KR20180090597A - Cell electrical impedance spectroscopy measurement apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 세포 임피던스 분광학 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 임피던스 분광학을 이용하여 세포의 전기적 특성을 측정할 수 있는 측정 장치 및 이를 이용한 세포 임피던스 분광학 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for measuring cell impedance spectroscopy. More particularly, the present invention relates to a measuring device capable of measuring electrical characteristics of cells using impedance spectroscopy, and a method of measuring the cell impedance spectroscopy using the same.
세포의 전기적 특성 측정을 통해, 암세포의 병적 상태를 확인하는 연구가 진행되고 있다. 기존 임피던스 유동 세포분석법(impedance flow cytometry) 기술의 경우, 세포의 계수 및 분류에는 적합하나 전극에 세포를 접촉하지 않고 측정하므로 민감도가 떨어지며 전이성 암세포의 정량화에 적합하지 않다. 이를 개선하기 위해, 세포를 전극에 직접 접촉하여 높은 민감도로 전이성 암세포를 측정하는 장치가 개발되고 있다.Research is underway to determine the pathological state of cancer cells through the measurement of cellular electrical properties. Conventional impedance flow cytometry is suitable for counting and classification of cells but it is not sensitive to the measurement of cells without contact with electrodes and is not suitable for the quantification of metastatic cancer cells. To improve this, devices for measuring metastatic cancer cells with high sensitivity by directly contacting the cells with electrodes are being developed.
마이크로 임피던스 분광학(micro-impedance spectroscopy)은 세포에 전극을 직접 접촉하여 측정하는 장치로, 주파수에 따른 세포의 유전체 특성을 측정하여 세포의 특성인 세포막 캐패시턴스, 세포막 저항, 세포질 저항, 세포질 캐패시턴스, 세포질 도전율 및 유전율에 대한 값들을 측정할 수 있다. 하지만 기존 소자는 세포 포집(cell trapping)을 수행한 후에 하나의 전극에서 여러 주파수의 전기적 신호를 측정하기 때문에, 세포 포집을 위한 추가적 장치 및 세포 포집을 위한 작동시간이 필요한 문제점이 있다.Micro-impedance spectroscopy is a device that directly measures electrodes in contact with cells. It measures the dielectric properties of cells according to frequency, and determines cell membrane capacitance, cell membrane resistance, cytoplasmic resistance, cytoplasmic capacitance, And permittivity can be measured. However, since the existing device measures electric signals of various frequencies at one electrode after performing cell trapping, additional devices for cell collection and operation time for cell collection are required.
본 발명의 일 과제는 암세포의 정량화 등 전이성 암세포의 정밀 측정이 가능하며, 기존 마이크로 임피던스 소자의 세포 포집을 위한 추가적인 장치없이 측정 시간을 줄일 수 있는 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a device for measuring cell impedance spectroscopy capable of precisely measuring metastatic cancer cells such as cancer cells and reducing the measurement time without additional devices for cell collection of conventional micro impedance devices.
본 발명의 다른 과제는 상술한 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 이용하여 세포 임피던스 분광학 측정 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of measuring the cell impedance spectroscopy using the above-described apparatus for measuring cell impedance spectroscopy.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 장치는 세포를 포함한 유체의 흐름을 위한 공간을 제공하며 상기 세포의 직경 이하의 채널 크기를 갖는 미세유체채널, 상기 미세유체채널 내에 상기 미세유체채널을 통과하는 상기 세포와 접촉하도록 서로 이격 배치된 제1 전극 및 제2 전극을 갖는 적어도 하나의 전극쌍, 및 상기 미세유체채널을 통과하는 상기 세포의 위치별로 서로 다른 주파수의 전기적 신호들을 상기 전극쌍에 인가하고 상기 세포로부터 전기적 신호를 검출하기 위한 전기적 신호 검출기를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring cell impedance spectroscopy, comprising: a microfluidic channel having a channel size of less than a diameter of a cell, At least one electrode pair having a first electrode and a second electrode spaced apart from each other to be in contact with the cell passing through the microfluidic channel in the microfluidic channel, And an electrical signal detector for applying electrical signals of a frequency to the electrode pair and detecting an electrical signal from the cell.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전극쌍은 복수 개가 구비되고, 상기 복수 개의 전극쌍들은 상기 미세유체채널의 길이 방향을 따라 서로 이격 배치될 수 있다.In exemplary embodiments, a plurality of the electrode pairs may be provided, and the plurality of electrode pairs may be spaced apart from each other along the longitudinal direction of the microfluidic channel.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전기적 신호 검출기는 상기 복수 개의 전극쌍들 각각에 연결되어 서로 다른 주파수의 전기적 신호들을 각각 인가하는 복수 개의 검출기들을 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the electrical signal detector may include a plurality of detectors coupled to each of the plurality of electrode pairs for applying electrical signals of different frequencies, respectively.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전극쌍들 중에서 제1 전극쌍의 제1 및 제2 전극들은 제1 길이를 갖고, 상기 전극쌍들 중에서 제2 전극쌍의 제1 및 제2 전극들은 상기 제1 길이와 같거나 다른 제2 길이를 가질 수 있다.In exemplary embodiments, the first and second electrodes of the first electrode pair among the electrode pairs have a first length, and the first and second electrodes of the second electrode pair, Lt; RTI ID = 0.0 > 1 < / RTI > length.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전극쌍은 하나가 구비되고, 상기 제1 및 제2 전극들은 상기 미세유체채널의 길이 방향으로 각각 연장할 수 있다.In exemplary embodiments, the electrode pair is provided, and the first and second electrodes may extend in the longitudinal direction of the microfluidic channel, respectively.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전기적 신호 검출기는 상기 세포가 상기 미세유체채널의 제1 위치를 통과할 때 제1 주파수를 인가하여 상기 세포의 전기적 신호를 검출하고, 상기 세포가 상기 미세유체채널의 제2 위치를 통과할 때 상기 제1 주파수와 다른 제2 주파수를 인가하여 상기 세포의 전기적 신호를 검출할 수 있다.In exemplary embodiments, the electrical signal detector detects an electrical signal of the cell by applying a first frequency when the cell passes through the first location of the microfluidic channel, It is possible to detect an electrical signal of the cell by applying a second frequency different from the first frequency.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 미세유체채널의 서로 마주하는 제1 및 제2 측벽들 상에 각각 배치될 수 있다.In exemplary embodiments, the first electrode and the second electrode may be disposed on first and second opposing sidewalls of the microfluidic channel, respectively.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 미세유체채널의 적어도 일측벽은 바닥면에 대하여 소정 각도로 경사지거나 곡면 형상을 가질 수 있다.In exemplary embodiments, at least one side wall of the microfluidic channel may be inclined or curved at an angle to the bottom surface.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 세포 임피던스 분광학 측정 장치는 상기 미세유체채널의 측벽 일부를 구성하는 가변형 박막 구조물을 더 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the device for measuring cell impedance spectroscopy may further include a variable thin film structure constituting a part of a sidewall of the microfluidic channel.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 세포 임피던스 분광학 측정 장치는 상기 미세유체채널 내에 배치되며 상기 유체가 통과하는 면적을 제어하기 위한 추가 구조물을 더 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the device for measuring cell impedance spectroscopy may further comprise an additional structure disposed in the microfluidic channel and for controlling an area through which the fluid passes.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 세포 임피던스 분광학 측정 장치 상기 미세유체채널의 일측벽 또는 상기 제1 및 제2 전극들 상에 코팅된 생화학적 물질막을 더 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the cell impedance spectrometer may further include a biochemical material film coated on one side wall of the microfluidic channel or on the first and second electrodes.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 미세유체채널은 복수 개가 서로 직렬 또는 병렬로 배치되고, 상기 전극쌍은 상기 미세유체채널 각각에 배치될 수 있다.In exemplary embodiments, a plurality of the microfluidic channels may be arranged in series or parallel to each other, and the electrode pairs may be disposed in each of the microfluidic channels.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 복수 개의 상기 미세유체채널들의 채널 크기들은 서로 같거나 다를 수 있다.In exemplary embodiments, the channel sizes of the plurality of microfluidic channels may be equal to or different from each other.
