KR100856090B1 - 표면 플라즈몬 공명각 측정장치 - Google Patents

표면 플라즈몬 공명각 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해상도가 향상된 표면 플라즈몬 공명각 측정장치에 관한 것이다.
본 발명의 표면 플라즈몬 공명각 측정장치는, 표면 플라즈몬이 생성되는 금속 박막과 투명 박막의 매질이 접합되어 일면에 반응체가 구비된 센서칩; 상기 센서칩의 타면에 장착되는 여기수단; 상기 센서칩을 향해 광을 조사하는 광원; 상기 광원에서 조사되어 센서칩에 반사된 반사광을 감지하는 수광부; 상기 수광부에 결합되어 전위차에 의해 소정 간격의 구동 변위를 가지고 좌, 우 이송되는 위치이동소자; 및 상기 위치이동소자에 전기적으로 연결되어 전위를 가하는 컨트롤러;를 포함하며, 상기 위치이동소자의 좌, 우 유동에 따른 수광소자로 입사되는 반사광에 대한 측정 횟수를 해당 픽셀 내에서 증가시켜 제한된 픽셀 내에서 해상도가 현저히 향상되며, 이에 따라 정확한 표면 플라즈몬 공명각이 측정될 수 있는 장점이 있다.
센서칩, 금속 박막, 투명 매질, 여기수단, 경계면, 광원, 수광부, 위치이동소자, 컨트롤러

Description

표면 플라즈몬 공명각 측정장치{Measuring device for surface plasmon resonance angle}
도 1은 종래 표면 플라즈몬 공명각 측정 장치의 개략도.
도 2는 종래 표면 플라즈몬 공명각 측정 장치에 채용된 검출기의 검출면 단면도.
도 3과 도 4는 임의의 생체물질에 대한 표면 플라즈몬 공명각 측정값이 도시된 그래프로서,
도 3은 임의의 생체물질에 대한 반사광의 강도와 실질적인 공명각이 표시된 그래프이고,
도 4는 종래 표면 플라즈몬 공명각 측정 장치에 채용된 검출기를 이용하여 추출된 공명각이 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명각 측정장치의 개략도.
도 6은 본 발명의 표면 플라즈몬 공명각 측정장치에 채용되는 수광부의 구성도.
도 7은 본 발명에 채용된 수광부의 구동시 구성도.
도 8은 본 발명의 공명각 측정 장치에 채용된 수광소자가 위치이동소자에 의 해 한 픽셀 크기의 1/2에 해당하는 간격으로 이동되면서 반사광 강도 변화가 측정된 그래프.
도 9는 본 발명의 공명각 측정 장치에 채용된 수광소자가 위치이동소자에 의해 한 픽셀 크기의 1/100에 해당하는 간격으로 이동되면서 반사광 강도 변화가 측정된 그래프.
도 10은 종래의 공명각 측정 장치를 이용하여 입사각에 대한 반사광의 강도 변화를 측정한 데이터와 하나의 픽셀 크기의 1/100 간격으로 이동되면서 측정된 반사광의 강도 변화를 측정한 데이터를 조합하여 표면 플라즈몬 공명각 근처의 지점에서 확대한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100. 센서칩 110. 금속 박막
120. 투명 매질 130. 여기수단
150. 경계면 200. 광원
300. 수광부 310. 위치이동소자
400. 컨트롤러
본 발명은 해상도가 향상된 표면 플라즈몬 공명각 측정장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 어레이 형태의 수광소자 하면에 위치이동소자가 부착되어 전압차에 의한 상기 위치이동소자의 좌, 우 유동으로 공명각 측정의 해상도가 향상됨에 따라 센서면에 접촉되는 시료 매질의 굴절률 변화를 정확하게 측정할 수 있도록 한 표면 플라즈몬 공명각 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 표면 플라즈몬 공명을 이용한 센서 시스템은 금속 박막의 표면에 존재하는 표면 플라즈몬(금속 박막과 유전체 사이의 경계면에서 발생되는 전하 밀도 진동)의 입사광에 대한 공명을 흡수하여 매질의 굴절률, 두께 또는 농도 변화를 측정하는 데 사용된다.
