KR20090073650A

KR20090073650A - 레이저 어블레이션을 이용한 미소유체 세포 분류장치

Info

Publication number: KR20090073650A
Application number: KR1020070141656A
Authority: KR
Inventors: 김진승
Original assignee: 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2007-12-31
Filing date: 2007-12-31
Publication date: 2009-07-03
Also published as: KR100938927B1

Abstract

본 발명은 미소유체 기판의 채널을 따라 흐르는 목표세포를 검출하고, 레이저 어블레이션(laser ablation)을 이용하여, 그 검출된 목표세포를 분류하는 미소유체 세포 분류장치에 관한 것이다. 미소유체 세포 분류장치는, 세포를 포함한 표본액과 시스액이 흐르는 미소유체 흐름판; 검출 레이저; 상기 미소유체 흐름판에 검출 레이저의 빔을 모아주는 제1 집속렌즈; 상기 미소유체 흐름판을 따라 흐르는 세포에 비춰진 레이저 빔을 모으는 집광렌즈; 상기 집광렌즈의 빛을 검출하여 전기신호를 바꾸는 광검출기; 상기 미소유체 흐름판에 고출력의 펄스 레이저 빔을 출력하는 제1 고출력 펄스 레이저; 상기 미소 유체 흐름판에 상기 고출력의 펄스 레이저 빔을 모아주는 제2 집속렌즈; 및 상기 광검출기로부터 출력된 검출신호를 받아서 목표세포 분류 제어신호를 출력하는 회로부를 구비한다. 상기 제1 고출력 펄스 레이저는 상기 회로부로부터 출력되는 목표세포 분류 제어신호에 따라 상기 미소유체 흐름판에 고출력 펄스 레이저빔을 출력하여 레이저 어블레이션을 일으키고 그에 따라 형성되는 압력 펄스를 현재 검출된 목표세포에 가해 줌으로써, 목표세포를 분류한다.

세포, 분류, 흐름, 레이저, 어블레이션, microfluidics, 채널

Description

레이저 어블레이션을 이용한 미소유체 세포 분류장치{MICROFLUIDIC DEVICE FOR SORTING CELLS USING LASER ABLATION}

본 발명은 세포 분류기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 미소유체 흐름판의 채널을 따라 흐르는 목표세포를 검출하고, 레이저 어블레이션(Laser ablation)을 이용하여, 그 검출된 목표세포를 분류하는 미소유체 세포 분류장치에 관한 것이다.

광학현미경을 통하여 세포를 관찰한 이래로, 세포를 정량적으로 분석하고 분류하기 위하여, 세포 염색기술, 광전자기술, 및 미세관을 따라 세포를 흐르게 하는 기술들을 조합하여 이루어진 "형광활성 세포분류 장치(Fluorescence Activated Cell Sorting Apparatus)"가 개발되었다. 이러한 형광활성 세포분류 장치는 염색된 세포가 소정의 관을 통하여 흐를 수 있게 하는 "세포 흐름 제어계(fluidic system)"와, 세포 흐름 제어계의 제어에 따라 흐르는 세포를 관찰하기 위한 "광학계(optical system)"와, 광학계의 광신호를 전기신호로 처리하는 "전자계(electronic system)"로 이루어진다.

최근 들어, 공학, 물리, 화학, 미세기술, 생명공학 등과 같은 여러 기술과 연관된 첨단기술로서, 마이크로 단위 또는 나노미터 단위(micrometer-scale or nanometer-scale)의 유체량을 다루는 미소유체 기술(microfluidics)이 개발되어서, 생물세포를 다루는 분야에 적용되기 시작하였다. 특히, 이러한 미소유체 기술은 유체에 포함된 생물세포를 분류하는 장치에 적용되어 그 생물세포 분류장치가 해당 생물세포를 정확하게 분류하도록 유용하게 이용된다.

도 1은 종래의 형광활성 세포 분류장치를 나타낸 구성도로서, 예를 들어, 파장이 480nm이고 광출력(power) 100mW의 평행광(S1)을 연속적으로 내는 아르곤이온 레이저(106), 자신의 초점에 평행광(S1)을 집속하는 집속렌즈(107), 집속렌즈(107)의 초점에 모이는 빛을 세포에 비추어주기 위해, 그 초점에 노즐을 위치시키고 그 노즐을 통하여 세포들을 내보내는 세포흐름실(108), 세포가 그 초점을 지나면서 집속된 빛을 받아 산란시킨 빛(D1)을 모으는 산란광 집광렌즈(110), 산란광 집광렌즈(110)가 모은 산란광을 검출하여 전기신호로 바꾸는 광검출기(111), 상기 초점을 지나가는 세포가 집속된 빛을 받아 흡수한 뒤 내는 형광을 모으는 형광 집광렌즈(109), 형광 집광렌즈(109)가 모은 형광을 받아 일부는 반사하고 일부는 투과시키는 빛가르개(105), 빛가르개(105)로부터 반사된 제1반사 형광을 검출하는 제1광증배관(104), 빛가르개(105)를 투과한 제1투과 형광을 받아 그 형광의 파장에 따라 선택적으로 일부는 반사하고 일부는 투과시키는 이색 빛가르개(103), 이색 빛가르개(103)로부터 반사된 제2반사 형광을 검출하는 제2광증배관(102), 이색 빛가르개(103)를 투과한 제2통과 형광을 검출하는 제3광증배관(101), 각 요소에 전원을 공급하고 그 각 요소를 제어하는 전원회로부(나타내지 않음)로 구성된다.

여기서, 세포흐름실(108)은 외부로부터 세포가 섞여있는 표본액(sample fluid)을 받아들이는 표본 유체관(108-1), 외부로부터 시스액(seath fluid)을 받아들이는 시스 유체관(108-2), 시스액과 표본액의 세포가 집속렌즈(107)의 초점을 지나가게 하는 노즐(108-3)로 구성된다.

이러한 종래의 형광활성 세포 분류장치는 노즐(108-3)로부터 배출되어, 광검출기(111)가 검출한 세포의 광특성에 따라, 목표세포를 분류하는 세포 분류부(113)와, 목표세포 외의 세포(기타 세포)를 담는 세포분류 그릇(도면에 나타내지 않음)을 더 포함한다.

이와 같이 구성된, 종래의 형광활성 세포 분류장치는 다음과 같은 과정을 거쳐서 세포를 분류한다.

먼저, 도면에 나타낸 것과 같이, 모든 구성 요소들이 정렬된 상태에서, 미리 형광염료로 물들이는 과정 등을 거쳐, 염색 처리된 세포(목표세포)를 포함하는 표본액이 표본 유체관(108-1)을 따라 세포흐름실(108)에 들어오고, 동시에 표본액을 둘러싸고 흐르게 될 시스액도 시스 유체관(108-2)을 따라 세포흐름실(108)에 들어온다. 그 다음에 표액과 시스액이 노즐(108-3)을 통하여 외부로 배출된다. 표본액은 노즐의 중심축을 따라 흐르고, 시스액은 표본액을 둘러싸고 흐른다. 즉, 표본액에 둘러싸여 흐르는 세포는 노즐의 중심축에서 벗어나지 않은 상태로 노즐을 따라 흐른다. 표본액과 시스액의 배출양과 속도는 표본 유체관과 시스 유체관의 내부 압력에 의하여 조절된다.

이와 같이, 표본액과 시스액이 노즐을 통하여 흐를 때, 표본액에 포함된 세 포들의 크기, 모양, 구조, 조성, 광산란 특성, 및 형광 방출 특성을 분석하고, 그 결과를 바탕으로 목표세포를 분류하기 위하여, 아르곤이온 레이저(106)는 노즐(108-3)에 연속 레이저 빛을 비추어 노즐을 지나가는 세포가 레이저 빛을 받을 수 있게 해준다. 그러면, 집속된 아르곤이온 레이저 빛을 받은 세포의 세포물질(핵)은 산란광(D1)을 발생함과 동시에 세포물질(핵)에 염색된 형광염료 때문에 형광(F1)을 방출한다. 산란광(D1)은 산란광 집광렌즈(110)를 거쳐 광검출기(111)로 들어간다. 동시에 형광(F1)은 형광 집광렌즈(109)에 의하여 모아져서, 빛다발의 형태의 집속된 형광이 된다.

이와 같이 집속된 형광은 빛가르개(105)와 이색빛가르개(103)에서 각각 반사와 투과를 거쳐 광증배관(104, 102, 101)으로 들어간다. 그러면, 제어부(나타내지 않음)는 광증배관(104, 102, 101)으로부터 출력된 신호들을 처리하여, 세포분류부(113)에 목표세포 분류제어신호를 전송한다. 세포분류부(113)는 목표세포 분류제어신호에 따라, 피스톤(piston)과 같은 기계적인 작동 소자(mechanical operating device; 도면에 나타내지 않음)를 동작시켜 현재 노즐(108-3)로부터 배출되고 있는 목표세포를 분류한다.

세포분류부(113)는 기계적인 작동 소자, 노즐(108-3)과 연결된, 목표세포흐름관과 기타 세포 흐름관으로 구성된다. 제어부로부터 목표세포 분류 제어신호를 수신하면, 세포분류부(113)는 기계적인 작동 소자를 동작하여 목표세포가 노즐(108-3)로부터 목표세포 흐름관으로 흐르게 동작한다. 한편, 제어부로부터 목표세포 분류 제어신호를 수신하지 않으면, 세포분류부(113)는 기계적인 작동 소자가 목표세포 분류 동작과 반대의 동작을 실행하게 함으로써 목표세포가 노즐(108-3)로부터 기타 세포가 기타 세포 흐름관으로 흐르게 동작한다. 따라서 세포분류부(113)는 목표세포와 기타 세포를 분류한다.

그러나 종래의 형광활성 세포분류 장치에서는 세포분류부(113)에 포함된, 피스톤과 같은 기계적인 동작 소자가 세포흐름관과 연관된 채널 내에서 마찰을 일으켜 노즐을 따라 흐르는 목표세포에 압력펄스를 가하고 그에 따라 목표세포를 분류하기 때문에, 그 목표세포를 정확하고 빠르게 분류할 수 없을 뿐만 아니라 기계적인 마찰에 의해서 세포흐름관 등의 수명이 짧게 하는 문제점을 일으킨다. 또한, 세포가 노즐을 지나가건 지나가지 않건 언제나 고출력의 레이저 빛을 노즐에 연속적으로 비추어야하기 때문에 그 에너지 이용 효율이 낮은 단점이 있다. 또한, 아르곤이온 레이저와 및 그에 부속되는 주변 기기가 크고, 무거워 이동성이 작으며, 값이 매우 비싸기 때문에, 형광활성 세포 분류장치 역시 크고, 무거우며, 큰 공간을 차지하여 이동성이 작고, 값이 비싸며 그에 따라 널리 보급되지 못하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 미소유체 기판의 채널을 따라 흐르는 목표세포를 검출하고, 레이저 어블레이션을 이용하여, 그 검출된 목표세포를 정확하고 빠르게 분류하는 미소유체 세포 분류장치를 제공하는 데에 있다.

이를 위하여 본 발명에 따른 미소유체 세포 분류장치는, 세포를 포함한 표본액과 시스액이 흐르는 미소유체 흐름판; 검출 레이저 빔을 출력하는 검출 레이저; 상기 미소유체 흐름판에 상기 검출 레이저 빔을 모아주는 제1 집속렌즈; 상기 미소유체 흐름판을 따라 흐르는 세포에 비춰진 레이저 빔을 모으는 집광렌즈; 상기 집광렌즈의 빛을 검출하여 전기신호를 바꾸는 광검출기; 상기 미소유체 흐름판에 고출력의 펄스 레이저 빔을 출력하는 제1 고출력 펄스 레이저; 상기 미소 유체 흐름판에 상기 고출력의 펄스 레이저 빔을 모아주는 제2 집속렌즈; 및 상기 광검출기로부터 출력된 검출신호를 받아서 목표세포 분류 제어신호를 출력하는 회로부를 구비하여 실시함으로써 달성된다.

여기서, 상기 제1 고출력 펄스 레이저는 상기 회로부로부터 출력되는 목표세포 분류 제어신호에 따라 상기 미소유체 흐름판에 고출력 펄스 레이저빔을 출력하여 레이저 어블레이션을 일으키고 그에 따라 형성되는 압력 펄스를 현재 검출된 목표세포에 가한다.

본 발명에 따른 미소유체 세포 분류장치는 레이저 어블레이션을 이용하여 미소유체 기판의 채널을 따라 흐르는 목표세포에 압력 펄스를 가해서 분류하기 때문에 정확하고 빠르게 분류할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 미소유체 세포 분류장치는 고장이 상대적으로 적게 발생하기 때문에, 그 수명이 반영구적이고 그에 따라 유지 관리비가 적게 든다.

본 발명에 따른 레이저 어블레이션(laser ablation)을 이용한 미소유체 세포 분류장치의 실시예를 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른, 레이저 어블레이션을 이용한, 미소유체 세포 분류장치의 평면도로서, 세포를 포함한 표본액과 시스액이 흐르는 미소유체 흐름판(20), 검출 레이저 빔을 출력하는 검출 레이저(28), 레이저 빔을 미소유체 흐름판(20)에 모아주는 제1 집속렌즈(29), 미소유체 흐름판(20)을 따라 흐르는 세포에 비춰진 레이저 빔을 모으는 집광렌즈(31), 집광렌즈(31)의 빛을 검출하여 전기신호를 바꾸는 광검출기(30), 광검출기(30)로부터 출력된 검출신호를 받아서 목표세포 분류 제어신호를 출력하는 회로부, 회로부로부터 출력된 목표세포 분류 제어신호를 바탕으로, 미세유체 흐름판(20)을 따라 흐르는 목표세포(25)에 압력 펄스를 가하기 위하여 미세 유체 흐름판(20)에 레이저 어블레이션(laser ablation)을 형성하는 고출력 펄스 레이저(50), 고출력 펄스 레이저(50)의 펄스 레이저 빔을 미세유체 흐름판(20)에 모으는 제2 집속렌즈(51)를 포함하여 이루어진다.

미소유체 흐름판(20)은 표본액 저장소(21)로부터 배출된, 세포를 포함한 표 본액이 흐르는 표본액 채널(24-1), 시스액 저장소(22, 23)로부터 배출된 시스액이 흐르는 시스액 채널(24-2, 24-3), 표본액 채널(24-1)과 시스액 채널(24-2, 24-3)이 연결되고, 표본액 주위를 시스액이 감싼 상태에서, 표본액과 시스액이 흐르는 주 채널(24-4), 주 채널(24-4)과 연결되고, 고출력 펄스 레이저(50)의 펄스 레이저 빔을 받아, 주 채널(24-4)에 흐르는 목표세포에 가해질, 레이저 어블레이션이 형성되는 레이저 어블레이션 형성부(24-5), 레이저 어블레이션 형성부(24-5)에서 형성된 레이저 어블레이션에 의해, 레이저 어블레이션 형성부(24-5)로부터 출력되는 충격 펄스(압력 펄스)를 받은 목표세포가 흐르는 목표세포 흐름 채널(24-6), 및 기타 세포가 흐르는 기타 세포 흐름 채널(24-7)로 이루어진다. 또한, 목표세포를 담는 목표세포 그릇(33), 및 목표세포 이외의 세포(기타 세포)를 담는 기타 세포 그릇(34)이 포함된다.

도 3은 본 발명에 따른 레이저 어블레이션을 이용한 미소유체 세포 분류장치의 사시도이다.

도면에 나타낸 것과 같이, 미소유체 흐름판(20)은 레이저(28)와 광검출기(30) 사이에 위치하도록 배열하는 것이 좋다. 아울러, 검출 레이저(28)로부터 나온 검출 레이저 빔이 주 채널(24-4), 레이저 어블레이션 형성부(24-5), 목표세포 흐름 채널(24-6), 및 기타 세포 흐름 채널(24-7)이 만나는 지점을 지나도록, 미소유체 흐름판(20), 검출 레이저(28), 및 광검출기(30)를 정렬하는 것이 좋다. 더욱 좋은 정렬 방법은, 표본액이 흘러오는 방향을 상류로 설정한다면, 검출 레이저(28)로부터 나온 검출 레이저 빔이 주 채널(24-4)과 레이저 어블레이션 형성부(24-5)가 만나는 지점보다 약간 상류 쪽에 있는 지점을 지나도록 정렬하는 것이 좋다. 왜냐하면 회로부, 광검출기 및 검출부가 검출광으로부터 검출된 세포가 목표세포인지를 판단는 동안에, 그 검출된 세포가 표본액의 흐름 속도로 하류로 이동하기 때문이다.

한편, 도면의 A로 표시한 부분과 같이, 고출력 펄스 레이저(50)와 그 집속렌즈(51)는 고출력 펄스 레이저빔(52)이 미소유체 흐름판(20)의 레이저 어블레이션 형성부(24-5)에 모이도록 정렬된다. 본 발명의 실시예에서는 레이저 빔 초점의 크기는 약 10미크론이고 초점심도는 약 20미크론으로 구현하였다.

레이저 어블레이션 형성부(24-5)에는 고출력 펄스 레이저빔(52)이 레이저 어블레이션을 더 효율적으로 생성할 수 있도록 검은 금속(black metal) 조각(60)이 추가로 부착된다.

도 4는 본 발명에 따른, 레이저 어블레이션을 이용한 미소유체 세포 분류장치의 회로부의 개략도이다.

도면에 나타낸 것과 같이, 미소유체 세포 분류장치는 검출 레이저(28)를 구동하는 검출 레이저 구동부(41), 광검출기(30)로부터 출력된 전기신호를 분석하는 검출부(42), 고출력 펄스 레이저(50)를 구동하는 고출력 펄스 레이저 구동부(43), 검출 레이저 구동부(41)를 제어하고 검출부(42)로부터 출력된 신호에 따라 고출력 펄스 레이저 구동부(43)를 제어하여 고출력 펄스 레이저(50)를 동작시키는 제어부(40), 각 요소에 전원을 공급하는 전원 공급부(44)로 이루어진다.

이와 같이 이루어진, 본 발명에 따른 미소유체 세포 분류장치의 동작을 도면 과 함께 설명하면 다음과 같다.

도 5와 도 6은 본 발명에 따른 레이저 어블레이션을 이용한 미소유체 세포 분류장치가 목표세포를 분류하는 동작과 목표세포 이외의 기타 세포를 분류하는 동작을 나타낸 구성도이다.

미소유체 세포 분류장치가 도 2 및 도 3에 나타낸 것과 같이 정렬된 상태에서, 세포가 포함된 표본액과 시스액이 미소유체 흐름판(20)의 표본액 흐름 채널(24-1)과 시스액 흐름 채널(24-2, 24-3)을 따라 흘러서 주 흐름 채널(24-4)에서 합해진다. 표본액은 시스액에 의해서 둘러싸여서 주 흐름 채널(24-4)을 따라 흐르기 때문에 주 흐름 채널(24-4)의 벽과 마찰을 일으키기 않는다.

주 흐름 채널(24-4)을 따라 소정의 속도로 흐르는 표본액이 검출 레이저 빔이 통과하는 지점에 도달하면, 검출 레이저 빔은 표본액에 포함되어 일렬로 늘어선 세포에 비춰진다. 광검출기(30)는 세포에 비춰진 검출 레이저 빔을 모아서 검출부(42)로 출력한다.

검출부(42)는 광검출기(30)가 검출한 광신호에 대응하는 전기신호 값을 미리 설정한 목표세포의 전기신호 값과 비교하여 그 비교한 값을 제어부(40)에 출력한다. 제어부(40)는 검출부(42)로부터 받은 비교값이 목표세포에 해당하는 전기신호값이라고 판단하면, 현재 검출한 세포를 분류하기 위하여, 목표세포 분류 제어신호를 고출력 펄스 레이저 구동부(43)에 출력한다. 고출력 펄스 레이저 구동부(43)는, 제어부(40)로부터 받은 목표세포 분류 제어신호에 따라, 고출력 펄스 레이저(50)에 목표세포 분류 구동신호를 보낸다.

고출력 펄스 레이저 구동부(43)로부터 구동신호를 받은 고출력 펄스 레이저(50)는, 도 5에 나타낸 것과 같이, 미소유체 흐름판(20)의 레이저 어블레이션 형성부(24-5)에 고출력 펄스 레이저빔을 비춰준다. 그러면 레이저 어블레이션 형성부(24-5) 안에 머물러 있던 시스액은 고출력 레이저 빔의 에너지를 흡수하여 갑자기 그 부피가 팽창한다. 이와 같이 갑작스럽게 팽창한, 시스액의 부피는 압력 펄스(충격 펄스)를 형성한다. 그 압력 펄스는 현재 검출된 목표세포(25)에 가해지고 그에 따라 목표세포(25)는 목표세포 흐름 채널(24-6)로 이동한다. 따라서 목표세포 흐름 채널(24-6)을 따라 흐른 목표세포(25)는 목표세포 그릇(33)에 저장된다. 여기서, 검은 금속(black metal) 조각(60)은 고출력 펄스 레이저 빔이 제1 레이저 어블레이션 형성부(24-5) 내의 시스액에 더 효율적으로 에너지가 흡수되도록 한다.

반면에, 광검출기(30)가 검출한 광신호가 목표세포의 해당하는 광신호가 아닌 경우에는, 제어부(40)는 고출력 레이저 구동부(50)에 아무런 제어신호도 출력하지 않는다. 그러면, 도 6에 나타낸 것과 같이, 현재 검출된 세포를 포함하는 시스액은, 레이저 어블레이션 형성부(24-5)로부터 압력 펄스의 영향을 받지 않기 때문에, 주 채널과 일직선 방향으로 형성된 기타 세포 흐름 채널(24-7)로 곧바로 흐른다. 즉, 시스액에 포함된 기타 세포는 주 채널의 흐름 방향을 유지하며 기타 세포 흐름 채널(24-7)로 이동한 다음에 기타세포 그릇(34)에 저장된다.

따라서, 본 발명에 따른 미소유체 세포 분류장치는 레이저 어블레이션을 이용하여 미소유체 기판의 채널을 따라 흐르는 세포에 압력 펄스를 가해 줌으로써 표본액에 포함된 목표세포와 기타세포를 분류하기 때문에 정확하고 빠르게 분류할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 미소유체 흐름판의 제조방법에 대해서 상세하게 설명하지 않았지만, 미소유체 흐름판은 바닥 기판과 덮개 기판으로 이루어지고, 그 바닥 기판에 사각 또는 원형의 채널들을 형성한 후 그 위 덮개판을 붙이는 방식으로 제조된다. 아울러, 미소유체 흐름판은 얇은 실리콘 재질, 유리 재질, 또는 폴리머 재질로 제조되었다. 또한, 상기 주 채널(24-4)과 제1 레이저 어블레이션 형성부(24-5) 사이는 얇은 막으로 막혀 있을 수 있다.

본 발명에 따른 레이저는 반도체 레이저로서 구현하였다.

한편, 본 발명에 따른 레이저 어블레이션을 이용한 미소유체 세포 분류장치의 실시예에서는 레이저 어블레이션 형성부를 하나만 구비하는 구조로 실시되었지만, 다른 실시예로서, 주흐름 채널을 중심으로 현재 실시된 레이저 어블레이션 형성부에 대하여 대칭위치에 다른 제2 레이저 어블레이션 형성부가 더 형성되게 구현할 수도 있다. 이러한 경우에, 제2 고출력 펄스 레이저와 제2 고출력 펄스 레이저 구동부를 더 구비한다. 그 동작 방법은, 현재 검출된 세포가 목표세포일 경우에는 제1 고출력 펄스 레이저가 동작하고, 현재 검출된 세포가 기타 세포일 경우에는 제2 고출력 펄스 레이저가 동작한다.

이 경우, 상기 제2 레이저 어블레이션 형성부에 고출력 펄스 레이저 빔을 출력하는 제2 고출력 펄스 레이저와, 상기 제2 레이저 어블레이션 형성부에 상기 제2 고출력 펄스 레이저의 고출력 펄스 레이저 빔을 모아주는 제3 집속 렌즈를 더 구비하고, 상기 제1 고출력 펄스 레이저는 상기 목표세포에 펄스 압력을 가하기 위하여 제1 레이저 어블레이션 형성부에 레이저 어블레이션을 일으키고, 상기 제2 고출력 펄스 레이저는 기타 목표세포에 펄스 압력을 가하기 위하여 제2 레이저 어블레이션 형성부에 레이저 어블레이션을 일으켜 세포를 분류한다. 상기 제2 레이저 어블레이션 형성부는 검은 금속 조각을 더 구비하는 것이 바람직하다.

또 다른 실시예로서, 레이저 어블레이션 형성부(24-5), 목표세포 흐름 채널(24-6), 및 기타 세포 흐름 채널(24-7)을 미소유체 흐름판에 여러 단(stages)을 형성하여 그 단 수에 해당하는 목표세포를 분류할 수 있도록 구현할 수도 있다.

지금까지 본 발명에 따른 실시예를 도면과 함께 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.

도 1은 종래의 형광활성 세포분류 장치의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 레이저 어블레이션을 이용한 미소유체 세포 분류장치의 평면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 레이저 어블레이션을 이용한 미소유체 세포 분류장치의 회로부의 개략도이다.

도 5는 본 발명에 따른 레이저 어블레이션을 이용한 미소유체 세포 분류장치가 목표세포를 분류하는 동작을 나타낸 구성도이다.

도 6은 본 발명에 따른 레이저 어블레이션을 이용한 미소유체 세포 분류장치가 목표세포 이외의 기타 세포를 분류하는 동작을 나타낸 구성도이다.

* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *

33, 34, 136-1, 136-2: 세포분류그릇

20: 미소유체 흐름판

21: 표본액 저장소

22, 23: 시스액 저장소

24-1: 표본액 채널

24-2, 24-3: 시스액 채널

24-4: 주흐름 채널

24-5: 레이저 어블레이션 형성부

24-6: 목표세포 흐름 채널

24-7: 기타세포 흐름 채널

25, 124: 목표세포

28: 검출 레이저

29, 51, 107: 집속렌즈(focusing lens)

30, 111: 광검출기

31: 집광렌즈

50: 고출력 펄스 레이저

101, 102, 104: 광증배관(photomultiplier)

103: 이색 빛가르개 (dichroic beam-splitter)

105: 빛가르개(beam-splitter)

106: 아르곤이온 레이저 (Argon ion laser system)

108: 세포흐름실(flow chamber)

108-1: 표본 유체관 (sample fluid pipe)

108-2: 시스 유체관 (sheath fluid pipe)

108-3: 노즐(nozzle)

123: 기타 세포

109: 형광 집광렌즈(fluorescent light collecting lens)

110: 산란광 집광렌즈(scattered light collecting lens)

113: 세포 분류부

Claims

세포를 포함한 표본액과 시스액이 흐르는 미소유체 흐름판(20);

검출 레이저 빔을 출력하는 검출 레이저(28);

상기 미소유체 흐름판(20)에 상기 검출 레이저 빔을 모아주는 제1 집속렌즈(29);

상기 미소유체 흐름판(20)을 따라 흐르는 세포에 비춰진 레이저 빔을 모으는 집광렌즈(31);

상기 집광렌즈(31)의 빛을 검출하여 전기신호를 바꾸는 광검출기(30);

상기 미소유체 흐름판(20)에 고출력의 펄스 레이저 빔을 출력하는 제1 고출력 펄스 레이저(50);

상기 미소유체 흐름판(20)에 상기 고출력의 펄스 레이저 빔을 모아주는 제2집속렌즈(51); 및

상기 광검출기(30)로부터 출력된 검출신호를 받아서 목표세포 분류 제어신호를 출력하는 회로부를 구비하고,

여기서, 상기 제1 고출력 펄스 레이저(50)는 상기 회로부로부터 출력되는 목표세포 분류 제어신호에 따라 상기 미소유체 흐름판(20)에 고출력 펄스 레이저빔을 출력하여 레이저 어블레이션(laser ablation)을 일으키고 그에 따라 형성되는 압력 펄스를 현재 검출된 목표세포(25)에 가하는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 이용한 미소유체 세포 분류장치.
제1항에 있어서, 상기 미소유체 흐름판은

표본액 저장소(21)로부터 배출된, 세포를 포함한 표본액이 흐르는 표본액 채널(24-1);

시스액 저장소(22, 23)로부터 배출된 시스액이 흐르는 시스액 채널(24-2, 24-3);

상기 표본액 채널(24-1)과 상기 시스액 채널(24-2, 24-3) 연결되고, 표본액 주위를 시스액이 감싼 상태에서, 표본액과 시스액이 흐르는 주흐름 채널(24-4);

상기 주 채널(24-4)과 연결되고, 상기 주 채널(24-4)에 흐르는 목표세포 가해질, 상기 압력 펄스가 나오는 제1 레이저 어블레이션 형성부(24-5);

상기 압력 펄스를 받은 목표세포가 흐르는 목표세포 흐름 채널(24-6); 및

상기 목표세포 이외의 기타 세포가 흐르는 기타 세포 흐름 채널(24-7)을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 이용한 미소유체 세포 분류장치.
제2항에 있어서, 상기 목표세포를 담는 목표세포 그릇(33) 및 기타 세포를 담는 기타 세포 그릇(34)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 이용한 미소유체 세포 분류장치.
제2항에 있어서, 상기 제1 레이저 어블레이션 형성부는 검은 금속 조각을 더 구비하는 것은 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 이용한 미소유체 세포 분류장 치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회로부는

상기 검출 레이저를 구동하는 검출 레이저 구동부(41);

상기 광검출기(30)로부터 출력된 전기신호를 분석하는 검출부(42);

상기 제1 고출력 펄스 레이저(50)를 구동시키는 제1 고출력 펄스 레이저 구동부(43);

상기 검출 레이저 구동부(41)를 제어하고 상기 검출부(42)로부터 출력된 신호에 따라 상기 제1 고출력 펄스 레이저 구동부(43)를 제어하여 상기 제1 고출력 펄스 레이저(50)를 동작시키는 제어부(40); 및

각 요소에 전원을 공급하는 전원 공급부(44)를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 이용한 미소유체 세포 분류장치.
제2항에 있어서, 상기 미소유체 흐름판은 상기 주 채널(24-4)을 중심으로, 상기 제1 레이저 어블레이션 형성부(24-5)와 대칭되는 위치에 제2 레이저 어블레이션 형성부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 이용한 미소유체 세포 분류장치.
제6항에 있어서,

상기 제2 레이저 어블레이션 형성부에 고출력 펄스 레이저 빔을 출력하는 제 2 고출력 펄스 레이저; 및

상기 제2 레이저 어블레이션 형성부에 상기 제2 고출력 펄스 레이저의 상기 고출력 펄스 레이저 빔을 모아주는 제3 집속 렌즈를 더 구비하고,

상기 제1 고출력 펄스 레이저는 상기 목표세포에 펄스 압력을 가하기 위하여 제1 레이저 어블레이션 형성부에 레이저 어블레이션을 일으키고, 상기 제2 고출력 펄스 레이저는 기타 목표세포에 펄스 압력을 가하기 위하여 제2 레이저 어블레이션 형성부에 레어저 어블레이션을 일으키는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 이용한 미소유체 세포 분류장치.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제2 레이저 어블레이션 형성부는 검은 금속 조각을 더 구비하는 것은 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 이용한 미소유체 세포 분류장치.