KR100747647B1 - 바이오칩 판독 장치 및 바이오칩 판독장치를 갖는 진단장치 - Google Patents

바이오칩 판독 장치 및 바이오칩 판독장치를 갖는 진단장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비회전방식으로 적용되던 바이오칩을 광디스크에 탑재시킬 수 있도록 구현하여 회전방식으로 바이오칩을 분석하여 판독하기 위한 바이오칩 판독 장치 및 바이오칩 판독장치를 갖는 진단장치에 관한 것으로서, 디스크 상부 또는 내부에 바이오칩이 탑재된 회전가능한 디스크형태의 바이오칩 제공수단; 및 상기 바이오칩 제공 수단이 회전가능하도록 구동되는 디스크 회전 구동부; 상기 디스크로 빔을 조사하는 광원을 구비하고 있으며, 상기 디스크로부터 반사되어 되돌아 온 빔을 수광할 수 있는 수광부; 상기 수광부를 통해 수신된 빔을 이용하여 포커싱 및 트랙킹을 조절하는 포커싱/트랙킹 조절부; 상기 광원의 포커스와 트랙을 추종시킬 수 있는 대물렌즈 구동부를 가진 광 픽업부; 상기 바이오칩에 의해 여기되는 광을 입사받아 바이오 분석용 신호를 출력하는 바이오 분석용 신호 생성부로 구성된 광 픽업 장치; 상기 생성된 바이오 분석정보를 위한 신호 처리부를 가지고, 상기 신호를 분석하여 생성된 모니터링용 바이오 분석정보를 출력하는 출력 제어부로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

바이오칩 판독 장치 및 바이오칩 판독장치를 갖는 진단장치{BIO-CHIP DECIPHERMENT APARATUS AND DIAGNOSIS APPARATUS HAVING BIO-CHIP DECIPHERMENT APPARATUS}
도 1은 본 발명에 따른 바이오칩 카트리지를 설명하기 위한 도면,
도 2a는 본 발명이 적용된 바이오칩이 바이오칩 카트리지에 적용된 일 실시예를 도시한 도면,
도 2b는 도 2a를 분석한 결과를 설명하기 위한 도면,
도 3a는 본 발명이 적용된 바이오칩이 바이오칩 카트리지에 적용된 다른 실시예를 도시한 도면,
도 3b는 도 3a를 분석한 결과를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명이 적용된 바이오칩을 인식하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명이 적용된 바이오칩 판독 장치의 구성을 설명하기 위한 도면
도 6 및 도 7은 듀얼 광픽업장치의 구조를 도시한 도면,
도 8은 싱글 광픽업장치의 구조를 도시한 도면,
도 9는 선택성 파장 반사막이 바이오칩 기판에 부착된 경우 듀얼 광픽업장치의 제2광원을 통해 주사된 빔만 선택적으로 반사되는 것을 설명하기 위하 도면,
도 10은 본 발명에 따른 바이오칩 판독 장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
*** 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
10 : 바이오칩 제공수단(광디스크)
30 : 셀 35 : 트랙
100 : 바이오칩 판독장치
40 : 디스크 회전구동부 60 : 광픽업 장치
61 : 수광부 62 : 포커싱/트래킹 조절부
63 : 대물렌즈 구동부 64 : 바이오분석용 신호생성부
65 : 광기록/재생부 70 : 출력 제어부
80 : 모드선택부
110 : 바이오칩 카트리지
본 발명은 바이오칩 판독 장치 및 바이오칩 판독장치를 가지는 진단장치에 관한 것이다.
보다 상세하게는 본 발명은 비회전 방식으로 적용되던 사각형태의 바이오칩을 광디스크에 탑재시킬 수 있도록 구현하여 회전방식으로 바이오칩을 분석하여 판독하기 위한 바이오칩 판독 장치 및 바이오칩 판독장치를 갖는 진단장치에 관한 것이다.
보다 상세하게는 일반적인 광디스크 재생기기의 구조를 응용하여 바이오칩 판독장치를 구현하여 라벨링되어 있는 시료용액에 결합된 형광정도를 판독하여 바이오칩을 검출하고 바이오칩과 결합된 생체물질을 검출하여 분석할 수 있도록 하기 위한 바이오칩 판독 장치 및 바이오칩 판독장치를 갖는 진단장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 바이오칩과 결합된 생체물질을 검출하여 분석된 결과를 바이오칩이 탑재된 광디스크의 소정영역에 기록되도록 하고, 일반 광디스크 재생기기를 이용하여 기록된 바이오칩 분석 결과를 읽어 들여 광디스크 재생기기에 연결된 화면상에 출력되도록 하는 바이오칩 판독 장치 및 바이오칩 판독장치를 갖는 진단장치에 관한 것이다.
그리고 본 발명은 다양한 셀 사이즈(size)를 가지는 바이오칩에 대해 모두 적용시킬 수 있도록 설계된 바이오칩 판독장치 및 바이오칩 판독장치를 갖는 진단장치에 관한 것이다.
바이오칩 시장은 1990년도 중반부터 형성되어 최근 급속히 성장하고 있다.
