KR100668323B1 - 표면 플라즈몬 공명을 이용한 휴대용 바이오칩 스캐너 - Google Patents

표면 플라즈몬 공명을 이용한 휴대용 바이오칩 스캐너 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회전하는 프리즘 디스크와 마이크로 스캐닝 미러를 채용함으로써 다채널 측정이 가능한 소형의 휴대용 바이오칩 스캐너를 개시한다. 본 발명에 따른 휴대용 바이오칩 스캐너는, 회전 가능한 디스크 형상의 표면 플라즈몬 공명 유닛; 및 소정의 각도 범위 내에서 상기 표면 플라즈몬 공명 유닛에 광이 입사하도록 광을 주사하고, 상기 표면 플라즈몬 공명 유닛으로부터 전반사된 광을 검출하는 광헤드;를 포함하며, 상기 광헤드는 상기 디스크 형상의 표면 플라즈몬 공명 유닛의 반경 방향을 따라 이동이 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

표면 플라즈몬 공명을 이용한 휴대용 바이오칩 스캐너{Portable biochip scanner using surface plasmon resonance}
도 1은 표면 플라즈몬 공명 현상을 일으키기 위한 프리즘 구조를 도시한다.
도 2a는 금속박막이 증착되지 않은 프리즘에서의 입사각에 따른 반사도 그래프이다.
도 2b는 금속박막이 증착된 프리즘에서의 입사각에 따른 반사도 그래프이다.
도 3 내지 도 5는 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용한 종래의 생체분자 검출 장치의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 휴대용 바이오칩 스캐너의 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 휴대용 바이오칩 스캐너의 측단면도이다.
도 8a는 본 발명에 따른 휴대용 바이오칩 스캐너의 프리즘 디스크의 저면을 도시하는 사시도이다.
도 8b는 본 발명에 따른 휴대용 바이오칩 스캐너의 미세유체 디스크의 상면을 도시한다.
도 8c는 도 8a의 프리즘 디스크와 도 8b의 미세유체 디스크의 결합 상태를 도시하는 사시도이다.
도 9는 본 발명에서 사용되는 마이크로 스캐닝 미러의 예시적인 구조를 도시 한다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명에서 사용되는 광헤드의 여러 가지 실시예를 도시한다.
도 11a 내지 도 11c는 디스크의 회전에 따른 빔워크(beam walk)의 크기를 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 바이오칩 스캐너의 광헤드를 개략적으로 도시한다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
40.....휴대용 바이오칩 스캐너 41.....PCB 기판
42.....프리즘 디스크 43.....미세유체 디스크
44.....표면 플라즈몬 공명 유닛 45.....온도조절기
46.....모터 50.....광헤드
51.....광원유닛 52.....마이크로 스캐닝 미러
53.....반사미러 54.....광검출기
본 발명은 표면 플라즈몬 공명을 이용한 휴대용 바이오칩 스캐너에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 회전하는 프리즘 디스크와 마이크로 스캐닝 미러를 채용함으로써 다채널 측정이 가능한 소형의 휴대용 바이오칩 스캐너에 관한 것이다.
지금까지 생체 시료를 분석하는 방법으로는 형광분석 방법이 주로 사용되었다. 형광분석 방법은 고유의 반응 파장을 갖는 상이한 형광 염료들로 각각의 생체분자(biomolecule)를 염색한 후, 여러 생체분자들이 혼합된 전체 시료에 빛을 조사하여 시료로부터 방출되는 빛의 스펙트럼으로부터 시료의 성분 등을 분석하는 방법이다. 그러나, 이러한 형광분석 방법은 시료를 염색하는 과정이 복잡하고 형광 염료의 가격이 매우 비싸다는 문제가 있었다.
이에 따라 형광 염료 없이 생체분자들을 검출하는 방법이 제안되었는데, 그 중 하나가 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)을 이용하는 방법이다.
표면 플라즈몬이란 금속박막과 유전체의 경계 면을 따라 진행하는 표면 전자기파의 일종으로서, 표면 플라즈몬 공명 현상은 금속박막 표면에서 일어나는 전자들의 집단적인 진동(charge density oscillation)에 의해 발생하는 것으로 알려져 있다. 표면 플라즈몬 공명을 일으키기 위한 광학적인 방법으로는, 굴절률이 서로 다른 두 개의 매질의 경계면에 금속박막을 적층하고, 상기 경계면에 전반사각 보다 큰 각으로 빛을 입사시키는 방법이 있다. 이때, 전반사가 일어나는 경우 두 매질의 경계면에서 굴절률이 낮은 매질 쪽으로 매우 짧은 유효거리를 갖는 소산파(消散波, Evanescent wave)가 발생하는데, 금속박막의 두께는 이 소산파의 유효거리 보다 작아야 한다. 예컨대, 상기 금속박막의 두께는 약 50nm 이하인 것이 좋다.
도 1은 이러한 표면 플라즈몬 공명을 일으키기 위한 구조를 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 프리즘(10)의 밑면에 금속박막(11)이 증착되어 있으며, 상기 금속박막(11)에는 유전체(12)가 적층되어 있다. 만약 프리즘(10)의 밑면에 상기 금속 박막(11) 및 유전체(12)가 없다면, 프리즘(10)의 밑면에 입사하는 빛의 입사각에 따른 반사율의 변화는 도 2a와 같을 것이다. 즉, 임계각 이상이 되면 밑면으로 투과되는 광은 없어지고 모든 입사광이 반사된다. 그러나, 도 1과 같이 프리즘(10)의 밑면에 금속박막(11)과 유전체(12)가 존재하는 경우, 전반사각을 지나서 입사하는 광자는 특정한 각에서 금속박막(11)과 유전체(12)의 경계면에서 전부 흡수된다. 이를 표면 플라즈몬이 여기되었다고 한다. 도 2b는 표면 플라즈몬 공명이 일어나는 경우의 반사도 그래프이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 전반사각을 넘는 특정한 각도에서 표면 플라즈몬 공명 현상에 의해 반사도가 0(zero)이 됨을 알 수 있다.
