We realized and characterized a flow-rate control independent cell concentration sensor using Double Electrical Sensing Zones and control volume. We could count cells in control volume through the difference of counted cell numbers at two sensing zone before and after the control volume. From cells inside control volume, we calculated cell concentration.
In this experimental study, we used red blood cell(RBC). We obtained counting condition in our preliminary test: medium(PBS buffer) conductivity of 1.6 S/m for sensitivity of sensing zones and threshold voltage of 1V for counting cells. In that condition, we measured RBC concentration with concentration sensor of conventional Single Electrical Sensing Zone as well as the proposed Double Electrical Sensing Zones. The maximum error of the previous sensors and the present sensor compared to Hemacytometer are 20% and 20.6% respectively, which are nearly included in error boundary of Hemacytometer. We observed that the performance of cell concentration sensor with Double Electrical Sensing Zones is not effected by the flow-rate change during the measurement of RBC concentration, although cell concentration sensor with Single Electrical Sensing Zone can not measure RBC concentration with the flow-rate variation.
In this work, we demonstrated that the proposed sensor has enough performance comparing with conventional cell sensor in spite of the variation of the flow rate. This advantage makes it easy to integrate the cell concentration sensor with other components of integrated biological analysis systems.
본 논문에서는 두개의 계수구역과 그 사이의 검사체적을 이용하여 유량에 영향을 받지 않는 세포 농도 측정기를 설계, 제작하고 그 성능을 평가하였다. 검사체적의 전후에 위치한 두개의 계수구역에서 계수된 세포의 총 수의 차이를 이용하여 검사체적 내의 세포 수를 계수하고, 이를 검사체적으로 나누어 세포 농도를 실시간으로 측정할 수 있었다.
전기 저항법을 이용하여 적혈구의 크기에 따라서 계수구역을 설계하고 성능 비교를 위한 기존의 상용화된 단일 계수구역과 새롭게 제안된 두개의 계수구역을 MEMS 제조 공정을 이용하여 제작하였다.
이와 같이 설계된 세포 농도 측정기의 성능을 평가하기 전에, 계수 조건을 결정하기 위한 예비실험을 수행하였다. 예비실험으로부터, 버퍼의 전기 전도율이 1.6 S/m일 때, 계수구역에서 적혈구의 유무에 따라 측정되는 전압 변화가 약 1V 이상인 것을 관찰하였다. 이 결과로부터 계수시의 Threshold Voltage를 1V로 설계하여 실험을 진행하였다.
단일 계수구역과 두개의 계수구역의 성능 비교 실험에서는 Hemacytometer의 농도측정치와 비교하여 최대 농도측정오차가 각각 20%, 20.6%로 이는 Hemacytometer의 오차범위 내에 있다. 그리고 두개의 계수구역을 이용한 세포 농도 측정기에서의 유량 변화 실험을 통해서, 제안된 새로운 농도 측정방법의 성능이 유량변화에 영향을 받지 않음을 확인하였다.
결과적으로 본 논문에서 제안한 두개의 계수구역과 검사체적을 이용한 세포 농도 측정기의 성능이 유량에 영향을 받지 않는다는 것을 실험적으로 확인할 수 있었다. 이러한 장점은 집적화된 생물학적 분석 시스템에서 다른 요소와 제안된 세포 농도 측정기의 집적화를 보다 용이하게 할 수 있다.
