Innovative Cell Observation Technology which Enabled CM20's Compact Design

더 스마트한 세포배양을 가능케 하는 혁신 기기

Olympus CM20 세포배양 모니터링 시스템(그림 1)이 있으면 클린룸에 출입하지 않고도 배양기 내 세포배양 상태를 원격으로 관찰할 수 있습니다. 얇고 작은 디자인 덕분에 대부분의 표준 규격 배양기 내부에 끼울 수 있으므로 특별한 배양기를 준비할 필요가 없습니다. 또한, 상부 표면이 평평해서 다층 플라스크처럼 크고 높은 용기를 배치하여 관찰할 수 있습니다. Olympus는 이처럼 소형 디자인을 만들어내기 위해 EPI-Oblique 조명이라고 알려진 혁신적인 광학계를 개발하고 특허권을 취득했습니다.

그림 1. CM20 세포배양 모니터링 시스템
 

소형 세포배양 모니터의 설계

배양기 전체를 관찰할 수 있는 세포배양 모니터링 기기는 대개 크기가 크고 배양기 내부에서 상당한 공간을 차지합니다. 따라서, 특별한 환경이나 새로운 배양기를 반드시 준비해야 합니다.

Epi-Oblique 조명을 뒷받침하는 기술

Olympus의 EPI-Oblique 조명 기술은 투명한 샘플을 관찰하는 것을 가능하게 만들었으며 세포배양 모니터링 시스템을 소형화할 수 있게 해주었습니다(그림 3). 이 기술은 경사광(oblique lighting)이 용기 상단(예: 플라스크 상단, 웰 뚜껑, 페트리 접시)에서 나오는 반사광을 이용한다는 점에서 독특합니다. 결과적으로, 관찰용 광학계와 조명 광학계를 광원과 함께 기기 내부에 배치할 수 있습니다. 이러한 설정에서는 스탠드가 장착된 기존의 투과 조명 장치가 필요하지 않으며(그림 3) 기기의 평평한 상단 표면을 이용할 수 있습니다. CM20 기기는 업계에서 가장 얇은* 세포배양 모니터링 시스템으로, 두께가 55mm(2.16 in.)에 불과합니다(용기 홀더 제외). 작은 크기 덕분에 제한된 공간에서도 기존의 배양기에 설치할 수 있습니다(그림 4).

그림 3. 기존 세포배양 현미경(왼쪽)과 CM20 시스템(오른쪽)의 크기 비교. 측면에서 보면 CM20 시스템이 기존의 시스템보다 얼마나 작은지 분명하게 확인할 수 있습니다.
 

그림 4. 배양기 내부에 설치된 CM20 시스템
 

기기의 구성과 캡처 이미지

일반적으로는 투과된 조명을 경사광에 사용합니다. 그러나 Olympus의 EPI-Oblique 조명은 대물 렌즈 측면에서 빛을 드리웁니다. 광원에서 나와 대물 렌즈 측면으로 방사되는 빛은 용기 상단에서 반사됩니다. 반사광이 대물 렌즈의 광축 위에서 각을 이루며 샘플로 진입하고 샘플을 통과해 이동하는 투과광이 대물렌즈에서 이미지가 됩니다(그림 5). Olympus의 CM20 시스템은 대물 렌즈의 NA를 활용하여 입사각을 샘플에 맞추어 정렬합니다. 이로써 경사광과 같은 조건이 만들어지고 대비가 있는 세포와 같은 투명 샘플을 쉽게 확인할 수 있게 됩니다(그림 6).

그림 5. EPI-Oblique 조명의 구성(측면도)
 

그림 6. EPI-Oblique 조명을 사용하여 캡처한 이미지
 

다양한 유형의 용기와 호환

새로운 Olympus의 조명 광학계는 다양한 유형의 용기와 호환됩니다. 긴 용기는 외부 근처에, 짧은 용기는 내부 근처에 조명광이 있습니다(그림 7). 용기의 벽 표면이 조명 조건에 영향을 미치지 않도록 상단과 하단 두 방향에 광원을 배치합니다. 용기의 상반부를 이미징할 때는 하단 광원을 활용하고 용기의 하반부를 이미징할 때는 상단 광원을 활용함으로써 안정적인 조명 조건을 유지합니다(그림 8).

EPI-Oblique 조명의 또 다른 장점은 용기 상단에서 나오는 반사광을 이용하기 때문에 여러 개의 용기가 쌓여 있을 때도 관찰할 수 있다는 것입니다. 그뿐만 아니라, 다층 플라스크와 같이 크기가 큰 용기를 사용하여 관찰하는 것도 가능합니다. 기존 현미경에서 발견되는 일반적인 문제를 극복한 것입니다(그림 9).

그림 7. 길고 짧은 용기와 호환되는 조명 광학계(측면도)
 

그림 8. 용기 하반부에 대한 이미징
 

그림 9. CM20 모니터에 여러 개의 세포배양기구가 쌓여 있는 모습
 

결론

Olympus는 EPI-Oblique 조명을 개발함으로써 용기 표면 전체를 관찰할 수 있는 상단이 평평한 소형 모니터링 기기를 만들어낼 수 있었습니다. 이 혁신 기기는 세포배양의 효율성을 높이고 배양기 내부의 공간을 절약하는데 도움이 될 수 있습니다.

작은 글자 부분: *Olympus에서 제공한 2020년 4월 기준 자료.
 

저자

Masaru Mizunaka
Scientific Solutions Product &Technology
광학계 개발, CRDM
Olympus Corporation