WO2024043395A1 - 세포 분석을 위한 바이오 칩 및 이를 이용한 세포 분석 장치 - Google Patents

세포 분석을 위한 바이오 칩 및 이를 이용한 세포 분석 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2024043395A1
WO2024043395A1 PCT/KR2022/016720 KR2022016720W WO2024043395A1 WO 2024043395 A1 WO2024043395 A1 WO 2024043395A1 KR 2022016720 W KR2022016720 W KR 2022016720W WO 2024043395 A1 WO2024043395 A1 WO 2024043395A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
biochip
sample
sheath fluid
laser light
sample chamber
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/016720
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이대희
Original Assignee
주식회사 팍스웰
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
Priority claimed from KR1020220105960A external-priority patent/KR102553905B1/ko
Priority claimed from KR1020220105961A external-priority patent/KR102515270B1/ko
Application filed by 주식회사 팍스웰 filed Critical 주식회사 팍스웰
Publication of WO2024043395A1 publication Critical patent/WO2024043395A1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/53—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • 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

Definitions

  • the present disclosure relates to a biochip for cell analysis and a cell analysis device using the biochip. Specifically, it relates to a biochip configured to efficiently perform cell counting, cell characterization, etc., and a cell analysis device using the same.
  • bio-chips arrange biological materials such as DNA, proteins, and cells in an array on a substrate made of materials such as plastic, crystal, or glass, and contain substances that bind or react with them.
  • a substrate made of materials such as plastic, crystal, or glass
  • biochips have met this need. (bio-chip) related technology is developing rapidly.
  • a biochip may be implemented as, for example, a DNA chip, a protein chip, or a cell chip that includes only a chip containing an array of biological materials.
  • a biochip may be implemented as a lab-on-a-chip (LOC) configured to execute automatic analysis through microfluidics within the chip after injecting a sample (or samples). It may be possible.
  • LOC lab-on-a-chip
  • Lab-on-a-Chip can be implemented with BioMEMS technology, which enables the production of structures of several micrometers based on semiconductor manufacturing technology.
  • lab-on-a-chip reduces the amount of sample required for analysis due to miniaturization of the chip size, thereby reducing experiment costs.
  • biochip-based equipment has problems in that it does not provide an efficient method for maintaining fluid flow by microfluidic control or requires a lot of additional equipment for continuous liquid supply. Additionally, manufacturing equipment using complex processes is required to manufacture biochips, which may increase manufacturing costs.
  • a flow cytometer quickly measures each particle or cell in the fluid state when it passes a certain sensing point, such as cell size, cell internal composition, and cell function recognition. It is an equipment that measures various characteristics of cells simultaneously and, in some cases, selects and sorts specific cells.
  • flow cytometry has the characteristic of measuring and analyzing each cell of the cell population to be measured one by one.
  • a fluorescent dye such as a fluorescently labeled antibody with a certain wavelength is required.
  • an LED or laser light source is used as a method to detect fluorescence.
  • a light source of a specific wavelength when irradiated to a fluorescently displayed cell, light with a lower energy level than that of the light source may be generated from the cell. For example, when 488 nm blue light is irradiated, 520 nm green light is generated from FITC-labeled cells.
  • Embodiments disclosed herein provide a biochip configured to efficiently perform cell counting, cell characterization, etc., and a cell analysis device using the same.
  • some of the embodiments of the present disclosure provide a biochip capable of precise cell analysis using side scattering and forward scattering generated by light irradiated to a cell sample that is a measurement object, and a cell analysis device using the same.
  • the present disclosure can be implemented in a variety of ways, including devices and methods.
  • a biochip for cell analysis comprising a sample chamber configured to accommodate a sample, a first pump connected to one side of the sample chamber and generating air pressure to discharge the sample in the sample chamber, and a sample.
  • a hydrodynamic coupling region connected to the chamber and a sheath fluid supply channel through which the sheath fluid is supplied, and configured to mix the sample discharged from the sample chamber and the sheath fluid supplied through the sheath fluid supply channel, and a sample mixed from the hydrodynamic coupling region, and It includes a biochip discharge channel configured to discharge sheath fluid.
  • a sheath fluid supply channel is connected to a sheath fluid chamber, is connected to a sheath fluid chamber configured to receive the sheath fluid, and one side of the sheath fluid chamber, and hydrodynamically couples the sheath fluid in the sheath fluid chamber through the sheath fluid supply channel. It further includes a second pump that generates air pressure for discharging towards the area.
  • it further includes an acoustic vibration element that generates acoustic vibration toward the hydrodynamic coupling region.
  • the device further includes a laser light source that irradiates laser light toward at least one of the sample chamber, the hydrodynamic coupling region, and the sample discharge channel.
  • the laser light source includes a first laser light source for irradiating cross-sectional light toward the side of the sample chamber, a second laser light source for irradiating laser light toward the side of the hydrodynamic coupling region, and the side of the sample discharge channel. It includes a third laser light source for irradiating laser light toward.
  • the first laser light source includes a laser diode that generates laser light, an aspherical lens that refracts the laser light, and a cylinder lens that converges the laser light and irradiates cross-sectional light toward the sample chamber.
  • the biochip discharge channel is configured to narrow the width of at least a portion of the biochip discharge channel in the direction in which the sample is discharged.
  • the device further includes a photo sensor that photographs scattered light generated from at least one of the sample chamber, the hydrodynamic coupling region, and the biochip discharge channel.
  • the photo sensor is a first photo sensor for detecting forward scattering generated by cross-sectional light irradiated toward the sample in the sample chamber, detecting the bonding state of the sheath fluid and the sample in the hydrodynamic bonding area, or using a laser It includes a second photo sensor for detecting forward scattering generated by light and a third photo sensor for detecting a sample discharged through a biochip discharge channel or detecting forward scattering generated by laser light.
  • a cell analysis method using a biochip comprising the steps of supplying a sample to a sample chamber, supplying a sheath fluid to the sheath fluid chamber, and hydrodynamically transporting the sample in the sample chamber by a first pump. Discharging to the binding area, discharging the sheath liquid in the sheath fluid chamber to the hydrodynamic binding area by a second pump, discharging the mixed sample and sheath liquid from the hydrodynamic binding area by a biochip discharge channel. and detecting the number of cells or the state of the cells in at least one of the sample chamber, the hydrodynamic coupling region, and the biochip discharge channel by a laser light source and a photo sensor.
  • a cell analysis device using a biochip which is connected to a sample chamber configured to accommodate a sample, the sample chamber, and a sheath fluid supply channel, and cells and sheath fluid coming out of a channel (passage) connected to the sample chamber.
  • a biochip comprising a hydrodynamic coupling region configured to mix the sheath fluid supplied through a supply channel (flow path), and a biochip outlet configured to discharge the mixed sample and sheath fluid from the coupling region, a sample chamber from a side of the biochip.
  • one or more laser light sources that irradiate laser light toward at least one of the hydrodynamic coupling region, and the biochip outlet channel, and generated from at least one of the sample chamber, the hydrodynamic coupling region, and the biochip outlet channel by irradiation of the laser light. It includes one or more photo sensors that capture scattered light.
  • the biochip is connected to the sheath fluid supply channel and further includes a sheath fluid chamber configured to receive the sheath fluid.
  • the device further includes an LED light source that irradiates light toward the upper surface of the bio chip and an image sensor located on the lower surface of the bio chip.
  • it is located between the bio chip and the LED light source and further includes a pin hole configured to limit the irradiation range of light.
  • the device further includes one or more light-receiving elements that detect laterally scattered light generated on the upper surface of the biochip by one or more laser light sources.
  • the image sensor detects side scattered light or fluorescence generated on the bottom surface of the biochip by one or more laser light sources, or a dark field image generated on the bottom surface of the biochip by light irradiated from an LED light source, or It is configured to detect bright field or absorption images.
  • a cell analysis method using a biochip comprising a sample chamber configured to receive a sample, a sheath fluid chamber configured to accommodate a sheath fluid, connected to the sample chamber and the sheath fluid chamber, and the sample chamber and the sheath fluid.
  • a biochip for cell analysis includes a pump or vibration element for inducing mixing of a cell sample and a sheath fluid, so that microfluidic control can be efficiently implemented.
  • it has an optimized structure to enable cell analysis using a cell analysis device with a relatively simple structure and function.
  • a biochip for cell analysis has an optimized structure to enable more precise cell analysis using forward scattering and side scattering generated by light irradiation on the cell sample being analyzed.
  • a cell analysis device has an optimized structure to enable cell analysis using a biochip and cell detection sensor with relatively simple structure and function.
  • a cell analysis device using a biochip selectively or comprehensively analyzes various characteristics of a cell sample using forward scattering and side scattering generated by light irradiation to the cell sample being analyzed. can do.
  • fluorescence emission through a laser light source can be efficiently detected using an image sensor and an optical sensor closely placed on a biochip, without installing a complex optical system in a cell analysis device.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a biochip for cell analysis according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 2 is a diagram showing an example of a biochip for cell analysis according to another embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a cell analysis device using a biochip for cell analysis according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram showing the detailed configuration of an optical system for generating cross-sectional light of a first laser light source according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a diagram showing the detailed structure of a sample discharge channel of a biochip according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 6 is a flowchart showing a cell analysis method using a biochip according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 7 is a diagram showing a cell analysis device for capturing and analyzing images of cells using an LED light source according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 8 is a diagram showing a cell analysis device that detects lateral scattering generated from cells by laser light according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 9 shows the spectrum of fluorescence excited or scattered from cells stained with various fluorescent dyes or fluorescent substances within the biochip when laser light is irradiated toward the biochip installed in the cell analysis device according to an embodiment of the present disclosure. It is a drawing.
  • Figure 10 is a diagram showing a cell analysis method using a biochip according to an embodiment of the present disclosure.
  • the upper part of the drawing may be referred to as the “top” or “upper side” of the configuration shown in the drawing, and the lower part may be referred to as the “lower” or “lower side”. Additionally, in the drawings, the remaining portion between the upper and lower parts of the structure shown or excluding the upper and lower parts may be referred to as a “side” or “side.” Relative terms such as “top”, “upper side”, etc. may be used to describe relationships between components shown in the drawings, and the present disclosure is not limited by such terms.
  • a and/or B herein means A, or B, or A and B.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a biochip 100 for cell analysis according to an embodiment of the present disclosure.
  • the biochip 100 may be a biochip included in a cell analysis device for counting cells and analyzing cell characteristics.
  • the biochip 100 is a microchip or a biochip implemented using MEMS or BioMEMS technology that connects a sample chamber, a sheath fluid chamber, etc. to one or more microchannels to perform microfluidic control for cell analysis. It may be a chip, but is not limited to this.
  • the biochip 100 includes a sample chamber 110 that accommodates a sample to be analyzed (e.g., a biological material such as a cell, protein, etc.), and is connected to the sample chamber 110 to inject the sample. It is configured and may include a sample inlet 120 including a first pump (not shown) for inducing fluid movement of the sample.
  • the biochip 100 is connected to each of the sheath fluid injection port 130, the sample chamber 110, and the sheath fluid injection port 130 through a micro channel, and is configured to mix the sample and the sheath fluid. It may include a configured hydrodynamic coupling region 140.
  • the biochip 100 includes an acoustic vibration element 180 for inducing the bonding of the sample and the sheath fluid in the hydrodynamic coupling region 140, and the mixed sample and sheath fluid from the hydrodynamic coupling region 140. It may include a biochip outlet channel 150 configured to be discharged. Meanwhile, a sheath fluid chamber 160 configured to accommodate the sheath fluid and supply the sheath fluid through the sheath fluid inlet 130 may be connected to the sheath fluid inlet 130. In addition, a second pump 170 is connected to the cis fluid chamber 160 to induce fluid movement of the cis fluid (e.g., discharge of the cis fluid from the cis fluid chamber 160 to the cis fluid inlet 130). You can.
  • the sample chamber 110 is configured to accommodate a sample and may have an overall rectangular shape with a thickness smaller than that of the biochip 100, but is not limited thereto.
  • the sample chamber 110 may be implemented in a shape other than a rectangle, such as a polygon, circle, or oval.
  • one side of the sample chamber 110 may be connected to the sample injection port 120 through which a sample is supplied through a micro channel.
  • a sample may be injected through the sample injection port 120 using a separate sample supply device such as a pipette.
  • a first pump (not shown) may be connected to or mounted on the sample injection port 120.
  • the first pump may generate air pressure and supply it to the sample inlet 120, thereby causing the sample in the sample chamber 110 to be discharged or moved to the outside.
  • the sample supplied to the sample chamber 110 through the sample injection port 120 can be effectively discharged from the sample chamber 110 toward the hydrodynamic coupling area 140 by the first pump.
  • the first pump may be a micro-pump or a piezoelectric pump implemented using MEMS technology.
  • the sheath fluid injection port 130 may include an opening for injecting the sheath fluid.
  • the sheath fluid When sheath fluid is injected through the sheath fluid injection port 130, the sheath fluid may be discharged into the hydrodynamic coupling area 140 through a micro channel (i.e., sheath fluid supply channel).
  • a micro channel i.e., sheath fluid supply channel.
  • the sheath fluid discharged into the hydrodynamic coupling region 140 may be mixed with the sample discharged from the sample chamber 110 in the hydrodynamic coupling region 140.
  • the sample and sheath fluid mixed in the hydrodynamic coupling region 140 may be discharged to the outside of the biochip 100 through the biochip outlet 190.
  • a cis fluid chamber 160 and a second pump 170 may be installed outside the biochip 100.
  • the sheath fluid chamber 160 may be manufactured or provided separately from the biochip 100 and connected to the sheath fluid inlet 130 from the outside of the biochip 100 through a channel or passage for supplying the sheath fluid.
  • the second pump 170 may be connected to one side of the sheath fluid chamber 160.
  • the second pump 170 may generate air pressure to supply the sheath fluid from the sheath fluid chamber 160 to the sheath fluid inlet 130.
  • the second pump 170 may be a micro pump or a piezoelectric pump implemented using MEMS technology.
  • the shape of the sheath fluid chamber 160 in FIG. 1 is shown to be approximately square, the shape is not limited thereto.
  • the shape of the sheath fluid chamber 160 may be a polygon other than a square, or a shape other than a circle or oval.
  • the acoustic vibration element 180 may generate vibration or sound waves to induce bonding between the sample and the sheath fluid.
  • the acoustic vibration element 180 may be arranged to generate acoustic vibration toward the hydrodynamic coupling region 140.
  • the sample and sheath fluid supplied to the hydrodynamic coupling region 140 from each of the sample chamber 110 and the sheath fluid chamber 160 effectively collide with each other and repeat arrangement by acoustic vibration, thereby leading to the biochip outlet 190. They can be discharged while arranged in a row.
  • the acoustic vibration element 180 may include a piezoelectric vibration element or an acoustic speaker implemented using MEMS technology.
  • the sample and the sheath fluid supplied to the hydrodynamic coupling region 140 are mixed by colliding with each other by the acoustic vibration generated by the acoustic vibration element 180, and the samples are aligned in a row within the sheath fluid. It can be aligned and discharged through the biochip outlet channel 150.
  • Figure 1 shows a plan view of the bio chip 100 as seen from the top, but the side of the bio chip 100 may be processed into a flat surface to prevent optical distortion. That is, in order to prevent optical distortion due to irradiation of laser light or forward scattering by laser light, which will be described with reference to FIG. 3 below, a flat finishing or surface treatment process may be applied to the side of the bio chip 100.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a biochip 200 for cell analysis according to another embodiment of the present disclosure.
  • the biochip 200 may be a biochip included in a cell analysis device for counting cells and analyzing cell characteristics.
  • the biochip 200 is a microchip or a biochip implemented using MEMS or BioMEMS technology that connects a sample chamber, a sheath fluid chamber, etc. to one or more microchannels to perform microfluidic control for cell analysis. It may be a chip, but is not limited to this.
  • the biochip 200 may include a sheath fluid chamber 260 inside the biochip 200.
  • the sample chamber 210 of the biochip 200 may be configured to accommodate a sample.
  • the biochip 200 is configured to be connected to the sample chamber 210 and the sample chamber 210 to accommodate the sample to be analyzed (e.g., biological material such as cells, proteins, etc.) to inject the sample, and the fluid of the sample is connected to the sample chamber 210.
  • It may include a sample inlet 220 including a first pump (not shown) for inducing movement.
  • the first pump generates air pressure and supplies it toward the sample chamber 210, thereby causing the sample in the sample chamber 210 to move toward the hydrodynamic coupling area 280 by the air pressure. Additionally, when the first pump operates, air pressure may be transmitted through the biochip outlet channel 230 continuously connected to the sample chamber 210 and the hydrodynamic coupling region 280, and thus the hydrodynamic coupling region 280 ) of the sample may be discharged through the biochip outlet channel 230.
  • the cis fluid chamber 260 may be configured inside the biochip 200.
  • the sheath fluid chamber 260 is configured to accommodate a predetermined volume of sheath fluid, and may have an overall approximately rectangular or polygonal shape with a thickness smaller than that of the biochip 200, but is not limited thereto. no.
  • a sheath fluid injection port 270 may be formed on one side of the sheath fluid chamber 260. Sheath fluid may be injected through the sheath fluid injection port 270 using a separate liquid supply device such as a pipette. Additionally, a second pump (not shown) may be connected to or mounted on the sheath fluid inlet 270.
  • the second pump may generate air pressure to discharge the sheath fluid in the sheath fluid chamber 260 into the hydrodynamic coupling area 280. While the sheath fluid is discharged into the hydrodynamic coupling region 280, the sample in the sample chamber 210 may be discharged into the hydrodynamic coupling region 280 according to air pressure by the first pump. The sample and the sheath fluid discharged to the hydrodynamic coupling area 280 collide and mix with each other due to acoustic vibration caused by an acoustic vibration element (not shown), and the samples in the sheath fluid are aligned in a line to form the biochip outlet channel 230. It can be discharged to the outside through .
  • FIG. 2 shows a planar configuration viewed from the top of the biochip 200, but the side of the biochip 200 may be processed into a flat surface to prevent optical distortion. That is, in order to prevent optical distortion due to irradiation of laser light or forward scattering by laser light, which will be described with reference to FIG. 3 below, a flat finishing or surface treatment process may be applied to the side of the bio chip 200.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a cell analysis device 300 using a biochip 310 for cell analysis according to an embodiment of the present disclosure.