상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 방법에 있어서, 제1 채널 크기를 갖는 미세유체채널 내에 서로 이격하도록 제1 전극 및 제2 전극을 갖는 적어도 하나의 전극쌍을 배치시킨다. 상기 미세유체채널 내에 상기 제1 채널 크기보다 큰 직경을 갖는 세포를 포함한 유체를 유입시킨다. 상기 미세유체채널을 통과하는 상기 세포의 위치별로 서로 다른 주파수의 전기적 신호를 상기 전극쌍에 인가한다. 상기 세포로부터 전기적 신호를 검출한다. 상기 미세유체채널로부터 상기 유체를 배출시킨다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for measuring a cell impedance spectroscopy, comprising the steps of: measuring at least one cell having a first electrode and a second electrode spaced apart from each other in a microfluidic channel having a first channel size; Place the electrode pairs. And a fluid containing cells having a diameter larger than the first channel size is introduced into the microfluidic channel. And an electrical signal of different frequency is applied to the electrode pair according to the position of the cell passing through the microfluidic channel. And an electrical signal is detected from the cell. And discharges the fluid from the microfluidic channel.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전극쌍을 배치시키는 것은 복수 개의 전극쌍들을 상기 미세유체채널의 길이 방향을 따라 서로 이격 배치시키는 것을 포함할 수 있고, 상기 전기적 신호를 상기 전극쌍에 인가하는 것은 상기 복수 개의 전극쌍들 각각에 서로 다른 주파수의 전기적 신호들을 각각 인가하는 것을 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, disposing the electrode pair may include disposing a plurality of electrode pairs spaced apart along the longitudinal direction of the microfluidic channel, wherein applying the electrical signal to the electrode pair And applying electrical signals of different frequencies to each of the plurality of electrode pairs.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전극쌍을 배치시키는 것은 상기 제1 및 제2 전극들을 상기 미세유체채널의 길이 방향으로 각각 연장하도록 배치시키는 것을 포함할 수 있고, 상기 전기적 신호를 상기 전극쌍에 인가하는 것은 상기 세포가 상기 미세유체채널의 제1 위치를 통과할 때 제1 주파수의 전기적 신호를 인가하고 상기 세포가 상기 미세유체채널의 제2 위치를 통과할 때 상기 제1 주파수와 다른 제2 주파수의 전기적 신호를 인가하는 것을 포함할 수 있다.In the exemplary embodiments, disposing the electrode pair may include disposing the first and second electrodes to extend in the longitudinal direction of the microfluidic channel, respectively, wherein the electrical signal is applied to the electrode pair The application of an electrical signal of a first frequency when the cell passes through the first location of the microfluidic channel and the application of an electrical signal of a second frequency different from the first frequency when the cell passes the second location of the microfluidic channel. Lt; RTI ID = 0.0 > frequency. ≪ / RTI >
이와 같이 구성된 발명에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 장치 및 측정 방법에 있어서, 세포 직경 이하의 채널 크기(폭 또는 깊이)를 갖는 미세유체채널 내에 구비된 적어도 하나의 전극쌍에 서로 다른 주파수의 전기적 신호가 인가하여 상기 세포의 전기적 특성을 측정할 수 있다.In the cell impedance spectroscopic measurement apparatus and method according to the present invention, electrical signals of different frequencies are applied to at least one pair of electrodes provided in a microfluidic channel having a channel size (width or depth) And the electrical characteristics of the cells can be measured.
각각 다른 주파수의 전기적 신호를 검출함으로써 세포의 유전체 특성을 측정하기 때문에 전이성 암세포와 복잡하고 이질적인 세포를 정량화할 수 있으며, 세포 직경 이하로 상기 미세유체채널의 채널 단면적을 제작하여, 세포 포집을 위한 추가적인 장치가 필요 없으므로 세포 포집을 위한 작동 시간이 필요없어 단시간에 측정이 가능하다.By measuring the dielectric properties of the cells by detecting electrical signals at different frequencies, it is possible to quantify metastatic cancer cells and complex and heterogeneous cells, and to produce channel cross-sections of the microfluidic channels below the cell diameter, Since there is no need for a device, no operation time is required for cell collection, and measurement is possible in a short time.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and may be variously expanded without departing from the spirit and scope of the present invention.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 1의 세포 임피던스 분광학 측정 장치의 미세유체채널 내에 배치된 전극쌍들을 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 도 1의 세포 임피던스 분광학 측정 장치의 전기적 신호 검출기를 나타내는 블록도이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 6의 B-B' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 8은 도 6의 세포 임피던스 분광학 측정 장치의 전기적 신호 검출기를 나타내는 블록도이다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 미세유체채널을 나타내는 단면도이다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 미세유체채널을 나타내는 단면도이다.
도 11a 내지 도 11f는 예시적인 실시예들에 따른 미세유체채널 내의 전극쌍의 전극들을 나타내는 단면도들이다.
도 12a 내지 도 12c는 예시적인 실시예들에 따른 미세유체채널을 나타내는 단면도이다.
도 13은 예시적인 실시예들에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 나타내는 평면도이다.
도 14는 예시적인 실시예들에 따른 미세유체채널을 나타내는 평면도이다.
도 15는 예시적인 실시예들에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 평면도이다.
도 16은 예시적인 실시예들에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 평면도이다.
도 17은 예시적인 실시예들에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 18은 세포가 미세유체채널 내에 있을 때의 등가 회로 모델(electrical equivalent circuit model)을 나타내는 회로도이다.
도 19 및 도 20은 일 실시예에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 장치에 의해 측정한 세포의 전기적 특성을 나타내는 그래프들이다.1 is an exploded perspective view showing a device for measuring cell impedance spectroscopy according to exemplary embodiments.
2 is a plan view showing the cell impedance spectroscopy measuring apparatus of FIG.
3 is a plan view showing electrode pairs disposed in a microfluidic channel of the device for measuring cell impedance spectroscopy of FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line AA 'of FIG.
5 is a block diagram showing an electrical signal detector of the apparatus for measuring cell impedance spectroscopy of FIG.
6 is a plan view showing a cell impedance spectroscopy measurement device according to exemplary embodiments.
7 is a cross-sectional view taken along line BB 'of FIG.
8 is a block diagram showing an electrical signal detector of the cell impedance spectroscopy measurement apparatus of FIG.
9 is a cross-sectional view illustrating a microfluidic channel in accordance with exemplary embodiments.
10 is a cross-sectional view illustrating a microfluidic channel in accordance with exemplary embodiments.
11A-11F are cross-sectional views illustrating electrodes of a pair of electrodes in a microfluidic channel in accordance with exemplary embodiments.
12A-C are cross-sectional views illustrating microfluidic channels in accordance with exemplary embodiments.
13 is a plan view showing a device for measuring cell impedance spectroscopy according to exemplary embodiments.
