WO2019078673A1 - 자성 나노 물질을 이용한 자기 염색 장치 - Google Patents

자성 나노 물질을 이용한 자기 염색 장치 Download PDF

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WO2019078673A1
WO2019078673A1 PCT/KR2018/012416 KR2018012416W WO2019078673A1 WO 2019078673 A1 WO2019078673 A1 WO 2019078673A1 KR 2018012416 W KR2018012416 W KR 2018012416W WO 2019078673 A1 WO2019078673 A1 WO 2019078673A1
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WO
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magnetic field
chamber
magnetic
antibody
field forming
Prior art date
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PCT/KR2018/012416
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English (en)
French (fr)
Inventor
박정윤
이용진
이재범
김정효
권준영
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
부산대학교 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.)
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/30—Staining; Impregnating ; Fixation; Dehydration; Multistep processes for preparing samples of tissue, cell or nucleic acid material and the like for analysis
    • G01N1/31—Apparatus therefor

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic dyeing apparatus, and more particularly, to a magnetic dyeing apparatus comprising an antibody and a tissue attached with a magnetic nanomaterial in a chamber, applying a strong magnetic field to the chamber, To an apparatus capable of shortening the binding time between an antigen and an antibody in a living tissue by increasing the diffusion speed of the antibody.
  • antigen-antibody staining techniques such as banung (Ant igen-Ant 'i body react ion) for using staining, immunohistochemical staining, as well as human tissue, most commonly used to make a variety of experimental characteristics of animal tissue Is one of the most important research techniques in the field of biotechnology.
  • a dye technique using an antigen-antibody reaction diffuses a specific antibody into a tissue (Di ffusion), and then an antibody having a fluorescent dye attached thereto It is a technique which enables to grasp the position and structure of a specific protein by observing the fluorescence which is expressed in the antibody while being combined.
  • Diffusion is the most important factor that determines the rate of dyeing of tissues, since efficient diffusion of the antibody in the tissues to be stained tends to occur. In fact, diffusion is a process that is inherently slow because it is made by random walk of molecules.
  • the diffusion of the antibody occurs within a relatively short period of time.
  • the diffusion rate decreases as an exponential function
  • Astronomical time is required to stain the tissue, especially in the case of living tissue, because the cells are made up of dense structure, it takes more time to spread. For example, it takes two weeks or more to dye a tissue of 1 mm thickness using an antigen-antibody reaction technique.
  • an electric field is applied from the outside of the chamber through an electrode using an electrical characteristic of an antibody and a protein to increase the diffusion rate of the antibody, similar to the basic principle of electrophoresis
  • an electric field is applied from the outside of the chamber through an electrode using an electrical characteristic of an antibody and a protein to increase the diffusion rate of the antibody, similar to the basic principle of electrophoresis
  • the inside of the tissue is damaged due to the vibration of the charged molecule due to the electric field because the charged molecule is also contained in the tissue.
  • the present invention provides a device for attaching a magnetic nanomaterial to an antibody and attaching a magnetic field to the biomolecule, thereby preventing the damage of the biomolecule by the charged molecules contained in the tissue and improving the diffusion rate of the antibody , Overcoming the limitations of methods for improving the diffusion rate of conventional antibodies.
  • a rotation motor disposed at a lower end of the chamber and capable of rotating the chamber;
  • a magnetic field forming portion positioned adjacent to the chamber and capable of generating a magnetic field inside the chamber;
  • a control unit for controlling the rotation angle of the rotation motor and the magnetic field intensity of the magnetic field forming unit Wherein the magnetic nanomaterial is attached to the chamber by a magnetic field generated by the magnetic field forming unit, thereby improving the diffusion rate of the antibody to which the magnetic nanomaterial is attached.
  • the chamber may be coupled with a rotating plate coupled to a rotating shaft of the rotating motor, and rotated in the same direction as the rotating direction of the rotating motor.
  • a plurality of protrusions are formed at the lower end of the chamber, and a plurality of grooves are formed at the upper end of the rotation plate in a shape of the protrusions.
  • the protrusions are inserted into the grooves, have.
  • a magnet may be provided at a lower end of the chamber and an upper end of the rotation plate, and the chamber and the rotation plate may be coupled by a magnetic force.
  • the chamber is detachably coupled to the rotation plate, and a different kind of chamber can be coupled to the rotation plate according to the size of the living tissue to be dyed.
  • the magnetic field forming unit may include a magnet bar forming a magnetic field in the chamber; A coil surrounding the magnet rod; And the magnet rod and consists of a Peltier element capable of cooling the coil yae the control unit is characterized in that to control the intensity of the magnetic field formed from the magnet rod to adjust the current flowing through the coil.
  • the case may further include at least one cooling fan on one side of the case, which can heat the heat generated by the magnetic field forming unit.
  • a light source for fluorescence-expressing an antibody to which the magnetic nanomaterial is attached in the chamber And an antibody capable of observing an antibody expressed by the light source Further comprising a camera, wherein the control unit the movements of the observed antibody via the antibody is characterized in that the observation camera can 'be adjusted based on the angle of rotation of the rotary motor.
  • a cylindrical chamber which is fixed by a fixing unit at the upper end of the case and stores an antibody, a buffer solution and a biological tissue to be subjected to labeling, to which a magnetic nanomaterial (magnetite particle) is attached;
  • a rotating plate disposed at a predetermined distance from the chamber and coupled to the top surface so that a plurality of magnetic field forming portions are detachably attached;
  • a rotary motor coupled to the rotary plate so as to rotate the rotary plate;
  • a control unit capable of adjusting a rotation angle of the rotation motor, wherein the magnetic field forming unit is provided symmetrically with respect to the chamber, and forms a magnetic field inside the chamber while rotating depending on rotation of the rotation plate,
  • a magnetic dyeing device characterized in that the diffusion rate of an antibody to which a magnetic nanomaterial is attached in a chamber can be improved.
  • the magnetic field forming portion is a curved body curved to be curved in the outer peripheral surface shape of the chamber.
  • the magnetic field forming unit may be a permanent magnet having one surface oriented toward the chamber direction, and the magnetic field forming units disposed to face each other with respect to the chamber may have different polarities.
  • the magnetic field forming part is an electromagnet, and one surface of the magnetic field forming part is disposed to face the chamber direction, and the other surface of the magnetic field forming part
  • the controller may adjust the intensity of the magnetic field formed by the magnetic field forming unit by controlling the intensity of the current flowing to the magnetic field forming unit.
  • the magnetic dyeing apparatus of the present invention can increase the diffusion rate of the antibody by applying a magnetic field to the antibody having the magnetic nanomaterial, and as a result, the dyeing efficiency of the dyeing technique using the antigen-antibody reaction can be enhanced.
  • the magnetic dyeing apparatus of the present invention can prevent tissue damage due to charged molecules contained in the living tissue by using a magnetic field rather than an electric field in the dyeing process.
  • FIG. 1 is a graph showing a process of changing a diffusion velocity with a change in a thickness of a living tissue.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a process for increasing the diffusion rate of an antibody using a conventional electrophoresis principle.
  • FIG. 3 is a view showing a process in which a magnetic nanomaterial is attached to an antibody.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a self-dyeing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a side view showing a process of attaching and detaching a chamber when a whole of a biological sample (tissue) is to be stained with the self-dyeing apparatus of the present invention.
  • FIG. 6 is a side view showing a process of attaching and detaching a chamber when a sliced tissue is to be stained with the self-dyeing apparatus of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the magnetic dyeing apparatus of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating a self-dyeing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a process of forming a magnetic field in a living tissue by the magnetic dyeing apparatus of the present invention.
  • FIG. 10 (a) is a view showing an embodiment relating to the shape of a magnetic field forming portion
  • FIG. 10 (b) is a view showing an embodiment in which the magnetic field forming portion is arranged on a rotating plate in accordance with the number of magnetic field forming portions.
