WO2018143523A1 - 세포 임피던스 분광학 측정 장치 및 측정 방법 - Google Patents

세포 임피던스 분광학 측정 장치 및 측정 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2018143523A1
WO2018143523A1 PCT/KR2017/006766 KR2017006766W WO2018143523A1 WO 2018143523 A1 WO2018143523 A1 WO 2018143523A1 KR 2017006766 W KR2017006766 W KR 2017006766W WO 2018143523 A1 WO2018143523 A1 WO 2018143523A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
microfluidic channel
electrode
cell
microfluidic
electrical signal
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/006766
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
조영호
심재율
윤성현
Original Assignee
한국과학기술원
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 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Publication of WO2018143523A1 publication Critical patent/WO2018143523A1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/026—Dielectric impedance spectroscopy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/10—Integrating sample preparation and analysis in single entity, e.g. lab-on-a-chip concept

Definitions

  • Another object of the present invention is to provide a method for measuring cell impedance spectroscopy using the above-described cell impedance spectroscopy measuring apparatus.
  • disposing the electrode pair may include disposing the first and second electrodes to extend in the longitudinal direction of the microfluidic channel, respectively, and transmit the electrical signal to the electrode pair.
  • the applying is the application of an electrical signal of a first frequency when the cell passes the first location of the microfluidic channel and a second second that is different from the first frequency when the cell passes the second location of the microfluidic channel. And applying an electrical signal at a frequency.
  • electrical signals of different frequencies are applied to at least one electrode pair provided in the microfluidic channel having a channel size (width or depth) of less than the cell diameter.
  • the electrical properties of the cells can be measured.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 6.
  • the second pattern 302b includes a second electrode 312b disposed in the microfluidic flow path 112, a second connection terminal 322b and a second electrode 312b spaced apart from the microfluidic flow path 112. And a second connection pattern 332b extending from the second connection terminal 322b to the second connection pattern 332b.
  • the second detector 402 may be connected to the first connection terminal 322a and the second connection terminal 322b of the second electrode pattern 302.
  • An AC signal having a second frequency range may be applied to the first connection terminal 322a and the second connection terminal 322b may be grounded.
  • the second detector 402 may apply an electrical signal having a frequency of 500 kHz to the second electrode pair.
  • At least one side wall of the microfluidic channel 112 may be inclined at a predetermined angle with respect to the bottom surface or have a curved shape.
  • the first sidewall 114a and the second sidewall 114b facing each other may have a vertical cross-sectional profile of a concave shape along the vertical direction.
  • the first variable thin film 500 is interposed between the second substrate 102 and the third substrate 104 and is a first variable thin film structure 520 that is part of the first variable thin film 500. ) May constitute at least one side wall of the microfluidic channel.
  • first and second variable thin film structures 520 and 522 may be deformed by an external force to change the size of the microfluidic channel or pressurize the cell.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

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.

