KR100960130B1 - Method and apparatus for measuring characteristics of material, Method and apparatus for imaging material - Google Patents

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Abstract

물질 특성 측정 방법 및 장치, 물질 영상화 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 물질 특성 측정 방법은, 측정하고자 하는 샘플의 소정 부위에 나노입자를 부착시키는 단계; 상기 나노 입자 또는 상기 나노입자의 주변에 외부 자극을 인가하는 단계; 및 상기 인가된 외부 자극에 따른 상기 나노입자 또는 상기 샘플의 상기 나노입자 주변의 반응을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명에 의하면, 형광체의 주입으로 인한 세포의 사멸이나 광탈색 현상 없이 특정 분자나 조직의 미세한 변화를 관찰할 수 있다.Methods and devices for measuring material properties, and methods and devices for material imaging are disclosed. Material property measurement method according to the invention, the step of attaching the nanoparticles to a predetermined portion of the sample to be measured; Applying an external stimulus to the nanoparticles or the periphery of the nanoparticles; And measuring a response around the nanoparticles of the nanoparticles or the sample according to the applied external stimulus. According to the present invention, it is possible to observe minute changes in specific molecules or tissues without cell death or photobleaching due to the injection of the phosphor.

Description

물질 특성 측정 방법 및 장치, 물질 영상화 방법 및 장치{Method and apparatus for measuring characteristics of material, Method and apparatus for imaging material}Method and apparatus for measuring material properties, method and apparatus for material imaging {Method and apparatus for measuring characteristics of material, Method and apparatus for imaging material}

본 발명은 물질 특성 측정 방법 및 장치, 물질 영상화 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광탈색 현상 없이 정밀한 세포 관찰을 할 수 있는 물질 특성 측정 방법 및 장치, 물질 영상화 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and device for measuring material properties, and to a method and device for imaging materials, and more particularly, to a method and device for measuring material properties, and a method and a device for measuring material properties, which enable precise cell observation without photobleaching.

세포관찰 기술 및 세포관찰 현미경은 생물학, 세포학, 분자생물학 등에서 세포내에서 일어나는 현상을 정보화 시켜주는 매우 중요한 기술이다. 일반적인 고전적 현미경으로는 빛에 대하여 투명한 생체세포관찰에 한계가 있기에 다양한 기능성 현미경들이 개발되었다. 최근 주로 이용되는 세포관찰용 현미경으로는 위상차 현미경, 편광현미경, 간섭 현상을 이용한 현미경, 전자 투과형 현미경(Transmission electron microscopy : TEM), 그리고 공초점현미경 등을 들 수 있다. Cell observation technology and cell observation microscopy are very important technologies that inform intracellular phenomena in biology, cytology, and molecular biology. In general classical microscopes, various functional microscopes have been developed because there is a limit to the observation of biological cells transparent to light. Recently used cell observation microscopes include phase contrast microscopes, polarizing microscopes, microscopes using interference phenomena, transmission electron microscopy (TEM), and confocal microscopes.

위상차 현미경은 무색투명한 시료라도 내부의 구조를 뚜렷하게 관찰할 수 있도록 한 특수한 현미경이다. 보통 현미경은 물체의 명암이나 빛깔의 상이에 의해서 관찰한다. 따라서 빛의 흡수가 같은 투명한 물체에서는 굴절률이 틀리는 부분이 있 다 해도 일정한 밝기를 가지므로, 뚜렷하게 분간할 수가 없다. 위상차 현미경은 이러한 굴절률의 차이에 의한 두 빛의 위상차를 명암으로 바꾸어 관찰한다. 그러나 위상차 현미경은 두께가 매우 얇은 측정 대상을 관찰하기에는 제한적이다. 편광 현미경은 광학적 편광현상을 이용한 특수 현미경으로서, 측정하고자 하는 시료의 상대적인 위상값을 측정하여 이미징하는 장치이다. 그러나 생체 세포 진단 및 관찰에 있어 특정 부위의 구별 및 암 진단이 어려운 단점이 있다. 전자 투과형 현미경은 분해능은 매우 뛰어나지만 시편 준비과정의 까다로움으로 인하여 시편에 손실을 쉽게 입히고, 시편의 손실 없이는 생체 세포의 관찰이 불가능하다. A phase contrast microscope is a special microscope that allows you to clearly observe the internal structure of a colorless transparent sample. Normally, microscopes are observed by the contrast of an object's contrast or color. Therefore, in transparent objects with the same absorption of light, even if the refractive index is different, it has a constant brightness, it can not be distinguished clearly. The phase contrast microscope observes the phase difference between two lights due to the difference in refractive index into contrast. However, phase contrast microscopy is limited to observing very thin measurement objects. A polarizing microscope is a special microscope using optical polarization, and is an apparatus for measuring and imaging a relative phase value of a sample to be measured. However, in the diagnosis and observation of living cells, it is difficult to distinguish between specific sites and diagnose cancer. Electron transmission microscopy has excellent resolution, but due to the complexity of the specimen preparation process, it is easy to cause loss of the specimen, and it is impossible to observe the living cells without the loss of the specimen.