그런데, 표면 플라즈몬 공명이 일어나는 각도는 금속박막(11)에 적층된 유전체(12)의 굴절률에 따라 달라지게 된다. 이를 이용하면, 특정 종류의 생체 물질을 검출하는 것이 가능하다. 예컨대, 특정한 종류의 생체분자에만 결합하는 프로브 분자(probe molecule)를 유전체(12)로서 금속박막(11)에 부착하고, 여러 생체분자들이 혼합된 유체 시료를 상기 유전체(12)로 흘려준다. 이때, 상기 프로브 분자로 이루어진 유전체(12)에 특정 생체분자(13)가 결합되면, 전체적인 굴절률이 변하면서 도 2b에 도시된 바와 같이 반사도 곡선이 A에서 B로 이동하게 된다. 따라서, 프리즘(10)의 밑면으로 빛을 입사시키면서 반사도를 측정하면, 어떤 종류의 생체분자들이 유체 시료 내에 존재하는지 알 수 있다.
도 3 내지 도 5는 이러한 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용한 종래의 생체분자 검출 장치의 구조를 개략적으로 도시하고 있다.
먼저, 도 3에 도시된 장치는 미국특허 제5,313,264호에 개시된 것으로, 소정 범위의 입사각을 갖는 광을 프리즘(15)에 입사시키고 여러 각도에 따른 반사도를 CCD와 같은 2차원 검출기(16)로 한번에 측정하는 검출 장치이다. 여기서, 위쪽에 도시된 것은 측단면도이며, 아래쪽에 도시된 것은 평면도이다. 아래쪽에 도시된 평면도를 통해 알 수 있듯이, 여러 개의 광을 입사시켜 동시에 여러 채널의 샘플에 대해 측정을 하는 것이 가능하다. 그러나, 도 3에 도시된 검출 장치의 경우, 검출에 필요한 높은 정밀도를 가지는 대면적 CCD가 대단히 고가의 부품이기 때문에 제조 비용이 상승하며, 광로가 길어서 소형으로 제조하기에는 적합하지 않다. 또한, 한번에 검출할 수 있는 채널의 수에는 한계가 있다.
도 4a에 도시된 검출 장치(25)는 미국특허 제5,898,503호에 개시된 것으로, 광원(20)으로부터 소정의 각도로 발산하는 광을 제1반사면(21)에서 전반사시키고, 이를 다시 제2반사면(22)을 통해 2차원 검출기 또는 검출기 어레이(23)로 반사시키는 구조이다. 이때, 유체 시료는 제1반사면(21)의 외부 표면을 따라 흐르게 되어 있다. 도 4a의 검출 장치(25)는 매우 소형으로 제작이 가능하지만 한 번에 하나의 채널만을 검출할 수 있다는 문제가 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 두 개의 검출 장치(25a,25b)를 병렬로 연결하여 2채널 검출이 가능할 수는 있다. 그러나, 이러한 방식으로 증가시킬 수 있는 채널의 수에는 한계가 있다. 또한, 각도 분해능이 검출기(23)와 시료 사이의 거리(즉, 검출기(23)와 제1반사면(21) 사이의 거리)에 비례하기 때문에, 소형으로 제조하기 위해 검출기(23)와 시료 사이의 거리를 짧게 할수록 각도 분해능이 낮아진다.
한편, 도 5에 도시된 검출 장치(30)는 포커싱된 광빔을 스캐너(31)를 이용하 여 소정의 각도 범위 내에서 프리즘(32a)에 주사하고, 프리즘(32a)과 시료(32b)의 경계면에서 전반사된 광빔의 세기를 검출기(33)에서 측정하여 반사도를 구하도록 설계되어 있다. 상기 검출 장치(30)는 구성이 매우 간단하고 고가의 2차원 검출기를 사용할 필요가 없으므로, 소형화하기 쉽고 저렴한 비용으로 제작할 수 있다. 또한, 스캐너(31)로 입사각을 정밀하게 조절할 수 있기 때문에, 각도 분해능도 우수하며, 주사 속도를 빠르게 하여 고속의 검출이 가능하다. 그러나, 한번에 하나의 채널만을 검출할 수 밖에 없어 효율이 저하되는 문제가 있다.
상술한 바와 같이, 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하는 종래의 생체분자 검출 장치들의 경우, 아직까지 소형, 저가, 다채널 및 고정밀을 동시에 만족시켜 주지 못했다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점들을 개선하기 위한 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 구성이 간단하여 소형화하기 쉽고, 고속의 측정이 가능하며, 동시에 여러 채널을 측정할 수 있고, 정밀도가 높은 생체분자 검출 장치, 특히, 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하는 휴대용 바이오칩 스캐너를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 휴대용 바이오칩 스캐너는, 회전 가능한 디스크 형상의 표면 플라즈몬 공명 유닛; 및 소정의 각도 범위 내에서 상기 표면 플라즈몬 공명 유닛에 광이 입사하도록광을 주사하고, 상기 표면 플라즈몬 공명 유닛으로부터 전반사된 광을 검출하는 광헤드;를 포함하며, 상기 광헤드는 상기 디스크 형상의 표면 플라 즈몬 공명 유닛의 반경 방향을 따라 이동이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 디스크 형상의 표면 플라즈몬 공명 유닛은, 프리즘이 고리의 형태로 형성되어 있는 프리즘 디스크; 및 상기 프리즘 디스크의 저면에 결합되며, 미세유체가 흐르기 위한 미세유체채널이 상면에 형성되어 있는 미세유체 디스크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 광헤드는, 평행광을 출사하는 광원유닛; 소정의 진동수로 시이소 운동하면서 상기 광원유닛으로부터 출사된 광을 소정의 각도 범위 내에서 주사하는 마이크로 스캐닝 미러; 상기 마이크로 스캐닝 미러에 의해 주사되는 광을 상기 프리즘 디스크의 저면으로 반사시키는 반사미러; 및 상기 프리즘 디스크의 저면으로부터 전반사된 광을 검출하는 광검출기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 프리즘 디스크의 저면에는 원주방향을 따라 표면 플라즈몬 공명을 일으키기 위한 다수의 금속박막패턴이 동심원의 형태로 형성되어 있으며, 상기 금속박막에는 특정 생체분자에만 결합하는 다수의 프로브 분자들이 부착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 미세유체 디스크의 상면에 형성된 미세유체채널은 상기 프리즘 디스크에 형성된 다수의 금속박막패턴을 가로지르면서 미세유체 디스크를 일주한다.