이때, 상기 표면 플라즈몬의 진동을 발생시키기 위해서는 상기 금속 박막과 유전체 사이의 경계면에 수직하는 성분인 TM 편광된 파가 입사되어야 한다.
표면 플라즈몬 공명(SPR : Surface Plasmon Resonance)법은 바이오 센서에 적용될 수 있는 광학적 센싱 방법으로 금속 박막의 표면에서 발생되는 표면 플라즈몬(surface plasmon) 현상을 이용한다. 즉, 소정 두께의 금속 박막에 빛을 입사시키면 특정 입사각에서는 경계면과 평행 방향의 입사파와, 금속 박막과 공기의 경계면을 따라 진행하는 표면 플라즈몬 파의 위상이 일치하게 되어 상기 입사파의 에너 지가 모두 금속 박막에 흡수되면서 반사파가 없어지는 표면 플라즈몬 공명 현상이 발생된다.
상기와 같이 금속 박막에 흡수되는 광의 반사도가 급격하게 감소하는 각도를 표면 플라즈몬 공명각(θSP, SPR angle)이라 하며, 상기 표면 플라즈몬 공명각에 의해서 금속 박막 표면에 접촉되는 생체 물질의 변화를 굴절률 변화에 의해 감지될 수 있다.
이와 같은 표면 플라즈몬 공명각을 이용한 측정 방법은 주로 프리즘 또는 회절격자에 입사되는 광의 입사각을 조절하여 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하게 되며, 크게 다음과 같은 선행기술들이 제안되고 있다.
먼저, 광의 입사각을 기계적인 움직임에 의해서 변화시키기 위하여 주로 광원 자체를 유동시키거나 기판을 회전시켜 입사각의 실질적인 변화를 가하는 방법으로써, 광원 또는 기판의 회전을 제어하기 위하여 정교한 기계적, 전자적 시스템이 필요하게 됨에 따라 장치 구성에 많은 비용이 소요된다. 또한, 이와 같은 방법은 입사각을 제어하기 위한 광원 및 기판의 동적인 움직임을 이용하게 됨에 따라 시스템의 안정성과 신뢰성이 떨어지고, 복잡한 구조로 이루어질 수 밖에 없는 단점이 있다.
또한, 이와 같은 단점을 극복하기 위하여 광학적으로 입사각을 조절하거나 이에 따른 파장의 변화를 측정하는 방법이 사용되는 바, 미국특허 제4,889,427호와 제5,359,681호에 기재된 바와 같이 광원에서 발산되는 빛이 수렴되는 위치에 기판을 위치시킨 후, 시료를 통해 반사되어 발산되는 빛을 어레이 형태의 수광소자에 의해서 측정함에 의해서 입사각을 연속적으로 변화시킨 효과를 가지고 최소의 빛이 입사된 픽셀에 해당하는 플라즈몬 공명각을 찾아내는 방법이 개시되어 있다.
이와 같은 플라즈몬 공명각 측정 방법은 앞서 설명된 입사각을 기계적인 구동에 의해 변화시키는 부품을 사용하지 않기 때문에 안정적이기는 하나, 센서의 감지 범위와 공명각 측정의 해상도를 향상시키기 위해서는 소정의 입사각을 가지고 입사되는 센서 반사광을 감지할 수 있는 픽셀의 크기를 줄이면서 픽셀의 개수를 늘려야 하는 문제점을 가지고 있다.
그러나, 현재의 수광소자, 즉 센서는 픽셀의 개수나 크기가 대부분 1280×1024의 픽셀로 제한적이어서 감지 범위와 센서면에 반사된 광의 분해능 성능 향상이 제한적일 수밖에 없다.