  • 11 is a view showing a biotissue stained using an antigen-antibody anti-virus.
  • the term " comprises “ or “ having “ or the like is intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
  • the present invention provides a method for improving the diffusion speed of an antibody using magnetic fields / Staining device.
  • the magnetic field in various directions in the tissue is required instead of the flow of the magnetic field in the unidirectional direction, so that the self- The magnet itself forming the magnetic field can be rotated to uniformly spread the antibody in the living tissue.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a magnetic dyeing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a view showing a magnetic dyeing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a side view illustrating a process of attaching and detaching a whole of a brain, for example, a whole brain tissue of a mouse.
  • FIG. 6 is a side view illustrating a process of staining a sliced tissue using the self- 7 is a cross-sectional view of the self-dyeing apparatus of the present invention.
  • the present invention provides a magnetic resonance imaging apparatus comprising a case 100, an antibody 220, a buffer solution 230, and a dye (not shown) disposed inside the case 100 and having a magnetic nanomaterial 210
  • a rotation motor 300 disposed at a lower end of the chamber 200 and capable of rotating the chamber 200, a chamber 200 for holding the biological tissue 240,
  • a magnetic field forming unit 400 positioned adjacent to the rotating shaft 300 and capable of generating a magnetic field inside the chamber 200 and a magnetic field generating unit 400 capable of adjusting the magnetic field strength of the magnetic field forming unit 400
  • the magnetic field generating unit 400 may be provided with a magnetic dyeing apparatus 10 including a control unit 500, The diffusion rate of the antibody 220 to which the magnetic nanomaterial 210 inside the chamber 200 is attached can be improved.
  • the antibody 220 itself is not magnetized and the magnetic nanomaterial 210 adheres to the antibody 220 as shown in FIG. 3 because the diffusion rate is not increased even if a magnetic field is applied to the pure antibody 220, So that the diffusion rate of the antibody can be increased.
  • the size of the magnetic nanomaterial 210 attached to the antibody is preferably nano-sized, and the types of the magnetic nanomaterial 210 that can be attached include Fe304 magnetic particles, FeCo series, FeNi series, Fe- Or may be one of iron, cobalt, nickel, iron oxide, cobalt oxide, nickel oxide, or an alloy thereof.
  • the buffer solution 230 is added together with the antibody 220 and the biological tissue 240 inside the chamber 200 to maintain the pH of the biological tissue 240 during the dyeing process, Can be prevented from being damaged.
  • the chamber 200 of the present invention may be coupled to a rotating plate 320 coupled to a rotating shaft 310 of the rotating motor 300 and rotated in the same direction as the rotating direction of the rotating motor 300. For example, when the rotary motor 300 rotates 90 degrees clockwise, the chamber 200 also rotates 90 degrees clockwise.
  • a magnetic field is applied to the entire area of the living tissue 240 stored in the chamber 200 by rotating the chamber 200 to uniformly diffuse the antibody 220 inside the living tissue 240
  • the rotation motor 300 may have one to about 90 ⁇ preferably rotates 18Q 0, not limited to this if you can apply a magnetic field to the whole living body tissue 45 ° or
  • the rotation motor 300 is a stepper motor which is easy to control the rotation angle.
  • the present invention is not limited to this, and the type of the motor is not limited as long as the motor is capable of controlling the rotation angle.
  • a plurality of protrusions 201 are formed at the lower end of the chamber 200, and a plurality of protrusions 201 are formed at the lower end of the chamber 200,
  • a plurality of grooves 330 are formed at the upper end of the rotary plate 320 to be opposed to the shape of the protrusions so that the projections 201 of the chamber are inserted into the grooves 330 formed on the rotary plate, (Not shown).
  • a magnet is provided at the lower end of the chamber 200 and at the upper end of the rotation plate 320, and the magnet provided in the chamber 200 and the magnet provided in the rotation plate 320 have different polarities And the chamber 200 and the rotary plate 320 may be coupled to each other by a magnetic force.
  • the chamber 200 coupled to the rotation plate 320 by the protrusion 201 or the magnet is detachably coupled to the rotation plate 320 so that the size of the biotissue 240 to be dyed
  • Various types of chambers can be combined.
  • the various types of chambers 200 mean that the size or shape of the chamber 200 can be varied as shown in FIGS.
  • the magnetic field forming unit 400 which is a core component of the magnetic dyeing apparatus of the present invention, will be described.
  • the magnetic field forming unit 400 of the present invention may include a magnetic bar 410 forming a magnetic field in the chamber 240 and a coil 420 surrounding the magnet bar 410.
  • the temperature of And a Peltier element 430 capable of cooling the coil 420.
  • the Peltier element 430 may be formed of,
  • the Peltier element 430 is composed of a thermoelectric element 431, a heat radiating plate 433 and a heat radiating fan 435.
  • the Peltier element 430 can cool the magnetic field forming part 400 using the heat absorbing radiator.
  • the control unit 500 can control the intensity of the magnetic field formed from the magnet rod 410 by controlling the current flowing through the coil 420. Particularly, as the intensity of the current flowing through the coil 420 is increased, ), It is possible to strengthen the strength of the magnetic field. 4, the controller 500 is located outside the case 100. However, the present invention is not limited to the illustrated position, and the controller 500 may be positioned inside the case 100. [
  • the magnetic dyeing apparatus 10 of the present invention can form a magnetic field in consideration of the thickness of the tissue by increasing the intensity of the magnetic field as the thickness of the biological tissue 240 to be dyed increases,
  • a magnetic field having an intensity suitable for the biological tissue 240 to be stained can be formed by replacing the magnetic field forming part 400 with a magnetic field forming part 400 capable of forming a stronger magnetic field.
  • a light source 600 for fluorescence-expressing the antibody 220 attached with the magnetic nanomaterial 210 in the chamber 200 and an antibody 220 fluorescently expressed by the light source 600 are provided in the case.
  • an antibody-observing camera 610 capable of observing the antibody.
  • the controller 500 can adjust the rotation angle of the rotation motor 300 based on the diffusion motion of the antibody 220 detected through the antibody observation camera 610.
  • the controller 500 rotates the rotation motor 300 by 45 ° or 135 ° so that the antibody 220 with the magnetic nanomaterial 210 attached thereto To be diffused.
  • the present invention utilizes the light source 600 and the antibody-observing camera 610 in the same manner as described above, and unlike the dyeing technique using the conventional electrophoresis principle, the antibody 220 can be uniformly diffused in the living tissue .
  • the light source 600 and the antibody-observing camera 610 are located at the upper end of the case 100, but the positions of the light source 600 and the antibody-observing camera 610 are And may be located on the side surface of the case 100 as long as it irradiates the living tissue 240 located in the chamber 200 and observes the fluorescently expressed antibody 220. It is preferable that the antibody observation camera 610 is positioned at the upper end of the case 100 away from the magnetic field forming unit 400 in order to minimize the influence of the magnetic field generated in the magnetic field forming unit 400, Especially in the region corresponding vertically to the location of the chamber 200, is easy to observe the diffusion of the antibody 220. [ Next, with reference to FIGS. 8 to 10, a self-dyeing apparatus in which the chamber of the present invention is fixed and the magnetic field forming unit is rotated to increase the diffusion speed of the antibody will be described.
  • FIG. 8 is a view showing a self-dyeing apparatus according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a view showing a process in which a magnetic field is formed in a living tissue by the magnetic dyeing apparatus of the present invention.
  • FIG. 10 (a) is a view showing an embodiment of the shape of a magnetic field forming unit, (b) is a view showing an embodiment in which it is arranged on a rotating plate in accordance with the number of magnetic field forming portions.