한편, 본 발명에 따른 휴대용 바이오칩 스캐너는 디스크 형상의 표면 플라즈몬 공명 유닛을 회전시키기 위한 모터를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 휴대용 바이오칩 스캐너는 표면 플라즈몬 공명 유닛의 내부를 흐르는 미세유체의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 온도조절기를 더 포함할 수 있다. 상기 온도조절기는 상기 미세유체 디스크의 저면에 소정의 간격을 두고 배치된 펠티어(Peltier) 소자일 수 있다.
한편, 상기 마이크로 스캐닝 미러는 상기 프리즘 디스크의 원주 방향에 수직한 방향을 따라 광을 주사한다. 이러한 마이크로 스캐닝 미러는 미세전자기계시시템(micro-electro-mechanical systems; MEMS) 기술을 이용하여 초소형으로 제조될 수 있다. 이때, 상기 마이크로 스캐닝 미러의 진동수는 10kHz 내지 30kHz 의 범위에 있는 것이 적당하다.
본 발명에 따르면, 상기 마이크로 스캐닝 미러에 의해 주사되는 광을 상기 프리즘 디스크의 저면으로 반사시키는 반사미러는 광을 프리즘 디스크의 저면 상의 한 점으로 수렴시키기 위한 오목 미러일 수 있다.
또한, 상기 반사미러는 평면 미러이며, 상기 마이크로 스캐닝 미러에 의해 주사되는 광을 수렴하고 수차를 보정하기 위한 에프-세타 렌즈가 상기 평면 미러와 마이크로 스캐닝 미러 사이에 더 배치될 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 상기 광헤드는 오검출의 방지를 위하여 두 개의 평행광을 상기 프리즘 디스크의 저면에 입사시키며, 상기 프리즘 디스크의 저면에서 전반사된 두 개의 반사광을 두 개의 검출기로 각각 검출하여 비교하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 휴대용 바이오칩 스캐너의 구성 및 동작에 대해 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 휴대용 바이오칩 스캐너의 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 휴대용 바이오칩 스캐너(40)는, 고리 형태의 프리즘으로 형성된 프리즘 디스크(42), 상기 프리즘 디스크(42)의 저면에 결합되는 미세유체 디스크(43) 및 상기 프리즘 디스크(42)로 광을 출사하고 상기 프리즘 디스크(42)로부터 전반사된 광을 검출하는 광헤드(50)를 포함한다. 프리즘 디스크(42)는 표면 플라즈몬 공명을 일으키기 위한 구성이며, 미세유체 디스크(43)는 측정될 미세유체를 상기 프리즘 디스크(42)에 제공하기 위한 것이다. 상기 프리즘 디스크(42)와 미세유체 디스크(43)는 서로 결합되어 표면 플라즈몬 공명 유닛(44)을 이루며, 샤프트(47)를 중심으로 함께 회전한다. 한편, 광헤드(50)는 프리즘 디스크(42) 위를 스캐닝하면서 표면 플라즈몬 공명에 의한 반사도의 변화를 관측한다. 상기 광헤드(50)는 상기 표면 플라즈몬 공명 유닛(44)의 반경 방향을 따라 왕복 이동이 가능하다.
도 7은 본 발명에 따른 휴대용 바이오칩 스캐너(40)의 측단면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 예컨대, PCB 기판(41) 위에 DC 모터(46)가 실장되어 있으며, 상기 DC 모터(46)의 샤프트(47)에는 표면 플라즈몬 공명 유닛(44)이 결합되어 있다. 또한, 상기 표면 플라즈몬 공명 유닛(44)의 하부에는 소정의 간격을 두고 온도조절기(45)가 상기 PCB 기판(41) 위에 배치되어 있다. 온도조절기(45)는 미세유체 디스크(43) 내에 흐르는 미세유체의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 역할을 한다. 상기 온도조절기(45)는, 예컨대, 펠티어(Peltier) 소자일 수 있다. 이러한 온도조절 기(45)는 DC 모터(46)를 중심으로 양쪽에 각각 하나씩 설치될 수도 있으며, DC 모터(46) 주위를 전체적으로 둘러싸도록 설치될 수도 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 표면 플라즈몬 공명 유닛(44)은 프리즘 디스크(42)와 미세유체 디스크(43)로 구성된다. 프리즘 디스크(42)는 전반사가 일어나는 밑면과 상기 밑면 보다 좁은 상면을 가지는 프리즘이 고리의 형태로 형성되어 있다. 상기 프리즘 디스크(42)의 외주면과 내주면은 각각 광의 입사면과 출사면이 된다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 상기 프리즘 디스크(42)의 저면에는, 다수의 채널에 대한 검출을 수행할 수 있도록, 표면 플라즈몬 공명을 일으키기 위한 다수의 금속박막패턴(48)이 원주방향을 따라 동심원 트랙의 형태로 형성되어 있다. 이미 설명한 바와 같이, 표면 플라즈몬 공명이 일어나기 위해서는 프리즘의 저면에 금속박막이 증착되어 있어야 하며, 상기 금속박막의 두께는 대략 50nm 이하인 것이 좋다. 그리고, 상기 금속박막에는 특정 생체분자에만 결합하는 프로브 분자(도시되지 않음)들이 부착된다. 이때, 원주방향을 따라 서로 다른 여러 가지 프로브 분자들을 다수 부착시킬 수 있다. 즉, 하나의 원형 금속박막패턴(48) 트랙 내에서 각각 다른 방사각마다 다른 프로브 분자들이 부착될 수 있다. 이를 위해, 하나의 원형 금속박막패턴(48) 트랙을 따라 다수의 금속박막들이 소정의 간격으로 증착될 수 있다.
상기 프리즘 디스크(42)의 저면에 미세유체 시료를 제공하기 위하여, 미세유체 디스크(43)의 상면에는 도 8b에 도시된 바와 같은 미세유체채널(49)이 형성되어 있다. 도 8c는 이러한 프리즘 디스크(42)와 미세유체 디스크(43)를 결합하는 모습을 도시한다. 도 8c에 도시된 바와 같이, 프리즘 디스크(42)의 저면과 미세유체 디 스크(43)의 상면이 서로 대향하도록 결합된다. 이에 따라, 미세유체 디스크(43)의 상면에 형성된 미세유체채널(49)은 상기 프리즘 디스크(42)에 형성된 다수의 금속박막패턴(48)을 가로지르면서 미세유체 디스크(43)를 일주한다. 따라서, 미세유체 시료 내에 포함된 생체분자들은 상기 미세유체 디스크(43)의 미세유체채널(49)을 따라 흐르면서, 프리즘 디스크(42)의 금속박막패턴(48)에 부착된 특정 프로브 분자와 결합하게 된다.
