미세유체/단세포 검출 및 분류
응용기술 설명
세포 및 하위 세포 구성요소(핵, RNA, DNA)에 대한 바이오시스템 엔지니어링 연구 추세는, 보다 넓은 범위의 주파수 영역대에서 감도가 높은 전기 임피던스 분광법에 대한 수요를 발생시켰습니다. 과거의 수 MHz영역에서 사용되던 응용기술이 고주파수 대역으로 확장되었으며, 또한 여러 주파수에서 동시에 측정을 수행할 수 있는 기능은 분명한 이점으로 나타나게 되었고, 이로 인하여 셀의 임피던스 프로파일을 실시간으로 가져올 수 있게 되었습니다.
측정 전략
미세유체(Microfluidic) 채널에서 세포의 크기와 속도를 관찰하기 위해선 세 가지 방법이 있습니다.
첫 번째는 광학 유세포 분석법, 레이저 광으로 세포를 비추어 산란광 또는 형광을 측정하는 방법으로, 세포에 레이블링을 필요로 합니다. 그리고 샘플을 준비함에 있어 독성이 있거나 비용이 많이 들 수 있는 염료를 사용하며 시간도 많이 소요되며, 또한 레이저와 검출 시스템을 유지 관리하고 설정해야 하기 때문에, 이 기술의 휴대성과 견고성이 제한됩니다.
두 번째 방법은 고속 카메라를 사용하는 이미지 기반 세포측정법입니다. 별도의 기기를 사용하여 세포의 크기를 판단하고 각각의 다른 채널로 분류하기 위해서는, 우선적인 이미지 처리가 필요하고, 일반적인 카메라는 프레임 속도에 따라 감지 속도가 제한됩니다. 한 프레임을 기록하는 데 최대 200마이크로초가 소요될 수 있습니다.
세 번째 대안은 응답 시간이 빠르고 레이블링을 필요로 하지 않으며 통합 분류 가 가능한 임피던스 세포 계측법입니다. 이 기술에는 셀이 통과할 때 채널의 유전 특성 변화를 모니터링하는 작업이 포함됩니다. 이를 달성하는 한 가지 방법은 그림 1과 같이 HF2LI락인앰플리파이어와 같은 락인앰플리파이어와 정합 전류 증폭기를 사용하여 미세 유체 채널에 통합된 전극 사이의 전류 변화 를 측정 하는 것입니다. 세포가 전극 사이를 통과할 때 전류의 변화를 측정하고 , 실험의 차등 구성으로 인하여 유체로 인한 신호는 제거 됩니다. 이것은 셀의 크기와 속도를 모두 추론할 수 있을 정도의 잘 정의된 신호를 제공합니다. 실제로, 측정된 신호는 AC Dielectrophoresis(ACD) 신호를 통해 세포가 어떤 채널로 전환되어야 하는지를 결정하는 데 바로 사용할 수 있습니다. HF2LI를 사용하면 한 기기에서 ACD 와 신호 감지가 가능하며 이는 실험 장치의 복잡성을 줄일 수 있습니다.
취리히인스트루먼트 선택의 이점
- 최대 6개 주파수에서 동시 다중 주파수로 작동하며 이는 셀 특성 감별에 이상적입니다; 세포 분류에는 빠르고 자동화된 결정이 필요합니다.
- 카메라 기반 솔루션에서는 사용할 수 없는 짧은 시간 척도로 측정을 수행합니다.
- 테스트 신호 주파수를 광범위한 값에 걸쳐 변경하며 측정 감도를 최적화할 수 있습니다.
- 잡음이 많은 유체 환경에서도 차동 측정 방식으로 인하여 작동할 수 있습니다.
- 탐지와 분류를 결합한 기기로서, 기능을 효과적으로 통합하여 셋업을 단순화합니다.