아래 도시된 도 1은 종래 표면 플라즈몬 공명각 측정 장치의 개략도이고, 도 2는 종래 표면 플라즈몬 공명각 측정 장치에 채용된 검출기의 검출면 단면도로서, 종래의 표면 플라즈몬 공명각 측정장치는 센서칩(100)과, 상기 센서칩(100) 일면에 고정된 반응체(111)와, 상기 센서칩(100)의 타면에 장착되는 프리즘(130)과, 상기 센서칩(100)을 향해 광을 조사하는 광원(200) 및 상기 광원(200)에서 조사된 광이 센서칩(100)에 반사되어 입사되는 검출기(300)로 구성된다.
상기 광원(200)에서 조사된 광은 센서칩(100)에 구비된 금속 박막(110)과 투명 재료(120)의 경계면(150)에 반사되고, 그 반사광이 어레이 형태의 검출기(300)로 입사된다.
이와 같은 방식에 의한 센서칩(100)의 표면 농도 변화는 검출기(300)로 입사되는 입사각에 대하여 Ι의 상태에서 Ⅱ의 상태로 입사각을 이동시키면서 측정되는 반사광에 대한 강도 변화량이 도시된 그래프 1(160)에 의해서 알 수 있다.
여기서, 상기 그래프 1(160)에서 최소값을 갖는 지점은 검출기(300)로 입사되는 반사광의 강도가 최저인 상태의 공명이 발생된 지점이고, 그 지점에 해당되는 각도가 공명각(θSP)을 나타낸다.
이때, 상기 검출기(300)는 도 2에 도시된 바와 같이 그 표면에 대략 7.5㎛×7.5㎛의 크기로 형성되어 1280×1024의 해상도를 갖는 다수의 픽셀(300-1, 300-2,…300-n)이 어레이 형태로 구성된 이미지센서가 채용된다.
한편, 도 3과 도 4는 임의의 생체물질에 대한 표면 플라즈몬 공명각 측정값이 도시된 그래프로서, 도 3은 임의의 생체물질에 대한 반사광의 강도와 실질적인 공명각이 표시된 그래프이고, 도 4는 종래 표면 플라즈몬 공명각 측정 장치에 채용된 검출기를 이용하여 추출된 공명각이 그래프이다.
도시된 바와 같이, 도 3에 표시된 임의의 생체물질에 대한 반사광의 강도 변화에 따른 실질적인 공명각(θsp)은 14.144°로 표시됨에 있어, 종래의 공명각 측정 장치를 이용한 동일한 생체물질의 공명각 측정은 도 4와 같이 표시되는 바, 각 픽셀을 통해 검출되는 입사 각도별 반사광의 강도 변화에 따라 그 공명각(θsp)이 14.999°로 표시된다.
따라서, 종래 공명각 측정 장치를 이용하여 측정된 공명각과 실질적인 공명 각의 오차는 0.855°의 비교적 큰 오차값을 갖는다.
이는, 종래의 표면 플라즈몬 공명각 측정 장치가 앞서 설명된 바와 같이 일정한 크기로 구분된 픽셀을 갖는 이미지센서가 검출기에 채용될 수 밖에 없기 때문에 이상적인 공명각 측정을 위하여 미세한 각도별로 반사광의 입사 각도를 조절하면서 선형적인 반사광의 강도 변화를 측정할 수 없을 뿐만 아니라 수㎛의 크기의 픽셀이 제한된 개수로 이루어진 이미지센서가 채용될 수 밖에 없기 때문에 오차값 수정이 어려운 단점이 있다.
따라서, 정확한 공명각 측정을 위해서는 픽셀의 크기가 작으면서 픽셀의 수가 많은 이미지센서를 사용해야 하나, 상기 픽셀의 크기는 현재의 기술적 수준으로는 최하 3.5㎛ 이하의 크기로 제작하기가 어렵고, 해상도가 높은 이미지센서가 채용될수록 공명각 측정 장치의 제작 비용이 증가되는 결과를 초래한다.
