KR101766838B1 - Particle Analyzer Microscope - Google Patents
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Abstract
본 발명은 입자 분석 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 입자를 카메라로 촬영한 영상을 기반으로 입자의 크기, 형상 등 입자 특성을 분석하는 입자를 카메라로 촬영한 영상을 기반으로 입자의 크기, 형상 등 입자 특성을 분석하는 입자 분석 장치를 제공한다.
이를 위하여, 본 발명은, 입자 분석 장치에 있어서, 분석대상 입자가 주입되어 있는 시료 캐필러리; 상기 시료 캐필러리가 올려져 있는 재물대; 상기 시료 캐필러리의 하면에 대해 광을 조사하는 하부 광원; 상기 하부 광원으로 시료 캐필러리에 광을 조사한 것에 따라 상기 광이 투과되는 시료 캐필러리 상의 입자가 광을 산란시키고, 이 산란광에 의한 영상을 카메라로 경로 유도하는 광학계; 상기 광학계로부터 경로 유도되는 산란광 영상을 특정 시간 동안 촬영하는 카메라; 및 상기 분석대상 입자에 관해 입력받은 정보와 상기 카메라에서 촬영한 특정 시간 동안의 산란광 영상 프레임들을 신호 처리한 결과를 이용하여 입자 특성을 분석하는 컴퓨터를 포함한다.The present invention relates to a particle analyzer, and more particularly, to an apparatus for analyzing particle characteristics, such as particle size and shape, based on an image of a particle taken by a camera, A particle analyzer for analyzing particle characteristics is provided.
To this end, the present invention provides a particle analyzer comprising: a sample capillary into which particles to be analyzed are injected; A bed material on which the sample capillary is placed; A lower light source for irradiating a lower surface of the sample capillary with light; An optical system for scattering light on the sample capillary through which the light is transmitted as the sample capillary is irradiated with the lower light source and guiding the image by the scattered light to the camera; A camera for photographing a scattered light image guided by the optical system for a predetermined time; And a computer for analyzing particle characteristics using the input information about the particle to be analyzed and the result of signal processing of scattered light image frames for a specific time taken by the camera.
Description
본 발명은 입자 분석 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 입자를 카메라로 촬영한 영상을 기반으로 입자의 크기, 형상 등 입자 특성을 분석하는 입자 분석 장치에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a particle analyzer, and more particularly, to a particle analyzer for analyzing particle characteristics such as particle size and shape based on an image of a particle taken by a camera.
입자 분석 장치는 입자의 크기, 형상 등 입자의 특성을 분석하는 장치이다. 입자 크기의 정확한 측정은 중합 속도론(입자의 생성, 성장 및 응집)을 다루는데 필수적이고, 또한 입자 크기 분석은 최종물질의 물리, 화학, 기계적 성질을 파악하는데 중요한 분석 정보로 사용된다.The particle analyzer is a device for analyzing the characteristics of particles such as particle size and shape. Accurate measurement of particle size is essential to deal with polymerization kinetics (particle formation, growth and aggregation), and particle size analysis is used as analytical information to determine the physical, chemical and mechanical properties of the final material.
나노 크기의 입자를 측정하는 방법 중 DLS(Dynamic light scattering) 방법은 레이저로 빛을 나노 입자에 쏘고, 이 빛이 얼마나 산란되는지를 측정해서 입자의 크기를 측정한다. 이 방법은 다양한 각도에서 측정해야 하는 수고로움과 더불어 방출된 빛이 나노 입자에 영향을 줄 수 있어 측정된 나노 입자 크기의 신뢰성을 저하시키는 단점을 갖고 있다.Dynamic light scattering (DLS) is a method of measuring nanoscale particles, which shoots light onto nanoparticles using a laser and measures the size of the particles by measuring how much the light is scattered. This method has the disadvantage of lowering the reliability of the measured nanoparticle size, since the emitted light may affect the nanoparticles in addition to the laboriousness to be measured at various angles.
또한, DLS 장치는 레이저 광학계의 구성, 정렬 및 보존이 까다롭고, 유지보수 비용이 높다는 문제점이 있다. 또한, DLS 장치는 산란각 및 측정각이 고정되어 있으며, 측정결과의 신뢰성을 보장하기 어렵고 검증 또한 불가능한 문제점이 있다. DLS의 이론적 토대 상, 산란각 및 측정각의 의존성이 적은 물질도 있으나, 특정 각에서의 측정값은 절대 신뢰하지 말아야 하는 물질들이 더 많이 존재하며, 따라서, 여러 각도에서 측정한 값들을 통해서만 입자 크기 측정 결과의 신뢰성을 보장할 수 있는 것이다.Further, the DLS device has a problem that the configuration, alignment, and preservation of the laser optical system are difficult and the maintenance cost is high. In addition, the scattering angle and the measurement angle are fixed in the DLS device, and it is difficult to ensure the reliability of the measurement result and the verification is also impossible. Some of the materials have a low dependency on the theoretical basis, scattering angle and measurement angle of the DLS, but there are more substances that should never be relied on at a specific angle, and therefore only the particle size The reliability of the measurement result can be assured.
또한, DLS 장치는 입자 크기 측정 중 일어나는 시료의 실제 변화에 대한 관측이 불가능하여 현상을 이해하는데 근본적인 제약이 따르며, 레이저 광원에 의해 영향을 받는 시료(예를 들면, 레이저에 의해 분해되는 시료, 생명력을 갖는 바이오 계열 시료 등)의 경우 분석이 불가능하다는 한계가 있다.In addition, the DLS device is fundamentally limited in understanding the phenomenon because it is impossible to observe the actual change of the sample during the particle size measurement, and it is difficult to understand the phenomenon that the sample affected by the laser light source (for example, And the like), there is a limit in that analysis is impossible.
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 입자를 카메라로 촬영한 영상을 기반으로 입자의 크기, 형상 등 입자 특성을 분석하는 입자 분석 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems and to provide a particle analyzer for analyzing particle characteristics such as particle size and shape based on an image of a particle taken by a camera It has its purpose.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다. 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following description. Will be more clearly understood by means of the embodiments of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations particularly pointed out in the appended claims.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예는, 입자 분석 장치에 있어서, 분석대상 입자가 주입되어 있는 시료 캐필러리; 상기 시료 캐필러리가 올려져 있는 재물대; 상기 시료 캐필러리의 하면에 대해 광을 조사하는 하부 광원; 상기 하부 광원으로 시료 캐필러리에 광을 조사한 것에 따라 상기 광이 투과되는 시료 캐필러리 상의 입자가 광을 산란시키고, 이 산란광에 의한 영상을 카메라로 경로 유도하는 광학계; 상기 광학계로부터 경로 유도되는 산란광 영상을 특정 시간 동안 촬영하는 카메라; 및 상기 분석대상 입자에 관해 입력받은 정보와 상기 카메라에서 촬영한 특정 시간 동안의 산란광 영상 프레임들을 신호 처리한 결과를 이용하여 입자 특성을 분석하는 컴퓨터를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a particle analyzer comprising: a sample capillary into which particles to be analyzed are injected; A bed material on which the sample capillary is placed; A lower light source for irradiating a lower surface of the sample capillary with light; An optical system for scattering light on the sample capillary through which the light is transmitted as the sample capillary is irradiated with the lower light source and guiding the image by the scattered light to the camera; A camera for photographing a scattered light image guided by the optical system for a predetermined time; And a computer for analyzing particle characteristics using the input information about the particle to be analyzed and the result of signal processing of scattered light image frames for a specific time taken by the camera.
한편, 본 발명의 다른 실시예는, 입자 분석 장치에 있어서, 분석대상 입자가 포함되어 있는 시료; 상기 시료가 올려져 있는 재물대; 상기 시료의 상부측 또는 하부측에 구비되어 상기 시료에 대해 반사광 또는 투과광을 조사하는 광원; 상기 광원으로 시료에 광을 조사한 상태에서 시료 상의 입자 영상을 카메라로 경로 유도하는 광학계; 상기 광학계로부터 경로 유도되는 입자 영상들을 촬영하는 카메라; 및 상기 카메라에서 촬영한 입자 영상들을 신호 처리한 결과를 이용하여 입자 특성을 분석하는 컴퓨터를 포함하며, 상기 재물대 또는 광학계를 조정하여 상기 입자에 대한 초점을 가변시키면서 실시간으로 카메라에서 촬영한 초점별 입자 영상들을 합성하여 입자 특성을 분석하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a particle analyzer comprising: a sample containing particles to be analyzed; A stationary object on which the sample is placed; A light source provided on the upper side or the lower side of the sample to irradiate reflected light or transmitted light to the sample; An optical system for guiding the particle image on the sample to the camera while the light is irradiated to the sample with the light source; A camera for photographing particle images that are path-guided from the optical system; And a computer for analyzing particle characteristics using a result of signal processing of the particle images photographed by the camera, wherein the focus or focus of the particle is adjusted by adjusting the ground or optical system, And analyzing the particle characteristics by synthesizing images.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예는, 분석대상 입자가 주입되어 있는 시료 캐필러리; 상기 시료 캐필러리가 올려져 있는 재물대; 입자 추적 분석 모드에서 상기 시료 캐필러리의 측면에 대해 광을 조사하는 레이저 광원; 이미징 입자 분석 모드에서 상기 시료 캐필러리의 하면에 대해 광을 조사하는 하부 광원; 입자 추적 분석 모드에서 상기 레이저 광원으로 시료 캐필러리에 광을 조사한 것에 따라 상기 광이 지나가는 시료 캐필러리 상의 입자가 광을 산란시키고, 이 산란광에 의한 입자 영상을 카메라로 경로 유도하며, 이미징 입자 분석 모드에서 상기 하부 광원으로 시료 캐필러리에 광을 조사한 것에 따라 상기 광이 투과되는 시료 캐필러리 상의 입자가 광을 산란시키고, 이 산란광에 의한 영상을 카메라로 경로 유도하는 광학계; 입자 추적 분석 모드에서 상기 광학계로부터 경로 유도되는 산란광 입자 영상을 특정 시간 동안 촬영하며, 이미징 입자 분석 모드에서 상기 광학계로부터 경로 유도되는 산란광 영상을 특정 시간 동안 촬영하는 카메라; 및 입자 추적 분석 모드에서 상기 분석대상 입자에 관해 입력받은 정보와 상기 카메라에서 촬영한 특정 시간 동안의 산란광 입자 영상 프레임들을 신호 처리한 결과를 이용하여, 입자 이동을 추적하고, 입자 특성을 분석하며, 이미징 입자 분석 모드에서 상기 분석대상 입자에 관해 입력받은 정보와 상기 카메라에서 촬영한 특정 시간 동안의 산란광 영상 프레임들을 신호 처리한 결과를 이용하여 입자 특성을 분석하는 컴퓨터를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a sample capillary in which particles to be analyzed are injected; A bed material on which the sample capillary is placed; A laser light source for irradiating light to a side surface of the sample capillary in a particle tracking analysis mode; A lower light source for irradiating light to a lower surface of the sample capillary in an imaging particle analysis mode; In the particle tracking analysis mode, the particle on the sample capillary passing through the light scatters light as the light is irradiated to the sample capillary with the laser light source, leads the particle image by the scattered light to the camera, An optical system for scattering light on the sample capillary through which the light is transmitted as the sample capillary is irradiated with the lower light source in the mode and guiding the image by the scattered light to the camera; A camera for photographing a scattered light particle image that is path-induced from the optical system in a particle tracking analysis mode for a specific time, and photographing a scattered light image that is path-induced from the optical system in an imaging particle analysis mode for a predetermined time; And tracking the particle movement and analyzing the particle characteristics using the information input about the analyte particle in the particle tracking analysis mode and the result of signal processing of scattered light particle image frames for a specific time taken by the camera, And a computer for analyzing particle characteristics using the information input about the analysis target particle in the imaging particle analysis mode and the result of signal processing of the scattered light image frames for a specific time taken by the camera.