개요
나노셀렉트 바이오메디컬은 혁신적인 세포 분석 및 분류 솔루션 개발을 전문으로 합니다. 자체 개발한 미세유체 기술을 활용하여 연구원과 임상의에게 사용하기 쉽고 처리량이 높은 세포 분석, 분류 및 분리 옵션을 제공함으로써 세포 생물학 분야에 혁명을 일으키고 있습니다. 나노셀렉트는 신뢰할 수 있고 유연한 도구를 연구원에게 제공함으로써 암 연구, 면역학, 신약 개발 및 맞춤형 의학 등의 분야에서 발전을 주도하고 있으며, 궁극적으로 획기적인 발견을 가속화하고 인류 건강을 증진하고 있습니다. 나노셀렉트는 유세포 분석에 적합한 혁신적인 솔루션을 제공합니다. 유세포 분석은 레이저 빔을 통과하는 개별 세포 또는 입자를 분석하고 정량화하는 기술로, 다양한 특성을 측정합니다. 분석 외에도 유세포 분석은 특정 특성에 따라 세포를 물리적으로 분리하는 세포 분류에도 사용할 수 있습니다. VERLO 이미지 유도 분류기를 개발하기 위해 연구원들은 다음과 같은 기술을 활용했습니다. Moku:Lab, 이는 임의 파형 발생기 그들은 더욱 정확한 스윕을 통해 고효율 디지털 합성을 수행하는 데 필요한 장비를 필요로 했습니다. Moku:Lab은 FPGA의 디지털 신호 처리 능력과 다용도의 저잡음 아날로그 입력 및 출력을 결합한 재구성 가능한 하드웨어 플랫폼입니다. 소프트웨어 정의 기능을 통해 Moku:Lab은 15개 이상의 테스트 장비를 제공할 수 있습니다. 다중 장비 모드, 사용자는 장비 쌍을 결합하여 무손실 상호 연결을 통해 동시에 실행할 수 있습니다.
난제
유세포 분석법에서 세포 분류는 형광 표지자 또는 기타 특징을 기반으로 세포를 분석하고 식별하는 과정입니다. 세포가 식별되면 피에조 액추에이터를 사용하여 각기 다른 수집 튜브 또는 웰로 선택적으로 분리됩니다. 이러한 분리 과정을 통해 연구자들은 관심 있는 특정 세포 집단을 분리하고 수집하여 추가 연구를 진행하거나 다양한 후속 응용 분야에 활용할 수 있습니다. 세포 분류는 면역학, 줄기세포 연구, 암 생물학, 유전체학 등 여러 연구 분야에서 강력한 도구로 활용됩니다. 희귀 세포 집단이나 특정 세포 하위 집단을 분리할 수 있어 세포 기능 및 행동에 대한 심층 분석과 연구를 가능하게 합니다. 빠르게 변화하는 개발 환경에서 혁신적인 제품을 신속하게 시장에 출시하기 위해 연구팀은 실험 결과를 빠르게 검증할 수 있는 유연한 테스트 솔루션이 필요했습니다. 연구팀은 80MHz에서 290MHz 범위의 진폭 보정이 가능한 처프 신호를 생성해야 했습니다. 이 처프 신호는 음향광학 편향기를 구동하며, 연구팀은 이를 이용하여 레이저 빔을 조향합니다(그림 1). 그들은 처음에는 Keysight 81160A를 임대했지만, 보다 유연하고 비용 효율적인 장기적인 솔루션을 원했습니다.
