KR100923461B1 - 마이크로 플레이트 시료분석 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로 플레이트의 시료들에 대해 한번에 촬영된 이미지로 각각의 pH, O2 농도, CO2 농도 등의 정보를 얻을 수 있는 시료분석 장치에 대한 것으로서, 시료를 담기 위한 복수의 웰을 포함하는 마이크로 플레이트, 상기 복수의 웰 각각에 균일한 광을 조사하는 플레이트형 광원 유닛, 상기 플레이트형 광원 유닛의 반대편에 위치하고 상기 마이크로 플레이트 전체 이미지를 얻기 위한 이미지 센서 및 상기 이미지 센서로부터 받은 이미지 신호를 출력하는 제어부를 포함한다.
pH, 농도, 마이크로 플레이트, 균일광

Description

마이크로 플레이트 시료분석 장치{A sample analysis appparatus for a micro-plate}
본 발명은 pH, O2 농도, CO2 농도 등을 광학적으로 측정하는 장치에 대한 것으로서, 특히 마이크로 플레이트의 시료들에 대해 한번에 촬영된 이미지로 각각의 pH, O2 농도, CO2 농도 등의 정보를 얻을 수 있는 시료분석 장치에 대한 것이다.
세포 대사에서 가장 중요한 광합성, 호흡과 밀접한 관련이 있는 수소 이온과 산소 농도는 그 변화량을 측정함으로써 세포의 대사 정보를 알 수 있다. 현재 사용되는 산소 농도와 pH 측정 센서에는 ISFET 등의 접촉식 센서와 시험관을 밀폐시킨 상태에서 가스를 공급하면서 시험관 밖으로 배출되는 가스의 양을 측정하여 그 변화량을 측정하는 방식이 있다.
이러한 종래기술은 pH, 산소와 이산화탄소 등 각각에 대한 변화, 소모, 배출량을 동시에 측정할 수는 있으나, pH, 산소와 이산화탄소 등을 개별적으로 측정하 기 위한 센서와 그 시스템을 필요로 하고 있으며, 다수 개의 시료에 대한 정보를 얻기 위해서는 각각에 대해 측정을 수행해야 하므로 측정 과정이 번거롭다는 문제점이 있다.
이에 본 발명자는 마이크로 플레이트의 웰에 담긴 시료에 지시약을 첨가하고, 그 영상신호를 분석하는 장치에 대해 비공개된 한국특허출원 제2007-0005058호"세포 대사 정보의 광학적 측정 장치"에 기재한 바 있다. 일반적으로 램프의 광원은 중심과 가장자리 사이의 밝기에서 차이가 나는 가우시안 분포를 갖게 되어, 가우시안 분포를 갖는 광원을 다시 집광렌즈 및 다른 광학계에 사용하더라도 중심부와 가장자리의 밝기 차이는 항상 존재하게 된다. 이러한 중심부와 가장자리의 밝기 차이는 마이크로 플레이트의 중심에 위치한 시료의 정보와 가장자리에 위치한 시료의 정보가 균일하지 아니하여 동일한 pH 농도의 시료에 대해서도 균일한 데이터를 확보하기 어려워질 수 있다.
또한, 일반적인 마이크로 플레이트는 사각형 형태이나, 램프와 렌즈로 구성된 종래의 광조사계는 원형 단면의 평면광속을 방사하므로 원형 단면의 평면광속은 다시 사각형의 반응 튜브 플레이트에 맞도록 사각형 단면의 광속으로 변화시키면서 원형 단면의 일부 가장자리 부분이 제거되어야 한다. 이때 제거되는 광속은 램프에서 나오는 광속의 일부를 제거하는 결과이므로 광원의 사용 효율을 떨어뜨리게 된다.
본 발명의 목적은 마이크로 플레이트의 시료들에 대해 한번에 촬영된 이미지로 각각의 pH, O2 농도, CO2 농도 등의 정보를 얻을 수 있는 시료분석 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이미지를 이용하여 pH, O2 농도, CO2 농도 등의 정보를 자동으로 얻을 수 있는 시료분석 장치의 구성을 제공하는 데 있다.
본 발명의 상기 목적은 시료를 담기 위한 복수의 웰을 포함하는 마이크로 플레이트, 상기 복수의 웰 각각에 균일한 광을 조사하는 플레이트형 광원 유닛, 상기 플레이트형 광원 유닛의 반대편에 위치하고 상기 마이크로 플레이트 전체 이미지를 얻기 위한 이미지 센서 및 상기 이미지 센서로부터 받은 이미지 신호를 출력하는 제어부를 포함하는 마이크로 플레이트 시료분석 장치에 의해 달성된다.