  • the case 100 is fixed by the fixing part 120 located at the upper end of the case, and the antibody 220 attached with the magnetic nanomaterial 210, A chamber 200 in which a biological tissue 240 to be subjected to labeling / staining is stored and a plurality of magnetic field forming units A rotary motor 300 coupled to the rotary plate 320 to rotate the rotary plate 320 and a rotary motor 300 coupled to the rotary plate 320,
  • the plurality of magnetic field forming units 400 are disposed symmetrically with respect to the chamber 200 and are rotated depending on the rotation of the rotation plate 320.
  • the control unit 500 controls the rotation angle of the rotation plate 320, By forming a magnetic field inside the chamber 200 And a magnetic jesong dyeing apparatus (10), characterized in that to improve the diffusion rate of the chamber 200, magnetic nano material (210) antibodies (220) attached to the inside.
  • the magnetic dyeing apparatus 10 is configured such that the magnetic field forming unit 400 is disposed on the upper side of the main body 100 through the rotation motor 300 while fixing the chamber 200 through the fixing unit 120, Only the rotating plate 320 coupled to the surface is rotated.
  • the self-dyeing apparatus 10 uses a conventional electrophoresis principle Unlike the dyeing technique, the chamber 200 can be held in a fixed state, so that the living tissue 240 does not rotate, and the living tissue 240 can be prevented from being damaged by rotation.
  • the chamber 200 is fixed by a fixing part 120 formed at an upper end of the case 100.
  • a groove is formed at a lower end of the fixing part 120 so that the chamber 200 and the groove Or may be coupled in an interference fit manner.
  • a hollow may be formed in the fixing part 120, and a light source 600 to be described later may be located inside the hollow part.
  • a magnet may be disposed at a lower end of the fixing part 120 and an upper end of the chamber 200 so that the fixing part 120 and the chamber 200 may be coupled to each other by a magnetic force.
  • the magnetic field forming unit 400 is disposed symmetrically with respect to the chamber 200 as shown in FIG. 9 (b) Means that each of the magnetic field forming portions is disposed not to be attached to the chamber but spaced apart by a certain distance.
  • the magnetic field forming unit 400 rotated by the rotation plate 320 will be described.
  • the magnetic field forming unit 400 may have a flattened hexahedron shape or may be curved to have a curved shape corresponding to the shape of the outer circumferential surface of the chamber.
  • the width and height of the magnetic field forming part 400 are larger than the width and height of the cross section of the chamber 200 so that a magnetic field can be formed in the entire area of the inside of the chamber 200 by the magnetic field forming part 400 have.
  • the magnetic field forming part 400 of the present invention may be a permanent magnet disposed on one side 400a of the chamber 200 facing the chamber 200.
  • the magnetic field forming part 400 may include a magnetic field Forming portions 400 may be arranged to have different poles so that a magnetic field may be formed inside the chamber 200.
  • the magnetic field forming unit 400 may be replaced with a stronger permanent magnet, By adding the number, it is possible to form a magnetic field suitable for the kind of biotissue to be stained.
  • the magnetic field forming portion 400 is a permanent magnet
  • the magnetic field forming portion is arranged by an odd number (2n + 1, n is a natural number)
  • the magnetic field forming portion (2n, n are natural numbers) magnetic field forming portions are arranged on the rotating plate so that the magnetic field forming portions arranged to face each other are mated with each other to form a magnetic field .
  • the magnetic field forming unit 400 may be an electromagnet capable of varying the intensity of a magnetic field according to another embodiment.
  • the cooling unit 440 is attached to the other surface of the magnetic field forming unit 400 and the magnetic field forming unit 400 is attached to the other surface of the magnetic field forming unit 400.
  • the heat generated in the process of generating the magnetic field can be dissipated.
  • the cooling unit 440 is a Peltier element, but it is not limited thereto, and it is irrelevant if the heat generated in the electromagnet can be absorbed.
  • the magnetic dyeing apparatus may further include a light source 600 for fluorescence-emitting the antibody 220 having the magnetic nanomaterial 210 attached thereto in the chamber 200, An antibody-observing camera 610 capable of observing the fluorescent-labeled antibody 220 can be further included.
  • the detailed description of the light source 600 and the antibody-observing camera 610 will be omitted because they have been described above, and the light source 600 and the antibody-
  • the position of the camera 610 is not limited to the upper end of the case 100 as shown in FIG. 8, and the position of the camera 610 is not limited to the upper side of the case 100, Even if it is located, it is irrelevant.
  • the present invention can adjust the direction of the magnetic field formed inside the chamber by providing a magnetic dyeing apparatus capable of rotating the chamber or rotating the magnetic field forming unit as described above, By applying a magnetic field to the attached antibody, the diffusion rate of the antibody can be increased.
  • the magnetic dyeing apparatus of the present invention can prevent damage to biological tissues due to charged molecules contained in living tissues by using a magnetic field rather than an electric field during the dyeing process,
  • the conventional dyeing technique using the principle of electrophoresis it takes 1 to 2 weeks to dye a tissue having a thickness of 1 mm.
  • the tissue can be stained within 1 to 2 days.
  • the conventional electrophoresis method has a problem that since the charged molecule is contained in the biological tissue, the biosynthetic tissue moves along with the change of the direction of the electric field and the antibody can not be uniformly diffused.
  • the biotissue It is possible to prevent the biotissue from moving together with the magnetic field as the magnetic field is utilized instead of the electric field, and it is very easy to control the diffusion of the antibody.
  • the present invention can rapidly and uniformly disperse the antibody even in a thick biotissue, so that the tissue can be dyed as shown in FIG. 11, and the shape and characteristics of the tissue to be analyzed can be clearly grasped. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.

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Abstract

본 발명은 자성 나노 물질을 이용한 자기 염색 장치에 관한 것이다. 본 발명은 케이스， 상기 케이스 내부에 위치하며, 자성 나노 물질 (Magnetic Nano Particle)이 부착된 항체버퍼 용액 및 염색 (Label l ing) 대상이 되는 생체 조직이 보관되는 챔버, 상기 챔버의 하단에 배치되어 상기 챔버를 회전시킬 수 있는 회전모터， 상기 챔버에 인접하게 위치하여， 상기 챔버 내부에 자기장을 생성할 수 있는 자기장 형성부 및 상기 회전모터의 회전 각도와 상기 자기장 형성부의 자기장 세기를 조절할 수 있는 제어부를 포함하며， 상기 자기장 형성부에서 생성되는 자기장에 의해 상기 챔버 내부의 자성 나노 물질이 부착된 항체의 확산 속도를 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 자기 염색 장치를 제공한다. 상기와 같은 자기 염색 장치는 자성 나노 물질이 부착된 항체에 자기장을 걸어줌으로써 항체의 확산속도를 높일 수 있고, 결과적으로 항원 -항체 반응을 이용한 염색 기법의 염색 효율을 높일 수 있다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
자성 나노 물질을 이용한 자기 염색 장치
【기술분야】
본 발명은 자기 염색 장치에 관한 것으로， 보다 구체적으로는 자성 나노 물질을 부착한 항체와 생체 조직 (Tissue)을 챔버 내에 위치시키고， 챔버 내부에 강한 자기장을 걸어 자성 나노 물질이 부착된 항체의 생체 조직 내 확산 속도를 높임으로써 생체 조직 내에서 항원—항체 간의 결합시간을 단축할 수 있는 장치에 관한 것이다.
【배경기술】
환자의 생검 조직 및 수술 적출물 등의 조직의 명확한 진단 및 특성을 파악하기 위해서뿐만 아니라， 기초 실험 분야에서 다양한 생물학적 조직의 세포 및 세포 이하 수준에서 특성을 파악하기 위해서는 조직 내 포함된 다양한 단백질의 종류, 특성 및 위치를 육안으로 파악하는 것이 중요하다.