따라서, 본 발명은 종래 표면 플라즈몬 공명각 측정장치에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 센서칩에 반사된 반사광이 입사되는 어레이 형태의 수광소자에 전위차에 의해 수평 이동되는 위치이동소자가 부착됨으로써, 상기 위치이동소자의 좌, 우 유동에 따른 수광소자로 입사되는 반사광에 대한 측정 횟수를 해당 픽셀 내에서 증가시켜 정확한 표면 플라즈몬 공명각을 측정할 수 있도록 한 표면 플라즈몬 공명각 측정장치가 제공됨에 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은, 일면에 반응체가 구비된 센서칩과, 상기 센서칩의 타면에 장착되는 여기수단과, 상기 센서칩을 향해 광을 조사하는 광원과, 상기 광원에서 조사되어 센서칩에 반사된 반사광을 감지하는 수광부와, 상기 수광부에 결합되어 소정의 간격으로 좌, 우 이송되는 위치이동소자와, 상기 위치이동소자에 전기적으로 연결되어 전위를 가하는 컨트롤러를 포함하는 표면 플라즈몬 공명각 측정장치가 제공됨에 의해서 달성된다.
상기 센서칩은 금속 박막과 이와 접합 계면을 형성하는 투명 재질의 매질로 구성되며, 바람직하게는 SiO2, TiO2로 구성된다.
상기 센서칩의 금속 박막 상에는 항원 또는 항체의 특성을 갖는 반응체가 고정되며, 상기 반응체가 고정된 금속 박막 상에는 측정 대상의 생체 물질이 이송되는 플로우 채널이 형성된다.
상기 센서칩의 타면에는 상기 금속 박막에 접착된 매질과 동일하거나 유사한 굴절률을 갖는 여기수단이 고정되며, 상기 여기수단을 경유하여 센서칩 상으로 광원을 통해 TM 편광된 광이 조사된다.
이때, 상기 여기수단은 프리즘 또는 회절격자가 사용된다.
상기 광원을 통해 조사된 광은 센서칩의 금속 박막과 투명 매질 사이의 경계면 상에서 반사되어 수광부로 입사되며, 이때 상기 수광부는 그 하면에 장착된 위치이동소자의 구동 변위를 따라 좌, 우로 수평 이동된다.
상기 위치이동소자는 압전소자(PZT : Piezoelectric Transducer)를 비롯한 압전 물질로 구성되며, 상기 압전소자는 전위를 인가하기 위하여 그 표면에 은, 금, 백금 등과 같은 전도성 전극이 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 위치이동소자는 전도성 전극을 통해 컨트롤러와 전기적으로 연결되며, 상기 컨트롤러에서 인가되는 전위에 의해서 기설정된 간격의 변위를 가지고 좌, 우 이송된다.
이와 같은 구성의 표면 플라즈몬 공명각 측정장치는 센서칩에 반사된 광이 수광부로 입사되면서 그 입사 각도를 변화시키기 위한 물리적 수단을 사용하지 않고 상기 수광부로 입사되는 광의 입사각에 대하여 수광부 자체를 위치이동소자에 의해서 기설정된 소정의 간격으로 이동시키면서 제한된 픽셀 내에서의 측정 횟수를 늘려 반사광의 강도를 더 정밀하게 측정할 수 있다. 그리고, 측정된 반사광의 강도 그래프 내에서 공명이 발생된 지점으로 추정되는 최소값을 갖는 지점의 공명각을 추출함에 의해 실제 공명각과 가장 오차가 적은 공명각이 도출됨에 따라 상기 금속 박막 상의 플로우 채널을 통해 이송되는 생체 물질의 농도 또는 상태 변화를 정확하게 감지할 수 있도록 한 데에 기술적 특징이 있다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명각 측정장치의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
먼저, 도 5는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명각 측정장치의 개략도이고, 도 6은 본 발명의 표면 플라즈몬 공명각 측정장치에 채용되는 수광부의 구성도이며, 도 7은 본 발명에 채용된 수광부의 구동시 구성도이다.