  • the cell analysis device 300 captures the laser light sources 331, 332, and 333 that irradiate laser light toward the biochip 310 and the scattered light generated by irradiation of the laser light from the biochip 310. It may include photo sensors 341, 342, and 343.
  • the biochip 310 includes a sample chamber 321 for receiving a sample, a hydrodynamic coupling region 322 connected to the sample chamber 321 and where a sample mixed with the sheath fluid exists, and a hydrodynamic coupling region ( It may include a biochip outlet channel 323 through which samples and sheath fluid are discharged from 322).
  • the laser light sources 331, 332, and 333 are the first laser light source 331 for irradiating cross-sectional light toward the side of the sample chamber 321, and the first laser light source 331 for irradiating laser light toward the side of the hydrodynamic coupling region 322. It may include a second laser light source 332 for irradiating laser light toward the side of the biochip outlet channel 323, and a third laser light source 333 for irradiating laser light toward the side of the biochip outlet channel 323.
  • the laser light sources 331, 332, and 333 are shown as including three light sources, but are not limited thereto.
  • the laser light sources 331, 332, and 333 may include one or two light sources, depending on the design requirements of the cell analysis device 300.
  • the first laser light source 331 may radiate laser cross-sectional light having a predetermined cross-sectional shape (for example, an elongated rectangle) toward the side of the sample chamber 321.
  • a predetermined cross-sectional shape for example, an elongated rectangle
  • forward scattering may occur.
  • the sample may be a sample previously stained with a fluorescent substance.
  • the first laser light source 331 may generate single-sided light with a wavelength of 488 nm. Additionally, the internal structure of the first laser light source 331 will be described later with reference to FIG. 4.
  • the second laser light source 332 may irradiate laser light toward the side of the hydrodynamic coupling area 322.
  • the second laser light source 332 may irradiate laser light to the sample and sheath liquid present in the hydrodynamic coupling region 322 to generate forward scattered light and side scattered light from at least one of the sample and sheath liquid.
  • the second laser light source 332 may be a point-shaped laser light with a wavelength of 488 nm.
  • the third laser light source 333 may irradiate laser light toward the side of the biochip outlet channel 323.
  • the third laser light source 333 may irradiate laser light toward samples and sheath fluid moving in a line through the biochip outlet channel 323 to generate forward scattered light and side scattered light.
  • the third laser light source 333 may use a different wavelength from the second laser light source 332 in order to detect fluorescent substances that are not detected by laser light irradiation from the second laser light source 332.
  • the third laser light source 333 may be a point-shaped laser light having a wavelength of 355 nm, 488 nm, or 638 nm.
  • the photo sensors 341, 342, and 343 may be configured to detect scattering of light generated by the laser light sources 331, 332, and 333.
  • Photo sensors can be implemented as image sensors, CMOS sensors, etc.
  • the photo sensors 341 , 342 , and 343 may include a first photo sensor 341 for detecting forward scattered light generated by cross-sectional light irradiated to the sample chamber 321 .
  • the photo sensors 341, 342, and 343 are used to detect the bonding state of the sample and sheath liquid in the hydrodynamic binding region 322 or to detect forward scattering caused by laser light irradiated to the sample and sheath liquid.
  • 2 May include a photo sensor 342.
  • the photo sensors 341, 342, and 343 are arranged in a row through the biochip outlet channel 323 and detect the mixed sample and sheath fluid discharged or forward scattering generated by the laser light irradiated to the sample and sheath fluid. It may include a third photo sensor 343 for sensing.
  • FIG. 3 shows a plan view of the biochip 310 inserted into the cell analysis device 300 as seen from the top.
  • the side of the biochip 310 may be processed into a flat surface to prevent optical distortion. That is, in order to prevent optical distortion upon irradiation of laser light from the laser light sources 331, 332, and 333 or detection of forward scattering generated by the laser light by the photo sensors 341, 342, and 343, a biochip ( The side of 310) may be subjected to a flat finishing treatment or a surface treatment process (aka chamfering process).
  • FIG. 4 is a diagram showing the detailed configuration of an optical system for generating cross-sectional light of a first laser light source according to an embodiment of the present disclosure.
  • the first configuration 401 represents a top view (i.e., X-Z top view) of the optical system for generating cross-sectional light of the first laser light source.
  • the second configuration 402 represents a side view (i.e., Y-Z plan view) of the optical system for generating cross-sectional light of the first laser light source.
  • the optical system may include a laser diode 410, an aspherical lens 420, and a cylinder lens 430.
  • the laser diode 410 may be a light source configured to generate dispersed laser light.
  • the light source of the optical system is shown as a laser diode 410, but the light source may be any other type of suitable light source, such as a high-brightness LED capable of producing laser light.
  • Light emitted from the laser diode 410 has two different divergence angles (eg, a divergence angle along the fast axis and a divergence angle along the slow axis).
  • the laser diode 410 is positioned so that the output divergence angle on the X-Z plane is relatively large as a result of the faster divergence axis being arranged on the X-Z plane.
  • the laser diode 410 is positioned so that the output divergence angle on the Y-Z plane is relatively smaller, resulting in a slower output divergence angle on the Y-Z plane. Comparing the light emitted from the laser diode 410 to the aspherical lens 420 in the first configuration 401 and the second configuration 402, the light in the first configuration 401 is higher than in the second configuration 402. It can be seen that it diverges faster and has a larger divergence angle output in the X-Z plane than in the Y-Z plane.
  • the alignment of the divergence angle of the laser light may be related to the alignment of the cylinder lens 430.
  • the laser light generated by the laser diode 410 may be irradiated toward the aspherical lens 420.
  • the aspherical lens 420 can refract the dispersed laser light and converge it to a certain range. Typically, spherical lenses do not converge to exactly one point, creating spherical aberration.
  • An aspherical lens 420 is used to reduce spherical aberration.
  • the cylinder lens 430 can focus the refracted laser light into a single line or straight line and convert it into long rectangular or straight cross-sectional light.
  • the third-order aberration effect is dominant in the first configuration 401 compared to the second configuration 402 because the divergence angle of the laser diode 410 is larger.
  • peripheral rays and paraxial rays do not focus at the same point, causing intensity redistribution.
  • the laser light in the second configuration 402 generates much less aberration due to the orientation of the divergence angle of the laser diode 410, creating a well-focused point of the cylinder lens 430.
  • the sectioned light portion can be compressed in the direction of the sheet thickness. Due to the combination of the uniform focus of the laser light of the first configuration 401 and the second configuration 402, it can be irradiated toward the side of the bio chip 440.
  • FIG. 5 is a diagram showing the detailed structure of the biochip outlet channel 520 of the biochip 510 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the biochip outlet channel 520 of the biochip 510 may be configured to become narrower toward the bottom of the biochip 510 in the longitudinal direction.
  • the mixed sample and sheath fluid may flow through the biochip outlet channel 520.
  • the mixed sample and sheath fluid are discharged through the biochip outlet channel 520, the samples surrounded by the sheath fluid are aligned in a line and move drop by drop, and are detected with higher precision or accuracy by the cell analysis device. It can be.
  • the biochip outlet channel 520 has a wide upper part connected to the hydrodynamic coupling region, and may include a tapered portion configured to gradually narrow the width of a certain portion toward the lower portion. there is. Additionally, the biochip outlet channel 520 may be configured to have a constant width after the tapered portion. In this way, the width of at least part of the biochip outlet channel 520 is configured to gradually narrow, so that the samples mixed with the sheath fluid in the hydrodynamic coupling area are gradually aligned in the tapered portion of the biochip outlet channel 520. After being arranged, the state can be maintained constant after the tapered portion.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a cell analysis method using a biochip according to an embodiment of the present disclosure.
  • the method 600 for analyzing cells using a biochip may begin with supplying a sample to a sample chamber (S610).
  • a sample chamber For example, an experimenter or biochip user can inject a sample into the cell injection port of the biochip using a pipette.
  • the sample injected into the biochip may be discharged into the sample chamber by the air pressure of the first pump connected to the cell injection port.
  • the biochip can be inserted into the cell analysis device (S620).
  • cell counting and cell characteristic analysis on the biochip can be performed using a photo sensor in close contact with the sample chamber (S630).
  • the photo sensor may include an image sensor, a camera, etc.
  • a photo sensor can capture images of samples on a biochip. The captured sample image can be used to count cells (stationary cells) and analyze cell characteristics by hemo-cytometry.
  • the sheath fluid can be supplied to the sheath fluid inlet of the biochip by the second pump (S640).
  • the sheath fluid moves to the hydrodynamic coupling area through the sheath fluid supply channel and can be discharged to the biochip outlet channel (S650).
  • the sheath fluid is discharged through the sheath fluid supply channel, hydrodynamic coupling region, and biochip outlet channel of the biochip, the remaining areas and channels of the biochip except for the sample chamber can be cleaned cleanly.
  • a channel cleaning process using a sheath solution is performed, and cell analysis can begin.
  • the sample is moved from the sample chamber to the connected channel (flow path), and the sample can be combined or mixed with the sheath fluid in the hydrodynamic binding region (S660). That is, the sample in the sample chamber can be moved to the hydrodynamic coupling area by the first pump. Additionally, the sheath fluid in the sheath fluid chamber can be discharged to the hydrodynamic coupling region by the second pump. In the hydrodynamic bonding region, the sample and sheath fluid can be effectively bonded by an acoustic vibration element.
  • the combined sample and sheath liquid can be moved (S670).
  • the combined sample and sheath fluid can be discharged out through the biochip outlet channel by the acoustic vibration element.
  • the acoustic vibration element generates acoustic vibration and causes the sample and sheath fluid to collide with each other, thereby causing the samples to be aligned in a line within the sheath fluid.
  • the acoustic vibration element may be composed of a piezoelectric element or a speaker. Additionally, the sample and sheath fluid mixed in the hydrodynamic coupling area can be discharged out through the biochip outlet channel.
  • Forward scattering and side scattering occurring from the microfluidic flow of samples are detected by a photo sensor by one or more laser light sources or LED light sources arranged according to the microfluidic flow of samples formed within the biochip having the configuration described above. (S680).
  • flow counting and cell characteristics are determined by flow-cytometry, which detects forward scattering or side scattering by a laser light or LED light source for the microfluidic flow of samples formed within a biochip. analysis can be performed.
  • the number of cells or the state of cells can be detected in at least one of the sample chamber, hydrodynamic coupling area, and biochip outlet channel of the biochip using a laser light source and a photosensor (S690).
  • the first laser light source may radiate cross-sectional light to the sample chamber.
  • the first photo sensor can detect forward scattering generated from the sample in the sample chamber by irradiation of the cross-sectional light.
  • the second laser light source may radiate laser light to the hydrodynamic bonding area where the sample and sheath fluid are mixed. Forward scattering and side scattering may occur in the hydrodynamic coupling region by irradiation of laser light, and the forward scattering may be detected by the second photo sensor.
  • the second photo sensor can detect the mixing state of the sample and sheath fluid in the hydrodynamic bonding area.
  • the third laser light source may irradiate laser light to the biochip outlet channel.
  • the third photo sensor detects forward scattering and side scattering generated at the biochip outlet or biochip outlet channel by irradiation of laser light, and can detect sample characteristics such as the arrangement state or flow of the sample within the biochip outlet channel.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a cell analysis device 700 that captures and analyzes images of cells using an LED light source according to an embodiment of the present disclosure.
  • the cell analysis device 700 includes an LED light source 720 for irradiating light toward the upper surface of the biochip 710, and adjusts the coherence and illuminance of the light emitted from the LED light source 720.
  • An image sensor 740 disposed on the bottom of the bio chip 710 is used to detect the image of a cell generated by light irradiated toward the bio chip 710 from the pin hole 730 and the LED light source 720. ) may include.
  • the biochip 710 may include the same configuration as the biochip 110 shown in FIG. 1 .
  • the LED light source 720 is located on the upper surface of the bio chip 710 and can irradiate LED light toward the bio chip 710.
  • the LED light source may be a UV (ultraviolet) light source, a light source that generates visible light, or a light source that generates infrared light.
  • the light irradiated from the LED light source 720 toward the biochip 710 generates a darkfield or brightfield image, a shadow image, or an absorption image of the cells included in the biochip 710 or cells in an emulsion state, or a fluorescence image. , may generate forward scattered light and/or side scattered light.
  • a shadow image or forward scattered light may be detected by the image sensor 740 configured on the bottom of the bio chip 710. Meanwhile, laterally scattered light can be detected by one or more photo sensors as shown in FIG. 1.
  • the pin hole 730 is located between the bio chip 710 and the LED light source 720, and may be configured to adjust the coherence, illuminance, range, etc. of the light emitted from the LED light source 720.
  • the pin hole 730 may be a micro hole with a size ranging from nm to ⁇ m.
  • the pinhole 730 is used when taking dark-field images, and when taking bright-field images, it can be separated from the LED light source 720 or moved to the side of the LED light source 720.
  • the image sensor 740 may be placed close to the bottom of the biochip 710.
  • the image sensor 740 may be implemented as a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) image sensor or a charge coupled device (CCD) sensor.
  • CMOS complementary metal-oxide semiconductor
  • CCD charge coupled device
  • the image sensor 740 may detect a shadow image of a cell or scattered light generated by the LED light source 720, or detect side scattered light generated by the laser light source shown in FIG. 1.
  • FIG. 7 illustrates that an LED light source 720 and an image sensor 740 are disposed on the upper and lower sides of the biochip 710, respectively, inside the cell analysis device 700, but the present invention is not limited thereto.
  • One or more laser light sources as shown in FIG. 1 may be installed on one side of the biochip 710, and one or more photosensors may be installed on the other side of the biochip 710 opposite to this.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a cell analysis device 800 that detects laterally scattered light generated from cells by laser light according to an embodiment of the present disclosure.
  • the cell analysis device 800 is disposed on the upper side of the biochip 710 and includes one or more light-receiving elements ( 810, 820, 830).
  • the laser light source may be disposed on the side of the bio chip 710 and irradiate cross-sectional light or point-shaped laser light toward the side of the bio chip 710.
  • One or more light receiving elements 810, 820, and 830 are configured to detect side scattered light generated from the upper surface of the biochip 710 when the laser light source irradiates laser light toward the side of the biochip 710. It may be placed on the upper side of 710.
  • the biochip 710 may include the same configuration as the biochip 110 shown in FIG. 1 .
  • the image sensor 740 may be placed close to the bottom of the biochip 710.
  • the image sensor 740 may be implemented as a CMOS image sensor.
  • the image sensor 740 may detect a shadow image of a cell generated by an LED light source or a laterally scattered light of a cell generated by a laser light source.
  • the present invention is not limited thereto and may be configured to include any number of light receiving elements.
  • the light receiving elements 810, 820, and 830 are image sensors using optical sensors such as PMT (photomultiplier), MPPC (multi-pixel photon counter), SiPM (silicon photo multiplier), etc., which have high detection performance. Samples can be observed more precisely.
  • FIG. 3 shows light-receiving elements 810, 820, 830 and an image sensor 740 being disposed on the upper and lower sides of the biochip 710, respectively, inside the cell analysis device 800.
  • One or more laser light sources as shown in FIG. 1 may be installed on one side of the biochip 710, and one or more photosensors may be installed on the other side of the biochip 710 opposite to this.
  • FIG. 9 shows a spectrum (900) of fluorescence excited or scattered from cells stained with various fluorescent dyes or fluorescent substances within the biochip when laser light is irradiated toward the biochip installed in the cell analysis device according to an embodiment of the present disclosure. ) This is a drawing showing.
  • cells stained with various fluorescent dyes may display different detected fluorescence when irradiated with laser light of different wavelengths. For example, when cells stained with FITC (S910) are irradiated with laser light with a 488 nm wavelength (blue light), fluorescence with a 520 nm wavelength (green light) is excited and generated. Additionally, cells stained with PerCP or PerCPCy5.5 (S920) are excited and generate red fluorescence in response to both laser light with a wavelength of 488 nm and laser light with a wavelength of 638 nm.
  • the graph S910 is 488 nm. It may represent the intensity or spectral distribution of fluorescence generated by the first laser light source 122, which is a cross-sectional laser light source with a wavelength. In this way, the result of detecting fluorescence generated from cells stained with FITC (S910) can be used to calculate the number of cells with a hemocytometer or can be used to extract cell characteristics.
  • the graph S920 may represent the intensity or spectral distribution of fluorescence generated by the laser light sources 122, 124, and 126 having a wavelength of 488 nm or 638 nm. Additionally, the graph S930 may represent the intensity or spectral distribution of fluorescence generated by the laser light sources 122, 124, and 126 having a wavelength of 355 nm or 365 nm.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a cell analysis method 1000 using a biochip according to an embodiment of the present disclosure.
  • the cell analysis method 1000 using a biochip may begin with a step (S1010) of preparing a biochip including a sample chamber, a hydrodynamic coupling region, and a biochip outlet channel.
  • a sample is injected into the biochip, it is discharged into the sample chamber, and then the sample and sheath fluid can be mixed in the hydrodynamic coupling region. Mixed or combined sample and sheath fluid can be discharged through the biochip outlet channel.
  • laser light may be irradiated from the side of the biochip toward at least one of the sample chamber, the hydrodynamic coupling region, and the biochip outlet channel using the laser light source (S1020).
  • the first laser light source may radiate laser light toward the sample chamber.
  • the laser light irradiated to the sample chamber is cross-sectional light, and the number of cells in the sample can be counted.
  • the sample can then be discharged into the hydrodynamic coupling region and combined with the sheath fluid in the hydrodynamic coupling region.
  • the second laser light source may irradiate laser light toward the hydrodynamic coupling area.
  • Light irradiated to the hydrodynamic coupling region may generate side scattering and forward scattering.
  • the combined sample and sheath fluid can then be discharged into the biochip outlet channel.
  • the third laser light source may irradiate laser light toward the biochip outlet channel. Light irradiated to the biochip outlet channel can generate side scattering and forward scattering.
  • the photo sensor can capture scattered light generated from at least one of the sample chamber, the hydrodynamic coupling region, and the biochip outlet channel by irradiation of the laser light source (S1030).
  • Forward scattering generated from the sample in the sample chamber by the first laser light source may be detected by the first photo sensor.
  • forward scattering generated in the hydrodynamic coupling region by the second laser light source can be detected by the second photo sensor.
  • the second photo sensor can detect the mixed state of the sample and sheath fluid in the bonding area.
  • the forward scattering generated in the biochip outlet channel by the third laser light source is detected by the third photo sensor, and the third photo sensor can detect sample characteristics such as the arrangement state or flow of the sample in the biochip outlet channel. there is.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Optical Measuring Cells (AREA)

