선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 나선형 채널이 포함된 시료 카트리지의 회전을 통해 채널 내에 분산된 미세 입자를 채널 윗면에 형성된 초점 평면으로 정렬시킬 수 있음을 보였다. 입자 밀도가 용액 밀도보다 큰 경우에는 카트리지 회전에 의한 원심력이 발생하여 입자를 채널의 바깥쪽으로 정렬시키므로 렌즈의 초점을 채널 윗면에 정렬된 입자에 맞춰서 균일한 형광 강도를 얻을 수 있게 된다.
제안 방법
- (6-8) 본 연구진은 3차원 나선형 미니채널 기반의 시료 카트리지를 제작하여 일반적인 2차원 평면 채널 기반의 시스템과 다르게 2축 이송 스테이지를 사용하지 않고 DC 모터 1개를 이용하여 기구부 설계를 단순화하였고 긴 나선형 채널을 따라 여러 장의 세포영상을 얻을 수 있는 시료 카트리지를 고안하였다.(9,10) 최근에는 다양한 플라스틱 재질의 나사선 채널과 같은 볼트를 저렴하게 구할 수 있고 투명하므로 바이오/환경 입자상 시료를 분석하는 일회용 샘플 카트리지로 사용할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
- 시료 카트리지에 주입되는 용액과 부유 입자의 상대적인 밀도 차이가 입자 정렬에 미치는 영향을 알아보고자 밀도가 조절된 글리세롤 용액을 혈액 대용 유체로 사용하고 밀도가 일정한 형광미세입자를 림프구 대신 사용하였다. 20% 및 40%로 희석된 글리세롤 수용액의 점성계수는 상온에서 점도계(microVISC, RheoSense)로 측정하였다. 글리세롤 용액의 밀도는 글리세롤과 증류수의 혼합 비율을 고려하여 추정하였으며, 혈구와 미세입자의 밀도는 각각 참고문헌과 제조사를 통해 확보하였다.
- 입자 정렬에 따른 입자 계수 성능을 평가하고자 형광입자를 혈액의 플라즈마 밀도와 유사한 10%글리세롤 용액과 혼합하여 5%, 10%, 20%의 세 단계로 희석하였다. 3개의 다른 농도로 제조된 형광 입자 현탁액을 시료 카트리지에 주입하고 2000 rpm의 속도로 카트리지를 3분 회전시킨 후 나선형 채널을 따라 촬영한 여러 장의 입자 영상을 분석하여 입자를 계수하고 혈구계수용 플라스틱 시료 챔버(C-Chip)에서 얻은 입자 농도와 비교하였다. 2.
- 5%, 10%, 20% 농도로 희석한 형광입자 시료를 10% 글리세롤 수용액에 혼합하고 카트리지에 주입한 후에 입자 영상 분석을 통해 계수하여 얻은 입자 농도를 C-Chip에서 측정한 결과와 비교하여 Fig. 5에 나타내었다. 나선형 채널에서 측정한 입자 농도는 채널의 기계가공 오차를 고려한 시료 부피를 보정하여 계산한 값이다.
- 또한 현재 상용화 되어 있는 현장검사 기기의 카트리지의 경우 약 5 μL의 시료를 분석 하지만 긴 나선형 채널의 경우 채널 개수를 늘려 2배 이상의 시료를 분석하여 분석의 정확도를 향상시켰다. 개념증명 실험을 위해 CD4 림프구 대신 밀도와 크기가 유사한 형광입자를 사용하여 나선형 미니채널 카트리지의 고속회전 시 나타나는 입자 정렬 현상과 입자 계수 성능을 평가하였다.
- 20% 및 40%로 희석된 글리세롤 수용액의 점성계수는 상온에서 점도계(microVISC, RheoSense)로 측정하였다. 글리세롤 용액의 밀도는 글리세롤과 증류수의 혼합 비율을 고려하여 추정하였으며, 혈구와 미세입자의 밀도는 각각 참고문헌과 제조사를 통해 확보하였다.
- 이 형광 입자를 이용하여 나선형 미니채널 안에 주입한 형광입자의 정렬 현상을 관찰하고 정량적으로 분석하고자 시료 카트리지에 20% 농도로 희석한 10 μm 미세입자 현탁액을 5 mL 주사기로 주입하고 카트리지를 DC 모터 축에 연결한 후, 모터 속도 및 회전 지속 시간에 따른 형광입자의 분포를 영상으로 획득하였다. 모터는 2000 rpm 속도로 회전시켰으며, 1분간 모터 회전 후 형광현미경(IX51, Olympus)에서 10배 대물렌즈(NA = 0.3)로 초점을 채널 윗면에 고정시키고 카트리지를 일정한 각도로 돌려가면서 나선형 채널을 따라 여러 장의 형광입자 영상을 획득하였다. 사용한 대물렌즈의 초점 깊이(depth of field)는 9 μm이다.
