KR100457777B1 - 바이오 형광 측정용 마이크로 측정시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저광을 시료에 집중시킬 때 발생되는 형광을 측정함으로써 DNA 또는 단백질 등과 같은 표적을 확인할 수 있는 바이오 형광 측정용 마이크로 측정시스템에 관한 것이다.
이에 본 발명은, 레이저 광원과; 이로부터 방출되는 레이저광을 복수 개의 빛줄기로 분리하는 광커플러; 이 광커플러를 경유하여 분리된 레이저광을 평행광으로 변환시키는 볼 렌즈와; 상하 좌우로 진동하면서 볼 렌즈를 경유한 평행광을 소정의 각도로 반사시키는 마이크로 스캐너와; 이 마이크로 스캐너로부터 반사된 빛이 입사되어 평행광으로 출사되는 콜리메이팅 렌즈와; 다수개의 마이크로 렌즈가 구비되어 콜리메이팅 렌즈를 통과한 복수 개의 평행광을 시료에서 교차하면서 초점이 맺히도록 조사하여, 투과광과 형광이 각각 분리 진행되도록 하는 마이크로 렌즈 어레이와; 시료로부터 발생되는 형광을 감지하도록 설치되는 광 측정기를 포함하는 바이오 형광 측정용 마이크로 측정시스템을 제공한다.
본 발명의 마이크로 측정시스템에 의하면, 레이저의 여기광과 단백질 등의 시료에서 발광하는 형광을 분리하여 높은 신호대잡음비를 얻을 수 있다.

Description

바이오 형광 측정용 마이크로 측정시스템 {Micro Measurement System for Bio Fluorescence Measurement}
본 발명은 바이오 형광 측정 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 광원으로부터 조사되는 레이저광을 시료에 집중시킬 때 이 시료에서 발광되는 형광을 측정함으로써 DNA 또는 단백질 등과 같은 표적을 확인할 수 있는 바이오 형광 측정용 마이크로 측정시스템에 관한 것이다.
최근에 인간의 유전자 지도가 완성되어 인간의 질병에 대한 이해가 높아지고수명연장에 대한 가능성이 인류역사의 그 어느 때보다도 높아졌다. 이러한 유전자 지도의 작성은 특정 유전자와 질병과의 관계 규명에 지대한 공헌을 할 것으로 기대되며, 질병의 발현과 직접적인 관계가 있는 단백질을 분석하는 연구 또한 활발하게 진행되고 있다.
DNA를 분석하기 위해서는 DNA를 생체로부터 분리하여 정제하고 증폭하는 과정을 거친 후 기판에 고정시키고, 여기에 빛을 조사하여 발생되는 형광을 이용하여 분석하는 방법이 주로 사용되고 있다. 단백질을 분석하는 데에 있어서도 증폭하는 과정이 불필요하다는 것을 제외하고 상기 DNA 분석법과 거의 유사한 방법이 사용된다.
종래에는 이러한 분석기술이 연구용에 치우쳐 있어 대형의 고가장비가 분석에 사용되었다. 도 8은 종래의 기술에 따른 레이저 주사방식 공초점 현미경(laser scanning confocal microscope)을 도시한 개략도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 형광램프(60)로부터 방출된 여기광은 495㎚-광필터(63)와 광분배기(beam splitter)(65)를 지나 대물렌즈(78)를 통과한 후 시료(80)에 조사된다. 이 때 시료(80)는 형광을 발생하게 되고, 이렇게 발생된 형광은 대물렌즈(78)를 다시 거쳐 광분배기(65)와 520㎚-광필터(67)를 거친 후 CCD(Charge Coupled Device)(74,76)로 입사하여 영상을 만들게 된다. 이 경우에 여기광이 대물렌즈(78)를 통과하므로 다수 개의 시료 즉, 마이크로 어레이(microarray) 형태의 시료를 관찰하는 경우, 시료(80)를 대물렌즈(78)의 동작거리에 정확히 고정시킨 상태에서 상기 시료(80)를 평면적으로 이동시켜야 하고, 따라서 기계적으로 복잡한 구조를 가지는 고가의 장비가 필요하게 된다.