14 is a plan view showing a microfluidic channel in accordance with exemplary embodiments.
15 is a plan view of a device for measuring cell impedance spectroscopy according to exemplary embodiments.
16 is a top view of a device for measuring cell impedance spectroscopy according to exemplary embodiments.
17 is a flow chart illustrating a method for measuring cell impedance spectroscopy according to exemplary embodiments.
18 is a circuit diagram showing an electrical equivalent circuit model when cells are in a microfluidic channel.
FIGS. 19 and 20 are graphs showing electrical characteristics of cells measured by a cell impedance spectroscopy measuring apparatus according to an embodiment.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.For the embodiments of the invention disclosed herein, specific structural and functional descriptions are set forth for the purpose of describing an embodiment of the invention only, and it is to be understood that the embodiments of the invention may be practiced in various forms, The present invention should not be construed as limited to the embodiments described in Figs.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprise", "having", and the like are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be construed as meaning consistent with meaning in the context of the relevant art and are not to be construed as ideal or overly formal in meaning unless expressly defined in the present application .
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 나타내는 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 나타내는 평면도이다. 도 3은 도 1의 세포 임피던스 분광학 측정 장치의 미세유체채널 내에 배치된 전극쌍들을 나타내는 평면도이다. 도 4는 도 3의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 5는 도 1의 세포 임피던스 분광학 측정 장치의 전기적 신호 검출기를 나타내는 블록도이다.1 is an exploded perspective view showing a device for measuring cell impedance spectroscopy according to exemplary embodiments. 2 is a plan view showing the cell impedance spectroscopy measuring apparatus of FIG. 3 is a plan view showing electrode pairs disposed in a microfluidic channel of the device for measuring cell impedance spectroscopy of FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'in FIG. 5 is a block diagram showing an electrical signal detector of the apparatus for measuring cell impedance spectroscopy of FIG.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 세포 임피던스 분광학 측정 장치(10)는 세포(C)를 포함한 유체가 흐르는 미세유체채널(112)을 갖는 유로(110), 미세유체채널(112) 내에 배치되는 적어도 하나의 전극쌍, 및 상기 전극쌍에 전기적 신호를 인가하고 세포(C)로부터 전기적 신호를 검출하기 위한 전기적 신호 검출기를 포함할 수 있다.1 to 5, the apparatus for measuring
예시적인 실시예들에 있어서, 유로(110)는 양측부에 각각 구비된 유입부(150) 및 유출부(160)를 포함할 수 있다. 유로(110)는 세포(C)와 같은 미소입자를 포함하는 유체의 흐름을 위한 공간을 제공할 수 있다. 상기 유체는 유입부(150)를 통해 유로(110)의 미세유체채널(112) 내로 유입되고, 유출부(160)를 통해 배출될 수 있다.In the exemplary embodiments, the
유로(110)의 미세유체채널(112) 내의 유체의 유동 방향 및 유속 등을 조절될 수 있다. 이를 통해 세포별 또는 세포 특성별 적절한 유속과 유동 방향을 제공할 수 있다. 예를 들면, 유입부(150) 및 유출부(160) 중 적어도 어느 하나는 유체 공급 요소(도시되지 않음)를 포함하여 미세유체채널(112) 내의 유체의 유동 방향 및 유속 등을 조절할 수 있다. 상기 유체 공급 요소는 기계적 장치(주사기 펌프(syringe pump), 공압 멤브레인 펌프, 진동 멤브레인 펌프), 전기적 또는 자기적 장치(전기 유체역학 펌프, 자기 유체역학 펌프), 열역학적 장치 등을 포함할 수 있다.The flow direction and the flow rate of the fluid in the
유입부(150) 및 유출부(160)에 인접한 유로(110)는 상기 유체의 흐름을 가이드하기 위한 가이딩 구조물을 더 포함할 수 있다. 상기 가이딩 구조물은 미세유체채널(112)로의 유체 흐름을 가이딩하기 위한 경사면을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 세포가 유입부(150) 및 유출부(160)를 통과하는 시간 등을 조정할 수 있다.The
상기 유체는 생화학적 미소입자를 포함하는 용액일 수 있다. 상기 용액의 예로서는, 혈액, 체액, 뇌척수액, 소변, 객담 또는 이들의 혼합물 또는 희석액일 수 있다. 상기 미소입자들의 예로서는, 혈중암 세포, 줄기 세포, 간엽 세포, 간질 세포 등과 같은 세포일 수 있다.The fluid may be a solution comprising biochemical microparticles. Examples of the solution may be blood, body fluid, cerebrospinal fluid, urine, sputum or a mixture or diluted solution thereof. Examples of the fine particles include blood cancer cells, stem cells, mesenchymal cells, interstitial cells, and the like.
상기 세포 임피던스 분광학 측정 장치는 포토리소그래피, 소프트 리소그래피 등을 포함한 마이크로 제작 기술에 의해 형성될 수 있다. 상기 미세유체채널은 폴리머 물질, 무기 물질 등을 이용하여 이용하여 형성할 수 있다. 상기 폴리머 물질의 예로서는, PDMS, PMMA, SU-8 등을 들 수 있다. 상기 무기 재료의 예로서는, 유리, 석영, 실리콘 등을 들 수 있다. 상기 전극쌍은 금속 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 금속 물질의 예로서는, 금, 은, 백금, 구리, 알루미늄 등을 들 수 있다.The device for measuring cell impedance spectroscopy can be formed by a micro fabrication technique including photolithography, soft lithography, and the like. The microfluidic channel may be formed using a polymer material, an inorganic material, or the like. Examples of the polymer material include PDMS, PMMA, SU-8, and the like. Examples of the inorganic material include glass, quartz, silicon and the like. The electrode pair may be formed using a metal material. Examples of the metal material include gold, silver, platinum, copper and aluminum.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 미소입자의 분석 장치(10)는 순차적으로 적층된 제1 기판(100), 제2 기판(102), 및 제3 기판(104)을 포함할 수 있다.1 to 4, the
제1 기판(100) 상에는 적어도 하나의 전극 패턴이 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 내지 제4 전극 패턴들(300, 302, 304, 306)이 제1 방향(X 방향)을 따라 서로 이격 배치될 수 있다. 제1 전극 패턴(300)은 제1 기판(100)의 중심 라인을 사이에 두고 서로 이격 배치된 제1 패턴(300a) 및 제2 패턴(300b)을 포함할 수 있다. 제2 전극 패턴(302)은 제1 기판(100)의 중심 라인을 사이에 두고 서로 이격 배치된 제1 패턴(302a) 및 제2 패턴(302b)을 포함할 수 있다. 제3 전극 패턴(304)은 제1 기판(100)의 중심 라인을 사이에 두고 서로 이격 배치된 제1 패턴(304a) 및 제2 패턴(304b)을 포함할 수 있다. 제4 전극 패턴(306)은 제1 기판(100)의 중심 라인을 사이에 두고 서로 이격 배치된 제1 패턴(306a) 및 제2 패턴(306b)을 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 제1 및 제2 패턴들의 일단부는 상기 전기적 신호 검출기와의 접속을 위한 접속 단자를 포함할 수 있다.At least one electrode pattern may be formed on the