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예는, 분석대상 입자가 포함되어 있는 시료; 상기 시료가 올려져 있는 재물대; 입자 추적 분석 모드에서 상기 시료의 측면에 대해 광을 조사하는 레이저 광원; 실시간 다초점 입자 분석 모드에서 상기 시료에 대해 반사광 또는 투과광을 조사하는 광원; 입자 추적 분석 모드에서 상기 레이저 광원으로 시료에 광을 조사한 것에 따라 상기 광이 지나가는 시료 상의 입자가 광을 산란시키고, 이 산란광에 의한 입자 영상을 카메라로 경로 유도하며, 실시간 다초점 입자 분석 모드에서 상기 광원으로 시료에 광을 조사한 상태에서 시료 상의 입자 영상을 카메라로 경로 유도하는 광학계; 입자 추적 분석 모드에서 상기 광학계로부터 경로 유도되는 산란광 입자 영상을 특정 시간 동안 촬영하며, 실시간 다초점 입자 분석 모드에서 상기 광학계로부터 경로 유도되는 입자 영상들을 촬영하는 카메라; 및 입자 추적 분석 모드에서 상기 분석대상 입자에 관해 입력받은 정보와 상기 카메라에서 촬영한 특정 시간 동안의 산란광 입자 영상 프레임들을 신호 처리한 결과를 이용하여, 입자 이동을 추적하고, 입자 특성을 분석하며, 실시간 다초점 입자 분석 모드에서 상기 카메라에서 촬영한 입자 영상들을 신호 처리한 결과를 이용하여 입자 특성을 분석하는 컴퓨터를 포함하며, 실시간 다초점 입자 분석 모드에서 상기 재물대 또는 광학계를 조정하여 상기 입자에 대한 초점을 가변시키면서 실시간으로 카메라에서 촬영한 초점별 입자 영상들을 합성하여 입자 특성을 분석하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of analyzing a sample, A stationary object on which the sample is placed; A laser light source for irradiating light on a side surface of the sample in a particle tracking analysis mode; A light source for irradiating reflected light or transmitted light to the sample in a real-time multifocal particle analysis mode; In the particle tracking analysis mode, particles of the sample passing through the light scatter the light as the sample is irradiated with the laser light source, leading the particle image by the scattered light to the camera, An optical system for guiding a particle image on a sample to a camera in a state that the sample is irradiated with light as a light source; A camera for photographing a scattered light particle image that is path-induced from the optical system in a particle tracking analysis mode for a specific time and photographing particle images that are path-induced from the optical system in a real-time multifocal particle analysis mode; And tracking the particle movement and analyzing the particle characteristics using the information input about the analyte particle in the particle tracking analysis mode and the result of signal processing of scattered light particle image frames for a specific time taken by the camera, And a computer for analyzing particle characteristics using a result of signal processing of the particle images photographed by the camera in a real-time multifocal particle analysis mode. In the real-time multifocal particle analysis mode, the remnant or optical system is adjusted, And the characteristic of the particle is analyzed by synthesizing the focused particle images taken by the camera in real time while varying the focus.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예는, 분석대상 입자가 포함되어 있는 시료; 상기 시료가 올려져 있는 재물대; 이미징 입자 분석 모드 또는 실시간 다초점 입자 분석 모드에서 상기 시료의 하부측에 대해 투과광을 조사하거나 상기 시료의 상부측에 대해 반사광을 조사하는 광원; 이미징 입자 분석 모드에서 상기 광원으로 시료에 광을 조사한 것에 따라 상기 광이 투과되는 시료 상의 입자가 광을 산란시키고, 이 산란광에 의한 영상을 카메라로 경로 유도하며, 실시간 다초점 입자 분석 모드에서 상기 광원으로 시료에 광을 조사한 상태에서 시료 상의 입자 영상을 카메라로 경로 유도하는 광학계; 이미징 입자 분석 모드에서 상기 광학계로부터 경로 유도되는 산란광 영상을 특정 시간 동안 촬영하며, 실시간 다초점 입자 분석 모드에서 상기 광학계로부터 경로 유도되는 입자 영상들을 촬영하는 카메라; 및 이미징 입자 분석 모드에서 상기 분석대상 입자에 관해 입력받은 정보와 상기 카메라에서 촬영한 특정 시간 동안의 산란광 영상 프레임들을 신호 처리한 결과를 이용하여 입자 특성을 분석하며, 실시간 다초점 입자 분석 모드에서 상기 카메라에서 촬영한 입자 영상들을 신호 처리한 결과를 이용하여 입자 특성을 분석하는 컴퓨터를 포함하며, 실시간 다초점 입자 분석 모드에서 상기 재물대 또는 광학계를 조정하여 상기 입자에 대한 초점을 가변시키면서 실시간으로 카메라에서 촬영한 초점별 입자 영상들을 합성하여 입자 특성을 분석하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of analyzing a sample, A stationary object on which the sample is placed; A light source for irradiating transmitted light to the lower side of the sample or irradiating reflected light to the upper side of the sample in an imaging particle analysis mode or a real time multifocus particle analysis mode; In the imaging particle analysis mode, light emitted from the sample is irradiated to the sample with the light source, and the sample-like particles passing through the sample scatter light, leading the image to the camera through the scattered light, An optical system for guiding a particle image on a sample to a camera in a state in which the sample is irradiated with light; A camera for photographing a scattered light image that is path-induced from the optical system in an imaging particle analysis mode for a specific time, and photographing particle images that are path-induced from the optical system in a real-time multifocal particle analysis mode; And analyzing particle characteristics using the information input about the analyte particle in the imaging particle analysis mode and the result of signal processing of the scattered light image frames for a specific time taken by the camera, And a computer for analyzing particle characteristics using a result of signal processing of the particle images photographed by the camera. In the real-time multifocal particle analysis mode, the focusing or optical system is adjusted to change the focus on the particles, And analyzing the particle characteristics by synthesizing the photographed particle images of each focus.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예는, 분석대상 입자가 주입되어 있는 시료; 상기 시료가 올려져 있는 재물대; 입자 추적 분석 모드에서 상기 시료의 측면에 대해 광을 조사하는 레이저 광원; 이미징 입자 분석 모드 또는 실시간 다초점 입자 분석 모드에서 상기 시료의 하부측에 대해 투과광을 조사하거나 상기 시료의 상부측에 대해 반사광을 조사하는 광원; 입자 추적 분석 모드에서 상기 레이저 광원으로 시료에 광을 조사한 것에 따라 상기 광이 지나가는 시료 상의 입자가 광을 산란시키고, 이 산란광에 의한 입자 영상을 카메라로 경로 유도하며, 이미징 입자 분석 모드에서 상기 광원으로 시료에 광을 조사한 것에 따라 상기 광이 투과되는 시료 상의 입자가 광을 산란시키고, 이 산란광에 의한 영상을 카메라로 경로 유도하며, 실시간 다초점 입자 분석 모드에서 상기 광원으로 시료에 광을 조사한 상태에서 시료 상의 입자 영상을 카메라로 경로 유도하는 광학계; 입자 추적 분석 모드에서 상기 광학계로부터 경로 유도되는 산란광 입자 영상을 특정 시간 동안 촬영하며, 이미징 입자 분석 모드에서 상기 광학계로부터 경로 유도되는 산란광 영상을 특정 시간 동안 촬영하며, 실시간 다초점 입자 분석 모드에서 상기 광학계로부터 경로 유도되는 입자 영상들을 촬영하는 카메라; 및 입자 추적 분석 모드에서 상기 분석대상 입자에 관해 입력받은 정보와 상기 카메라에서 촬영한 특정 시간 동안의 산란광 입자 영상 프레임들을 신호 처리한 결과를 이용하여, 입자 이동을 추적하고, 입자 특성을 분석하며, 이미징 입자 분석 모드에서 상기 분석대상 입자에 관해 입력받은 정보와 상기 카메라에서 촬영한 특정 시간 동안의 산란광 영상 프레임들을 신호 처리한 결과를 이용하여 입자 특성을 분석하며, 실시간 다초점 입자 분석 모드에서 상기 카메라에서 촬영한 입자 영상들을 신호 처리한 결과를 이용하여 입자 특성을 분석하는 컴퓨터를 포함하며, 실시간 다초점 입자 분석 모드에서 상기 재물대 또는 광학계를 조정하여 상기 입자에 대한 초점을 가변시키면서 실시간으로 카메라에서 촬영한 초점별 입자 영상들을 합성하여 입자 특성을 분석하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a sample analyzer including a sample into which particles to be analyzed are injected; A stationary object on which the sample is placed; A laser light source for irradiating light on a side surface of the sample in a particle tracking analysis mode; A light source for irradiating transmitted light to the lower side of the sample or irradiating reflected light to the upper side of the sample in an imaging particle analysis mode or a real time multifocus particle analysis mode; In the particle tracking analysis mode, particles of the sample passing through the light scatter the light by irradiating the sample with the laser light source, leading the particle image by the scattered light to the camera, and in the imaging particle analysis mode, In the case where light is irradiated on the sample, the particle on the sample through which the light is transmitted scatters light, and the image of the scattered light is guided to the camera. In the real-time multifocal particle analysis mode, An optical system for guiding a particle image on a sample to a camera; The scattered light image taken by the optical system in the particle tracking analysis mode is photographed for a specific period of time, the scattered light image derived from the optical system is photographed for a specific time in the imaging particle analysis mode, A camera for photographing path-induced particle images from the camera; And tracking the particle movement and analyzing the particle characteristics using the information input about the analyte particle in the particle tracking analysis mode and the result of signal processing of scattered light particle image frames for a specific time taken by the camera, Analyzing the particle characteristics using the information input about the analysis target particle in the imaging particle analysis mode and the result of signal processing of the scattered light image frames for a specific time taken by the camera, And a computer for analyzing particle characteristics using a result of signal processing of the particle images photographed in the real time multifocal particle analysis mode. In the real time multifocal particle analysis mode, By combining the focused image of each particle, A characterized in that the analysis.
본 발명의 입자 추적 분석 장치는, 다크 필드(Dark Field) 이미징 방식으로 나노 입자 크기 측정 등 나노 입자 특성을 분석할 수 있고, 액체 상태에서 광범위하게 분포된 나노 입자 각각의 입자 크기 및 개수를 분석할 수 있고, 입자 크기별 입자 개수를 시각화하여 그래프로 사용자에게 보여줄 수 있고, 각각의 입자들의 분포 상태를 실시간 영상으로 사용자가 직접 관찰할 수 있도록 하고, 희석식, 밀도(농도)가 낮은 시료를 사용할 수 있어 제품 단가를 낮춰 경제적이고, 입자의 유동성을 카메라로 촬영한 영상으로부터 추적하여 디스플레이를 통해 사용자에게 시각적으로 볼 수 있도록 하고, 저농도 환경에서 입자 개수를 카운트할 수 있는 효과가 있다.The particle tracking analyzing apparatus of the present invention can analyze nanoparticle characteristics such as nanoparticle size measurement by a dark field imaging method and analyze the particle size and number of each nanoparticle widely dispersed in a liquid state It is possible to visualize the number of particles per particle size and display them to the user in a graph. The user can directly observe the distribution state of each particle by real-time image and use a sample having low density (concentration) It is economical by lowering the product unit price. It has the effect of counting the number of particles in a low concentration environment by tracking the fluidity of the particles from the image photographed by the camera, allowing the user to visually see through the display.
본 발명의 입자 추적 분석 장치에서 시료의 소정 길이 방향 축에 대해 특정 각도로 광 조사가 아루어지게 함으로써 입자 특성 분석에 필요한 산란광 입자 영상의 영역을 넓힐 수 있는 효과(레이저 스팟 시료 측정 영역을 넓히는 효과)가 있다.In the particle tracking analyzer according to the present invention, the light irradiation is performed at a specific angle with respect to a predetermined longitudinal axis of the sample, thereby widening the area of the scattered light particle image necessary for analyzing the particle characteristics (the effect of broadening the laser spot sample measurement area ).
본 발명의 이미징 입자 분석 장치는, 실공간 영상 관측과 동시에 역공간 산란 정보를 분석할 수 있으며, 입자 크기 측정 중 일어나는 시료의 실제 변화를 관측할 수 있다. 또한, 복잡한 레이저 광학계를 사용하지 않으므로 레이저 광학계의 구성, 정렬, 유지보수 등이 필요하지 않으며, 광원에 의한 시료 손상이 없고, 레이저 광원에 의해 분해되거나 다른 영향을 받는 시료 등에 대해서도 제한 없이 분석이 가능하다. 또한, 기존 DLS 방식 입자 크기 측정 장비를 통해서는 측정할 수 없었던 저 측정각에서의 측정 역시 가능하다. 또한, 기존 DLS 방식 입자 크기 측정 장비가 여러 번 측정하여 얻을 수 있는 정보를 한 번의 측정으로 획득할 수 있으며, 통상적인 광학 현미경용 샘플 수준인 수 ㎕의 시료에 대해 입자 크기 측정이 가능한 효과가 있다.The imaging particle analyzer of the present invention can analyze the inverse spatial scattering information simultaneously with the real space image observation and can observe the actual change of the sample occurring during the particle size measurement. In addition, since no complicated laser optical system is used, the configuration, alignment, and maintenance of the laser optical system are not required, and there is no damage to the sample by the light source. Do. It is also possible to measure at low angles, which could not be measured with conventional DLS particle size measurement equipment. In addition, it is possible to acquire the information that can be obtained by the multiple measurement of the conventional DLS type particle size measuring instrument by one measurement, and it is possible to measure the particle size of several μl of the sample at the sample level for the ordinary optical microscope .
본 발명의 실시간 다초점 기반 이미징 입자 분석 장치는, 이미징 입자 분석 장치의 부품 변경 없이(스펙 추가 없이) 실시간 다초점 기반 이미징 입자 분석 기능을 복합적으로 탑재시킬 수 있고, 입자의 날카로운 부분(표면 경계)을 선명하게 촬영할 수 있고, 분석 대상 입자 종류 등 입자 특성 분석 영역을 넓힐 수 있고, 이미징 기반 카메라 촬영 영상으로 입자 형상 측정 등과 같은 시장 니즈를 충족시킬 수 있고, 기존 현미경의 짧은 렌즈 초점 영역을 극복해 다양한 종류 및 크기의 입자 특성을 분석할 수 있고, 실제 입자의 크기 및 형태를 볼 수 있는 효과가 있다.The real-time multifocal-based imaging particle analyzer according to the present invention can be used to combine real-time multifocus-based imaging particle analysis functions without changing parts of the imaging particle analyzer (without adding specifications) And can broaden the particle characterization area such as the type of particles to be analyzed, meet the market needs such as the particle shape measurement with the imaging-based camera image, and overcome the short lens focus area of the conventional microscope It is possible to analyze particle characteristics of various kinds and sizes, and to see the size and shape of actual particles.