근래에 생체 세포의 특정 부위의 관찰 및 암 진단에 있어 널리 사용되는 영상화 장치로는 레이저 여기 발광에 의한 형광 현상을 이용하는 형광 현미경이 주류를 이루고 있다. 형광 현미경에서는 시료에 형광체를 주입하고 여기광을 조사하여 이미지를 얻는다. 그러나, 시료에 형광체를 주입함으로 인해 세포가 사멸할 수 있으며, 시간이 지나면 형광체의 발광이 사라져 지속적인 관찰이 힘들어지는 광탈색 현상이 불가피하다. In recent years, fluorescence microscopy using fluorescence by laser excitation light has become a mainstream imaging apparatus widely used in observing specific parts of living cells and diagnosing cancer. In a fluorescence microscope, a phosphor is injected into a sample and an image is obtained by irradiating excitation light. However, cells may be killed by injecting a phosphor into a sample, and light deterioration of the phosphor is inevitable due to disappearance of the phosphor over time, which is inevitable.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 형광체의 주입으로 인한 세포의 사멸이나 광탈색 현상 없이 특정 분자나 조직의 미세한 변화를 관찰할 수 있는 물질 특성 측정 방법 및 장치, 물질 영상화 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a method and apparatus for measuring material properties, a method and apparatus for measuring material properties capable of observing minute changes in specific molecules or tissues without cell death or photobleaching due to the injection of phosphors. .

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 물질 특성 측정 방법은, 측정하고자 하는 샘플의 소정 부위에 나노입자를 부착시키는 단계; 상기 나노 입자 또는 상기 나노입자의 주변에 외부 자극을 인가하는 단계; 및 상기 인가된 외부 자극에 따른 상기 나노입자 또는 상기 샘플의 상기 나노입자 주변의 반응을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above technical problem, the material property measuring method according to the present invention includes the steps of attaching nanoparticles to a predetermined portion of a sample to be measured; Applying an external stimulus to the nanoparticles or the periphery of the nanoparticles; And measuring a response around the nanoparticles of the nanoparticles or the sample according to the applied external stimulus.

여기서, 상기 나노입자는, 금속 나노입자, 자기 나노입자, 반도체 양자점 중 어느 하나일 수 있다.Here, the nanoparticles may be any one of metal nanoparticles, magnetic nanoparticles, and semiconductor quantum dots.

또한, 상기 나노입자는 특정 주파수에서 강한 흡수특성을 나타내며, 상기 외부 자극은 상기 특정 주파수를 가지는 광원에 해당하고, 상기 반응은 상기 특정 주파수 근처의 주파수에서의 굴절률 변화로 인한 위상차일 수 있다.In addition, the nanoparticles exhibit strong absorption characteristics at a specific frequency, the external stimulus corresponds to a light source having the specific frequency, and the response may be a phase difference due to a change in refractive index at a frequency near the specific frequency.

또한, 상기 반응은 상기 특정 주파수보다 작은 제1 주파수에서의 굴절률 변화로 인한 위상차 및 상기 특정 주파수보다 큰 제2 주파수에서의 굴절률 변화로 인한 위상차의 차이일 수 있다.In addition, the response may be a difference between a phase difference due to a change in refractive index at a first frequency smaller than the specific frequency and a phase difference due to a change in refractive index at a second frequency larger than the specific frequency.

또한, 상기 나노입자는 전기적인 다이폴 또는 전하를 띠거나 자기적인 다이폴을 띠며, 상기 외부 자극은 전기장 또는 자기장의 변화에 해당할 수 있다.In addition, the nanoparticles are electrically dipoles or charged or magnetic dipoles, the external stimulus may correspond to a change in the electric or magnetic field.