바이오칩은 사용되는 생체 물질의 종류에 따라 DNA 탐침이 이용되는 DNA 칩, 효소나 항원/항체, 박테리오로돕신(bacteriorhodopsin) 등과 같이 단백질이 사용되는 단백질 칩(protein chip), 세포를 사용한 세포 칩(cell chip), 랩온어 칩(lab on a chip) 등으로 구분될 수 있다. 이때, 랩온어 칩(lab on a chip)은 대용량이 요구될 때 이용되며 하나의 칩상에서 시료의 분리와 정제 그리고 증폭 등의 모든 전처리와 그 분석까지도 가능한 칩으로서, "칩위의 실험실"이라는 뜻을 가진다.
바이오칩을 이용한 분석 방법의 일례를 살펴보면, 특정한 질환이나 증상에 대하여 반응을 일으키는 용도의 단백질과 형광 물질을 집적시킨 바이오칩에 검사자의 혈액이나 뇨 등을 반응시키고 바이오칩의 단백질과 혈액이나 뇨에 포함되어 있는 단백질의 반응에 의한 형광 물질의 발현을 분석하여 질환이나 증상의 존재 유무를 진단하고 있다. 특정한 질환이나 증상에 대한 진단을 위한 바이오칩은 진단 키트라 불리고 있으며, 진단 키트의 신속성과 정확성에 의존하여 보편화가 진행되고 있는 실정이다. 그리고, 상기와 같이 제공되는 바이오칩의 분석은 일반적으로 분석자의 육안 검사나 현미경 검사로 실시되고 있다.
그러나 분석자의 판단에 전적으로 의존하는 육안 검사는 상당한 숙련이 요구되고 있으며, 분석자마다 가지고 있는 오차에 의하여 검사 결과의 신뢰성이 낮아질 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 분석자(검사자)의 피로, 분석 환경 등 내외적 요인에 의해서도 분석의 정확성이 매우 낮아진다는 문제점이 있다.
또한, 현미경 검사는 육안 검사에 비하여 신뢰성을 증대시킬 수 있으나 시간과 인력이 많이 소요된다는 문제점이 있다.
그러므로, 최근 들어서는 바이오칩의 검출방식으로 주로 형광(fluorescent) 물질로 라벨링시키는 방식을 사용한다. 즉, 형광 물질로 라벨링시킨 시료 용액과 기판 위에 고정된 생체 물질을 일반적인 결합 반응 조건하에서 반응시킨 다음 선택적 결합의 정도를 모니터링하게 된다.
상기 모니터링하는 시간(즉 바이오칩의 분석시간)은 바이오칩을 이루고 있는 셀의 크기에 의해 크게 좌우된다. 이때, 셀의 크기는 사용되는 용도에 따라 원하는 정보의 정밀도와 용량에 의해 결정되는데, 셀의 크기가 수 ㎛에서 수백 ㎛까지로 다양하다. 그러므로 현재 시중에서 출시되고 있는 모든 바이오칩 제품의 분석 시간은 수분에서 수십분까지 소요되고 있는 실정이다.
그리고, 상기와 같은 바이오칩의 소정 셀상에서 이루어진 결합 정도를 모니터링하기 위해 대부분 형광 공초점 스캐너(fluorescence confocal scanner)가 사용되고 있다.
그러나 형광 공초점 스캐너의 경우, 민감도와 정확도가 우수하지만 가격이 비싸고 큰 부피를 차지한다는 문제점이 있다.
특히, 형광 공초점 스캐너의 경우 1㎛ 이내의 정밀도를 요구하거나 대용량의 정보를 모니터링해야 하는 칩에 적합하기 때문에 바이오칩의 보편화에 있어 가장 큰 걸림돌로 작용한다는 문제점이 있다.
또한, 형광 공초점 스캐너의 경우 분석 시간 측면에서도 형광 이미지를 스캔한 후 이것을 영상으로 보여주는 원리를 사용하기 때문에 스캔 시간과 분석 시간이 오래 걸린다는 문제점이 있다.