Abstract

본 개시의 세포분석을 위한 바이오 칩은, 샘플을 수용하도록 구성된 샘플 챔버, 샘플 챔버의 일 측에 연결되며, 샘플 챔버 내의 샘플을 배출하기 위한 공기압을 생성하는 제1 펌프, 샘플 챔버 및 시스액이 공급되는 시스액 공급 채널과 연결되며, 샘플 챔버로부터 배출되는 샘플 및 시스액 공급 채널을 통해 공급되는 시스액이 혼합되도록 구성된 유체역학적 결합 영역 및 유체역학적 결합 영역으로부터 혼합된 샘플 및 시스액이 배출되도록 구성된 바이오 칩 출구채널을 포함한다.

Description

세포 분석을 위한 바이오 칩 및 이를 이용한 세포 분석 장치
본 개시는 세포 분석을 위한 바이오 칩 및 바이오 칩을 이용한 세포 분석 장치에 관한 것으로, 구체적으로 세포 계수, 세포 특성 분석 등이 효율적으로 실행되도록 구성된 바이오 칩 및 이를 이용한 세포 분석 장치에 관한 것이다.
일반적으로 바이오 칩(bio-chip)은 DNA, 단백질, 세포 등의 생체물질을 플라스틱 또는 크리스탈(수정), 유리 같은 재질이 사용된 기판 위에 어레이 형태로 배열하고, 이것과 결합 또는 반응하는 물질의 존재 유무를 확인하는 칩을 의미한다. 최근 생명공학의 비약적인 발전에 의해 면역진단 또는 분자진단 기법 등이 다양하게 제시되고 있어, 많은 양의 유전정보 또는 단백질 정보를 동시다발적으로 처리할 수 있는 작업이 중요해졌고, 이러한 필요성에 따라 바이오 칩(bio-chip) 관련 기술이 빠르게 발전하고 있다.
바이오 칩은, 예를 들어, 생체 물질의 어레이가 존재하는 칩 만을 포함하는 DNA칩, 단백질칩 또는 세포칩으로 구현될 수 있다. 다른 예로, 바이오 칩은, 시료(또는 샘플)을 주입한 후 칩 내에서 미세 유체 제어(microfluidics)를 통해 자동 분석이 실행되도록 구성된 랩온어칩(lab-on-a-chip: LOC)으로 구현될 수도 있다. 랩온어칩은, 반도체 제조 기술을 기반으로 수 마이크로 대의 구조물 제작이 가능한 BioMEMS 기술로 구현될 수 있다. 또한, 랩온어칩은, 칩 크기의 소형화로 인하여 분석에 필요한 시료의 양을 감소시키고, 이로 인해 실험 비용을 절감시킬 수 있다.
하지만, 기존의 바이오 칩 기반 장비는 미세 유체 제어에 의한 유체 흐름을 유지하기 위한 효율적인 방법을 제공하지 못하거나, 연속적인 액체 공급을 위한 부가 장비가 많이 필요한 문제점이 있다. 또한 바이오 칩 제조에 복잡한 공정을 이용하는 제조 장비가 필요하고, 이에 따라 제작 비용이 증가할 수 있다.
한편, 유세포분석기(flow cytometer)는 유액 상태의 입자나 세포가 일정 감지지점(sensing point)을 통과할 때 각각의 입자나 세포를 신속하게 측정하여 세포의 크기, 세포 내부 조성 정도, 세포 기능 인지 등 세포가 갖는 여러 특징을 동시에 측정하고, 경우에 따라 특정 세포를 선택하여 분리(sorting)할 수 있는 장비이다. 일반적으로, 유세포분석기는 측정하고자 하는 세포 집단의 세포를 각각 하나씩 측정하여 분석하는 특징을 가진다. 유세포분석기를 이용하여 유액상태의 입자나 세포를 감지하기 위해서는 일정 파장을 띄는 형광이 표지된 항체 같은 형광 염색소의 표지가 필요하다. 또한, 형광을 감지하는 방법으로 LED 또는 레이저 광원을 이용한다. 예를 들어, 형광이 표시된 세포에 대해 특정 파장의 광원을 조사하면, 해당 세포로부터 그 광원보다 에너지가 낮은 준위의 빛이 발생될 수 있다. 예를 들어, 488nm 청색광 조사시 FITC가 표시된 세포로부터는 520nm 녹색광이 발생된다.
종래의 유세포분석기는, 다양한 파장의 레이저 또는 LED 발광부와 이를 세포에 광을 조사한 뒤 전방 산란을 측정하는 수광부와 측방 산란을 측정하는 다양한 파장의 수광부등과 같이 복잡한 광학계 또는 세포 특징감지 및 분석 부품을 사용하기 때문에, 해당 분석기 제조와 유지에 많은 비용과 노력이 필요하다. 따라서, 유세포 분석기는 소규모 업체나 연구소에서 기존의 유세포분석기를 이용하여 생명공학 관련 업무나 연구활동을 수행하기에 많은 부담이 따른다.
본 명세서에서 개시되는 실시예들은, 세포 계수, 세포 특성 분석 등이 효율적으로 실행되도록 구성된 바이오 칩 및 이를 이용한 세포 분석 장치를 제공한다. 특히, 본 개시의 실시예들 중 일부는, 측정 대상인 세포 샘플에 대해 조사된 광에 의해 발생되는 측방 산란과 전방 산란을 이용하여 정밀한 세포 분석이 가능한 바이오 칩 및 이를 이용한 세포 분석 장치를 제공한다.
본 개시는 장치 및 방법을 포함한 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 세포 분석을 위한 바이오 칩으로서, 샘플을 수용하도록 구성된 샘플 챔버, 샘플 챔버의 일 측에 연결되며, 샘플 챔버 내의 샘플을 배출하기 위한 공기압을 생성하는 제1 펌프, 샘플 챔버 및 시스액이 공급되는 시스액 공급 채널과 연결되며, 샘플 챔버로부터 배출되는 샘플 및 시스액 공급 채널을 통해 공급되는 시스액이 혼합되도록 구성된 유체역학적 결합 영역 및 유체역학적 결합 영역으로부터 혼합된 샘플 및 시스액이 배출되도록 구성된 바이오 칩 배출채널을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 시스액 공급 채널에 연결되며, 시스액을 수용하도록 구성된 시스액 챔버 및 시스액 챔버의 일 측에 연결되며, 시스액 챔버 내의 시스액을 시스액 공급 채널을 통해 유체역학적 결합 영역을 향해 배출하기 위한 공기압을 생성하는 제2 펌프를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 유체역학적 결합 영역을 향해 음향 진동을 발생시키는 음향 진동 소자를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 샘플 챔버, 유체역학적 결합 영역 및 샘플 배출 채널 중 적어도 하나를 향해 레이저광을 조사하는 레이저 광원을 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 레이저 광원은 샘플 챔버의 측면을 향해 단면광을 조사하기 위한 제1 레이저 광원, 유체역학적 결합 영역의 측면을 향해 레이저광을 조사하기 위한 제2 레이저 광원 및 샘플 배출 채널의 측면을 향해 레이저광을 조사하기 위한 제3 레이저 광원을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 제1 레이저 광원은 레이저 광을 발생시키는 레이저 다이오드, 레이저 광을 굴절시키는 비구면 렌즈 및 레이저 광을 수렴하여 샘플 챔버를 향해 단면광을 조사하기 위한 실린더 렌즈를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 바이오 칩 배출채널은 샘플이 배출되는 방향으로 바이오 칩 배출 채널의 적어도 일부의 폭이 좁아지도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 샘플 챔버, 유체역학적 결합 영역 및 바이오 칩 배출채널 중 적어도 하나로부터 발생되는 산란광을 촬영하는 포토 센서를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 포토 센서는 샘플 챔버 내의 샘플을 향해 조사된 단면광에 의해 발생되는 전방 산란을 감지하기 위한 제1 포토 센서, 유체역학적 결합 영역 내의 시스액 및 샘플의 결합 상태를 감지하거나 레이저광에 의해 발생되는 전방 산란을 감지하기 위한 제2 포토 센서 및 바이오 칩 배출채널을 통해 배출되는 샘플을 감지하거나 레이저 광에 의해 발생되는 전방 산란을 감지하기 위한 제3 포토 센서를 포함한다.
본 개시의 다른 실시예에 따른 바이오 칩을 이용한 세포 분석 방법으로서, 샘플 챔버로 샘플을 공급하는 단계, 시스액 챔버로 시스액을 공급하는 단계, 제1 펌프에 의해, 샘플 챔버 내의 샘플을 유체역학적 결합 영역으로 배출하는 단계, 제2 펌프에 의해, 시스액 챔버 내의 시스액을 유체역학적 결합 영역으로 배출하는 단계, 바이오 칩 배출채널에 의해, 유체역학적 결합 영역에서 혼합된 샘플 및 시스액을 배출하는 단계 및 레이저 광원 및 포토 센서에 의해, 샘플 챔버, 유체역학적 결합 영역 및 바이오 칩 배출채널 중 적어도 하나에서 세포의 수 또는 세포의 상태를 감지하는 단계를 포함한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 바이오 칩을 이용한 세포 분석 장치로서,샘플을 수용하도록 구성된 샘플 챔버, 샘플 챔버 및 시스액 공급 채널과 연결되며, 샘플 챔버와 연결된 채널(유로) 에서 나오는 세포와 시스액 공급 채널(유로)을 통해 공급되는 시스액이 혼합되도록 구성된 유체역학적 결합 영역, 및 결합 영역에서 혼합된 샘플 및 시스액이 배출되도록 구성된 바이오 칩 출구를 포함하는 바이오 칩, 바이오 칩의 측면으로부터 샘플 챔버, 유체역학적 결합 영역, 및 바이오 칩 출구채널 중 적어도 하나를 향해 레이저광을 조사하는 하나 이상의 레이저 광원 및 레이저광의 조사에 의해 샘플 챔버, 유체역학적 결합 영역, 및 바이오 칩 출구채널 중 적어도 하나로부터 발생되는 산란광을 촬영하는 하나 이상의 포토 센서를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 바이오 칩은, 시스액 공급 채널에 연결되며, 시스액을 수용하도록 구성된 시스액 챔버를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 바이오 칩의 상면을 향해 광을 조사하는 LED 광원 및 바이오 칩의 하면에 위치한 이미지센서를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 바이오 칩 및 LED 광원 사이에 위치하며, 광의 조사 범위를 한정하도록 구성된 핀 홀을 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 하나 이상의 레이저 광원에 의해 바이오 칩의 상면에 발생되는 측방 산란광을 감지하는 하나 이상의 수광 소자를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서는, 하나 이상의 레이저 광원에 의해 바이오 칩의 하면에 발생되는 측방 산란광 또는 형광을 감지하거나, LED 광원에서 조사된 광에 의해 바이오 칩의 하면에 생성되는 암시야 이미지 또는 명시야 또는 흡광 이미지를 감지하도록 구성된다.
본 개시의 다른 실시예에 따른 바이오 칩을 이용한 세포 분석 방법으로서, 샘플을 수용하도록 구성된 샘플 챔버, 시스액을 수용하도록 구성된 시스액 챔버, 샘플 챔버 및 시스액 챔버와 연결되며, 샘플 챔버 및 시스액 챔버로부터 각각 이동되는 채널(유로) 및 시스액이 혼합 되도록 구성된 유체역학적 결합 영역, 및 유체역학적 결합 영역에서 혼합된 샘플 및 시스액이 배출되도록 구성된 바이오 칩 출구(outlet)를 포함하는 바이오 칩을 준비하는 단계, 하나 이상의 레이저 광원에 의해, 바이오 칩의 측면으로부터 샘플 챔버, 유체역학적 결합 영역, 및 바이오 칩 출구채널 중 적어도 하나를 향해 레이저광을 조사하는 단계 및 하나 이상의 포토 센서에 의해, 하나 이상의 레이저 광원의 조사에 의해 샘플 챔버, 유체역학적 결합 영역, 및 바이오 칩 출구채널 중 적어도 하나로부터 발생되는 산란광을 촬영하는 단계를 포함한다.
본 개시의다양한 실시예들에 따르면, 세포 분석을 위한 바이오 칩은 세포 샘플과 시스액의 혼합을 유도하기 위한 펌프 또는 진동 소자를 포함하여, 미세 유체 제어가 효율적으로 실행할 수 있는 효과를 갖는다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 비교적 간단한 구성과 기능의 세포 분석 장치를 이용하여 세포 분석이 가능하도록 최적화된 구조를 갖는다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 세포 분석을 위한 바이오 칩은 분석 대상인 세포 샘플에 대한 광조사에 의해 발생하는 전방 산란과 측방 산란을 이용하여 더 정밀한 세포를 분석할 수 있도록 최적화된 구조를 갖는다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 세포 분석 장치는 비교적 간단한 구성과 기능의 바이오 칩과 세포 감지 센서를 이용하여 세포 분석이 가능하도록 최적화된 구조를 갖는다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 바이오 칩을 이용한 세포 분석 장치는 분석 대상인 세포 샘플에 대한 광조사에 의해 발생하는 전방 산란과 측방 산란을 이용하여 세포 샘플의 다양한 특징들을 선택적으로 또는 종합적으로 분석할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 세포 분석 장치 내에 복잡한 광학계를 설치하지 않고도, 레이저 광원을 통한 형광 발광 작용을 바이오 칩에 밀접하게 배치된 이미지 센서 및 광센서를 이용하여 효율적으로 감지할 수 있다.
