KR20220137352A - Method and apparatus for applying electrical stimulation to microfluidic cells - Google Patents

Method and apparatus for applying electrical stimulation to microfluidic cells Download PDF

Info

Publication number
KR20220137352A
KR20220137352A KR1020210043308A KR20210043308A KR20220137352A KR 20220137352 A KR20220137352 A KR 20220137352A KR 1020210043308 A KR1020210043308 A KR 1020210043308A KR 20210043308 A KR20210043308 A KR 20210043308A KR 20220137352 A KR20220137352 A KR 20220137352A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
electrical stimulation
channel
microfluidic
layer
Prior art date
Application number
KR1020210043308A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102523910B1 (en
Inventor
최혁
황민호
김안기
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
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 고려대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
Priority to KR1020210043308A priority Critical patent/KR102523910B1/en
Publication of KR20220137352A publication Critical patent/KR20220137352A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102523910B1 publication Critical patent/KR102523910B1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • C12M35/00—Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
    • C12M35/02—Electrical or electromagnetic means, e.g. for electroporation or for cell fusion
    • 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
    • C12M23/16—Microfluidic devices; Capillary tubes
    • 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
    • C12M25/00—Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
    • C12M25/14—Scaffolds; Matrices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N13/00—Treatment of microorganisms or enzymes with electrical or wave energy, e.g. magnetism, sonic waves
    • 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
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/08—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing artificial tissue or for ex-vivo cultivation of tissue

Abstract

The present invention relates to a method and apparatus for applying electrical stimulation to microfluidic cells. The apparatus for applying electrical stimulation comprises a microfluidic plate including microfluidic chips, and an electrical stimulation applying circuit for applying electrical stimulation to at least one of the microfluidic chips, wherein the microfluidic plate comprises: a first layer on which the microfluidic chip is placed; a second layer in which electrodes for applying electrical stimulation to each channel of the microfluidic chip are disposed; and a third layer that transmits an electrical signal transmitted from the electrical stimulation applying circuit to at least one of the electrodes disposed on the second layer.

Description

미세유체 세포에 대한 전기 자극 인가 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR APPLYING ELECTRICAL STIMULATION TO MICROFLUIDIC CELLS}Method and apparatus for applying electrical stimulation to microfluidic cells

아래 실시예들은 미세유체 세포에 대한 전기 자극 인가 기술에 관한 것이다.The examples below relate to a technique for applying electrical stimulation to microfluidic cells.

인체 내 다양한 세포나 조직에 대한 전기적 자극은 세포 및 조직 내 유전자 발현(gene expression), 세포 부착(cell adhesion), 이동(migration) 및 사멸(apoptosis, necrosis) 등을 포함하는 다양한 분자생물학적 과정을 조절하여 조직의 항상성(homeostasis)을 유지하는 데 중요한 역할을 한다. 일부 연구에서 자극을 포함하는 신호를 이용하여, 세포 내 여러 단백질 및 효소들의 활성을 유도함으로써 세포의 기능을 민감하게 조절하고 유지할 수 있다. 실제 암이 발달하는 과정과 전이되는 과정이 전기적 자극에 의해 조절된다는 연구 결과가 있다. 이러한 연구 결과와 더불어 줄기세포의 분화 현상 및 자극에 의한 세포 내 분자생물학적 신호 전달 현상이 다양한 질병에 밀접한 관련을 나타낼 수 있다는 연구 결과도 있다. 인체 내 조직은 세포외기질을 포함하는 다양한 구성 성분을 포함하는 3차원 형태를 이루고 있으며, 상기 기술한 질병 내 다양한 분자생물학적 기전 및 치료적 접근은 3차원 형태에서 수행되는 것이 바람직하다.Electrical stimulation of various cells or tissues in the human body regulates various molecular biological processes including gene expression, cell adhesion, migration, and apoptosis (necrosis) in cells and tissues. It plays an important role in maintaining tissue homeostasis. In some studies, it is possible to sensitively control and maintain cell functions by inducing the activity of various proteins and enzymes in cells using signals including stimuli. There is a study result that the process of actual cancer development and metastasis is regulated by electrical stimulation. In addition to these research results, there are also research results suggesting that intracellular molecular biological signal transduction by stem cell differentiation and stimulation can be closely related to various diseases. Tissues in the human body have a three-dimensional shape including various components including an extracellular matrix, and it is preferable that various molecular biological mechanisms and therapeutic approaches in the above-described diseases are performed in a three-dimensional form.

또한, 전기 자극(electrical stimulation) 같은 기계·공학적 에너지를 통해 조직 및 신경을 자극하여 대사기능을 조절함으로써 신체의 항상성을 회복시키는 ‘전자약(electroceuticals)’에 대한 관심이 전 세계적으로 증가하고 있는 추세이다. 전자약 기술로 인한 인체의 신호 전달 체계 및 생리 활성의 조절은 세포 분화, 면역반응 조절, 혈관형성 및 신경 재생 효과 등을 유발시키므로 전자약 기술이 다양한 질병 치료에 적용될 수 있을 것으로 전망된다. 전자약에 대한 기초적인 접근 방식으로서, 세포를 대상으로 인가한 ‘전기 자극(electrical stimulation)’이 특정 질병과 관련된 여러 인자(factor)를 긍정적인(positive) 방향으로 활성화시킨다는 다수의 선행 연구가 발표되었다.In addition, interest in 'electroceuticals' that restores body homeostasis by stimulating tissues and nerves through mechanical and engineering energy such as electrical stimulation to regulate metabolic functions is increasing worldwide. to be. Since the regulation of the human body's signal transduction system and physiological activity caused by electronic drug technology induces cell differentiation, immune response regulation, angiogenesis and nerve regeneration effects, it is expected that the electronic drug technology can be applied to the treatment of various diseases. As a basic approach to e-drugs, a number of previous studies have shown that 'electrical stimulation' applied to cells positively activates several factors related to specific diseases. became

그러나, 종래의 세포 내 전기적 자극에 의한 생리활성 조절에 관한 기술들은 일반적인 배양 플레이트 내에서 2차원의 환경에서 이루어진 경우가 대부분이며, 공동 배양의 환경에서 전기적 인가에 대한 효과를 확인한 연구는 아직 부재한다. 또한 단일 세포에 대한 전기적 자극의 효과가 상호작용하는 이종의 세포에 어떠한 영향을 미칠 수 있는지에 대한 연속적인 기전을 관찰하기에 어려움이 있다. 따라서 이러한 종래 기술의 한계들을 보완하기 위한 연구가 필요한 실정이다.However, the conventional techniques related to the regulation of physiological activity by electrical stimulation in cells are mostly made in a two-dimensional environment in a general culture plate, and studies confirming the effect of electrical application in the environment of co-culture are not yet available. . In addition, it is difficult to observe the continuous mechanism of how the effect of electrical stimulation on a single cell can affect the interacting heterogeneous cells. Therefore, there is a need for research to supplement the limitations of the prior art.

일 실시예에 따른 미세유체 세포에 대한 전기 자극 인가 장치는 미세유체 칩(microfluidic chips)을 포함하는 미세유체 플레이트; 및 상기 미세유체 칩 중 적어도 하나에 전기 자극을 가하는 전기 자극 인가 회로를 포함하고, 상기 미세유체 플레이트는, 상기 미세유체 칩이 배치되는 제1 레이어; 상기 미세유체 칩의 각 체널에 전기 자극을 가하기 위한 전극들이 배치되는 제2 레이어; 및 상기 제2 레이어에 배치된 상기 전극들 중 적어도 하나에 상기 전기 자극 인가 회로로부터 전달되는 전기 신호를 전달하는 제3 레이어를 포함할 수 있다.An apparatus for applying electrical stimulation to microfluidic cells according to an embodiment includes a microfluidic plate including microfluidic chips; and an electrical stimulation application circuit for applying electrical stimulation to at least one of the microfluidic chips, wherein the microfluidic plate includes: a first layer on which the microfluidic chip is disposed; a second layer in which electrodes for applying electrical stimulation to each channel of the microfluidic chip are disposed; and a third layer that transmits an electrical signal transmitted from the electrical stimulation application circuit to at least one of the electrodes disposed on the second layer.

상기 제3 레이어는, 상기 전기 자극 인가 회로로부터 전달받은 전기 신호를 포고 핀을 통해 상기 제2 레이어에 장착된 전극들에 전달할 수 있다.The third layer may transmit the electrical signal received from the electrical stimulation application circuit to the electrodes mounted on the second layer through a pogo pin.

상기 제2 레이어는, 탈착형의 교체가 가능한 금 전극들이 배치되고, 상기 금 전극들을 이용하여 미세유체 칩에 전기 신호를 인가할 수 있다.In the second layer, removable and replaceable gold electrodes are disposed, and an electrical signal may be applied to the microfluidic chip using the gold electrodes.

상기 전기 자극 인가 회로는, 채널 별로 각 채널에 대응하는 미세유체 칩에 전기 신호를 제공하는 것을 제어하는 스위치를 포함할 수 있다.The electrical stimulation applying circuit may include a switch for controlling providing an electrical signal to the microfluidic chip corresponding to each channel for each channel.