그러나, 질병의 진단에 직접적인 정보를 제공할 수 있는 단백질 칩의 경우 소형 병원이나 가정에서 간단하게 질병을 진단하고자 하는 요구가 있으며, 이에 따라 분석장치의 소형화에 대한 필요성이 크게 증가하고 있는 실정이다.
DNA 또는 단백질을 분석 가능하도록 전처리하는 초소형 칩(micro chip)이나 이를 분석하고 데이터 처리를 하여 그 결과까지 보여주는 랩온어칩(Lab-on-a-chip)의 제작은 컴퓨터와 통신의 발달을 이룩한 반도체 공정기술로부터 파생된 MEMS (Micro-Electro-Mechanical System, 초소형 전기 기기 시스템) 기술과 생체기술의 결합으로 그 가능성은 높아졌으며, 광통신에 응용되는 MOEMS (Micro-Opto-Electro-Mechanical System) 기술은 랩온어칩의 제작 가능성을 더 한층 높여주었다.
즉, 그 동안의 연구결과로 칩을 제작하는 데 필요한 초소형 소자, 예를 들면 유체통로, 밸브, 펌프, 믹서, 선별기 등은 MEMS 기술로 충분히 제작이 가능하다는 것이 밝혀졌으며, 단백질을 고정화하고 항원-항체 반응을 일으키며 흡착시키는 등의 단백질의 분리 및 정제도 종래의 방법을 약간 변형하면 초소형 소자로 구성된 칩 상에서 가능하다는 것이 밝혀졌다.
그러나, DNA 또는 단백질 분석의 최종 단계인 표적확인단계에 많이 활용되는 종래의 형광측정방법은, 광원으로 레이저 또는 형광램프(60)를 사용하고 형광을 여기광으로부터 분리하기 위해 광학필터(63,67)를 사용하며, 극히 파워가 낮은 형광을 측정하기 위해서 냉각형 CCD(74,76) 또는 광증배관(Photo-Multiplier Tube)을 사용하고 있다. 이 때문에 측정장치의 소형화에는 어려운 점이 많고 이는 궁극적으로 랩온어칩의 제작에 최대의 걸림돌로 작용하고 있다.
상기한 바와 같은 문제를 해결하려는 시도로, Jean-Christophe Roulet, Reinhard Vokel, Hans Peter Herzig, Elisabeth Verpoorte, Nico F.de Rooij and Rene' Dandliker 가 "Microlens systems for fluorescence detection in chemical Microsystems"라는 논문을 Optical engineering Vol. 40, No.5, May 2001, pp.814-820에 개재한 바 있다.
상기 논문에서는 초소형 렌즈(microlens)를 사용하여 시료에 입사되는 형광이 광측정기 또는 대물렌즈로 들어가지 않도록 함으로써 형광을 여기광으로부터 분리하는 방법을 제안하고 있다.
도 9 내지 도 11에는 상기 논문에서 제시한 각각 다른 형태의 초소형 렌즈를 사용하였을 때 여기광의 경로를 도식적으로 나타낸 도면이다.
그러나, 도 9에 도시된 바와 같은 형태의 초소형 렌즈구성을 사용하였을 경우에는 근접한 두 빛을 만들어 내기가 어렵고, 광축을 정확하게 정렬하는 것이 힘들다는 문제점이 있으며, 도 10에 도시된 바와 같은 형태의 초소형 렌즈구성을 사용하였을 경우에는 광파워가 분산되어 충분한 형광을 얻기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 도 11에 도시된 바와 같은 형태의 초소형 렌즈구성을 사용하였을 경우에는 광파워가 가장 큰 중앙부분을 사용하지 못하여 역시 충분한 형광을 얻기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 그목적은 마이크로 스캐너, 마이크로 렌즈 및 광 측정기를 포함하여 구성됨으로써 바이오 칩과 같은 시료로부터 발생되는 형광을 미세하게 효율적으로 측정할 수 있는 바이오 형광 측정용 마이크로 측정시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 레이저의 여기광과 바이오 칩에서 발생되는 형광을 분리하여 높은 신호응답을 얻을 수 있는 바이오 형광 측정용 측정시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오 형광 측정용 마이크로 측정시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 측정 시스템을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 측정 시스템을 컴퓨터 시뮬레이션한 도면이다.