본 개시의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 세포 분석을 위한 바이오 칩의 예시를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 개시의 다른 실시예에 따른 세포 분석을 위한 바이오 칩의 예시를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 세포 분석을 위한 바이오 칩을 이용한 세포 분석 장치의 예시를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 제1레이저 광원의 단면광 생성을 위한 광학계의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 바이오 칩의 샘플 배출 채널의 상세 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 바이오 칩을 이용한 세포 분석 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 LED 광원에 의한 세포의 이미지를 촬영 및 분석하는 세포 분석 장치를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 레이저광에 의해 세포로부터 발생한 측방 산란을 감지하는 세포 분석 장치를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 세포 분석 장치에서 설치된 바이오 칩을 향해 레이저광을 조사했을 때, 바이오 칩 내에 다양한 형광색소 또는 형광물질이 염색된 세포로부터 여기 또는 산란되는 형광의 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 바이오 칩을 이용한 세포 분석 방법을 나타내는 도면이다.
이하, 본 개시의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.
첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응되는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
개시된 실시예의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이다.
본 개시에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 개시된 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 관련 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서, 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 명세서에서의 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수인 것으로 특정하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 복수의 표현은 문맥상 명백하게 복수인 것으로 특정하지 않는 한, 단수의 표현을 포함한다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 개시에서, 도면의 위쪽은 그 도면에 도시된 구성의"상부" 또는 "상측", 그 아래쪽은 "하부" 또는 "하측"이라고 지칭할 수 있다. 또한, 도면에 있어서 도시된 구성의 상부와 하부의 사이 또는 상부와 하부를 제외한 나머지 부분은 "측부" 또는 "측면"이라고 지칭할 수 있다. 이러한 "상부", "상측" 등과 같은 상대적인 용어는, 도면에 도시된 구성들 간의 관계를 설명하기 위하여 사용될 수 있으며, 본 개시는 그러한 용어에 의해 한정되지 않는다.
본 명세서에서 "A 및/또는 B"의 기재는 A, 또는 B, 또는 A 및 B를 의미한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 세포 분석을 위한 바이오 칩(100)의 예시를 나타내는 도면이다. 바이오 칩(100)은 세포의 계수, 세포 특징의 분석 등을 실행하기 위한 세포 분석 장치에 포함되는 바이오 칩일 수 있다. 또한, 바이오 칩(100)은 세포 분석을 위한 미세 유체 제어를 실행하도록, 샘플 챔버, 시스액 챔버 등을 하나 이상의 미세 채널로 연결구성을 포함하는 마이크로칩 또는 MEMS 또는 BioMEMS 기술을 이용하여 구현된 바이오 칩 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도시된 바와 같이, 바이오 칩(100)은, 분석 대상인 샘플(예를 들어, 세포, 단백질 등과 같은 생체 물질)을 수용하는 샘플 챔버(110), 및 샘플 챔버(110)와 연결되어 샘플을 주입하도록 구성되며, 샘플의 유체 이동을 유도하기 위한 제1 펌프(미도시)를 포함하는 샘플 주입구(120)를 포함할 수 있다. 또한, 바이오 칩(100)은, 시스액이 주입되는 시스액 주입구(130), 샘플 챔버(110) 및 시스액 주입구(130)의 각각과 미세 채널을 통해 연결되며, 샘플과 시스액을 혼합하도록 구성된 유체역학적 결합 영역(140)을 포함할 수 있다. 추가적으로, 바이오 칩(100)은, 유체역학적 결합 영역(140)에서 샘플과 시스액의 결합을 유도하기 위한 음향 진동 소자(180), 및 유체역학적 결합 영역(140)으로부터 혼합된 샘플과 시스액이 배출되도록 구성된 바이오 칩 출구채널(150)을 포함할 수 있다. 한편, 시스액 주입구(130)에는 시스액을 수용하며, 시스액 주입구(130)를 통해 시스액을 공급하도록 구성된 시스액 챔버(160)가 연결될 수 있다. 또한, 시스액 챔버(160)에는, 시스액의 유체 이동(예를 들어, 시스액 챔버(160)로부터 시스액 주입구(130)로의 시스액 배출)을 유도하기 위한 제2 펌프(170)가 연결될 수 있다.
샘플 챔버(110)는, 샘플을 수용하기 위한 구성으로, 바이오 칩(100)의 두께 보다 작은 두께를 갖는 전체적으로 대략 직사각형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 샘플 챔버(110)는, 직사각형이 아닌 다른 다각형이나 원형 또는 타원형과 같은 다른 형상으로 구현될 수 있다. 또한, 샘플 챔버(110)의 일 측은, 샘플이 공급되는 샘플 주입구(120)에 미세 채널을 통해 연결될 수 있다. 샘플 주입구(120)를 통해, 파이펫과 같은 별도 시료 공급 장치를 이용하여 샘플이 주입될 수 있다. 또한, 샘플 주입구(120)에는 제1 펌프(미도시)가 연결되거나 장착될 수 있다. 제1 펌프는, 예를 들어 공기압을 발생시켜서 샘플 주입구(120)에 공급함으로써 샘플 챔버(110) 내의 샘플이 외부로 배출 또는 이동하도록 유도할 수 있다. 이러한 구성을 통해, 샘플 주입구(120)를 통해 샘플 챔버(110)에 공급된 샘플은, 제1 펌프에 의해 샘플 챔버(110)로부터 유체역학적 결합 영역(140)을 향해 효과적으로 배출될 수 있다. 예를 들어, 제1 펌프는 MEMS 기술을 이용하여 구현된 마이크로 펌프(micro-pump) 또는 압전 펌프(piezoelectric pump)일 수 있다.
시스액 주입구(130)는 시스액을 주입하기 위한 개구를 포함할 수 있다. 시스액 주입구(130)를 통해 시스액이 주입되면, 해당 시스액은 미세 채널(즉, 시스액 공급 채널)을 통해 유체역학적 결합 영역(140)으로 배출될 수 있다. 이와 같이 유체역학적 결합 영역(140)으로 배출된 시스액은, 샘플 챔버(110)로부터 배출된 샘플과 유체역학적 결합 영역(140)에서 혼합될 수 있다. 또한, 유체역학적 결합 영역(140)에서 혼합된 샘플 및 시스액은 바이오 칩 출구(190)를 통해 바이오 칩(100)의 외부로 배출될 수 있다.
일 실시예에 따라, 도 1에 도시된 바와 같이, 바이오 칩(100)의 외부에 시스액 챔버(160) 및 제2 펌프(170)가 설치될 수 있다. 시스액 챔버(160)는 바이오 칩(100)과 별도로 제작 또는 제공되어 바이오 칩(100)의 외부에서 시스액 주입구(130)와 시스액을 공급하기 위한 채널 또는 통로를 통해 연결될 수 있다. 또한, 제2 펌프(170)는 시스액 챔버(160)의 일 측에 연결될 수 있다. 제2 펌프(170)는 공기압을 생성하여 시스액 챔버(160)의 시스액을 시스액 주입구(130)로 공급할 수 있다. 예컨대, 제2 펌프(170)는 MEMS 기술을 이용하여 구현된 마이크로 펌프 또는 압전 펌프일 수 있다. 도 1에 시스액 챔버(160)의 형상이 대략 사각형인 것으로 도시되어 있으나, 그 형상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 시스액 챔버(160)의 형상은 사각형이 아닌 다른 다각형이나 원형 또는 타원형과 같은 다른 형상일 수 있다.
음향 진동 소자(180)는 샘플과 시스액의 결합을 유도하기 위한 진동 또는 음파를 생성할 수 있다. 음향 진동 소자(180)는 유체역학적 결합 영역(140)을 향해 음향 진동을 발생시키도록 배치될 있다. 이때, 샘플 챔버(110) 및 시스액 챔버(160) 각각으로부터 유체역학적 결합 영역(140)으로 공급된 샘플과 시스액은 음향 진동에 의해 효과적으로 상호 충돌 및 배열이 반복되면서 바이오 칩 출구(190)를 통해 일렬로 배열된 상태에서 배출될 수 있다. 예를 들어, 음향 진동 소자(180)는 MEMS 기술을 이용하여 구현된 압전 진동 소자 또는 음향스피커를 포함할 수 있다. 이상 구성에 따르면, 유체역학적 결합 영역(140)으로 공급된 샘플과 시스액은 음향 진동 소자(180)에 의해 생성된 음향 진동에 의해 상호 충돌하여 혼합되고, 그 중 샘플은 시스액 내에서 일렬로 정렬되어 바이오 칩 출구채널(150)을 통해 배출될 수 있다.
도 1은 바이오 칩(100)의 상 측에서 바라본 평면 구성을 나타내고 있으나, 바이오 칩(100)의 측면은 광학적 왜곡을 방지하기 위한 평탄한 면으로 가공될 수 있다. 즉, 이하 도 3을 참조하여 설명하는 레이저 광의 조사나 레이저 광에 의한 전방 산란의 광학적 왜곡을 방지하기 위해, 바이오 칩(100)의 측면은 평탄한 마감처리 또는 면처리 공정이 적용될 수 있다.
도 2는 본 개시의 다른 실시예에 따른 세포 분석을 위한 바이오 칩(200)의 예시를 나타내는 도면이다. 바이오 칩(200)은 세포의 계수, 세포 특징의 분석 등을 실행하기 위한 세포 분석 장치에 포함되는 바이오 칩일 수 있다. 또한, 바이오 칩(200)은 세포 분석을 위한 미세 유체 제어를 실행하도록, 샘플 챔버, 시스액 챔버 등을 하나 이상의 미세 채널로 연결구성을 포함하는 마이크로칩 또는 MEMS 또는 BioMEMS 기술을 이용하여 구현된 바이오 칩 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도시된 바와 같이, 바이오 칩(200)은 시스액 챔버(260)를 바이오 칩(200)의 내부에 포함할 수 있다. 바이오 칩(200)의 샘플 챔버(210)는 샘플을 수용하도록 구성될 수 있다. 바이오 칩(200)은, 분석 대상인샘플(예를 들어, 세포, 단백질 등과 같은 생체 물질)을 수용하는 샘플 챔버(210) 및 샘플 챔버(210)와 연결되어 샘플을 주입하도록 구성되며, 샘플의 유체 이동을 유도하기 위한 제1 펌프(미도시)를 포함하는 샘플 주입구(220)를 포함할 수 있다.
제1펌프는 공기압을 발생하여 샘플 챔버(210)를 향해 공급함으로써 해당 공기압에 의해 샘플 챔버(210) 내의 샘플이 유체역학적 결합 영역(280)을 향해 이동하도록 유도할 수 있다. 또한, 제1 펌프가 작동하면, 샘플 챔버(210) 및 유체역학적 결합 영역(280)과 연속적으로 연결된 바이오 칩 출구채널(230)을 통해 공기압이 전달될 수 있으며, 이에 따라 유체역학적 결합 영역(280)의 샘플이 바이오 칩 출구채널(230)을 통해 배출될 수 있다.
시스액 챔버(260)는 바이오 칩(200)의 내부에 구성될 수 있다. 시스액 챔버(260)는, 사전에 결정된 용량의 시스액을 수용하기 위한 구성으로, 바이오 칩(200)의 두께 보다 작은 두께를 갖는 전체적으로 대략 직사각형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 시스액 챔버(260)의 일 측에는 시스액 주입구(270)가 형성될 수 있다. 시스액 주입구(270)를 통해, 파이펫과 같은 별도 액체 공급 장치를 이용하여 시스액이 주입될 수 있다. 또한, 시스액 주입구(270)에는 제2 펌프(미도시)가 연결되거나 장착될 수 있다. 제2 펌프는 공기압을 발생시켜서 시스액 챔버(260)의 시스액을 유체역학적 결합 영역(280)으로 배출시킬 수 있다. 시스액이 유체역학적 결합 영역(280)으로 배출되는 동안에, 샘플 챔버(210)의 샘플이 제1 펌프에 의한 공기압에 따라 유체역학적 결합 영역(280)으로 배출될 수 있다. 유체역학적 결합 영역(280)으로 배출된 샘플과 시스액은 음향 진동 소자(미도시)에 의한 음향 진동에 의해 상호 충돌하여 혼합되고, 시스액 내의 샘플들은 일렬로 정렬되어 바이오 칩 출구채널(230)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