아래에서 본 발명에 대한 기술적 구성의 구분에 의한 도면 부호 중 종래의 기술적 구성과 동일한 부분에 대해서는 종래의 도면 부호와 동일한 도면 부호를 부여하였다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 표면 플라즈몬 공명각 측정창지는 센서칩(100)과, 상기 센서칩(100)에 고정되는 프리즘(130)과, 상기 센서칩(100)을 향해 광을 조사하는 광원(200) 및 광원(200)에서 조사되어 상기 센서칩(100)에 반사된 반사광이 수광되는 감지되는 수광부(300)로 구성되며, 상기 수광부(300)에는 수광소자(300-1~300-n)의 수평 이송을 위한 위치이동소자(310)와 상기 위치이동소자(310)에 전위를 가하기 위한 컨트롤러(400)가 결합된다.
상기 센서칩(100)은 표면 플라즈몬을 생성시키기 위한 금속 박막(110)과, 투명의 매질(120)로 구성되며, 상기 금속 박막(110)의 일면에는 플로우 채널을 통과하는 생체 물질과 항원, 항체 반응으로 결합되는 반응체(111)가 고정된다.
상기 금속 박막(100)은 금(Au) 또는 은(Ag) 등의 금속으로 구성될 수 있으나, 산화(Oxidation)를 포함한 변성이 문제될 수 있는 은(Ag)보다 생체 친화적이고 변성이 적은 금(Au)으로 이루어짐이 바람직하다.
또한, 상기 금속 박막(100)에 결합되는 투명 매질(120)은 상기 반응체(111)가 고정된 면의 반대면에 장착되는 여기수단(130)과 유사하거나 동일한 굴절률을 갖는 투명 박막으로 형성되며, 주로 SiO2, TiO2로 구성된다.
이때, 상기 여기수단(130)은 프리즘 또는 회절격자 등이 채용 가능하며, 본 발명에서는 주로 프리즘이 채용된 구조로 설명한다.
그리고, 상기 프리즘(130)은 BK7, SF 등과 같이 굴절률(nd=1.5~1.9)이 높은 투명 매질로 구성되고, 그 단면이 삼각형 또는 반원형의 형태로 이루어짐이 바람직하다.
한편, 상기 프리즘(130)이 결합된 센서칩(100)에 광을 조사하는 광원(200)은 단파장 또는 다중파장을 갖는 광을 제공하는 TM 또는 P-편광된 단색 광원, 백색 광원, 레이져 및 발광 다이오드(LED) 등으로 구성되며, 상기 광원(200)에서 조사된 광은 프리즘(130)을 경유하여 센서칩(100)에 조사된다.
이때, 상기 센서칩(100)에 조사된 광은 센서칩(100)의 금속 박막(110)과 투명 매질(120) 사이의 경계면(150), 즉 반응체(111)가 고정된 금속 박막(110) 일면의 반대면에 센서칩(100)을 향해 입사되는 각도와 동일한 각도로 반사되어 수광부(300)로 입사된다.
여기서, 상기 수광부(300)는 그 수광면에 포토다이오드, 광 증폭기, 감광용지 및 CCD나 CMOS와 같은 이미지센서 등의 수광소자가 부착될 수 있으며, 본 발명의 수광부(300)는 일정한 크기의 픽셀(300-1)이 어레이 형태로 배열된 이미지센서가 채용됨이 바람직하다.
상기 경계면(150)에 반사된 반사광은 금속 박막(110) 일면에 고정된 항원 또는 항체의 반응체(111)에 샘플 시료가 플로우 채널을 통과하면서 항체 또는 항원으로 결합됨에 따라 변화하는 금속 박막(110) 표면 농도의 정보를 가지고 상기 수광 부(300)에 입사되며, 상기 수광부(300)에 입사되는 반사광의 강도는 연속 구간을 가지는 시간의 함수인 센서그램(sensor gramme)으로 표시되며, 항원, 항체간의 결합 및 해리 반응에 대한 기록으로 실시간 제공된다.
