스펜서 어레이(70)는 각각의 디스펜서 수용기둥(141)(140)에 마이크로피펫을 수용할 수 있다. 일양상에 따른 마이크로피펫은 일회용 실린더, 일예로 도 6의 마이크로피펫 또는 그 밖에 일회용 마이크로피펫은 시중에 판매되는 마이크로피펫일 수도 있다. 그 밖에 일회용 마이크로피펫의 일예로, 공지된 기술인 마이크로피펫의 실린더의 노즐부에 일회용 분주팁을 끼워 사용하는 마이크로피펫을 들 수 있다. 이 경우 분주팁 내에서만 약물을 수용하므로 분주팁만 갈아 사용할 수 있어 나머지 마이크로피펫의 구성요소들은 갈지 않고 그대로 사용할 수 있다. 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)가 이와 같은 마이크로피펫을 디스펜서 수용기둥(141)(140)에 수용하여 사용하는 경우 디스펜서 수용기둥(141)(140)이 마이크로피펫을 수용하는 것은 여러 양상에 따라 구현될 수 있다.
각각의 디스펜서 수용기둥(141)(140)은 일 양상에 따라 분주팁을 제외한 마이크로피펫을 일체형으로 수용하여 마이크로피펫을 디스펜서 수용기둥(141)(140)에 내장한 상태로 약물의 흡입과 토출을 수행하도록 할 수 있다. 이 경우 약물의 흡입과정은, 실험자가 수작업으로 분주팁을 갈아 끼우면서 마이크로피펫이 용액을 흡입하도록 하는 외부 약물 흡입기를 이용하여 할 수도 있고, 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)가 약물을 흡입 시 약물을 수용할 수 있는 분주팁을 디스펜서 수용기둥(141)(140)이 일체로 포함하는 마이크로피펫의 노즐부에 장착하고 약물을 흡입과정, 약물 토출 후에 분주팁을 제거과정을 포함하는 자동화 장치를 더 포함하도록 하여 약물 흡입도 자동화되도록 할 수도 있다.
또한, 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)는 분주팁을 이용한 마이크로피펫 외에도 도 6에 도시된 마이크로피펫을 각각의 디스펜서 수용기둥(141)(140)에 장착하여 사용할 수도 있다. 이 경우 약물 흡입 방법은 일양상에 따라 디스펜서 어레이(70) 외부에서 도 6의 액체 전사 장치를 이용하여 약물을 흡입한 다음, 도 6의 마이크로피펫만을 디스펜서 수용기둥(141)(140)에 장착하고, 액츄에이터(90)를 구동해 약물을 토출하도록 할 수 있다. 약물 토출후에는 마이크로피펫을 다시 수거하고 다음 실험을 위한 또 다른 마이크로피펫에 약물을 흡입 시킨 다음 해당 디스펜서 수용기둥(141)(140)에 장착하여 다음 실험을 준비할 수 있다. 도 6은 미국등록특허공보 US 6,335,204의 도 7에 도시된 마이크로피펫의 일종인 액체 전사 장치로써 약물을 주입한 후의 형상을 도시한 것이다. 상기 서술한 바와 같이 에어 플러그는 피스톤의 양단의 압력의 균형을 맞춰주는 역할을 하고 피스톤의 편심홀에 탑재된다. 또한 피스톤의 중심홀에 수집된 약물을 수용하는 전송튜브가 탑재되어 있고, 전송튜브의 상단부에서 상부를 향하여 플런저(150)가 돌출된 구성으로 형성되어 있음을 알 수 있다.
도 6에 도시된 액체 전사 장치는 디스펜서 수용기둥(141)(140)의 마이크로피펫 수용부에 수용되는 마이크로피펫의 일종으로써 디스펜서 어레이(70)와 일체로써 형성되어 구비될 수도 있다. 이와 같은 마이크로피펫을 사용하는 경우 측정 시점이 왔을 때, 제어부(20)는 액츄에이터(90)를 이송부(100)를 통해 약물을 주입할 해당 웰의 수직 상단부에 위치한 해당 약물을 수용하는 마이크로피펫의 상부에 오도록 이송한다. 그 다음 제어부(20)는 제어부(20) 기 설정된 또는 메모리에 저장된 압력강도에 따라 액츄에이터(90)를 하강 또는 상승하도록 구동하여 플런저(150)를 누름조작함으로써 전송튜브가 수용하고 있는 정량의 약물을 해당 웰에 토출하도록 할 수 있다. 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)는 이와 같은 마이크로피펫을 디스펜서 어레이(70) 내부에 고정하여 내장하는 상태로 약물을 흡입할 수 있는 약물 흡입 장치를 더 포함하여 일실시예에 따른 세포 대사 측정 실험 장치(10)가 약물의 흡입과 토출을 모두 수행 가능하도록 할 수 있다. 다만 이 경우, 전송튜브 내부를 세척할 수 있는 세척장비도 포함하도록 할 수 있다. 또한 사용자가 수동으로 디스펜서 어레이(70) 외부에서 마이크로피펫에 약물을 흡입한 다음 디스펜서 어레이(70)에 약물을 토출할 수 있는 상태로써 약물을 수용한 마이크로피펫을 탑재하도록 할 수도 있다.