본 발명의 복합 장치는, 분석 모드에 따라 부품을 공용해 그 기능을 수행할 수 있어 입자 추적 분석 장치와 이미징 입자 분석 장치 및 실시간 다초점 입자 분석 장치를 개별적으로 만드는 것에 비해 제조 단가를 낮출 수 있으며, 입자 추적 분석 장치와 이미징 입자 분석 장치 및 실시간 다초점 입자 분석 장치의 구조, 스펙, 기능, 처리 과정에 어떠한 변형을 주지 않고서도 구현할 수 있으며, 복합 장치에서 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드 및 실시간 다초점 입자 분석 모드를 각각 수행하는데 있어 부품, 처리 과정 사이에 어떠한 간섭도 없어 성능 저하 없이 입자 특성을 분석할 수 있는 효과가 있다.The composite apparatus according to the present invention can share components according to the analysis mode and can perform its function, so that the manufacturing cost can be lowered compared with the case where the particle tracking analyzing apparatus, the imaging particle analyzing apparatus and the real time multifocal particle analyzing apparatus are separately made Specification, function, and processing of the particle-tracking analyzer, the imaging particle analyzer, and the real-time multifocal particle analyzer, and the particle-tracking analyzing mode, the imaging particle analyzing mode, In real-time multifocal particle analysis mode, there is no interference between parts and processing, and particle characteristics can be analyzed without degrading performance.
본 발명의 시료 캐필러리 장착 모듈은, 1 mm X 1 mm X 80 mm의 작은 크기를 갖는 시료 캐필러리를 분석 장치에 손쉽게 탑재할 수 있어 사용자의 조작 편의성 및 핸들링 용이성을 줄 수 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈에 시료가 주입된 시료 캐필러리를 올리기만 하면 되기 때문에 시료 교체 시 세척 등 시료 준비 사전 작업을 간편하고 편리하게 할 수 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈을 통해 조사 광을 시료 캐필러리에 정확하게 포커싱되게 할 수 있어 측정 정확성 및 신뢰성을 줄 수 있고, 레이저 광 조사 축과 시료 캐필러리 측면 축에 대해 레이저 빔 조사를 다양하게 원하는 각도로 할 수 있게 하고, 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드에 공용으로 사용할 수 있는 시료 캐필러리 장착 모듈로 부품 개수를 줄여 제조 단가를 낮출 수 있도록 하는 효과가 있다.The sample capillary mounting module of the present invention can easily mount the sample capillary having a small size of 1 mm X 1 mm X 80 mm in the analyzer, thereby making it easy for the user to operate and easy handling, Since the sample capillary injected with the sample is only required to be raised to the capillary mounting module, it is possible to perform the preliminary working of the sample preparation such as washing at the time of replacing the sample easily and conveniently. Through the sample capillary mounting module, The laser beam can be irradiated at various desired angles with respect to the laser light irradiation axis and the sample capillary side axis, and the particle tracking analysis mode It is a sample capillary mounting module that can be commonly used in the imaging particle analysis mode. It can reduce the number of parts and reduce manufacturing cost. have.
도 1은 본 발명에 따른 입자 추적 분석 장치에 대한 일실시예 구성도.
도 2는 도 1의 입자 추적 분석 장치를 보여주는 사시도.
도 3은 도 1의 입자 추적 분석 장치에서 획득 및 처리한 영상을 보여주는 설명도.
도 4는 본 발명에 따른 입자 추적 분석 장치에 대한 다른 실시예 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 입자 추적 분석 장치에 대한 또 다른 실시예 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 이미징 입자 분석 장치에 대한 일실시예 구성도.
도 7은 도 6의 이미징 입자 분석 장치를 보여주는 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 이미징 입자 분석 방법을 보여주는 설명도.
도 9는 도 6의 이미징 입자 분석 장치의 실시간 다초점 영상 촬영 및 합성 과정을 보여주는 설명도.
도 10은 본 발명에 따른 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드를 구비한 복합 장치에 대한 일실시예 사시도.
도 11은 본 발명에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈에 대한 일실시예 사시도.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈에 대한 다른 실시예 사시도.
도 13은 본 발명에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈이 구비된 복합 장치에 대한 일실시예 사시도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a particle tracking analyzer according to the present invention; FIG.
FIG. 2 is a perspective view showing the particle tracking analyzing apparatus of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is an explanatory view showing images acquired and processed by the particle tracking analyzing apparatus of FIG. 1; FIG.
4 is a view showing another embodiment of a particle tracking analyzing apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a view showing another embodiment of a particle tracking analyzing apparatus according to the present invention. FIG.
6 is a block diagram of an embodiment of an imaging particle analyzer according to the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing the imaging particle analyzer of FIG. 6;
8 is an explanatory view showing an imaging particle analysis method according to the present invention.
FIG. 9 is an explanatory view showing a real-time multifocus imaging and synthesis process of the imaging particle analyzer of FIG. 6;
10 is a perspective view of a composite apparatus having a particle tracking analysis mode and an imaging particle analysis mode according to the present invention.
11 is a perspective view of an embodiment of a sample capillary mounting module according to the present invention.
12A to 12C are perspective views of another embodiment of a sample capillary mounting module according to the present invention.
13 is a perspective view of a composite apparatus having a sample capillary mounting module according to an embodiment of the present invention.
하기의 설명에서 본 발명의 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있는데, 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.It should be understood that the specific details of the invention are set forth in the following description to provide a more thorough understanding of the present invention and that the present invention may be readily practiced without these specific details, It will be clear to those who have knowledge. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분을 중심으로 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, with reference to the parts necessary for understanding the operation and operation according to the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 입자 추적 분석 장치에 대한 일실시예 구성도이고, 도 2는 도 1의 입자 추적 분석 장치를 보여주는 사시도이고, 도 3은 도 1의 입자 추적 분석 장치에서 획득 및 처리한 영상을 보여주는 설명도이다.FIG. 2 is a perspective view showing the particle tracking analyzing apparatus of FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view of the particle tracking analyzing apparatus according to the present invention, It is an explanatory diagram showing the image.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 입자 추적 분석 장치는 레이저 광원(11), 재물대(12), 시료 캐필러리(13), 광학계(14), 카메라(15) 및 컴퓨터(16) 등을 포함한다.1, the particle tracking analyzing apparatus according to the present invention includes a
본 발명의 입자 추적 분석 장치는 현미경 대안 렌즈(microscope oculars)가 더 구비되어, 사용자가 직접 눈으로 시료를 관찰할 수 있게 할 수 있다.The particle tracking analyzing apparatus of the present invention further includes a microscope oculars so that the user can directly observe the sample with eyes.
도면에 도시되어 있지 않으나 컴퓨터(16)는 영상 캡쳐 보드, 신호 처리부, 디스플레이 등을 더 포함한다. 여기서, 영상 캡쳐 보드 및 신호 처리부는 카메라(15)에 구비될 수도 있다.Although not shown in the drawings, the
본 발명의 입자 추적 분석 장치는 시료 캐필러리(13)에 분석대상 입자(시료)가 포함(용해)되어 있는 용액(현탁액)을 주입하고, 이 시료 캐필러리(13)를 재물대(12) 위에 올린 상태에서 레이저 광원(11)의 광(레이저 빔)을 시료 캐필러리(13)를 통과되도록 조사하고, 이 레이저 빔이 지나가는 시료 캐필러리(13)의 내부 공간에 위치한 브라운 운동(brownian motion)을 하는 입자가 광을 산란시키게 하고, 이 산란광에 의한 입자를 광학계(14)로 경로 유도하여 카메라(15)로 산란광 입자 영상을 소정 시간 동안 촬영한다[브라운 운동으로 움직이는 입자의 영상 프레임 캡쳐, 예: 30~60초]. 그리고, 컴퓨터(16)로 카메라(15)에서 촬영한 소정 시간 동안의 산란광 입자 영상 프레임들을 신호 처리하여 개개의 입자 이동을 추적하고, 입자의 크기, 형상, 농도, 개수 등 입자 특성을 분석(측정)하여 컴퓨터(16)의 디스플레이를 통해 사용자에게 시각적으로 제공한다.The particle tracking analyzing apparatus of the present invention injects a solution (suspension) in which sample particles (sample) are dissolved (dissolved) in a
본 발명의 분석대상 입자는 나노 단위의 물질(nanoparticle)일 수 있으며, 그 입자 크기는 수 나노미터 ~ 수천 나노미터(예: 1nm ~ 2000nm)의 모든 종류의 입자일 수 있다. 예시적으로 분석대상 입자는 바이오 나노물질(bio-nanoparticles)로서 약물 전달 시스템 개발, 바이러스 백신, 나노 독성학 및 생물 지표, 단백질 응집, 세포외 소포(엑소좀 및 미소낭포) 등에 적용되는 것일 수 있다.The analyte particles of the present invention can be nanoparticles, and the particle size can be any kind of particles from several nanometers to several thousand nanometers (e.g., 1 nm to 2000 nm). Illustratively, the particles to be analyzed may be bio-nanoparticles that are applied to drug delivery system development, virus vaccines, nanotoxicology and biomarkers, protein aggregation, extracellular vesicles (exosomes and microcysts), and the like.
본 발명의 입자 추적 분석 장치는 광 산란(light scattering)과 브라운 운동(brownian motion)을 현미경(microscope)에 응용한 것이다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The particle tracking analyzing apparatus of the present invention applies light scattering and brownian motion to a microscope. This will be described in detail as follows.
브라운 운동으로 움직이는 입자에 대해 카메라(15)로 소정 시간 동안 촬영해 획득한 산란광 입자 영상 프레임들로부터 영상 추적법을 이용하여 시간 변화에 따른 입자의 위치, 바람직하게는 입자 중심 위치를 추적한다. 그리고, 추적한 입자의 이동 위치로부터 시간별 입자의 이동 거리를 계산한다. 그리고, 시간별 입자의 이동 거리에 대한 평균 제곱 변위(MSD : Mean Squared Displacement)를 기초로 스토크스-아인슈타인 공식(Stokes-Einstein relation)을 사용해 확산 계수(diffusion coefficient)를 산출해 유체 역학적 직경(hydrodynamic diameter)을 구하여 입자의 크기를 측정한다. 그리고, 이 측정한 입자 크기를 바탕으로 실시간으로 입자 크기 분포 프로파일(particle size distribution profile)을 만들어 디스플레이를 통해 사용자에게 시각적으로 제공한다.The particle position, preferably the center of gravity, of the particles moving with the Brownian motion is tracked by the image capturing method from the scattered light particle image frames captured by the
본 발명의 시간별 입자 이동 거리에 대한 평균 제곱 변위(MSD : Mean Squared Displacement)를 기초로 스토크스-아인슈타인 공식(Stokes-Einstein relation)을 사용해 확산 계수(diffusion coefficient)를 산출해 유체 역학적 직경(hydrodynamic diameter)을 구하여 입자의 크기를 측정하는 알고리즘에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The Stokes-Einstein relation is used to calculate the diffusion coefficient based on the Mean Squared Displacement (MSD) for the particle travel distance per hour of the present invention to determine the hydrodynamic diameter ), And the particle size is measured will be described in more detail as follows.
스토크스-아인슈타인 공식(Stokes-Einstein relation)은 다음의 [수학식 1]과 같다.The Stokes-Einstein relation is expressed by the following equation (1).
여기서, Dm은 확산 계수(diffusion co-efficient), KB는 볼쯔만 상수(boltzman constant), T는 온도(temperature), η는 점도(viscocity), dh는 입자 크기(유체 역학적 직경, sphere equivalent hydrodynamic diameter particle size)를 나타낸다.Where D m is the diffusion co-efficient, K B is the Boltzman constant, T is the temperature, η is the viscocity, d h is the particle size (hydrodynamic diameter, sphere) equivalent hydrodynamic diameter particle size).
용액 내 입자의 무작위적 운동, 즉 브라운 운동은 입자의 평균 제곱 변위와 관련이 있다. 또한, 입자는 시간에 따라 공간적으로 가우시안 분포 형태(Gaussian distribution)로 용액 내에서 퍼져나가며, 이때 확산에 의한 가우시안 분포 형태를 각 시간에 대해 특성화하는 값이 평균 제곱 변위로 다음의 [수학식 2]와 같다.The random movement of particles in solution, Brownian motion, is related to the mean square displacement of the particles. In addition, the particles spread in solution in a Gaussian distribution spatially with time, and the value that characterizes the Gaussian distribution form by diffusion at each time is a mean squared displacement, .
여기서, <MSD2>은 평균 제곱 변위, Dm은 확산 계수, t는 시간을 나타낸다.Where <MSD 2 > is the mean square displacement, D m is the diffusion coefficient, and t is the time.