한편, 바이오칩을 진단 및 환경/식품 모니터링용 센서 등으로 활용하기 위해서는 휴대하기 쉽고, 현장에서 시료를 분석할 수 있는 바이오센서(biosensor) 형태가 바람직할 것으로 보이기 때문에 고속으로 처리가 가능하고, 가격이 저렴한 바이오칩의 개발이 필수적이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 개발 요구에 응하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 비회전 방식으로 적용되던 사각형태의 바이오칩을 광디스크에 탑재시킬 수 있도록 구현하여 회전방식으로 바이오칩을 분석하여 판독하기 위한 바이오칩 판독 장치 및 바이오칩 판독장치를 갖는 진단장치을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 일반적인 광디스크 재생기기의 구조를 응용하여 바이오칩 판독장치를 구현하여 라벨링되어 있는 시료용액에 결합된 형광정도를 판독하여 바이오칩을 검출하고 바이오칩과 결합된 생체물질을 검출하여 분석할 수 있도록 하기 위한 바이오칩 판독 장치 및 바이오칩 판독장치를 갖는 진단장치을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 바이오칩과 결합된 생체물질을 검출하여 분석된 결과를 바이오칩이 탑재된 광디스크의 소정영역에 기록되도록 하고, 일반 광디스크 재생기기를 이용하여 기록된 바이오칩 분석 결과를 읽어 들여 광디스크 재생기기에 연결된 화면상에 출력되도록 하는 바이오칩 판독 장치 및 바이오칩 판독장치를 갖는 진단장치을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 다양한 셀 사이즈(size)를 가지는 바이오칩에 대해 모두 적용시킬 수 있도록 설계된 바이오칩 판독 장치 및 바이오칩 판독장치를 갖는 진단장치을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 기존의 광디스크 재생기기와 동일한 구조를 갖는 바이오칩 판독 장치를 구현함으로써 배포성에서 우수하며 기존의 바이오칩에서 사용하였던 스캐너 방식에 비하여 소형, 저가로 공급할 수 있도록 하는 바이오칩 판독 장치 및 바이오칩 판독장치를 갖는 진단장치을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 기존의 광저장장치의 광학계를 이용하여 라벨링되어 있는 시료용액에 결합된 형광정도를 선택파장 반사막을 이용하여 기존의 바이오칩의 형광정도보다 2배 향상되게 판독하여 바이오칩을 검출하고, 바이오칩과 결합된 생체물질을 검출하여 분석할 수 있도록 하기 위한 바이오칩 판독 장치 및 바이오칩 판독장치를 갖는 진단장치을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 광디스크 기록/재생기기의 광스폿 크기가 1㎛ 이내이기 때문에 기본적으로 고밀도 검출이 가능하며, 그 외 다양한 셀 사이즈를 가지는 바이오칩에 대해 모두 적용시킬 수 있도록 설계된 바이오칩 판독 장치 및 바이오칩 판독장치를 갖는 진단장치을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예는, 디스크 상부 또는 내부에 바이오칩이 탑재된 회전가능한 디스크형태의 바이오칩 제공수단; 상기 바이오칩 제공 수단이 회전가능하도록 구동되는 디스크 회전 구동부; 상기 디스크로 빔을 조사하는 광원을 구비하고 있으며, 상기 디스크로부터 반사되어 되돌아 온 빔을 수광할 수 있는 수광부; 상기 수광부를 통해 수신된 빔을 이용하여 포커싱 및 트랙킹을 조절하는 포커싱/트랙킹 조절부; 상기 광원의 포커스와 트랙을 추종시킬 수 있는 대물렌즈 구동부를 가진 광 픽업부; 상기 바이오칩에 의해 여기되는 광을 입사받아 바이오 분석용 신호를 출력하는 바이오 분석용 신호 생성부로 구성된 광 픽업 장치; 및 상기 생성된 바이오 분석정보를 위한 신호 처리부를 가지고, 상기 신호를 분석하여 생성된 모니터링용 바이오 분석정보를 출력하는 출력 제어부로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예는, 디스크 상부 또는 내부에 바이오칩이 탑재된 회전가능한 디스크형태의 바이오칩 제공수단과, 상기 바이오칩 제공 수단이 회전가능하도록 구동되는 디스크 회전 구동부와, 상기 상기 디스크로 빔을 조사하는 광원을 구비하고 있으며, 상기 디스크로부터 반사되어 되돌아 온 빔을 수광할 수 있는 수광부와 상기 수광부를 통해 수신된 빔을 이용하여 포커싱 및 트랙킹을 조절하는 포커싱/트랙킹 조절부와 상기 광원의 포커스와 트랙을 추종시킬 수 있는 대물렌즈 구동부를 가진 광 픽업부와 상기 바이오칩에 의해 여기되는 광을 입사받아 바이오 분석용 신호를 출력하는 바이오 분석용 신호 생성부로 구성된 광 픽업 장치와, 상기 생성된 바이오 분석정보를 위한 신호 처리부를 가지고, 상기 신호를 분석하여 생성된 모니터링용 바이오 분석정보를 출력하는 출력 제어부로 이루어진 바이오칩 판독장치; 및 상기 바이오칩의 생체물질을 모니터링할 수 있는 기준 데이터들을 데이터베이스로 구축하고 있으며, 상기 바이오칩 분석장치로부터 모니터링용 영상신호를 입력받아 상기 기준 데이터와 비교, 분석하여, 분석결과를 사용자에게 제공하는 진단장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바이오칩과 바이오칩 판독 장치에 대해 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
1. 바이오칩 카트리지
도 1은 본 발명에 따른 바이오칩을 도시한 도면이다.
첨부 도면 도 1에 도시된 바와 같이, 바이오칩(110)은 일정 형태로 배열되는 다수의 셀(30)과, 상기 셀(30)과 셀(30) 사이에 구비되는 트랙(35)으로 형성되어 있다.
상기와 같이 다수의 셀(30)이 형성된 바이오칩(110)은 첨부 도면 도 2a 및 도 3a와 같은 방식으로 바이오칩 카트리지(115)에 장착된다. 즉, 상기 바이오칩(110)은 물리적인 힘에 의해 바이오칩 카트리지(115)에 결합되고, 바이오칩 카트리지(115)로부터 분리된다.