또한, 도 2는 바이오 칩(200)의 상 측에서 바라본 평면 구성을 나타내고 있으나, 바이오 칩(200)의 측면은 광학적 왜곡을 방지하기 위한 평탄한 면으로 가공될 수 있다. 즉, 이하 도 3을 참조하여 설명하는 레이저 광의 조사나 레이저 광에 의한 전방 산란의 광학적 왜곡을 방지하기 위해, 바이오 칩(200)의 측면은 평탄한 마감처리 또는 면처리 공정이 적용될 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 세포 분석을 위한 바이오 칩(310)을 이용한 세포 분석 장치(300)의 예시를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 세포 분석 장치(300)는 바이오 칩(310)을 향해 레이저광을 조사하는 레이저 광원(331, 332, 333)과 바이오 칩(310)에서 레이저광의 조사에 의해 발생된 산란광을 촬영하는 포토 센서(341, 342, 343)을 포함할 수 있다. 한편, 바이오 칩(310)은, 샘플을 수용하는 샘플 챔버(321), 샘플 챔버(321)와 연결되며 시스액과 혼합된 샘플이 존재하는 유체역학적 결합 영역(322), 및 유체역학적 결합 영역(322)으로부터 샘플 및 시스액이 배출되는 바이오 칩 출구채널(323)을 포함할 수 있다.
레이저 광원(331, 332, 333)은, 샘플 챔버(321)의 측면을 향해 단면광을 조사하기 위한 제1 레이저 광원(331), 유체역학적 결합 영역(322)의 측면을 향해 레이저광을 조사하기 위한 제2 레이저 광원(332), 및 바이오 칩 출구채널(323)의 측면을 향해 레이저광을 조사하기 위한 제3 레이저 광원(333)을 포함할 수 있다. 도 3에서는 레이저 광원(331, 332, 333)이 3개의 광원을 포함하는 것으로 도시되었지만 이에 한정되는 것은 아니다. 레이저 광원(331, 332, 333)은, 세포 분석 장치(300)의 설계 요구사항에 따라, 1개 또는 2개의 광원을 포함할 수도 있다.
제1 레이저 광원(331)은, 샘플 챔버(321)의 측면을 향해 미리 정해진 단면 형상(예를 들어, 가늘고 긴 직사각형)을 갖는 레이저 단면광을 조사할 수 있다. 단면광은 샘플 챔버(321)의샘플에 조사될 때 전방 산란을 발생시킬 수 있다. 여기서, 샘플은 사전에 형광 물질로 염색된 샘플일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 레이저 광원(331)은 488nm 파장을 가지는 단면광을 생성할 수 있다. 또한, 제1 레이저 광원(331)의 내부 구조는 도 4에서 후술하도록 한다.
제2 레이저 광원(332)은 유체역학적 결합 영역(322)의 측면을 향해 레이저광을 조사할 수 있다. 제2 레이저 광원(332)은 유체역학적 결합 영역(322)에 존재하는 샘플 및 시스액에 레이저광을 조사하여 샘플 및 시스액 중 적어도 하나로부터 전방 산란광 및 측방 산란광을 발생시킬 수 있다. 일 실시예에서, 제2 레이저 광원(332)은 488nm 파장을 가지는 포인트 형태의 레이저광 일 수 있다.
제3 레이저 광원(333)은 바이오 칩 출구채널(323)의 측면을 향해 레이저 광을 조사할 수 있다. 제3 레이저 광원(333)은 바이오 칩 출구채널(323)을 통해 일렬로 배열된 상태로 이동하는 샘플 및 시스액을 향해 레이저광을 조사하여 이로부터 전방 산란광 및 측방 산란광을 발생시킬 수 있다. 또한, 제3 레이저 광원(333)은, 제2 레이저 광원(332)의 레이저광 조사에 의해 검출되지 않는 형광 물질을 검출하기 위해, 제2 레이저 광원(332)과는 다른 파장을 사용할 수 있다. 일 실시예에서, 제3 레이저 광원(333)은 355nm 또는 488nm 또는 638nm 파장을 가지는 포인트 형태의 레이저광 일 수 있다.
포토 센서(341, 342, 343)는 레이저 광원(331, 332, 333)에 의해 발생된 광의 산란을 감지하기 위한 구성일 수 있다. 포토 센서는 이미지 센서, CMOS센서 등으로 구현될 수 있다.
포토 센서(341, 342, 343)는 샘플 챔버(321)에 조사된 단면광에 의해 발생되는 전방 산란광을 감지하기 위한 제1 포토 센서(341)를 포함할 수 있다. 또한, 포토 센서(341, 342, 343)는 유체역학적 결합 영역(322)에서 샘플 및 시스액의 결합 상태를 감지하거나 샘플 및 시스액에 조사된 레이저광에 의해 발생되는 전방 산란을 감지하기 위한 제2 포토 센서(342)를 포함할 수 있다. 포토 센서(341, 342, 343)는 바이오 칩 출구채널(323)을 통해 일렬로 배열되어 배출되는 혼합된 샘플 및 시스액을 감지하거나 샘플 및 시스액에 조사된 레이저광에 의해 발생되는 전방 산란을 감지하기 위한 제3 포토 센서(343)를 포함할 수 있다.
도 3은 세포 분석 장치(300)에 삽입된 바이오 칩(310)의 상 측에서 바라본 평면 구성을 나타내고 있으나, 바이오 칩(310)의 측면은 광학적 왜곡을 방지하기 위한 평탄한 면으로 가공될 수 있다. 즉, 레이저 광원(331, 332, 333)으로부터의 레이저 광의 조사, 또는 포토 센서(341, 342, 343)에 의한 레이저 광에 의해 발생되는 전방 산란의 감지 시 광학적 왜곡을 방지하기 위해, 바이오 칩(310)의 측면은 평탄한 마감처리 또는 면처리 공정(일명 면치기 공정)이 적용될 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 제1 레이저 광원의 단면광 생성을 위한 광학계의 세부 구성을 나타내는 도면이다. 제1 구성(401)은 제1 레이저 광원의 단면광 생성을 위한 광학계의 평면도(즉, X-Z 평면도)를 나타낸다. 제2 구성(402)은 제1 레이저 광원의 단면광 생성을 위한 광학계의 측면도(즉, Y-Z 평면도)를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 광학계는, 레이저 다이오드(410), 비구면 렌즈(420) 및 실린더 렌즈(430)를 포함할 수 있다. 레이저 다이오드(410)는 분산된 형태의 레이저광을 생성하기 위해 구성된 광원일 수 있다.
일 실시예에서, 광학계의 광원은 레이저 다이오드(410)로 도시하였으나, 광원은 레이저 광을 생성할 수 있는 고휘도 LED등 다른 유형의 적합한 광원일 수 있다. 레이저 다이오드(410)로부터 방출되는 광은 2개의 상이한 발산각(예를 들어, 고속 축에 따른 발산각 및 저속 축에 따른 발산각)을 갖는다. 제1 구성(401)에서는 레이저 다이오드(410)가, X-Z 평면 상에서 더 빠른 발산 축이 배열된 결과로, X-Z 평면 상에서 출력되는 발산각이 상대적으로 커지도록 위치된다. 이에 반해, 제2 구성(402)에서는 레이저 다이오드(410)가, Y-Z 평면 상에서 더 느린 발산각의 출력 결과로, Y-Z 평면 상에서 출력되는 발산각이 상대적으로 더 작아지도록 위치된다. 제1 구성(401)과 제2 구성(402)에서 레이저 다이오드(410)에서 비구면 렌즈(420)로 방출되는 광을 비교하면, 제2 구성(402)에 비해 제1 구성(401)에서 광이 더 빨리 발산되고, Y-Z 평면에 비해 X-Z 평면에서 더 큰 발산 각도의 출력을 갖는 것을 알 수 있다. 이러한 레이저 광의 발산 각도의 정렬은 실린더 렌즈(430)의 정렬과 관련될 수 있다.
레이저 다이오드(410)에서 생성된 레이저광은 비구면 렌즈(420)를 향해 조사될 수 있다. 비구면 렌즈(420)는 분산된 레이저광을 굴절시켜서 일정 범위로 수렴시킬 수 있다. 일반적으로, 구면 렌즈는 정확히 한 점으로 수렴되지 않아, 구면 수차를 생성한다. 이러한, 구면 수차를 줄이기 위해 비구면 렌즈(420)가 사용된다.
또한, 실린더 렌즈(430)는, 굴절된 레이저 광을 한 줄 또는 일직선으로 초점을 맞춰 긴 직사각 형태 또는 직선 형태의 단면광으로 변환할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 구성(401)은 제2 구성(402)에 비해, 레이저 다이오드(410)의 발산각이 더 크기 때문에, 3차 수차 효과가 지배적이다. 그 결과, 주변 광선과 근축(Paraxial) 광선은 동일한 점에서 초점을 맞추지 못하여 강도 재분배를 유발한다. 반면, 제2 구성(402)에서의 레이저광은 레이저 다이오드(410)의 발산각의 배향으로 인해 수차가 훨씬 적게 발생하며, 실린더 렌즈(430)의 초점이 잘 맞춰진 포인트를 생성한다. 이로 인해, 실린더 렌즈(430)를 이용하여, 단면광 부분을 쉬트(sheet) 두께의 방향으로 압축할 수 있다. 제1 구성(401) 및 제2 구성(402)의 레이저 광의 균일한 초점과의 조합으로 인해, 바이오 칩(440)의 측면을 향해 조사될 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 바이오 칩(510)의 바이오 칩 출구채널(520)의 상세 구조를 나타내는 도면이다. 바이오 칩(510)의 바이오 칩 출구채널(520)은 길이 방향으로 바이오 칩(510)의 하단으로 갈수록 폭이 더 좁아지도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 바이오 칩 출구채널(520)과 연결된 유체역학적 결합 영역에서 샘플과 시스액이 혼합된 후, 혼합된 샘플과 시스액은 바이오 칩 출구채널(520)을 통해 흘러갈 수 있다. 혼합된 샘플과 시스액이 바이오 칩 출구채널(520)을 통해 배출될 때, 시스액에 의해 둘러싸인 샘플들은 일렬로 정렬된 상태에서 한방울씩 이동하면 세포 분석 장치에 의해 좀 더 높은 정밀도 또는 정확도로 감지될 수 있다.
도시된 바와 같이, 바이오 칩 출구채널(520)은, 유체역학적 결합 영역과 연결된 상부가 넓게 형성되어 있으며, 하부로 향하는 일정 부분의 폭이 점차적으로 좁아지도록 구성된 테이퍼링된(tapered) 부분을 포함할 수 있다. 또한, 바이오 칩 출구채널(520)은 테이퍼링된 부분 이후에 일정한 폭을 갖도록 구성될 수 있다. 이와 같이 바이오 칩 출구채널(520)의 적어도 일부에서 그 폭이 점차적으로 좁아지도록 구성됨으로써, 유체역학적 결합 영역에서 시스액과 혼합된 샘플들이 바이오 칩 출구채널(520)의 테이퍼링된 부분에서 점차적으로 일렬로 배열된 후, 테이퍼링된 부분 이후에서 그 상태가 일정하게 유지될 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 바이오 칩을 이용한 세포 분석 방법을 나타내는 순서도이다. 바이오 칩을 이용한 세포를 분석하기 위한 방법(600)은 샘플 챔버에 샘플을 공급하는 단계(S610)로 시작될 수 있다. 예를 들어, 실험자 또는 바이오 칩 사용자가 바이오 칩의 세포 주입구에 파이펫을 이용하여 샘플을 주입할 수 있다. 바이오 칩으로 주입된 샘플은, 세포 주입 구에 연결된 제1 펌프의 공기압에 의해 샘플 챔버로 배출될 수 있다.
다음으로, 세포 분석 장치에 바이오 칩을 삽입할 수 있다(S620). 바이오 칩이 세포 분석 장치에 삽입되면, 샘플 챔버에 밀착된 포토 센서에 의해 바이오 칩에 대한 세포 계수 및 세포 특징 분석을 실행할 수 있다(S630). 포토 센서는 이미지 센서, 카메라 등을 포함할 수 있다. 포토 센서는 바이오 칩의 샘플의 영상을 촬영할 수 있다. 촬영된 샘플 영상은 헤모사이토메트리(Hemo-cytometry)법에 의한 세포(멈춰있는 세포) 계수 및 세포 특징 분석에 사용될 수 있다.
다음으로, 제2 펌프에 의해 바이오 칩의 시스액 주입구로 시스액을 공급할 수 있다(S640). 시스액이 공급되면, 시스액은 시스액 공급 채널을 통해 유체역학적 결합 영역으로 이동하고, 바이오 칩 출구채널로 배출될 수 있다(S650). 이와 같이 시스액이 바이오 칩의 시스액 공급 채널, 유체역학적 결합 영역 및 바이오 칩 출구채널을 통해 배출되면, 바이오 칩에서 샘플 챔버를 제외한 나머지영역과 채널을 깨끗하게 세척될 수 있다. 이와 같은 바이오 칩에서 시스액에 의한 채널 세척 과정이 실행되고, 세포 분석이 시작될 수 있다.
제1 펌프에 의해, 샘플이 샘플 챔버로부터 연결된 채널(유로)로 이동되고, 샘플은 유체역학적 결합 영역에서 시스액과 결합 또는 혼합될 수 있다(S660). 즉, 제1 펌프에 의해, 샘플 챔버 내의 샘플을 유체역학적 결합 영역으로 이동시킬 수 있다. 또한, 제2 펌프에 의해, 시스액 챔버 내의 시스액을 유체역학적 결합 영역으로 배출시킬 수 있다. 유체역학적 결합 영역에서 샘플과 시스액은 음향 진동 소자에 의해 효과적으로 결합될 수 있다.
샘플과 시스액이 결합되면, 결합된 샘플 및 시스액이 이동될 수 있다(S670). 결합된 샘플 및 시스액은 음향 진동 소자에 의해, 바이오 칩 출구채널을 통해 밖으로 배출될 수 있다. 음향 진동 소자는 음향 진동을 발생하여 샘플과 시스액을 상호 충돌시켜 샘플들이 시스액 내에서 일렬로 배열되도록 유도할 수 있다. 음향 진동 소자는 압전 소자 또는 스피커 등으로 구성될 수 있다. 또한, 바이오 칩 출구채널에 의해, 유체역학적 결합 영역에서 혼합된 샘플 및 시스액을 밖으로 배출시킬 수 있다.
이상 설명된 구성을 갖는 바이오 칩 내에서 형성된 샘플들의 미세 유체 흐름에 따라 배열된 하나 이상의 레이저 광원 또는 LED 광원에 의해, 샘플들의 미세 유체 흐름으로부터 발생하는 전방 산란 및 측방 산란을 포토 센서에 의해 감지한다(S680). 즉, 바이오 칩 내에 형성된 샘플들의 미세 유체 흐름에 대한 레이저 광 또는 LED 광원에 의한 전방 산란 또는 측방 산란을 감지하는 플로우사이토메트리(Flow-cytometry)법에 의해, 유세포(flow)의 계수 및 세포 특징의 분석을 실행할 수 있다.