위와 같이, 카메라(15)로 촬영한 산란광 입자 영상 프레임들로부터 용액 내에서 브라운 운동을 하는 입자의 평균 제곱 변위를 구할 수 있고, 이렇게 구한 [수학식 2]의 평균 제곱 변위를 [수학식 1]의 스토크스-아인슈타인 공식에 대입하면 입자의 크기를 측정할 수 있다.As described above, the mean square displacement of the particles moving in the solution in the solution can be obtained from the scattered light particle image frames photographed by the
앞서 언급한 바와 같이 산란광 입자 영상 프레임들로부터 2차원 상의 입자 평균 이동 거리[x, y]를 이용해 확산 계수를 구하는데, 실제적으로 용액 내에서 입자는 3차원적으로 브라운 운동을 한다. 따라서, 카메라(15)로 촬영한 산란광 입자 영상 프레임들이 2차원 영상인 점을 고려해 다음의 [수학식 3]과 같이 2차원 변수를 적용해 스토크스-아인슈타인 공식을 변형해 입자 크기 측정 공식을 도출할 수 있다.As mentioned earlier, the diffusion coefficient is calculated from the scattered light particle image frames using the average moving distance [x, y] of the two-dimensional image. In practice, the particles in the solution are three-dimensionally subjected to Brownian motion. Therefore, in consideration of the fact that the scattered light particle image frames photographed by the
여기서, t는 '1/FPS(frame per second, 초당 프레임 개수)'로 표현할 수도 있다.Here, t may be expressed as '1 / FPS (frame per second)'.
레이저 광원(11)은 642 nm(빨간색), 532 nm(녹색), 488 nm(파란색), 405 nm(보라색) 등의 파장대역을 갖는 레이저 다이오드 등으로 구현될 수 있다.The
광학계(14)는 20 배율(x20)을 갖는 대물 렌즈 등으로 구현될 수 있다.The
카메라(15)는 CCD 카메라, EMCCD(Electron Multiplied Charged Coupled Device) 카메라, CMOS 카메라 등으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 초당 30 프레임(30 fps)을 촬영하는 일반적 카메라, 초당 1,000 프레임 ~ 초당 3,000 프레임을 촬영하는 (초)고속 카메라가 사용될 수 있다.The
시료 캐필러리(13)는 직육면체 형상의 모세관으로 구현될 수 있으며, 그 외부 유리층으로 둘러싸인 내부 공간에 시료가 주입되어 그 양단이 실링될 수 있다. 시료 캐필러리(13)의 외관 크기는 예시적으로 1 mm X 1 mm X 80 mm일 수 있으며, 길이 80 mm는 분석대상 시료 종류 등에 따라 변경될 수 있다. 덧붙여, 시료 캐필러리(13)의 외부 유리층 두께는 주지의 현미경에서 사용되는 상용품 수준이면 족하다. 이와 같이 본 발명의 시료 캐필러리(13)는 1 mm X 1 mm X 80 mm 크기로서 이를 부피로 환산하면 0.08 cm3, 즉 0.08 ㎖이며, 시료가 주입된 내부 공간 부피가 외관 부피와 같다고 하더라도 최대 0.08 ㎖ 시료를 사용해 입자 특성을 분석할 수 있어, 보다 적은 시료 양만이 사용자에게 요구된다. 또한, 본 발명의 시료 캐필러리(13)는 모세관 구조로서 모세관 현상으로 시료를 빨아들여 손쉽게 시료를 주입할 수 있으며, 1 mm X 1 mm X 80 mm의 작은 크기로서 시료 캐필러리 내의 입자 움직임이 대류 현상에 영향을 받지 않고 브라운 운동에 의한 입자 움직임을 만들 수 있어 보다 정확한 입자 크기 측정 등 입자 특성 분석을 할 수 있다.The
재물대(12)는 모터(도면에 도시되어 있지 않음)에 연결되어 있으며, 컴퓨터(16)의 모터 구동 제어 또는 사용자 직접 조작 등에 의해 상하 이동(예; 광학계(14) 및 카메라(15)의 초점 가변 시), 좌우 이동, 측면 틸팅(예; 수평이 기울어진 경우에 수평 잡기) 등 6축 방향으로 움직일 수 있다.The
한편, 도 2에 도시된 사시도에는 시료 캐필러리(13)가 올려지는 재물대(12)의 특정 부분에 홈(hole)이 형성되어 있는데, 이는 도 10을 참조해 후술할 이미징 입자 분석 모드와의 공용성을 위한 것으로 입자 추적 분석 장치에는 부가적인 구성요소이다. 즉, 입자 추적 분석 장치에서는 레이저 광원(11)의 조사광이 시료 캐필러리(13)의 측면을 통과하기 때문이며, 도 10의 이미징 입자 분석 모드 수행 시에는 하부 광원(102)의 조사광이 시료 캐필러리(105)의 하부측으로부터 상부측으로 투과되도록 해야 하기 때문에 재물대(12)에 홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다.2, a hole is formed in a specific portion of the
전술한 바와 같은 본 발명의 입자 추적 분석 장치의 이점은 다음과 같다.The advantages of the particle tracking apparatus of the present invention as described above are as follows.
다크 필드(Dark Field) 이미징 방식으로 나노 입자 크기 측정 등 나노 입자 특성을 분석할 수 있고, 액체 상태에서 광범위하게 분포된 나노 입자 각각의 입자 크기 및 개수를 분석할 수 있고, 입자 크기별 입자 개수를 시각화하여 그래프로 사용자에게 보여줄 수 있고, 각각의 입자들의 분포 상태를 실시간 영상으로 사용자가 직접 관찰할 수 있도록 하고, 희석식, 밀도(농도)가 낮은 시료를 사용할 수 있어 제품 단가를 낮춰 경제적이고, 입자의 유동성을 카메라로 촬영한 영상으로부터 추적하여 디스플레이를 통해 사용자에게 시각적으로 볼 수 있도록 하고, 저농도 환경에서 입자 개수를 카운트할 수 있다.The Dark Field imaging method can analyze the characteristics of nanoparticles such as nanoparticle size measurement, analyze the particle size and number of each nanoparticle widely dispersed in liquid state, visualize the number of particles per particle size The user can observe the distribution status of each particle directly by the real-time image, and it is possible to use the sample of low dilution type and density (low concentration) The fluidity can be traced from the image captured by the camera, visually displayed to the user through the display, and the number of particles can be counted in a low concentration environment.
다음으로, 본 발명의 또 다른 주요한 특징들에 대해 설명하기로 한다.Next, another principal feature of the present invention will be described.
도면에 도시된 바와 같이, 시료 캐필러리(13)는 재물대(12) 위에 올려져 레이저 광원(11)의 레이저 빔(광)이 시료 캐필러리(13)의 길이 방향의 측면에 조사받게 되는데, 본 발명에서는 레이저 광원(11)의 광원 축과 시료 캐필러리(13)의 측면 축에 대해 소정 각도를 주어(수평 축을 틀어) 레이저 빔이 조사되게 한다. 다시 말하면, 광원으로 시료에 광을 조사하는데 있어 시료의 소정 길이 방향 축에 대해 특정 각도로 광 조사가 아루어지게 한다.As shown in the drawing, the
즉, 레이저 광원(11)의 광원 축과 시료 캐필러리(13)의 측면 축이 90° 각도로 수평으로 광 조사를 할 수도 있으나, 이런 경우에 1 mm X 1 mm X 80 mm의 작은 크기를 갖는 시료 캐필러리(13)를 통과한 광에 의한 산란광 입자 영상의 FOV(field of view)가 작아져 카메라(15)에서 획득하고자 하는 산란광 입자 영상이 작아질 수 있다.That is, although the light source axis of the
따라서, 본 발명에서는 입자 특성 분석에 필요한 산란광 입자 영상의 영역을 넓히기 위해, 즉 레이저 스팟 시료 측정 영역을 넓히기 위해 시료의 소정 길이 방향 축에 대해 특정 각도로 광 조사가 아루어지게 하는 것이다.Therefore, in the present invention, in order to widen the area of the scattered light particle image necessary for analyzing the particle characteristics, that is, to widen the laser spot sample measurement area, light irradiation is performed at a specific angle with respect to a predetermined longitudinal axis of the sample.
시료의 소정 길이 방향 축에 대해 특정 각도(예: 10° ~ 80°, 바람직하게는 20°)로 광 조사가 아루어지게 하는 방식으로, 재물대 상의 시료 캐필러리(13)의 길이 방향의 측면을 레이저 광원(11)의 레이저 빔 조사 방향에 대비해 틀거나, 레이저 광원(11)의 레이저 빔 조사 방향을 시료 캐필러리(13)의 측면 방향에 대비해 틀어 할 수 있다.The side surface in the longitudinal direction of the
본 발명의 레이저 광원(11)의 광원 축과 시료 캐필러리(13)의 측면 축에 대해 소정 각도를 주어(수평 축을 틀어) 레이저 빔이 조사되게 하는 것에 따라, 1 mm X 1 mm X 80 mm의 크기를 갖는 시료 캐필러리(13)에 대해 광학계(14) 및 카메라(15)의 FOV(field of view), 즉 레이저 스팟 시료 측정 영역은 예시적으로 최저 30 ㎛ X 50 ㎛ X 80 ㎛ 등이 될 수 있다.The laser beam is irradiated at a predetermined angle to the light source axis of the
도 3a는 카메라(15)로 촬영한 산란광 입자 영상, 즉 레이저 광원(11)의 광원 축과 시료 캐필러리(13)의 측면 축에 대해 소정 각도를 주어(수평 축을 틀어) 레이저 빔을 조사하여 획득한 산란광 입자 영상을 보여주고 있다. 도 3a에서 카메라 촬영 영상의 대각선 방향으로 입자가 보여지고 있으며, 대각선의 각도가 광 조사 각을 의미한다.3A shows a scattered light particle image taken by a
다음으로, 본 발명에서는 도 3b와 같이 각각의 입자를 구분하여 추적하는 알고리즘을 제시한다. 도 3b는 카메라(15)에서 촬영한 산란광 입자 영상에 대해 본 발명의 입자별 구분 추적 알고리즘을 적용해 처리한 영상을 보여주고 있으며, 이러한 영상이 컴퓨터(16)의 디스플레이를 통해 사용자에게 제공된다.Next, in the present invention, as shown in FIG. 3B, an algorithm for distinguishing and tracking each particle is presented. FIG. 3B shows an image obtained by applying the particle-based classification tracking algorithm of the present invention to the scattered light particle image photographed by the
도 3b의 영상 내 빨간색 선은 개별 입자의 브라운 운동에 의한 이동 궤적을 보여주고 있으며, 영상 내 왼쪽 빨간색 선이 제1 입자의 이동 궤적을, 영상 내 오른쪽 빨간색 선이 제2 입자의 이동 궤적을 나타낸다. 이러한 영상을 통해 입자별 거동 분석 결과를 사용자가 직관적으로 받아볼 수 있는 것이다.The red line in the image of FIG. 3b shows the movement trajectory by the Brownian motion of the individual particles, and the left red line in the image represents the movement trajectory of the first particle and the right red line in the image represents the movement trajectory of the second particle . Through these images, the user can intuitively receive the analysis results of the particle behavior.
본 발명의 입자별 구분 추적 알고리즘은 영상 패턴 매칭으로 입자 라벨링, 예컨대 입자에 식별정보를 부여하여 각각의 입자들을 구분해 개별 입자의 이동 궤적을 도출한다.According to the particle classification tracking algorithm of the present invention, particle labeling is performed by image pattern matching, for example, identification information is given to particles to separate each particle to derive movement trajectories of individual particles.
입자별 구분 추적 알고리즘의 예시로, 소정 시간 동안 획득한 산란광 입자 영상 프레임들 상에서 시간 변화에 따른 이웃 영상 프레임 간 근거리 이동 변화를 갖는 입자를 동일한 입자로 판별하고, 이 판별한 입자에 고유의 개별 식별정보를 부여하고, 영상 프레임들 마다 동일한 식별정보를 부여받은 입자의 위치 좌표를 플롯팅하여 이동 궤적을 생성한다.As an example of the particle-by-particle classification tracking algorithm, particles having a change in the near-field motion between neighboring image frames according to time changes on the scattered light particle image frames acquired for a predetermined time are discriminated as the same particles, And generates a movement locus by plotting the position coordinates of the particle given the same identification information for each of the image frames.
입자별 구분 추적 알고리즘의 다른 예시로, 소정 시간 동안 획득한 산란광 입자 영상 프레임들 상에서 시간 변화에 따른 이웃 영상 프레임 간 동일한 형상을 갖는 입자를 동일한 입자로 판별하고, 이 판별한 입자에 고유의 개별 식별정보를 부여하고, 영상 프레임들 마다 동일한 식별정보를 부여받은 입자의 위치 좌표를 플롯팅하여 이동 궤적을 생성한다.As another example of the particle classification tracking algorithm, particles having the same shape among neighboring image frames according to time changes on the scattered light particle image frames acquired for a predetermined time are discriminated as the same particles, and individual identification And generates a movement locus by plotting the position coordinates of the particle given the same identification information for each of the image frames.