상기 스위치는, 상기 스위치에 대응하는 채널에 대응하는 열에 포함된 미리 정해진 수의 미세유체 칩에 대해 전기 신호를 제공하 것을 제어할 수 있다.The switch may control providing an electrical signal to a predetermined number of microfluidic chips included in a column corresponding to a channel corresponding to the switch.

상기 미세유체 칩은, 하이드로젤을 주입하는 비계 채널(scaffold channel)이 각 채널의 사이에 배치될 수 있다.In the microfluidic chip, a scaffold channel for injecting hydrogel may be disposed between each channel.

상기 전기 자극 인가 회로는, 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Control Unit; MCU)가 장착된 복수의 메인 보드들을 포함할 수 있다.The electrical stimulation applying circuit may include a plurality of main boards on which a micro control unit (MCU) is mounted.

상기 미세유체 칩은, 각 채널의 양 극단에 전극들이 배치되고, 각 전극들의 극성에 기초하여 전류의 방향이 결정될 수 있다.In the microfluidic chip, electrodes may be disposed at both ends of each channel, and the direction of the current may be determined based on the polarity of each electrode.

상기 미세유체 칩은, 제1 채널의 양 극단에 제1 전극 및 제3 전극이 배치되고, 제2 채널의 양 극단에 제2 전극 및 제4 전극이 배치될 수 있다.In the microfluidic chip, a first electrode and a third electrode may be disposed at both ends of a first channel, and a second electrode and a fourth electrode may be disposed at both ends of the second channel.

상기 미세유체 칩은, 상기 제1 전극의 극성이 제1 극성이고, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극의 극성이 제2 극성인 경우, 전류가 상기 제1 전극에서부터 상기 제3 전극으로 흐르고, 상기 제1 전극에서 비계 채널을 통과하여 상기 제2 전극 및 제4 전극으로 흐를 수 있다.In the microfluidic chip, when the polarity of the first electrode is the first polarity and the polarities of the second electrode, the third electrode, and the fourth electrode are the second polarity, the current flows from the first electrode to the second polarity. It may flow to the third electrode, and may flow from the first electrode through the scaffold channel to the second electrode and the fourth electrode.

상기 미세유체 칩은, 상기 제1 전극 및 상기 제4 전극의 극성이 제1 극성이고, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극의 극성이 제2 전극인 경우, 전류가 상기 제1 전극에서 비계 채널을 통과하지 않고 상기 제3 전극으로 흐르고, 상기 제4 전극에서 상기 제2 전극으로 흐를 수 있다.In the microfluidic chip, when the polarities of the first electrode and the fourth electrode are the first polarity, and the polarities of the second electrode and the third electrode are the second electrodes, the current flows from the first electrode to the scaffold channel It may flow to the third electrode without passing through and flow from the fourth electrode to the second electrode.

상기 미세유체 칩은, 상기 제1 전극 및 상기 제3 전극의 극성이 제1 극성이고, 상기 제2 전극 및 상기 제4 전극의 극성이 제2 극성인 경우, 전류가 상기 제1 극성에서 비계 채널을 통과하여 상기 제2 전극으로 흐르고, 상기 제3 전극에서 상계 비계 채널을 통과하여 상기 제4 극성으로 흐를 수 있다.In the microfluidic chip, when the polarities of the first electrode and the third electrode are the first polarity, and the polarities of the second electrode and the fourth electrode are the second polarity, the current flows through the scaffold channel at the first polarity It may flow through the second electrode, and may flow in the fourth polarity through the upper scaffolding channel in the third electrode.

일 실시예에 따른 미세유체 세포에 대한 전기 자극 인가 장치를 통해 전기 자극을 인가하는 방법은 전기 자극 인가 회로에 의해, 미세유체 플레이트에 포함된 미세유체 칩(microfluidic chips)에 인가할 전기 자극 신호를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 전기 자극 신호를 상기 미세유체 칩에 설치된 전극들에 인가하는 단계를 포함하고, 상기 미세유체 플레이트는, 상기 미세유체 칩이 배치되는 제1 레이어; 상기 미세유체 칩의 각 체널에 전기 자극을 가하기 위한 전극들이 배치되는 제2 레이어; 및 상기 제2 레이어에 배치된 상기 전극들 중 적어도 하나에 상기 전기 자극 인가 회로로부터 전달되는 전기 신호를 전달하는 제3 레이어를 포함할 수 있다.In the method of applying electrical stimulation through the device for applying electrical stimulation to microfluidic cells according to an embodiment, the electrical stimulation signal to be applied to the microfluidic chips included in the microfluidic plate is applied by the electrical stimulation application circuit. determining; and applying the determined electrical stimulation signal to electrodes installed on the microfluidic chip, wherein the microfluidic plate includes: a first layer on which the microfluidic chip is disposed; a second layer in which electrodes for applying electrical stimulation to each channel of the microfluidic chip are disposed; and a third layer that transmits an electrical signal transmitted from the electrical stimulation application circuit to at least one of the electrodes disposed on the second layer.

상기 제3 레이어는, 상기 전기 자극 인가 회로로부터 전달받은 전기 신호를 포고 핀을 통해 상기 제2 레이어에 장착된 전극들에 전달할 수 있다.The third layer may transmit the electrical signal received from the electrical stimulation application circuit to the electrodes mounted on the second layer through a pogo pin.

상기 제2 레이어는, 탈착형의 교체가 가능한 금 전극들이 배치되고, 상기 금 전극들을 이용하여 미세유체 칩에 전기 신호를 인가할 수 있다.In the second layer, removable and replaceable gold electrodes are disposed, and an electrical signal may be applied to the microfluidic chip using the gold electrodes.

상기 전기 자극 인가 회로는, 채널 별로 각 채널에 대응하는 미세유체 칩에 전기 신호를 제공하는 것을 제어하는 스위치를 포함할 수 있다.The electrical stimulation applying circuit may include a switch for controlling providing an electrical signal to the microfluidic chip corresponding to each channel for each channel.

상기 스위치는, 상기 스위치에 대응하는 채널에 대응하는 열에 포함된 미리 정해진 수의 미세유체 칩에 대해 전기 신호를 제공하는 것을 제어할 수 있다.The switch may control providing an electrical signal to a predetermined number of microfluidic chips included in a column corresponding to a channel corresponding to the switch.

상기 미세유체 칩은, 하이드로젤을 주입하는 비계 채널(scaffold channel)이 각 채널의 사이에 배치될 수 있다.In the microfluidic chip, a scaffold channel for injecting hydrogel may be disposed between each channel.

상기 전기 자극 인가 회로는, 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Control Unit; MCU)가 장착된 복수의 메인 보드들을 포함할 수 있다.The electrical stimulation applying circuit may include a plurality of main boards on which a micro control unit (MCU) is mounted.

상기 미세유체 칩은, 각 채널의 양 극단에 전극들이 배치되고, 각 전극들의 극성에 기초하여 전류의 방향이 결정될 수 있다.In the microfluidic chip, electrodes may be disposed at both ends of each channel, and the direction of the current may be determined based on the polarity of each electrode.

일 실시예에 따르면, 기존 연구의 제한적인 방법을 해결하고, 미세유체 장치 내에서 세포외기질과 세포를 3차원으로 배양하고 세포 간의 상호작용이 가능한 플랫폼을 구성할 수 있다.According to one embodiment, it is possible to solve the limited methods of existing studies, to culture the extracellular matrix and cells in three dimensions in a microfluidic device, and to construct a platform capable of interaction between cells.

일 실시예에 따르면 3차원적인 미세유체적 환경에서 세포에 전기 자극을 인가하며, 그에 따라 발생하는 세포의 형질학적 구조 변화의 양상을 관찰할 수 있다.According to an embodiment, an electrical stimulus is applied to a cell in a three-dimensional microfluidic environment, and thus, it is possible to observe a change in the phenotypic structure of the cell.

일 실시예에 따르면, 재사용이 가능한 미세유체 장치를 제공할 수 있다.According to one embodiment, it is possible to provide a reusable microfluidic device.

일 실시예에 따르면, 다양한 질환에서 서로 다른 세포에 의한 상호작용의 결과로 나타나는 병리학적 특성을 전기 자극을 통해 조절할 수 있는 기초 연구를 위한 플랫폼을 제공할 수 있다.According to an embodiment, it is possible to provide a platform for basic research in which pathological characteristics resulting from interactions by different cells in various diseases can be controlled through electrical stimulation.

일 실시예에 따르면, 인체와 유사한 환경 내에서 기계 생물학의 치료적 효과를 연구할 수 있다.According to an embodiment, it is possible to study the therapeutic effect of mechanistic biology in an environment similar to the human body.