또한, 레이저 광원 및 포토센서에 의해, 바이오 칩의 샘플 챔버, 유체역학적 결합 영역 및 바이오 칩 출구채널 중 적어도 하나에서 세포의 수 또는 세포의 상태를 감지할 수 있다(S690). 일 실시예에서 도 3을 참조하면, 제1 레이저 광원은 샘플 챔버에 단면광을 조사할 수 있다. 단면광의 조사에 의해 샘플 챔버 내의 샘플로부터 발생한 전방 산란을 제1포토 센서가 감지할 수 있다. 다음으로, 제2 레이저 광원은 샘플과 시스액이 혼합된 유체역학적 결합 영역에 레이저광을 조사할 수 있다. 레이저광의 조사에 의해 유체역학적 결합 영역에서 전방 산란과 측방 산란이 발생할 수 있고, 전방 산란은 제2 포토 센서가 감지할 수 있다. 또한, 제2 포토 센서는 유체역학적 결합 영역의 샘플과 시스액의 혼합 상태를 감지할 수 있다. 마지막으로, 제3 레이저 광원은 바이오 칩 출구채널에 레이저광을 조사할 수 있다. 제3 포토 센서는 레이저광의 조사에 의해 바이오 칩 출구 또는 바이오 칩 출구채널에서 발생한 전방 산란과 측방 산란을 감지하고, 바이오 칩 출구채널 내의 샘플의 배열 상태 또는 흐름과 같은 샘플 특성을 감지할 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 LED 광원에 의한 세포의 이미지를 촬영 및 분석하는 세포 분석 장치(700)를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 세포 분석 장치(700)는 바이오 칩(710)의 상면을 향해 광을 조사하기 위한 LED 광원(720), LED 광원(720)에서 조사된 빛의 가간섭성 및 조도 등을 조절하기 위한 핀 홀(730) 및 LED 광원(720)에서 바이오 칩(710)을 향해 조사된 빛에 의해 생성되는 세포의 이미지를 감지하기 위해, 바이오 칩(710)의 하면에 배치된 이미지 센서(740)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 바이오 칩(710)은 도 1에 도시된 바이오 칩(110)과 동일한 구성을 포함할 수 있다.
LED 광원(720)은, 바이오 칩(710)의 상면에 위치하여 바이오 칩(710)을 향해 LED 광을 조사할 수 있다. 예를 들어, LED 광원은 UV(자외선) 광원, 가시광선을 발생시키는 광원 또는 적외선을 발생시키는 광원일 수 있다. LED 광원(720)에서 바이오 칩(710)을 향해 조사된 광은 바이오 칩(710)에 포함된 세포 또는 유액 상태의 세포의 암시야 또는 명시야 이미지, 그림자 이미지 또는 흡광 이미지를 발생시키거나, 형광, 전방 산란광 및/또는 측방 산란광을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 그림자 이미지 또는 전방 산란광은 바이오 칩(710)의 하면에 구성된 이미지 센서(740)에서 감지될 수 있다. 한편, 측방 산란광은 도 1에 도시된 바와 같은 하나 이상의 포토 센서에 의해 감지될 수 있다.
핀 홀(730)은 바이오 칩(710)과 LED 광원(720) 사이에 위치하며, LED 광원(720)에서 조사되는 빛의 가간섭성, 조도, 범위 등을 조절하도록 구성될 수 있다. 핀 홀(730)의 구멍은 nm~㎛ 단위의 크기를 갖는 미세 구멍일 수 있다. 예를 들어, 핀 홀(730)은 암시야 이미지 촬영 시 사용하며, 명시야 이미지 촬영시에는 LED 광원(720)으로부터 분리되거나 LED 광원(720)의 측면으로 이동시킬 수 있다.
이미지 센서(740)는 바이오 칩(710)의 하면과 가까운 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(740)는, CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 이미지 센서 또는 CCD(Charge Coupled Device)센서로 구현될 수 있다. 이미지 센서(740)는, LED 광원(720)에 의해발생한세포의 그림자 이미지 또는 산란광을 감지하거나, 도 1에 도시된 레이저 광원에 의해 발생한 측방 산란광을 감지할 수 있다.
도 7은, 세포 분석 장치(700) 내부에 바이오 칩(710)의 상측 및 하측에 각각 LED 광원(720) 및 이미지 센서(740)가 배치된 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바이오 칩(710)의 일 측에는 도 1에 도시된 것과 같은 하나 이상의 레이저 광원이 설치되고, 이와 대향하는 바이오 칩(710)의 타 측에는 하나 이상의 포토센서가 설치될 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 레이저광 의해 세포로부터 발생한 측방 산란광을 감지하는 세포 분석 장치(800)를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 세포 분석 장치(800)는, 바이오 칩(710)의 상 측에 배치되며, 레이저 광원에 의해 바이오 칩(710)에 포함된 세포로부터 발생한 측방 산란광을 감지하는 하나 이상의 수광 소자(810, 820, 830)를 포함할 수 있다. 이 경우, 레이저 광원은 바이오 칩(710)의 측면에 배치되어 바이오 칩(710)의 측면을 향해 단면광 또는 포인트 형태의 레이저광을 조사할 수 있다. 하나 이상의 수광 소자(810, 820, 830)는, 레이저 광원이 바이오 칩(710)의 측면을 향해 레이저광을 조사하는 경우 바이오 칩(710)의 상면으로부터 생성되는 측방 산란광을 감지할 수 있도록 바이오 칩(710)의 상 측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 바이오 칩(710)은 도 1에 도시된 바이오 칩(110)과 동일한 구성을 포함할 수 있다.
이미지 센서(740)는 바이오 칩(710)의 하면과 가까운 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(740)는, CMOS 이미지 센서로 구현될 수 있다. 이미지 센서(740)는, LED 광원에 의해 발생한 세포의 그림자 이미지 또는 레이저 광원에 의해 발생한 세포의 측방 산란광을 감지할 수 있다.
도 3에는 수광 소자(810, 820, 830)를3개로 도시되었으나, 이에 한정되지 않으며, 임의의 개수의 수광 소자를 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 수광 소자(810, 820, 830)는, 높은 감지 성능을 갖는 PMT(photomultiplier), MPPC(multi-pixel photon counter), SiPM(silicon Photo Multiplier)등과 같은 광센서를 이용하여, 이미지 센서 보다 샘플을 정밀하게 관측할 수 있다.
또한, 도 3에는, 세포 분석 장치(800) 내부에 바이오 칩(710)의 상측 및 하측에 각각 수광 소자(810, 820, 830) 및 이미지 센서(740)가 배치된 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바이오 칩(710)의 일 측에는 도 1에 도시된 것과 같은 하나 이상의 레이저 광원이 설치되고, 이와 대향하는 바이오 칩(710)의 타 측에는 하나 이상의 포토센서가 설치될 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 세포 분석 장치에서 설치된 바이오 칩을 향해 레이저광을 조사했을 때, 바이오 칩 내에 다양한 형광 색소 또는 형광 물질이 염색된 세포로부터 여기 또는 산란되는 형광의 스펙트럼(900)을 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 다양한 형광 색소에 의해 염색된 세포는 상이한 파장의 레이저광을 조사함에 따라 검출되는 형광이 다르게 나타날 수 있다. 예를 들어, FITC(S910)로 염색된 세포는,488 nm 파장(청색광)의 레이저광이 조사될 때,520 nm 파장(녹색광)의 형광이 여기되어 발생된다. 또한, PerCP 또는 PerCPCy5.5(S920)로 염색된 세포는, 488 nm 파장의 레이저광 및 638 nm 파장의 레이저광 모두에 대해 빨간색의 형광이 여기되어 발생된다. 또한, DAPI(S930)로 염색된 세포는 488 nm 파장의 레이저광을 대신하여 355 nm UV 레이저 또는 365 nm LED의 광원으로 조사될 때, 청색광인 450 nm 부근의 형광이 여기되어 발생된다.
예를 들어, 도 1을 참조하여 설명된 레이저 광원(122, 124, 126)을 바이오 칩(110)에 포함된 다양한 형광 색소로 염색된 세포들에 조사하는 경우, 그래프(S910)는 488 nm의 파장을 갖는 단면광 레이저 광원인 제1 레이저 광원(122)에 의해 발생되는 형광의 세기 또는 스펙트럼 분포를 나타낼 수 있다. 이와 같이 FITC(S910)에 의해 염색된 세포로부터 발생되는 형광의 감지 결과는, 헤모사이토미터(hemocytometer)로 세포수를 산정하기 위해 사용될 수 있거나 세포의 특징을 추출하는데 사용될 수 있다. 한편, 그래프(S920)는 488 nm 또는 638 nm의 파장을 갖는 레이저 광원(122, 124, 126)에 의해 발생되는 형광의 세기 또는 스펙트럼 분포를 나타낼 수 있다. 또한, 그래프(S930)는 355 nm 또는 365 nm 파장을 갖는 레이저 광원(122, 124, 126)에 의해 발생되는 형광의 세기 또는 스펙트럼 분포를 나타낼 수 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 바이오 칩을 이용한 세포 분석 방법(1000)을 나타내는 도면이다. 바이오 칩을 이용한 세포 분석 방법(1000)은 샘플 챔버, 유체역학적 결합 영역 및 바이오 칩 출구채널을 포함하는 바이오 칩을 준비하는 단계(S1010)로 시작될 수 있다. 바이오 칩에 샘플을 주입하면, 샘플 챔버로 배출된 후, 유체역학적 결합 영역에서 샘플과 시스액이 혼합될 수 있다. 혼합 또는 결합된 샘플과 시스액은 바이오 칩 출구채널로 배출될 수 있다.
다음으로, 레이저 광원에 의해, 바이오 칩의 측면으로부터 샘플 챔버, 유체역학적 결합 영역, 및 바이오 칩 출구채널 중 적어도 하나를 향해 레이저광을 조사할 수 있다(S1020). 일 실시예에서, 도 1을 참조하면, 제1 레이저 광원은 샘플 챔버를 향해 레이저광을 조사할 수 있다. 샘플 챔버에 조사된 레이저 광은 단면광이며, 샘플의 세포수를 카운팅할 수 있다. 그 다음, 샘플은 유체역학적 결합 영역으로 배출될 수 있고, 유체역학적 결합 영역에서 시스액과 결합될 수 있다. 제2 레이저 광원은 유체역학적 결합 영역을 향해 레이저광을 조사할 수 있다. 유체역학적 결합 영역에 조사된 광은 측방 산란과 전방 산란을 발생시킬 수 있다. 그 다음, 결합된 샘플과 시스액은 바이오 칩 출구채널로 배출될 수 있다. 제3 레이저 광원은 바이오 칩 출구채널을 향해 레이저광을 조사할 수 있다. 바이오 칩 출구채널에 조사된 광은 측방 산란과 전방 산란을 발생시킬 수 있다.
마지막으로, 포토 센서에 의해, 레이저 광원의 조사에 의해 샘플 챔버, 유체역학적 결합 영역, 및 바이오 칩 출구채널 중 적어도 하나로부터 발생되는 산란광을 촬영할 수 있다(S1030). 제1 레이저 광원에 의해 샘플 챔버 내의 샘플로부터 발생한 전방 산란은 제1 포토 센서에서 감지할 수 있다. 다음으로, 제2 레이저 광원에 의해 유체역학적 결합 영역에서 발생한 전방 산란은 제2 포토 센서에 의해 감지할 수 있다. 또한, 제2 포토 센서는 결합 영역의 샘플과 시스액의 혼합 상태를 감지할 수 있다. 마지막으로, 제3 레이저 광원에 의해 바이오 칩 출구채널에서 발생한 전방 산란은 제3 포토 센서에서 감지하고, 제3 포토 센서는 바이오 칩 출구채널 내의 샘플의 배열 상태 또는 흐름과 같은 샘플 특성을 감지할 수 있다.
본 개시의 앞선 설명은 당업자들이 본 개시를 행하거나 이용하는 것을 가능하게 하기 위해 제공된다. 본 개시의 다양한 수정예들이 당업자들에게 쉽게 자명할 것이고, 본 명세서의 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 취지 또는 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변형예들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 개시는 본 명세서에 설명된 예들에 제한되도록 의도된 것이 아니고, 본 명세서에 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위가 부여되도록 의도된다.
비록 본 주제가 구조적 특징들 및/또는 방법론적 작용들에 특정한 언어로 설명되었으나. 첨부된 청구항들에서 정의된 주제가 위에서 설명된 특정 특징들 또는 작용들로 반드시 제한되는 것은 아님이 이해될 것이다. 오히려, 위에서 설명된 특정 특징들 및 작용들은 청구항들을 구현하는 예시 적인 형태로서 설명된다.
본 명세서에서는 본 개시가 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 개시의 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 본 개시의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속 하는 것으로 생각되어야 한다.