상기와 같은 반사광의 강도 변화 측정은, 상기 센서칩(100)의 반응체(111)가 구비된 플로우 채널 상에 측정 대상이 되는 시료인 생체물질이 유동되고, 상기 광원(200)으로부터 센서칩(110)의 경계면(150)을 향해 소정의 각도로 프리즘(130)을 경유하여 광이 조사되어 상기 프리즘(130) 내부의 경계면(150) 상에서 전반사된다. 이때, 전반사된 광은 수광부(300)로 입사되면서 금속 박막(110)과 평행한 파수벡터 성분이 금속 박막(110)의 표면과 그 표면 상에 위치하는 생체물질의 경계면을 따라 요동하는 전자밀도, 즉 표면 플라즈몬의 파수벡터와 일치할 때 입사광에 에너지는 표면 플라즈몬에 대부분 흡수된다.
따라서, 상기 금속 박막(110)의 표면과 접촉하고 있는 측정대상인 생체 물질의 두께, 굴절률 및 농도 변화에 따라 표면 플라즈몬의 공명 흡수 조건이 예민하게 변화하게 되며, 이 변화는 빛의 반사율을 변화시키므로 수광부(300)를 통해 변화되는 반사율을 측정함으로써, 시료의 굴절률과 두께 및 농도 변화를 정량적으로 알아낼 수 있는 것이다.
또한, 상기 수광부(300)는 수광면의 하면에 수광소자(300-1~300-n)를 소정의 간격으로 좌, 우 이동시키기 위한 위치이동소자(310)가 부착되며, 상기 위치이동소자(310)는 컨트롤러(400)에 전기적으로 연결된다.
상기 위치이동소자(310)는 수광소자(300-1~300-n)의 어레이 형태로 배열된 각 픽셀의 크기를 기준으로 그 이상 또는 그 이하의 이동 범위를 가진다.
즉, 다수의 픽셀(300-1)이 어레이 형태로 배열된 이미지센서의 경우 그 하면에 부착되는 위치이동소자(310)의 구성 물질에 따라 수 ㎚에서 수 ㎜의 범위로 이송될 수 있는 바, 상기 위치이동소자(310)에 연결된 컨트롤러(400)를 통한 소정의 이동 간격 설정에 의해서 평면 유동되면서 이미지센서의 전체적인 평면 이송이 이루어지도록 한다.
여기서, 상기 이미지센서를 구성하는 각 픽셀(300-1)은 통상적으로 7.5㎛×7.5㎛의 정사각형으로 형성됨에 따라 수광부(300)로 입사되는 반사광에 대한 강도 측정 횟수를 증가시키기 위해서는 한 픽셀의 크기 내에서 수 차례 강도 측정이 이루어지도록 하여야 한다.
따라서, 상기 위치이동소자(310)의 이동 범위는 수광소자(300-1~300n)인 이미지센서를 구성하는 하나의 픽셀 크기 이하의 범위로 제한됨이 바람직하다.
만약, 도 7에서와 같이 상기 수광부(300) 하단에 부착된 위치이동소자(310)를 컨트롤러(400)에 의해서 제어하여 하나의 픽셀(300-1) 크기의 1/2에 해당하는 거리만큼 이동하였을 경우에는 도 8과 같은 형태로 반사광의 강도 변화가 측정된다.
도 8은 본 발명의 공명각 측정 장치에 채용된 수광소자가 위치이동소자에 의해 한 픽셀 크기의 1/2에 해당되는 거리가 이동된 상태의 반사광 강도 변화가 측정된 그래프로서, 도시된 바와 같이 동일한 측정 구간에서 2배의 측정 횟수를 가지며, 이에 따라 2배의 해상도에 해당하는 데이터를 가지고 특정 입사각에 대한 반사 광의 강도 변화가 측정되는 것을 알 수 았다.