제2 기판(102)은 제1 기판(100) 상에 형성되어 미세유체채널(112)을 갖는 유로(110)을 정의할 수 있다. 유로(110)는 상기 제1 방향(X 방향)으로 연장 형성될 수 있다. 제3 기판(104)은 제2 기판(102) 상에 형성될 수 있다. 제3 기판(104)에는 유로(110)의 양단부에 각각 연결된 유입부(150)와 유출부(160)가 구비될 수 있다.The
제1 전극 패턴(300)의 제1 패턴(300a) 및 제2 패턴(300b)은 미세유체유로(112)로부터 서로 반대 방향으로 연장할 수 있다. 제1 패턴(300a) 및 제2 패턴(300b)은 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향(Y 방향)으로 각각 연장할 수 있다. 제1 패턴(300a)은 미세유체유로(112) 내에 배치된 제1 전극(310a), 미세유체유로(112)로부터 이격된 제1 접속 단자(320a) 및 제1 전극(310a)으로부터 제1 접속 단자(320a)로 연장하는 제1 연결 패턴(330a)을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 패턴(300b)은 미세유체유로(112) 내에 배치된 제2 전극(310b), 미세유체유로(112)로부터 이격된 제2 접속 단자(320b) 및 제2 전극(310b)으로부터 제2 접속 단자(320b)로 연장하는 제2 연결 패턴(330b)을 포함할 수 있다.The
제2 전극 패턴(302)의 제1 패턴(302a) 및 제2 패턴(302b)은 미세유체유로(112)로부터 서로 반대 방향으로 연장할 수 있다. 제1 패턴(302a) 및 제2 패턴(302b)은 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향(Y 방향)으로 각각 연장할 수 있다.제1 패턴(302a)은 미세유체유로(112) 내에 배치된 제1 전극(312a), 미세유체유로(112)로부터 이격된 제1 접속 단자(322a) 및 제1 전극(312a)으로부터 제1 접속 단자(322a)로 연장하는 제1 연결 패턴(332a)을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 패턴(302b)은 미세유체유로(112) 내에 배치된 제2 전극(312b), 미세유체유로(112)로부터 이격된 제2 접속 단자(322b) 및 제2 전극(312b)으로부터 제2 접속 단자(322b)로 연장하는 제2 연결 패턴(332b)을 포함할 수 있다.The
제3 전극 패턴(304)의 제1 패턴(304a) 및 제2 패턴(304b)은 미세유체유로(112)로부터 서로 반대 방향으로 연장할 수 있다. 제1 패턴(304a) 및 제2 패턴(304b)은 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향(Y 방향)으로 각각 연장할 수 있다. 제1 패턴(304a)은 미세유체유로(112) 내에 배치된 제1 전극(314a), 미세유체유로(112)로부터 이격된 제1 접속 단자(324a) 및 제1 전극(314a)으로부터 제1 접속 단자(324a)로 연장하는 제1 연결 패턴(334a)을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 패턴(304b)은 미세유체유로(112) 내에 배치된 제2 전극(314b), 미세유체유로(112)로부터 이격된 제2 접속 단자(324b) 및 제2 전극(314b)으로부터 제2 접속 단자(324b)로 연장하는 제2 연결 패턴(334b)을 포함할 수 있다.The
제4 전극 패턴(306)의 제1 패턴(306a) 및 제2 패턴(306b)은 미세유체유로(112)로부터 서로 반대 방향으로 연장할 수 있다. 제1 패턴(306a) 및 제2 패턴(306b)은 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향(Y 방향)으로 각각 연장할 수 있다. 제1 패턴(306a)은 미세유체유로(112) 내에 배치된 제1 전극(316a), 미세유체유로(112)로부터 이격된 제1 접속 단자(326a) 및 제1 전극(316a)으로부터 제1 접속 단자(326a)로 연장하는 제1 연결 패턴(336a)을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 패턴(306b)은 미세유체유로(112) 내에 배치된 제2 전극(316b), 미세유체유로(112)로부터 이격된 제2 접속 단자(326b) 및 제2 전극(316b)으로부터 제2 접속 단자(326b)로 연장하는 제2 연결 패턴(336b)을 포함할 수 있다.The
예시적인 실시예들에 있어서, 복수 개의 제1 내지 제4 전극쌍들이 미세유체채널(112) 내에 미세유체채널(112)의 길이 방향(X 방향)을 따라 서로 이격 배치될 수 있다. 상기 제1 전극쌍은 제1 전극 패턴(300)의 제1 전극(310a) 및 제2 전극(310b)을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극쌍은 제2 전극 패턴(302)의 제1 전극(312a) 및 제2 전극(312b)을 포함할 수 있다. 상기 제3 전극쌍은 제3 전극 패턴(304)의 제1 전극(314a) 및 제2 전극(314b)을 포함할 수 있다. 상기 제4 전극쌍은 제4 전극 패턴(306)의 제1 전극(316a) 및 제2 전극(316b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극쌍은 미세유체채널(112)내의 입구로부터 제1 위치에 배치될 수 있다. 상기 제2 전극쌍은 미세유체채널(112)의 상기 입구로부터 상기 제1 위치보다 더 떨어진 제2 위치에 배치될 수 있다. 상기 제3 전극쌍은 미세유체채널(112)의 상기 입구로부터 상기 제2 위치보다 더 떨어진 제3 위치에 배치될 수 있다. 상기 제4 전극쌍은 미세유체채널(112)의 상기 입구로부터 상기 제3 위치보다 더 떨어진 제4 위치에 배치될 수 있다.In the exemplary embodiments, a plurality of first through fourth electrode pairs may be spaced apart from each other along the longitudinal direction (X direction) of the
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 미세유체채널(112)은 세포(C)의 직경(D1) 이하의 채널 크기(D2)를 가질 수 있다. 여기서, 상기 채널 크기는 폭, 깊이, 직경 등과 같은 치수(dimension)를 나타낼 수 있다. 상기 제1 전극쌍의 제1 전극(310a) 및 제2 전극(310b)은 미세유체채널(112)의 서로 마주하는 제1 측벽(114a) 및 제2 측벽(114b) 상에 각각 배치될 수 있다. 따라서, 상기 유체 내의 세포(C)가 미세유체채널(112)을 통과할 때, 세포(C)의 서로 다른 부위들은 제1 전극(310a)과 제2 전극(310b)과 각각 접촉할 수 있다.As shown in FIGS. 3 and 4, the
예를 들면, 세포(C)는 1㎛ 내지 100㎛의 직경을 가질 수 있다. 미세유체채널(112)은 세포(C) 직경의 20% 내지 50%의 범위의 채널 크기(폭 또는 깊이)를 가질 수 있다. 세포(C)가 유방암세포주 2종(MCF7, MDA 231)일 때, 세포(C)의 평균 직경은 각각 17.26㎛, 17.85㎛이고, 미세유체채널(112)의 채널 크기(폭 또는 깊이)는 약 4㎛ 내지 10㎛일 수 있다. For example, the cell (C) may have a diameter of 1 탆 to 100 탆. The
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 전기적 신호 검출기는 미세유체채널(112)을 통과하는 상기 세포의 미세유체채널(112) 내의 위치별로 서로 다른 주파수의 전기적 신호들을 상기 전극쌍들에 인가할 수 있다. 구체적으로, 상기 전기적 신호 검출기는 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 전극쌍들 각각에 연결되어 서로 다른 주파수의 전기적 신호들을 각각 인가하는 제1, 제2, 제3 및 제4 검출기들(400, 402, 404, 406)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 5, the electrical signal detector may apply electrical signals of different frequencies to the electrode pairs according to positions in the
제1 검출기(400)는 제1 전극 패턴(300)의 제1 접속 단자(320a) 및 제2 접속 단자(320b)에 연결될 수 있다. 제1 접속 단자(320a)에 제1 주파수 범위를 갖는 교류 신호가 인가되고 제2 접속 단자(320b)는 접지될 수 있다. 예를 들면, 제1 검출기(400)는 100kHz의 주파수를 갖는 전기적 신호를 상기 제1 전극쌍에 인가할 수 있다.The
제2 검출기(402)는 제2 전극 패턴(302)의 제1 접속 단자(322a) 및 제2 접속 단자(322b)에 연결될 수 있다. 제1 접속 단자(322a)에 제2 주파수 범위를 갖는 교류 신호가 인가되고 제2 접속 단자(322b)는 접지될 수 있다. 예를 들면, 제2 검출기(402)는 500kHz의 주파수를 갖는 전기적 신호를 상기 제2 전극쌍에 인가할 수 있다.The
제3 검출기(404)는 제3 전극 패턴(304)의 제1 접속 단자(324a) 및 제2 접속 단자(324b)에 연결될 수 있다. 제1 접속 단자(324a)에 제3 주파수 범위를 갖는 교류 신호가 인가되고 제2 접속 단자(324b)는 접지될 수 있다. 예를 들면, 제3 검출기(404)는 900kHz의 주파수를 갖는 전기적 신호를 상기 제3 전극쌍에 인가할 수 있다.The