도 3 및 도 9에 도시된 바와 같이 각각의 디스펜서 수용기둥(141)(140)은 상기 마이크로피펫이 장착되는 복수의 장착공을 포함할 수 있다. 디스펜서 어레이(70)는 웰 어레이(40)와 정렬되어 배치되며, 각각의 웰에 대응되는 디스펜서 수용기둥(141)(140)별로 복수개의 마이크로피펫을 장착하는 복수개의 장착공을 포함할 수 있다. 이 같은 디스펜서 수용기둥(141)(140)의 구조는 실험 특성상 하나의 웰에 다양한 약물을 소정의 시간차로 주입해야 하는 복잡한 실험인 경우에도 유용하게 사용될 수 있다. 예를 들어 웰 A가 있고 웰 A의 상부에 그에 대응되는 단위 디스펜서 어레이(70)가 있고, 웰 A의 사용자 정의 프로토콜 메모리에 약물 1, 약물 2, 약물 3을 10분 간격으로 주입하도록 사용자 정의 프로토콜을 설정할 수 있다. 즉, 디스펜서 수용기둥(141)(140)별로 약물 1, 약물 2, 약물 3을 수용하는 마이크로피펫을 모두 수용할 수 있는 복수의 장착 홀을 구비하고 있기 때문에 각각의 약물을 수용하는 각각의 마이크로피펫을 해당 디스펜서 수용기둥(141)(140)의 해당 장착홀(170)에 장착할 수 있다. 사용자 정의 프로토콜에 따라 세포 대사 측정 실험 장치(10)가 구동하도록 하는 경우에는 사용자 정의 프로토콜에 따라 사용자가 해당 장착홀(170)에 해당 약물을 수용하는 마이크로피펫을 장착해 놓을 수 있다. 또는 사용자가 입출력부를 통해 특정 장착홀(170), 일예로 3행 4열의 디스펜서 수용기둥(141)(140)에 있는 세번 째 장착홀(170)에 특정 약물을 수용하고 있다는 정보를 입력하여 메모리에 저장하도록 할 수 있다. 또한 추후 제어부(20)가 사용자 지정 프로토콜에 따라 약물을 주입할 때 메모리에서 해당 약물을 수용하고 있는 장착홀(170)이 있는 위치로 액츄에이터(90)를 구동하여 액츄에이터(90)의 누름봉(1)으로 해당 장착홀(170)에 수용하고 있는 마이크로피펫의 상부, 일예로 플런저(150)를 누름으로써 특정 약물의 토출을 수행할 수도 있다. 따라서 메모리의 사용자 정의 프로토콜 정보 내지는 수동으로 저장한 약물 수용 관련 정보에 따라 제어부(20)는 액츄에이터(90)가 디스펜서 수용기둥(141)(140)의 장착홀(170)에 수용하고 있는 약물 1, 약물 2, 약물 3을 순서대로 최소한의 동선으로 움직여 토출하는 것을 가능케 함으로써 복잡한 실험 수행을 효율적으로 할 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 본 발명은 세포 대사 측정 기술 분야에서 산업상으로 이용 가능하다.
누름봉: 1
승강 가이드; 2
승강 블록: 3
z축 구동부: 4
세포 대사 측정 실험 장치: 10
제어부 : 20
측정부 : 30
웰 어레이: 40
제 1 X-Y 갠트리: 50
약물 주입부: 60
디스펜서 어레이: 70
피펫 구동부: 80
액츄에이터: 90
이송부 : 100
실험 웰: 110
기준 웰: 120
디스펜서 블록: 140
디스펜서 수용기둥: 141
상부 블록 결합판: 142
하부 블록 결합판: 143
플런저 : 150
다공성 플러그: 160
장착홀: 170

Claims (5)

  1. 세포를 수용할 수 있는 웰 어레이(well array);
    상기 웰 어레이를 측정 위치나 약물 주입을 위한 위치로 이동하도록 구동되는 제 1 X-Y 갠트리(gantry);
    정량의 약물을 수용하고 웰 어레이로 토출하는 복수의 마이크로피펫(Micropipette)을 수용하는 디스펜서 어레이(dispenser array) 및 상기 마이크로피펫에 수용된 약물을 웰 어레이로 토출시키는 액츄에이터(actuator)와, 상기 마이크로피펫 중 지정된 것의 약물을 토출하도록 상기 액츄에이터를 이송하는 이송부를 포함하는 피펫 구동부를 포함하는 약물 주입부;및
    상기 약물이 주입된 웰에 대한 세포 대사 측정을 수행하는 측정부;
    를 포함하는 세포 대사 측정 실험 장치의 세포 대사 측정 실험 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    웰 어레이는 실험 웰과 실험 웰에 인접하게 배치되는 기준 웰을 한쌍씩 구비하고,
    디스펜서 어레이는 실험 웰과 기준 웰에 대하여 각각 동일 약물을 수용하도록 구성되는 적어도 한쌍의 마이크로피펫이 장착되고,
    측정부는 실험 웰로부터 측정한 물리량과 기준 웰로부터 측정한 물리량의 차분에 기초하여 세포 대사를 측정하는 세포 대사 측정 실험 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    액츄에이터는 실험 웰과 기준 웰에 대응되는 한 쌍의 마이크로피펫에 대응되고 마이크로피펫의 상부를 눌러 약물을 토출하는 적어도 한 쌍의 누름봉을
    포함하는 세포 대사 측정 실험 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항에 있어서,
    디스펜서 어레이는 웰 어레이에 정렬되도록 배치되는 구조를 형성하도록 웰 어레이의 웰 간의 간격에 상응하는 간격을 유지하면서 종횡으로 배열된 복수의 디스펜서 블록을 포함하고,
    상기 각각의 디스펜서 블록은 복수의 마이크로피펫 수용하는
    세포 대사 측정 실험 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 각각의 디스펜서 블록은 상기 마이크로피펫이 장착되는 복수의 장착공을 포함하는 세포 대사 측정 실험 장치.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6335204B1 (en) 1999-09-29 2002-01-01 Bayer Corporation Fixed volume liquid transfer device and method for transferring liquids
JP2004170089A (ja) 2002-11-15 2004-06-17 Hitachi Koki Co Ltd 自動分注装置
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