본 발명의 다른 목적은 시료를 담기 위한 복수의 웰을 포함하는 마이크로 플레이트, 상기 복수의 웰 각각에 균일한 단색 광을 조사하는 플레이트형 광원 유닛, 상기 플레이트형 광원 유닛의 반대편에 위치하고 상기 마이크로 플레이트 전체 이미지를 얻기 위한 이미지 센서 및 상기 이미지 신호의 각 웰에 대응되는 영역의 단색광 세기를 산출하고, 상기 제어부에 저장된 단색광 세기표와 비교하여 상기 웰 각각의 시료에 대한 정보를 산출하여 출력하는 제어부를 포함하는 마이크로 플레이트 시료분석 장치에 의해 달성된다.
본 발명의 또 다른 목적은 시료를 담기 위한 복수의 웰을 포함하는 마이크로 플레이트, 상기 복수의 웰 각각에 균일한 백색 광을 조사하는 플레이트형 광원 유닛, 상기 플레이트형 광원 유닛의 반대편에 위치하고 상기 마이크로 플레이트 전체 이미지를 얻기 위한 이미지 센서 및 상기 이미지 신호의 각 웰에 대응되는 영역에 대해 RGB값을 산출하고, 저장된 RGB 표와 비교하여 상기 웰 각각의 시료에 대한 정보를 산출하여 출력하는 제어부를 포함하는 마이크로 플레이트 시료분석 장치에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 마이크로 플레이트 시료분석 장치에서 플레이트형 광원 유닛은 내부에 공동이 형성되고, 마이크로 플레이트의 각 웰에 대응되는 영역에 형성된 복수의 통공을 포함하는 광원 플레이트, 통공의 내부로 연장되고, 광원 플레이트의 내부 방향으로 벌어지는 형상의 캡 및 광원 플레이트의 적어도 하나의 일측변에 부착된 측부 광원을 포함하는 구성인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 마이크로 플레이트 시료분석 장치에서 플레이트형 광원 유닛은 에지방식 또는 직하방식의 백라이트를 사용하거나 면발광 소자를 사용할 수 있으며, 이때 각 웰에만 광이 조사될 수 있도록 필터를 플레이트형 광원 유닛과 마이크로 플레이트 사이에 위치시킬 수 있다.
본 발명에 따른 시료분석 장치는 마이크로 플레이트의 시료들에 대해 한번에 촬영된 이미지로 각각의 pH, O2 농도, CO2 농도 등의 정보를 얻을 수 있는 장점이 있으며, 그 이미지를 이용하여 pH, O2 농도, CO2 농도 등의 정보를 자동으로 얻을 수 있도록 구성될 수 있는 이점이 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 플레이트 시료분석 장치의 사시도이다.
마이크로 플레이트(110)의 각 웰(111)에는 측정 대상인 시료가 담겨지고 그 시료에서 측정하고자 하는 pH, 산소 농도나 이산화탄소 농도와 같은 정보를 색상으로 얻을 수 있는 지시약이 첨가된다.
마이크로 플레이트(110)의 하부에는 플레이트형 광원 유닛(100)이 위치하며, 마이크로 플레이트(110)의 상부에는 이미지 센서(120)가 위치한다. 실시예에 따라서는 플레이트형 광원 유닛(100)과 이미지 센서(120)의 위치는 서로 바뀌도록 설계될 수 있다.
플레이트형 광원 유닛(100)은 백색 또는 단색광을 마이크로 플레이트에 조사한다. 기존의 백라이트 광원으로서 광원이 측면에 위치하는 에지방식 또는 광원이 플레이트 전반에 일정하게 배열되는 직하방식의 백라이트 광원이 사용될 수 있으며, 광의 균일성이 보장될 수 있다면 면발광 소자가 사용될 수 있다. 이러한 백라이트 광원을 사용하는 경우 도 2에 도시된 바와 같이 마이크로 플레이트(110)의 웰(111) 영역 이외의 다른 영역에 광이 조사되는 것을 방지하기 위한 필터(205)가 마이크로 플레이트(210)와 플레이트형 광원 유닛(200) 사이에 사용될 수 있다.