다음으로, 본 발명에서는 시료 캐필러리(13)에 광을 조사하는데 있어 복수의 레이저 광원을 사용할 수 있다. 예시적으로, 2개의 레이저 광원과 시료 캐필러리(13)의 측면 사이에 레이저 빔 합성기를 구비하여, 각 레이저 광원으로부터 조사되는 레이저 빔이 레이저 빔 합성기로 입력되게 하고, 레이저 빔 합성기에서 합성된 레이저 빔이 시료 캐필러리(13)의 측면을 향하게 출력되게 광 조사를 할 수 있다. 다른 예시로, 2개의 레이저 광원을 시료 캐필러리(13)의 측면에 구비한 상태에서 각 레이저 광원으로부터 조사되는 레이저 빔이 시료 캐필러리(13)의 내부 공간의 동일한 영역을 통과되게 포커싱하여 광 조사를 할 수 있다.Next, in the present invention, a plurality of laser light sources can be used to irradiate the
이와 같이 본 발명에서 복수의 레이저 광원을 사용하는 것은 시료 캐필러리(13)가 받는 광량을 올리기 위함이다. 예컨대, 30 mW 레이저를 사용하는 경우에 시료 캐필러리(13)가 받는 광량이 낮아서 카메라(15)로 획득할 수 있는 산란광 입자 영상이 최대 초당 33 프레임의 한계를 갖는다. 따라서, 본 발명에서는 복수의 레이저 광원을 사용하여 시료 캐필러리(13)가 받는 광량을 높이며, 이로부터 카메라(15)로 획득하는 산란광 입자 영상의 프레임을 초당 33 프레임 이상으로 많게 하여 입자 추적 분석에 소요되는 전체 측정 시간을 단축시킬 수 있다.As described above, the use of a plurality of laser light sources in the present invention is intended to increase the amount of light received by the
다음으로, 본 발명의 입자 추적 분석 방법에 대해 설명하기로 한다.Next, the particle tracking analysis method of the present invention will be described.
시료 캐필러리(13)에 주입한 분석대상 입자(시료)가 포함(용해)되어 있는 용액(현탁액)에 관한 정보와 측정 조건에 관한 파라미터를 컴퓨터(16)에 입력한다. 여기서, 시료 정보 및 측정 조건 파라미터는 온도, 초당 프레임 개수, 분석 이미지 개수, 카메라 셋팅 정보, 이미지 강도(intensity), 시료 정보(예; 물, 알콜, 톨루엔 등) 등이 될 수 있다. 이와 같이 입력한 시료 정보 및 측정 조건 파라미터에 따라 광 조사 제어, 영상 촬영 제어, 영상 프레임 신호 처리 제어가 다르게 설정되어 처리 될 수 있게 하는 것이 바람직하다.The information about the solution (suspension) containing (dissolved) the analysis target particles (sample) injected into the
그리고, 전술한 바와 같이 재물대(12) 상에 올려진 시료 캐필러리(13)에 대해 레이저 광원(11)의 광원 축과 시료 캐필러리(13)의 측면 축에 대해 소정 각도를 주어(수평 축을 틀어) 레이저 빔이 조사되게 한다. 그에 따라, 레이저 빔이 지나가는 시료 캐필러리(13)의 내부 공간에 위치한 브라운 운동(brownian motion)을 하는 입자가 광을 산란시키게 된다.The sample capillary 13 placed on the table 12 is rotated at a predetermined angle with respect to the light source axis of the
그런 후, 전술한 바와 같이 산란광에 의한 입자를 광학계(14)로 경로 유도하여 카메라(15)로 산란광 입자 영상을 소정 시간 동안 촬영한다[브라운 운동으로 움직이는 입자의 영상 프레임 캡쳐, 예: 30~60초].Then, as described above, the particles of the scattered light are guided to the
그리고, 컴퓨터(16)로 카메라에서 촬영한 소정 시간 동안의 산란광 입자 영상 프레임들을 신호 처리하여 개개의 입자 이동을 추적하고, 입자의 크기, 형상, 농도, 개수 등 입자 특성을 분석(측정)하여 컴퓨터(16)의 디스플레이를 통해 사용자에게 시각적으로 제공한다. 이때, 전술한 바와 같이 시간별 입자 이동 거리에 대한 평균 제곱 변위(MSD : Mean Squared Displacement)를 기초로 스토크스-아인슈타인 공식(Stokes-Einstein relation)을 사용해 확산 계수(diffusion coefficient)를 산출해 유체 역학적 직경(hydrodynamic diameter)을 구하여 입자의 크기를 측정한다.The
다음으로, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 입자 추적 분석 장치의 다른 실시예를 설명하기로 한다.Next, another embodiment of the particle tracking analyzing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
도 4는 본 발명에 따른 입자 추적 분석 장치에 대한 다른 실시예 구성도이다.4 is a block diagram of another embodiment of a particle tracking analyzing apparatus according to the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자 추적 분석 장치는 도 1을 참조해 설명한 레이저 광원(11), 재물대(12), 시료 캐필러리(13), 광학계(14), 카메라(15), 컴퓨터(16)를 구비하고, 광학계(14)와 카메라(15) 사이에 산란광 필터링부(17)를 구비한다.4, the particle tracking analyzing apparatus according to another embodiment of the present invention includes the
시료 캐필러리(13)에 레이저 광원(11)의 레이저 빔을 조사함에 따라 산란광이 발생되는데, 이때 시료 캐필러리(13)의 수많은 입자들에 의해 다중 산란 간섭 발생될 수 있다. 이러한 다중 산란 간섭은 카메라(15)로 획득한 산란광 입자 영상을 기반으로 입자 특성을 분석하는데 있어 정확성, 신뢰성, 재현성을 저해하는 영향을 미친다.Scattering light is generated by irradiating the
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 광학계(14)와 카메라(15) 사이에 산란광 필터링부(17)를 배치하는데 있어, 광학계(14)의 출력 포커싱 지점[이미징 평면이라고도 불림]에 산란광 필터링부(17)가 위치되게 하고, 산란광 필터링부(17)의 후단의 소정 지점에 카메라(15)가 위치되게 한다.As shown in the drawing, in the present invention, when the scattered
산란광 필터링부(17)는 광학계(14)로부터 입력되는 시료 캐필러리(13)의 입자에 의한 산란광을 선택적으로 통과시켜, 즉 다중 산란 간섭을 받은 산란광은 차단시켜 다중 산란 간섭에 의한 영향을 방지한다. 산란광 필터링부(17)는 수 나노에서 수 마이크론 크기를 갖는 핀 홀(pin hole)로 구현될 수 있다. 광학계(14)는 대물 렌즈로 구현될 수 있다.The scattered
다음으로, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 입자 추적 분석 장치의 또 다른 실시예를 설명하기로 한다.Next, another embodiment of the particle tracking analyzing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
도 5는 본 발명에 따른 입자 추적 분석 장치에 대한 또 다른 실시예 구성도이다.5 is a block diagram of another embodiment of a particle tracking analyzing apparatus according to the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 추적 분석 장치는 도 1을 참조해 설명한 레이저 광원(11), 재물대(12), 시료 캐필러리(13), 광학계(14), 카메라(15), 컴퓨터(16)를 구비하고, 광반사 방지부(18) 및 수평계(19)를 구비한다.5, the particle tracking analyzing apparatus according to another embodiment of the present invention includes the
본 발명의 입자 추적 분석에 있어 시료 캐필러리(13)를 재물대(12) 위에 올린 상태에서 레이저 광원(11)의 광(레이저 빔)을 시료 캐필러리(13)를 통과되도록 조사하는데, 이때 시료 캐필러리(13)를 통과한 광이 외부 물체 또는 입자 추적 분석 장치의 내부 부품 등에 반사되어 시료 캐필러리(13)로 재입사 될 수 있다. 이러한 시료 캐필러리(13)에 반사광이 재입사되는 것에 따라 반사광에 의한 산란광 입자 영상이 레이저 광원(11)의 광에 의한 산란광 입자 영상에 섞여 입자 특성 측정에 정확도를 떨어뜨리는 요인이 된다.In the particle tracking analysis of the present invention, the laser beam of the
따라서, 본 발명에서는 재물대(12) 상에서 시료 캐필러리(13)의 후단 지점에 광반사 방지부(18)를 설치해, 시료 캐필러리(13)를 통과한 광(레이저 빔)이 광반사 방지부(18)에 의해 흡수되게 한다. 이러한 광반사 방지부(18)는 광(레이저 빔)을 흡수하는 소재, 재질, 특성을 갖는 어떠한 것으로 구현될 수 있으며, 예를 들어 검은 천이 부착된 시트 등이 될 수 있다.Therefore, in the present invention, the light
한편, 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 입자 추적 분석 장치의 재물대(12) 상에 수평계(19)를 구비하여 재물대(12)의 수평 상태를 파악하고, 재물대(12)의 수평 상태가 틀어진 경우에는 재물대(12)의 축을 조정하여 수평 상태를 바로잡을 수 있다. 예를 들어, 수평계(19)를 전자식으로 구현한 경우에는 컴퓨터(16)로 수평계(19)의 수평 상태를 파악해 자동으로 모터를 제어해 재물대(12)의 축을 조정하거나, 수평계(19)를 기계식으로 구현한 경우에는 사용자가 수평계(19)의 수평 상태를 파악해 컴퓨터(16)로 모터를 직접 제어해 재물대(12)의 축을 조정할 수 있다.As shown in the figure, a
위와 같이 본 발명에서는 수평계(19)로 재물대(12)의 수평 상태를 바로잡아서 재물대(12) 위에 올려진 시료 캐필러리(13)가 한쪽으로 치우치는 것을 방지함과 아울러 수평 상태가 아닌 시료 캐필러리(13) 내부에서 대류 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 이렇게 함으로써 시료 캐필러리(13)에 레이저 광원(11)으로부터 조사되는 광(레이저 빔)의 포커싱이 제대로 이루어지게 하고, 대류 현상을 방지해 입자 특성 측정 성능을 높일 수 있는 것이다.As described above, according to the present invention, the horizontal position of the
다음으로, 도 6 내지 도 8을 참조해 본 발명의 이미징 입자 분석 장치에 대해 설명하기로 한다.Next, an imaging particle analyzer of the present invention will be described with reference to Figs. 6 to 8. Fig.
도 6은 본 발명에 따른 이미징 입자 분석 장치에 대한 일실시예 구성도이고, 도 7은 도 6의 이미징 입자 분석 장치를 보여주는 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 이미징 입자 분석 방법을 보여주는 설명도이고, 도 9는 도 6의 이미징 입자 분석 장치의 실시간 다초점 영상 촬영 및 합성 과정을 보여주는 설명도이다.6 is a perspective view of an imaging particle analyzing apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 7 is a perspective view showing the imaging particle analyzing apparatus of FIG. 6, and FIG. 8 is an explanatory view showing an imaging particle analyzing method according to the present invention And FIG. 9 is an explanatory view showing a real-time multifocus imaging and synthesis process of the imaging particle analyzer of FIG.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이미징 입자 분석 장치는 하부 광원(61), 재물대(62), 시료 캐필러리(63), 광학계(64), 카메라(65) 및 컴퓨터(66) 등을 포함한다. 또한 이미징 입자 분석 장치는 상부 광원(67)를 더 포함할 수 있다.6, an imaging particle analyzer according to the present invention includes a lower
본 발명의 이미징 입자 분석 장치는 현미경 대안 렌즈(microscope oculars)가 더 구비되어, 사용자가 직접 눈으로 시료를 관찰할 수 있게 할 수도 있다.The imaging particle analyzing apparatus of the present invention may further include a microscope oculars so that the user can directly observe the sample with eyes.
도면에 도시되어 있지 않으나 컴퓨터(66)는 영상 캡쳐 보드, 신호 처리부, 디스플레이 등을 더 포함한다. 여기서, 영상 캡쳐 보드 및 신호 처리부는 카메라(65)에 구비될 수도 있다.Although not shown in the figure, the
본 발명의 이미징 입자 분석 장치는 시료 캐필러리(63)에 분석대상 입자(시료)가 포함(용해)되어 있는 용액(현탁액)을 주입하고, 이 시료 캐필러리(63)를 재물대(62) 위에 올린 상태에서 하부 광원(61)의 광이 시료 캐필러리(63)에 투과되도록 조사하고, 시료 캐필러리(63)의 내부 공간에 위치한 브라운 운동(brownian motion)을 하는 입자가 투과광을 산란시키게 하고, 이 산란광을 광학계(64)로 경로 유도하여 카메라(65)로 산란광을 소정 시간 동안 촬영한다[산란광 영상 프레임 캡쳐, 예: 30~60초]. 그리고, 컴퓨터(66)로 카메라(65)에서 촬영한 소정 시간 동안의 산란광 영상 프레임들을 신호 처리하여 입자의 크기, 형상, 농도, 개수 등 입자 특성을 분석(측정)하여 컴퓨터(66)의 디스플레이를 통해 사용자에게 시각적으로 제공한다.The analyzing particle analyzing apparatus of the present invention injects a solution (suspension) containing (dissolving) analytes (sample) into the
본 발명의 분석대상 입자는 나노 단위의 물질(nanoparticle)일 수 있으며, 그 입자 크기는 수 나노미터 ~ 수천 나노미터(예: 1nm ~ 2000nm)의 모든 종류의 입자일 수 있다. 예시적으로 분석대상 입자는 바이오 나노물질(bio-nanoparticles)로서 약물 전달 시스템 개발, 바이러스 백신, 나노 독성학 및 생물 지표, 단백질 응집, 세포외 소포(엑소좀 및 미소낭포) 등에 적용되는 것일 수 있다.The analyte particles of the present invention can be nanoparticles, and the particle size can be any kind of particles from several nanometers to several thousand nanometers (e.g., 1 nm to 2000 nm). Illustratively, the particles to be analyzed may be bio-nanoparticles that are applied to drug delivery system development, virus vaccines, nanotoxicology and biomarkers, protein aggregation, extracellular vesicles (exosomes and microcysts), and the like.