Description

세포 임피던스 분광학 측정 장치 및 측정 방법
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.
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.
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.
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.
본 발명의 다른 과제는 상술한 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 이용하여 세포 임피던스 분광학 측정 방법을 제공하는 데 있다.
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.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전극쌍은 복수 개가 구비되고, 상기 복수 개의 전극쌍들은 상기 미세유체채널의 길이 방향을 따라 서로 이격 배치될 수 있다.
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.
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.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전극쌍은 하나가 구비되고, 상기 제1 및 제2 전극들은 상기 미세유체채널의 길이 방향으로 각각 연장할 수 있다.
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.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 미세유체채널의 서로 마주하는 제1 및 제2 측벽들 상에 각각 배치될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 미세유체채널의 적어도 일측벽은 바닥면에 대하여 소정 각도로 경사지거나 곡면 형상을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 세포 임피던스 분광학 측정 장치는 상기 미세유체채널의 측벽 일부를 구성하는 가변형 박막 구조물을 더 포함할 수 있다.
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.
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.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 미세유체채널은 복수 개가 서로 직렬 또는 병렬로 배치되고, 상기 전극쌍은 상기 미세유체채널 각각에 배치될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 복수 개의 상기 미세유체채널들의 채널 크기들은 서로 같거나 다를 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
각각 다른 주파수의 전기적 신호로 세포(C)를 측정할 경우, 주파수에 따른 세포(C)의 유전체 특성을 각각 얻을 수 있고, 이를 통해 전이성 암세포와 같은 복잡하고 이질적인 특성의 세포를 정밀하게 정량화할 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 미세유체채널을 나타내는 단면도이다.
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.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 미세유체채널을 나타내는 단면도이다.
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.
도 11a 내지 도 11f는 예시적인 실시예들에 따른 미세유체채널 내의 전극쌍의 전극들을 나타내는 단면도들이다.
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.
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.
도 12a 내지 도 12c는 예시적인 실시예들에 따른 미세유체채널을 나타내는 단면도이다.
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.
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.
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.
따라서, 제1 가변형 박막 구조물(520)은 외력에 의해 변형되어 상기 미세유체채널의 크기를 변화시키거나 세포를 가압할 수 있다.
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.
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.
따라서, 제2 가변형 박막 구조물(522)은 외력에 의해 변형되어 상기 미세유체채널의 크기를 변화시키거나 세포를 가압할 수 있다.
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.
따라서, 제1 및 제2 가변형 박막 구조물들(520, 522)은 외력에 의해 변형되어 상기 미세유체채널의 크기를 변화시키거나 세포를 가압할 수 있다.
도 13은 예시적인 실시예들에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 나타내는 평면도이다.
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.
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.
도 14는 예시적인 실시예들에 따른 미세유체채널을 나타내는 평면도이다.
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.
도 15는 예시적인 실시예들에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 평면도이다.
도 15를 참조하면, 세포 임피던스 분광학 측정 장치는 서로 직렬로 배열된 복수 개의 제1 내지 제3 미세유체채널들(112, 122, 132)을 포함할 수 있다.
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.
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.
따라서, 세포의 통과시간, 세포 크기 변화 등 세포의 기계적 특성을 추가적으로 측정할 수 있다.
도 16은 예시적인 실시예들에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 평면도이다.
도 16을 참조하면, 세포 임피던스 분광학 측정 장치는 서로 병렬로 배열된 복수 개의 제1 내지 제3 미세유체채널들(112, 122, 132)을 포함할 수 있다.
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.
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.
따라서, 세포의 통과시간, 세포 크기 변화 등 세포의 기계적 특성을 추가적으로 측정할 수 있다.
이하에서는, 상술한 세포 임피던스 분광학 측정 장치를 이용하여 세포의 전기적 특성을 측정하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 17은 예시적인 실시예들에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 방법을 나타내는 순서도이다.
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.
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.
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).
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.
도 18은 세포가 미세유체채널 내에 있을 때의 등가 회로 모델(electrical equivalent circuit model)을 나타내는 회로도이다.
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.
도 19 및 도 20은 일 실시예에 따른 세포 임피던스 분광학 측정 장치에 의해 측정한 세포의 전기적 특성을 나타내는 그래프들이다.
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.
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.
<부호의 설명>
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: 스토퍼

Claims (16)