상기 바이오칩(110)이 바이오칩 카트리지(115)에 결합되는 첫 번째 방식은 첨부 도면 도 2a에 도시된 바와 같이 트랙을 따라 원주방향으로 시료를 일차원으로 배열될 수 있도록 하는 방식으로서, 스폿이 궤적을 따라 검출하기 때문에 스폿의 한 트랙 영역 내에 모든 셀이 포함된다.
한편, 상기 바이오칩(110)이 바이오칩 카트리지(115)에 장착되는 두 번째 방식은 첨부 도면 도 3a에 도시된 바와 같이 X, Y 배열구조를 갖는 바이오칩(110)에서 시료용액의 라벨링이 빔 스폿이 형성되는 원주방향으로 위치될 수 있도록 하는 방식으로서, 상기 첫 번째 방식과 마찬가지로 두 번째 방식 또한 스폿이 궤적을 따라 검출하기 때문에 스폿의 한 트랙 영역 내에 모든 셀이 포함된다.
이에 따라 상기 두가지 결합방식은 빠른 속도로 시료를 읽어 들일 수 있게 되며, 읽어드린 시료의 정보는 후술되는 제어부(150)에 의해 첨부 도면 도 2b 및 도 3b에 도시된 바와 같이 소정의 매트릭스 구조로 변환되고, 제어부(150)는 상기 매트릭스 구조로부터 "0"과 "1"을 인식하여 모니터링용 영상신호를 생성시켜, 모니터 등으로 출력될 수 있도록 전체 시스템을 제어한다. 이때 하나의 셀이 여러 번 중복되어 판별되기 때문에 제어부(150)는 첨부 도면 도 4에 도시된 바와 같이 셀들을 인식한다.
그리고, 상기 바이오칩(110)에 트랙(40)을 형성시키는 이유에 대해 간단히 설명하면, 바이오칩(110)에 형성되는 셀의 크기(빔 스폿 크기)는 사용되는 용도와 요구되는 분석 용량에 의해 달라지는데, 그 크기는 수 ㎛에서 수백 ㎛ 가 된다.
그러나 1㎛ 정도의 스폿 사이즈를 가지는 CD/DVD 포맷의 액츄에이터가 그 크기 이상의 스폿 사이즈를 가지는 경우 즉, 수백 ㎛ 크기의 스폿 사이즈를 가지는 셀을 한번에 인식하는 것에 어려움이 따르므로 비트와 비트 사이에 트랙(track) 정보를 심어주고 그 트랙사이 즉, 한 비트사이에서는 하나의 트랙정보로 인식될 수 있도록 한다. 따라서 스폿 사이즈가 수 ㎛에서 수백 ㎛ 까지 바뀌어도 한 비트를 인식하는 것에 문제가 없게 되며, 이렇게 얻은 데이터 정보를 판독하여 진단할 수 있게 된다.
바이오칩 판독 장치
도 5는 본 발명에 따른 바이오칩 판독 장치의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
첨부 도면 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의해 구현된 바이오칩 판독 장치(100)는 첨부 도면 도 1에 도시된 바와 같이 디스크 상부 또는 내부에 바이오칩이 탑재된 회전가능한 디스크형태의 바이오칩 제공수단(10)과, 광픽업장치(60)와, 상기 광픽업장치(60)에 의해 생성된 바이오 분석정보를 위한 신호 처리부를 가지고, 상기 신호를 분석하여 생성된 모니터링용 바이오 분석정보를 출력하는 출력 제어부(70)와, 바이오칩 판독모드와 일반 광기록/재생모드 중 하나의 모드를 선택할 수 있도록 하는 모드 선택부(80)로 구성된다.
상기 광픽업장치(60)는 상기 바이오칩 제공 수단(10)이 회전가능하도록 구동되는 디스크 회전 구동부(40)와, 상기 디스크로 빔을 조사하는 광원을 구비하고 있으며, 상기 디스크로부터 반사되어 되돌아 온 빔을 수광할 수 있는 수광부(61)와, 상기 수광부(61)를 통해 수신된 빔을 이용하여 포커싱 및 트랙킹을 조절하는 포커싱/트랙킹 조절부(62)와, 상기 광원의 포커스와 트랙을 추종시킬 수 있는 대물렌즈 구동부(63)와, 상기 바이오칩에 의해 여기되는 광을 입사받아 바이오 분석용 신호를 출력하는 바이오 분석용 신호 생성부(64)와 상기 출력 제어부(70)의 제어신호에 응하여 상기 광디스크(10)의 소정 영역에 기록용 바이오 분석신호를 기록하고, 기록된 바이오 분석정보를 재생하는 광기록/재생부(65)로 구성된다.