그 중에서도 항원 -항체 반웅 (Ant igen-Ant' i body react ion)을 이용한 조직화학염색， 면역조직화학염색법 등의 염색 기법은 인간 조직뿐만 아니라， 다양한 실험동물 조직의 특성을 확인하기 위해 가장 많이 사용되는 실험 및 연구 기법으로서 바이오 분야에서 가장 증요한 연구 기법 중 하나이다. 보다 구체적으로 살펴보면， 항원 -항체 반응을 이용한 염색 기법은 조직 내의 단백질 및 세포의 특성을 파악하기 위하여 특정 항체를 조직 내로 확산 (Di ffusion)시킨 후, 확인하고자 하는 항원에 형광염료가 부착된 항체가 결합되면서 항체에서 발현되는 형광 (Fluorescence)을 관찰함으로써 특정 단백질의 위치 및 구조를 파악할 수 있게 하는 기법이다.
효율적 조직 염색을 위해서는 항체가 염색하고자 하는 조직 내부에서 균일한 확산 (di ffusion)이 이루어지는 것이 증요하므로， 확산은 조직의 염색 속도를 결정하는 가장 중요한 요소이다. 아을러, 확산은 분자의 무작위적인 운동 (random walk)에 의해 이루어지므로 본질적으로 속도가 매우 느린 과정이다.
조직 내부에서의 항체의 확산 속도 변화를 도 1을 참조하여 구체적으로 살펴보면， 조직의 두께가 얇으면 항체의 확산이 비교적 빠른 시간 내에 이루어지나， 조직의 두께가 증가할수록 확산 속도가 지수 함수처럼 감소하여 조직을 염색하는데 천문학적인 시간이 소요 되고， 특히 생체 조직의 경우 세포가 밀집된 구조로 이루어져 있어서 확산에 더욱 긴 시간이 소요될 수 밖에 없다. 예를 들어， 1mm 두께의 조직을 항원—항체 반응을 이용한 기법으로 염색하기 위해서는 2주 이상의 시간이 소모된다.
즉, 항체의 조직 내 확산속도를 증가시키는 것은 단백질 및 세포의 효율적 염색을 위한 중요한 연구 주제이자， 현재 바이오 연구 분야에서 직면한 한계점 중 하나이다.
상기와 같은 문제점을 극복하고자 종래에는 유체의 압력을 사용하여 항체의 확산속도를 높이려는 시도가 있었는데, 다공성 조직 내부를 가로 지르는 대류 흐름 (Convect ive f low)를 생성하여 항체의 확산속도를 높일 수 있었으나， 조직에 전달되는 높은 압력으로 인하여 깨지기 쉬운 조직 샘플이 변형 될 위험이 있어 생체 조직의 특성 및 위치를 파악하기에는 적합하지 않았다.
또한， 도 2와 같이 항체 및 단백질이 가지고 있는 전기적 특성을 이용하여 전극 (Electrode)을 통해 챔버 외부에서 전기장을 걸어줌으로써， 전기영동 (Electrophoresis)의 기본 원리와 유사하게 항체의 확산 속도를 증가시키기 위한 시도도 있었으나， 조직 내부에도 하전 분자 (Charged molecule)가 포함되어 있어 전기장에 따른 하전 분자의 진동으로 조직 내부가 손상될 수 밖에 없다는 문제가 있었다.
아울러, 전기장을 이용한 항체 확산 속도 증가 시 조직의 손상을 방지하기 위해서 조직이 들어가는 챔버를 회전시켜 주면서， 외부의 전기장 세기를 변경시켜서 항체 확산 속도를 증가 시키는 시도 또한 있었으나, 전기장이 조직 내부를 관통함으로써 생체 조직 내부에서 열이 발생하여 이를 조절하기 위한 장치가 추가적으로 필요하며, 조직 자체의 하전 분자가 여전히 외부 전기장의 영향을 받아, 항체뿐만 아니라， 조직 자체도 챔버 내에서 이동하게 되어 항체의 확산속도가 두꺼운 조직에 적용될 수 있을 만큼 빨라지지 않는다는 한계점이 존재하였다.
즉， 종래의 다양한 시도들 역시 단백질 및 세포를 효율적으로 염색시키기에는 문제점이 있으므로, 이를 극복할 수 있을만한 새로운 항체 확산속도를 향상시키는 방안이 요구되는 실정이다.
【발명의 상세한 설명】
【기술적 과제】
본 발명은 항체에 자성 나노 물질을 부착하고， 생체 조직에 자기장을 걸어주는 장치를 제공함으로써， 조직 내부에 포함된 하전 분자에 의해 생체 조직이 손상되는 것을 방지하면서도 항체의 확산속도를 향상시킬 수 있으므로， 종래의 항체의 확산속도를 향상시키기 위한 방법들이 갖던 한계점을 극복할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
【기술적 해결방법】
상기의 과제를 해결하기 위하여， 본 발명은 일 실시예로 케이스; 상기 케이스 내부에 위치하며， 자성 나노 물질 (Magnet ic Nano Part icle)이 부착된 항체， 버퍼 용액 및 염색 (Label l ing) 대상이 되는 생체 조직이 보관되는 챔버; 상기 챔버의 하단에 배치되어 상기 챔버를 회전시킬 수 있는 회전모터; 상기 챔버에 인접하게 위치하여， 상기 챔버 내부에 자기장을 생성할 수 있는 자기장 형성부; 및 상기 회전모터의 회전 각도와 상기 자기장 형성부의 자기장 세기를 조절할 수 있는 제어부를 포함하며， 상기 자기장 형성부에서 생성되는 자기장에 의해 상기 챔버 내부의 자성 나노 물질이 부착된 항체의 확산 속도를 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 자기 염색 장치를 제공한다.
이 때， 상기 챔버는 상기 회전모터의 회전축과 결합된 회전판과 결합되어, 상기 회전모터의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전될 수 있다.
특히， 상기 챔버의 하단부에는 복수 개의 돌출부가 형성되고， 상기 회전판의 상단부에는 상기 돌출부의 형상에 대웅되는 복수 개의 홈이 형성되어， 상기 돌출부가 상기 홈에 삽입됨으로써 상기 챔버와상기 회전판이 결합될 수 있다.
또는, 상기 챔버의 하단부 및 상기 회전판의 상단부에는 자석이 구비되어， 상기 챔버와 상기 회전판은 자력에 의해 결합될 수도 있다.
또한， 상기 챔버는 상기 회전판과 탈부착 가능하게 결합되어， 염색 대상이 되는 생체 조직의 크기에 따라 상기 회전판에 다른 종류의 챔버를 결합할 수 있다. 특히， 상기 자기장 형성부는 상기 챔버에 자기장을 형성하는 자석봉; 상기 자석봉을 감싸는 코일; 및 상기 자석봉과 상기 코일을 냉각할 수 있는 펠티에 소자로 구성되며ᅤ 상기 제어부는 상기 코일에 흐르는 전류를 조절하여 상기 자석봉으로부터 형성되는 자기장의 세기를 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다. 또한， 상기 케이스의 일 측면에는 상기 자기장 형성부에서 발생하는 열을 넁각시킬 수 있는 적어도 하나 이상의 냉각팬을 더 포함할 수 있다.
아울러, 상기 챔버 내부에 자성 나노 물질이 부착된 항체를 형광 발현시키는 광원; 및 상기 광원에 의해 형광 발현된 항체를 관측할 수 있는 항체 관측 카메라를 더 포함하고， 상기 제어부는 상기 항체 관측 카메라를 통해 관측된 항체의 움직임을' 토대로 상기 회전모터의 회전각도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또 다른 실시예로 케이스; 상기 케이스 상단의 고정부에 의해 고정되며, 자성 나노 물질 (Magnet ic Part icle)이 부착된 항체, 버퍼 용액 및 염색 (Label l ing) 대상이 되는 생체 조직이 보관되는 원통형의 챔버; 상기 챔버와 일정거리 이격되어 배치되며, 상단면에 복수 개의 자기장 형성부가 탈부착 가능하도록 결합된 회전판; 회전축이 상기 회전판과 결합되어， 상기 회전판을 회전시킬 수 있는 회전모터; 및 상기 회전모터의 회전 각도를 조절할 수 있는 제어부를 포함하며， 상기 자기장 형성부는 상기 챔버를 중심으로 대칭적으로 쎄치되며， 상기 회전판의 회전에 종속적으로 회전하면서 상기 챔버 내부에 자기장을 형성함으로써， 상기 챔버 내부의 자성 나노 물질이 부착된 항체의、확산 속도를 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 자기 염색 장치를 제공한다.