  1. 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 포함하는 세포 임피던스 분광학 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극쌍은 복수 개가 구비되고, 상기 복수 개의 전극쌍들은 상기 미세유체채널의 길이 방향을 따라 서로 이격 배치되는 세포 임피던스 분광학 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전기적 신호 검출기는 상기 복수 개의 전극쌍들 각각에 연결되어 서로 다른 주파수의 전기적 신호들을 각각 인가하는 복수 개의 검출기들을 포함하는 세포 임피던스 분광학 측정 장치.
  4. 제 2 항에 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 갖는 세포 임피던스 분광학 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전극쌍은 하나가 구비되고, 상기 제1 및 제2 전극들은 상기 미세유체채널의 길이 방향으로 각각 연장하는 세포 임피던스 분광학 측정 장치.
  6. 제 5 항에 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 검출하는 세포 임피던스 분광학 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 미세유체채널의 서로 마주하는 제1 및 제2 측벽들 상에 각각 배치되는 세포 임피던스 분광학 측정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 미세유체채널의 적어도 일측벽은 바닥면에 대하여 소정 각도로 경사지거나 곡면 형상을 갖는 세포 임피던스 분광학 측정 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 미세유체채널의 측벽 일부를 구성하는 가변형 박막 구조물을 더 포함하는 세포 임피던스 분광학 측정 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 미세유체채널 내에 배치되며 상기 유체가 통과하는 면적을 제어하기 위한 추가 구조물을 더 포함하는 세포 임피던스 분광학 측정 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 미세유체채널의 일측벽 또는 상기 제1 및 제2 전극들 상에 코팅된 생화학적 물질막을 더 포함하는 세포 임피던스 분광학 측정 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 미세유체채널은 복수 개가 서로 직렬 또는 병렬로 배치되고, 상기 전극쌍은 상기 미세유체채널 각각에 배치되는 세포 임피던스 분광학 측정 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 복수 개의 상기 미세유체채널들의 채널 크기들은 서로 같거나 다른 세포 임피던스 분광학 측정 장치.
  14. 제1 채널 크기를 갖는 미세유체채널 내에 서로 이격하도록 제1 전극 및 제2 전극을 갖는 적어도 하나의 전극쌍을 배치시키고;
    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.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 전극쌍을 배치시키는 것은 복수 개의 전극쌍들을 상기 미세유체채널의 길이 방향을 따라 서로 이격 배치시키는 것을 포함하고,
    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.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 전극쌍을 배치시키는 것은 상기 제1 및 제2 전극들을 상기 미세유체채널의 길이 방향으로 각각 연장하도록 배치시키는 것을 포함하고,
    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.
PCT/KR2017/006766 2017-02-03 2017-06-27 세포 임피던스 분광학 측정 장치 및 측정 방법 WO2018143523A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2017-0015652 2017-02-03
KR1020170015652A KR20180090597A (ko) 2017-02-03 2017-02-03 세포 임피던스 분광학 측정 장치 및 측정 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018143523A1 true WO2018143523A1 (ko) 2018-08-09

Family

ID=63040749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2017/006766 WO2018143523A1 (ko) 2017-02-03 2017-06-27 세포 임피던스 분광학 측정 장치 및 측정 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20180090597A (ko)
WO (1) WO2018143523A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113155688A (zh) * 2021-05-18 2021-07-23 南京智能高端装备产业研究院有限公司 一种检测细胞参数的多功能电学检测芯片
CN114062433A (zh) * 2021-10-22 2022-02-18 江苏济纶医工智能科技有限公司 一种适用于管道内粒子精确定位的电阻抗检测芯片