도 4는 도 3의 "A" 부분에서의 투과광의 분포도이다.
도 5는 도 3의 "B"부분에서의 투과광의 분포도이다.
도 6은 도 3의 "C"부분에서의 투과광의 분포도이다.
도 7은 도 3의 "D"부분에서의 투과광의 분포도이다.
도 8은 종래의 기술에 따른 레이저 주사방식 공초점 현미경을 도시한 개략도이다.
도 9는 종래의 기술에 따른 초소형 렌즈를 구비한 측정장치를 이용하여 투과광과 바이오 칩에서 발광하는 형광을 분리하는 모습의 예를 도시한 단면도이다.
도 10은 종래의 기술에 따른 초소형 렌즈를 구비한 측정장치를 이용하여 투과광과 바이오 칩에서 발광하는 형광을 분리하는 모습의 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 11은 종래의 기술에 따른 초소형 렌즈를 구비한 측정장치를 이용하여 투과광과 바이오 칩에서 발광하는 형광을 분리하는 모습의 또 다른 예를 도시한 단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10, 30: 마이크로 측정시스템 11, 31: 레이저 광원
L: 레이저광 12, 32: 광 커플러
14, 34: 볼렌즈 16, 36: 마이크로 스캐너
F: 콜리메이팅 렌즈의 초점 18, 38: 콜리메이팅 렌즈
21, 41: 마이크로 렌즈 어레이 25, 45: 시료
27, 49: 광 측정기 42: 마이크로 렌즈
43: 광차단 패턴 47: 광필터
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 레이저 광원과; 상기 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저광을 복수 개의 빛줄기로 분리하는 광커플러(optical coupler)와; 상기 광커플러를 경유하여 분리된 레이저광을 평행광으로 변환시키는 볼 렌즈(ball lens)와; 회전축이 하기 콜리메이팅 렌즈의 초점을 포함하도록 설치되어 상하 좌우로 진동하면서 상기 볼 렌즈를 경유한 평행광을 소정의 각도로 반사시키는 마이크로 스캐너(microscanner)와; 상기 마이크로 스캐너로부터 반사된 빛이 입사되어 평행광으로 출사되는 콜리메이팅 렌즈(collimating lens)와; 다수개의 마이크로 렌즈가 구비되어 상기 콜리메이팅 렌즈를 통과한 복수 개의 평행광을 시료에서 교차하면서 초점이 맺히도록 조사(照射)하여, 시료를 통과하는 투과광과 시료에서 발생되는 형광이 각각 분리 진행되도록 하는 마이크로 렌즈 어레이(microlens array)와; 상기 시료로부터 발생되는 형광을 감지하도록 설치되는 광측정기를 포함하는 바이오 형광 측정용 마이크로 측정시스템을 제공한다.
여기서, 상기 레이저 광원은 복수 개의 광원으로부터 복수 개의 레이저광을방출하고, 상기 각각의 레이저광이 상기 광 커플러로 유입될 수 있다.
또한, 상기 마이크로 렌즈 어레이에는 상기 각각의 마이크로 렌즈와 대응되어 부분적으로 차단할 수 있도록 광차단 패턴을 형성할 수 있으며, 이러한 광차단 패턴을 상기 마이크로 렌즈의 중심으로부터 소정 거리 이내의 부분에 형성하는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 시료를 통과한 투과광을 여과하도록 상기 시료와 광 측정기 사이에 광필터를 개재시킬 수 있다.
상기한 바와 같은 바이오 형광 측정용 마이크로 측정시스템에 의하면 레이저의 여기광과 시료에서 발생하는 형광을 분리하여 높은 신호응답을 얻을 수 있다.
한편, 신호응답의 품질을 평가하기 위해서 신호대잡음비(signal to noise ratio, SNR)를 구하여 비교할 수 있으며, 광학계에서의 신호대잡음비는 다음과 같이 구할 수 있다.
먼저, Lambert-Beer 법칙에 의하면 형광물질을 포함하고 있는 용액의 광흡수율(A)은 하기 수학식 1로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
여기서, Io, IT는 각각 입사광과 투과광의 세기이며, c는 용액에서의 형광물질의 농도[moles/liter]이고, l은 여기광이 통과하는 길이이다. 상기 수학식 1은 형광물질의 농도가 0.01[moles/liter] 이하일 때 잘 맞는 것으로 알려져 있다.