특히， 상기 자기장 형성부는 상기 챔버의 외주면 형상에 대웅되도록 굴곡진 곡면체인 것을 특징으로 한다.
이 때， 상기 자기장 형성부는 일면이 상기 챔버 방향을 향하도록 배치된 영구 자석이고， 상기 챔버를 중심으로 서로 마주보도록 배치된 자기장 형성부끼리는 각기 다른 극을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
또는, 상기 자기장 형성부는 전자석으로 상기 자기장 형성부의 일면은 상기 챔버 방향을 향하도톡 배치되며， 상기 자기장 형성부의 다른 일면에는 넁각부가 부착되어 상기 자기장 형성부에서 발생하는 열을 넁각시킬 수 있으며， 상기 제어부는 상기 자기장 형성부로 흐르는 전류의 세기를 제어하여 상기 자기장 형성부에 의해 형성되는 자기장의 세기를 조절할수도 있다.
【발명의 효과】
본 발명의 자기 염색 장치는 자성 나노 물질이 부착된 항체에 자기장을 걸어줌으로써 항체의 확산속도를 높일 수 있고, 결과적으로 항원 -항체 반응을 이용한 염색 기법의 염색 효율을 높일 수 있다.
이에 따라， 생체 조직의 두께가 두꺼운 경우에도 항원 -항체 반웅을 이용한 염색 기법을 활용할 수 있게 되어， 다양한 종류의 단백질 및 세포의 특성을 파악할 수 있다.
또한， 본 발명의 자기 염색 장치는 염색 과정에서 전기장이 아닌 자기장을 사용함에 따라 생체 조직 내에 포함된 하전 분자에 의한 조직의 손상을 방지할 수 있다.
【도면의 간단한 설명】
도 1은 생체 조직의 두께의 변화에 따른 확산 속도의 변화과정을 도시한 그래프이다.
도 2는 종래의 전기영동 (Electrophoresi s) 원리를 이용하여 항체의 확산 속도를 증가시키기 위한 과정을 도시한 도면이다. 도 3은 항체에 자성 나노 물질이 부착되는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 염색 장치를 도시한사시도이다. 도 5는 본 발명의 자기 염색 장치로 생체 시료 (조직) 전체를 염색하고자 할 때의 챔버가 탈부착되는 과정을 도시한 측면도이다.
도 6은 본 발명의 자기 염색 장치로 슬라이스된 조직을 염색하고자 할 때의 챔버가 탈부착되는 과정을 도시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 자기 염색 장치에 관한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기 염색 장치를 도시한 사시도이다.
도 9은 본 발명의 자기 염색 장치에 의해 생체 조직 내에 자기장이 형성되는 과정을 도시한 도면이다.
도 10 (a)는 자기장 형성부의 형상에 관한 실시예를 도시한 도면이며, 도 10 (b)는 자기장 형성부의 개수에 따라 회전판 상에 배치되는 실시예를 도시한 도면이다.
도 11은 항원 -항체 반웅을 활용하여 염색한 생체 조직을 나타낸 도면이다.
【발명의 실시를 위한 형태】
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대해 상세한 설명은 생략한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는， 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만， 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 또한， 본 명세서 전체에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에'' 위치한다고 할 때， 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 출원에서， "포함하다. " 또는 "가지다. " 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징， 숫자， 단계, 동작， 구성요소， 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지， 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작， 구성요소， 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 앞서 언급한 바와 같은 종래의 유체의 압력 또는 전기영동 원리를 활용한 염색 기법이 갖는 한계점을 극복하고자， 본 발명은 자기장을 이용하여 항체의 확산 속도를 향상시킬 수 있는 자기 염색 (Magnet ic Label l ing/Staining) 장치를 제공한다.
특히， 항체를 생체 조직의 손상 없이 생체 조직 내에 균일하게 확산시키기 하기 위해서는 단일 방향의 자기장의 흐름이 아닌 조직 내의 여러 방향으로의 자기장이 필요하므로， 본 발명의 자기 염색 장치는 조직이 보관되는 챔버 또는 자기장을 형성하는 자석 자체를 회전시켜 생체 조직 내에서 항체의 확산이 균일하게 일어나게 할 수 있다. 먼저, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 챔버 자체를 회전시켜 항체의 확산속도를 높이는 자기 염색 장치에 대하여 살펴보겠다.
도 3은 항체에 자성 나노 물질이 부착되는 과정을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 염색 장치를 도시한 사시도이며， 도 5는 본 발명의 자기 염색 장치로 생체 시료 전체, 예를 들어 쥐의 뇌 조직 전체를 염색하고자 할 때의 챔버가 탈부착되는 과정을 도시한 측면도이고， 도 6은 본 발명의 자기 염색 장치로 슬라이스된 조직을 염색하고자 할 때의 챔버가 탈부착되는 과정을 도시한 측면도이고， 도 7은 본 발명의 자기 염색 장치에 관한 단면도이다.
본 발명은 일 실시예로 케이스 (100)， 상기 케이스 (100) 내부에 위치하며， 자성 나노 물질 (Magnet ic Nano Part icle, 210)이 부착된 항체 (220) , 버퍼 용액 (230) 및 염색 (Label l ing) 대상이 되는 생체 조직 (240)이 보관되는 챔버 (200) , 상기 챔버 (200)의 하단에 배치되어 상기 챔버 (200)를 회전시킬 수 있는 회전모터 (300)， 상기 챔버 (200)에 인접하게 위치하여 상기 챔버 (200) 내부에 자기장을 생성할 수 있는 자기장 형성부 (400) 및 상기 회전모터 (300)의 희전 각도와 상기 자기장 형성부 (400)의 자기장 세기를 조절할 수 있는 제어부 (500)를 포함하는 자기 염색 장치 (10)를 제공하며， 상기 자기장 형성부 (400)에서 생성되는 자기장을 통해 상기 챔버 (200) 내부의 자성 나노 물질 (210)이 부착된 항체 (220)의 확산 속도를 향상시킬 수 있다.
항체 (220) 자체는 자성을 띄지 않아 순수 항체 (220)에 자기장을 가한다고 하더라도 확산 속도가 빨라지지 않으므로, 본 발명은 도 3과 같이 항체 (220)에 자성 나노 물질 (210)올 부착함으로써 자기장을 활용하여 항체의 확산 속도를 높일 수 있도록 한다.
이 때, 항체에 부착되는 자성 나노 물질 (210)의 크기는 나노 사이즈인 것이 바람직하며， 부착될 수 있는 자성 나노 물질 (210)의 종류는 Fe304 자성 입자， FeCo 계열， FeNi 계열， Fe-0xide 계열의 자성 입자 중 하나이거나， 또는 철, 코발트， 니켈, 철 산화물, 코발트 산화물， 니켈 산화물， 또는 이들의 합금일 수 있다.