이제, 도 8b를 참조하여, 상기 미세유체 디스크(43)의 상면에 형성된 미세유체채널(49)의 구조에 대해 보다 상세히 설명한다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 미세유체 디스크(43)의 상면 외곽 쪽으로는 원형의 배출저장부(waste reservoir)(85)가 형성되어 있으며, 상기 배출저장부(85)에는 다수의 미세유체채널(49)이 디스크(43) 중심을 향해 연결되어 있다. 상기 다수의 미세유체채널(49)은 미세유체 디스크(43)에 반경 방향으로 형성되어 있으며, 각각의 미세유체채널(49)에는 미세유체를 저장하기 위한 시료저장부(sample reservoir)(82)가 반경 방향으로 연장되어 있다. 또한, 상기 시료저장부(82)의 상단(즉, 디스크(43) 중심방향으로의 단부)에는 미세유체를 주입하기 위한 시료주입구(81)가 각각 형성되어 있다. 이때, 상기 시료저장부(82)의 수와 상기 금속박막패턴(48)의 한 트랙 당 금속박막의 수는 항상 일치해야 한다.
한편, 상기 미세유체채널(49)의 보다 상세한 구조는 도 8b의 우측에 도시되어 있다. 도 8b를 참조하여, 상기 시료저장부(82)에 미리 저장되어 있던 시료는, 미세유체 디스크(43)가 회전하기 시작하여 소정의 회전속도에 도달하게 되면, 서서 히 플로우 채널(flow channel)(84)을 따라 각각의 시료 챔버(sample chamber)(83) 쪽으로 이동하게 된다. 상기 플로우 채널(84)의 표면은 소수성(hydrophobic)을 갖도록 표면처리 되어 있다. 상기 채널(84)의 구조나 크기 또는 디스크(43)의 회전속도에 따라 유체속도가 조절된다(즉, 수동 밸브(passive valve) 방식). 이때, 만약 상기 프리즘 디스크(42)에 4 개의 금속박막패턴(48) 트랙이 패터닝되어 있다면, 한 개의 미세유체채널(49)에 대해 총 4개의 시료 챔버(83)가 필요하다. 또한, 실시예에 따라, 각각의 시료 챔버(83)는 나란히 인접한 두 개의 챔버(83a,83b)의 쌍으로 이루어질 수도 있다. 이들 한 쌍의 시료 챔버(83) 중 제 1 시료 챔버(83a)는 표면 플라즈몬 공명을 통해 실제 시료를 검출하기 위한 것이고, 다른 제 2 시료 챔버(83b)는 후술할 조립 공차 등으로 인한 검출 오차의 보정을 위한 참조 신호를 제공하기 위한 것이다. 이 경우, 총 8개의 챔버가 필요하게 된다.
그리고, 하나의 시료저장부(82)에서 출발한 시료가 각각 4개의 시료 챔버로 분기되어 흘러간다면, 도 8b에 도시된 바와 같이, 각각의 시료 유체는 상기 시료저장부(82)에서 가까운 순서대로 각각 1:3, 1:2, 1:1의 비율로 흘러 가게 된다. 예컨대, 시료저장부(82)에서 100 부피의 시료가 흘러나오면, 75부피는 플로우 채널(84)을 따라 그대로 다음의 시료 챔버로 흘러가고 25 부피만이 첫 번째 시료 챔버로 흘러들어 간다. 그리고, 두 번째 시료 챔버 앞에서, 75부피의 시료 중 50부피는 다음의 플로우 채널(84)로 흘러가고 25부피만 두 번째 시료 챔버로 흘러들어 간다. 마지막으로, 50부피의 시료는 각각 25부피로 나뉘어 나머지 두 개의 시료 챔버로 흘러들어 간다. 이러한 유체의 분기는 모두 플로우 채널(84)의 적절한 구조 설계를 통해 쉽게 구현할 수 있으며, 이러한 방법은 이미 잘 알려져 있다. 이때, 각각의 시료 챔버(83)로 흘러들어 가는 시료 유체는 실제 시료의 검출과 참조 신호의 측정을 위해 동시에 두 개의 채널을 통과하여 한 쌍의 챔버(83a,83b) 내에 균일하게 분배된다.
다음으로, 이렇게 4개의 시료 챔버(83)를 모두 통과한 시료는 금속박막 근처에서 반응한 후 모두 빠져나가 띠 형태의 트랙인 배출저장부(85)에 저장된다.
한편, 다시 도 7을 참조하면, 상기 프리즘 디스크(42) 위를 스캐닝하면서 표면 플라즈몬 공명에 의한 반사도의 변화를 검출하는 광헤드(50)는 광원유닛(51), 마이크로 스캐닝 미러(52), 반사미러(53) 및 광검출기(54)를 포함한다. 광원유닛(51)은 백색광 또는 소정의 파장을 가지는 평행광을 출사하여 마이크로 스캐닝 미러(52)로 입사시킨다. 비록 도시되지는 않았지만, 상기 광원유닛(51)은, 예컨대, 레이저 다이오드와 상기 레이저 다이오드의 광 출사면 앞에 배치된 콜리메이팅 렌즈를 포함할 수 있다. 마이크로 스캐닝 미러(52)는 소정의 진동수로 시이소 운동하면서 상기 광원유닛(51)으로부터 출사된 광을 소정의 각도 범위 내에서 주사하는 소형 미러이다. 반사미러(53)는 상기 마이크로 스캐닝 미러(51)에 의해 주사되는 광을 반사시켜 상기 프리즘 디스크(42)의 저면을 향하도록 한다. 또한, 광검출기(54)는 상기 프리즘 디스크(42)의 저면으로부터 전반사된 광을 검출하여 광의 세기를 측정한다.