Claims (17)

  1. 세포분석을 위한 바이오 칩으로서,
    샘플을 수용하도록 구성된 샘플 챔버;
    상기 샘플 챔버의 일 측에 연결되며, 상기 샘플 챔버 내의 샘플을 배출하기 위한 공기압을 생성하는 제1 펌프;
    상기 샘플 챔버 및 시스액이 공급되는 시스액 공급 채널과 연결되며, 상기 샘플 챔버로부터 배출되는 상기 샘플 및 상기 시스액 공급 채널을 통해 공급되는 시스액이 혼합되도록 구성된 유체역학적 결합 영역; 및
    상기 유체역학적 결합 영역으로부터 상기 혼합된 샘플 및 시스액이 배출되도록 구성된 바이오 칩 출구채널
    을 포함하는, 바이오 칩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시스액 공급 채널에 연결되며, 시스액을 수용하도록 구성된 시스액 챔버; 및
    상기 시스액 챔버의 일 측에 연결되며, 상기 시스액 챔버 내의 상기 시스액을 상기 시스액 공급 채널을 통해 상기 유체역학적 결합 영역을 향해 배출하기 위한 공기압을 생성하는 제2 펌프;
    를 더 포함하는, 바이오 칩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유체역학적 결합 영역을 향해 음향 진동을 발생시키는 음향 진동 소자
    를 더 포함하는, 바이오 칩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 샘플 챔버, 상기 유체역학적 결합 영역 및 상기 바이오 칩 출구채널 중 적어도 하나를 향해 레이저광을 조사하는 레이저 광원
    을 더 포함하는, 바이오 칩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 레이저 광원은,
    상기 샘플 챔버의 측면을 향해 단면광을 조사하기 위한 제1 레이저 광원;
    상기 유체역학적 결합 영역의 측면을 향해 레이저광을 조사하기 위한 제2 레이저 광원; 및
    상기 바이오 칩 출구채널의 측면을 향해 레이저광을 조사하기 위한 제3 레이저 광원
    을 포함하는, 바이오 칩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 레이저 광원은,
    레이저 광을 발생시키는 레이저 다이오드;
    상기 레이저 광을 굴절시키는 비구면 렌즈; 및
    상기 레이저 광을 수렴하여 상기 샘플 챔버를 향해 상기 단면광을 조사하기 위한 실린더 렌즈
    를 포함하는, 바이오 칩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 바이오 칩 출구채널은, 상기 샘플이 배출되는 방향으로 상기 바이오 칩 출구채널의 적어도 일부의 폭이 좁아지도록 구성된, 바이오 칩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 샘플 챔버, 상기 유체역학적 결합 영역 및 상기 바이오 칩 출구채널 중 적어도 하나로부터 발생되는 산란광을 촬영하는 포토 센서
    를 더 포함하는, 바이오 칩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 포토 센서는,
    상기 샘플 챔버 내의 샘플을 향해 조사된 단면광에 의해 발생되는 전방 산란을 감지하기 위한 제1 포토 센서;
    상기 유체역학적 결합 영역 내의 상기 시스액 및 상기 샘플의 결합 상태를 감지하거나 레이저광에 의해 발생되는 전방 산란을 감지하기 위한 제2 포토 센서; 및
    상기 바이오 칩 출구채널을 통해 배출되는 상기 샘플을 감지하거나 레이저 광에 의해 발생되는 전방 산란을 감지하기 위한 제3 포토 센서
    를 포함하는, 바이오 칩.
  10. 바이오 칩을 이용한 세포 분석 방법으로서,
    샘플 챔버로 샘플을 공급하는 단계;
    시스액 챔버로 시스액을 공급하는 단계;
    제1 펌프에 의해, 상기 샘플 챔버 내의 샘플을 유체역학적 결합 영역으로 배출하는 단계;
    제2 펌프에 의해, 상기 시스액 챔버 내의 상기 시스액을 상기 유체역학적 결합 영역으로 배출하는 단계;
    바이오 칩 출구채널의 의해, 상기 유체역학적 결합 영역에서 혼합된 상기 샘플 및 상기 시스액을 배출하는 단계; 및
    레이저 광원 및 포토센서에 의해, 상기 샘플 챔버, 상기 유체역학적 결합 영역 및 상기 바이오 칩 출구채널 중 적어도 하나에서 세포의 수 또는 세포의상태를 감지하는 단계
    를 포함하는, 세포 분석 방법.
  11. 바이오 칩을 이용한 세포분석 장치로서,
    샘플을 수용하도록 구성된 샘플 챔버, 상기 샘플 챔버 및 시스액 공급 채널과 연결되며, 상기 샘플 챔버의 출구로부터 배출되는 상기 샘플 및 상기 시스액 공급 채널을 통해 공급되는 시스액이 혼합되도록 구성된 유체역학적 결합 영역, 및 상기 유체역학적 결합 영역에서 혼합된 상기 샘플 및 상기 시스액이 배출되도록 구성된 바이오 칩 출구채널을 포함하는 바이오 칩;
    상기 바이오 칩의 측면으로부터 상기 샘플 챔버, 상기 유체역학적 결합 영역, 및 상기 바이오 칩 출구채널 중 적어도 하나를 향해 레이저광을 조사하는 하나 이상의 레이저 광원; 및
    상기 레이저광의 조사에 의해 상기 샘플 챔버, 상기 유체역학적 결합 영역, 및 상기 바이오 칩 출구채널 중 적어도 하나로부터 발생되는 산란광을 촬영하는 하나 이상의 포토 센서
    를 포함하는, 세포 분석 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 바이오 칩은,
    상기 시스액 공급 채널에 연결되며, 시스액을 수용하도록 구성된 시스액 챔버;
    를 더 포함하는, 세포 분석 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 바이오 칩의 상면을 향해 광을 조사하는 LED 광원; 및
    상기 바이오 칩의 하면에 위치한 이미지센서
    를 더 포함하는, 세포 분석 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 바이오 칩 및 상기 LED 광원 사이에 위치하며, 상기 광의 조사 범위를 한정하도록 구성된 핀 홀
    을 더 포함하는, 세포 분석 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 하나 이상의 레이저 광원에 의해 상기 바이오 칩의 상면에 발생되는 측방 산란광을 감지하는 하나 이상의 수광 소자
    를 더 포함하는, 세포 분석 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 이미지 센서는, 상기 하나 이상의 레이저 광원에 의해 상기 바이오 칩의 하면에 발생되는 측방 산란광 또는 형광을 감지하거나, 상기 LED 광원에서 조사된 광에 의해 상기 바이오 칩의 하면에 생성되는 암시야 이미지 또는 명시야 또는 흡광이미지를 감지하도록 구성된, 세포 분석 장치.
  17. 바이오 칩을 이용한 세포 분석 방법으로서,
    샘플을 수용하도록 구성된 샘플 챔버, 상기 시스액을 수용하도록 구성된 시스액 챔버, 상기 샘플 챔버 및 상기 시스액 챔버와 연결되며, 상기 샘플 챔버 및 상기 시스액 챔버로부터 각각 배출되는 샘플 및 시스액이 혼합되도록 구성된 유체역학적 결합 영역, 및 상기 유체역학적 결합 영역에서 혼합된 샘플 및 시스액이 배출되도록 구성된 바이오 칩 출구채널을 포함하는 바이오 칩을 준비하는 단계;
    하나 이상의 레이저 광원에 의해, 상기 바이오 칩의 측면으로부터 상기 샘플 챔버, 상기 유체역학적 결합 영역, 및 상기 바이오 칩 출구채널 중 적어도 하나를 향해 레이저광을 조사하는 단계; 및
    하나 이상의 포토 센서에 의해, 상기 하나 이상의 레이저 광원의 조사에 의해 상기 샘플 챔버, 상기 유체역학적 결합 영역, 및 상기 바이오 칩 출구채널 중 적어도 하나로부터 발생되는 산란광을 촬영하는 단계
    를 포함하는, 세포 분석 방법.
PCT/KR2022/016720 2022-08-24 2022-10-28 세포 분석을 위한 바이오 칩 및 이를 이용한 세포 분석 장치 WO2024043395A1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220105960A KR102553905B1 (ko) 2022-08-24 2022-08-24 세포 분석을 위한 바이오 칩
KR10-2022-0105960 2022-08-24
KR10-2022-0105961 2022-08-24
KR1020220105961A KR102515270B1 (ko) 2022-08-24 2022-08-24 바이오 칩을 이용한 세포 분석 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024043395A1 true WO2024043395A1 (ko) 2024-02-29