또한, 상기 반응은 상기 전기장 또는 자기장의 변화에 따른 상기 나노입자의 회전 또는 이동으로 인한 편광 특성의 변화일 수 있다.In addition, the reaction may be a change in polarization characteristics due to the rotation or movement of the nanoparticles according to the change of the electric or magnetic field.

또한, 상기 외부 자극은 상기 전기장 또는 자기장의 변화와 더불어 특정 주파수를 가지는 광원에 해당하고, 상기 반응은 상기 전기장 또는 자기장의 변화 및 상기 특정 주파수의 광원에 따른 상기 나노입자의 회전 또는 이동으로 인한 편광 특성의 변화일 수 있다.In addition, the external stimulus corresponds to a light source having a specific frequency together with the change of the electric or magnetic field, and the response is polarized due to the rotation or movement of the nanoparticles according to the change of the electric or magnetic field and the light source of the specific frequency. It may be a change in properties.

또한, 상기 외부 자극은 소정 주파수를 가지는 정현파 형태의 전기장 또는 자기장에 해당하고, 상기 반응은 상기 샘플의 각 위치에서의 상기 나노입자의 회전에 대한 진폭 및 상기 전기장 또는 자기장과의 위상차일 수 있다.In addition, the external stimulus may correspond to a sinusoidal electric or magnetic field having a predetermined frequency, and the response may be an amplitude with respect to rotation of the nanoparticles at each position of the sample and a phase difference with the electric or magnetic field.

또한, 상기 외부 자극은 서로 다른 주파수를 가지는 정현파 형태의 제1 및 제2 전기장에 해당하고, 상기 반응은 상기 샘플의 각 위치에서의 상기 제1 전기장에 의한 상기 나노입자의 회전 및 상기 제1 전기장과의 위상차와 상기 제2 전기장에 의한 상기 나노입자의 회전 및 상기 제2 전기장과의 위상차의 차이일 수 있다.In addition, the external stimulus corresponds to the first and second electric field of the sinusoidal form having a different frequency, the reaction is the rotation of the nanoparticles and the first electric field by the first electric field at each position of the sample It may be a difference between the phase difference between and the rotation of the nanoparticles by the second electric field and the phase difference with the second electric field.

또한, 상기 외부 자극은 서로 다른 주파수를 가지는 정현파 형태의 제1 및 제2 자기장에 해당하고, 상기 반응은 상기 샘플의 각 위치에서의 상기 제1 자기장에 의한 상기 나노입자의 회전 및 상기 제1 자기장과의 위상차와 상기 제2 자기장에 의한 상기 나노입자의 회전 및 상기 제2 자기장과의 위상차의 차이일 수 있다.In addition, the external stimulus corresponds to the first and second magnetic fields of the sinusoidal form having a different frequency, the response is the rotation of the nanoparticles and the first magnetic field by the first magnetic field at each position of the sample It may be a difference between the phase difference between and the rotation of the nanoparticles by the second magnetic field and the phase difference between the second magnetic field.

또한, 상기 외부 자극은 시간에 따라 변화하는 주파수를 가지는 정현파 형태의 전기장 또는 자기장에 해당하고, 상기 반응은 시간에 따른 상기 나노입자의 회전을 나타내는 그래프일 수 있다.In addition, the external stimulus may correspond to a sinusoidal electric or magnetic field having a frequency that changes with time, and the response may be a graph indicating rotation of the nanoparticles over time.

또한, 상기 외부 자극은 펄스 형태의 전기장 또는 자기장에 해당하고, 상기 반응은 시간에 따른 상기 나노입자의 회전을 나타내는 그래프일 수 있다.In addition, the external stimulus corresponds to an electric or magnetic field in the form of a pulse, the response may be a graph showing the rotation of the nanoparticles over time.

또한, 상기 외부 자극은 계단파 형태의 전기장 또는 자기장에 해당하고, 상기 반응은 상기 계단파에 의한 상기 나노입자의 회전의 상승 구간 및 복원 구간 각각에서의 시정수일 수 있다.The external stimulus may correspond to an electric field or a magnetic field in the form of a staircase wave, and the response may be a time constant in each of a rising section and a restoring section of the rotation of the nanoparticles by the stepping wave.