제4 검출기(406)는 제4 전극 패턴(306)의 제1 접속 단자(326a) 및 제2 접속 단자(326b)에 연결될 수 있다. 제1 접속 단자(326a)에 제4 주파수 범위를 갖는 교류 신호가 인가되고 제2 접속 단자(326b)는 접지될 수 있다. 예를 들면, 제4 검출기(406)는 1.3MHz의 주파수를 갖는 전기적 신호를 상기 제4 전극쌍에 인가할 수 있다.The
상기 제1 내지 제4 전극쌍들에 인가되는 주파수는 규칙적으로 증가 또는 감소할 수 있다. 이와 다르게, 상기 제1 내지 제4 전극쌍들에 인가되는 주파수는 불규칙적으로 서로 다른 값을 가질 수 있다. 각 세포 특성 및 그 특성 변화에 따라 가장 유의미한 주파수의 전기적 신호를 복수 개 선택하여 사용할 수 있다.The frequencies applied to the first through fourth electrode pairs may be regularly increased or decreased. Alternatively, the frequencies applied to the first through fourth electrode pairs may have irregularly different values. A plurality of electrical signals having the most significant frequency can be selected according to the characteristics of each cell and the characteristics thereof.
제1 내지 제4 검출기들(400, 402, 404, 406)은 주파수의 변화에 따른 전기적 신호의 크기와 위상을 검출할 수 있다. 세포(C)(세포막, 세포질)의 전기적 특성을 검출함으로써, 암세포를 판별 및 정량화할 수 있다.The first to
상술한 바와 같이, 세포 임피던스 분광학 측정 장치(10)는 세포(C) 직경 이하의 직경을 갖는 미세유체채널(112) 내에 배치된 복수 개의 전극쌍들에 각각 서로 다른 주파수의 전기적 신호가 인가하여 세포(C)의 전기적 특성을 측정할 수 있다.As described above, the cell impedance
각각 다른 주파수의 전기적 신호로 세포(C)를 측정할 경우, 주파수에 다른 세포(C)의 유전체 특성을 각각 얻을 수 있고, 이를 통해 전이성 암세포와 같은 복잡하고 이질적인 특성의 세포를 정밀하게 정량화할 수 있다.When the cell (C) is measured by an electrical signal of a different frequency, it is possible to obtain the dielectric characteristics of the cells (C) different from each other at a frequency, thereby precisely quantifying cells having complex and heterogeneous characteristics such as metastatic cancer cells have.
상기 전극쌍은 세포(C)에 직접 접촉하기 때문에 세포 특성 측정시 민감도가 높으며, 하나의 전극쌍이 아닌 복수 개의 전극쌍들에서 다른 주파수의 전기적 신호를 측정하기 때문에 세포 포집을 위한 추가적인 장치가 필요 없고 세포 포집을 위한 작동 시간이 필요 없어 단시간에 측정이 가능하다.Since the electrode pair is in direct contact with the cell C, it is highly sensitive in the measurement of cell characteristics, and since an electric signal of a different frequency is measured in a plurality of electrode pairs rather than one electrode pair, an additional device for cell collection is not required It is possible to measure in a short time because no operation time is required for cell collection.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 나타내는 평면도이다. 도 7은 도 6의 B-B' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 8은 도 6의 세포 임피던스 분광학 측정 장치의 전기적 신호 검출기를 나타내는 블록도이다. 상기 세포 임피던스 분광학 측정 장치는 전극쌍 및 전기적 신호 검출기의 구성을 제외하고는 도 1 내지 도 5를 설명한 세포 임피던스 분광학 측정 장치와 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.6 is a plan view showing a cell impedance spectroscopy measurement device according to exemplary embodiments. 7 is a cross-sectional view taken along line B-B 'of FIG. 8 is a block diagram showing an electrical signal detector of the cell impedance spectroscopy measurement apparatus of FIG. The cell impedance spectroscopy measuring device is substantially the same as or similar to the cell impedance spectroscopy measuring device described in Figs. 1 to 5 except for the configuration of the electrode pair and the electric signal detector. Accordingly, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and repetitive description of the same constituent elements is omitted.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 세포 임피던스 분광학 측정 장치(11)는 미세유체채널(112) 내에 배치된 전극쌍 및 미세유체채널(112)을 통과하는 세포의 미세유체채널(112) 내 위치별로 서로 다른 주파수의 전기적 신호들을 상기 전극쌍에 인가하고 상기 세포로부터 전기적 신호를 검출하기 위한 전기적 신호 검출기를 포함할 수 있다.6 to 8, the apparatus for measuring a
예시적인 실시예들에 있어서, 하나의 전극쌍이 미세유체채널(112) 내에 배치될 수 있다. 제1 전극 패턴(300)은 미세유체채널(112)의 중심 라인을 사이에 두고 서로 이격 배치된 제1 패턴(300a) 및 제2 패턴(300b)을 포함할 수 있다. 제1 전극 패턴(300)의 제1 패턴(300a) 및 제2 패턴(300b)은 미세유체유로(112)로부터 서로 반대 방향으로 연장할 수 있다. 제1 패턴(300a) 및 제2 패턴(300b)은 제1 방향(X 방향)에 직교하는 제2 방향(Y 방향)으로 각각 연장할 수 있다.In the exemplary embodiments, one electrode pair may be disposed in the
제1 패턴(300a)은 미세유체유로(112) 내에 배치된 제1 전극(310a), 미세유체유로(112)로부터 이격된 제1 접속 단자(320a) 및 제1 전극(310a)으로부터 제1 접속 단자(320a)로 연장하는 제1 연결 패턴(330a)을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 패턴(300b)은 미세유체유로(112) 내에 배치된 제2 전극(310b), 미세유체유로(112)로부터 이격된 제2 접속 단자(320b) 및 제2 전극(310b)으로부터 제2 접속 단자(320b)로 연장하는 제2 연결 패턴(330b)을 포함할 수 있다. 제1 전극 패턴(300)의 제1 전극(310a) 및 제2 전극(310b)은 상기 제1 전극쌍을 구성할 수 있다.The
제1 전극(310a) 및 제2 전극(310b)은 미세유체채널(112)의 길이 방향으로 연장할 수 있다. 제1 및 제2 전극들(310a, 310b)는 상기 세포의 직경의 수 내지 수십 배의 길이를 가질 수 있다. 제1 전극(310a)은 제1 측벽(114a)을 전체적으로 커버하고, 제2 전극(310b)은 제2 측벽(114b)을 전체적으로 커버할 수 있다. 제1 전극(310a) 및 제2 전극(310b)은 상기 세포의 직경 이하의 간격만큼 이격될 수 있다. 제1 및 제2 전극들(310a, 310b)이 유체가 흐르는 미세유체채널의 적어도 일부를 직접 형성할 수 있다. 따라서, 미세유체채널(112)로 유입된 세포는 제1 전극(310a) 및 제2 전극(310b)과 직접 접촉하면서 이동할 수 있다.The
상기 전기적 신호 검출기는 상기 전극쌍의 제1 및 제2 전극들(310a, 310b)에 가변적인 주파수의 교류 신호를 인가하는 검출기(400)를 포함할 수 있다. 검출기(400)는 상기 세포가 미세유체채널(112)의 제1 위치를 통과할 때 제1 주파수를 인가하여 상기 세포의 전기적 신호를 검출하고, 상기 세포가 미세유체채널(112)의 제2 위치를 통과할 때 상기 제1 주파수와 다른 제2 주파수를 인가하여 상기 세포의 전기적 신호를 검출할 수 있다. 검출기(400)는 상기 세포가 미세유체채널(112) 내에서 이동하는 동안, 일정 시간마다 서로 다른 주파수를 인가하여 상기 세포의 전기적 신호를 검출할 수 있다.The electrical signal detector may include a
따라서, 상기 세포가 미세유체채널(112) 내의 제1 및 제2 전극들(310a, 310b) 사이에 이들과 직접 접촉하여 이동할 때, 상기 세포의 미세유체채널(112)의 서로 다른 위치들에서 서로 다른 주파수의 전기적 신호를 인가하고 상기 세포의 전기적 특성을 검출할 수 있다.Therefore, when the cells move between the first and
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 미세유체채널을 나타내는 단면도이다.9 is a cross-sectional view illustrating a microfluidic channel in accordance with exemplary embodiments.