상기 출력 제어부(70)의 동작에 대해 좀더 상세히 기술하면, 사용자의 조작에 따라 상기 광디스크(10)가 회전되도록 상기 회전 구동부(40)로 제어신호를 출력하고 상기 광픽업장치(60)의 포커싱 및 트래킹을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 한편 상기 제 2 광이 주사될 수 있도록 상기 광픽업장치(60)를 제어하고, 상기 광픽업장치(60)로부터 입력되는 바이오 분석용 신호를 이용하여 시료정보를 읽어들이고, 읽어들인 시료의 정보를 소정 매트릭스 구조로 변환시켜 모니터링용 바이오 분석정보를 생성하고, 생성된 모니터링용 바이오 분석정보를 출력한다.
그리고, 상기 출력 제어부(70)는 형광물질이 발현된 셀은 "1"로 인식하고, 그 이외의 셀은 "0"으로 인식하여 매트릭스 구조를 형성하고, 상기 매트릭스 구조를 이용하여 모니터링용 바이오 분석정보를 생성한다.
상기 광기록/재생부(65)는 첨부 도면 도 7에 도시된 바와 같이 광기록/재생을 위한 광을 입사받는 필터(16)와, 레이저다이오드가 구비된 헤드(24)로 구성되어 있으며, 상기 바이오 분석용 신호 생성부(64)는 첨부 도면 도 7에 도시된 바와 같이 상기 바이오칩에 의해 여기되는 광 중 발광형광 파장을 필터링하는 발광형광 필터(14)와, 상기 출력 제어부(70)로부터 입력되는 제어신호에 응하여 상기 필터링된 발광형광 파장을 검출하여 바이오 분석용 신호를 출력하는 발광형광파장 검출헤드(22)(상술한 바와 같이 발광형광파장 헤드는 PMT 또는 APD로 이루어진다)로 구성된다.
또한, 상기 광 픽업장치(60)는 첨부도면 도 7에 도시된 바와 같이 광을 방출하는 제1광원(19), 제2광원(23)과, 렌즈(12) 등을 더 포함하고 있으나, 상기 구성요소들은 CD/DVD 플레이어에 구비된 광픽업장치의 일반 구성요소와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기와 같이 구성된 바이오칩 판독 장치의 작용은 다음과 같다.
먼저, 사용자가 회전 구동부(40)에 바이오칩이 장착된 광디스크(10)를 올려놓은 후 모드 선택부(80)를 통해 바이오칩 판독모드를 선택하면, 출력 제어부(70)는 상기 회전 구동부(40)가 회전되도록 제어하는 한편, 광픽업장치(60)를 제어하여 광디스크(10) 하부면으로 제 1 광 및 제 2 광이 조사되도록 한다.
이때, 상기 제 1 광은 포커싱/트래킹조절부(도 5의 62)로 입사되어 출력 제어부(70)가 액츄에이터(14)를 제어하여 포커싱/트래킹 조절이 이루어지도록 한다.
그리고, 상기 바이오분석용 신호 생성부(도 5의 64)의 발광형광파장 검출헤드(22)는 상기 발광형광파장 필터(14)를 통해 필터링된 파장을 수신받아 바이오분석용 신호로 변환시켜 출력 제어부(70)로 출력한다.
즉, 상기 광픽업장치(60)의 발광형광파장 검출헤드(22)는 20~40% 정도의 반사도 차이를 이용하여 "0"과 "1"을 인식한다.
그리고, 첨부 도면 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 제 1 기판(2)과 제 2 기판(4)으로 이루어진 광디스크는 일반적인 CD/DVD 디스크와 같은 구조를 가지기 때문에 반사도 차이를 이용하여 정보를 인식하게 되며, 상기 제 2 기판(4)에 위치한 바이오칩은 제 2 광(8)에 의해 형광을 발현되고, 그 형광 정도를 발광형광 검출헤드(22)를 통해 검출하여 바이오분석용 신호를 생성하게 된다.
그리고 상기 바이오분석용 신호는 도면으로는 도시되지 않았으나 보정회로를 통해 보정된 후 출력 제어부(70)로 출력되고, 출력 제어부(70)는 모니터 또는 바이오칩이 탑재된 광디스크(10)에 기록될 수 있는 바이오분석용 정보 또는 기록용 바이오 분석신호를 출력한다.
한편, 상기 사용자가 모드선택부(80)를 통해 광기록/재생모드를 선택하면 상기 기록용 바이오 분석신호는 광기록/재생부(24)를 통해 상기 광디스크(10)에서 상기 바이오칩이 탑재된 영역을 제외한 소정 영역에 기록된다.
따라서, 사용자는 DNA 정보 등과 같이 바이오 분석정보가 필요한 경우 상기 광디스크(10)만을 제공하면 된다. 상기 광디스크(10)에 기록된 바이오 분석정보는 일반 컴퓨터에 탑재된 광디스크 재생기기를 재생가능하므로, 바이오 분석정보를 생성하기 위해 별도의 검사를 수행하지 않아도 된다.
예를 들어 병원에서 개인의 바이오칩 정보를 검출하여 그 정보를 디스크에 기록해주면 그것을 개인들이 소유하고 그것을 어느 곳에서나 CD/DVD 기기를 통해 그 정보를 다시 확인할 수 있다.