본 발명에서 사용하는 마이크로 스캐닝 미러(52)는, 예컨대, 레이저 프로젝션 TV 등에서 영상 신호를 스크린에 고속으로 편향시켜 화상을 형성하는데 사용하 는 공지된 광스캐너를 그대로 이용할 수 있다. 예컨대, 본 출원인에 의한 한국특허출원 10-2000-0010469(2002년 02월27일 출원) 또는 10-2001-51407(2001년 08월 24일 출원)에는 본 발명에서 채용된 마이크로 스캐닝 미러의 구조가 상세히 설명되어 있다. 이러한 마이크로 스캐닝 미러는 빗살 모양의 콤전극(comb-typed electrode) 구조에 의한 정전효과(electro static effect)를 이용하며, 미세전자기계시시템(micro-electro-mechanical systems; MEMS) 기술에 따라 매우 정교하고 미세하게 제작될 수 있다.
도 9는 이러한 마이크로 스캐닝 미러(52)의 구조를 예시적으로 도시하고 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 공지의 광스캐너는 기판(61)의 상방에 현가되어 있는 미러부(62), 상기 미러부(62)의 양단을 지지하는 지지체(63), 상기 미러부(62)와 지지체(63) 사이에 연결되어 미러부(62)의 시이소 운동을 지지하는 토션스프링(torsion spring)(64), 상기 미러부(62)의 양측면에 수직으로 형성된 다수의 이동콤전극(movable comb electrode)(65) 및 상기 이동콤전극(65)과 상호 교번하도록 기판(61) 상에 수직으로 설치된 다수의 고정콤전극(66)을 포함하여 구성된다. 이러한 구조에서, 이동콤전극(65)과 고정콤전극(66)에 각각 반대 극성의 전압이 인가되면, 상기 전극들 사이의 정전기력이 발생하여 미러(62)가 고속으로 시이소 운동을 하게 된다. 이렇게 구성된 마이크로 스캐닝 미러(52)는 대략 1mm 내지 10mm 정도의 미러를 사용하는 초소형으로 제작될 수 있으며, 10kHz 내지 30kHz 정도의 초고속 스캐닝이 가능하다. 이러한 마이크로 스캐닝 미러(52)의 구조과 원리는 이미 공지된 것이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
한편, 마이크로 스캐닝 미러(52)에 의해 여러 각도로 스캐닝되는 광은 프리즘 디스크(42)의 저면 상의 한점으로 입사되어야 한다. 즉, 상기 마이크로 스캐닝 미러(52)에 의해 스캐닝된 광은 입사각도를 달리하면서 프리즘 디스크(42)의 저면 상의 한점으로 입사된다. 이를 위해, 마이크로 스캐닝 미러(52)에 의해 반사된 광을 수렴시킬 필요가 있다.
도 10a는 이를 위한 예시적인 구조를 도시한다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 마이크로 스캐닝 미러(52)에 의해 반사된 광을 수렴시키기 위하여, 오목 미러를 반사미러(53)로서 사용할 수 있다. 또는, 도 10b에 도시된 바와 같이, 레이저프린터의 광주사장치 등에서 일반적으로 사용하는 에프-세타(F-θ) 렌즈(55)를 사용할 수도 있다. 상기 에프-세타 렌즈(55)는 마이크로 스캐닝 미러(52)에 의해 주사되는 광을 수렴할 뿐만 아니라 마이크로 스캐닝 미러(52)에 의해 발생하는 수차 등을 보정하는 역할도 수행할 수 있다. 이 경우, 반사미러(53)는 평면 미러를 사용한다.
이제, 상술한 구조의 본 발명에 따른 휴대용 바이오칩 스캐너의 동작에 대해 설명한다.
먼저, 모터(46)를 소정의 속도로 회전시킨다. 모터(46)의 회전속도가 소정의 속도에 도달하게 되면, 미체유체시료가 미세유체 디스크(43)에 형성된 미세유체채널(49)을 따라 도8b의 우측에 도시된 경로를 따라 흐르기 시작한다. 동시에, 모터(46)의 샤프트(47)에 결합된 표면 플라즈몬 공명 유닛(44)도 함께 회전하게 된다. 이때, 광헤드(50)는 프리즘 디스크(42)에 형성된 동심원 형태의 금속박막패턴(48) 트랙들 중 어느 하나를 따라 트래킹 하면서, 현재 트래킹 하고 있는 금속박막패턴 (48)의 위치에 광을 조사한다. 광원유닛(51)에서 출사되는 광은 마이크로 스캐닝 미러(52) 및 반사미러(53)에 의해 여러 각도를 가지고 상기 프리즘 디스크(42)의 금속박막패턴(48)의 위치로 입사하게 된다. 입사각에 따라 상기 프리즘 디스크(42)의 저면에서 전반사가 일어나거나, 표면 플라즈몬 공명에 의한 흡수 현상이 일어난다. 또한, 금속박막패턴(48)의 특정 방사각 위치에 각각 부착된 프로브 분자들에 특정 생체분자가 결합될 경우, 굴절률의 변화로 인하여 표면 플라즈몬 공명에 의한 흡수가 일어나는 각도가 달라지게 된다. 광검출기(54)는 반사광의 세기를 측정하여 이러한 표면 플라즈몬 공명이 일어나는 각도를 구하게 된다. 따라서, 미세유체 내에 어떤 물질이 존재하는지를 알 수 있게 된다. 이렇게 해서 하나의 금속박막패턴에 대한 측정이 종료되면, 광헤드(50)는 상기 표면 플라즈몬 공명 유닛(44)의 반경방향을 따라 이동하여, 프리즘 디스크(42)의 다른 금속박막패턴(48) 트랙에서 측정을 시작한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 경우, 어떤 입사각에서 표면 플라즈몬 공명이 일어나는지를 측정하여, 미세유체 내에 어떤 물질이 존재하는지에 관한 정보를 얻기 위한 것이므로, 모든 입사각에 대한 반사도를 구할 필요는 없다. 따라서, 측정의 신속함와 효율성을 위해 일정 범위 내의 각도로만 광을 입사시키는 것이 좋다. 일반적으로 표면 플라즈몬 공명이 일어나는 각도의 물질에 따른 차이는 약 10° 정도이므로, 약 10°의 범위 내에서 각도를 변화시키는 것이 좋다. 예컨대, 40°와 50°사이의 입사각으로 광을 입사시킬 수 있다.