플레이트형 광원 유닛(100)에는 이와 같은 기존의 백라이트 광원 이외에도 도 3a, 도 3b과 같은 구성의 플레이트형 광원 유닛이 사용될 수 있다. 도 3a, 도 3b에 따른 플레이트형 광원 유닛은 에지방식으로 광다이오드 어레이와 같은 측면 광원(300)을 배치하되 별도의 확산 필름을 사용할 필요가 없으며, 플레이트 면 전체에서 광을 발산하지 않고 마이크로 플레이트(110)의 웰(111) 영역과 같이 필요한 영역에만 광을 조사할 수 있다는 특징이 있다.
도 3a, 도 3b에 따른 플레이트형 광원 유닛은 마이크로 플레이트(110)의 각 웰(111)에 대응되는 영역에 형성된 복수의 통공(302)을 포함하는 광원 플레이트(310), 통공(302)의 내부로 연장되고, 광원 플레이트(310)의 내부 방향으로 벌어 지는 형상의 캡(303) 및 광원 플레이트(310)의 적어도 하나의 일측변에 부착된 측부 광원(300)을 포함하는 구성을 가진다. 이때 측부 광원(300)은 냉음극관 램프, 열음극관 램프 또는 복수의 발광 다이오드 어레이가 사용될 수 있다. 특히 측부 광원(300)의 광 조사 방향은 복수의 통공(302) 각각을 통해 출사되는 각각의 광이 균일하게 되도록 광원 플레이트 내부 공동(301)의 바닥면 방향 또는 측부 광원의 반대면에 대해 바로 아래 방향으로 광을 조사하여 광 균일성을 높일 수 있다. 아울러 광원 플레이트의 내부 공동(301)에는 통공을 통해 발산되는 광이 균일하게 되도록 광산란이 반복될 수 있게 적절한 산란이 일어날 수 있는 반사막(Ba-phosphate)을 형성할 수 있다.
도 3a, 도 3b에 따른 플레이트형 광원 유닛에서 캡(303, 304)은 관의 형태로서 광원 플레이트의 통공(302)에 결합된다. 간단하게는 도 3a와 같이 광원 플레이트(310)의 내부 방향으로 넓어지는 구조(303)만으로 구성될 수 있으나, 도 3b와 같이 광원 플레이트(310) 내부 방향으로 넓어지는 구조(303)에 통공(302)의 크기 그대로 광원 플레이트(310)의 외부로 확장되는 구조(304)가 부가되도록 구성될 수도 있다. 통공 내부 방향으로 형성된 캡의 구조(303)는 측부 광원에서 직접 또는 충분히 산란 및 반사가 이루어지지 않은 광선이 통공을 통해 입사되는 것을 방지하여 광 균일성을 높이는 역할을 하며, 통공 외부 방향으로 형성된 캡의 구조(304)는 광이 충분히 산란되도록 하는 한편 통공(302)을 통해 발산되는 광을 마이크로 플레이트의 웰로 가이드하는 역할을 한다. 이는 웰 이외의 다른 부분으로 발산되는 광을 줄여 웰 내부의 시료에 대한 정보의 육안 판독은 물론 이미지 센서에 의한 이미지 판독 또는 자동적인 판독의 정확성을 높일 수 있다.
이미지 센서(120)는 통상의 CCD 또는 CMOS 를 사용한 통상의 디지털 이미지 촬상장치가 사용될 수 있으며, 플레이트형 광원 유닛(100)에서 조사되어 마이크로 플레이트(110)의 웰(111)을 통과한 광을 수광한다. 즉, 본 발명에 따른 마이크로 플레이트 시료분석 장치는 균일한 광을 조사하는 플레이트형 광원 유닛(100)을 사용하므로 마이크로 플레이트(110) 전체의 이미지를 한번에 얻더라도 각 웰(111)에서 서로 간의 광 불균일에 따른 명암변화나 색상변화는 발생되지 않는다.