하부 광원(61)은 범용 백색광원으로서 300 W의 할로겐 램프 등으로 구현될 수 있다.The lower
상부 광원(67)은 범용 백색광원으로 구현되거나 레이저 다이오드 등으로 구현될 수 있다. 이러한 상부 광원(67)은 투과광에 의한 유동 측정이 불가능한 시료에 대해 입자 특성을 분석하는데 사용되며, 예를 들어 금속고용체의 온도 변화에 따른 상 분리 분석, 솔더(Solder)의 용융점 분석, 이형 고분자 혼합물 또는 블록공중합 고분자 필름의 상 분리 분석 등이 될 수 있다. 즉, 금속 및 고분자를 포함한 불투과성 물질의 입자 특성 분석 시 상부 광원(67)이 사용되는 것이다.The upper
광학계(64)는 20 배율(x20)을 갖는 대물 렌즈 등으로 구현될 수 있다.The
카메라(65)는 CCD 카메라, EMCCD(Electron Multiplied Charged Coupled Device) 카메라, CMOS 카메라 등으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 초당 30 프레임(30 fps)을 촬영하는 일반적 카메라, 초당 1,000 프레임 ~ 초당 3,000 프레임을 촬영하는 (초)고속 카메라가 사용될 수 있다.The
시료 캐필러리(63)는 직육면체 형상의 모세관으로 구현될 수 있으며, 그 외부 유리층으로 둘러싸인 내부 공간에 시료가 주입되어 그 양단이 실링될 수 있다. 시료 캐필러리(63)의 외관 크기는 예시적으로 1 mm X 1 mm X 80 mm일 수 있으며, 길이 80 mm는 분석대상 시료 종류 등에 따라 변경될 수 있다. 덧붙여, 시료 캐필러리(63)의 외부 유리층 두께는 주지의 현미경에서 사용되는 상용품 수준이면 족하다. 이와 같이 본 발명의 시료 캐필러리(63)는 1 mm X 1 mm X 80 mm 크기로서 이를 부피로 환산하면 0.08 cm3, 즉 0.08 ㎖이며, 시료가 주입된 내부 공간 부피가 외관 부피와 같다고 하더라도 최대 0.08 ㎖ 시료를 사용해 입자 특성을 분석할 수 있어, 보다 적은 시료 양만이 사용자에게 요구된다. 또한, 본 발명의 시료 캐필러리(63)는 모세관 구조로서 모세관 현상으로 시료를 빨아들여 손쉽게 시료를 주입할 수 있으며, 1 mm X 1 mm X 80 mm의 작은 크기로서 시료 캐필러리 내의 입자 움직임이 대류 현상에 영향을 받지 않고 브라운 운동에 의한 입자 움직임을 만들 수 있어 보다 정확한 입자 크기 측정 등 입자 특성 분석을 할 수 있다.The
재물대(62)는 모터(도면에 도시되어 있지 않음)에 연결되어 있으며, 컴퓨터(66)의 모터 구동 제어 또는 사용자 직접 조작 등에 의해 상하 이동(예; 광학계(64) 및 카메라(65)의 초점 가변 시), 좌우 이동, 측면 틸팅(예; 수평이 기울어진 경우에 수평 잡기) 등 6축 방향으로 움직일 수 있다.The
본 발명의 이미징 입자 분석 장치는 광 산란(light scattering)과 브라운 운동(brownian motion)을 현미경(microscope)에 응용한 것이다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The imaging particle analyzer of the present invention applies light scattering and brownian motion to a microscope. This will be described in detail as follows.
하부 광원(61)의 광을 시료 캐필러리(63)에 투과되도록 조사하여 시료 캐필러리(63)의 내부 공간에 위치한 브라운 운동을 하는 입자가 투과광을 산란시키게 한다.The light of the lower
그에 따라, 브라운 운동을 하는 입자에 의해 발생되는 시간 변화에 따른 산란광 변화를 카메라(65)로 획득하여 이 산란광 영상 프레임들을 퓨리에 분석하여 산란광의 시간적/공간적 정보가 분해되도록 처리하고, 이에 대한 해석을 통해 나노 입자의 크기를 측정한다.Accordingly, the
즉, 카메라(65)로 획득한 산란광 영상 프레임들 간의 차영상을 구하고[예: 초당 3,000 프레임으로 2 초 간 촬영한 경우에 차영상은 5,999개], 이 차영상에 대해 2차원 퓨리에 변환을 한다. 이러한 차영상을 통해 각 픽셀 단위의 산란광 세기의 변화를 감지할 수 있으며, 차영상에 대한 퓨리에 변환으로 산란광의 공간적 분포를 얻고, 산란광 공간적 분포를 해석하여 시간 변화에 따른 산란광의 공간적/시간적 정보를 획득하는 것이다.That is, a difference image between the scattered light image frames obtained by the
그런 후, 퓨리에 변환 결과를 중앙의 원점으로부터 동일한 픽셀 거리에 있는 값들의 평균을 구하는 방위각 스캔(Azimuthal Scan)을 수행한다. 도 8의 좌측 (a)는 2차원 퓨리에 변환 값의 방위각 스캔을 보여주는 개념도이고, 도 8의 우측 (b)는 시간 변화에 따른 방위각 스캔값의 절대치 변화를 보여주는 그래프이다. 도 8의 좌측 (a)에서 퓨리에 변환 값의 중앙으로부터 q1, q2, q3 각각은 산란각에 대응된다. 이처럼 본 발명에서 차영상으로부터 구한 퓨리에 변환 값은 다각 산란 정보를 포함하게 되고, 이 동심원을 따라 퓨리에 변환 값을 더한 합계치의 평균값을 시간 변화에 따라 그래프로 그리면 도 8의 우측 (b)와 같은 결과를 얻게 되는 것이다.Then, an azimuthal scan is performed to obtain the average of the values at the same pixel distance from the origin of the center of the Fourier transform result. 8A is a conceptual diagram showing an azimuthal scan of a two-dimensional Fourier transform value, and the right side (b) of FIG. 8 is a graph showing an absolute value change of an azimuth scan value according to a time change. From the center of the Fourier transform values on the left side (a) of FIG. 8, q 1 , q 2 , and q 3 correspond to scattering angles, respectively. As described above, the Fourier transform value obtained from the difference image includes the multiple scattering information, and when the mean value of the sum value obtained by adding the Fourier transform value along the concentric circle is plotted according to the time change, .
이렇게 구한 방위각 스캔값을 수치해석 기법을 사용해 입자 크기를 측정하는데, 이때 다음의 [수학식 4]를 사용한다.The azimuth scan value thus obtained is measured using a numerical analysis technique. In this case, the following equation (4) is used.
여기서, 
[수학식 4]의 휴지 시간 
[수학식 5]의 확산 계수 Dm은 상기 [수학식 1]의 스토크스-아인슈타인 공식(Stokes-Einstein relation)과 같은 관계를 갖는다.The diffusion coefficient D m of Equation (5) has the same relationship as the Stokes-Einstein relation of Equation (1).
위와 같은 [수학식 4], [수학식 5] 및 [수학식 1]을 바탕으로, [수학식 4]에 대해 비선형 커브 피팅(nonlinear curve fitting)을 수행하여 [수학식 4]의 3가지 상수(미지수), 즉 A(q), B(q), 
한편, 본 발명의 이미징 입자 분석을 하는데 있어 시료 정보 및 측정 조건 파라미터를 컴퓨터(66)에 입력하는 것이 바람직하다. 즉, 시료 캐필러리(63)에 주입한 분석대상 입자(시료)가 포함(용해)되어 있는 용액(현탁액)에 관한 정보와 측정 조건에 관한 파라미터를 컴퓨터(66)에 입력한다. 여기서, 시료 정보 및 측정 조건 파라미터는 이미지 개수, 평균 횟수, 이미지 인터벌, 라디우스 인터벌, 온도값 입력, 광원 변위 센서, 배경 먼지 이미징 제거 등이 될 수 있다. 이와 같이 입력한 시료 정보 및 측정 조건 파라미터에 따라 광 조사 제어, 영상 촬영 제어, 영상 프레임 신호 처리 제어가 다르게 설정되어 처리 될 수 있게 하는 것이 바람직하다.On the other hand, in the imaging particle analysis of the present invention, it is desirable to input the sample information and the measurement condition parameters to the
전술한 바와 같은 본 발명의 이미징 입자 분석 장치의 이점은 다음과 같다.The advantages of the imaging particle analyzer of the present invention as described above are as follows.
실공간 영상 관측과 동시에 역공간 산란 정보를 분석할 수 있으며, 입자 크기 측정 중 일어나는 시료의 실제 변화를 관측할 수 있다. 또한, 복잡한 레이저 광학계를 사용하지 않으므로 레이저 광학계의 구성, 정렬, 유지보수 등이 필요하지 않으며, 광원에 의한 시료 손상이 없고, 레이저 광원에 의해 분해되거나 다른 영향을 받는 시료 등에 대해서도 제한 없이 분석이 가능하다. 또한, 기존 DLS 방식 입자 크기 측정 장비를 통해서는 측정할 수 없었던 저 측정각에서의 측정 역시 가능하다. 또한, 기존 DLS 방식 입자 크기 측정 장비가 여러 번 측정하여 얻을 수 있는 정보를 한 번의 측정으로 획득할 수 있으며, 통상적인 광학 현미경용 샘플 수준인 수 ㎕의 시료에 대해 입자 크기 측정이 가능하다.It is possible to analyze the inverse spatial scattering information simultaneously with the real space image observation and to observe the actual change of the sample during the particle size measurement. In addition, since no complicated laser optical system is used, the configuration, alignment, and maintenance of the laser optical system are not required, and there is no damage to the sample by the light source. Do. It is also possible to measure at low angles, which could not be measured with conventional DLS particle size measurement equipment. In addition, information obtained from multiple DLS particle size measuring devices can be acquired with a single measurement, and particle size measurement is possible for several μL samples at the sample level for a conventional optical microscope.
다음으로, 본 발명의 또 다른 주요한 특징들에 대해 설명하기로 한다.Next, another principal feature of the present invention will be described.
도 9는 도 6의 이미징 입자 분석 장치의 실시간 다초점 영상 촬영 및 합성 과정을 보여주는 설명도이다.FIG. 9 is an explanatory view showing a real-time multifocus imaging and synthesis process of the imaging particle analyzer of FIG.
본 발명의 이미징 입자 분석 장치는 전술한 바와 같이 광 산란과 브라운 운동을 응용해 입자 크기 측정 등 입자 특성 분석 기능을 비롯해, 실시간 다초점 기반 이미징 입자 분석 기능이 탑재되어 있다.The imaging particle analyzer of the present invention is equipped with a real-time multi-focal-based imaging particle analysis function as well as a particle characteristic analysis function such as particle size measurement by applying light scattering and Brownian motion as described above.
도 9에 도시된 바와 같이, 컴퓨터(66)에 의한 모터 제어 등으로 재물대(62)를 광학계(64)의 방향으로 높이를 올려 실시간으로 초점(포커싱)을 가변시키면서, 재물대(62) 위에 올려진 시료(91)의 입자에 대해 카메라(65)로 실시간 고속으로 초점별 입자 영상들을 촬영한다. 그리고, 컴퓨터(66)로 카메라(65)에서 촬영한 초점별 입자 영상들을 합성하여 입자의 특성을 분석한다.As shown in Fig. 9, the height of the
즉, 본 발명의 실시간 다초점 입자 분석 모드에서는 실시간으로 초점을 가변시켜 각각의 초점이 입자의 날카로운 부분(즉 표면 경계, 엣지)에 맞춰지게 하고, 이때 각각의 입자 표면 경계에 포커싱된 초점별 입자 영상들을 실시간 고속으로 촬영한다. 그리고, 카메라(65)로 촬영한 초점별 입자 영상들의 각각의 입자 표면 경계를 중심으로 합성하여 단일 입자 영상을 만들어서 그 입자 특성을 분석한다.That is, in the real-time multifocal particle analysis mode of the present invention, the focus is varied in real time so that each focus is aligned with a sharp portion (i.e., surface boundary, edge) of the particle, Take pictures at real time high speed. Then, a single particle image is synthesized based on the respective particle surface boundaries of the focused particle images captured by the
상기 입자 특성은 입자의 크기, 면적, 장축, 단축, 구형도, 둘레, 형태 등이 될 수 있다. 또한, 분석 대상 입자는 수 nm 단위의 입자 또는 수 ㎛ ~ 수 mm 범위의 고체 분말 또는 수 ㎛ 단위의 유동 세포 등이 될 수 있으며, 금속 분말 및 판넬의 이물 검출 등에 적용될 수 있다.The particle characteristics may be particle size, area, major axis, minor axis, sphericity, circumference, shape, and the like. The particles to be analyzed may be particles of several nanometers or solid powders ranging from several micrometers to several millimeters, or flow cells of several micrometers, and the like, and may be applied to the detection of foreign substances in metal powders and panels.