일 실시예에 따르면, 전기적인 신호 요소(전압/전류, 주파수, 시간)를 유동적으로 변화할 수 있도록 제작되어, 동시배양 구조를 구현한 미세유체 칩의 서로 다른 배양 채널 두 쌍에 각기 다른 전기 신호를 인하고, 각각의 세포 특성에 적합한 전기적 프로토콜 기준을 적용할 수 있다.According to one embodiment, different electrical signals are provided in two pairs of different culture channels of a microfluidic chip that is manufactured to flexibly change electrical signal elements (voltage/current, frequency, time) and implements a co-culture structure. Therefore, an electrical protocol standard suitable for each cell characteristic can be applied.

도 1은 일 실시예에 따른 전기 자극 인가 시스템의 개요를 도시하는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전기 자극을 인가하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 전기 자극 인가 장치의 일례를 도시하는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 미세유체 플레이트의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전극과 포고 핀의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전기 자극 인가 장치의 구조를 도시하는 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 일 실시예에 따른 미세유체 칩을 도시하는 도면들이다.
도 8은 일 실시예에 따른 전기 자극 인가 장치의 회로를 도시하는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 전기 자극 인가 장치의 구성을 도시하는 도면이다.1 is a diagram illustrating an outline of an electrical stimulation application system according to an embodiment.
2 is a flowchart for explaining a method of applying electrical stimulation according to an embodiment.
Figure 3 is a view showing an example of the electrical stimulation applying device according to an embodiment.
4 is a diagram illustrating a configuration of a microfluidic plate according to an embodiment.
5 is a diagram illustrating an example of an electrode and a pogo pin according to an embodiment.
6 is a diagram illustrating the structure of an electrical stimulation application device according to an embodiment.
7A to 7C are diagrams illustrating a microfluidic chip according to an embodiment.
8 is a diagram illustrating a circuit of an electrical stimulation applying device according to an embodiment.
9 is a diagram illustrating the configuration of an electrical stimulation application device according to an embodiment.

실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments are disclosed for purposes of illustration only, and may be changed and implemented in various forms. Accordingly, the actual implementation form is not limited to the specific embodiments disclosed, and the scope of the present specification includes changes, equivalents, or substitutes included in the technical spirit described in the embodiments.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Although terms such as first or second may be used to describe various elements, these terms should be interpreted only for the purpose of distinguishing one element from another. For example, a first component may be termed a second component, and similarly, a second component may also be termed a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it should be understood that another component may exist in between.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 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 singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that the described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof exists, and includes one or more other features or numbers, It should be understood that the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts or combinations thereof is not precluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present specification. does not

이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description with reference to the accompanying drawings, the same components are assigned the same reference numerals regardless of the reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted.

도 1은 일 실시예에 따른 전기 자극 인가 시스템의 개요를 도시하는 도면이다.1 is a diagram illustrating an outline of an electrical stimulation application system according to an embodiment.

본 명세서에서 설명하는 전기 자극 인가 시스템은 복수의 레이어로 구성된 미세유체 플레이트에 미세유체 칩을 배치하고 전기 자극을 인가하여 복수의 세포 간의 상호 작용을 관찰하기 위한 동시 배양 구조 환경을 제공할 수 있다. 전기 자극 인가 시스템은 인체 내 다양한 질환에서 신생혈관의 성장(angiogenesis), 신경 구조체의 형성(nerve growth) 등을 포함하는 3차원 세포 간 상호작용에 따른 활성 인자의 형질 변화를 관찰할 수 있는 미세유체 칩 구조를 포함할 수 있다. 전기 자극 인가 시스템은 미세유체 칩 구조 내에 신호적 요소를 고려한 전기 자극을 인가함으로써 세포 내 기계 생물학(mechanobiology)적인 영향을 관찰할 수 있는 플랫폼을 제공할 수 있다. 전기 자극 인가 시스템은 미세유체 칩 내에서 세포외기질과 더불어 세포를 3차원으로 배양하고 세포 간 상호작용을 도모하기 위한 플랫폼을 포함할 수 있다.The electrical stimulation application system described herein can provide a co-culture structure environment for observing the interaction between a plurality of cells by placing a microfluidic chip on a microfluidic plate composed of a plurality of layers and applying electrical stimulation. The electrical stimulation application system is a microfluidic system capable of observing the transformation of active factors according to three-dimensional cell-to-cell interactions including angiogenesis and nerve growth in various diseases in the human body. It may include a chip structure. The electrical stimulation application system can provide a platform for observing intracellular mechanobiology effects by applying electrical stimulation considering signal elements in the microfluidic chip structure. The electrical stimulation application system may include a platform for culturing cells in three dimensions along with the extracellular matrix in the microfluidic chip and promoting cell-to-cell interaction.

전기 자극 인가 시스템은 전기적 자극에 대한 세포 내 효과를 확인할 수 있는 인가 장치를 미세유체의 투입구 부분에 배치하여, 배양액을 통해 전류 및 전기 자극을 가할 수 있다. 도선은 각 상호작용하는 세포 채널 양쪽으로 배치되어, 선택적으로 전기적 자극을 인가할 수 있다. 또한, 도선이 캡 형태로 구성되어 있기 때문에, 미세유체 플레이트는 멸균 후 재사용될 수 있다.In the electrical stimulation application system, an application device capable of confirming an intracellular effect on electrical stimulation is disposed at the inlet portion of the microfluid, and current and electrical stimulation can be applied through the culture medium. Conductors may be placed on either side of each interacting cell channel to selectively apply electrical stimulation. In addition, since the conductor is in the form of a cap, the microfluidic plate can be reused after sterilization.

전기 자극 인가 시스템은 도선을 채널의 주입구 부분에 배치시키고, 전기 자극을 인가하여, 중앙의 상호작용 채널 및 각 세포의 배양 채널이 세포에 자극을 가하는 과정과, 자극을 인가받은 세포의 모습을 사용자가 현미경 상으로 관찰할 수 있는 구성을 제공할 수 있다. 전기 자극 인가 시스템은 전기 자극 인가 회로에 마이크로 컨트롤 유닛을 연결시켜 사용자 또는 연구가 즉각적으로 세포에 인가되는 전기적 특성을 변화시킬 수 있도록 할 수 있다. 생물학적 재연성 및 반복성의 측면에서 PDMS(polydimethylsiloane) 기반의 미세유체 플레이트(또는 미세유체 장치)와 전기 자극 인가 회로(또는 전기적 인가 장치)의 결합은, 사용자가 원하는 다수의 배양 칩을 구성하는 데에 있어서도 효율적일 수 있다. 전기 자극 인가 시스템은 연구 목적에 따라 전기적인 신호 요소(전압(전류), 주파수, 시간)를 유동적으로 변화할 수 있도록 제작될 수 있다. 전기 자극 인가 시스템은 동시배양 구조를 구현한 미세유체 칩의 서로 다른 배양 채널 두 쌍에 각기 다른 전기 신호를 인가할 수 있도록 하여, 각각의 세포 특성에 적합한 전기적 프로토콜(Protocol) 기준을 적용할 수 있다.The electrical stimulation application system places a conducting wire in the inlet of the channel and applies electrical stimulation to the central interaction channel and the culture channel of each cell to apply the stimulation to the cell, and the appearance of the cell to which the stimulation has been applied. may provide a configuration that can be observed under a microscope. The electrical stimulation application system may connect the microcontrol unit to the electrical stimulation application circuit so that a user or researcher can immediately change electrical characteristics applied to the cell. In terms of biological reproducibility and repeatability, the combination of a polydimethylsiloane (PDMS)-based microfluidic plate (or microfluidic device) and an electrical stimulation application circuit (or electrical application device) is useful in constructing a plurality of culture chips desired by users. can be efficient. The electrical stimulation application system can be manufactured to flexibly change electrical signal elements (voltage (current), frequency, time) according to the research purpose. The electrical stimulation application system can apply different electrical signals to two pairs of different culture channels of a microfluidic chip that implements a co-culture structure, so that an electrical protocol standard suitable for each cell characteristic can be applied. .

도 1을 참조하면, 전기 자극 인가 회로(120)는 컴퓨팅 장치로부터 전원을 제공받아 미세유체 플레이트(110)에 전기 신호를 전달할 수 있다. 전기 신호는 미세유체 플레이트(110)에 배치된 포고 핀 및 전극들을 통해 미세유체 칩들 각각에 배치된 채널들에 전달될 수 있다. 일 미세유체 칩에 배치된 채널들의 양 극단에는 전극이 배치될 수 있고, 채널들은 전극을 통해 전달받은 전기 신호 또는 전기 자극을 세포에 인가할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the electrical stimulation application circuit 120 may receive power from a computing device and transmit an electrical signal to the microfluidic plate 110 . The electrical signal may be transmitted to channels disposed in each of the microfluidic chips through pogo pins and electrodes disposed on the microfluidic plate 110 . Electrodes may be disposed at both ends of the channels disposed on one microfluidic chip, and the channels may apply an electrical signal or electrical stimulation received through the electrode to the cell.

도 2는 일 실시예에 따른 전기 자극을 인가하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flowchart for explaining a method of applying electrical stimulation according to an embodiment.