그림 1: (a) 전체 시스템 아키텍처. 스캐닝 레이저 빔과 세포의 이동은 2D 래스터 스캐닝 시스템과 유사한 구조를 형성합니다. 세포의 명시야 및 형광 신호는 광증폭관(PMT)으로 검출되고, 시간적 신호는 FPGA를 이용한 실시간 처리를 통해 재구성되어 세포 이미지를 생성합니다. 각 세포 이미지의 특징은 PC 또는 GPU를 통해 추출됩니다. 사용자가 선택한 이미지 특징에 기반한 분류 기준(게이팅)에 따라 온칩 압전(PT) 액추에이터가 작동하여 목표 특징을 가진 세포를 선별합니다. (b) 이미징 시스템 설계. AOD, 음향광학 편향기; DM, 이색성 거울; OL, 10배/0.28 대물렌즈; PMT, 광증폭관; SM, 세포 속도 검출용 공간 마스크(왼쪽에 설계도 표시). (c) 미세유체 칩 설계. 부유 세포는 쉬스 유동에 의해 미세유체 채널 중앙으로 집속됩니다. 온칩 압전 액추에이터는 기계적으로 위아래로 구부러져 유동과 유동 내의 목표 세포를 지정된 채널로 편향시킵니다. 스케일 바: 1mm.
해법
나노셀렉트 팀은 프로토타입 제작 및 연구 개발에 Moku:Lab을 도입한 이후 상당한 개발 진전을 이루었습니다. 소프트웨어 정의 계측기의 유연성과 사용자 친화적인 인터페이스 덕분에 차세대 세포 분류 장치 개발이라는 목표를 달성하는 데 속도를 낼 수 있었습니다. 이 팀은 200kHz 폭의 처프 신호를 생성하는 두 개의 동시 출력 기능을 갖춘 임의 파형 발생기(Arbitrary Waveform Generator)를 사용합니다(그림 2). 생성된 신호는 음향광학 편향기(AOD)를 구동하는 데 사용됩니다.
그림 2: Moku:Lab 오실로스코프 트리거 설정 및 채널 1 버스트 시작.
그림 3: Moku:Lab 커서로 측정한 200kHz 폭의 트리거된 2채널 버스트 신호.
나노셀렉트의 임베디드 시스템 엔지니어인 이반 가녜는 "이렇게 유연한 장비를 활용할 수 있는 다른 방법을 찾기를 기대하며, 앞으로 더 구매할 가능성이 높습니다."라고 말했습니다. 나노셀렉트 팀은 Moku:Lab을 통해 시스템의 레이저 출력으로 인해 발생하는 비효율성을 상쇄하기 위해 출력 신호를 실시간으로 업데이트할 수 있습니다. 아이패드 인터페이스 시동 중에 입출력 특성을 확인했지만 결국에는 LabVIEW API이를 통해 사용자 정의 UI를 신속하게 개발하여 파형 매개변수 조정을 간단하게 만들 수 있었습니다(그림 4). Moku:Lab을 통해 개발 일정을 가속화하는 것 외에도 Liquid Instruments에서 받은 친절하고 효율적인 고객 서비스를 높이 평가했습니다.
그림 4: 나노셀렉트 팀은 LabVIEW API를 사용하여 파형 매개변수 조정을 간편하게 해주는 맞춤형 UI를 신속하게 개발했습니다.
결과
궁극적으로 Moku:Lab 덕분에 NanoCellect 팀은 고가의 장비를 임대하거나 맞춤형 솔루션을 설계할 필요 없이, 까다로운 스윕 속도와 샘플링 속도를 구현하여 개발을 최적화할 수 있었습니다. NanoCellect의 수석 전기 엔지니어인 Wes Ice는 "덕분에 아이디어를 검증하고, 문제를 해결하고, 테스트되지 않은 개념을 신속하게 입증하여 제품을 시장에 출시할 수 있었습니다."라고 말했습니다. "NI의 동등한 PXI 기반 장비는 크기가 더 크고 가격도 훨씬 비싸기 때문에, 비슷한 신호 생성 및 수집 요구 사항을 가진 다른 엔지니어들에게 Moku:Lab을 추천합니다." Gagné 또한 비용과 성능에 대한 Ice의 의견에 동의했습니다. 그는 "Moku:Lab은 출력 샘플링 속도 대비 매우 합리적인 가격이었습니다."라고 말하며, "사용하기 쉬운 API 덕분에 파형 설계를 빠르게 반복할 수 있었습니다."라고 덧붙였습니다.