위와 같은 실시간 초점(포커싱) 가변 방법으로는 컴퓨터(66)에 의한 모터 제어 등으로 재물대(62)를 광학계(64)의 방향으로 소정 거리 만큼 높이를 올리거나 내릴 수 있으며, 다른 예시로 컴퓨터(66)에 의한 모터 제어 등으로 광학계(64)를 재물대(62)의 방향으로 소정 거리 만큼 높이를 올리거나 내릴 수 있다. 물론, 사용자가 수동으로 재물대(62) 또는 광학계(64)를 조정하여 실시간 초점(포커싱)을 가변시킬 수 있다.In the above-described real-time focusing (variable focusing) method, the
본 발명의 실시간 다초점 입자 분석 모드에서 카메라(65)는 초당 1,000 프레임 이상을 촬영하는 고속 카메라이면 족하다.In the real-time multifocal particle analysis mode of the present invention, the
또한, 분석 대상 입자의 종류 등에 따라 시료에 대해 조사하는 광원을 하부 광원(61)에 의한 투과광 또는 상부 광원(67)에 의한 반사광으로 선택적으로 사용할 수 있다.In addition, a light source for irradiating the sample according to the kind of particles to be analyzed may be selectively used as transmitted light by the lower
전술한 바와 같은 본 발명의 실시간 다초점 기반 이미징 입자 분석 장치의 이점은 다음과 같다.Advantages of the real-time multifocal-based imaging particle analyzer of the present invention as described above are as follows.
도 6을 참조해 설명한 이미징 입자 분석 장치의 부품 변경 없이(스펙 추가 없이) 실시간 다초점 기반 이미징 입자 분석 기능을 복합적으로 탑재시킬 수 있고, 입자의 날카로운 부분(표면 경계)을 선명하게 촬영할 수 있고, 분석 대상 입자 종류 등 입자 특성 분석 영역을 넓힐 수 있고, 이미징 기반 카메라 촬영 영상으로 입자 형상 측정 등과 같은 시장 니즈를 충족시킬 수 있고, 기존 현미경의 짧은 렌즈 초점 영역을 극복해 다양한 종류 및 크기의 입자 특성을 분석할 수 있고, 실제 입자의 크기 및 형태를 볼 수 있는 이점이 있다.The imaging particle analyzing apparatus described with reference to FIG. 6 can be equipped with a real-time multifocus-based imaging particle analyzing function in a complex manner without changing parts (without adding specifications), and the sharp part (surface boundary) It is possible to broaden the analysis area of particle characteristics such as the type of particles to be analyzed and to meet the market needs such as particle shape measurement with an imaging based camera shot image and to overcome the short lens focus area of the conventional microscope, Can be analyzed, and there is an advantage that the size and shape of the actual particles can be seen.
한편, 도 6을 참조해 설명한 본 발명의 이미징 입자 분석 장치 또는 도 9를 참조해 설명한 본 발명의 실시간 다초점 입자 분석 장치는, 도 4를 참조해 설명한 산란광 필터링부를 광학계(64)와 카메라(65) 사이에 구비할 수 있다. 이러한 산란광 필터링부에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.On the other hand, the real-time multifocal particle analyzer according to the present invention described with reference to Fig. 6 or described with reference to Fig. 9 of the present invention described with reference to Fig. 6 differs from the optical particle analyzer shown in Fig. As shown in Fig. A detailed description of the scattered light filtering unit will be omitted.
또한, 도 6을 참조해 설명한 본 발명의 이미징 입자 분석 장치 또는 도 9를 참조해 설명한 본 발명의 실시간 다초점 입자 분석 장치는, 도 5를 참조해 설명한 수평계를 재물대(62) 상에 구비할 수 있다. 이러한 수평계에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The real-time multifocal particle analyzer of the present invention described with reference to Fig. 6 or described with reference to Fig. 9 of the present invention can be provided with a leveling system described with reference to Fig. 5 on the
도 10은 본 발명에 따른 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드를 구비한 복합 장치에 대한 일실시예 사시도이다.10 is a perspective view of a composite apparatus having a particle tracking analysis mode and an imaging particle analysis mode according to an embodiment of the present invention.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드를 구비한 복합 장치는 레이저 광원(101), 하부 광원(102), 상부 광원(103), 재물대(104), 시료 캐필러리(105), 광학계(106), 카메라(107) 및 도면에 도시하지 않은 컴퓨터 등을 포함한다.10, a composite apparatus having a particle tracking analysis mode and an imaging particle analysis mode according to the present invention includes a
또한, 도 10의 복합 장치는 도 4를 참조해 설명한 산란광 필터링부와, 도 5를 참조해 설명한 광반사 방지부 및 수평계를 더 포함할 수 있다.The composite apparatus of FIG. 10 may further include the scattered light filtering unit described with reference to FIG. 4, the light reflection preventing unit described with reference to FIG. 5, and a leveling system.
본 발명의 복합 장치는 도 1 내지 도 5를 참조해 설명한 입자 추적 분석 장치의 기능과 도 6 내지 도 8을 참조해 설명한 이미징 입자 분석 장치의 기능을 하나의 장치에서 수행하는 것으로, 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드를 복합적으로 수행하는 것이다.The composite apparatus of the present invention performs the functions of the particle tracking analyzing apparatus described with reference to Figs. 1 to 5 and the functions of the imaging particle analyzing apparatus described with reference to Figs. 6 to 8 in one apparatus, And the imaging particle analysis mode.
물론, 본 발명의 복합 장치는 도 1 내지 도 5를 참조해 설명한 입자 추적 분석 장치의 기능과 도 9를 참조해 설명한 실시간 다초점 입자 분석 기능을 수행할 수 있다.Of course, the composite apparatus of the present invention can perform the functions of the particle tracking analyzing apparatus described with reference to FIGS. 1 to 5 and the real-time multifocus particle analyzing function described with reference to FIG.
또한, 본 발명의 복합 장치는 도 1 내지 도 5를 참조해 설명한 입자 추적 분석 장치의 기능과 도 6 내지 도 8을 참조해 설명한 이미징 입자 분석 장치의 기능과 도 9를 참조해 설명한 실시간 다초점 입자 분석 기능을 수행할 수 있다.In addition, the composite apparatus of the present invention has the function of the particle tracking analyzing apparatus described with reference to Figs. 1 to 5, the functions of the imaging particle analyzing apparatus described with reference to Figs. 6 to 8, Analysis function can be performed.
즉, 본 발명의 복합 장치는 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드를 수행하는데 있어, 입자 추적 분석 모드를 수행하는 경우에는 레이저 광원(101), 재물대(104), 시료 캐필러리(105), 광학계(106), 카메라(107)를 사용하고, 이미징 입자 분석 모드를 수행하는 경우에는 하부 광원(102), 재물대(104), 시료 캐필러리(105), 광학계(106), 카메라(107)를 사용한다.That is, in performing the particle tracking analysis mode and the imaging particle analysis mode, the composite apparatus of the present invention may include a
이와 같이 본 발명의 복합 장치는 분석 모드에 따라 부품을 공용해 그 기능을 수행할 수 있어 입자 추적 분석 장치와 이미징 입자 분석 장치 및 실시간 다초점 입자 분석 장치를 개별적으로 만드는 것에 비해 제조 단가를 낮출 수 있으며, 입자 추적 분석 장치와 이미징 입자 분석 장치 및 실시간 다초점 입자 분석 장치의 구조, 스펙, 기능, 처리 과정에 어떠한 변형을 주지 않고서도 구현할 수 있으며, 복합 장치에서 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드 및 실시간 다초점 입자 분석 모드를 각각 수행하는데 있어 부품, 처리 과정 사이에 어떠한 간섭도 없어 성능 저하 없이 입자 특성을 분석할 수 있는 이점이 있다.As described above, the composite apparatus according to the present invention can perform the functions by sharing components according to the analysis mode, so that the manufacturing cost can be lowered compared with the case where the particle tracking analyzing apparatus, the imaging particle analyzing apparatus and the real- And can be implemented without any modification to the structure, specification, function, and process of the particle tracking analyzer, the imaging particle analyzer and the real time multifocal particle analyzer, and the particle tracking analysis mode and the imaging particle analysis mode And the real-time multifocal particle analysis mode, there is no interference between parts and processes, and there is an advantage that the particle characteristics can be analyzed without degrading performance.
다음으로, 본 발명의 시료 캐필러리 장착 모듈에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Next, the sample capillary mounting module of the present invention will be described in detail.
도 11은 본 발명에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈에 대한 일실시예 사시도이고, 도 12a 내지 도 12c는 본 발명에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈에 대한 다른 실시예 사시도이고, 도 13은 본 발명에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈이 구비된 복합 장치에 대한 일실시예 사시도이다.FIG. 11 is a perspective view of an embodiment of a sample capillary mounting module according to the present invention, FIGS. 12A to 12C are perspective views of another embodiment of a sample capillary mounting module according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a composite apparatus equipped with a sample capillary mounting module according to an embodiment of the present invention; FIG.
본 발명에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈은 도 1 내지 도 5를 참조해 설명한 입자 추적 분석 장치, 도 6 내지 도 9를 참조해 설명한 이미징 입자 분석 장치, 도 10을 참조해 설명한 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드를 구비한 복합 장치의, 재물대(12, 62, 104) 상에 탑재되는 것으로서, 시료 캐필러리(13, 63, 105)가 이 시료 캐필러리 장착 모듈에 올려진다.The sample capillary mounting module according to the present invention includes the particle tracking analyzing apparatus described with reference to Figs. 1 to 5, the imaging particle analyzing apparatus described with reference to Figs. 6 to 9, the particle tracking analyzing mode described with reference to Fig. 10 The sample capillary (13, 63, 105) is mounted on the sample capillary mounting module as it is mounted on the platform (12, 62, 104) of the composite apparatus having the imaging particle analysis mode.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈(200)의 상부면에는 그 길이 방향으로 시료 캐필러리(13)가 안착되게 하는 안착 홈(201)이 형성되어 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈(200)의 측면 일측으로부터 측면 타측으로 관통 홈(202)이 형성되어 시료 캐필러리 장착 모듈(200)의 측면을 향해 조사되는 광이 입사되어 시료 캐필러리(13)를 통과해 출사되게 한다.11, the upper surface of the sample
도 12a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈(300)의 상부면에는 그 길이 방향으로 시료 캐필러리(13)가 안착되게 하는 안착 홈(301)이 형성되어 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈(300)의 측면 일측으로부터 측면 타측으로 관통 홈(302)이 형성되어 있되, 시료 캐필러리 장착 모듈(300)의 측면 타측이 막혀 있는 구조로서 이 측면 타측에 도 5를 참조해 설명한 광반사 방지부(303)가 형성되어 있다. 즉, 도 12a와 같이 시료 캐필러리 장착 모듈(300)의 측면 타측에 광반사 방지부(303)를 형성한 경우에는 입자 추적 분석 장치에 광반사 방지부(18)를 구비하지 않아도 되는 것이다.12A, the upper surface of the sample
도 12b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈(400)의 상부면에는 그 길이 방향으로 시료 캐필러리(13, 63, 105)가 안착되게 하는 안착 홈(401)이 형성되어 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈(400)의 측면 일측으로부터 측면 타측으로 관통 홈(402)이 형성되어 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈(400)의 하부면에는 특정 크기를 갖는 하부 홈(403)이 형성되어 있다.12B, on the upper surface of the sample
즉, 시료 캐필러리 장착 모듈(400)의 하부 홈(403)은 도 7의 이미징 입자 분석 장치의 재물대(62)의 구멍 또는 도 10의 복합 장치의 재물대(104)의 구멍에 맞닿는 것으로서, 하부 광원(61, 102)으로부터 조사되는 광이 재물대(104)의 구멍, 시료 캐필러리 장착 모듈(400)의 하부 홈(403)을 통과해 시료 캐필러리(63, 105)에 투과되게 한다. 이러한 도 12b의 시료 캐필러리 장착 모듈(400)은 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드에서 공용으로 사용할 수 있는 것이다.That is, the
도 12b의 시료 캐필러리 장착 모듈(400)은 도 12a와 같이 시료 캐필러리 장착 모듈(400)의 측면 타측이 막혀 있는 구조로서 이 측면 타측에 광반사 방지부가 형성될 수 있다.The sample
도 12c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈(500)의 상부면에는 그 길이 방향으로 시료 캐필러리(13, 63, 105)가 안착되게 하는 안착 홈(501)이 형성되어 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈(500)의 측면 일측으로부터 측면 타측으로 관통 홈(502)이 형성되어 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈(500)의 상부측에 덮개(503)를 구비하고, 이 덮개(503)에 특정 크기를 갖는 상부 홈(504)이 형성되어 있다.12C, on the upper surface of the sample
즉, 도 12c의 시료 캐필러리 장착 모듈(500)은 그 내부에 올려진 시료 캐필러리(13, 63, 105)의 외부가 먼지 등과 같은 이물질이 침투되지 못하게 덮개(503)를 구비한 것이며, 시료 캐필러리(13, 63, 105)로부터의 산란광이 상부 방향으로 나가므로 덮개(503)에 산란광 출구 경로로 상부 홈(504)을 형성한 것이다.That is, the sample
또한, 도 12c의 시료 캐필러리 장착 모듈(500)의 덮개(503)는 시료 캐필러리 장착 모듈(500)의 측면과 덮개(503)의 일측을 힌지로 체결하여 덮개(503)가 개폐되는 구조로 할 수 있다. 예컨대, 덮개(503)를 연 상태에서 시료 캐필러리(13, 63, 105)를 올리고서 덮개(503)를 닫은 후에 측정을 시작할 수 있다.The
또한, 도 12c의 시료 캐필러리 장착 모듈(500)의 안착 홈(501)의 양단이 막힌 구조로 하여 안착 홈(501)의 양단을 통해 들어올 수 있는 먼지 등과 같은 이물질 침투를 차단할 수도 있다.In addition, both ends of the
또한, 도 12c의 시료 캐필러리 장착 모듈(500)의 하부면에 특정 크기를 갖는 하부 홈을 형성할 수도 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈(500)의 측면 타측이 막혀 있는 구조로서 이 측면 타측에 광반사 방지부가 형성될 수도 있다.In addition, a lower groove having a specific size may be formed on the lower surface of the sample
한편, 도 11 내지 도 12c의 시료 캐필러리 장착 모듈(200, 300, 400, 500)은 광 반사 방지를 위해 Al2O3 등과 같이 무광 아노다이징 표면 처리가 되어 있을 수 있다.On the other hand, may be a matte anodizing surface treatment, such as 11 to sample capillary mounted module (200, 300, 400 and 500) of Figure 12c is Al 2 O 3 in order to prevent light reflection.