도 2를 참조하면 단계(210)에서 전기 자극 인가 장치는 전기 자극 인가 회로에 의해, 미세유체 플레이트에 포함된 미세유체 칩(microfluidic chips)에 인가할 전기 자극 신호를 결정할 수 있다. 전기 자극 인가 장치는 전기 자극 인가 회로를 이용하여 전압, 전류, 주파수 및 시간을 포함하는 전기적인 요소를 연구 목적에 기초하여 유동적으로 변화시킬 수 있다.Referring to FIG. 2 , in step 210 , the electrical stimulation application device may determine an electrical stimulation signal to be applied to microfluidic chips included in the microfluidic plate by the electrical stimulation application circuit. The electrical stimulation applying device may flexibly change electrical elements including voltage, current, frequency, and time based on the research purpose using an electrical stimulation application circuit.

단계(220)에서 전기 자극 인가 장치는 결정된 전기 자극 신호를 미세유체 칩에 설치된 전극들에 인가하는 단계를 포함하고, 전기 자극 인가 회로는 다양한 전기 자극 신호를 결정하여 인가하고, 미세유체가 전기 자극을 인가받았을 때의 변화를 관찰하고 세포 특성과 연구 목적에 적합한 전기적 프로토콜의 기준을 정립하고 적용할 수 있다.In step 220, the electrical stimulation application device includes the step of applying the determined electrical stimulation signal to the electrodes installed on the microfluidic chip, the electrical stimulation application circuit determines and applies various electrical stimulation signals, the microfluidic is electrically stimulated It is possible to observe the changes when the cell is approved, and to establish and apply the standards of electrical protocols suitable for cell characteristics and research purposes.

여기서, 미세유체 플레이트는 제1 레이어, 제2 레이어 및 제3 레이어를 포함할 수 있다. 제1 레이어에는 미세유체 칩이 배치될 수 있고, 제1 레이어는 미세유체 칩을 고정하기 위한 클램프(clamp)를 포함할 수 있다.Here, the microfluidic plate may include a first layer, a second layer, and a third layer. A microfluidic chip may be disposed on the first layer, and the first layer may include a clamp for fixing the microfluidic chip.

제2 레이어에는 미세유체 칩의 각 체널에 전기 자극을 가하기 위한 전극들이 배치될 수 있다. 전극들은 탈착이 가능한 형태로 구성되어 있어, 교체가 용이할 수 있다. 제3 레이어는 제2 레이어에 배치된 전극들 중 적어도 하나에 전기 자극 인가 회로로부터 전달되는 전기 신호를 전달할 수 있다. 제3 레이어는 전기 자극 인가 회로로부터 전달받은 전기 신호를 포고 핀을 통해 제2 레이어에 장착된 전극들에 전달할 수 있다.Electrodes for applying electrical stimulation to each channel of the microfluidic chip may be disposed on the second layer. Since the electrodes are configured in a detachable form, they can be easily replaced. The third layer may transmit an electrical signal transmitted from the electrical stimulation application circuit to at least one of the electrodes disposed on the second layer. The third layer may transmit the electrical signal received from the electrical stimulation application circuit to the electrodes mounted on the second layer through the pogo pin.

전기 자극 인가 회로는, 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Control Unit; MCU)가 장착된 복수의 메인 보드들을 포함할 수 있고, 채널 별로 각 채널에 대응하는 미세유체 칩에 전기 신호를 제공하는 것을 제어하는 스위치를 포함할 수 있다. 스위치는 스위치에 대응하는 채널에 대응하는 열에 포함된 미리 정해진 수의 미세유체 칩에 대해 전기 신호를 제공할 수 있다.The electrical stimulation applying circuit may include a plurality of main boards on which a microcontroller unit (MCU) is mounted, and a switch for controlling providing an electrical signal to a microfluidic chip corresponding to each channel for each channel. may include The switch may provide an electrical signal to a predetermined number of microfluidic chips included in a column corresponding to a channel corresponding to the switch.

미세유체 칩은 예를 들어, 두 개의 채널을 포함하고, 두 개의 채널 사이에는 하이드로젤을 주입하는 비계 채널(scaffold channel)이 배치될 수 있다. 여기서 두 개의 채널은 배양 채널일 수 있다. 각 채널의 양 극단에 전극들이 배치되고, 각 전극들의 극성에 기초하여 전류의 방향이 결정될 수 있다. 전극들의 극성에 기초하여 전류이 방향이 결정되는 실시예는 도 7a 내지 도 7c에서 자세히 설명될 수 있다.The microfluidic chip may include, for example, two channels, and a scaffold channel for injecting hydrogel may be disposed between the two channels. Here, the two channels may be culture channels. Electrodes are disposed at both ends of each channel, and the direction of the current may be determined based on the polarities of the respective electrodes. An embodiment in which the direction of the current is determined based on the polarity of the electrodes may be described in detail with reference to FIGS. 7A to 7C .

도 3은 일 실시예에 따른 전기 자극 인가 장치의 일례를 도시하는 도면이다.Figure 3 is a view showing an example of the electrical stimulation applying device according to an embodiment.

도 3을 참조하면 전기 자극 인가 장치는 미세유체 플레이트(310) 및 전기 자극 인가 회로(320)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 전기 자극 인가 장치는 마이크로 채널의 구조를 가지고 있는 미세유체 칩에 다양한 프로토콜을 적용한 전기적인 자극들을 인가하여 치료 효과를 유도할 수 있도록 도 3과 같이 설계될 수 있다. 참조 번호(330)에 미세유체 칩이 배치되고, 전기 자극 인가 회로(320)로부터 제공된 전기 자극이 미세유체 플레이트(310)에 배치된 포고 핀 및 전극을 통해 미세유체 칩에 전달될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the electrical stimulation application device may include a microfluidic plate 310 and an electrical stimulation application circuit 320 . In one embodiment, the electrical stimulation application device may be designed as shown in FIG. 3 to induce a therapeutic effect by applying electrical stimulation applied with various protocols to a microfluidic chip having a microchannel structure. A microfluidic chip is disposed at reference number 330 , and electrical stimulation provided from the electrical stimulation application circuit 320 may be transmitted to the microfluidic chip through pogo pins and electrodes disposed on the microfluidic plate 310 .

도 4는 일 실시예에 따른 미세유체 플레이트의 구성을 도시하는 도면이다.4 is a diagram illustrating a configuration of a microfluidic plate according to an embodiment.

도 4를 참조하면 미세유체 플레이트는 제1 레이어(430), 제2 레이어(420) 및 제3 레이어(410)을 포함할 수 있다. 제1 레이어(430)에는 미세유체 칩(450)이 배치될 수 있다.Referring to FIG. 4 , the microfluidic plate may include a first layer 430 , a second layer 420 , and a third layer 410 . A microfluidic chip 450 may be disposed on the first layer 430 .

미세유체 플레이트는 세포가 배양된 미세유체 칩(450)의 챔버에 전기 자극 인가 회로로부터의 전극을 투입해 다양한 전기적 특성의 자극을 인가하기 위하여, 도 4와 같이 제1 레이어(430), 제2 레이어(420) 및 제(410)이 순차적으로 쌓인 형태를 가질 수 있다. 미세유체 플레이트는 세포로부터 분비된 활성인자의 상호작용에 따라 신경돌기 생성 및 혈관 확장 등과 같은 형질학적 특성 변화가 관찰되는 구조를 가질 수 있다.The microfluidic plate has a first layer 430, a second layer, as shown in FIG. 4, in order to apply stimuli of various electrical characteristics by inputting electrodes from an electrical stimulation application circuit into the chamber of the microfluidic chip 450 in which the cells are cultured. The layers 420 and 410 may be sequentially stacked. The microfluidic plate may have a structure in which changes in phenotypic properties such as neurite generation and vasodilation are observed according to the interaction of activators secreted from cells.

제1 레이어(430)는 제2 레이어(420) 및 제3 레이어(410)가 제1 레이어(430) 상에 쌓일 때 움직이지 않도록 고정시키는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제1 레이어(430)는 제1 레이어(430)와 제2 레이어(420)의 사이에 배치되는 미세유체 칩(450)이 움직이지 않도록 고정할 수도 있다.The first layer 430 may perform a function of fixing the second layer 420 and the third layer 410 not to move when stacked on the first layer 430 . Also, the first layer 430 may be fixed so that the microfluidic chip 450 disposed between the first layer 430 and the second layer 420 does not move.

제2 레이어(420)는 챔버의 배지 속으로 들어갈 전극들(442)이 장착되어 있는 층일 수 있다. 미세유체 칩이 배치되는 공간에 전극들(442)이 배치되어 있을 수 있다. 각각의 전극들(442)은 홈(구멍)(444)을 통해 고정될 수 있다. 따라서 전극들(442)의 교체가 간단하므로 전극이 단선되는 경우, 사용자는 효율적으로 전극을 교체할 수 있다.The second layer 420 may be a layer on which electrodes 442 to be inserted into the medium of the chamber are mounted. Electrodes 442 may be disposed in a space in which the microfluidic chip is disposed. Each of the electrodes 442 may be fixed through a groove (hole) 444 . Accordingly, since replacement of the electrodes 442 is simple, when the electrodes are disconnected, the user can efficiently replace the electrodes.