Family

ID=90013302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2022/016720 WO2024043395A1 (ko) 2022-08-24 2022-10-28 세포 분석을 위한 바이오 칩 및 이를 이용한 세포 분석 장치

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024043395A1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100670590B1 (ko) * 2005-10-05 2007-01-17 주식회사 디지탈바이오테크놀러지 확장된 채널을 가진 마이크로칩 및 이를 이용하는 미세입자 분석 장치
JP2010286292A (ja) * 2009-06-10 2010-12-24 Sony Corp 微小粒子測定装置
JP2018526215A (ja) * 2015-06-25 2018-09-13 サイトノーム／エスティー・エルエルシー 音響操作を用いるマイクロ流体デバイスおよびシステム
JP6526758B2 (ja) * 2017-09-01 2019-06-05 プレミアム ジェネティクス （ユーケー） リミテッド マイクロ流体チップ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100670590B1 (ko) * 2005-10-05 2007-01-17 주식회사 디지탈바이오테크놀러지 확장된 채널을 가진 마이크로칩 및 이를 이용하는 미세입자 분석 장치
JP2010286292A (ja) * 2009-06-10 2010-12-24 Sony Corp 微小粒子測定装置
JP2018526215A (ja) * 2015-06-25 2018-09-13 サイトノーム／エスティー・エルエルシー 音響操作を用いるマイクロ流体デバイスおよびシステム
JP6526758B2 (ja) * 2017-09-01 2019-06-05 プレミアム ジェネティクス （ユーケー） リミテッド マイクロ流体チップ

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CARVALHO DENISE A. M., PINTO VÂNIA C., SOUSA PAULO J., MAGALHÃES VITOR H., FERNÁNDEZ EMILIO, GOMES PEDRO A., MINAS GRAÇA, GONÇALVE: "Methodology for Phytoplankton Taxonomic Group Identification towards the Development of a Lab-on-a-Chip", APPLIED SCIENCES, MDPI SWITZERLAND, vol. 12, no. 11, 26 January 2022 (2022-01-26), pages 5376, XP093142161, ISSN: 2076-3417, DOI: 10.3390/app12115376 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230090141A1 (en) System And Method For Characterizing Particulates In A Fluid Sample
US9442106B2 (en) Simple and affordable method for immunophenotyping using a microfluidic chip sample preparation with image cytometry
US10267721B2 (en) Apparatus and method for analyzing and sorting cell particles in solution
JP3891925B2 (ja) 生物学的粒子の情報を得る装置
US8691164B2 (en) Cell sorting system and methods
US20090051912A1 (en) Modular Microfluidic Flow Cytometer and Method Applications
US11874228B2 (en) Methods for identification of particles in a fluid sample
US7161665B2 (en) High resolution imaging fountain flow cytometry
EP2439515A2 (en) Probe composition for cell counting and analysis
CA2938896A1 (en) Detecting and using light representative of a sample
WO2009125974A2 (en) Multi-channel bio reactor with fluorescence detector and on-line monitoring apparatus of it
US20230360413A1 (en) Methods for distinguishing particles in a fluid sample
CN105699671A (zh) 一种用于生物微粒分型分析的小型微流控芯片系统
US10429387B2 (en) Simple and affordable method for immuophenotyping using a microfluidic chip sample preparation with image cytometry
WO2024043395A1 (ko) 세포 분석을 위한 바이오 칩 및 이를 이용한 세포 분석 장치
JP7390305B2 (ja) マイクロ流体チップ構成および動力学を用いた光力測定および細胞画像化のためのマイクロ流体チップデバイス
KR102515270B1 (ko) 바이오 칩을 이용한 세포 분석 장치
KR102553905B1 (ko) 세포 분석을 위한 바이오 칩
US20210080372A1 (en) Microparticle sorting device and method for sorting microparticles
Mohan et al. Development of a Lab on a Chip Flow Cytometer-Portable and Affordable Flowcytometer for Point of Care Diagnostics in Rural Areas
CN115372326A (zh) 一种荧光成像传感检测系统及方法
WO2014142559A1 (ko) 혈중 희소 세포의 검출 및 계수 장치와 방법
JP2013217673A (ja) 計数チップ、計数方法、および計数装置

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: 22956601

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1