또한， 본 발명은 상기 챔버 (200) 내부의 항체 (220) 및 생체 조직 (240)과 함께 버퍼 용액 (230)을 추가함으로써， 염색 과정 동안 생체 조직 (240)의 pH를 유지하여 생체 조직 (240)의 손상을 방지할 수 있다. 본 발명의 챔버 (200)는 상기 회전모터 (300)의 회전축 (310)에 결합된 회전판 (320)과 결합되어， 상기 회전모터 (300)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전될 수 있다. 예를 들어 , 회전모터 (300)가 시계방향으로 90° 회전하면， 챔버 (200) 또한 시계방향으로 90° 회전하게 된다. 상기 챔버 (200)를 회전시켜 챔버 (200) 내부에 보관되는 생체 조직 (240) 전 영역에 자기장이 가해져야만 항체 (220)를 생체 조직 (240) 내부에 고르게 확산시킬 수 있으므로， 상기 회전모터 (300)은 90ο 내지 18Q0씩 회전하는 것이 바람직하나， 이에 한정되는 것은 아니며 생체 조직 전체에 자기장을 가해줄 수 있다면 45° 또는
1350씩 회전하더라도 무관하며， 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수도 있다. 또한， 상기 회전모터 (300)는 회전 각도 제어가 용이한 스텝 모터 (stepper motor)인 것이 바람직하다. 다만， 이에 한정되는 것은 아니며 회전 각도를 제어할 수 있는 모터라면 모터의 종류는 관계 없다.
다음으로， 상기 챔버 (200)와 상기 회전판 (320) 사이의 결합 방식에 대하여 구체적으로 살펴보면, 도 5 또는 도 6와 같이 상기 챔버 (200)의 하단부에는 복수 개의 돌출부 (201)가 형성되고， 상기 회전판 (320)의 상단부에는 상기 돌출부의 형상에 대웅되는 복수 개의 홈 (330)이 형성되어, 챔버의 돌출부 (201)가 회전판 상에 형성된 홈 (330)에 삽입됨으로써 상기 버 (200)와 상기 회전판 (320)이 결합될 수 있다.
도면 상에 도시된 바는 없으나 상기 챔버 (200)의 하단부 및 상기 회전판 (320)의 상단부에는 자석이 구비되며， 챔버 (200)에 구비된 자석과 회전판 (320)에 구비된 자석은 서로 다른 극성을 띄어 챔버 (200)와 회전판 (320)이 자력에 의해 결합될 수도 있다.
상기와 같이 돌출부 (201) 또는 자석 (미도시)에 의해 회전판 (320)에 결합되는 챔버 (200)는 상기 회전판 (320)과 탈부착 가능하도록 결합되어, 염색 대상이 되는 생체 조직 (240)의 크기에 따라 다양한 종류의 챔버를 결합할 수 있다. 여기서 다양한 종류의 챔버 (200)는 도 5 및 도 6과 같이 챔버 (200)의 크기 또는 형상이 가변될 수 있음을 의미한다.
예를 들어， 도 5 (b)와 같이 최근 바이오 분야에서 관심을 갖고 있는 생체 시료 전체 (240a)를 염색할 때에는 직경이 큰 챔버 (200)를 회전판 (320)에 결합하여 염색할 수 있으며， 도 6 (b)와 같이 슬라이스된 조직 (240b)을 염색할 때에는 직경이 작은 챔버 (200)를 회전판 (320)에 결합하여 염색할 수 있다. 다음으로， 본 발명의 자기 염색 장치의 핵심적인 구성요소인 자기장 형성부 (400)에 대하여 살펴보겠다. 본 발명의 자기장 형성부 (400)는 상기 챔버 (240)에 자기장을 형성하는 자석봉 (410)， 상기 자석봉 (410)올 감싸는 코일 (420)과 자기장을 형성할 때 발생되는 열에 의해 온도가 상승하는 상기 자석봉 (410)과 상기 코일 (420)을 냉각할 수 있는 펠티에 소자 (430)로 구성될 수 있다.
상기 펠티에 소자 (430)는 열전 소자 (431)， 방열판 (433) 및 방열팬 (435)으로 구성된 장치로써, 흡열 반웅을 이용하여 상기 자기장 형성부 (400)를 냉각 시킬 수 있다.
상기 제어부 (500)는 상기 코일 (420)에 흐르는 전류를 조절하여 상기 자석봉 (410)으로부터 형성되는 자기장의 세기를 조절할 수 있으며, 특히 코일 (420)에 흐르는 전류의 세기를 높일수록 챔버 (200)에 형성뒤는 자기장의 세기를 강하게 할 수 있다. 상기 도 4 상에는 상기 제어부 (500)를 케이스 (100) 외부에 위치하는 것으로 도시하였으나, 도시된 위치에 한정되는 것은 아니며 상기 제어부 (500)를 케이스 ( 100) 내부에 위치시킬 수도 있다.
이와 같은 구성을 통하여, 본 발명의 자기 염색 장치 ( 10)는 염색 대상이 되는 생체 조직 (240)의 두께가 두꺼워질수록 자기장의 세기를 높여 조직의 두께를 고려하여 자기장을 형성할 수 있으며， 필요에 따라서는 더 강한 자기장을 형성할 수 있는 자기장 형성부 (400)로 교체함으로써 염색하고자하는 생체 조직 (240)에 적합한 세기를 갖는 자기장을 형성할 수 있다. 다음으로， 상기 케이스 내부에는 상기 챔버 (200) 내부에 자성 나노 물질 (210)이 부착된 항체 (220)를 형광 발현시키는 광원 (600) 및 상기 광원 (600)에 의해 형광 발현된 항체 (220)를 관측할 수 있는 항체 관측 카메라 (610)가 더 포함될 수 있다.
항체 (220)에 부착되는 자성 나노 물질 (210)에 형광 물질을 추가부착 한 후, 상기 광원 (600)이 자성 나노 물질 (210)이 부착된 항체 (220)에 빛을 가하면 항체 (220)가 형광 (Fluorescent ) 발현하게 되고， 상기 항체 관측 카메라 (610)를 통해 형광 발현된 항체 (220)가 자기장에 의해 확산되는 방향을 확인할 수 있다. 이 때， 상기 제어부 (500)는 상기 항체 관측 카메라 (610)를 통해 확인된 항체 (220)의 확산움직임을 토대로 회전모터 (300)의 회전각도를 조절할 수 있다.
구체적으로, 회전모터 (300)가 90° 또는 180°씩 회전하다가도 항체 (220)가 균일하게 확산되지 않는 것으로 확인되면 상기 제어부 (500)는 상기 회전모터 (300)가 45° 또는 135°씩 회전하도톡 제어하여 자성 나노 물질 (210)이 부착된 항체 (220)가사선 방향으로도 확산될 수 있도록 한다.
즉， 본 발명은 상기와 같은 방식으로 광원 (600) 및 항체 관측 카메라 (610)를 활용함으로써， 종래의 전기영동 원리를 이용한 염색 기법 등과 달리 항체 (220)를 생체 조직 내에 고르게 확산시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 4 또는 도 7 상에서는 광원 (600)과 항체 관측 카메라 (610)가 나란히 케이스 ( 100)의 상단부에 위치하고 있으나 상기 광원 (600)과 항체 관측 카메라 (610)의 위치는 도면에 도시된 위치에 반드시 한정되는 것은 아니며， 상기 챔버 (200) 내부에 위치한 생체 조직 (240)에 빛을 조사하고, 형광 발현된 항체 (220)를 관측할 수만 있다면 상기 케이스 ( 100)의 측면에 위치하여도 무관하다. 다만， 상기 항체 관측 카메라 (610)는 상기 자기장 형성부 (400)에서 생성되는 자기장에 의한 영향을 최소화하기 위하여, 자기장 형성부 (400)와 떨어진 상기 케이스 ( 100) 상단부에 위치하는 것이 바람직하며， 특히 챔버 (200)의 위치에 수직으로 대응되는 영역에 위치하는 것이 항체 (220)의 확산을 관측하는데 용이하다. 다음으로, 도 8 내지 10를 참조하여 본 발명의 챔버는 고정시킨 채 자기장 형성부를 회전시켜 항체의 확산속도를 높이는 방식의 자기 염색 장치에 대하여 살펴보겠다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기 염색 장치를 도시한 사시도이고, 도 9는 본 발명의 자기 염색 장치에 의해 생체 조직 내에 자기장이 형성되는 과정을 도시한 도면이며, 도 1Q (a)는 자기장 형성부의 형상에 관한 실시예를 도시한 도면이며， 도 10 (b)는 자기장 형성부의 개수에 따라 회전판 상에 배치되는 실시예를 도시한 도면이다.