도 9를 참조하면, 세포 임피던스 분광학 측정 장치는 미세유체채널(112)의 적어도 일측벽 또는 미세유채채널(112) 내의 전극쌍(310a, 310b)의 적어도 일면 상에 코팅된 생화학적 물질막(140)을 더 포함할 수 있다. 생화학적 물질막(140)은 미세유채채널(112) 내에 형성되어 세포와의 접착을 증가시키거나 또는 방지할 수 있다. 생화학적 물질막(140)은 항체를 포함할 수 있다. 상기 항체의 예로서는, anti-EpCAM 항체, anti-CK 항체 등을 들 수 있다.9, a cell impedance spectroscopy apparatus includes a biochemical material film 140 (not shown) coated on at least one side of a pair of
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 미세유체채널을 나타내는 단면도이다.10 is a cross-sectional view illustrating a microfluidic channel in accordance with exemplary embodiments.
도 10을 참조하면, 미세유체채널(112)의 적어도 일측벽은 바닥면에 대하여 소정 각도로 경사지거나 곡면 형상을 가질 수 있다. 서로 마주하는 제1 측벽(114a) 및 제2 측벽(114b)은 수직 방향을 따라 오목한 형상의 수직 단면 프로파일을 가질 수 있다.Referring to FIG. 10, at least one side wall of the
도 11a 내지 도 11f는 예시적인 실시예들에 따른 미세유체채널 내의 전극쌍의 전극들을 나타내는 단면도들이다.11A-11F are cross-sectional views illustrating electrodes of a pair of electrodes in a microfluidic channel in accordance with exemplary embodiments.
도 11a 내지 도 11를 참조하면, 미세유체채널 내에 배치된 전극쌍은 서로 이격 배치된 제1 전극(310a) 및 제2 전극(310b)을 포함할 수 있다. 제1 전극(310a) 및 제2 전극(310b)은 상기 미세유체채널 내에서 서로 대칭적으로 또는 비대칭적으로 배치될 수 있다. 제1 및 제2 전극들(310a, 310b)은 상기 미세유체채널의 상부, 중앙부 또는 하부에 배치될 수 있다.Referring to FIGS. 11A to 11, the electrode pairs disposed in the microfluidic channel may include a
또한, 2개 이상의 제1 전극들(310a) 및 2개 이상의 제2 전극들(310b)이 상기 미세유체채널 내에 배치될 수 있다. 이를 통해, 세포의 전기적 신호를 3차원적으로 측정할 수 있다.Also, two or more
도 12a 내지 도 12c는 예시적인 실시예들에 따른 미세유체채널을 나타내는 단면도이다.12A-C are cross-sectional views illustrating microfluidic channels in accordance with exemplary embodiments.
도 12a 내지 도 12c를 참조하면, 세포 임피던스 분광학 측정 장치는 미세유체채널의 측벽 일부를 구성하는 가변형 박막 구조물(520, 522)을 더 포함할 수 있다.12A to 12C, the apparatus for measuring cell impedance spectroscopy may further include a variable
도 12a에 도시된 바와 같이, 제1 가변형 박막(500)은 제2 기판(102) 및 제3 기판(104) 사이에 개재되고, 제1 가변형 박막(500)의 일부인 제1 가변형 박막 구조물(520)은 상기 미세유체채널의 적어도 일측벽을 구성할 수 있다.12A, the first variable
제1 가변형 박막 구조물(520)에 대응하는 위치에 제3 기판(104)의 하부면에는 리세스가 형성될 수 있다. 제1 가변형 박막(500)은 상기 리세스를 커버하여 제1 박막 제어 라인(510)을 형성할 수 있다. 제1 박막 제어 라인(510)은 외부의 유압 또는 공압 공급원과 연결되어 제1 가변형 박막 구조물(520)을 변형시킬 수 있다.A recess may be formed on the lower surface of the
따라서, 제1 가변형 박막 구조물(520)은 외력에 의해 변형되어 상기 미세유체채널의 크기를 변화시키거나 세포를 가압할 수 있다.Accordingly, the first deformable
도 12b에 도시된 바와 같이, 제2 가변형 박막(502)은 제1 기판(100) 및 제2 기판(102) 사이에 개재되고, 제2 가변형 박막(502)의 일부인 제2 가변형 박막 구조물(522)은 상기 미세유체채널의 적어도 일측벽을 구성할 수 있다.12B, the second variable
제2 가변형 박막 구조물(522)에 대응하는 위치에 제1 기판(100)의 상부면에는 리세스가 형성될 수 있다. 제2 가변형 박막(502)은 상기 리세스를 커버하여 제2 박막 제어 라인(512)을 형성할 수 있다. 제2 박막 제어 라인(512)은 외부의 유압 또는 공압 공급원과 연결되어 제2 가변형 박막 구조물(522)을 변형시킬 수 있다.A recess may be formed on the upper surface of the
따라서, 제2 가변형 박막 구조물(522)은 외력에 의해 변형되어 상기 미세유체채널의 크기를 변화시키거나 세포를 가압할 수 있다.Accordingly, the second variable
도 12c에 도시된 바와 같이, 제1 가변형 박막 구조물(520)은 상기 미세유체채널의 상부 측벽의 적어도 일부를 구성하고, 제2 가변형 박막 구조물(522)은 상기 미세유체채널의 하부 측벽의 적어도 일부를 구성할 수 있다.12C, the first deformable
따라서, 제1 및 제2 가변형 박막 구조물들(520, 522)은 외력에 의해 변형되어 상기 미세유체채널의 크기를 변화시키거나 세포를 가압할 수 있다.Accordingly, the first and second variable
도 13은 예시적인 실시예들에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 나타내는 평면도이다.13 is a plan view showing a device for measuring cell impedance spectroscopy according to exemplary embodiments.