한편, 도 13에 도시된 바와 같이 도 11 내지 도 12c의 시료 캐필러리 장착 모듈(200, 300, 400, 500)은 체결부재에 의해 재물대(12, 62, 104)에 고정되어 탑재된다.As shown in FIG. 13, the sample
다른 예시로, 도 13에서 시료 캐필러리 장착 모듈(200, 300, 400, 500)의 하부 외관면에 길이 방향으로 요철 홈이 형성되어 있을 수 있고, 재물대(12, 62, 104)의 상부면측에도 시료 캐필러리 장착 모듈(200, 300, 400, 500)의 요철 홈에 대응되는 요철 홈이 형성되어 있을 수 있다. 이러한 시료 캐필러리 장착 모듈(200, 300, 400, 500)의 요철 홈과 재물대(12, 62, 104)의 요철 홈을 체결해 고정시킬 수 있다. 이러한 요철 홈으로 스토퍼 및 가이드 체결 기능을 하게 한다.In another example, the upper
한편, 도 13에 도시된 바와 같이 레이저 광원(11, 101)의 광 조사 방향을 고정하기 위해 고정부재(901)에 탑재할 수 있다. 이러한 레이저광원 고정부재(901)는 시료 캐필러리 장착 모듈(200, 300, 400, 500)에 탑재된 시료 캐필러리(13, 63, 105)의 측면으로 광 조사를 할 수 있는 임의의 위치, 예컨대 재물대(12, 62, 104)의 상부측 등에 설치될 수 있다.On the other hand, as shown in Fig. 13, it can be mounted on the fixing
본 발명에 있어 시료 캐필러리(13, 63, 105)를 그 길이 방향으로 탑재한 시료 캐필러리 장착 모듈(200, 300, 400, 500)과 레이저 광원(11, 101)의 광 조사 방향을 고정한 고정부재(901)를 사용해, 레이저 광 조사 축과 시료 캐필러리 측면 축에 대해 소정 각도를 주어(수평 축을 틀어) 레이저 빔을 조사하는데 있어 장치 구성의 편의성 및 정확성을 줄 수 있다. 즉, 레이저 광 조사 축과 시료 캐필러리 측면 축의 각도를 어떤 값으로 셋팅하고자 하는 경우에, 이 각도에 맞춰 레이저광원 고정부재(901)의 장착 방향을 틀거나 시료 캐필러리 장착 모듈(200, 300, 400, 500)의 장착 방향을 틀면 되는 것이다.In the present invention, the light irradiation directions of the sample
전술한 본 발명의 시료 캐필러리 장착 모듈의 이점은 다음과 같다.The advantages of the above-described sample capillary mounting module of the present invention are as follows.
1 mm X 1 mm X 80 mm의 작은 크기를 갖는 시료 캐필러리를 분석 장치에 손쉽게 탑재할 수 있어 사용자의 조작 편의성 및 핸들링 용이성을 줄 수 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈에 시료가 주입된 시료 캐필러리를 올리기만 하면 되기 때문에 시료 교체 시 세척 등 시료 준비 사전 작업을 간편하고 편리하게 할 수 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈을 통해 조사 광을 시료 캐필러리에 정확하게 포커싱되게 할 수 있어 측정 정확성 및 신뢰성을 줄 수 있고, 레이저 광 조사 축과 시료 캐필러리 측면 축에 대해 레이저 빔 조사를 다양하게 원하는 각도로 할 수 있게 하고, 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드에 공용으로 사용할 수 있는 시료 캐필러리 장착 모듈로 부품 개수를 줄여 제조 단가를 낮출 수 있도록 하는 이점이 있다.The sample capillary having a small size of 1 mm X 1 mm X 80 mm can be easily mounted on the analyzer so that the user's convenience of operation and ease of handling can be reduced and the sample to which the sample is injected into the sample capillary mounting module Since it is only necessary to raise the capillary, it is possible to perform the preliminary work of sample preparation such as washing at the time of sample change easily and conveniently, and the sample capillary mounting module can accurately focus the irradiation light onto the sample capillary, And a laser beam irradiation can be performed at various desired angles with respect to the laser beam irradiation axis and the side cap axis of the sample capillary and a sample which can be commonly used in the particle tracking analysis mode and the imaging particle analysis mode The capillary mounting module has the advantage of reducing the manufacturing cost by reducing the number of parts.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.Meanwhile, the method of the present invention as described above can be written in a computer program. And the code and code segments constituting the program can be easily deduced by a computer programmer in the field. In addition, the created program is stored in a computer-readable recording medium (information storage medium), and is read and executed by a computer to implement the method of the present invention. And the recording medium includes all types of recording media readable by a computer.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of various modifications within the scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the illustrated embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.
11 : 레이저 광원 12 : 재물대
13 : 시료 캐필러리 14 : 광학계
15 : 카메라 16 : 컴퓨터11: laser light source 12:
13: sample capillary 14: optical system
15: camera 16: computer
Claims (17)
분석대상 입자가 주입되어 있는 시료 캐필러리;
상기 시료 캐필러리가 올려져 있는 재물대;
상기 시료 캐필러리의 하면에 대해 광을 조사하는 하부 광원;
상기 시료 캐필러리의 측면에 대해 광을 조사하는 레이저 광원;
상기 하부 광원 또는 상기 레이저 광원으로 시료 캐필러리에 광을 조사한 것에 따라 상기 광이 투과되는 시료 캐필러리 상의 입자가 광을 산란시키고, 이 산란광에 의한 영상을 카메라로 경로 유도하는 광학계;
상기 광학계로부터 경로 유도되는 산란광 영상을 특정 시간 동안 촬영하는 카메라; 및
상기 분석대상 입자에 관해 입력받은 정보와 상기 카메라에서 촬영한 특정 시간 동안의 산란광 영상 프레임들을 신호 처리한 결과를 이용하여 입자 특성을 분석하는 컴퓨터를 포함하고,
상기 하부 광원은 상기 재물대의 하부에 위치하며, 상기 재물대에 오르는 시료 캐필러리를 하부에서 백색광원으로 조사하고,
상기 재물대에는 상기 시료 캐필러리를 안치하는 시료 캐필러리 장착 모듈이 구비되며,
상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 상부면에는 그 길이 방향으로 상기 시료 캐필러리가 안착되게 하는 안착 홈이 형성되어 있고, 측면 일측으로부터 측면 타측으로 관통 홈이 형성되어 있으며, 상기 관통 홈의 바닥에는 상기 재물대에 형성한 구멍을 통해 상기 하부 광원으로부터 조사되는 광이 상기 시료 캐필러리에 투과되게 하는 하부 홈이 형성되어 있고,
상기 재물대 또는 광학계를 높이 방향으로 이동하여 상기 입자에 대한 초점을 가변시키면서 각각의 초점이 입자의 표면 경계에 맞춰지게 하고, 각각의 입자 표면 경계에 포커싱된 초점별 입자 영상들을 실시간 고속으로 촬영하며, 카메라로 촬영한 초점별 입자 영상들의 각각의 입자 표면 경계를 중심으로 합성하여 단일 입자 영상을 만들어서 입자 특성을 분석하는
입자 분석 장치.
In the particle analyzer,
A sample capillary into which particles to be analyzed are injected;
A bed material on which the sample capillary is placed;
A lower light source for irradiating a lower surface of the sample capillary with light;
A laser light source for irradiating light to a side surface of the sample capillary;
An optical system for scattering light on the sample capillary through which the light is transmitted as the sample capillary is irradiated with the light from the lower light source or the laser light source and guiding the image by the scattered light to the camera;
A camera for photographing a scattered light image guided by the optical system for a predetermined time; And
And a computer for analyzing the particle characteristics using the information about the particle to be analyzed and the result of signal processing of scattered light image frames for a specific time taken by the camera,
The lower light source is located at a lower portion of the remainder, the sample capillary rising on the remainder is irradiated with a white light source from the lower portion,
A sample capillary mounting module for placing the sample capillary is provided on the platform,
Wherein the sample capillary mounting module has a mounting groove formed on an upper surface thereof for allowing the sample capillary to be seated in the longitudinal direction thereof, and a through-hole is formed from one side of the side to the other side of the side, Wherein a lower groove is formed through a hole formed in the floor to allow light emitted from the lower light source to pass through the sample capillary,
Moving the lifting bar or the optical system in the height direction so that the focal point of the particles is varied so that each focus is aligned with the surface boundary of the particles, We synthesized a single particle image based on each particle surface boundary of the focused particle images taken by the camera, and analyzed the particle characteristics
Particle analyzer.
상기 컴퓨터는, 특정 시간 동안의 산란광 영상 프레임들의 차영상에 대해 퓨리에 변환하여 산란광 변화를 시간적/공간적 정보로 획득하고, 상기 획득한 시간적/공간적 산란광 정보와 상기 분석대상 입자에 관한 온도 및 점도를 이용하여 입자 크기를 측정하는 것을 특징으로 하는 입자 분석 장치.
The method according to claim 1,
The computer performs Fourier transform on the difference image of the scattered light image frames for a specific time to obtain scattered light change as temporal / spatial information, and uses the obtained temporal / spatial scattered light information and the temperature and viscosity To measure the particle size.
상기 컴퓨터는, 상기 퓨리에 변환으로 획득한 시간적/공간적 산란광 정보에 대해 방위각 스캔값으로부터 추정한 휴지 시간과, 역공간 산란광 위치값 및 확산 계수 사이의 관계식으로부터 입자 크기를 측정하는 것을 특징으로 하는 입자 분석 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the computer measures a particle size from a relational expression between a resting time estimated from an azimuth scan value and a reverse scattering light position value and a diffusion coefficient with respect to temporal / spatial scattered light information obtained by the Fourier transform, Device.
상기 컴퓨터는, 상기 관계식으로부터 구한 확산 계수와, 상기 분석대상 입자에 관한 온도 및 점도를 스토크스-아인슈타인 공식에 대입하여 입자 크기를 측정하는 것을 특징으로 하는 입자 분석 장치.
The method of claim 3,
Wherein the computer measures the particle size by substituting the diffusion coefficient obtained from the relational expression and the temperature and viscosity relating to the analysis target particle into the Stokes-Einstein formula.
상기 분석대상 입자에 관해 입력받은 정보는, 이미지 개수, 평균 횟수, 이미지 인터벌, 라디우스 인터벌, 온도, 시료 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분석 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the input information about the particle to be analyzed includes an image number, an average number, an image interval, a radius interval, temperature, and sample information.
상기 광학계와 카메라 사이에 배치되어, 광학계로부터 입력되는 산란광 영상을 선택적으로 통과시키는 산란광 필터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분석 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a scattered light filtering unit disposed between the optical system and the camera for selectively passing a scattered light image input from the optical system.
상기 산란광 필터링부는 광학계의 출력 포커싱 지점에 배치되고, 상기 산란광 필터링부 후단의 특정 지점에 카메라가 배치되는 것을 특징으로 하는 입자 분석 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the scattered light filtering unit is disposed at an output focusing point of the optical system and the camera is disposed at a specific point in the rear end of the scattered light filtering unit.
상기 재물대 또는 광학계를 조정하여 입자에 대한 초점을 가변시키는 것은, 재물대를 광학계의 방향으로 특정 거리 만큼 높이를 이동시키거나, 광학계를 재물대의 방향으로 특정 거리 만큼 높이를 이동시키는 것을 특징으로 하는 입자 분석 장치.
The method according to claim 1,
Adjusting the gravity or optical system to vary the focus on the grains may comprise shifting the gravity by a specific distance in the direction of the optical system or moving the optical system by a specific distance in the direction of the gravity. Device.
상기 컴퓨터는, 초점별 입자 영상들을 합성한 결과로부터 입자의 크기, 면적, 장축, 단축, 구형도, 둘레, 형태 중 적어도 어느 하나를 포함하는 입자 특성을 분석하는 것을 특징으로 하는 입자 분석 장치.The method according to claim 1,
Wherein the computer analyzes particle characteristics including at least one of a particle size, an area, a major axis, a minor axis, a sphericity, a circumference, and a shape from a result of synthesizing particle images for each focal point.
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