상술한 상기 광픽업장치(60)는 듀얼 광픽업장치로서, 좀더 상세히 기술하면 첨부 도면 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 레이저 파장이 서로 다른 두 개의 광원을 사용하여 제1광원(6)은 트랙킹과 포커싱을 조절하는데 사용하며, 제2 광원(8)은 바이오칩(110)에 포커싱되어 바이오칩 스캐너로서 검출하는데 사용되게 된다. 제1광원(6)과 제2광원(8)은 동일한 간격을 가지고 기판의 랜드/그루브를 따라 일체형 광픽업장치로 추종하게 된다. 그리고 기판은 이러한 듀얼 광픽업에 맞도록 제 1 기판(2)과 제 2 기판(4) 사이에 일정한 간격을 가지고 있으며, 제 1 기판(2)은 픽업의 추종을 위해 랜드/그루브가 있는 구조를 가지며, 제 2 기판(4)은 바이오칩(110)을 삽입할 수 있도록 제작된 광디스크 구조를 가진다. 상기 제 2 기판(4)에 바이오 칩(110)을 장착하게 되며 리니어 방식이 아닌 회전방식으로 검출하게 된다.
이렇게 광원에 의해 발광된 형광신호는 첨부 도면 도 7에 도시된 바와 같은 방식으로 검출하게 된다. 즉 제 1 기판(2)의 반사막(미도시)에 의해 제 1 광원(6)은 반사되고 반사된 제 1 광원(6)은 광 경로를 통해 포토디텍터(PD, 23)에 의해 트래킹과 포커싱 신호를 얻게 되며, 제 2 기판(8)에 장착된 바이오칩(110)에서 검출된 형광신호는 프리즘(14)으로 이루어진 선택성 필터에 의해 검출 파장이 분리되며, 분리된 검출 파장은 발광형광파장 검출헤드(22)로 입력되고, 발광 형광파장 검출헤드(22)에 의해 신호가 검출된다.
예를 들어 설명하면, 제1광원(6)은 CD 광원을 사용하고, 제2광원(8)을 DVD 광원을 사용할 경우, CD 디스크의 두께가 1.2mm이므로 이를 맞추어 주어야 하며, CD의 작동거리(working distance)는 1.32mm이고, DVD의 작동거리는 1.5mm이며, 표준 바이오칩의 두께가 1mm이므로 제 1 기판(2)과 제 2 기판(4) 사이의 간격을 0.18mm로 설계하게 되면 동시에 두 파장의 레이저 출력에 대해 디스크와 같이 랜드/그루브를 가지는 제 1 기판(2)을 가지며, DVD의 레이저가 적용되는 제 2 기판(4)을 가지는 CD 디스크 구조를 가졌다.
이때, 첨부 도면 도 9에 도시된 바와 같이 바이오칩 스캐너에서 형광 염료(dye)가 Cy5인 경우 조사 파장(excitation wavelength: 650nm)과 발광 파장(emission wavelength: 670nm)을 가지기 때문에 바이오칩(110)과 디스크 기판(2) 사이에 선택성 파장 반사막(26)을 도포하여 조사 파장의 빛은 통과시키고 발광 파장의 빛은 반사시켜 현재의 집광 효율을 2배로 증가시킬 수 있게 된다. 예를 들어, NA 0.8의 경우 약 40%의 집광 효율을 기대할 수 있다. 따라서 이 방법은 디스크 제작시 선택성 파장 반사막(26) 도포 공정만 첨가하면 되므로 실용성 측면에서 뛰어나고 제작 원가 측면에서 선택성 파장 반사막(26)에 의한 원가 상승만 고려되므로 저비용 기술로 고성능을 이룰 수 있다. 따라서 파장 선택성 반사막(26)을 바이오칩(110) 기판에 도포하여 광 포집 효율을 증가시킨다.
다음 첨부 도면 도 8을 참조하여 싱글 광픽업장치에 대해 설명하면 랜드/그루브를 가지는 제 1 기판(2) 상부에 바로 바이오칩(110)을 장착하게 된다. 이때 하나의 레이저 광원(6)을 사용하여 이 광원(6)을 가지고 트랙킹과 포커싱을 하는데 사용하는 동시에 바이오칩(110)에 포커싱되어 바이오칩 스캐너로서 검출하는데 사용되게 된다. 따라서 하나의 광원을 이용하여 포커싱/트랙킹 및 바이오칩 검출을 동시에 할 수 있게 된다. 이때 제 1 기판(2) 상부에 바이오칩(110)을 위치시킬 때 상기 바이오칩(110)이 초점 심도 범위 안에 올 수 있도록 장착하여야 하며 이를 위해 광디스크에서 바이오칩을 탑재시키는 구조나 기판에 직접 스폿팅하는 방식을 고려해야 한다.
이때, 바이오칩(110)이 첨부 도면 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 셀(30)과 셀(30) 사이에 트랙(35)이 형성되도록 디자인되어 있기 때문에 출력 제어부(70)는 상기 바이오칩 카트리지(115)로부터 반사되는 광원을 입사받아 트랙(35)이 검출되었는지를 체크하여, 트랙(35)이 검출되지 않은 경우 소정 셀이라 판단하고 생체물질 분석요청을 위한 바이오분석용 신호를 생성하고, 트랙(35)이 검출된 경우 하나의 셀 분석을 종료한다.