형광의 세기 IF는 형광물질의 양자계수(quantum yield) φ와 흡수된 빛의 양(IO-IT)에 비례하므로 상기 수학식 1을 이용하면 하기 수학식 2와 같이 표현된다.
[수학식 2]
상기 수학식 1과 수학식 2를 이용하면, 투과광의 세기에 대한 형광의 세기의 비는 하기 수학식 3과 같이 표현된다.
[수학식 3]
그러나, 일반적으로 형광의 세기(IF)는 투과광의 세기(IT)에 비하여 수십만 배나 작기 때문에－예를 들어, 10nM의 Cy5용액(φ=0.28, ε=250,000M-1cm-1)의 투과 경로길이가 25㎛인 경우 형광의 세기 IF는 투과광의 세기 IT에 비해 250,000배나 작게 된다－광학필터를 사용하지 않으면 측정이 불가능하다. 따라서, 형광을 신호라 할 때 투과광은 잡음이므로 신호대잡음비는 하기 수학식 4와 같이 표현된다.
[수학식 4]
여기서, OD(f)는 광학필터의 형광에 대한 흡광도(optical density)를 나타내고, OD(e)는 광학필터의 투과광에 대한 흡광도를 나타낸다. Cy5의 형광측정을 위해 사용되는 상용 광학필터는 OD(f)가 27×10-3이고 OD(e)는 5정도이므로, 신호대잡음비는 대략 2.6정도가 된다.
그런데, 대부분의 경우 형광을 측정하고자 하는 용액의 부피는 매우 작으므로 형광을 측정할 때 현미경용 대물렌즈를 사용하는데, 대물렌즈에 의해 집광되는 빛의 양은 사용되는 대물렌즈의 개구율(numerical aperture, NA)에 따라 달라지므로 발생된 형광의 세기(IF)에 대한 측정 가능한 형광의 세기(IS), 즉 신호의 비는 하기 수학식 5와 같이 표현된다.
[수학식 5]
여기서, NA는 대물렌즈의 개구율이고, n은 대물렌즈와 시료간의 굴절율이다.
따라서, 상기 수학식 4 및 수학식 5를 이용하면 최종적인 신호대잡음비는 하기 수학식 6과 같이 표현된다.
[수학식 6]
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오 형광 측정용 마이크로 측정시스템을 설명하기 위한 블록 다이어그램이다.
도 1에 도시된 바와 같은 측정시스템(10)은 광 커플러, 마이크로 스캐너, 콜리메이팅 렌즈, 마이크로 렌즈 어레이 및 광 측정기를 포함하여 구성되며, 상기 시스템을 이용하여 레이저광을 시료에 조사할 때 시료로부터 발생되는 형광을 여기광으로부터 분리하여 측정함으로써 DNA 또는 단백질과 같은 분석대상을 확인하게 된다.
상기 측정시스템(10)은 먼저 레이저 광원(11)으로부터 레이저광을 방출하면 이 레이저광은 광 커플러(12)를 경유하면서 복수 줄기의 레이저광으로 분리된다. 이렇게 분리된 복수 줄기의 레이저광은 볼렌즈(14)를 통과하면서 평행광으로 변환되어 마이크로 스캐너(16)에 의하여 소정 각도로 반사된다. 상기 마이크로 스캐너(16)는 별도의 제어기(15)에 의해 상하 좌우로 진동하도록 제어되는 바, 간단하게는 일차원적인 스캔 영역부터 이차원적인 스캔 영역까지 커버할 수 있다.
상기 마이크로 스캐너(16)에 의하여 반사되는 레이저광은 콜리메이팅 렌즈(18)로 입사된 다음 다시 평행광으로 출사되어 마이크로 렌즈 어레이(21)를 구성하는 각각의 마이크로 렌즈로 입사된다. 상기 마이크로 렌즈는 입사되는 평행광을 시료(25)에서 교차하면서 초점이 맺히도록 조사하여 주며, 이 때 상기 마이크로 렌즈 어레이(21)에는 상기 각각의 마이크로 렌즈를 부분적으로 가리도록 마이크로 렌즈와 대응되게 광차단 패턴이 형성된다. 이렇게 함으로써 상기 시료(25)에 수직광이 조사되는 것을 방지할 수 있다.