본 발명은 또 다른 실시예로 케이스 ( 100)， 상기 케이스 상단에 위치한 고정부 ( 120)에 의해 고정되며， 자성 나노 물질 (Magnet i c Nano Part icle , 210)이 부착된 항체 (220)， 버퍼 용액 (230) 및 염색 (Label l ing/Staining) 대상이 되는 생체 조직 (240)이 보관되는 챔버 (200)， 상기 챔버 (200)와 일정거리 이격되어 배치되며， 상단면에 복수 개의 자기장 형성부 (400)가 탈부착 가능하도톡 결합된 회전판 (320)， 회전축 (310)이 상기 회전판 (320)과 결합되어， 상기 회전판 (320)을 회전시킬 수 있는 회전모터 (300) 및 상기 회전모터 (300)의 회전 각도를 조절할 수 있는 제어부 (500)를 포함하며, 상기 복수 개의 자기장 형성부 (400)는 상기 챔버 (200)를 중심으로 대칭적으로 배치되며， 상기 회전판 (320)의 회전에 종속적으로 회전하면서 상기 챔버 (200) 내부에 자기장을 형성함으로써， 상기 챔버 (200) 내부의 자성 나노 물질 (210)이 부착된 항체 (220)의 확산 속도를 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 자기 염색 장치 (10)를 제송한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기 염색 장치 (10)는 도 8과 같이 고정부 ( 120)를 통해 챔버 (200)를 고정한 채, 회전모터 (300)를 통해 자기장 형성부 (400)가 상단면에 결합된 회전판 (320)만을 회전시키는 것이 특징이다.
상기 실시예에 따른 자기 염색 장치 (10)는 종래의 전기영동 원리를 이용한 염색 기법과 달리 챔버 (200)가 고정된 상태로 유지할 수 있어 생체 조직 (240)이 회전하지 않게 되어， 회전에 의해 생체 조직 (240)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이 뿐만 아니라, 챔버 (200)의 위치가 변동 되지 않기 때문에, 항체 (220)의 확산 방향을 종래에 비하여 용이하게 제어할 수 있다는 특징이 있다. 상기 챔버 (200)는 케이스 ( 100) 상단에 형성된 고정부 (120)에 의해 고정되는데， 상기 고정부 ( 120)의 하단부에는 홈이 형성되어 상기 챔버 (200)와 상기 고정부 ( 120)의 홈에 억지 끼워맞춤 방식으로 결합될 수도 있다. 또한, 상기 고정부 (120)의 내부에는 중공이 형성되어, 중공 내부에 후술할 광원 (600)이 위치할 수도 있다.
또 다른 실시예로， 상기 고정부 (120) 하단부 및 상기 챔버 (200)의 상단부에 자석이 배치되어， 상기 고정부 (120)와 상기 챔버 (200)가 자력에 의해 결합될 수도 있다.
이 때， 회전판 (320)과 챔버 (200)가 접촉한 상태로 상기 회전판 (320)이 회전하면， 회전판 (320)의 회전 시 발생하는 마찰에 의해 챔버 (200)의 하단부가 손상되어 생체 조직 (240) , 항체 (220) 등이 챔버 (200) 외부로 빠져나을 수도 있으므로 회전판 (320)과 챔버 (200)는 일정거리 이격되어 있는 것이 바람직하다. 여기서 자기장 형성부 (400)가 챔버 (200)를 중심으로 대칭적으로 배치되었다는 의미는 도 9 (b)와 같이 자기장 형성부 (400)가 챔버 (200)를 중심으로 방사상으로 배치된 것을 의미하며， 각 자기장 형성부는 상기 챔버와 부착되지 않고 일정한 거리만큼 이격되어 배치된다. 다음으로 회전판 (320)에 의해 회전하는 자기장 형성부 (400)에 대하여 살펴보겠다. 상기 자기장 형성부 (400)는 도 9 (a)와 같이 모든 면이 평평한 육면체 형상일 수도 있으며 또는 상기 챔버의 외주면 형상에 대응되도록 굴곡진 곡면체 형상일 수도 있다.
아울러， 상기 자기장 형성부 (400)의 너비와 높이는 상기 챔버 (200)의 단면의 너비와 높이보다 커서， 상기 자기장 형성부 (400)에 의해 상기 챔버 (200) 내부 전 영역에 자기장이 형성될 수 있다.
본 발명의 자기장 형성부 (400)는 일 실시예로 일면 (400a)이 상기 챔버 (200) 방향을 향하도록 배치된 영구 자석일 수 있으며， 상기 챔버 (200)를 중심으로 서로 마주보도록 배치된 자기장 형성부 (400)끼리는 각기 다른 극을 갖도록 배치되어 상기 챔버 (200) 내부에 자기장이 형성되도록 할수 있다.
이 때， 생체 조직 (240)의 두께 및 크기에 따라 항체 (220)의 확산 속도를 높이기 위하여 더 강한 자기장이 필요한 경우에는 상기 자기장 형성부 (400)를 더 강한 영구 자석으로 교체하거나， 자기장 형성부의 개수를 추가함으로써, 염색 대상이 되는 생체 조직의 종류에 적합한자기장을 형성할 수 있다.
또한， 자기장 형성부 (400)가 영구 자석일 때, 상기 자기장 형성부가 홀수개 (2n+l , n은 자연수)만큼 배치되면 짝을 이루지 못하고 남는 자기장 형성부가 생겨， 상기 챔버 내부에 형성되는 자기장의 경로를 방해할 수도 있으므로， 상기 회전판에 짝수개 (2n, n은 자연수)의 자기장 형성부를 배치함으로써 마주보도록 배치된 자기장 형성부끼리 짝을 이뤄 자기장을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 자기장 형성부 (400)는 다른 실시예로 자기장의 세기를 가변할 수 있는 전자석일 수도 있다. 구체적으로, 상기 자기장 형성부 (400)의 일면 (400a)은 상기 챔버 (200) 방향을 향하도록 배치되며， 상기 자기장 형성부의 다른 일면에는 냉각부 (440)가 부착되어 상기 자기장 형성부 (400)에서 자기장을 생성하는 과정에서 발생하는 열을 넁각시킬 수 있다. 이 때, 상기 냉각부 (440)는 펠티에 소자인 것이 바람직하나， 이에 한정되는 것은 아니며 전자석에서 발생한 열을 넁각시킬 수만 있다면 무관하다.
상기 자기장 형성부 (400)가 전자석인 경우에는 상기 제어부 (500)에서 상기 자기장 형성부로 흐르는 전류의 세기를 제어하여 상기 자기장 형성부 (400)에 의해 형성되는 자기장의 세기를 조절할수도 있다. 또한， 본 발명은 자기 염색 장치는 앞서 언급한 바와 같이 상기 챔버 (200) 내부에 자성 나노 물질 (210)이 부착된 항체 (220)를 형광 발현시키는 광원 (600) 및 상기 광원 (600)에 의해 형광 발현된 항체 (220)를 관측할 수 있는 항체 관측 카메라 (610)가 더 포함될 수 있다. 광원 (600) 및 항체 관측 카메라 (610)에 대한 구체적인 설명은 앞서 하였으므로 생략하고， 광원 (600) 및 항체 관측 카메라 (610)의 위치는 도 8과 같이 케이스 ( 100) 상단에 한정되는 것은 아니며， 항체 (220)를 형광 발현시키고， 항체 (220)의 확산 방향을 관측할 수만 있다면 케이스 ( 100)의 측면부에 위치하더라도 무관하다.