진단장치
상기 바이오칩 판독 장치(100)를 이용하여 진단장치를 구축할 수 있으며, 이 진단장치를 첨부 도면 도 24를 이용하여 설명하면 다음과 같다.
첨부 도면 도 24에 도시된 바와 같이, 바이오칩 판독 장치(100)와 서버인 진단장치(200)와 상기 바이오칩 판독 장치(100)와 상기 진단장치(200)를 연결하는 데이터 통신망(300)으로 구성된다.
상기 바이오칩 판독장치(100)의 구성은 전술한 것과 동일하므로, 여기서는 그 설명을 생략하기로 한다.
그리고, 상기 진단장치(200)는 바이오칩의 생체물질을 모니터링할 수 있는 기준 데이터들을 저장하고 있는 기준 데이터 데이터베이스(210)와, 바이오칩의 생체물질을 모니터링하여 분석한 결과를 저장하고 있는 진단결과 데이터베이스(220)와, 상기 바이오칩 분석장치(100)로부터 생체물질 분석요청 데이터를 입력받아 상기 기준 데이터와 비교, 분석하여, 분석결과를 상기 진단결과 데이터베이스(220)에 등록, 저장시키는 한편 사용자에게 제공될 수 있도록 하는 진단관리모듈(230)과, 상기 진단관리모듈(230)의 요청에 응하여 상기 통신장치(160)로부터 입력되는 발송정보에 응하여 상기 진단결과 데이터베이스(220)에 등록된 진단 결과를 사용자 단말기(400)로 전송하는 진단결과 관리모듈(240)로 구성된다.
이때, 상기 기준 데이터베이스(210)에 등록된 기준 데이터는 의사 또는 전문 가에 의해 생성된 통계 데이터로서, 질병의 확률 및 발병률을 산출해 낼 수 있는 데이터로 이용된다.
상기와 같은 진단장치의 작용은 다음과 같다.
바이오칩 판독 장치(100)에 대한 작용은 상술한 실시예와 동일하므로, 여기서 그 작용에 대한 설명은 생략하기로 한다.
바이오칩 판독 장치(100)에 의해 생성된 생체물질 분석요청 데이터는 출력 제어부(150)를 통해 통신장치(160)로 전송되고, 상기 통신장치(160)는 생체물질 분석 요청데이터를 데이터 통신망(300)을 통해 진단장치(200)의 진단관리모듈(230)로 전송한다.
그러면, 상기 진단 관리모듈(230)은 상기 생체물질 요청 데이터를 기준 데이터베이스(210)에 등록된 기준 데이터와 비교하여, 특정한 질환이나, 증상의 존재 유무를 판단하여 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 질병의 확률 및 발병률을 산출하여 제공하게 된다.
이때, 상기 바이오칩 분석 장치(100)는 사용자의 요청에 응하여 바이오칩 세부정보를 생체물질 요청 데이터와 함께 전송하며, 상기 진단관리모듈(230)은 상기 생체물질 요청 데이터를 상기 생체물질 요청 데이터와 함께 수신된 바이오칩 세부정보에 대응시켜 진단 결과 데이터베이스(220)에 등록시켜, 관리하는 한편 진단결과 관리모듈(240)을 제어하여 상기 진단 결과를 해당 사용자의 단말기(400)로 전송한다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의해 구현된 바이오칩 판독 장치는 일반 CD/DVD 기기에 기반을 두고 있기 때문에, 본 발명에 따른 바이오칩 판독 장치는 빔 스폿 사이즈가 1㎛ 이내인 빔(광)을 이용하여 원판형의 기록판을 고속으로 회전(7200rpm)시켜 고용량의 정보를 고속의 전송속도(1.38Mb/s) 단위로 정밀하게 읽고 쓸 수 있기 때문에 분석 속도에서 기존의 형광 공초점 스캐너보다 월등히 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 셀의 크기(스폿 사이즈)에 따라 부가적인 장치가 필요없고 디스크 타입으로 정보를 읽을 수 있기 때문에 의료, 환경, 화학 및 생물, 공정, 식품 그리고 정보 통신 분야가 직접적인 수요처가 될 수 있는 것뿐만 아니라 기존의 메이저 업체에 바이오칩 검출에 필요한 핵심 기술을 제공할 수 있어 고부가가치를 창출할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의해 구현된 바이오칩 탑재용 카트리지와 디스크 타입의 바이오칩은, 디스크 형태로는 검출하기 힘들다는 사각형 모양으로 패턴화되어 있는 마이크로 어레이 구조를 바이오칩을 그 구조를 변경시키지 않고 이용할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 우수한 배포성을 가지고 있기 때문에 기존의 시장이 연구소 와 병원 등에 국한되어 있던 시장을 자가 진단 시장으로 확대하여 더 넓은 사용범위를 가지게 할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 스캐너가 리니어 스테이지로 일정 속도를 가지며 구동하여 바이오칩을 검출하는 종래의 방식에서 탈피하여 기존의 CD/DVD 광학계를 이용하여 바이오칩을 고속으로 회전시키면서 검출할 수 있기 때문에 저가의 바이오 칩 스캐너 제작이 가능하다는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 디스크 상부 또는 내부에 바이오칩이 탑재된 회전가능한 디스크형태의 바이오칩 제공수단;
    상기 바이오칩 제공 수단이 회전가능하도록 구동되는 디스크 회전 구동부;
    상기 디스크로 빔을 조사하는 광원을 구비하고 있으며, 상기 디스크로부터 반사되어 되돌아 온 빔을 수광할 수 있는 수광부;
    상기 수광부를 통해 수신된 빔을 이용하여 포커싱 및 트랙킹을 조절하는 포커싱/트랙킹 조절부;
    상기 광원의 포커스와 트랙을 추종시킬 수 있는 대물렌즈 구동부를 가진 광 픽업부;
    상기 바이오칩에 의해 여기되는 광을 입사받아 바이오 분석용 신호를 출력하는 바이오 분석용 신호 생성부로 구성된 광 픽업 장치; 및
    상기 생성된 바이오 분석정보를 위한 신호 처리부를 가지고, 상기 신호를 분석하여 생성된 모니터링용 바이오 분석정보를 출력하는 출력 제어부;
    로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오칩 판독 장치.