상기 마이크로 렌즈를 경유하여 시료에 조사된 레이저광은 시료(25)를 통과하여 서로 엇갈려 나가는 투과광과 상기 레이저광을 받아 시료에서 발생되는 형광으로 구분되며, 광 측정기(27)는 상기 형광만을 감지하여 시료의 특징을 확인할 수있게 된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 형광 측정용 마이크로 측정시스템을 도시한 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 측정 시스템(30)은 레이저 광원(31)으로부터 방출된 레이저광(L)을 마이크로 스캐너(36)로 소정의 영역에 반사시켜 콜리메이팅 렌즈(38) 및 마이크로 렌즈 어레이(41)를 경유하여 시료(45)에 조사되도록 한 다음, 상기 시료(45)로부터 발생되는 형광을 광 측정기(49)로 측정하게 된다.
레이저광(L)을 방출하는 상기 레이저 광원(31)으로는 FITC(Fluorescein isothiocyanate)를 형광물질로 사용하여 측정할 때에는 488㎚-레이저가 사용될 수 있고, APC(Allophyco-cyanin)를 형광물질로 사용하여 측정할 때에는 633㎚-HeNo 레이저 또는 레이저 다이오드가 사용될 수 있으며, 소형화가 목적일 때에는 레이저 다이오드를 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 레이저 광원(31)은 하나의 레이저광(L)을 방출하는 단수의 광원뿐만 아니라 복수 개의 광원을 사용하여 복수 개의 레이저광(L)을 방출할 수 있으며, 이렇게 방출된 레이저광(L)은 광섬유를 따라 진행하다가 광 커플러(32)로 유입된다.
이렇게 유입된 레이저광(L)은 상기 광 커플러(32)를 통과하면서 복수 개의 빛줄기로 분리된다. 특히, 본 실시예에서는 1×2 광 커플러(32)를 채택하여 한줄기로 유입된 레이저광을 두 줄기의 빛으로 분리하여 내보내게 된다.
상기 1×2 광 커플러(32)에서 분리된 빛은 볼 렌즈(34)를 통과한 후 평행광으로 변환된다. 본 실시예에서는 지름이 300㎛인 볼 렌즈(34)를 사용하여 광축 간의 거리가 300㎛인 두 줄기의 평행광으로 변환시킨다.
상기 볼 렌즈(34)를 통과하여 형성된 두 줄기의 평행광은 상하 좌우로 진동하는 마이크로 스캐너(36)에 의해 소정 각도로 반사되어 콜리메이팅 렌즈(38)에 입사하게 된다. 이 때, 상기 마이크로 스캐너(36)의 회전축은 상기 콜리메이팅 렌즈(38)의 초점(F)을 포함하도록 설치됨으로써 상기 콜리메이팅 렌즈(38)를 통과한 빛은 항상 렌즈의 광축과 평행한 방향(Z방향)으로 출사된다.
한편, 본 실시예에서 사용되는 마이크로 스캐너(36)는 반사판과 이를 지지하며 회전형 복원력을 제공하는 막대 모양 스프링으로 구성된다. 반사판이 상하 또는 좌우로 회전하여 조사된 빛의 방향을 바꿀 수 있으며, 반사판이 진동하므로 반사된 빛은 선 또는 면을 스캐닝(scanning, 주사)할 수 있게 된다. 마이크로 스캐너는 Micromachined optical scanner for strings diameter measurement system( Yoshifumi Takahashi, Tuji Takeuchi, Gilbert Reyne and Hiroyuki Fujita, Proceedings 2001 IEEE/LEOS International Conference on Optical MEMS 2001, pp.9-10.)에 제시된 바와 같이 실리콘 마이크로머시닝 공정에 의해서 초소형으로 제작될 수 있다.