정리하면， 본 발명은 상기와 같이 챔버를 회전시키거나， 또는 자기장 형성부를 회전시킬 수 있는 자기 염색 장치를 제공함으로써， 챔버 내부에 형성되는 자기장의 방향을 조절할 수 있고， 이를 활용하여 자성 나노 물질이 부착된 항체에 자기장을 걸어줌으로써 항체의 확산속도를 높일 수 있다.
또한， 본 발명의 자기 염색 장치는 염색 과정에서 전기장이 아닌 자기장을 사용함에 따라 생체 조직 내에 포함된 하전 (Charged) 분자에 의한 생체 조직의 손상을 방지할 수 있으며，
아울러， 염색 과정 간에 생체 조직 내부에서 열이 발생하지 않으므로 생체 조직을 넁각시킬 수 있는 별도의 구성 요소를 갖추지 않아도 되며, 생체 조직이 열에 의해 손상될 염려가 없으므로 자기장의 스케일 업 (Scale-up)이 가능해진다. 또한， 생체 조직이 손상되는 것을 고려하지 않고 자기장의 세기를 높일 수 있게 됨에 따라， 조직의 두께가 두꺼운 경우에도 항원 -항체 반응을 이용한 염색 기법을 활용할 수 있게 되어 보다 다양한 종류의 단백질 및 세포의 특성을 파악할 수 있다.
구체적으로， 종래에 전기영동 원리를 활용한 염색기법에 따를 경우 1mm 두께의 조직을 염색하는데 1~2주의 시간이 소요되었으나, 본 발명은 동일한 조건의 조직을 1~2일 내에 염색할 수 있다.
또한， 종래의 전기영동 원리에 의한 염색 기법은 생체 조직 내에도 하전 분자가 포함되어 있어, 전기장의 방향 변화에 따라 생체 조직도 함께 이동하게 되어 항체를 균일하게 확산시킬 수 없었다는 문제가 있었으나， 본 발명은 전기장이 아닌 자기장을 활용함에 따라 자기장에 의해 생체 조직이 함께 이동하는 것을 방지할 수 있어 항체의 확산을 제어하기가 매우 용이하다는 장점이 있다.
즉, 본 발명은 두꺼운 생체 조직 내에서도 항체를 빠르고 균일하게 확산시킬 수 있어 도 11과 같이 조직을 염색할 수 있으며， 이를 통해 분석하고자 하는 조직의 형상 및 특징을 명확하게 파악할 수 있다. 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만， 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며， 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고， 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
또한， 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며， 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 ¾리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

【청구의 범위】
【청구항 1】
케이스;
상기 케이스 내부에 위치하며， 자성 나노 물질 (Magnet ic Nano Part icle)이 부착된 항체, 버퍼 용액 및 염색 (Label l ing) 대상이 되는 생체 조직이 보관되는 챔버;
상기 챔버의 하단에 배치되어 상기 챔버를 회전시킬 수 있는 회전모터; 상기 챔버에 인접하게 위치하여， 상기 챔버 내부에 자기장을 생성할 수 있는 자기장 형성부; 및
상기 회전모터의 회전 각도와 상기 자기장 형성부의 자기장 세기를 조절할 수 있는 제어부를 포함하며，
상기 자기장 형성부에서 생성되는 자기장에 의해 상기 챔버 내부의 자성 나노 물질이 부착된 항체의 확산 속도를 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 자기 염색 장치 .
【청구항 2】
제 1항에 있어서，
상기 챔버는 상기 회전모터의 회전축과 결합된 회전판과 결합되어, 상기 회전모터의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전될 수 있는 것을 특징으로 하는 자기 염색 장치 .
【청구항 3]
제 2항에 있어서,
상기 챔버의 하단부에는 복수 개의 돌출부가 형성되고， 상기 회전판의 상단부에는 상기 돌출부의 형상에 대응되는 복수 개의 홈이 형성되어，
상기 돌출부가 상기 홈에 삽입됨으로써 상기 챔버와 상기 회전판이 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 자기 염색 장치.
【청구항 4】
제 2항에 있어서，
상기 챔버의 하단부 및 상기 회전판의 상단부에는 자석이 구비되어， 상기 챔버와 상기 회전판은 자력에 의해 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 자기 염색 장치 .
【청구항 5】
제 2항에 있어서，
상기 챔버는 상기 회전판과 탈부착 가능하게 결합되어,
염색 대상이 되는 생체 조직의 크기에 따라 상기 회전판에 다른 종류의 챔버를 결합할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기 염색 장치.
【청구항 6】
제 1항에 있어서，
상기 자기장 형성부는 상기 챔버에 자기장을 형성하는 자석봉;
상기 자석봉을 감싸는 코일 ; 및
상기 자석봉과 상기 코일을 냉각할 수 있는 펠티에 소자로 구성되며， 상기 제어부는 상기 코일에 흐르는 전류를 조절하여 상기 자석봉으로부터 형성되는 자기장의 세기를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기 염색 장치.
【청구항 7]
제 1항에 있어서，
상기 케이스의 일 측면에는 상기 자기장 형성부에서 발생하는 열을 넁각시킬 수 있는 적어도 하나 이상의 냉각팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 염색 장치.
【청구항 8】
제 1항에 있어서，
상기 챔버 내부에 자성 나노 물질이 부착된 항체를 형광 발현시키는 광원; 및 상기 광원에 의해 형광 발현된 항체를 관측할 수 있는 항체 관측 카메라를 더 포함하고，
상기 제어부는 상기 항체 관측 카메라를 통해 관측된 항체의 움직임을 토대로 상기 회전모터의 회전각도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기 염색 장치.
【청구항 9]
케이스;
상기 케이스 상단의 고정부에 의해 고정되며， 자성 나노 물질 (Magnet ic Nano Part icle)이 부착된 항체， 버퍼 용액 및 염색 (Label l ing) 대상이 되는 생체 조직이 보관되는 챔버;
상기 챔버와 일정거리 이격되어 배치되며， 상단면에 복수 개의 자기장 형성부가 탈부착 가능하도록 결합된 회전판;
회전축이 상기 회전판과 결합되어， 상기 회전판을 회전시킬 수 있는 회전모터 ; 및
상기 회전모터의 회전 각도를 조절할수 있는 제어부를 포함하며,
상기 복수 개의 자기장 형성부는 상기 희전판 상에 상기 챔버를 중심으로 대칭적으로 배치되며 상기 회전판의 회전에 종속적으로 회전하면서 상기 챔버 내부에 자기장을 형성함으로써, 상기 챔버 내부의 자성 나노 물질이 부착된 항체의 확산속도를 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 자기 염색 장치 .
【청구항 10】
제 9항에 있어서 상기 자기장 형성부는 상기 챔버의 외주면 형상에 대응되도록 굴곡진 곡면체인 것을 특징으로 하는 자기 염색 장치 .
【청구항 111
제 9항에 있어서，
상기 자기장 형성부는 일면이 상기 챔버 방향을 향하도록 배치된 영구 자석이고， 상기 챔버를 중심으로 서로 마주보도록 배치된 자기장 형성부끼리는 각기 다른 극을 갖는 것을 특징으로 하는 자기 염색 장치 .
【청구항 12】
제 9항에 있어서,
상기 자기장 형성부는 전자석으로 상기 자기장 형성부의 일면은 상기 챔버 방향을 향하도록 배치되며，
상기 자기장 형성부의 다른 일면에는 냉각부가 부착되어 상기 자기장 형성부에서 발생하는 열을 냉각시킬 수 있으며,
상기 제어부는 상기 자기장 형성부로 흐르는 전류의 세기를 제어하여 상기 자기장 형성부에 의해 형성되는 자기장의 세기를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 자기 염색 장치 .
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