이미지 센서(120)에서 얻은 이미지 신호는 제어부(130)로 보내진다. 제어부(130)는 그 이미지 신호를 출력하며, 사용자는 출력된 이미지 신호를 이용하여 마이크로 플레이트(110)의 각 웰(111) 내 시료에 대한 정보를 분석할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 플레이트 시료분석 장치는 플레이트형 광원 유닛(100)과 제어부(130)를 제외하고 기본적으로 도 1의 실시예에 따른 마이크로 플레이트 시료분석 장치와 동일한 구성을 가진다. 본 실시예에 따른 마이크로 플레이트 시료분석 장치에서 광원 유닛(100)은 특정 범위 파장의 단색광을 마이크로 플레이트(110)에 조사하며, 제어부(130)는 이미지 센서(120)로부터 받은 이미지 신호를 이용하여 각 웰(111)에서의 단색광에 대한 세기를 판단하고, 제어부(130)에 저장된 단색광의 세기와 시료의 특정 정보를 나타내는 표를 이용해 시료에 대한 정보를 분석하고, 이를 출력한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 플레이트 시료분석 장치는 플레이트형 광원 유닛(100)과 제어부(130)를 제외하고 기본적으로 도 1의 실시예에 따 른 마이크로 플레이트 시료분석 장치와 동일한 구성을 가진다. 플레이트용 광원 유닛(100)은 백색광을 마이크로 플레이트(110)에 조사하며, 제어부(130)는 이미지 센서(120)로부터 받은 이미지 신호를 이용하여 각 웰(111) 영역의 RGB값을 산출한 후 입력받은 지시약의 종류와 그 지시약에 대해 저장된 pH, 산소 농도, 이산화탄소 농도 등에 따른 RGB값 변화표와 비교하여 각 웰(111)에 담긴 시료의 해당 pH, 산소 농도 또는 이산화탄소 농도를 산출하여 출력한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 플레이트 시료분석 장치의 측면도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 플레이트 시료분석 장치의 측면도,
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 플레이트 시료분석 장치에 사용되는 플레이트형 광원 유닛 중 일예의 단면도,
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 플레이트 시료분석 장치에 사용되는 플레이트형 광원 유닛 중 다른 예의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 플레이트형 광원 유닛 110 : 마이크로 플레이트
111 : 웰 120 : 이미지 센서
130 : 제어부 200 : 플레이트형 광원 유닛
205 : 필터 210 : 마이크로 플레이트
211 : 웰 220 : 이미지 센서
230 : 제어부 301 : 내부 공동
302 : 통공 303 : 캡의 내측 구조
304 : 캡의 외측 구조

Claims (7)

  1. 시료를 담기 위한 복수의 웰을 포함하는 마이크로 플레이트;
    상기 복수의 웰 각각에 균일한 광을 조사하는 플레이트형 광원 유닛;
    상기 플레이트형 광원 유닛의 반대편에 위치하고 상기 마이크로 플레이트 전체 이미지를 얻기 위한 이미지 센서; 및
    상기 이미지 센서로부터 받은 이미지 신호를 출력하는 제어부
    를 포함하는 마이크로 플레이트 시료분석 장치.
  2. 시료를 담기 위한 복수의 웰을 포함하는 마이크로 플레이트;
    상기 복수의 웰 각각에 균일한 단색 광을 조사하는 플레이트형 광원 유닛;
    상기 플레이트형 광원 유닛의 반대편에 위치하고 상기 마이크로 플레이트 전체 이미지를 얻기 위한 이미지 센서; 및
    상기 이미지 신호의 각 웰에 대응되는 영역의 단색광 세기를 산출하고, 저장된 단색광 세기표와 비교하여 상기 웰 각각의 시료에 대한 정보를 산출하고, 이를 출력하는 제어부
    를 포함하는 마이크로 플레이트 시료분석 장치.
  3. 시료를 담기 위한 복수의 웰을 포함하는 마이크로 플레이트;
    상기 복수의 웰 각각에 균일한 백색 광을 조사하는 플레이트형 광원 유닛;
    상기 플레이트형 광원 유닛의 반대편에 위치하고 상기 마이크로 플레이트 전체 이미지를 얻기 위한 이미지 센서; 및
    상기 이미지 신호의 각 웰에 대응되는 영역에 대해 RGB값을 산출하고, 저장된 RGB 표와 비교하여 상기 웰 각각의 시료에 대한 정보를 산출하여 출력하는 제어부
    를 포함하는 마이크로 플레이트 시료분석 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플레이트형 광원 유닛은,
    내부에 공동이 형성되고, 마이크로 플레이트의 각 웰에 대응되는 영역에 형성된 복수의 통공을 포함하는 광원 플레이트, 상기 통공의 내부로 연장되고, 상기 광원 플레이트의 내부 방향으로 벌어지는 형상의 캡 및 상기 광원 플레이트의 적어도 하나의 일측변에 부착된 측부 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 플레이트 시료분석 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플레이트형 광원 유닛은 에지방식 또는 직하방식의 백라이트인 것을 특징으로 하는 마이크로 플레이트 시료분석 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 플레이트형 광원 유닛과 상기 마이크로 플레이트 사이에 상기 웰에만 광을 조사하도록 하는 필터가 더 포함하는 마이크로 플레이트 시료분석 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플레이트형 광원 유닛은 면발광 소자인 것을 특징으로 하는 마이크로 플레이트 시료분석 장치.
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