상기 콜리메이팅 렌즈(38)를 통과한 평행광은 다수 개의 마이크로 렌즈(41a)가 구비된 마이크로 렌즈 어레이(41)에 입사하게 된다. 이 때, 상기 마이크로 렌즈 어레이(41)는 상기 콜리메이팅 렌즈(38)와 광축이 평행하도록 대향 배치되어, 상기 콜리메이팅 렌즈(38)를 통과한 평행광이 상기 마이크로 렌즈 어레이(41)를 포함하는 평면(X-Y평면)에 수직한 방향(Z방향)으로 입사하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마이크로 렌즈 어레이(41)에는 상기 각각의 마이크로 렌즈(41a)를 부분적으로 차단할 수 있도록 광차단 패턴(43)이 형성될 수 있으며, 이는 상기 마이크로 렌즈(41a)에 수직으로 입사하면서 중심을 지나는 입사광을 차단할 수 있도록 상기 마이크로 렌즈(41a)의 중심으로부터 소정거리 이내의 부분에 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 광차단 패턴(43)은 특히 정사각형 또는 원형의 불투명한 재질로 형성될 수 있으며, 그 크기는 상기 마이크로 렌즈(41a) 크기의 70%를 넘지 않도록 하여 마이크로 렌즈(41a)의 양옆으로 지나가는 여기광을 차단하지 않으면서 여기광의 직경보다는 커서 마이크로 렌즈(41a)의 중심을 지나는 여기광을 차단하도록 설계된다.
상기 마이크로 렌즈(41a)에 수직으로 입사하면서 중심을 지나는 입사광이 시료(45)에 조사되어 발생되는 형광은 동일한 입사광이 시료(45)를 통과하는 투과광과 광경로가 같아 광 측정기(49)에서의 신호대잡음비를 저하시키므로, 이러한 광차단 패턴(43)을 형성함으로써 이를 방지할 수 있다.
상기와 같이 입사된 평행광은 상기 마이크로 렌즈(41a)를 경유하면서 굴절되어 시료(45)에서 초점이 맺히도록 조사된다. 이를 위하여 상기 마이크로 렌즈 어레이(41)로부터 상기 시료(45)까지의 거리(d1) 또는 상기 콜리메이팅 렌즈(38)로부터 상기 시료(45)까지의 거리(d2)를 적절히 조절하여 초점을 맞출 수 있다.
한편, DNA 칩을 분석할 경우에는 상기 시료(45)는 분석대상 DNA가 될 수 있고, 단백질 칩을 분석할 경우에는 상기 시료(45)는 단백질이 될 수 있다.
레이저광을 조사받은 시료(45)에서는 형광이 발생되며, 이러한 형광은 상기 시료(45)를 통과하는 투과광과 그 광경로를 달리 하기 때문에 공간적으로 두 빛을 분리해 낼 수 있다. 즉, 상기 시료(45)에서 발생되는 형광은 대체로 시료(45)에 대하여 수직한 방향(Z방향)으로 진행하는 반면, 상기 시료(45)에서 초점을 맺고 통과하는 두 줄기의 투과광은 서로 엇갈린 방향으로 진행하게 된다.
광 측정기(49)를 이용하여 상기한 바와 같이 공간적으로 분리된 두 빛－투과광과 형광－중에서 시료(45)로부터 발생된 형광만을 감지함으로써 높은 신호대잡음비를 얻을 수 있다. 상기 광 측정기(49)로는 CCD가 사용될 수 있으며, 그밖에 Photomultiplier tube(PMT), Photodiode 등도 사용될 수 있다.
한편, 상기 시료(45)와 상기 광 측정기(49) 사이에 광필터(47)를 개재시켜 상기 투과광을 여과함으로써 더욱 높은 신호대잡음비를 얻을 수 있다.
[실시예]
본 발명에 따른 바이오 형광 측정용 마이크로 측정시스템에 대해 Code V를 이용하여 시뮬레이션을 실시하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. Code V는 ORA(Optical Research Associates) 社의 광학 디자인 및 분석 소프트웨어로서, 본 시뮬레이션에 사용된 마이크로 렌즈의 곡률반경은 280㎛, 직경은 300㎛이고, 광차단 패턴의 직경은 50㎛로 하였다.