한편, 마이크로 스캐닝 미러(52)의 스캐닝 속도(즉, 진동수)가 느릴 경우, 한 스캐닝 주기 동안 원주 방향으로의 빔워크(beam walk)의 크기가 지나치게 커져서 정확한 검출이 이루어지지 않을 수 있다. 정확한 검출이 이루어지기 위해서는, 한 스캐닝 주기 동안 원주 방향으로의 이동이 가능한 작아야 한다.
도 11a 내지 도 11c는 디스크의 회전에 따른 빔워크(beam walk)의 크기를 설명하기 위한 도면이다. 도 11a에서 사각형으로 표시한 부분이 현재 스캐닝되고 있는 부분이며, r은 회전중심으로부터 스캐닝되고 있는 위치까지의 반경이다. 디스크는 화살표로 표시한 바와 같이 시계방향으로 회전하는 것으로 가정한다. 본 발명의 경우, 마이크로 스캐닝 미러(52)는 프리즘 디스크(42)의 원주 방향에 수직한 방향을 따라 광을 주사한다. 따라서, 빔워크는 도 11b 및 도 11c와 같이 나타난다. 여기서, 도 11b는 스캐닝 속도가 비교적 느린 경우이며, 도 11c는 스캐닝 속도가 비교적 빠른 경우이다. 만약, r=20mm 이고, 디스크의 회전속도가 600rpm 이라면 원주 방향으로의 이동속도는 약 1.2mm/ms 가 된다. 이 경우, 마이크로 스캐닝 미러(52)가 1kHz의 속도로 스캐닝 한다면, 한 스캐닝 주기 동안 1.2mm를 이동하게 된다. 반면, 30kHz의 속도로 스캐닝 한다면, 한 스캐닝 주기 동안 겨우 0.04mm 만을 이동하기 때문에 거의 이동이 없다고 볼 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 스캐닝 미러(52)는 10kHz 내지 30kHz 의 범위 내에서 스캐닝을 하기 때문에, 충분히 높은 정확도로 검출이 가능하다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 바이오칩 스캐너의 광헤드를 도시하는 개략적인 평면도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 광헤드(50)는 두 개의 광원유닛(51a,51b), 두 개의 마이크로 스캐닝 미러(52a,52b), 두 개의 반사미 러(53a,53b) 및 두 개의 광검출기(54a,54b)를 포함한다. 일반적으로, 표면 플라즈몬 공명 유닛(44)은 조립 공차 등으로 인하여 이상적으로 회전하지 못하고, 세차운동과 같은 불안정한 회전운동을 할 수 있다. 또한, 진동과 같은 외부환경에 의해서도 회전이 불규칙해질 수 있다. 그 결과, 프리즘 디스크(42)의 저면에 입사하는 광의 입사각이 원래 의도했던 입사각과 달라질 수 있다. 그런데, 표면 플라즈몬 공명에 의해 일어나는 광흡수도는 매우 미세한 각도의 변화로도 크게 달라지기 때문에 정확한 검출 결과를 얻는데 어려움이 있게 된다.
따라서, 조립 공차 및 외부 환경으로 인한 오검출을 방지하기 위하여, 하나의 광은 표면 플라즈몬 공명에 의한 반사도의 변화를 측정하고, 다른 하나의 광은 상술한 원인에 의해 발생하는 각도의 변화를 추적하여 오차를 보정할 수 있다. 예컨대, 제 1 광원유닛(51a)에서 방출된 광은 제 1 시료 챔버(83a)로부터 표면 플라즈몬 공명을 통해 실제 시료를 검출하고, 다른 제 2 광원유닛(51b)에서 방출된 광은 제 2 시료 챔버(83b)로부터 단지 참조 신호만을 제공받는다. 이렇게, 제 1 시료 챔버(83a)로부터의 반사광과 제 2 시료 챔버(83b)로부터의 반사광을 비교하여 오차를 보정할 수 있다. 이를 위해, 제 1 시료 챔버(83a)에 대응하는 금속박막패턴(48) 트랙 상의 위치에는 프로브 분자를 부착하고, 제 2 시료 챔버(83b)에 대응하는 금속박막패턴(48) 트랙 상의 위치에는 프로브 분자를 부착하지 않는다. 유체시료 내의 특정 생체분자가 상기 프로브 분자와 결합하지 않는 동안에는, 조립 공차 및 외부 환경으로 인하여 교란이 발생하더라도 두 반사광은 동일하게 변화할 것이다. 그러나, 상기 프로브 분자에 특정 생체분자가 결합하면, 두 반사광의 변화는 달라지 게 된다. 따라서, 조립 공차 및 외부 환경으로 인하여 교란이 발생하더라도 정확한 검출이 가능하게 된다.
비록, 도 12에는 광원유닛, 마이크로 스캐닝 미러, 반사미러 및 광검출기가 각각 두 개씩 도시되어 있으나, 다른 구성도 충분히 가능하다. 예컨대, 하나의 광원유닛에서 출사된 광을 빔스플리터를 이용하여 두 개로 분리하고, 분리된 두 개의 광을 하나의 마이크로 스캐닝 미러와 반사미러로 반사한 다음, 프리즘 디스크에서 반사된 두 광을 두 개의 광검출기로 각각 검출할 수도 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 회전하는 프리즘 디스크와 마이크로 스캐닝 미러를 채용함으로써 광학계의 구성을 단순화 하였기 때문에 저렴한 소형 바이오칩 스캐너를 제공하는 것이 가능하다. 또한, 한 개의 저전력 광원과 한 개의 광검출기만으로도 다채널 측정이 가능하다. 더욱이, 레이저 TV 등에 사용하는 마이크로 스캐닝 미러는 매우 정교하게 각도를 조절할 수 있으며 초고속 스캐닝이 가능하기 때문에, 상기 마이크로 스캐닝 미러를 사용하는 바이오칩 스캐너는 고속의 정밀한 측정이 가능하다.