제3 레이어(410)는 각 전극들(442)에 전기 신호를 인가하기 위한 분배적 회로가 설계되어 있는 레이어 또는 층일 수 있다. 제3 레이어(410)는 제2 레이어(420)의 전극들(442)과 맞닿는 부위를 포고 핀(Pogo pin)으로 설계하여 전극들(442)의 높이 차이로 인한 신호 공급이 중단되는 상황을 방지할 수 있다.The third layer 410 may be a layer or a layer in which a distribution circuit for applying an electrical signal to each of the electrodes 442 is designed. The third layer 410 prevents a situation in which a signal supply is stopped due to a height difference between the electrodes 442 by designing a portion in contact with the electrodes 442 of the second layer 420 as a pogo pin. can do.

미세유체 칩(450)은 인체를 구성하는 다양한 세포들의 동시 배양을 위해 이중적인 챔버 구조로 되어 있으며, 주입구 챔버와 배출구 챔버 사이에 연결되어 있는 채널(452 및 454)을 통해 세포가 배양될 수 있다. 미세유체 칩(450)의 채널들(452, 454 및 456)은 삼중 구조로 배치되어 있으며 미세유체 칩(450)은 두 개의 배양 채널(452 및 454)를 포함할 수 있고, 두 개의 배양 채널(452 및 454) 사이에는 하나의 비계 채널(456)이 배치될 수 있다. 배양 채널(452 및 454)는 본 명세서에서 설명하는 비계 채널을 제외한 채널에 대응할 수 있다. 배양 채널(452 및 454)은 세포에 전기 자극을 인가할 수 있다. 비계 채널(456)은 두 개의 배양 채널(452 및 454) 사이에 3차원적인(비계성) 구조를 형성하기 위하여 콜라겐 젤 및 다양한 세포외기질의 구성성분을 포함하는 하이드로젤을 미세유체 또는 미세유체 칩에 주입할 수 있다.The microfluidic chip 450 has a dual chamber structure for the simultaneous culture of various cells constituting the human body, and cells can be cultured through channels 452 and 454 connected between the inlet chamber and the outlet chamber. The channels 452, 454 and 456 of the microfluidic chip 450 are arranged in a triple structure, and the microfluidic chip 450 may include two culture channels 452 and 454, and two culture channels ( One scaffold channel 456 may be disposed between 452 and 454 . Culture channels 452 and 454 may correspond to channels other than the scaffold channels described herein. Culture channels 452 and 454 may apply electrical stimulation to the cells. The scaffold channel 456 is a microfluidic or microfluidic chip containing a hydrogel containing collagen gel and various extracellular matrix components to form a three-dimensional (scaffolding) structure between the two culture channels 452 and 454. can be injected into

제1 레이어(430) 및 제2 레이어(420) 사이에 9개의 미세유체 칩이 배치되는 공간 중 세로를 기준으로 한 열(Column)에 배치된 3개의 미세유체 칩에 동일한 전기 자극이 인가될 수 있다. 제3 레이어(410)에 흐르는 전기 신호는 포고 핀 헤더에 연결되어 있는 전기 자극 인가 회로의 12개 전선을 통해 공급될 수 있다. 여기서 전기 자극 인가 회로는 제어 보드(Control board)라고도 지칭될 수 있다.The same electrical stimulation can be applied to three microfluidic chips arranged in a vertical column among the spaces in which nine microfluidic chips are arranged between the first layer 430 and the second layer 420 . have. The electrical signal flowing through the third layer 410 may be supplied through 12 wires of the electrical stimulation application circuit connected to the pogo pin header. Here, the electrical stimulation application circuit may also be referred to as a control board.

도 5는 일 실시예에 따른 전극과 포고 핀의 일례를 도시하는 도면이다.5 is a diagram illustrating an example of an electrode and a pogo pin according to an embodiment.

제3 레이어는 각 전극들(530)에 전기 신호를 인가하기 위한 분배적 회로가 설계되어 있는 레이어 또는 층일 수 있다. 제3 레이어에서 제2 레이어의 전극들(530)과 맞닿는 부위에 포고 핀(510) 전극들(530)이 배치될 수 있다. 포고 핀(510)은 전극들(530) 각각의 높이 차이로 인해 신호 공급에 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 제3 레이어와 제2 레이어는 참조 번호(520)의 방향으로 서로 장착될 수 있다.The third layer may be a layer or a layer in which a distribution circuit for applying an electrical signal to each of the electrodes 530 is designed. In the third layer, the electrodes 530 of the pogo pin 510 may be disposed in a portion in contact with the electrodes 530 of the second layer. The pogo pin 510 may prevent a problem in signal supply due to a height difference between the electrodes 530 . The third layer and the second layer may be mounted to each other in the direction indicated by reference numeral 520 .

도 6은 일 실시예에 따른 전기 자극 인가 장치의 구조를 도시하는 도면이다.6 is a diagram illustrating the structure of an electrical stimulation application device according to an embodiment.

도 6을 참조하면 전기 자극 인가 회로와 미세유체 플레이트는 커넥터로 연결되어 있을 수 있다. 전기 자극 인가 회로는, 채널 별로 각 채널에 대응하는 미세유체 칩에 전기 신호를 제공하는 것을 제어하는 스위치(610 및 620)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the electrical stimulation application circuit and the microfluidic plate may be connected by a connector. The electrical stimulation application circuit may include switches 610 and 620 for controlling the supply of electrical signals to the microfluidic chip corresponding to each channel for each channel.

예를 들어, 채널(630) 및 채널(640)이 동일한 미세유체 칩들의 열에 배치될 수 있고, 이 경우, 스위치(610 및 620)은 하나의 열에 포함된 세 개의 미세유체 칩에 전기 신호를 제공하는 것을 제어할 수 있다. 스위치(610)은 채널(630)에 전기 신호를 제공하는 것을 제어할 수 있다. 또한, 스위치(620)은 채널(640)에 전기 신호를 제공하는 것을 제어할 수 있다.For example, the channel 630 and the channel 640 may be arranged in the same column of microfluidic chips, in which case the switches 610 and 620 provide electrical signals to three microfluidic chips included in one column. can control what The switch 610 may control providing an electrical signal to the channel 630 . Also, the switch 620 may control providing an electrical signal to the channel 640 .

전기 자극 인가 회로에 포함된 모든 스위치들 각각은 사용자 제어에 기초하여 미세유체 칩의 각각의 채널들에 전기 신호를 제공하는 것을 제어할 수 있다. 예를 들어 스위치들은 회전형일 수 있고 이 경우, 사용자는 GPIO(general-purpose input/output)의 출력 핀과 병렬로 연결된 회전 스위치들(가변 저항) 각각을 직접 돌리면서 최소 0V부터 최대 약 1V까지의 인가 전압을 설정할 수 있다. 전기 자극 인가 회로는 사용자가 설정한 스위치들 각각의 회전 정도에 기초하여 전기 신호의 전압을 설정할 수 있다.Each of all switches included in the electrical stimulation application circuit may control providing an electrical signal to respective channels of the microfluidic chip based on user control. For example, the switches may be of a rotary type, in which case the user can directly turn each of the rotary switches (variable resistors) connected in parallel with the output pin of the GPIO (general-purpose input/output) from a minimum of 0V to a maximum of about 1V. The applied voltage can be set. The electrical stimulation applying circuit may set the voltage of the electrical signal based on the degree of rotation of each of the switches set by the user.

일 실시예에서 전기 자극 인가 회로는 커넥터를 통해 컴퓨팅 장치와 연결될 수 있다.In an embodiment, the electrical stimulation application circuit may be connected to the computing device through a connector.

도 7a 내지 도 7c는 일 실시예에 따른 미세유체 칩을 도시하는 도면들이다.7A to 7C are diagrams illustrating a microfluidic chip according to an embodiment.

미세유체 칩은 미세유체 채널에 배치된 두 채널 각각의 양 극단에 전극들이 하나씩 배치되고, 각 전극들의 극성에 기초하여 미세유체 칩 내에서 흐르는 전류의 방향이 결정될 수 있다.In the microfluidic chip, one electrode is disposed at both ends of each of the two channels disposed in the microfluidic channel, and the direction of the current flowing in the microfluidic chip may be determined based on the polarity of each electrode.

도 7a를 참조하면, 제1 채널의 양 극단에 제1 전극(710) 및 제3 전극(714)이 배치되고, 제2 채널의 양 극단에 제2 전극(712) 및 제4 전극(716)이 배치될 수 있다. 제1 전극(710) 내지 제4 전극(716)은 제1 극성 및 제2 극성 중 적어도 하나의 극성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 극성은 양극(plus)일 수 있고, 제2 극성은 음극(minus)일 수 있다. Referring to FIG. 7A , the first electrode 710 and the third electrode 714 are disposed at both ends of the first channel, and the second electrode 712 and the fourth electrode 716 are disposed at both ends of the second channel. This can be placed The first electrode 710 to the fourth electrode 716 may have at least one of a first polarity and a second polarity. For example, the first polarity may be a positive pole (plus), and the second polarity may be a negative pole (minus).