도 8에 의하면, 반사광의 반사 강도 중 최저값을 갖는 지점의 각도, 공명이 발생된 표면 플라즈몬 공명각(θSP)은 13.999°로 측정되며, 앞선 종래 기술에서 설명된 바와 같은 특정 생체 물질에 대한 실질적인 공명각은 14.144°로 구성됨에 따라 0.145°의 오차값을 갖는다.
이를 살펴보면, 앞서 설명된 종래의 공명각 측정 장치를 이용하여 측정된 동일한 생체 물질에 대한 오차값인 0.855°에 비해 그 측정 오차가 현저하게 감소되는 것을 알 수 있다.
한편, 상기 위치이동소자(310)는 압전소자(PZT : Piezoelectric Transducer)를 비롯한 압전 물질로 구성되며, 상기 압전소자는 전위를 인가하기 위하여 그 표면에 은, 금, 백금 등과 같은 전도성 전극이 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 위치이동소자(310)는 그 표면의 임의 지점에 형성된 전도성 전극을 통해 컨트롤러(400)와 전기적으로 연결되며, 상기 컨트롤러(400)에서 인가되는 전위에 의해서 기설정된 변위로 좌, 우 이송된다.
따라서, 상기 위치이동소자(310)가 최소 단위로 0.01㎚의 이동 거리를 가지고 하나의 픽셀 크기 이내에서 최소 단위만큼씩 순차적인 이동이 이루어진다면, 하나의 픽셀이 최대 7,500,000번 이동하여 기설정된 단위 이동시마다 반사광에 대한 강도가 측정될 수 있다.
즉, 상기 위치이동소자(310)의 평면 이송 단위를 작게 할수록 반사광에 대한 강도를 측정할 수 있는 횟수가 늘어나기 때문에 가장 이상적인 형태인 선형에 가까 운 반사광의 강도에 대한 그래프가 도출됨으로써, 실질적인 공명각에 근접한 공명각 측정이 가능해지게 된다.
다음, 도 9는 본 발명의 공명각 측정 장치에 채용된 수광소자가 위치이동소자에 의해 한 픽셀 크기의 1/100에 해당하는 간격으로 이동되면서 반사광 강도 변화가 측정된 그래프로서, 도시된 바와 같이 한 픽셀의 크기(7.5㎛×7.5㎛) 내에서 수광부(300)로 입사되는 반사광에 대한 100회의 반사광 강도가 측정된다.
따라서, 앞서 설명된 도 8에 도시된 반사광 강도 측정시보다 50배의 해상도가 향상된 선형에 가까운 데이터에 의해서 반사광의 강도 변화가 측정된다.
즉, 어레이 형태를 이루는 수광소자(300-1~300-n)의 하나의 픽셀(300-1) 내에서 100회의 반사광 강도가 측정되고, 측정된 데이터의 최소값을 갖는 지점에 해당되는 각도를 추출함으로써, 입사광의 에너지가 금속 박막(110)에 생성된 표면 플라즈몬에 의해 흡수되어 공명이 발생된 지점의 입사 각도가 더 정확하게 측정될 수 있다.
도 9에 의하면, 반사광의 강도 중 최저값을 갖는 지점의 각도, 공명이 발생된 표면 플라즈몬 공명각(θSP)은 14.199°로 측정되며, 앞선 종래 기술에서 설명된 바와 같은 특정 생체 물질에 대한 실질적인 공명각은 14.144°로 구성됨에 따라 0.055°의 오차값을 갖는다.
이를 살펴보면, 도 8에 의거하여 설명된 공명각 측정에 대한 오차값인 0.145°에 비해 그 측정 오차가 더 정확하게 측정되는 것을 알 수 있다.