Claims (19)

  1. 프리즘이 고리의 형태로 형성되어 있는 프리즘 디스크, 및 상기 프리즘 디스크의 저면에 결합되며 미세유체가 흐르기 위한 다수의 미세유체채널이 상면에 형성되어 있는 미세유체 디스크;를 구비하는 회전 가능한 디스크 형상의 표면 플라즈몬 공명 유닛; 및
    평행광을 출사하는 광원유닛, 소정의 진동수로 시이소 운동하면서 상기 광원유닛으로부터 출사된 광을 소정의 각도 범위 내에서 주사하는 마이크로 스캐닝 미러, 상기 마이크로 스캐닝 미러에 의해 주사되는 광을 상기 프리즘 디스크의 저면으로 반사시키는 반사미러, 및 상기 프리즘 디스크의 저면으로부터 전반사된 광을 검출하는 광검출기를 구비하는 광헤드;를 포함하며,
    상기 광헤드는 상기 디스크 형상의 표면 플라즈몬 공명 유닛의 반경 방향을 따라 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 휴대용 바이오칩 스캐너.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리즘 디스크의 저면에는 원주방향을 따라 표면 플라즈몬 공명을 일으키기 위한 다수의 금속박막패턴이 동심원 트랙의 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대용 바이오칩 스캐너.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 프리즘 디스크에 형성된 다수의 금속박막패턴의 내부 표면에는 표면 플라즈몬 공명을 일으키기 위한 금속박막이 증착되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대용 바이오칩 스캐너.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 금속박막에는 특정 생체분자에만 결합하는 다수의 프로브 분자들이 부착되는 것을 특징으로 하는 휴대용 바이오칩 스캐너.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 미세유체 디스크의 상면에 형성된 다수의 미세유체채널은 상기 프리즘 디스크에 형성된 다수의 금속박막패턴을 가로지르면서 미세유체 디스크를 일주하는 것을 특징으로 하는 휴대용 바이오칩 스캐너.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 미세유체 디스크의 상면에 원형의 배출저장부가 더 형성되어 있으며, 상기 다수의 미세유체채널은 상기 미세유체 디스크의 중심을 향해 반경 방향으로 상기 배출저장부에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대용 바이오칩 스캐너.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수의 미세유체채널 각각에는 미세유체를 저장하기 위한 시료저장부가 반경 방향으로 연장되어 있으며, 상기 시료저장부에는 미세유체를 주입하기 위한 시료주입구가 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대용 바이오칩 스캐너.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 각각의 미세유체채널은, 동심원 트랙의 형태로 형성된 상기 각각의 금속박막패턴과 각각 대응하는 위치에 있는 다수의 시료 챔버; 및 상기 시료저장부로부터 상기 시료 챔버들에 미세유체를 전달하는 플로우 채널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 바이오칩 스캐너.
  10. 제 1 항 또는 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    디스크 형상의 표면 플라즈몬 공명 유닛을 회전시키기 위한 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 바이오칩 스캐너.
  11. 제 1 항 또는 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    표면 플라즈몬 공명 유닛의 내부를 흐르는 미세유체의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 온도조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 바이오칩 스캐너.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 온도조절기는 상기 미세유체 디스크의 저면에 소정의 간격을 두고 배치된 펠티어(Peltier) 소자인 것을 특징으로 하는 휴대용 바이오칩 스캐너.
  13. 삭제
  14. 제 1 항 또는 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 스캐닝 미러는 상기 프리즘 디스크의 원주 방향에 수직한 방향을 따라 광을 주사하는 것을 특징으로 하는 휴대용 바이오칩 스캐너.
  15. 제 1 항 또는 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 스캐닝 미러는 미세전자기계시시템(micro-electro-mechanical systems; MEMS) 기술을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 휴대용 바이오칩 스캐너.
  16. 제 1 항 또는 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 스캐닝 미러의 진동수는 10kHz 내지 30kHz 의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 휴대용 바이오칩 스캐너.
  17. 제 1 항 또는 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사미러는 상기 마이크로 스캐닝 미러에 의해 여러 각도로 주사되는 광을 프리즘 디스크의 저면 상의 한 점으로 수렴시키기 위한 오목 미러인 것을 특징으로 하는 휴대용 바이오칩 스캐너.
  18. 제 1 항 또는 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사미러는 평면 미러이며, 상기 마이크로 스캐닝 미러에 의해 주사되는 광을 수렴하고 수차를 보정하기 위한 에프-세타(f-θ) 렌즈가 상기 평면 미러와 마이크로 스캐닝 미러 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 휴대용 바이오칩 스캐너.
  19. 제 1 항 또는 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광헤드는 오검출의 방지를 위하여 두 개의 평행광을 상기 프리즘 디스크의 저면에 입사시키며, 상기 프리즘 디스크의 저면에서 전반사된 두 개의 반사광을 두 개의 검출기로 각각 검출하여 비교하는 것을 특징으로 하는 휴대용 바이오칩 스캐너.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009137122A3 (en) * 2008-02-01 2009-12-30 Rare Light, Inc. Methods, devices and kits for peri-critical reflectance spectroscopy
CN101802592B (zh) * 2007-08-20 2013-01-09 韩国生命工学研究院 使用旋转镜的表面等离子共振传感器
US8970838B2 (en) 2011-04-29 2015-03-03 Avolonte Health LLC Method and apparatus for evaluating a sample through variable angle Raman spectroscopy
US9041923B2 (en) 2009-04-07 2015-05-26 Rare Light, Inc. Peri-critical reflection spectroscopy devices, systems, and methods

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006133299A2 (en) * 2005-06-07 2006-12-14 Lumera Corporation Mems micromirror surface plasmon resonance biosensor and method
WO2007061981A2 (en) 2005-11-21 2007-05-31 Lumera Corporation Surface plasmon resonance spectrometer with an actuator-driven angle scanning mechanism
US7463358B2 (en) 2005-12-06 2008-12-09 Lumera Corporation Highly stable surface plasmon resonance plates, microarrays, and methods
PT103601B (pt) * 2006-11-09 2008-10-14 Biosurfit Sa Dispositivo de detecção baseado no efeito de ressonância de plasmão de superfície
CN101324759B (zh) * 2007-06-14 2010-04-14 财团法人工业技术研究院 光学头与光学蚀刻装置
TW200902954A (en) * 2007-07-13 2009-01-16 Univ Nat Taiwan Miniaturized surface plasmon resonance sensing chip
KR101410752B1 (ko) * 2007-07-20 2014-06-23 삼성전자 주식회사 광학 검출 장치, 광학 검출 방법, 및 상기 광학 검출장치를 포함하는 미세유동 시스템