제1 전극(710)의 극성이 양극이고, 제2 전극(712), 제3 전극(714) 및 제4 전극(716)의 극성이 음극인 경우, 전류는 제1 전극(710)에서 제3 전극(714)으로 흐르거나, 제1 전극(710)에서 비계 채널을 통과하여 제2 채널(712) 및 제4 채널(716)로 흐를 수 있다.When the polarity of the first electrode 710 is an anode and the polarity of the second electrode 712 , the third electrode 714 , and the fourth electrode 716 is a cathode, the current flows from the first electrode 710 to the third electrode 716 . It may flow to the electrode 714 , or may flow from the first electrode 710 through the scaffold channel to the second channel 712 and the fourth channel 716 .

도 7b를 참조하면 제1 채널의 양 극단에 제1 전극(720) 및 제3 전극(724)이 배치되고, 제2 채널의 양 극단에 제2 전극(722) 및 제4 전극(726)이 배치될 수 있다. 제1 전극(720) 및 제4 전극(726)의 극성이 양극이고, 제2 전극(722) 및 제3 전극(724)의 극성이 음극인 경우, 전류는 비계 채널을 통과하지 않고, 제1 전극(720)에서 제3 전극(724)으로 흐르거나, 제4 전극(726)에서 제2 전극(722)으로 흐를 수 있다.Referring to FIG. 7B , the first electrode 720 and the third electrode 724 are disposed at both ends of the first channel, and the second electrode 722 and the fourth electrode 726 are disposed at both ends of the second channel. can be placed. When the polarities of the first electrode 720 and the fourth electrode 726 are positive, and the polarities of the second electrode 722 and the third electrode 724 are negative, the current does not pass through the scaffold channel and It may flow from the electrode 720 to the third electrode 724 or from the fourth electrode 726 to the second electrode 722 .

도 7c를 참조하면, 제1 채널의 양 극단에 제1 전극(730) 및 제3 전극(734)이 배치되고, 제2 채널의 양 극단에 제2 전극(732) 및 제4 전극(736)이 배치될 수 있다. 제1 전극(730) 및 제3 전극(734)의 극성이 양극이고, 제2 전극(732) 및 제4 전극(736)의 극성이 음극인 경우, 전류는 비계 채널을 통과하여 제1 전극(730)에서 제2 전극(735)으로 흐르거나, 제3 전극(734)에서 제4 전극(736)으로 흐를 수 있다.Referring to FIG. 7C , the first electrode 730 and the third electrode 734 are disposed at both ends of the first channel, and the second electrode 732 and the fourth electrode 736 are disposed at both ends of the second channel. This can be placed When the polarities of the first electrode 730 and the third electrode 734 are positive, and the polarities of the second electrode 732 and the fourth electrode 736 are negative, the current passes through the scaffold channel to the first electrode ( It may flow from 730 to the second electrode 735 , or from the third electrode 734 to the fourth electrode 736 .

도 8은 일 실시예에 따른 전기 자극 인가 장치의 회로를 도시하는 도면이다.8 is a diagram illustrating a circuit of an electrical stimulation applying device according to an embodiment.

도 8을 참조하면, 전기 자극 인가 회로는 장치는 미세유체 플레이트(810)에 공급될 전기적 신호의 특성(전압(전류), 주파수, 시간)을 연구자가 희망하는 목적에 따라 유동적으로 변경하기 위하여 마이크로 컨트롤 유닛이 각각 하나씩 장착된 2개의 메인 보드(830 및 840)을 포함할 수 있다. 메인 보드(830 및 840)는 예를 들어, STM32F103C8T6일 수 있다.Referring to FIG. 8 , the electrical stimulation application circuit is a microfluidic plate 810 in order to flexibly change the characteristics (voltage (current), frequency, time) of the electrical signal to be supplied to the microfluidic plate 810 according to the purpose desired by the researcher. Each of the control units may include two main boards 830 and 840 mounted thereon. Main boards 830 and 840 may be, for example, STM32F103C8T6.

미세유체 플레이트(810)에서 하나의 열에 위치한 3개의 채널을 하나의 묶음이라고 하였을 때, 하나의 메인 보드는 3쌍의 묶음(총 12개 채널)에 대해 전기 신호를 공급할 수 있다. 도 8은 전체 플랫폼의 회로 설계도로서 동작 과정에 대한 것을 나타낼 수 있다.When three channels located in one row in the microfluidic plate 810 are referred to as one bundle, one main board may supply electrical signals to three pairs of bundles (12 channels in total). 8 is a circuit schematic diagram of the entire platform, which may represent an operation process.

미세유체 칩의 한 채널에 인가되는 전기 신호는 두 메인 보드(830 및 840) 각각에 포함된 두 GPIO 출력 핀이 하이(high)(3.3V)와 로우(low)(0V)를 반복하며 교류 신호(alternating current; AC 또는 Biphasic)를 생성하고, 반복 속도를 변경하여 주파수를 설정할 수 있다. GPIO 출력 핀과 병렬로 연결된 회전 스위치(가변 저항)를 사용자가 직접 돌리면서 최소 0V부터 최대 약 1V까지의 인가 전압을 설정할 수 있다. 하나의 메인 보드는 6개의 ADC(analog-digital converter) 핀을 사용하여 각 채널에 인가된 전압을 시스템적으로 계산하고 측정할 수 있다. 두 메인 보드(830 및 840) 각각은 UART(Universal asynchronous receiver/transmitter) 통신을 통해 서로 측정한 전압에 대한 정보를 교환할 수 있다. UART 통신 모듈(820)을 통해 전기 자극 인가 회로와 컴퓨팅 장치가 연결되어 전원을 공급받을 수 있다. 여기서 UART 통신 모듈(820)은 예를 들어 PL2303HXA일 수 있다. 사용자는 컴퓨팅 장치의 모니터에 보이는 터미널 창을 통해 주파수와 시간을 설정하기 때문에, 각 채널에 인가되고 있는 신호 정보(전압, 주파수, 시간)를 실시간으로 확인할 수 있다.The electrical signal applied to one channel of the microfluidic chip is an AC signal while the two GPIO output pins included in each of the two main boards 830 and 840 repeat high (3.3V) and low (0V). You can create an alternating current (AC or Biphasic) and set the frequency by changing the repetition rate. The user can set the applied voltage from a minimum of 0V to a maximum of about 1V by turning the rotary switch (variable resistor) connected in parallel with the GPIO output pin. One main board can systematically calculate and measure the voltage applied to each channel using 6 ADC (analog-digital converter) pins. Each of the two main boards 830 and 840 may exchange information about the voltage measured with each other through UART (Universal asynchronous receiver/transmitter) communication. The electrical stimulation applying circuit and the computing device may be connected to each other through the UART communication module 820 to receive power. Here, the UART communication module 820 may be, for example, PL2303HXA. Since the user sets the frequency and time through the terminal window displayed on the monitor of the computing device, the signal information (voltage, frequency, time) being applied to each channel can be checked in real time.

도 9는 일 실시예에 따른 전기 자극 인가 장치의 구성을 도시하는 도면이다.9 is a diagram illustrating the configuration of an electrical stimulation application device according to an embodiment.

도 9를 참조하면 전기 자극 인가 장치(900)는 미세유체 플레이트(910) 및 전기 자극 인가 회로(950)를 포함할 수 있다. 여기서 미세유체 플레이트(910)는 본 명세서에서 설명된 미세유체 플레이트에 대응할 수 있고, 전기 자극 인가 회로(950)는 본 명세서에서 설명하는 전기 자극 인가 회로 및 제어 보드에 대응할 수 있다.Referring to FIG. 9 , the electrical stimulation application device 900 may include a microfluidic plate 910 and an electrical stimulation application circuit 950 . Here, the microfluidic plate 910 may correspond to the microfluidic plate described herein, and the electrical stimulation application circuit 950 may correspond to the electrical stimulation application circuit and control board described herein.

미세유체 플레이트(910)는 미세유체 칩을 포함할 수 있다. 또한, 전기 자극 인가 회로(950)는 미세유체 칩 중 적어도 하나에 전기 자극을 가할 수 있다.The microfluidic plate 910 may include a microfluidic chip. Also, the electrical stimulation applying circuit 950 may apply electrical stimulation to at least one of the microfluidic chips.

전기 자극 인가 회로(950)는 마이크로 컨트롤러 유닛이 장착된 복수의 메인 보드들을 포함할 수 있다. 또한, 전기 자극 인가 회로(950)는 채널 별로 각 채널에 대응하는 미세유체 칩에 전기 신호를 제공하는 것을 제어하는 스위치를 포함할 수도 있다. 스위치는 스위치에 대응하는 채널에 대응하는 열에 포함된 미리 정해진 수의 미세유체 칩에 대해 전기 신호를 제공하 것을 제어할 수 있다.The electrical stimulation applying circuit 950 may include a plurality of main boards on which the microcontroller unit is mounted. In addition, the electrical stimulation applying circuit 950 may include a switch for controlling the supply of electrical signals to the microfluidic chip corresponding to each channel for each channel. The switch may control providing an electrical signal to a predetermined number of microfluidic chips included in a column corresponding to a channel corresponding to the switch.

