광학 집게를 이용한 생물학적 세포의 라만 분광과 탄성계수 분석

Abstract

[한글]세포막으로 둘러싸인 살아 있는 단일 세포 안에는 많은 수의 복잡한 생체 분자가 존재한다. 이 생체 분자는 핵이나 리포솜과 같은 세포 기관을 구성한다. 이 세포 기관의 다양한 세포 대사 과정을 이해하기 위해서는 이 고분자 물질들을 정확히 분석해야 한다. 세포의 이해뿐만 아니라, 질병을 유발하는 세포의 이상과 같은 현상을 치료 혹은 진단하기 위해서는 생체분자와 관련한 분석이 피할 수 없는 일이 되었다.

최근 LTRS(Laser Tweezers Raman Spectroscopy)라고 알려진 Raman microscopy와 optical tweezers의 결합은 단일 세포를 검측 및 분석하는 새로운 길을 열어주었다. 단일 세포의 복잡한 화학 정보를 분석하는데 있어서 LTRS는 가장 빠르며 가장 간단한 기술이다.

본 논문에서 LTRS 시스템을 제작하였으며 유전체 구의 Raman spectrum을 관찰하였다. 또한 광손상(optical damage)의 표지로 적혈구(RBC)의 Raman 신호를 관찰하였다.

또한 power spectrum method를 통하여 포획된 입자에 가해지는 힘을 직접적으로 측정하고자 하였다. 실험을 통하여 포획 힘의 측정을 위한 stiffness와 calibration factor를 측정하였다.

본 논문에서는 단일 세포의 화학적, 기계적 분석 장비의 개발 및 검증을 목표로 하였으며, 본 논문의 결과는 세포의 화학적, 구조적 분석뿐만 아니라 biological motor 분석에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

[영문]A single living cell is a complex mixture of large number of biomolecules enclosed in a cell membrane. These biomolecules constitute the cell organelles such as nucleus, liposome, etc. and the understanding of various cellular processes is based on their correct identification. To cure or diagnose such cellular disorders leading to diseases, the identification of concerned biomolecules becomes inevitable.

In the latest developments, the combination of Raman spectroscopy with optical tweezers, known as LTRS(Laser Tweezers Raman Spectroscopy) has opened a way to a single cell detection and characterization. To analyze the chemical information of complex mixture of a single cell, LTRS may be the fastest and the simplest technique.

In this paper, we made LTRS system and observed Raman spectrum of polystyrene bead. Also we observed Raman intensity of RBC as a marker for optical damage.

Also, we tried to directly measure the force exerted on a trapped particle by using power spectrum method. In experiment, we measured the stiffness of the trap and the calibration factor.

We expect that these results will be applied to identify the chemical and structural properties of cells and will analyze biological motor.