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스마트폰 기반 형광 smartscope의 입자계수 및 회전하는 나선형 채널의 입자정렬 성능 평가
Evaluation of Particle Counting by Smartphone-based Fluorescence Smartscope and Particle Positioning in Spinning Helical Channel 원문보기

한국산업정보학회논문지 = Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, v.20 no.3, 2015년, pp.19 - 28  

박은정 (한국기술교육대학교 기계공학과) ,  김수빈 (국민대학교 기계공학과) ,  조명옥 (국민대학교 기계공학과) ,  김경훈 (국민대학교 기계공학과) ,  모히우띤 (국민대학교 의생명융합학과) ,  김선욱 (국민대학교 의생명융합학과) ,  이정훈 (한국기술교육대학교 기계공학부) ,  김중경 (국민대학교 기계공학과)

초록
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스마트폰의 영상정보처리에 기반한 현장 진단기기 개발을 목표로 입자계수용 형광 smartscope와 DC 모터로 제어되는 입자정렬 시스템을 제작하였다. 크기가 작고 저렴한 비용으로 비전문가도 쉽게 다룰 수 있는 smartscope는 LED, 볼렌즈, 형광필터가 설치된 어댑터가 스마트폰 카메라 앞에 장착되어 전용 애플리케이션으로 형광입자와 형광염색된 백혈구를 계수할 수 있었다. 모터는 안드로이드 스마트폰의 블루투스 무선통신 기능을 통해 제어되었다. 나선형 미세유동채널이 축을 중심으로 회전하는 동안 백혈구와 크기가 유사한 입자가 정렬되는 현상을 관찰하였다. 모터로 회전 방향과 속도가 조절되는 입자 정렬 시스템은 많은 시간이 소요되는 수작업을 최소화하고 시료 전처리 과정을 자동화할 수 있으므로, smartscope와 통합될 경우 스마트폰을 이용한 현장진단기기에 활용될 수 있을 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

With the aim of developing a smartphone-based point-of-care device that is small, inexpensive, and easy to handle by non-expert, we designed a fluorescence smartscope for counting particles and a DC motor-controlled particle positioning system. Our smartscope can count the number of fluorescent part...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 안드로이드 스마트폰의 블루투스 통신 기능을 통해 무선으로 제어되는 DC 모터를 활용하여 나선형 미세유동채널의 회전에 의한 입자의 정렬 기능을 구현하였다. 궁극적으로는 시료 카트리지에 전혈 주입 후 시료 전처리에서 분석까지의 전 과정을 자동으로 수행하는 현장진단기기 개발을 목표로 하고 있으나 본 연구에서는 각 기능을 독립적으로 수행하는 두 가지 요소 시스템 개발에 주력하였다.
  • 본 논문에서는 HIV의 감염여부를 진단하는 현장진단기기를 목표로 두 가지 시스템을 개발하여 성능을 평가하였다. 상용 스마트폰을 활용한 영상 기반 세포분석기인 smartscope[13-14]에 형광검출 기능을 추가한 시스템을 구성하였고 시뮬레이션 프로그램을 통해 시스템의 광학적 성능을 평가한 후에 입자 계수 성능을 검증하였다.
  • 본 논문에서는 현장진단기기에 활용할 수 있는 두 가지 요소 시스템을 제안하였다. Smartscope는 휴대성이 용이하고 일상생활에서 사용하는 스마트폰을 활용하여 혈액검사를 할 수 있다는 장점을 갖는다.
  • 현장진단은 환자가 있는 현장에서 바로 수행하여 결과를 획득해 신속한 치료를 할 수 있도록 하는 진단을 의미한다. 현장진단의 목적은 질병의 조기검진 및 더 나은 치료를 위한 환자 모니터링이다. 현장진단기기는 연구용이나 병원용 진단기기와 다르게 연구소의 전문 인력과 고가의 전문 설비를 활용하지 못하기 때문에 이용방법이 단순해야 하며 가볍고 작아야 한다.
  • 형광 smartscope의 입자 계수 성능평가를 수행한 결과 일반 형광현미경 얻은 결과와 상관관계가 있음을 확인하였다. 현재 smartscope가 가지고 있는 한계인 시료챔버의 수동 이송 및 작은 시야크기를 보완하고자 모터로 제어되는 나선형 채널 시료챔버 시스템을 개발하였다. 나선형 채널과 모터 통합 시스템의 가장 큰 장점은 카메라의 위치를 고정시키고 모터의 회전으로 채널 전체를 촬영할 수 있다는 점이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
질병 진단의 목적은? 질병 진단은 질병 발병 및 질병 소인 여부를 신속하게 결정하는 것이 목적이다. 혈액검사 중형태학적 검사는 일반적으로 혈구의 개수 및 모양에 대한 정보를 분석해 환자 상태를 판단한다.
현장진단이란? 같은 세포를 계수한다 할지라도 진단기기에 적용된 기술들은 사용 목적에 따라 연구용·병원용·현장진단용으로 나눌 수 있다[1]. 현장진단은 환자가 있는 현장에서 바로 수행하여 결과를 획득해 신속한 치료를 할 수 있도록 하는 진단을 의미한다. 현장진단의 목적은 질병의 조기검진 및 더 나은 치료를 위한 환자 모니터링이다.
HIV의 감염여부를 진단하는 현장진단기기를 목표로 개발한 두 가지 시스템은? 본 논문에서는 HIV의 감염여부를 진단하는 현장진단기기를 목표로 두 가지 시스템을 개발하여성능을 평가하였다. 상용 스마트폰을 활용한 영상 기반 세포분석기인 smartscope[13-14]에 형광검출 기능을 추가한 시스템을 구성하였고 시뮬레이션 프로그램을 통해 시스템의 광학적 성능을 평가한 후에 입자 계수 성능을 검증하였다. 또한 안드로이드 스마트폰의 블루투스 통신 기능을 통해 무선으로 제어되는 DC 모터를 활용하여 나선형 미세유동채널의 회전에 의한 입자의 정렬 기능을 구현하였다. 궁극적으로는 시료 카트리지에 전혈 주입 후 시료 전처리에서 분석까지의 전 과정을 자동으로 수행하는 현장진단기기 개발을 목표로 하고 있으나 본 연구에서는 각 기능을 독립적으로 수행하는 두 가지 요소 시스템 개발에 주력하였다.
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참고문헌 (15)