미세유체 칩에, 예를 들어 세 개의 채널이 배치될 수 있다. 두 채널은 세포를 배양하기 위한 채널일 수 있고, 두 개의 각 채널 사이에 배치된 비계 채널은 세포에 하이드로젤을 주입할 수 있다. 세포는 미세유체 칩 내에서 세 개의 채널이 배치된 가운데에 배치될 수 있다.In the microfluidic chip, for example, three channels can be arranged. The two channels may be channels for culturing cells, and the scaffold channel disposed between the two channels may inject hydrogel into the cells. Cells can be placed in the center of three channels in a microfluidic chip.

미세유체 플레이트(910)는 제1 레이어(940), 제2 레이어(930) 및 제3 레이어(920)를 포함할 수 있다. 제1 레이어(940)에는 미세유체 칩이 배치될 수 있다. 제2 레이어(930)에는 미세유체 칩의 각 체널에 전기 자극을 가하기 위한 전극들이 배치될 수 있다. 제2 레이어(930)는 탈착형의 교체가 가능한 금 전극들이 배치되고, 금 전극들을 이용하여 미세유체 칩에 전기 신호를 인가할 수 있다. 제3 레이어(920)는 제2 레이어(930)에 배치된 전극들 중 적어도 하나에 전기 자극 인가 회로(950)로부터 전달되는 전기 신호를 전달할 수 있다. The microfluidic plate 910 may include a first layer 940 , a second layer 930 , and a third layer 920 . A microfluidic chip may be disposed on the first layer 940 . Electrodes for applying electrical stimulation to each channel of the microfluidic chip may be disposed on the second layer 930 . In the second layer 930 , removable and replaceable gold electrodes are disposed, and an electrical signal may be applied to the microfluidic chip using the gold electrodes. The third layer 920 may transmit an electrical signal transmitted from the electrical stimulation applying circuit 950 to at least one of the electrodes disposed on the second layer 930 .

미세유체 칩은 각 채널의 양 극단에 전극들이 배치되고, 각 전극들의 극성에 기초하여 전류의 방향이 결정될 수 있다. 미세유체 칩은 예를 들어, 제1 채널의 양 극단에 제1 전극 및 제3 전극이 배치되고, 제2 채널의 양 극단에 제2 전극 및 제4 전극이 배치될 수 있다.In the microfluidic chip, electrodes are disposed at both ends of each channel, and the direction of the current may be determined based on the polarity of each electrode. In the microfluidic chip, for example, a first electrode and a third electrode may be disposed at both ends of the first channel, and a second electrode and a fourth electrode may be disposed at both ends of the second channel.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있으며 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination, and the program instructions recorded on the medium are specially designed and configured for the embodiment or may be known and available to those skilled in the art of computer software. may be Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The hardware devices described above may be configured to operate as one or a plurality of software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited drawings, a person skilled in the art may apply various technical modifications and variations based thereon. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

100, 310, 810, 910: 미세유체 플레이트
120, 320, 950: 전기 자극 인가 회로
410, 940: 제3 레이어 420, 930: 제2 레이어
430, 940: 제1 레이어 450: 미세유체 칩
830, 840: 메인 보드 900: 전기 자극 인가 장치100, 310, 810, 910: microfluidic plate
120, 320, 950: electrical stimulation application circuit
410, 940: third layer 420, 930: second layer
430, 940: first layer 450: microfluidic chip
830, 840: main board 900: electrical stimulation applying device

Claims (20)