EP2191227A4 (en) * 2007-08-10 2017-04-19 Board of Regents, The University of Texas System Forward-imaging optical coherence tomography (oct) systems and probe
US8004669B1 (en) 2007-12-18 2011-08-23 Plexera Llc SPR apparatus with a high performance fluid delivery system
GB2466644B (en) 2008-12-30 2011-05-11 Biosurfit Sa Liquid handling
WO2011017147A1 (en) * 2009-08-05 2011-02-10 Corning Incorporated Label-independent optical reader system and methods with optical scanning
GB2476474B (en) 2009-12-22 2012-03-28 Biosurfit Sa Surface plasmon resonance detection system
TW201122460A (en) * 2009-12-31 2011-07-01 Ind Tech Res Inst Surface plasmon resonance unit and inspection system using the same
JP5574783B2 (ja) * 2010-03-31 2014-08-20 富士フイルム株式会社 蛍光検出装置および方法
US9006686B2 (en) 2010-09-30 2015-04-14 Konica Minolta Holdings, Inc. Surface plasmon resonance fluorescence analysis device and surface plasmon resonance fluorescence analysis method
KR20130099703A (ko) 2012-02-29 2013-09-06 삼성전자주식회사 옵티컬 헤드 및 이를 포함하는 시퀀싱 장치
US9632022B2 (en) 2012-03-05 2017-04-25 Biosurfit S.A. Enhanced Surface Plasmon Resonance method
CN103499534B (zh) * 2013-07-25 2015-09-09 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 高灵敏太赫兹微流通道传感器及其制备方法
DE102014202844A1 (de) 2014-02-17 2015-08-20 Robert Bosch Gmbh Plasmonische Sensorvorrichtung und Verfahren zur Oberflächenplasmonen-Resonanzspektroskopie
US9759651B2 (en) * 2014-12-23 2017-09-12 Magellan Diagnostics, Inc. Combination optical hemoglobin and electrochemical lead assay
JP5983786B2 (ja) * 2015-01-07 2016-09-06 コニカミノルタ株式会社 表面プラズモン測定装置に用いられるセンサーチップおよびセンサーチップを用いた表面プラズモン測定装置
CN107356560B (zh) * 2017-07-20 2023-11-24 复旦大学 全反射式斜入射光反射差扫描成像装置及其使用方法
CN107300745B (zh) * 2017-08-22 2019-11-12 北京航空航天大学 一种适用于多种棱镜的芯片夹持及流控装置
CN114965380A (zh) * 2022-05-22 2022-08-30 北京化工大学 一种便携式恒温型多参数表面等离子体共振生化分析仪

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2409514A1 (fr) * 1977-11-17 1979-06-15 Bretaudiere Jean Pierre Perfectionnement aux appareils d'analyse par centrifugation
DE68907519T2 (de) * 1988-05-10 1993-10-21 Amersham Int Plc Biosensoren.
SE462408B (sv) * 1988-11-10 1990-06-18 Pharmacia Ab Optiskt biosensorsystem utnyttjande ytplasmonresonans foer detektering av en specific biomolekyl, saett att kalibrera sensoranordningen samt saett att korrigera foer baslinjedrift i systemet
JPH07159311A (ja) * 1993-12-06 1995-06-23 Toto Ltd バイオセンサ
US5485277A (en) * 1994-07-26 1996-01-16 Physical Optics Corporation Surface plasmon resonance sensor and methods for the utilization thereof
US20020025583A1 (en) * 1995-08-31 2002-02-28 Stoughton L. Ellsworth Analytical rotor and method for detecting analytes in liquid samples
US5898503A (en) * 1997-03-19 1999-04-27 Texas Instruments Incorporated Surface plasmon resonance sensor with interchangeable optical element
US6111652A (en) * 1998-07-14 2000-08-29 Texas Instruments Incorporated High throughput surface plasmon resonance analysis system
JP2000065732A (ja) * 1998-08-24 2000-03-03 Nippon Laser Denshi Kk 表面プラズモン共鳴角検出装置及び試料温度制御方法
ATE345868T1 (de) * 2000-05-15 2006-12-15 Tecan Trading Ag Zweirichtungs-durchfluss-zentrifugalmikrofluid- vorrichtungen
AU2002227181A1 (en) * 2000-11-16 2002-05-27 Burstein Technologies, Inc. Optical biodiscs with reflective layers
US6885454B2 (en) * 2001-03-28 2005-04-26 Fuji Photo Film Co., Ltd. Measuring apparatus
US20030054563A1 (en) * 2001-09-17 2003-03-20 Gyros Ab Detector arrangement for microfluidic devices
DE10163657B4 (de) * 2001-12-21 2008-05-08 Gedig, Erk, Dr. Vorrichtung und Verfahren zur Untersuchung dünner Schichten
TWI221523B (en) * 2002-05-21 2004-10-01 Sony Corp Bioassay method, bioassay device, and bioassay substrate
EP1509760A1 (en) * 2002-05-31 2005-03-02 Gyros AB Detector arrangement based on surface plasmon resonance
JP2004028660A (ja) * 2002-06-24 2004-01-29 Horiba Ltd 表面プラズモン共鳴化学センサを用いた流体成分測定装置
JP2004184381A (ja) * 2002-12-06 2004-07-02 Toshiba Corp 光導波路型表面プラズモン共鳴センサおよび光導波路型表面プラズモン共鳴装置
JP3775677B2 (ja) * 2003-05-07 2006-05-17 船井電機株式会社 Ｍｅｍｓミラー装置および光ディスク装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101802592B (zh) * 2007-08-20 2013-01-09 韩国生命工学研究院 使用旋转镜的表面等离子共振传感器
WO2009137122A3 (en) * 2008-02-01 2009-12-30 Rare Light, Inc. Methods, devices and kits for peri-critical reflectance spectroscopy
US8730468B2 (en) 2008-02-01 2014-05-20 Rare Light, Inc. Methods, devices and kits for peri-critical reflectance spectroscopy
US9041923B2 (en) 2009-04-07 2015-05-26 Rare Light, Inc. Peri-critical reflection spectroscopy devices, systems, and methods
US8970838B2 (en) 2011-04-29 2015-03-03 Avolonte Health LLC Method and apparatus for evaluating a sample through variable angle Raman spectroscopy

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JP2006201163A (ja) 2006-08-03
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