도 10은 종래의 공명각 측정 장치를 이용하여 입사각에 대한 반사광의 강도 변화를 측정한 데이터와 하나의 픽셀 크기의 1/100 간격으로 이동되면서 측정된 반사광의 강도 변화를 측정한 데이터를 조합하여 표면 플라즈몬 공명각 근처의 지점에서 확대한 그래프로서, 종래에 비하여 100배의 해상도를 가지도록 위치이동소자(310)를 이용하여 한 픽셀 크기의 1/100씩 이동되면서 측정된 데이터가 실제 공명각에 더욱 근접한 측정 결과를 도출할 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명은 수광부(300)로 입사되는 입사광에 대한 반사광의 강도 변화 데이터의 측정 횟수가 위치이동소자(310)를 이용하여 수광소자(300-1~300-n)가 설정된 간격만큼 미세하게 이동하면서 증가하게 되고, 증가된 데이터 중에서 공명각에 해당하는 최소값이 추출됨에 따라 종래와 같이 위치 고정된 수광소자에 비해 정확한 공명각을 측정할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 반응체가 일면에 고정된 센서칩의 타면에 반사된 반사광이 입사되는 어레이 형태의 수광소자 하부에 전위차에 의해 수 평 이동되는 위치이동소자가 부착됨으로써, 상기 위치이동소자의 좌, 우 유동에 따른 수광소자로 입사되는 반사광에 대한 측정 횟수를 해당 픽셀 내에서 증가시켜 제한된 픽셀 내에서 해상도가 현저히 향상되며, 이에 따라 정확한 표면 플라즈몬 공명각이 측정될 수 있는 장점이 있다.

Claims (13)

  1. 표면 플라즈몬이 생성되는 금속 박막과 투명 박막의 매질이 접합되어 일면에 반응체가 구비된 센서칩;
    상기 센서칩의 타면에 장착되고, 상기 금속 박막에 접합된 매질과 동일한 굴절률을 가지는 여기수단;
    상기 센서칩을 향해 광을 조사하는 광원;
    상기 광원에서 조사되어 센서칩에 반사된 반사광을 감지하는 수광부;
    상기 수광부에 결합되어 전위차에 의해 소정 간격의 구동 변위를 가지고 좌, 우 이송되는 위치이동소자; 및
    상기 위치이동소자에 전기적으로 연결되어 전위를 가하는 컨트롤러;
    를 포함하는 표면 플라즈몬 공명각 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서칩은, 항원 또는 항체 역할을 하는 반응체가 고정된 면 상에 측정 대상의 생체 물질이 이송되는 플로우 채널이 형성된 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명각 측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 박막은, 금(Au) 또는 은(Ag) 등의 금속으로 구성된 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명각 측정장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 여기수단은, 프리즘 또는 회절격자 중 어느 하나가 선택적으로 채용되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명각 측정장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프리즘은, BK7, SF 등의 1.5 내지 1.9의 굴절률을 가지는 투명 매질로 구성되고, 그 단면이 삼각형 또는 반원형의 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명각 측정장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 매질은, SiO2, TiO2로 구성된 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명각 측정장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광원은, 단파장 또는 다중파장을 갖는 광을 제공하는 TM 편광 또는 P-편광된 단색 광원, 백색 광원, 레이져 및 발광 다이오드(LED) 중 선택된 어느 하나의 광원이 채용되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명각 측정장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 수광부는, 그 수광면에 포토다이오드, 광 증폭기, 감광용지 및 CCD나 CMOS와 같은 이미지센서 중 선택된 어느 하나의 수광소자가 장착된 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명각 측정장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 위치이동소자는 압전소자(PZT : Piezoelectric Transducer)를 비롯한 압전 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명각 측정장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 위치이동소자는, 그 표면에 형성된 은, 금, 백금 등과 같은 전도성 전극에 의해서 전위가 인가되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명각 측정장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 위치이동소자는, 수광면에 어레이 형태로 배열된 수광소자의 각 픽셀 크기를 기준으로 그 이상 또는 그 이하의 이동 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명각 측정장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 위치이동소자의 이동 범위는 수광소자의 한 픽셀 크기 이하의 범위로 제한되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명각 측정장치.
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