도 3에서 보는 바와 같이, 볼 렌즈(51)를 통과하여 마이크로 스캐너(53)에의해 반사된 빛(L)은 콜리메이팅 렌즈(54)를 경유하여 마이크로 렌즈(56)로 입사한다. 볼 렌즈(51)를 통과하면서 평행광으로 변환된 두 빛이 콜리메이팅 렌즈(54)와 마이크로 렌즈(56)를 지나 시료(58)에서 초점을 맺은 후 서로 다른 방향으로 진행하는 것을 볼 수 있다.
또한, 도 3의 오른쪽 아래에 나타낸 척도를 고려하였을 때, 전체 시스템의 높이가 2㎝를 넘지 않음을 알 수 있다.
한편, 광 측정기가 위치하는 평면에서 투과광의 위치와 크기를 계산하였으며, 그 결과를 도 4 내지 도 7에 도시하였다.
즉, 도 4는 도 3의 "A" 부분에서의 투과광의 분포도이고, 도 5, 도 6, 도 7은 각각 도 3의 "B", "C", "D" 부분에서의 투과광의 분포도를 나타낸 것이다.
도 4에서 두 빛 사이의 중심거리는 373㎛이고 각각의 빛의 직경은 106㎛이며, 도 5에서 두 빛 사이의 중심거리는 325㎛이고 각각의 빛의 직경은 100㎛이다. 도 6에서 두 빛 사이의 중심거리는 340㎛이고 각각의 빛의 직경은 100㎛이며, 도 7에서 두 빛 사이의 중심거리는 260㎛이고 각각의 빛의 직경은 89㎛이다.
따라서, 상기 각각의 경우를 살펴볼 때, 광 측정기가 위치하는 평면에서 투과광과 형광이 분리되는 영역, 즉 투과하는 두 빛 사이공간이 항상 존재한다는 것을 알 수 있으며, 본 실시예에서는 사이공간의 거리가 최소 171㎛에서 최대 267㎛까지 확보되므로 이 위치에 광 측정기를 설치하여 높은 신호대잡음비를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 바이오 형광 측정용 마이크로 측정시스템에 의하면, 바이오칩의 분석대상 DNA 또는 단백질과 같은 시료에서 발생하는 형광을 레이저의 여기광과 분리하여 광 측정기로 형광만을 측정함으로써 높은 신호대잡음비를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, DNA 분석이나 단백질 분석 과정 중 표적 확인단계에서 여기광에 의한 간섭을 최대한 배제함으로써 시료의 미세한 특성까지 분석해 낼 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 레이저 광원;
    상기 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저광을 복수 개의 빛줄기로 분리하는 광 커플러;
    상기 광 커플러를 경유하여 분리된 레이저광을 평행광으로 변환시키는 볼 렌즈;
    회전축이 하기 콜리메이팅 렌즈의 초점을 포함하도록 설치되어 상하 좌우로 진동하면서 상기 볼 렌즈를 경유한 평행광을 소정의 각도로 반사시키는 마이크로 스캐너;
    상기 마이크로 스캐너로부터 반사된 빛이 입사되어 평행광으로 출사되는 콜리메이팅 렌즈;
    다수개의 마이크로 렌즈가 구비되어 상기 콜리메이팅 렌즈를 통과한 복수 개의 평행광을 시료에서 교차하면서 초점이 맺히도록 조사(照射)하여, 시료를 통과하는 투과광과 시료에서 발생되는 형광이 공간적으로 각각 분리 진행되도록 하는 마이크로 렌즈 어레이; 및
    상기 시료로부터 발생되는 형광을 감지하도록 설치되는 광 측정기
    를 포함하는 바이오 형광 측정용 마이크로 측정시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 광원은 복수 개의 광원으로부터 복수 개의 레이저광을 방출하고, 상기 각각의 레이저광이 상기 광 커플러로 유입되는 것을 특징으로 하는 바이오 형광 측정용 마이크로 측정시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 어레이는 상기 각각의 마이크로 렌즈와 대응되어 부분적으로 차단할 수 있도록 광차단 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오 형광 측정용 마이크로 측정시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광차단 패턴은 상기 마이크로 렌즈의 중심으로부터 소정거리 이내의 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오 형광 측정용 마이크로 측정시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 시료를 통과한 투과광을 여과시키도록 상기 시료와 광 측정기 사이에 광필터가 개재되는 것을 특징으로 하는 바이오 형광 측정용 마이크로 측정시스템.
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