도 13을 참조하면, 세포 임피던스 분광학 측정 장치는 미세유체채널(112) 내에 배치되며 유체가 통과하는 면적을 제어하기 위한 추가 구조물(600)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 13, the apparatus for measuring cell impedance spectroscopy may further include an
복수 개의 추가 구조물들(600)이 전극쌍의 후방에 각각 배치될 수 있다. 상기 추가 구조물은 스토퍼(stopper)로서 세포와 상기 전극쌍과의 접촉 시간을 증가시킬 수 있다.A plurality of
도 14는 예시적인 실시예들에 따른 미세유체채널을 나타내는 평면도이다.14 is a plan view showing a microfluidic channel in accordance with exemplary embodiments.
도 14를 참조하면, 전극쌍의 전극의 길이는 서로 동일하거나 다를 수 있다. 구체적으로, 제1 전극쌍의 제1 및 제2 전극들(310a, 310b)은 미세유체채널(112)의 길이 방향으로 제1 길이(L1)를 가질 수 있다. 제2 전극쌍의 제1 및 제2 전극들(312a, 312b)은 미세유체채널(112)의 길이 방향으로 제1 길이(L1)보다 큰 제2 길이(L2)를 가질 수 있다. 제3 전극쌍의 제1 및 제2 전극들(314a, 314b)은 미세유체채널(112)의 길이 방향으로 제2 길이(L2)보다 큰 제3 길이(L3)를 가질 수 있다.Referring to FIG. 14, the electrode lengths of the electrode pairs may be the same or different. Specifically, the first and
도 15는 예시적인 실시예들에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 평면도이다.15 is a plan view of a device for measuring cell impedance spectroscopy according to exemplary embodiments.
도 15를 참조하면, 세포 임피던스 분광학 측정 장치는 서로 직렬로 배열된 복수 개의 제1 내지 제3 미세유체채널들(112, 122, 132)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 15, the apparatus for measuring cell impedance spectroscopy may include a plurality of first to third
제1 내지 제3 미세유체채널들(112, 122, 132)은 서로 동일하거나 다른 직경을 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 미세유체채널(112)은 제1 직경(D2)을 가지고, 제2 미세유체채널(122)은 제1 직경(D2)보다 큰 제2 직경(D3)을 가지고, 제3 미세유체채널(132)은 제2 직경(D3)보다 큰 제4 직경(D4)을 가질 수 있다.The first to third
상기 세포 임피던스 분광학 측정 장치는 제1 미세유체채널(112)에 배치된 제1 그룹의 전극쌍들(20), 제2 미세유체채널(122)에 배치된 제2 그룹의 전극쌍들(22) 및 제3 미세유채채널(132)에 배치된 제3 그룹의 전극쌍들(24)을 포함할 수 있다.The cell impedance spectroscopy apparatus includes a first group of electrode pairs 20 disposed in a first
따라서, 세포의 통과시간, 세포 크기 변화 등 세포의 기계적 특성을 추가적으로 측정할 수 있다.Therefore, it is possible to additionally measure the mechanical properties of cells such as cell passage time and cell size change.
도 16은 예시적인 실시예들에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 평면도이다.16 is a top view of a device for measuring cell impedance spectroscopy according to exemplary embodiments.
도 16을 참조하면, 세포 임피던스 분광학 측정 장치는 서로 병렬로 배열된 복수 개의 제1 내지 제3 미세유체채널들(112, 122, 132)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 16, the apparatus for measuring cell impedance spectroscopy may include a plurality of first to third
제1 내지 제3 미세유체채널들(112, 122, 132)은 서로 동일하거나 다른 직경을 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 미세유체채널(112)은 제1 직경(D2)을 가지고, 제2 미세유체채널(122)은 제1 직경(D2)보다 큰 제2 직경(D3)을 가지고, 제3 미세유체채널(132)은 제2 직경(D3)보다 큰 제4 직경(D4)을 가질 수 있다.The first to third
상기 세포 임피던스 분광학 측정 장치는 제1 미세유체채널(112)에 배치된 제1 그룹의 전극쌍들(30), 제2 미세유체채널(122)에 배치된 제2 그룹의 전극쌍들(32) 및 제3 미세유채채널(132)에 배치된 제3 그룹의 전극쌍들(34)을 포함할 수 있다.The device for measuring cell impedance spectroscopy includes a first group of electrode pairs 30 disposed in a first
따라서, 세포의 통과시간, 세포 크기 변화 등 세포의 기계적 특성을 추가적으로 측정할 수 있다.Therefore, it is possible to additionally measure the mechanical properties of cells such as cell passage time and cell size change.
이하에서는, 상술한 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 이용하여 세포의 전기적 특성을 측정하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for measuring the electrical characteristics of a cell using the above-described cell impedance spectroscopic measurement apparatus will be described.
도 17은 예시적인 실시예들에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 방법을 나타내는 순서도이다.17 is a flow chart illustrating a method for measuring cell impedance spectroscopy according to exemplary embodiments.
도 17을 참조하면, 제1 직경을 가지며 적어도 하나의 전극쌍이 배치된 미세유체채널을 마련하고, 유입부(150)를 통해 세포(C)를 포함하는 유체를 상기 미세유체채널 내로 유입시킨다(S100). 이 때, 세포(C)는 상기 제1 직경보다 더 큰 직경을 가질 수 있다.Referring to FIG. 17, a microfluidic channel having a first diameter and at least one pair of electrodes is provided, and a fluid including cells C is introduced into the microfluidic channel through an inlet 150 (S100 ). At this time, the cells C may have a diameter larger than the first diameter.
도 1의 측정 장치(10)의 미세유체채널(112)에는 상기 미세유체채널의 길이 방향을 따라 복수 개의 전극쌍들이 배치될 수 있다. 도 6의 측정 장치(11)의 미세유체채널(112)에는 하나의 전극쌍이 배치될 수 있다.A plurality of electrode pairs may be disposed along the longitudinal direction of the
이어서, 상기 미세유체채널을 통과하는 상기 세포의 위치별로 서로 다른 주파수의 전기적 신호를 상기 전극쌍에 인가하고(S110), 세포의 전기적 신호를 검출한다(S120). 이후, 상기 미세유체채널로부터 상기 유체를 배출시킨다(S130).Next, an electrical signal having a frequency different according to the position of the cell passing through the microfluidic channel is applied to the electrode pair (S110), and an electrical signal of the cell is detected (S120). Thereafter, the fluid is discharged from the microfluidic channel (S130).
도 1의 측정 장치(10)의 경우에 있어서, 상기 복수 개의 전극쌍들 각각에 서로 다른 주파수의 전기적 신호들을 각각 인가할 수 있다. 도 6의 측정 장치(10)의 경우, 상기 세포가 미세유체채널(112)의 제1 위치를 통과할 때 제1 주파수의 전기적 신호를 인가하고 상기 세포가 상기 제1 위치를 지난 후 미세유체채널(112)의 제2 위치를 통과할 때 상기 제1 주파수와 다른 제2 주파수의 전기적 신호를 인가할 수 있다. 전기적 신호 검출기는 주파수의 변화에 따른 전기적 신호의 크기와 위상을 검출할 수 있다.In the case of the measuring
도 18은 세포가 미세유체채널 내에 있을 때의 등가 회로 모델(electrical equivalent circuit model)을 나타내는 회로도이다.18 is a circuit diagram showing an electrical equivalent circuit model when cells are in a microfluidic channel.