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  4. S. Park, B. Moon, B. Lim, B. Hwang and S. Choi, "Development of Wireless Healthcare System for Emergency Treatment," Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, Vol. 14, No. 5, pp. 125-130, 2009. 

  5. D. M. Morens, G. K. Folkers and A. S. Fauci, "The challenge of emerging and re-emerging infectious diseases," Nature, Vol. 430, Iss. 6996, pp. 242-249, 2004. 

  6. P. Yager, G. J. Domingo and J. Gerdes, "Point-of-care diagnostics for global health," Annual Review of Biomedical Engineering Vol. 10, pp. 107-144, 2008. 

  7. V. Gubala, L. F. Harris, A. J. Ricco, M. X. Tan and D. E. Williams, "Point of care diagnostics: status and future," Analytical Chemistry, Vol. 84. Iss. 2, pp. 487-515, 2012. 

  8. V. Oncescu, M. Mancuso and D. Erickson, "Cholesterol testing on a smartphone," Lab on a Chip, Vol. 14, No. 4, pp. 759-763, 2014. 

  9. I. Navruz, A. F. Coskun, J. Wong, S. Mohammad, D. Tseng, R. Nagi, S. Phillips and A. Ozcan, "Smart-phone based computational microscopy using multi-frame contact imaging on a fiber-optic array," Lab on a Chip, Vol. 13, Iss. 20, pp. 4015-4023, 2013. 

  10. R. D. Stedtfeld, D. M. Tourlousse, G. Seyrig, T. M. Stedtfeld, M. Kronlein, S. Price, F. Ahmad, E. Gulari, J. M. Tiedje and S. A. Hashsham, "Gene-Z: a device for point of care genetic testing using a smartphone," Lab on a Chip, Vol. 12, Iss. 8, pp. 1454-1462, 2012. 

  11. D. C. Duffy, J. C. McDonald, O. J. Schueller and G. M. Whitesides, "Rapid prototyping of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane)," Analytical Chemistry, Vol. 70, Iss. 23, pp. 4974-4984, 1998. 

  12. C. D. Chin, V. Linder and S. K. Sia, "Commercialization of microfluidic point-of-care diagnostic devices," Lab on a Chip, Vol. 12, Iss. 12, pp. 2118-2134, 2012. 

  13. C. Park, M.-O. Cho, D. Lee and J. K. Kim, "Analysis of blood cell images using smartphone-based mobile smartscope," Journal of the Korean Society of Visualization, Vol. 10, No. 2, pp. 25-31, 2012. 

  14. S. Kim and J. K. Kim, "Quantitation of antigen-antibody reaction condition for development of fluorescence image-based CD4 rapid test," Journal of the Korean Society of Visualization, Vol. 13, No. 1, pp. 35-42, 2015. 

  15. B. Prasad and J. K. Kim, "CFD analysis of geometric parameters that affect Dean flow in a helical microchannel," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 38, No. 10, pp. 1269-1274, 2014. 

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