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102434151B1 (ko) * 2020-09-23 2022-08-22 경북대학교 산학협력단 생체 물질 정량 분석 시스템 및 이를 이용한 생체 물질 정량 분석 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090017012A (ko) * 2007-08-13 2009-02-18 삼성전자주식회사 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치 및방법
KR101229481B1 (ko) * 2012-05-18 2013-02-04 한국기계연구원 필터형 전극을 갖는 세포의 임피던스 측정장치 및 그 장치의 제조방법
KR20130129832A (ko) * 2012-05-21 2013-11-29 한국과학기술원 박막 구조물을 이용한 선택적 미소입자 처리 장치
KR101584083B1 (ko) * 2014-08-28 2016-01-11 한국과학기술원 미소입자의 변형성 및 피로 특성 분석 장치
JP2016523358A (ja) * 2013-06-10 2016-08-08 エフ．ホフマン−ラ ロシュ アーゲーＦ． Ｈｏｆｆｍａｎｎ−Ｌａ Ｒｏｃｈｅ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ 体液中の分析物を検出するための方法およびシステム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090017012A (ko) * 2007-08-13 2009-02-18 삼성전자주식회사 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치 및방법
KR101229481B1 (ko) * 2012-05-18 2013-02-04 한국기계연구원 필터형 전극을 갖는 세포의 임피던스 측정장치 및 그 장치의 제조방법
KR20130129832A (ko) * 2012-05-21 2013-11-29 한국과학기술원 박막 구조물을 이용한 선택적 미소입자 처리 장치
JP2016523358A (ja) * 2013-06-10 2016-08-08 エフ．ホフマン−ラ ロシュ アーゲーＦ． Ｈｏｆｆｍａｎｎ−Ｌａ Ｒｏｃｈｅ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ 体液中の分析物を検出するための方法およびシステム
KR101584083B1 (ko) * 2014-08-28 2016-01-11 한국과학기술원 미소입자의 변형성 및 피로 특성 분석 장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113155688A (zh) * 2021-05-18 2021-07-23 南京智能高端装备产业研究院有限公司 一种检测细胞参数的多功能电学检测芯片
CN114062433A (zh) * 2021-10-22 2022-02-18 江苏济纶医工智能科技有限公司 一种适用于管道内粒子精确定位的电阻抗检测芯片
CN114062433B (zh) * 2021-10-22 2024-02-02 江苏济纶医工智能科技有限公司 一种适用于管道内粒子精确定位的电阻抗检测芯片

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180090597A (ko) 2018-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018143523A1 (ko) 세포 임피던스 분광학 측정 장치 및 측정 방법
WO2018186539A1 (ko) 박막을 이용하여 분리 가능한 구조를 갖는 미세 유체 유속 측정장치
US8716655B2 (en) Integrated ion separation spectrometer
WO2016043402A1 (ko) 교차전극 바이오센서
US5855850A (en) Micromachined photoionization detector
US20240102915A1 (en) Measuring device and method for measuring characteristics of cells
EP3710821B1 (en) Ion mobility filter, method of manufacturing ion mobility filter, and method of filtering ions using ion mobility filter
EP2067028A1 (en) Faims apparatus comprising source of dry gas
WO2018182082A1 (ko) 펌프가 필요 없는 비접촉식 전기전도도 측정 기반 미소유체 칩 등전점 전기영동
WO2020013590A1 (ko) 유전 전기 영동을 이용한 마이크로 전극 바이오 센서, 및 이를 이용한 생체물질 검출 방법
WO2015008927A1 (ko) 바이오 센서 칩
WO2015156475A1 (ko) 전계효과 트랜지스터 이온센서 및 이를 이용한 시스템
WO2022215817A1 (ko) 액적의 크기 제어가 가능한 능동형 액적 생성장치, 이를 이용한 액적 크기 제어방법 및 액적 생성 자가진단 장치
WO2020106004A1 (ko) 박막을 이용하여 분리 가능한 구조를 갖는 마이크로 플루이딕 디바이스
WO2014088263A1 (ko) 센서 시스템
WO2011111908A1 (ko) 미소입자 선택적 포획-회수 장치
CN110006985B (zh) 离子检测装置及其制造方法、faims系统
WO2019208847A1 (ko) 혈액 분석 장치
US20180246061A1 (en) Gate electrode and ion mobility spectrometer
WO2022080768A1 (ko) 정전용량형 전극을 이용한 액적 길이 측정장치
WO2013119014A1 (ko) 전극패턴 검사장치
WO2016024690A1 (en) Apparatus for detecting particles
WO2015182971A1 (ko) 생체 물질 감지 바이오 센서 및 바이오 센서 시스템
WO2023063692A1 (ko) 감지영역 가변 전극을 가지는 액적 생성칩
WO2014084545A1 (ko) 미세 유체칩을 이용한 나노입자 분리 및 이를 이용한 생체물질분석방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17895120

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17895120

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1