미세유체 세포에 대한 전기 자극 인가 장치에 있어서,
미세유체 칩(microfluidic chips)을 포함하는 미세유체 플레이트; 및
상기 미세유체 칩 중 적어도 하나에 전기 자극을 가하는 전기 자극 인가 회로를 포함하고,
상기 미세유체 플레이트는,
상기 미세유체 칩이 배치되는 제1 레이어;
상기 미세유체 칩의 각 체널에 전기 자극을 가하기 위한 전극들이 배치되는 제2 레이어; 및
상기 제2 레이어에 배치된 상기 전극들 중 적어도 하나에 상기 전기 자극 인가 회로로부터 전달되는 전기 신호를 전달하는 제3 레이어를 포함하는,
전기 자극 인가 장치.A device for applying electrical stimulation to microfluidic cells, comprising:
a microfluidic plate comprising microfluidic chips; and
An electrical stimulation application circuit for applying electrical stimulation to at least one of the microfluidic chips,
The microfluidic plate,
a first layer on which the microfluidic chip is disposed;
a second layer in which electrodes for applying electrical stimulation to each channel of the microfluidic chip are disposed; and
A third layer for transmitting an electrical signal transmitted from the electrical stimulation application circuit to at least one of the electrodes disposed on the second layer,
Electrical stimulation application device. 제1항에 있어서,
상기 제3 레이어는,
상기 전기 자극 인가 회로로부터 전달받은 전기 신호를 포고 핀을 통해 상기 제2 레이어에 장착된 전극들에 전달하는 전기 자극 인가 장치.According to claim 1,
The third layer is
An electrical stimulation applying device for transmitting the electrical signal received from the electrical stimulation applying circuit to the electrodes mounted on the second layer through a pogo pin. 제1항에 있어서,
상기 제2 레이어는,
탈착형의 교체가 가능한 금 전극들이 배치되고,
상기 금 전극들을 이용하여 미세유체 칩에 전기 신호를 인가하는 전기 자극 인가 장치.According to claim 1,
The second layer is
Removable and replaceable gold electrodes are disposed,
An electrical stimulation application device for applying an electrical signal to a microfluidic chip using the gold electrodes. 제1항에 있어서,
상기 전기 자극 인가 회로는,
채널 별로 각 채널에 대응하는 미세유체 칩에 전기 신호를 제공하는 것을 제어하는 스위치를 포함하는 전기 자극 인가 장치.According to claim 1,
The electrical stimulation application circuit,
An electrical stimulation application device comprising a switch for controlling the supply of an electrical signal to the microfluidic chip corresponding to each channel for each channel. 제4항에 있어서,
상기 스위치는,
상기 스위치에 대응하는 채널에 대응하는 열에 포함된 미리 정해진 수의 미세유체 칩에 대해 전기 신호를 제공하 것을 제어하는 전기 자극 인가 장치.5. The method of claim 4,
The switch is
An electrical stimulation application device for controlling the provision of electrical signals to a predetermined number of microfluidic chips included in a column corresponding to a channel corresponding to the switch. 제1항에 있어서,
상기 미세유체 칩은,
하이드로젤을 주입하는 비계 채널(scaffold channel)이 각 채널의 사이에 배치되는 전기 자극 인가 장치.According to claim 1,
The microfluidic chip,
An electrical stimulation application device in which a scaffold channel for injecting hydrogel is disposed between each channel. 제1항에 있어서,
상기 전기 자극 인가 회로는,
마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Control Unit; MCU)가 장착된 복수의 메인 보드들을 포함하는 전기 자극 인가 장치.According to claim 1,
The electrical stimulation application circuit,
An electrical stimulation application device including a plurality of main boards equipped with a microcontroller unit (MCU). 제1항에 있어서,
상기 미세유체 칩은,
각 채널의 양 극단에 전극들이 배치되고, 각 전극들의 극성에 기초하여 전류의 방향이 결정되는 전기 자극 인가 장치.According to claim 1,
The microfluidic chip,
Electrodes are disposed at both extremes of each channel, and the direction of the current is determined based on the polarity of each electrode. 제8항에 있어서,
상기 미세유체 칩은,
제1 채널의 양 극단에 제1 전극 및 제3 전극이 배치되고, 제2 채널의 양 극단에 제2 전극 및 제4 전극이 배치되는 전기 자극 인가 장치.9. The method of claim 8,
The microfluidic chip,
An electrical stimulation application device in which the first electrode and the third electrode are disposed at both ends of the first channel, and the second electrode and the fourth electrode are disposed at both ends of the second channel. 제9항에 있어서,
상기 미세유체 칩은,
상기 제1 전극의 극성이 제1 극성이고, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극의 극성이 제2 극성인 경우, 전류가 상기 제1 전극에서부터 상기 제3 전극으로 흐르고, 상기 제1 전극에서 비계 채널을 통과하여 상기 제2 전극 및 제4 전극으로 흐르는 전기 자극 인가 장치.10. The method of claim 9,
The microfluidic chip,
When the polarity of the first electrode is the first polarity and the polarities of the second electrode, the third electrode, and the fourth electrode are the second polarity, a current flows from the first electrode to the third electrode, An electrical stimulation applying device flowing from the first electrode to the second electrode and the fourth electrode through the scaffold channel. 제9항에 있어서,
상기 미세유체 칩은,
상기 제1 전극 및 상기 제4 전극의 극성이 제1 극성이고, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극의 극성이 제2 전극인 경우, 전류가 상기 제1 전극에서 비계 채널을 통과하지 않고 상기 제3 전극으로 흐르고, 상기 제4 전극에서 상기 제2 전극으로 흐르는 전기 자극 인가 장치.10. The method of claim 9,
The microfluidic chip,
When the polarities of the first electrode and the fourth electrode are the first polarity, and the polarities of the second electrode and the third electrode are the second electrode, the current does not pass through the scaffold channel in the first electrode and the second electrode An electrical stimulation applying device that flows to the third electrode and flows from the fourth electrode to the second electrode. 제19항에 있어서,
상기 미세유체 칩은,
상기 제1 전극 및 상기 제3 전극의 극성이 제1 극성이고, 상기 제2 전극 및 상기 제4 전극의 극성이 제2 극성인 경우, 전류가 상기 제1 극성에서 비계 채널을 통과하여 상기 제2 전극으로 흐르고, 상기 제3 전극에서 상계 비계 채널을 통과하여 상기 제4 극성으로 흐르는 전기 자극 인가 장치.20. The method of claim 19,
The microfluidic chip,
When the polarities of the first electrode and the third electrode are the first polarity, and the polarities of the second electrode and the fourth electrode are the second polarity, a current flows through the scaffold channel at the first polarity to the second polarity. An electrical stimulation applying device that flows to the electrode and flows in the fourth polarity from the third electrode through the upper scaffold channel. 미세유체 세포에 대한 전기 자극 인가 장치를 통해 전기 자극을 인가하는 방법에 있어서,
전기 자극 인가 회로에 의해, 미세유체 플레이트에 포함된 미세유체 칩(microfluidic chips)에 인가할 전기 자극 신호를 결정하는 단계; 및
상기 결정된 전기 자극 신호를 상기 미세유체 칩에 설치된 전극들에 인가하는 단계를 포함하고,
상기 미세유체 플레이트는,
상기 미세유체 칩이 배치되는 제1 레이어;
상기 미세유체 칩의 각 체널에 전기 자극을 가하기 위한 전극들이 배치되는 제2 레이어; 및
상기 제2 레이어에 배치된 상기 전극들 중 적어도 하나에 상기 전기 자극 인가 회로로부터 전달되는 전기 신호를 전달하는 제3 레이어를 포함하는,
방법.A method of applying electrical stimulation through an electrical stimulation application device to microfluidic cells, the method comprising:
determining, by the electrical stimulation application circuit, an electrical stimulation signal to be applied to microfluidic chips included in the microfluidic plate; and
and applying the determined electrical stimulation signal to electrodes installed in the microfluidic chip,
The microfluidic plate,
a first layer on which the microfluidic chip is disposed;
a second layer in which electrodes for applying electrical stimulation to each channel of the microfluidic chip are disposed; and
A third layer for transmitting an electrical signal transmitted from the electrical stimulation application circuit to at least one of the electrodes disposed on the second layer,
Way. 제13항에 있어서,
상기 제3 레이어는,
상기 전기 자극 인가 회로로부터 전달받은 전기 신호를 포고 핀을 통해 상기 제2 레이어에 장착된 전극들에 전달하는 방법.14. The method of claim 13,
The third layer is
A method of transmitting an electrical signal received from the electrical stimulation application circuit to the electrodes mounted on the second layer through a pogo pin. 제13항에 있어서,
상기 제2 레이어는,
탈착형의 교체가 가능한 금 전극들이 배치되고,
상기 금 전극들을 이용하여 미세유체 칩에 전기 신호를 인가하는 방법.14. The method of claim 13,
The second layer is
Removable and replaceable gold electrodes are disposed,
A method of applying an electrical signal to a microfluidic chip using the gold electrodes. 제13항에 있어서,
상기 전기 자극 인가 회로는,
채널 별로 각 채널에 대응하는 미세유체 칩에 전기 신호를 제공하는 것을 제어하는 스위치를 포함하는 방법.14. The method of claim 13,
The electrical stimulation application circuit,
A method comprising a switch for controlling providing an electrical signal to a microfluidic chip corresponding to each channel for each channel. 제16항에 있어서,
상기 스위치는,
상기 스위치에 대응하는 채널에 대응하는 열에 포함된 미리 정해진 수의 미세유체 칩에 대해 전기 신호를 제공하는 것을 제어하는 방법.17. The method of claim 16,
The switch is
A method of controlling providing an electrical signal to a predetermined number of microfluidic chips included in a column corresponding to a channel corresponding to the switch. 제13항에 있어서,
상기 미세유체 칩은,
하이드로젤을 주입하는 비계 채널(scaffold channel)이 각 채널의 사이에 배치되는 방법.14. The method of claim 13,
The microfluidic chip,
A method in which a scaffold channel for injecting hydrogel is disposed between each channel. 제13항에 있어서,
상기 전기 자극 인가 회로는,
마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Control Unit; MCU)가 장착된 복수의 메인 보드들을 포함하는 방법.14. The method of claim 13,
The electrical stimulation application circuit,
A method comprising a plurality of main boards on which a micro control unit (MCU) is mounted. 제13항에 있어서,
상기 미세유체 칩은,
각 채널의 양 극단에 전극들이 배치되고, 각 전극들의 극성에 기초하여 전류의 방향이 결정되는 방법.14. The method of claim 13,
The microfluidic chip,
A method in which electrodes are disposed at opposite ends of each channel, and the direction of the current is determined based on the polarity of each electrode.
KR1020210043308A 2021-04-02 2021-04-02 Method and apparatus for applying electrical stimulation to microfluidic cells KR102523910B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210043308A KR102523910B1 (en) 2021-04-02 2021-04-02 Method and apparatus for applying electrical stimulation to microfluidic cells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210043308A KR102523910B1 (en) 2021-04-02 2021-04-02 Method and apparatus for applying electrical stimulation to microfluidic cells

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220137352A true KR20220137352A (en) 2022-10-12
KR102523910B1 KR102523910B1 (en) 2023-04-20

Family

ID=83597807

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210043308A KR102523910B1 (en) 2021-04-02 2021-04-02 Method and apparatus for applying electrical stimulation to microfluidic cells

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102523910B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101287690B1 (en) * 2012-02-15 2013-07-24 동국대학교 산학협력단 Cell damage modeling device using microfluidic emement and cell damage modeling method using the same
KR20200025535A (en) * 2018-08-30 2020-03-10 연세대학교 원주산학협력단 System and method for providing electrical stimulation on a cell

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101287690B1 (en) * 2012-02-15 2013-07-24 동국대학교 산학협력단 Cell damage modeling device using microfluidic emement and cell damage modeling method using the same
KR20200025535A (en) * 2018-08-30 2020-03-10 연세대학교 원주산학협력단 System and method for providing electrical stimulation on a cell

Also Published As

Publication number Publication date
KR102523910B1 (en) 2023-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hong et al. Mesh electronics: a new paradigm for tissue-like brain probes
Rebersek et al. Cell membrane electroporation-Part 3: the equipment
CN101421615A (en) High throughput electrophysiology system
US20130079659A1 (en) INTEGRATION OF ELECTROENCEPHALOGRAPHY (EEG) AND TRANSCRANIAL DIRECT CURRENT STIMULATION (tDCS) WITH HIGH-SPEED OPERATION, ELECTRODE, RE-USE, AUTOMATED tDCS ELECTRODE CONFIGURATION, AND MULTIPLE INDEPENDENT tDCS CURENT SOURCES
US20110208029A1 (en) Device for stimulating living tissue by microelectrodes and removable module and use thereof
Fejtl et al. On micro-electrode array revival: its development, sophistication of recording, and stimulation
Ziv et al. Micro-electroporation of mesenchymal stem cells with alternating electrical current pulses
Hong et al. Tissue-like neural probes for understanding and modulating the brain
Li et al. Cell migration microfluidics for electrotaxis-based heterogeneity study of lung cancer cells
JP2018518314A (en) Electroporation system for controlling local delivery of therapeutic substances
Bruno et al. Microfluidic multielectrode arrays for spatially localized drug delivery and electrical recordings of primary neuronal cultures
US20050070018A1 (en) Microelectronic cell electroporation array
Grumet Electric stimulation parameters for an epi-retinal prosthesis
CN102145205A (en) Pain sensory nerve stimulation apparatus
KR102101372B1 (en) System and method for providing electrical stimulation on a cell
US20060127879A1 (en) Electrodynamic profiling of genomic response in the cell
Tsai et al. Uniform electric field generation in circular multi-well culture plates using polymeric inserts
KR102523910B1 (en) Method and apparatus for applying electrical stimulation to microfluidic cells
CN114636744A (en) Microelectrode array chip based on nano porous membrane and high-flux intracellular electric signal continuous monitoring system
Kim et al. Plugging electronics into minds: Recent trends and advances in neural interface microsystems
Van Rienen et al. Electro-quasistatic simulations in bio-systems engineering and medical engineering
EP3350310B1 (en) 3d polymeric insert to apply uniform electric field in circular cultureware
CN114540194A (en) Cell electrical stimulation system and equipment
Zajdel et al. Come together: bioelectric healing-on-a-chip
JP7369417B2 (en) Cell culture inserts and electrical stimulation culture devices

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant