KR20200026168A - Classification and characterization of cells types through rapid changes in frequency using dielectrophoresis - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 세포 종류 구분 및 특성 분석법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수득률이 높아 통계적으로 유의미한 데이터를 다량으로 축적할 수 있고, 주파수를 빠르게 바꿔주는 과정을 통해 매우 짧은 시간에 발생하는 분극 지연의 과정을 분석하여 세포의 종류와 특성을 분석할 수 있는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 세포 종류 구분 및 특성 분석법에 관한 것이다.The present invention relates to a cell type classification and characterization method through a rapid change in frequency using genophoresis, and more specifically, a high yield yields a large amount of statistically significant data, and through a process of rapidly changing the frequency The present invention relates to cell type classification and characterization method through rapid change of frequency using genophoresis, which can analyze cell types and characteristics by analyzing the process of polarization delay occurring in a very short time.
세포는 주변의 환경이 변함에 따라서 자신의 환경을 유지시키는 특별한 전기적 성질을 가지고 있다. 이러한 전기적 성질은 의료 진단, 음식 위생, 신약 개발 등의 분야에서 다양한 정보를 제공하고 있다. 구체적으로, 질병의 단계에 따라서 세포의 전기적 성질이 바뀌게 되고, 새로 개발된 약물이 세포에 어떤 영향을 미치는지 등에 대한 연구에 사용된다. 세포의 전기적 특성을 조사하고 분석하는데, 세포막이 주요한 역할을 한다. 세포막은 세포 내부와 외부를 물리적으로 혹은 전기적으로 차단하고 세포의 형태를 유지한다. 세포막은 전기장 내에서 저항과 커패시터로 모델링이 된다. 세포에 외부 전기장이 가해졌을 때, 전하들이 세포막 주위에 분포되면서 분극을 만들어 낸다. 여기서 분극이란 세포막의 커패시터적인 성격과 관련이 되어 있고, 유전영동 실험에 있어서 개념적 토대가 되고 있다. 분극은 외부 전기장에 따라 다른 형태로 진행이 되는데, 예를 들어, 외부 전기장이 바뀌면 분극의 지연이 발생한다. 분극 지연은 세포가 외부의 자극에 얼마나 빠르게 적응하고 변화하는지를 알려주는 지표로 사용될 수 있으므로, 세포의 결함이나 병의 유무 등을 판단하는데 사용할 수 있을 것으로 예측된다.Cells have special electrical properties that maintain their environment as the environment around them changes. These electrical properties provide a variety of information in the fields of medical diagnostics, food hygiene, and new drug development. Specifically, the electrical properties of the cells change according to the stage of the disease, and the study is used to study how the newly developed drugs affect the cells. Cell membranes play a major role in investigating and analyzing the electrical properties of cells. The cell membrane physically or electrically blocks the inside and outside of the cell and maintains its shape. The cell membrane is modeled as a resistor and a capacitor in the electric field. When an external electric field is applied to a cell, charges are distributed around the cell membrane, creating polarization. Polarization is related to the capacitive nature of cell membranes and is the conceptual foundation for genetic electrophoretic experiments. Polarization proceeds in different forms depending on the external electric field. For example, the polarization delay occurs when the external electric field changes. Polarization delay can be used as an indicator of how quickly a cell adapts and changes to external stimuli, so it can be used to determine cell defects and disease.
따라서, 분극 지연에 대한 연구를 위해서, 미세 유체 칩 내에서 유전영동 기술 기반의 실험적 방법을 확립하였다. 유전 영동 기술은 분극을 통한 세포의 분리, 이동, 모으기, 특성연구 등에 많이 사용되는 방법으로서 경제적이고, 다루기 쉬운 방법이다. 덧붙여 유전영동 현상을일 이용하여 단일세포로 분리가능한 전극배열에서 분리된 세포들의 전기적특성연구를 진행하여 관측된 값으로부터 통계적으로 유의미한 데이터를 얻을 수 있도록 한다는 장점이 있다.Thus, for the study of polarization delay, we have established an experimental method based on genophoretic technology in microfluidic chips. Genetic electrophoresis is an economical, easy-to-handle method that is widely used for cell separation, migration, collection, and characterization through polarization. In addition, it is possible to obtain statistically significant data from the observed values by conducting an electrical characteristic study of the cells separated from the electrode array that can be separated into single cells by using the electrophoretic phenomenon.
게다가 분극 지연이 매우 짧은 시간에 진행됨을 고려한다면, 분극의 방향을 빠르게 변화시킬 수 있는 시스템이 요구되는데, 유전영동 기술은 단순히 주파수를 빠르게 바꿔주면서 이를 가능하게 한다.In addition, considering that polarization delays occur in a very short time, a system that can change the direction of polarization rapidly is required. Dielectrophoretic technology enables this by simply changing the frequency quickly.
한편, 암세포 등 세포의 선별 및 분리 관련 선행기술로는, 초음파를 조사하였을 때의 정상 세포와 특이 세포의 감쇠 계수 (attenuation coefficient), 음속(speed of sound) 등의 차이를 이용하여, 정상 세포와 암 세포, 또는 정상 세포와 줄기 세포를 선별 및 분리하는 방법에 관한 기술이 개시되어 있으며, AFM 캔틸레버를 이용하여 순환종양세포 특이 단백질을 검지하는 방법 및 캔틸레버 기반의 생체물질 검출 시스템에 관한 것으로서, 0.5 nM 수준의 순환종양세포 특이 단백질을 고감도로 검지함으로써 암 조기진단을 실현할 수 있는 순환암세포 표적의 암 조기진단 분자진단기술이 개시되어 있고, 암진단용 바이오센서에 관한 것으로서, 구체적으로 펩타이드가 고정화된 에이에프엠 캔틸레버를 이용한 암세포 표지 단백질 분해효소의 효소활동성 측정방법에 관한 기술이 개시되어 있으며, 멀티오리피스 세그먼트를 갖는 MOFF 채널을 이용해 유체 수력학법으로 표적 입자를 분리 후, 유전 영동법으로 재차 분리하는 입자 분리 장치 및 방법에 관한 것으로, 혈액과 같은 유체 샘플이 필터를 통해 이물질이 제거된 후 특정 세포, 예를들면 암세포와 같은 표적 입자를 MOFF 채널을 이용해 분리하고나서, 유전 영동법으로 재차 분리하는 고효율 세포 분리 장치 및 방법에 관한 기술이 개시되어 있다.On the other hand, the prior art related to the selection and separation of cells, such as cancer cells, by using the difference between the attenuation coefficient, the speed of sound (normal) and normal cells when the ultrasound is irradiated, Disclosed is a technique for selecting and separating cancer cells or normal cells and stem cells, and a method for detecting a circulating tumor cell specific protein using an AFM cantilever and a cantilever-based biomaterial detection system. A cancer early diagnosis molecular diagnosis technology of a circulating cancer cell target capable of realizing early diagnosis of cancer by detecting nM circulating tumor cell specific protein with high sensitivity has been disclosed, and specifically relates to a biosensor for cancer diagnosis. Method for Measuring Enzyme Activity of Cancer Cell Labeling Protease Using M Cantilever The present invention relates to a particle separation device and method for separating target particles by hydrodynamic method using MOFF channel having a multi-orifice segment, and then separating them again by dielectric electrophoresis method, wherein a fluid sample such as blood passes through a filter After this removal, a technique is disclosed for a high efficiency cell separation apparatus and method for separating specific cells, for example, cancer cells, by using MOFF channels, and then separating them again by genetic electrophoresis.
그러나 간단한 분석과정을 통해 세포의 종류를 구분하고, 세포에 이상이 있는 경우 이를 검출할 수 있으며, 약물 처리시 세포에 미치는 영향을 판별할 수 있는 방법에 대해서는 알려져 있지 않다.However, it is not known how to distinguish between cell types through a simple analysis process and detect abnormalities in the cells, and to determine the effects on the cells during drug treatment.
본 발명의 목적은 수득률이 높아 통계적으로 유의미한 데이터를 다량으로 축적할 수 있고, 주파수를 빠르게 바꿔주는 과정을 통해 매우 짧은 시간에 발생하는 분극 지연의 과정을 분석하여 세포의 종류와 특성을 분석할 수 있는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 세포 종류 구분 및 특성 분석법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to obtain a high yield can accumulate a large amount of statistically significant data, and to analyze the type and characteristics of the cell by analyzing the process of polarization delay occurring in a very short time through the process of changing the frequency quickly It is to provide a cell type classification and characterization method through the rapid change of frequency by using the electrophoresis.
본 발명의 다른 목적은 세포막의 이상을 판단하는데 도움을 줄 수 있고, 약물의 효과를 판단하는데 사용될 수 있으며, 각각의 약물이 세포의 과도시간에 어느 정도 영향을 미치는 지를 판단함으로서 세포의 종류에 따른 약물의 성능 판단에도 도움이 될 수 있는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 세포 종류 구분 및 특성 분석법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention can help determine the abnormality of the cell membrane, can be used to determine the effect of the drug, by determining how much each drug affects the transient time of the cell according to the type of cells It is to provide cell type classification and characterization method through drastic change of frequency using genophoresis, which can be helpful in determining drug performance.
본 발명의 목적은 세포 희석액을 양 끝 단에 파형 발생기가 구비된 미세 유체 칩에 개재하는 미세유체칩 개재단계, 상기 미세 유체 칩의 양 끝 단에 구비된 파형 발생기에 전압을 인가하는 전압 인가단계 및 상기 전압 인가단계를 통해 전압이 인가된 미세 유체 칩에 개재된 세포 희석액 내에 세포의 움직임을 전하 결합 소자(CCD) 카메라로 촬영하고 그레이스케일(grayscale)의 과도시간(transient time)을 통해 분석하는 세포움직임 분석단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 세포 종류 구분 및 특성 분석법을 제공함에 의해 달성된다.An object of the present invention is a microfluidic chip interposing step of interposing a cell dilution liquid in a microfluidic chip having a waveform generator at both ends, and applying a voltage to a waveform generator provided at both ends of the microfluidic chip. And photographing the movement of the cells in the cell dilution interposed on the microfluidic chip to which the voltage is applied through the voltage applying step and analyzing the transition time of the grayscale through a transient time of grayscale. It is achieved by providing a cell type classification and characterization method through the rapid change of the frequency using the electrophoresis characterized in that the cell movement analysis step.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 세포 희석액은 1 내지 100개/microliter의 농도로 버퍼에 희석되어 제조되는 것으로 한다.According to a preferred feature of the invention, the cell dilution is to be prepared by diluting in a buffer at a concentration of 1 to 100 / microliter.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 버퍼는 수크로오스, D-글루코스, 인산완충식염수 및 소혈청 알부민으로 이루어지는 것으로 한다.According to a further preferred feature of the invention, the buffer is composed of sucrose, D-glucose, phosphate buffered saline and bovine serum albumin.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 세포는 유방암 세포(MCF-7), 자궁 경부암 세포(HeLa) 및 폐암 세포(Jurkat)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.According to a more preferred feature of the invention, the cells are made of one or more selected from the group consisting of breast cancer cells (MCF-7), cervical cancer cells (HeLa) and lung cancer cells (Jurkat).
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 전압 인가단계는 상기 미세 유체 칩의 양 끝 단에 연결된 파형 발생기(Function Generator)에 의해서 1 내지 3Vp-p의 전압을 인가하되, 전압의 주파수를 0.5 내지 1.5kHz로 고정시킨 상태에서 전압을 인가한 후에, 전압의 주파수를 10 내지 500kHz로 변동시키는 과정으로 이루어지는 것으로 한다.According to a further preferred feature of the invention, the voltage applying step is applied to a voltage of 1 to 3Vp-p by a waveform generator (Function Generator) connected to both ends of the microfluidic chip, the frequency of the voltage is 0.5 to After applying the voltage in the state fixed at 1.5kHz, it is made to the process of changing the frequency of the voltage to 10 to 500kHz.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 전압인가단계는 상기 미세 유체 칩의 양 끝 단에 연결된 파형 발생기(Function Generator)에 의해서 2Vp-p의 전압을 인가하되, 전압의 주파수를 1kHz로 고정시킨 상태에서 전압을 인가한 후에, 전압의 주파수를 20 내지 200kHz로 변동시키는 과정으로 이루어지는 것으로 한다.According to an even more preferable feature of the present invention, the voltage application step is to apply a voltage of 2Vp-p by a waveform generator (Function Generator) connected to both ends of the microfluidic chip, while fixing the frequency of the voltage to 1kHz After applying the voltage in the state, it is assumed that the process of changing the frequency of the voltage to 20 to 200kHz.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 유전영동은 아래 수학식 1로 표기되는 것으로 한다.According to an even more preferred feature of the invention, the electrophoresis is to be represented by the following equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
여기서 ε0는 진공상태의 유전상수이고,Where ε 0 is the dielectric constant in vacuum,
εm은 유체의 유전상수이며,ε m is the dielectric constant of the fluid
Re[fCM]은 Clausius-Mossotti factor의 실수 값이고,Re [f CM ] is the real value of Clausius-Mossotti factor,
fCM은 입자와 입자를 둘러싼 유체의 상대적인 분극 능력을 나타내는 값이며,f CM is a value indicating the relative polarization ability of particles and the fluid surrounding them,
Erms는 전기장의 실효값이다.E rms is the effective value of the electric field.
또한, 본 발명의 목적은 이상 세포 희석액을 양 끝 단에 파형 발생기가 구비된 미세 유체 칩에 개재하는 미세유체칩 개재단계, 상기 미세 유체 칩의 양 끝 단에 구비된 파형 발생기에 전압을 인가하는 전압 인가단계, 상기 전압 인가단계를 통해 전압이 인가된 미세 유체 칩에 개재된 이상 세포 희석액 내에 이상 세포의 움직임을 전하 결합 소자(CCD) 카메라로 촬영하고 그레이스케일(grayscale)의 과도시간(transient time)을 통해 분석하는 세포움직임 분석단계 및 상기 세포움직임 분석단계를 통해 분석된 데이터를 정상 세포의 데이터와 비교하는 데이터비교 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 이상 세포의 검출방법을 제공함에 의해서도 달성될 수 있다.In addition, an object of the present invention is a microfluidic chip interposing step in which the abnormal cell dilution is interposed in a microfluidic chip having a waveform generator at both ends, and applying a voltage to the waveform generator provided at both ends of the microfluidic chip. In the voltage application step, the abnormal cell movement in the abnormal cell dilution interposed on the microfluidic chip to which voltage is applied through the voltage application step is photographed with a charge coupled device (CCD) camera and a grayscale transient time Cell movement analysis step of analyzing through) and a data comparison step of comparing the data analyzed through the cell motion analysis step with the data of normal cells of the abnormal cells through a rapid change in frequency using the electrophoresis It can also be achieved by providing a detection method.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 이상 세포 희석액은 1 내지 100개/microliter의 농도로 버퍼에 희석되어 제조되는 것으로 한다.According to a preferred feature of the invention, the abnormal cell dilution is to be prepared by diluting in a buffer at a concentration of 1 to 100 / microliter.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 버퍼는 수크로오스, D-글루코스, 인산완충식염수 및 소혈청 알부민으로 이루어지는 것으로 한다.According to a further preferred feature of the invention, the buffer is composed of sucrose, D-glucose, phosphate buffered saline and bovine serum albumin.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 이상 세포는 유방암 세포(MCF-7), 자궁 경부암 세포(HeLa) 및 폐암 세포(Jurkat)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.According to a more preferred feature of the invention, the abnormal cells are to be composed of one or more selected from the group consisting of breast cancer cells (MCF-7), cervical cancer cells (HeLa) and lung cancer cells (Jurkat).
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 전압 인가단계는 상기 미세 유체 칩의 양 끝 단에 연결된 파형 발생기(Function Generator)에 의해서 1 내지 3Vp-p의 전압을 인가하되, 전압의 주파수를 0.5 내지 1.5kHz로 고정시킨 상태에서 전압을 인가한 후에, 전압의 주파수를 10 내지 500kHz로 변동시키는 과정으로 이루어지는 것으로 한다.According to a further preferred feature of the invention, the voltage applying step is applied to a voltage of 1 to 3Vp-p by a waveform generator (Function Generator) connected to both ends of the microfluidic chip, the frequency of the voltage is 0.5 to After applying the voltage in the state fixed at 1.5kHz, it is made to the process of changing the frequency of the voltage to 10 to 500kHz.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 전압 인가단계는 상기 미세 유체 칩의 양 끝 단에 연결된 파형 발생기(Function Generator)에 의해서 2Vp-p의 전압을 인가하되, 전압의 주파수를 1.0kHz로 고정시킨 상태에서 전압을 인가한 후에, 전압의 주파수를 20 내지 200kHz로 변동시키는 과정으로 이루어지는 것으로 한다.According to a further preferred feature of the invention, the voltage applying step is applied to the voltage of 2Vp-p by a waveform generator (Function Generator) connected to both ends of the microfluidic chip, the frequency of the voltage fixed to 1.0kHz After the voltage is applied in the above state, the frequency of the voltage is changed to 20 to 200 kHz.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 유전영동은 아래 수학식 1로 표기되는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 이상 세포의 검출방법:According to an even more preferable feature of the present invention, the method of detecting abnormal cells through the rapid change in frequency using the electrophoresis, characterized in that the electrophoresis is represented by
[수학식 1][Equation 1]
여기서 ε0는 진공상태의 유전상수이고,Where ε 0 is the dielectric constant in vacuum,
εm은 유체의 유전상수이며,ε m is the dielectric constant of the fluid
Re[fCM]은 Clausius-Mossotti factor의 실수 값이고,Re [f CM ] is the real value of Clausius-Mossotti factor,
fCM은 입자와 입자를 둘러싼 유체의 상대적인 분극 능력을 나타내는 값이며,f CM is a value indicating the relative polarization ability of particles and the fluid surrounding them,
Erms 전기장의 실효값이다.E rms The rms value of the electric field.
또한, 본 발명의 목적은 이상 세포 희석액(대조군)과 약물로 처리된 이상 세포 희석액(실험군) 각각을 양 끝 단에 파형 발생기가 구비된 미세 유체 칩에 각각 개재하는 미세유체칩 개재단계, 상기 미세 유체 칩의 양 끝 단에 구비된 파형 발생기에 전압을 인가하는 전압 인가단계, 상기 전압 인가단계를 통해 전압이 인가된 미세 유체 칩에 개재된 대조군 내에 이상 세포의 움직임과 실험군 내에 이상 세포의 움직임을 전하 결합 소자(CCD) 카메라로 촬영하고 그레이스케일(grayscale)의 과도시간(transient time)을 통해 분석하는 세포움직임 분석단계 및 상기 세포움직임 분석단계를 통해 분석된 대조군의 데이터와 실험군의 데이터를 비교하는 데이터비교 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 약물처리 세포의 변화 검출방법을 제공함에 의해서도 달성될 수 있다.In addition, an object of the present invention is the microfluidic chip intervening step of interposing each of the abnormal cell dilution (control) and the abnormal cell dilution (experimental) treated with the drug in a microfluidic chip having a waveform generator at both ends, the microfluidic chip The voltage application step of applying a voltage to the waveform generator provided at both ends of the fluid chip, the movement of the abnormal cells in the control group and the movement of the abnormal cells in the control group interposed on the microfluidic chip to which the voltage is applied through the voltage applying step. Cell movement analysis step taken with a charge coupled device (CCD) camera and analyzed through the transient time of grayscale (grayscale) and comparing the data of the control group and the data of the control group analyzed by the cell movement analysis step Comparing the drug treatment cells through the rapid change in frequency using the electrophoresis, characterized in that the data comparison step The screen detection method can be achieved by providing.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 이상 세포 희석액은 1 내지 100개/microliter의 농도로 버퍼에 희석되어 제조되는 것으로 한다.According to a preferred feature of the invention, the abnormal cell dilution is to be prepared by diluting in a buffer at a concentration of 1 to 100 / microliter.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 버퍼는 수크로오스, D-글루코스, 인산완충식염수 및 소혈청 알부민으로 이루어지는 것으로 한다.According to a further preferred feature of the invention, the buffer is composed of sucrose, D-glucose, phosphate buffered saline and bovine serum albumin.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 이상 세포는 유방암 세포(MCF-7), 자궁 경부암 세포(HeLa) 및 폐암 세포(Jurkat)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.According to a more preferred feature of the invention, the abnormal cells are to be composed of one or more selected from the group consisting of breast cancer cells (MCF-7), cervical cancer cells (HeLa) and lung cancer cells (Jurkat).
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 약물은 이상 세포의 세포막 특성을 변화시키는 약물로 이루어지는 것으로 한다.According to a further preferred feature of the invention, the drug is to be made of a drug that changes the cell membrane properties of the abnormal cells.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 약물은 Methyl-β-cyclodextrin으로 이루어지는 것으로 한다.According to a still further preferred feature of the present invention, the drug is composed of Methyl-β-cyclodextrin.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 전압 인가단계는 상기 미세 유체 칩의 양 끝 단에 연결된 파형 발생기(Function Generator)에 의해서 1 내지 3Vp-p의 전압을 인가하되, 전압의 주파수를 0.5 내지 1.5kHz로 고정시킨 상태에서 전압을 인가한 후에, 전압의 주파수를 10 내지 500kHz로 변동시키는 과정으로 이루어지는 것으로 한다.According to a further preferred feature of the invention, the voltage applying step is applied to a voltage of 1 to 3Vp-p by a waveform generator (Function Generator) connected to both ends of the microfluidic chip, the frequency of the voltage is 0.5 to After applying the voltage in the state fixed at 1.5kHz, it is made to the process of changing the frequency of the voltage to 10 to 500kHz.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 전압 인가단계는 상기 미세 유체 칩의 양 끝 단에 연결된 파형 발생기(Function Generator)에 의해서 2Vp-p의 전압을 인가하되, 전압의 주파수를 1.0kHz로 고정시킨 상태에서 전압을 인가한 후에, 전압의 주파수를 20 내지 200kHz로 변동시키는 과정으로 이루어지는 것으로 한다.According to a further preferred feature of the invention, the voltage applying step is applied to the voltage of 2Vp-p by a waveform generator (Function Generator) connected to both ends of the microfluidic chip, the frequency of the voltage fixed to 1.0kHz After the voltage is applied in the above state, the frequency of the voltage is changed to 20 to 200 kHz.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 유전영동은 아래 수학식 1로 표기되는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 약물처리 세포의 변화 검출방법:According to an even more preferable feature of the present invention, the method of detecting the change in the drug treatment cell through the rapid change in frequency using the electrophoresis, characterized in that the electrophoresis is represented by the following equation:
[수학식 1][Equation 1]
여기서 ε0는 진공상태의 유전상수이고,Where ε 0 is the dielectric constant in vacuum,
εm은 유체의 유전상수이며,ε m is the dielectric constant of the fluid
Re[fCM]은 Clausius-Mossotti factor의 실수 값이고,Re [f CM ] is the real value of Clausius-Mossotti factor,
fCM은 입자와 입자를 둘러싼 유체의 상대적인 분극 능력을 나타내는 값이며,f CM is a value indicating the relative polarization ability of particles and the fluid surrounding them,
Erms 전기장의 실효값이다.E rms The rms value of the electric field.
본 발명에 따른 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 세포 종류 구분 및 특성 분석법은 수득률이 높아 통계적으로 유의미한 데이터를 다량으로 축적할 수 있고, 주파수를 빠르게 바꿔주는 과정을 통해 매우 짧은 시간에 발생하는 분극 지연의 과정을 분석하여 세포의 종류와 특성을 분석할 수 있는 탁월한 효과를 나타낸다.Cell type classification and characterization method through rapid change of frequency using genetic electrophoresis according to the present invention has a high yield and can accumulate a large amount of statistically significant data, and it occurs in a very short time through a process of rapidly changing frequency. Analyzing the process of delayed polarization shows an excellent effect to analyze the cell type and characteristics.
또한, 세포막의 이상을 판단하는데 도움을 줄 수 있고, 약물의 효과를 판단하는데 사용될 수 있으며, 각각의 약물이 세포의 과도시간에 어느 정도 영향을 미치는 지를 판단함으로서 세포의 종류에 따른 약물의 성능 판단에 도움이 되는 탁월한 효과를 나타낸다.In addition, it can help to determine the abnormality of the cell membrane, can be used to determine the effect of the drug, judging the performance of the drug according to the cell type by determining how much each drug affects the transient time of the cell Excellent effect to help.
도 1은 주파수를 1kHz에서 20, 60, 100kHz로 바꿀 때 세포가 전극 위 원형구조물(윈도우:window)에 들어가는데 걸리는 시간을 측정한 값을 나타낸 그래프이다.
도 2는 유방암 세포와 자궁 경부암 세포에 Methyl-β-cyclodextrin(MβCD) 라는 약물을 쳤을 때의 과도시간 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 암세포 종류 구분 및 특성 분석 과정을 나타낸 계략도이다.
도 4는 세포에 있어서 fCM의 그래프를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 실험 장치 내에서 전극의 일부구조를 유한요소해법을 적용하여 전기장분포 및 유전영동힘의 방향을 나타낸 나타낸 것이다.
도 6은 시간에 따른 세포의 움직임을 전하 결합 소자(CCD) 카메라로 찍었을 때의 사진을 주파수 별로 나타낸 것이다.
도 7은 주파수를 1kHz 시간에서 전극위 윈도우에 대한 평균 그레이스케일 값의 변화를 시간에 대하여 나타낸 그래프이다.Figure 1 is a graph showing the measurement of the time it takes for the cell to enter the circular structure (window) on the electrode when the frequency is changed from 1kHz to 20, 60, 100kHz.
Figure 2 is a graph showing the transient time results when a drug called Methyl-β-cyclodextrin (MβCD) on breast cancer cells and cervical cancer cells.
3 is a schematic diagram illustrating a process of classifying and analyzing cancer cell types through rapid changes in frequency using genetic electrophoresis according to the present invention.
4 shows a graph of f CM in cells.
Figure 5 shows the direction of the electric field distribution and the dielectrophoretic force by applying a finite element solution to the partial structure of the electrode in the experimental apparatus according to the present invention.
FIG. 6 shows a photograph of each cell when the movement of a cell is taken with a charge coupled device (CCD) camera for each frequency.
7 is a graph showing the change in the mean grayscale value with respect to the window on the electrode at a frequency of 1 kHz over time.
실험방법Experiment method
아래 도 3에 나타낸 바와 같이, 암세포가 10개/microliter의 농도로 버퍼에 희석되어서 A번 그림과 같이 미세 유체 칩 위에 놓여졌다.As shown in Figure 3 below, the cancer cells were diluted in a buffer at a concentration of 10 / microliter and placed on the microfluidic chip as shown in Figure A.
이때, 상기 버퍼는 수크로오스, D-글루코스, 인산완충식염수 및 소혈청 알부민으로 이루어지는데, 8.6%(w/w) 수크로오스(sucrose), 0.3%(w/w) D-글루코스(D-glucose), 0.20%(v/v) 인산완충식염수{phosphate-buffered saline(PBS; 1)(Gibco) 및 1.0 mg/mL 소혈청 알부민(BSA, bovine serum albumin, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.At this time, the buffer is composed of sucrose, D-glucose, phosphate buffered saline and bovine serum albumin, 8.6% (w / w) sucrose (sucrose), 0.3% (w / w) D-glucose (D-glucose), 0.20% (v / v) phosphate-buffered saline (PBS; 1) (Gibco) and 1.0 mg / mL bovine serum albumin (BSA, bovine serum albumin, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) More preferably.
이후 C에서 보이는 것처럼, 미세 유체 칩의 양 끝 단에 연결된 파형 발생기(Function Generator)에 의해서 2Vp-p의 전압이 인가되었다. 그때 가해주는 전압의 주파수는 1kHz로 고정시키고 특정 시간 이후에 주파수를 20, 40, 60, 80, 100, 200 kHz로 갑자기 바꾸어 주었다. 이에 상응하는 세포의 위치는 아래 도 3의 D에 보이는 것처럼 1kHz에서는 음의 유전영동 힘을 받아서 전극위 주변보다 밝은 하얀색의 윈도우(window)의 중앙에 위치하게 되고, 바뀌는 주파수(20~200kHz)에서는 전극위 주변보다 밝은 하얀색 윈도우(window)에 붙잡히게 되는데, 이를 요약하여, 주파수를 갑자기 바꿔줄 때 세포의 움직임을 시각적으로 표현한 것이 그림 B이다.Afterwards, as shown in C, a voltage of 2Vp-p was applied by a function generator connected to both ends of the microfluidic chip. At that time, the frequency of the applied voltage was fixed at 1 kHz, and after a certain time, the frequency was suddenly changed to 20, 40, 60, 80, 100, 200 kHz. Corresponding cell position is located at the center of the white window brighter than the periphery on the electrode at 1 kHz, as shown in D in Figure 3 below, at a changing frequency (20-200 kHz). It is caught in a white window that is brighter than the periphery on the electrode. In summary, Figure B is a visual representation of the cell's movement when the frequency is suddenly changed.
세포가 이렇게 움직이는 원리는 유전영동에 기초하고 있다. 유전영동(dielectrophoresis)이란 극성을 띄지 않은 입자가 불균일한 교류 전기장에 노출되을 때, 입자와 입자를 둘러싸고 있는 유체의 유전특성(전도도+유전율)에 의해서 입자가 힘을 받는 것을 의미한다. 이 때 입자는 외부 환경의 조건에 따라서 전기장의 구배가 큰 쪽 또는 작은 쪽으로 힘을 받게 되고 이를 각각 양의 유전영동, 음의 유전영동 이라고 한다. 유전영동의 이론적인 힘은 아래의 수학식 1을 따른다.The principle of this movement of cells is based on genetic phoresis. Dielectrophoresis means that when a nonpolar particle is exposed to an uneven alternating electric field, the particle is forced by the dielectric properties (conductivity + dielectric constant) of the particle and the fluid surrounding it. At this time, the particles are forced to the larger or smaller gradient of the electric field depending on the conditions of the external environment. These particles are called positive and negative dielectric phenomena, respectively. The theoretical force of the electrophoresis follows
[수학식 1][Equation 1]
상기 수학식 1에서 ε0, εm, Re[fCM], Erms는 각각 진공상태의 유전상수, 유체의 유전상수, Clausius-Mossotti factor의 실수 값, 전기장의 실효값을 나타낸다. fCM은 입자와 입자를 둘러싼 유체의 상대적인 분극 능력을 나타내는 값으로 주파수에 의존적이다. 세포에 있어서 fCM의 그래프는 아래 도 4에 나타낸 바와 같다.In
아래 도 4에 나타낸 것처럼, 로그 스케일의 주파수로 3.7 정도에서 fCM = 0 이 되는 것을 알 수 있다. fCM = 0 이 될 때의 주파수를 crossover frequency라고 정의하고 crossover frequency 보다 작은 주파수에서는 fCM이 음의 값을 가지고, 이후부터는 양의 값을 가진다.As shown in FIG. 4 below, it can be seen that f CM = 0 at about 3.7 as the frequency of the logarithmic scale. The frequency when f CM = 0 is defined as the crossover frequency, and at a frequency lower than the crossover frequency, f CM has a negative value and a positive value thereafter.
또한, 상기에 나타낸 개념과 함께 실험 장치 내에서 전기장의 구배를 유한요소해법을 사용하는 시뮬레이션 프로그램(COMSOL)으로 확인하여 아래 도 5에 나타내었다.In addition, the gradient of the electric field in the experimental apparatus together with the concept shown above was confirmed by a simulation program (COMSOL) using the finite element method and is shown in FIG. 5 below.
아래 도 5에 나타낸 것처럼 전기장 구배는 전극 위 윈도우에서 가장 큰 전기장세기를 가지며, 전극 위 윈도우들이 대칭되는 지점에서 가장 작은 전기장 세기를 가진다. 1kHz의 음의 유전영동 상태에서는 전기장세기가 감소하는 방향으로 세포가 이동하려는 경향을 가지며, 양의 유전영동 상태에서는 전기장세기가 증가하는 방향으로 세포가 이동하려는 경향을 가진다(화살표의 방향).As shown in FIG. 5 below, the electric field gradient has the largest electric field strength in the window on the electrode and the smallest electric field strength at the point where the windows on the electrode are symmetrical. At 1 kHz negative genophoretic state, the cell tends to move in the direction of decreasing electric field strength, and in positive genophoretic state, the cell tends to move in the direction of increasing electric field strength (arrow direction).
또한, 아래 도 6에는 시간에 따른 세포의 움직임을 전하 결합 소자(CCD) 카메라로 찍었을 때의 사진을 주파수 별로 나타내었는데, 0초에 주파수를 1kHz부터 각각의 주파수로 바꾸었다. 그림 A에서 바뀐 주파수에 따라서 세포가 전극 위 하얀색 윈도우로 들어가는데 까지 걸리는 시간(Transient time)이 다른 것을 알 수 있었다.In addition, in Figure 6 below, the picture of the movement of the cell over time when taken with a charge coupled device (CCD) camera is shown for each frequency, the frequency was changed from 1kHz to each frequency at 0 seconds. In Figure A, the time taken for the cell to enter the white window above the electrode varies according to the changed frequency.
상기와 같은 방법으로 세포의 움직임을 분석할 때, 그레이스케일 (grayscale)방법이 이용된다. 세포가 음의 유전영동 힘을 받고 있을 때, 세포들은 전극 위 윈도우들의 사이에 위치하여 있고 전극 위 윈도우는 상대적으로 밝은 그레이스케일을 띄게 된다. 이 때의 전극 위 윈도우 내 평균 그레이스케일을 분석한 값은 아래 도 7에 나타낸 그래프로, 편차가 있지만 비교적 일정한 값 이내에서 평균 그레이스케일 값이 변하는 것을 알 수 있었다. 이렇게 일정한 값은 세포가 전극 위 윈도우를 향하면서 윈도우 안으로 들어오게 되면 세포의 색깔이 상대적으로 어둡기 때문에 전극 위 윈도우의 평균 그레이스케일이 떨어지게 된다. 이렇게 그레이스케일의 변화를 통해서 세포가 전극 위 윈도우에 들어왔다고 판단하고, 주파수를 바꿔준 시점으로부터 세포가 전극 위 윈도우에 들어와서 그레이스케일의 변화를 만들어 낼 때까지 걸린 시간을 과도시간(Transient time)이라고 정의한다.When analyzing the movement of cells by the above method, a grayscale method is used. When a cell is subjected to negative electrophoretic forces, the cells are located between the windows on the electrode and the window on the electrode is relatively light grayscale. The average grayscale value in the window on the electrode at this time is shown in FIG. 7 below. The average grayscale value changes within a relatively constant value although there is a deviation. This constant value means that when cells enter the window toward the window above the electrode, the average grayscale of the window on the electrode drops because the cell is relatively dark in color. The change in grayscale determines that the cell has entered the window on the electrode, and the transition time from the point where the frequency is changed to the time that the cell enters the window on the electrode produces a change in grayscale. It is defined as.
실험결과Experiment result
아래 도 1은 20, 60, 100 kHz에서 각각 전극 위 윈도우에 들어가는데 까지 걸리는 시간(Transient time)을 측정한 값이다. 오른쪽 그래프는 유방암 세포(MCF-7), 자궁 경부암 세포(HeLa), 폐암 세포(Jurkat)의 과도시간(Transient time)을 측정한 값을 비교한 사진이다. 세 종류의 세포의 과도시간의 평균이 다른 것을 알 수 있다. 이를 통해 세포를 분리해내는 인자로 사용할 수 있는 것을 확인하였다.Figure 1 below is a measurement of the time it takes to enter the window on the electrode at 20, 60, 100 kHz, respectively. The graph on the right is a picture comparing the measured transient time of breast cancer cells (MCF-7), cervical cancer cells (HeLa), lung cancer cells (Jurkat). It can be seen that the average of the three cell transients is different. This confirmed that it can be used as a factor for separating the cells.
또한, 아래 도 2는 유방암 세포와 자궁 경부암 세포에 Methyl-β-cyclodextrin(MβCD)라는 약물을 적용했을 때의 과도시간 결과를 나타낸 그래프이다.In addition, Figure 2 below is a graph showing the transient time results when a drug called Methyl-β-cyclodextrin (MβCD) to breast cancer cells and cervical cancer cells.
MβCD 약물은 세포막의 특성을 변화시키는 약물로서, 이온에 대한 세포막의 투과성을 높인다. 이를 통해서 분극에 관련된 세포막의 능력에 변화가 일어나게 되고, 과도시간의 변화가 생긴다.MβCD drug is a drug that changes the properties of cell membranes and increases the permeability of cell membranes to ions. This leads to a change in the ability of the cell membrane to be involved in polarization and a change in transient time.
따라서, 본 발명은 세포막의 이상을 판단하는데 도움을 줄 수 있고, 약물의 효과를 판단하는데 사용될 수 있으며, 각각의 약물이 세포의 과도시간에 어느 정도 영향을 미치는 지를 판단함으로서 세포의 종류에 따른 약물의 성능 판단에도 도움이 될 수 있다.Therefore, the present invention can help to determine the abnormality of the cell membrane, can be used to determine the effect of the drug, the drug according to the type of cell by determining how much each drug affects the transient time of the cell It can also be useful for judging performance.
Claims (23)
상기 미세 유체 칩의 양 끝 단에 구비된 파형 발생기에 전압을 인가하는 전압 인가단계; 및
상기 전압 인가단계를 통해 전압이 인가된 미세 유체 칩에 개재된 세포 희석액 내에 세포의 움직임을 전하 결합 소자(CCD) 카메라로 촬영하고 그레이스케일(grayscale)의 과도시간(transient time)을 통해 분석하는 세포움직임 분석단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 세포 종류 구분 및 특성 분석법.
A microfluidic chip interposing step of interposing a cell dilution solution in a microfluidic chip having a waveform generator at both ends;
A voltage applying step of applying a voltage to a waveform generator provided at both ends of the microfluidic chip; And
Cells photographed with a charge coupled device (CCD) camera in the cell dilution interposed on the microfluidic chip to which the voltage is applied through the voltage applying step and analyzed through a grayscale transient time. Motion analysis step; cell type classification and characterization method through the rapid change in frequency using the electrophoresis characterized in that consisting of.
상기 세포 희석액은 1 내지 100개/microliter의 농도로 버퍼에 희석되어 제조되는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 세포 종류 구분 및 특성 분석법.
The method according to claim 1,
Cell dilution is characterized in that the cell dilution and characterization through a rapid change in frequency using genophoresis, characterized in that the dilution is prepared in a buffer at a concentration of 1 to 100 / microliter.
상기 버퍼는 수크로오스, D-글루코스, 인산완충식염수 및 소혈청 알부민으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 세포 종류 구분 및 특성 분석법.
The method according to claim 2,
The buffer is a cell type classification and characterization method through a rapid change in frequency using genophoresis, characterized in that consisting of sucrose, D-glucose, phosphate buffered saline and bovine serum albumin.
상기 세포는 유방암 세포(MCF-7), 자궁 경부암 세포(HeLa) 및 폐암 세포(Jurkat)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 세포 종류 구분 및 특성 분석법.
The method according to claim 2,
The cells may be classified into cell types through abrupt changes in frequency using genophoresis, which comprises one or more selected from the group consisting of breast cancer cells (MCF-7), cervical cancer cells (HeLa) and lung cancer cells (Jurkat). Characterization.
상기 전압 인가단계는 상기 미세 유체 칩의 양 끝 단에 연결된 파형 발생기(Function Generator)에 의해서 1 내지 3Vp-p의 전압을 인가하되,
전압의 주파수를 0.5 내지 1.5kHz로 고정시킨 상태에서 전압을 인가한 후에, 전압의 주파수를 10 내지 500kHz로 변동시키는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 세포 종류 구분 및 특성 분석법.
The method according to claim 1,
In the voltage applying step, a voltage of 1 to 3Vp-p is applied by a waveform generator connected to both ends of the microfluidic chip.
After applying the voltage while the frequency of the voltage is fixed at 0.5 to 1.5kHz, the cell type is distinguished by a drastic change in frequency using the electrophoresis, characterized in that the process of varying the frequency of the voltage to 10 to 500kHz and Characterization.
상기 전압 인가단계는 상기 미세 유체 칩의 양 끝 단에 연결된 파형 발생기(Function Generator)에 의해서 2Vp-p의 전압을 인가하되,
전압의 주파수를 1.0kHz로 고정시킨 상태에서 전압을 인가한 후에, 전압의 주파수를 20 내지 200kHz로 변동시키는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 세포 종류 구분 및 특성 분석법.
The method according to claim 5,
In the voltage applying step, a voltage of 2Vp-p is applied by a waveform generator connected to both ends of the microfluidic chip.
Cell type classification and characterization method through rapid change of frequency using genophoresis, which is performed after applying voltage in a state where the frequency of the voltage is fixed at 1.0 kHz, and then changing the frequency of the voltage to 20 to 200 kHz. .
상기 유전영동은 아래 수학식 1로 표기되는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 세포 종류 구분 및 특성 분석법:
[수학식 1]
여기서 ε0는 진공상태의 유전상수이고,
εm은 유체의 유전상수이며,
Re[fCM]은 Clausius-Mossotti factor의 실수 값이고,
fCM은 입자와 입자를 둘러싼 유체의 상대적인 분극 능력을 나타내는 값이며,
Erms 전기장의 실효값이다.
The method according to claim 1,
The genophoresis is a cell type classification and characterization method through a sudden change in frequency using the electrophoresis, characterized in that represented by Equation 1 below:
[Equation 1]
Where ε 0 is the dielectric constant in vacuum,
ε m is the dielectric constant of the fluid
Re [f CM ] is the real value of Clausius-Mossotti factor,
f CM is a value indicating the relative polarization ability of particles and the fluid surrounding them,
E rms The rms value of the electric field.
상기 미세 유체 칩의 양 끝 단에 구비된 파형 발생기에 전압을 인가하는 전압 인가단계;
상기 전압 인가단계를 통해 전압이 인가된 미세 유체 칩에 개재된 이상 세포 희석액 내에 이상 세포의 움직임을 전하 결합 소자(CCD) 카메라로 촬영하고 그레이스케일(grayscale)의 과도시간(transient time)을 통해 분석하는 세포움직임 분석단계; 및
상기 세포움직임 분석단계를 통해 분석된 데이터를 정상 세포의 데이터와 비교하는 데이터비교 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 이상 세포의 검출방법.
A microfluidic chip interposing step of interposing the abnormal cell dilution solution in the microfluidic chip having a waveform generator at both ends;
A voltage applying step of applying a voltage to a waveform generator provided at both ends of the microfluidic chip;
The movement of the abnormal cells in the abnormal cell dilution interposed on the microfluidic chip to which the voltage is applied through the voltage applying step is photographed with a charge coupled device (CCD) camera and analyzed through a transient time of grayscale. Cell movement analysis step; And
And a data comparison step of comparing the data analyzed through the cell movement analysis step with the data of the normal cells.
상기 이상 세포 희석액은 1 내지 100개/microliter의 농도로 버퍼에 희석되어 제조되는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 이상 세포의 검출방법.
The method according to claim 8,
The abnormal cell dilution is a method for detecting abnormal cells through a rapid change in frequency using the electrophoresis, characterized in that the dilution in the buffer to a concentration of 1 to 100 / microliter.
상기 버퍼는 수크로오스, D-글루코스, 인산완충식염수 및 소혈청 알부민으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 이상 세포의 검출방법.
The method according to claim 8,
The buffer is a method for detecting abnormal cells through a rapid change in frequency using genophoresis, characterized in that consisting of sucrose, D-glucose, phosphate buffered saline and bovine serum albumin.
상기 이상 세포는 유방암 세포(MCF-7), 자궁 경부암 세포(HeLa) 및 폐암 세포(Jurkat)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 이상 세포의 검출방법.
The method according to claim 8,
The abnormal cells may be one or more selected from the group consisting of breast cancer cells (MCF-7), cervical cancer cells (HeLa), and lung cancer cells (Jurkat). Detection method.
상기 전압 인가단계는 상기 미세 유체 칩의 양 끝 단에 연결된 파형 발생기(Function Generator)에 의해서 1 내지 3Vp-p의 전압을 인가하되,
전압의 주파수를 0.5 내지 1.5kHz로 고정시킨 상태에서 전압을 인가한 후에, 전압의 주파수를 10 내지 500kHz로 변동시키는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 이상 세포의 검출방법.
The method according to claim 8,
In the voltage applying step, a voltage of 1 to 3Vp-p is applied by a waveform generator connected to both ends of the microfluidic chip.
Detection of abnormal cells through abrupt changes in frequency using the electrophoresis, after applying the voltage in a state where the frequency of the voltage is fixed at 0.5 to 1.5 kHz, the frequency of the voltage to 10 to 500 kHz. Way.
상기 전압 인가단계는 상기 미세 유체 칩의 양 끝 단에 연결된 파형 발생기(Function Generator)에 의해서 2Vp-p의 전압을 인가하되,
전압의 주파수를 1.0kHz로 고정시킨 상태에서 전압을 인가한 후에, 전압의 주파수를 20 내지 200kHz로 변동시키는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 이상 세포의 검출방법.
The method according to claim 12,
In the voltage applying step, a voltage of 2Vp-p is applied by a waveform generator connected to both ends of the microfluidic chip.
A method of detecting abnormal cells through rapid changes in frequency using genophoresis, comprising applying a voltage while fixing the frequency of the voltage to 1.0 kHz, and then changing the frequency of the voltage to 20 to 200 kHz.
상기 유전영동은 아래 수학식 1로 표기되는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 이상 세포의 검출방법:
[수학식 1]
여기서 ε0는 진공상태의 유전상수이고,
εm은 유체의 유전상수이며,
Re[fCM]은 Clausius-Mossotti factor의 실수 값이고,
fCM은 입자와 입자를 둘러싼 유체의 상대적인 분극 능력을 나타내는 값이며,
Erms 전기장의 실효값이다.
The method according to claim 8,
The method of detecting abnormal cells through the rapid change in frequency using the electrophoresis, characterized in that the electrophoresis is represented by Equation 1 below:
[Equation 1]
Where ε 0 is the dielectric constant in vacuum,
ε m is the dielectric constant of the fluid
Re [f CM ] is the real value of Clausius-Mossotti factor,
f CM is a value indicating the relative polarization ability of particles and the fluid surrounding them,
E rms The rms value of the electric field.
상기 미세 유체 칩의 양 끝 단에 구비된 파형 발생기에 전압을 인가하는 전압 인가단계;
상기 전압 인가단계를 통해 전압이 인가된 미세 유체 칩에 개재된 대조군 내에 이상 세포의 움직임과 실험군 내에 이상 세포의 움직임을 전하 결합 소자(CCD) 카메라로 촬영하고 그레이스케일(grayscale)의 과도시간(transient time)을 통해 분석하는 세포움직임 분석단계; 및
상기 세포움직임 분석단계를 통해 분석된 대조군의 데이터와 실험군의 데이터를 비교하는 데이터비교 단계:로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 약물처리 세포의 변화 검출방법.
A microfluidic chip intervening step of interposing each of the abnormal cell diluents (control group) and the abnormal cell diluents (experimental group) treated with the drug in a microfluidic chip having a waveform generator at each end;
A voltage applying step of applying a voltage to a waveform generator provided at both ends of the microfluidic chip;
The movement of the abnormal cells in the control group and the movement of the abnormal cells in the experimental group intervened in the microfluidic chip to which the voltage was applied through the voltage application step was taken with a charge coupled device (CCD) camera and the grayscale transient time (transient) cell motion analysis step of analyzing through time; And
Data comparison step of comparing the data of the control group and the experimental group analyzed by the cell motion analysis step: Method of detecting the change of the drug-treated cells through the rapid change in frequency using the electrophoresis, characterized in that consisting of.
상기 이상 세포 희석액은 1 내지 100개/microliter의 농도로 버퍼에 희석되어 제조되는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 약물처리 세포의 변화 검출방법.
The method according to claim 15,
The abnormal cell dilution is a method for detecting a change in drug treatment cells through a drastic change in frequency using the electrophoresis, characterized in that the dilution in the buffer prepared in a concentration of 1 to 100 / microliter.
상기 버퍼는 수크로오스, D-글루코스, 인산완충식염수 및 소혈청 알부민으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 약물처리 세포의 변화 검출방법.
The method according to claim 15,
Said buffer is sucrose, D-glucose, phosphate buffered saline, and bovine serum albumin, characterized in that the method of detecting changes in drug-treated cells through a rapid change in frequency using genophoresis.
상기 이상 세포는 유방암 세포(MCF-7), 자궁 경부암 세포(HeLa) 및 폐암 세포(Jurkat)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 약물처리 세포의 변화 검출방법.
The method according to claim 15,
The abnormal cell is a drug treatment cell through a rapid change in frequency using genetic electrophoresis, characterized in that it comprises one or more selected from the group consisting of breast cancer cells (MCF-7), cervical cancer cells (HeLa) and lung cancer cells (Jurkat). Method for detecting change of
상기 약물은 이상 세포의 세포막 특성을 변화시키는 약물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 약물처리 세포의 변화 검출방법.
The method according to claim 15,
The drug is a method for detecting a change in drug treatment cells through a rapid change in frequency using a genetic electrophoresis, characterized in that consisting of a drug for changing the cell membrane properties of the abnormal cell.
상기 약물은 Methyl-β-cyclodextrin으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 약물처리 세포의 변화 검출방법.
The method according to claim 15 or 19,
The drug is a method of detecting the change of drug treatment cells through a rapid change in frequency using genetic electrophoresis, characterized in that consisting of Methyl-β-cyclodextrin.
상기 전압 인가단계는 상기 미세 유체 칩의 양 끝 단에 연결된 파형 발생기(Function Generator)에 의해서 1 내지 3Vp-p의 전압을 인가하되,
전압의 주파수를 0.5 내지 1.5kHz로 고정시킨 상태에서 전압을 인가한 후에, 전압의 주파수를 10 내지 500kHz로 변동시키는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 약물처리 세포의 변화 검출방법.
The method according to claim 15,
In the voltage applying step, a voltage of 1 to 3Vp-p is applied by a waveform generator connected to both ends of the microfluidic chip.
After the voltage is applied in a state in which the frequency of the voltage is fixed at 0.5 to 1.5 kHz, the frequency of the voltage is changed to 10 to 500 kHz. Change detection method.
상기 전압 인가단계는 상기 미세 유체 칩의 양 끝 단에 연결된 파형 발생기(Function Generator)에 의해서 2Vp-p의 전압을 인가하되,
전압의 주파수를 1.0kHz로 고정시킨 상태에서 전압을 인가한 후에, 전압의 주파수를 20 내지 200kHz로 변동시키는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 약물처리 세포의 변화 검출방법.
The method according to claim 21,
In the voltage applying step, a voltage of 2Vp-p is applied by a waveform generator connected to both ends of the microfluidic chip.
Detection of the change in the drug-treated cell through the rapid change of the frequency using the electrophoresis, after applying the voltage in a state where the frequency of the voltage is fixed at 1.0 kHz, the frequency of the voltage to 20 to 200 kHz Way.
상기 유전영동은 아래 수학식 1로 표기되는 것을 특징으로 하는 유전영동을 이용한 주파수의 급격한 변화를 통한 약물처리 세포의 변화 검출방법:
[수학식 1]
여기서 ε0는 진공상태의 유전상수이고,
εm은 유체의 유전상수이며,
Re[fCM]은 Clausius-Mossotti factor의 실수 값이고,
fCM은 입자와 입자를 둘러싼 유체의 상대적인 분극 능력을 나타내는 값이며,
Erms 전기장의 실효값이다.The method according to claim 15,
The method of detecting the change of the drug-treated cell through the rapid change of the frequency using the electrophoresis, characterized in that the electrophoresis is represented by Equation 1 below:
[Equation 1]
Where ε 0 is the dielectric constant in vacuum,
ε m is the dielectric constant of the fluid
Re [f CM ] is the real value of Clausius-Mossotti factor,
f CM is a value indicating the relative polarization ability of particles and the fluid surrounding them,
E rms The rms value of the electric field.
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004055505A1 (en) * | 2002-12-12 | 2004-07-01 | Aura Biosystems Inc. | Dielectrophoretic particle profiling system and method |
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| JP2007531863A (en) * | 2003-07-12 | 2007-11-08 | アクセラー８ テクノロジー コーポレイション | Sensitive and rapid biodetection method |
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| JP5186675B2 (en) * | 2006-03-10 | 2013-04-17 | クラスターテクノロジー株式会社 | Measuring method of fine particle state by dielectrophoresis |
| KR101269168B1 (en) | 2011-06-02 | 2013-05-29 | 연세대학교 산학협력단 | high efficiency particle separation apparatus and method |
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| KR20150114177A (en) * | 2014-04-01 | 2015-10-12 | 연세대학교 원주산학협력단 | Method for measurement of biomolecular binding forces using lateral dielectrophoresis force spectroscopy |
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Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004055505A1 (en) * | 2002-12-12 | 2004-07-01 | Aura Biosystems Inc. | Dielectrophoretic particle profiling system and method |
| JP2007531863A (en) * | 2003-07-12 | 2007-11-08 | アクセラー８ テクノロジー コーポレイション | Sensitive and rapid biodetection method |
| KR100593792B1 (en) | 2004-12-29 | 2006-06-30 | 한국과학기술원 | Multistage dielectrophoretic separation chip, its application to microfluidic system for total blood cell analysis, and assaying method of the total blood cell using thereof |
| JP5186675B2 (en) * | 2006-03-10 | 2013-04-17 | クラスターテクノロジー株式会社 | Measuring method of fine particle state by dielectrophoresis |
| KR100838713B1 (en) | 2007-01-31 | 2008-06-16 | 한국생명공학연구원 | Chip and method for dielectrophoretic (dep) selection of oocytes |
| KR100983623B1 (en) | 2008-03-04 | 2010-09-24 | 광주과학기술원 | A method for selection and separation of normal cell and specific cell using ultrasonic wave |
| KR101269168B1 (en) | 2011-06-02 | 2013-05-29 | 연세대학교 산학협력단 | high efficiency particle separation apparatus and method |
| KR101417506B1 (en) | 2012-12-24 | 2014-08-06 | 연세대학교 원주산학협력단 | Peptide immobilized AFM cantilever and diagnostic method using thereof |
| KR20150114177A (en) * | 2014-04-01 | 2015-10-12 | 연세대학교 원주산학협력단 | Method for measurement of biomolecular binding forces using lateral dielectrophoresis force spectroscopy |
| KR101765068B1 (en) | 2015-02-27 | 2017-08-04 | 연세대학교 원주산학협력단 | Circulating tumor cell specific protein detection method and sensor system using atomic force microscopic cantilever |
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