- 0221 g/mL과 유사하다. 밀도가 입자 정렬에 미치는 효과를 알아보고자 증류수의 경우에 회전 속도 2000 rpm으로 1분간 회전시켜 회전 전과 회전 후의 형광 입자 분포를 확인하였으며, 20% 및 40% 글리세롤 용액에 혼합된 형광 입자의 경우 회전 속도 3000 rpm으로 각각 4분 및 1분간 회전시켜 입자의 채널 내 분포를 측정하여 Fig. 2, Fig. 3 및 Fig. 4에 나타내었다. 증류수를 사용한 경우, 카트리지 회전 전인 Fig.
- 시료 카트리지에 주입되는 용액과 부유 입자의 상대적인 밀도 차이가 입자 정렬에 미치는 영향을 알아보고자 밀도가 조절된 글리세롤 용액을 혈액 대용 유체로 사용하고 밀도가 일정한 형광미세입자를 림프구 대신 사용하였다. 20% 및 40%로 희석된 글리세롤 수용액의 점성계수는 상온에서 점도계(microVISC, RheoSense)로 측정하였다.
- 이 형광 입자를 이용하여 나선형 미니채널 안에 주입한 형광입자의 정렬 현상을 관찰하고 정량적으로 분석하고자 시료 카트리지에 20% 농도로 희석한 10 μm 미세입자 현탁액을 5 mL 주사기로 주입하고 카트리지를 DC 모터 축에 연결한 후, 모터 속도 및 회전 지속 시간에 따른 형광입자의 분포를 영상으로 획득하였다.
- 입자 정렬에 따른 입자 계수 성능을 평가하고자 형광입자를 혈액의 플라즈마 밀도와 유사한 10%글리세롤 용액과 혼합하여 5%, 10%, 20%의 세 단계로 희석하였다. 3개의 다른 농도로 제조된 형광 입자 현탁액을 시료 카트리지에 주입하고 2000 rpm의 속도로 카트리지를 3분 회전시킨 후 나선형 채널을 따라 촬영한 여러 장의 입자 영상을 분석하여 입자를 계수하고 혈구계수용 플라스틱 시료 챔버(C-Chip)에서 얻은 입자 농도와 비교하였다.
- 사용한 대물렌즈의 초점 깊이(depth of field)는 9 μm이다. 채널 깊이 방향으로 입자의 위치를 추정하고자 영상 처리 및 분석 프로그램 (ImageJ)으로 형광입자의 경계를 검출한 후 입자의 크기를 구하여 채널 내에서 상대적인 입자 위치를 추정하였다. 채널 바깥쪽, 즉 렌즈에 가까운 채널 윗면에 분포하는 입자는 초점이 잘 맞아서 선명하게 관찰되지만 입자 위치가 초점 평면에서 멀어질 수록 직경은 더 커지고 형광 강도는 약해진다.
대상 데이터
- CD4 림프구의 지름은 보통 10-25 μm이기 때문에 지름이 10 μm 인 형광 입자(FluoSpheres F8834, ThermoFisher)를 사용하였다.
- 사용한 대물렌즈의 초점 깊이(depth of field)는 9 μm이다.
- 입자 정렬을 확인하기 위해서 CD4 림프구 대신 밀도와 크기가 유사한 형광 입자를 이용하였다. CD4 림프구의 지름은 보통 10-25 μm이기 때문에 지름이 10 μm 인 형광 입자(FluoSpheres F8834, ThermoFisher)를 사용하였다.
성능/효과
- 3개의 다른 농도로 제조된 형광 입자 현탁액을 시료 카트리지에 주입하고 2000 rpm의 속도로 카트리지를 3분 회전시킨 후 나선형 채널을 따라 촬영한 여러 장의 입자 영상을 분석하여 입자를 계수하고 혈구계수용 플라스틱 시료 챔버(C-Chip)에서 얻은 입자 농도와 비교하였다. 2.3절에 기술한 바와 같이 렌즈의 초점을 채널 윗면에 고정시켜서 입자 영상을 획득하였으므로 영상 처리 과정에서 이진화(binarization)를 거치면 설정한 임계 계조치(threshold grey level)보다 낮은 값을 갖는 입자 영상은 제거되어 입자 계수에 반영되지 않게 된다.