  2. 디스크 상부 또는 내부에 바이오칩이 탑재된 회전가능한 디스크형태의 바이오칩 제공수단과, 상기 바이오칩 제공 수단이 회전가능하도록 구동되는 디스크 회전 구동부와, 상기 상기 디스크로 빔을 조사하는 광원을 구비하고 있으며, 상기 디스크로부터 반사되어 되돌아 온 빔을 수광할 수 있는 수광부와 상기 수광부를 통해 수신된 빔을 이용하여 포커싱 및 트랙킹을 조절하는 포커싱/트랙킹 조절부와 상기 광원의 포커스와 트랙을 추종시킬 수 있는 대물렌즈 구동부를 가진 광 픽업부와 상기 바이오칩에 의해 여기되는 광을 입사받아 바이오 분석용 신호를 출력하는 바이오 분석용 신호 생성부로 구성된 광 픽업 장치와, 상기 생성된 바이오 분석정보를 위한 신호 처리부를 가지고, 상기 신호를 분석하여 생성된 모니터링용 바이오 분석정보를 출력하는 출력 제어부로 이루어진 바이오칩 판독장치; 및
    상기 바이오칩의 생체물질을 모니터링할 수 있는 기준 데이터들을 데이터베이스로 구축하고 있으며, 상기 바이오칩 분석장치로부터 모니터링용 영상신호를 입력받아 상기 기준 데이터와 비교, 분석하여, 분석결과를 사용자에게 제공하는 진단장치;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 바이오칩 판독장치를 갖는 진단장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 제어부의 제어신호에 응하여 상기 바이오칩 제공수단의 소정 영역에 기록용 바이오 분석신호를 기록하고, 기록된 바이오 분석정보를 재생하는 광기록/재생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오칩 판독 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광픽업장치의 바이오 분석용 신호 생성부는,
    상기 광픽업장치에 의해 제공되는 광원이 하나일 경우 상기 출력 제어부로부터 입력되는 제어신호에 응하여 상기 바이오칩 제공수단으로 광을 조사하는 동시에 포커싱/트래킹 조절신호 및 바이오칩에 의해 여기되는 광을 입사받아 바이오 분석용 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 바이오칩 판독 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 바이오칩 판독장치는,
    바이오칩 판독모드와 일반 광기록/재생모드 중 하나의 모드를 선택할 수 있도록 하는 모드 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오칩 판독 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 출력 제어부는,
    형광물질이 발현된 셀은 "1"로 인식하고, 그 이외의 셀은 "0"로 인식하여 매트릭스 구조를 형성하고, 상기 매트릭스 구조를 이용하여 모니터링용 바이오 분석정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 바이오칩 판독 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 바이오 분석용 신호 생성부는,
    상기 바이오칩에 의해 여기되는 광 중 발광형광 파장을 필터링하는 발광형광 필터와,
    상기 출력 제어부로부터 입력되는 제어신호에 응하여 상기 필터링된 발광형광 파장을 검출하여 바이오 분석용 신호를 출력하는 발광형광파장 헤드,
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오칩 판독 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 디스크에서 바이오칩이 탑재되는 하부면에 선택파장 반사막이 도포되어 특정 파장의 광은 반사시키고, 나머지 파장의 광은 투과시키는 것을 특징으로 하는 바이오칩 판독 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 바이오칩 판독장치로부터 생체물질을 분석할 수 있는 모니터링용 영상신호를 입력받아 미리 설정되어 있는 통신연결 정보에 따라 통신라인을 연결시킨 후 상기 모니터링용 영상신호와 함께 분석처리 요청데이터를 전송하는 통신장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오칩 판독장치를 갖는 진단장치.
KR1020040083105A 2003-10-18 2004-10-18 바이오칩 판독 장치 및 바이오칩 판독장치를 갖는 진단장치 KR100747647B1 (ko)

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