Development of Customizable Fluorescence Detection System using 3D Printer

3D 프린터를 활용한 맞춤형 휴대용 형광측정 장치 개발

Flow cytometer is one of the instrument that can measure various optical properties of a single cell or microparticle. These parameters including size, granularity, and fluorescence intensity are determined by the physical and optical interaction of the cells with excitation light source. However, users have some difficulties such as high cost, size of instrument, and limited fluorescence selectivity. In addition, abundant data is also unintentionally acquired even though user wants to have a single optical parameter. For these reasons, the use of flow cytometer is more challenging for researchers to apply their study. Therefore, the proposed study aims to develop a low-cost portable fluorescence acquisition system using a commercially available light-emitting diode and photodiode. It is designed by a 3D printer, and fluorescence selectivities are increased by changing of the light source / optical filter / detection sensor. Various number sets of fluorescently labeled cells were measured, and its feasibility was evaluated through the proposed system. As a result, acquried fluorescence intensities were proportional to the concentration of the cells and showed high linearity.

유세포 분석법은 단일 세포나 미세 입자에 대한 다양한 광학적 특성을 측정하여 이를 매개 변수로 나타내는 측정법이다. 이러한 매개 변수에는 세포의 크기, 입상도, 형광 강도 등이 있으며 이는 세포와 광원에서 조사한 빛의 물리적이며 광학적인 상호 작용에 의해 방사되는 빛에 따라 결정된다. 하지만 유세포 분석법은 고가이며 크기가 크고 다양한 형광염료의 사용이 제한적이라는 단점이 있다. 또한, 측정할 수 있는 다양한 데이터에 비해 사용자가 원하고자 하는 데이터는 한정적일 수도 있다. 이러한 특징은 비용/공간적으로 제한적인 연구 환경을 가진 연구자에게 있어서 어려운 점으로 다가오고 있다. 이에 본 연구는 소형의 발광다이오드와 포토다이오드를 이용하여 저가의 휴대용 형광측정 장치를 개발하고자 한다. 이는 누구나 제작하기 쉽도록 3D 프린터로 설계되었으며 광원과 필터 그리고 광센서의 교체가 가능하도록 설계하여 표적 세포 및 형광염료의 다양한 선택이 가능하다. 제안된 형광측정 장치를 통하여 형광처리가 된 세포를 다양한 세포 수로 분류하여 측정하였으며 그 결과, 측정된 형광의 세기가 세포의 농도에 따라 비례한 것을 보였으며 또한 높은 선형성을 보여주었다.