- 입자 밀도가 용액 밀도보다 큰 경우에는 카트리지 회전에 의한 원심력이 발생하여 입자를 채널의 바깥쪽으로 정렬시키므로 렌즈의 초점을 채널 윗면에 정렬된 입자에 맞춰서 균일한 형광 강도를 얻을 수 있게 된다. 결과적으로 영상 처리 및 분석 과정에서 소실되는 입자가 감소하여 자동 입자 계수의 정확도를 향상시킬 수 있다. 또한 용액의 밀도에 따라 필요로 하는 회전 속도와 시간이 다르며, 용액의 점성이 클수록 빠른 회전속도를 필요로 하며 점성 용액의 경우 용액의 밀도와 입자의 밀도 차이가 작을수록 더 많은 시간을 필요로 하는 것을 확인하였다.
- 결과적으로 영상 처리 및 분석 과정에서 소실되는 입자가 감소하여 자동 입자 계수의 정확도를 향상시킬 수 있다. 또한 용액의 밀도에 따라 필요로 하는 회전 속도와 시간이 다르며, 용액의 점성이 클수록 빠른 회전속도를 필요로 하며 점성 용액의 경우 용액의 밀도와 입자의 밀도 차이가 작을수록 더 많은 시간을 필요로 하는 것을 확인하였다. 후속 연구를 통해서 회전하는 나선형 미세채널 내 입자의 거동과 정렬에 영향을 주는 밀도, 점도, 원심력, 점성항력 등의 상관 관계를 규명하여 혈액에 포함된 림프구 분리 및 정렬에 적용하고 입자 정렬에 대한 조건 최적화 연구를 수행하고자 한다.
후속연구
- 후속 연구를 통해서 회전하는 나선형 미세채널 내 입자의 거동과 정렬에 영향을 주는 밀도, 점도, 원심력, 점성항력 등의 상관 관계를 규명하여 혈액에 포함된 림프구 분리 및 정렬에 적용하고 입자 정렬에 대한 조건 최적화 연구를 수행하고자 한다. 렌즈에 따른 초점 깊이를 고려하여 채널을 납작하게 미세가공 할 필요가 없게 되면 채널의 제작 단가를 절감할 수 있게 되므로 의료서비스 소외 지역에 CD4 현장 검사기기를 도입하는 과정에서 가장 큰 걸림돌인 회당 검사비용을 낮추는데 기여할 수 있을 것으로 전망한다.
- 또한 입자의 농도가 증가함에 따라 C-chip에서 얻은 값과 회전 후의 얻은 값의 차이가 커지는 이유는 입자의 농도가 증가하여 몇몇의 입자들이 겹치기 때문에 입자 영상 분석 시 겹치는 입자들이 하나로 계수되어 낮은 농도일 때 보다큰 차이를 보였다. 입자 영상 분석 방법을 개선한다면 이 차이를 줄일 수 있을 것으로 판단된다. 채널 가장 윗면에 초점을 맞춘 상태에서 입자를 계수한 결과로 카트리지 회전 전에는 입자들이 채널 깊이 방향으로 넓게 분포되었다가 회전 후에는 채널에 분산되어 있던 입자들이 초점을 맞춘 윗면에 가깝게 정렬되기 때문에 영상 자동 분석을 통한 입자 계수 과정에서 소실되는 입자가 감소하게 되어 결과적으로 입자 계수의 정확도가 향상된다.
- 이는 40% 글리세롤 용액보다 입자의 밀도가 작기 때문에 카트리지를 회전시키지 않고도 채널 내에서 부력에 의해 입자가 채널 윗면 쪽으로 정렬되었다고 분석할 수 있다. 후속 연구를 통해 카트리지 회전 시 용액과 입자의 상대적인 밀도 및 점도 차이에 의해 발생하는 입자 거동 메커니즘을 규명할 필요가 있다.
- 또한 용액의 밀도에 따라 필요로 하는 회전 속도와 시간이 다르며, 용액의 점성이 클수록 빠른 회전속도를 필요로 하며 점성 용액의 경우 용액의 밀도와 입자의 밀도 차이가 작을수록 더 많은 시간을 필요로 하는 것을 확인하였다. 후속 연구를 통해서 회전하는 나선형 미세채널 내 입자의 거동과 정렬에 영향을 주는 밀도, 점도, 원심력, 점성항력 등의 상관 관계를 규명하여 혈액에 포함된 림프구 분리 및 정렬에 적용하고 입자 정렬에 대한 조건 최적화 연구를 수행하고자 한다. 렌즈에 따른 초점 깊이를 고려하여 채널을 납작하게 미세가공 할 필요가 없게 되면 채널의 제작 단가를 절감할 수 있게 되므로 의료서비스 소외 지역에 CD4 현장 검사기기를 도입하는 과정에서 가장 큰 걸림돌인 회당 검사비용을 낮추는데 기여할 수 있을 것으로 전망한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.