도 18을 참조하면, 세포의 등가 회로 모델에 있어서, Rm은 세포막의 저항, Re은 전기이중층의 저항, Rc은 세포질의 저항, Cm은 세포막의 캐패시턴스를 나타낸다. 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 통해 얻은 결과를 모델링에 적용하여, 세포막과 세포질의 전기적 특성을 도출할 수 있다.Referring to Fig. 18, in the equivalent circuit model of cells, Rm represents the resistance of the cell membrane, Re represents the resistance of the electric double layer, Rc represents the resistance of the cytoplasm, and Cm represents the capacitance of the cell membrane. The results obtained through the cell impedance spectroscopy can be applied to modeling to derive electrical properties of the cell membrane and cytoplasm.
도 19 및 도 20은 일 실시예에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 장치에 의해 측정한 세포의 전기적 특성을 나타내는 그래프들이다.FIGS. 19 and 20 are graphs showing electrical characteristics of cells measured by a cell impedance spectroscopy measuring apparatus according to an embodiment.
도 19 및 도 20을 참조하면, 주파수의 변화에 따른 유방암세포주 2종(MCF7, MDA 231) 및 대조군(PBS)의 크기와 위상에 따른 결과이다. 세포 임피던스 분광학 측정 장치에 의해 측정된 전기적 특성을 통해, 세포막의 저항, 전기이중층의 저항, 세포질의 저항, 세포막의 캐패시턴스를 구할 수 있고, 이를 통해 암세포를 판별 및 정량화할 수 있다. Referring to FIGS. 19 and 20, results are shown according to the size and phase of two types of breast cancer cell lines (MCF7, MDA 231) and a control group (PBS) according to changes in frequency. Through the electrical characteristics measured by the cell impedance spectroscopic measurement device, the resistance of the cell membrane, the resistance of the electric double layer, the resistance of the cytoplasm, and the capacitance of the cell membrane can be obtained, and the cancer cell can be discriminated and quantified.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims. It can be understood that it is possible.
10, 11: 세포 임피던스 분광학 측정 장치
100: 제1 기판
102: 제2 기판
104: 제3 기판
110: 유로
112, 122, 132: 미세유체채널
140: 생화학적 물질막
150: 유입부
160: 유출부
300, 302, 304, 306: 제1 내지 제4 전극 패턴
300a, 302a, 304a, 306a: 제1 패턴
300b, 302b, 304b, 306b: 제2 패턴
310a, 312a, 314a, 316a: 제1 전극
310b, 312b, 314b, 316b: 제2 전극
320a, 322a, 324a, 326a: 제1 접속 단자
320b, 322b, 324b, 326b: 제2 접속 단자
330a, 332a, 334a, 336a: 제1 연결 패턴
330b, 332b, 334b, 336b: 제2 연결 패턴
400, 402, 404, 406: 제1 내지 제4 검출기
500: 제1 가변형 박막
502: 제2 가변형 박막
510: 제1 박막 제어 라인
512: 제2 박막 제어 라인
520: 제1 가변형 박막 구조물
522: 제2 가변형 박막 구조물
600: 스토퍼10, 11: Cell Impedance Spectrometer
100: first substrate 102: second substrate
104: third substrate 110:
112, 122, 132: microfluidic channel 140: biochemical material membrane
150: inlet 160: outlet
300, 302, 304, 306: first to fourth electrode patterns
300a, 302a, 304a, 306a: a first pattern
300b, 302b, 304b, and 306b: a second pattern
310a, 312a, 314a, 316a:
310b, 312b, 314b, 316b:
320a, 322a, 324a, 326a: a first connection terminal
320b, 322b, 324b, 326b: a second connection terminal
330a, 332a, 334a, 336a: a first connection pattern
330b, 332b, 334b, 336b: a second connection pattern
400, 402, 404, 406: first to fourth detectors
500: first variable thin film 502: second variable thin film
510: first thin film control line 512: second thin film control line
520: first variable thin film structure 522: second variable thin film structure
600: Stopper
Claims (16)
상기 미세유체채널 내에 상기 미세유체채널을 통과하는 상기 세포와 접촉하도록 서로 이격 배치된 제1 전극 및 제2 전극을 갖는 적어도 하나의 전극쌍; 및
상기 미세유체채널을 통과하는 상기 세포의 위치별로 서로 다른 주파수의 전기적 신호들을 상기 전극쌍에 인가하고 상기 세포로부터 전기적 신호를 검출하기 위한 전기적 신호 검출기를 포함하는 세포 임피던스 분광학 측정 장치.A microfluidic channel providing a space for fluid flow including cells and having a channel size below the diameter of the cells;
At least one electrode pair having a first electrode and a second electrode spaced apart from each other to be in contact with the cells passing through the microfluidic channel in the microfluidic channel; And
And an electrical signal detector for applying electrical signals of different frequencies to the electrode pair according to positions of the cells passing through the microfluidic channels and for detecting an electrical signal from the cells.
상기 미세유체채널 내에 상기 제1 채널 크기보다 큰 직경을 갖는 세포를 포함한 유체를 유입시키고;
상기 미세유체채널을 통과하는 상기 세포의 위치별로 서로 다른 주파수의 전기적 신호를 상기 전극쌍에 인가하고;
상기 세포로부터 전기적 신호를 검출하고; 그리고
상기 미세유체채널로부터 상기 유체를 배출시키는 단계를 포함하는 세포 임피던스 분광학 측정 방법.Disposing at least one electrode pair having a first electrode and a second electrode so as to be spaced apart from each other in a microfluidic channel having a first channel size;
Introducing a fluid including cells having a diameter larger than the first channel size into the microfluidic channel;
Applying electrical signals of different frequencies to the electrode pairs according to positions of the cells passing through the microfluidic channel;
Detecting an electrical signal from the cell; And
And discharging the fluid from the microfluidic channel.
상기 전기적 신호를 상기 전극쌍에 인가하는 것은 상기 복수 개의 전극쌍들 각각에 서로 다른 주파수의 전기적 신호들을 각각 인가하는 것을 포함하는 세포 임피던스 분광학 측정 방법.15. The method of claim 14, wherein disposing the electrode pair comprises disposing a plurality of electrode pairs apart from each other along the longitudinal direction of the microfluidic channel,
Wherein applying the electrical signal to the electrode pair comprises applying electrical signals of different frequencies to each of the plurality of electrode pairs.
상기 전기적 신호를 상기 전극쌍에 인가하는 것은 상기 세포가 상기 미세유체채널의 제1 위치를 통과할 때 제1 주파수의 전기적 신호를 인가하고 상기 세포가 상기 미세유체채널의 제2 위치를 통과할 때 상기 제1 주파수와 다른 제2 주파수의 전기적 신호를 인가하는 것을 포함하는 세포 임피던스 분광학 측정 방법.15. The method of claim 14, wherein disposing the electrode pair comprises disposing the first and second electrodes to extend in the longitudinal direction of the microfluidic channel, respectively,
Wherein applying the electrical signal to the electrode pair applies an electrical signal of a first frequency when the cell passes through the first location of the microfluidic channel and when the cell passes through the second location of the microfluidic channel And applying an electrical signal of a second frequency different from the first frequency.
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment | ||
J201 | Request for trial against refusal decision | ||
J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL NUMBER: 2018101004633; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20181114 Effective date: 20200323 |