상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 물질 영상화 방법은, 측정하고자 하는 샘플의 소정 부위에 나노입자를 부착시키는 단계; 상기 나노 입자 또는 상기 나노입자의 주변에 외부 자극을 인가하는 단계; 상기 인가된 외부 자극에 따른 상기 나노입자 또는 상기 샘플의 상기 나노입자 주변의 반응을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 반응을 영상화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the other technical problem, the material imaging method according to the present invention comprises the steps of attaching nanoparticles to a predetermined portion of the sample to be measured; Applying an external stimulus to the nanoparticles or the periphery of the nanoparticles; Measuring a response around the nanoparticle or the nanoparticle of the sample according to the applied external stimulus; And imaging the measured response.

상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 물질 특성 측정 장치는, 측정하고자 하는 샘플의 소정 부위에 나노입자를 부착시키는 나노입자 부착부; 상기 나노 입자 또는 상기 나노입자의 주변에 외부 자극을 인가하는 외부 자극 인가부; 및 상기 인가된 외부 자극에 따른 상기 나노입자 또는 상기 샘플의 상기 나노입자 주변의 반응을 측정하는 반응 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the another technical problem, the material property measuring apparatus according to the present invention, the nanoparticle attachment portion for attaching the nanoparticles to a predetermined portion of the sample to be measured; An external stimulus applying unit for applying an external stimulus to the nanoparticles or the periphery of the nanoparticles; And a response measuring unit measuring a response around the nanoparticles or the nanoparticles of the sample according to the applied external stimulus.

여기서, 상기 나노입자는, 금속 나노입자, 자기 나노입자, 반도체 양자점 중 어느 하나일 수 있다.Here, the nanoparticles may be any one of metal nanoparticles, magnetic nanoparticles, and semiconductor quantum dots.

또한, 상기 나노입자는 특정 주파수에서 강한 흡수특성을 나타내며, 상기 외부 자극 인가부는 특정 주파수를 가지는 광원을 포함하고, 상기 반응 측정부는 상기 반응으로서 상기 특정 주파수 근처의 주파수에서의 굴절률 변화로 인한 위상차를 측정하기 위한 광원을 포함할 수 있다.In addition, the nanoparticles exhibit a strong absorption characteristic at a specific frequency, the external stimulus applying unit includes a light source having a specific frequency, the response measuring unit as a response to the phase difference due to the change in refractive index at a frequency near the specific frequency It may include a light source for measuring.

또한, 상기 반응 측정부는 상기 특정 주파수보다 작은 제1 주파수를 가지는 광원 및 상기 특정 주파수보다 큰 제2 주파수를 가지는 광원을 포함하고, 상기 반응은 상기 제1 주파수에서의 굴절률 변화로 인한 위상차 및 상기 제2 주파수에서의 굴절률 변화로 인한 위상차의 차이일 수 있다.The reaction measuring unit may include a light source having a first frequency smaller than the specific frequency and a light source having a second frequency larger than the specific frequency, wherein the reaction is performed by a phase difference and the first difference caused by a change in refractive index at the first frequency. It may be a difference in phase difference due to a change in refractive index at two frequencies.

또한, 상기 나노입자는 전기적인 다이폴 또는 전하를 띠거나 자기적인 다이폴을 띠며, 상기 외부 자극 인가부는 상기 샘플에 변화하는 전기장 또는 자기장을 인가하는 전기장 발생 장치 또는 자기장 발생 장치를 포함할 수 있다.In addition, the nanoparticles may have an electric dipole or a charged or magnetic dipole, and the external stimulus applying unit may include an electric field generator or a magnetic field generator for applying a varying electric or magnetic field to the sample.

또한, 상기 반응 측정부는 상기 반응으로서 상기 전기장 또는 자기장의 변화에 따른 상기 나노입자의 회전 또는 이동으로 인한 편광 특성의 변화를 측정하기 위한 광원 및 편광판을 포함할 수 있다.In addition, the reaction measuring unit may include a light source and a polarizing plate for measuring a change in polarization characteristics due to the rotation or movement of the nanoparticles according to the change of the electric or magnetic field as the reaction.

또한, 상기 반응 측정부는 특정 주파수를 가지는 광원을 더 포함하고, 상기 반응은 상기 전기장 또는 자기장의 변화 및 상기 특정 주파수의 광원에 따른 상기 나노입자의 회전 또는 이동으로 인한 편광 특성의 변화일 수 있다.The reaction measuring unit may further include a light source having a specific frequency, and the reaction may be a change in polarization characteristics due to the change of the electric field or the magnetic field and the rotation or movement of the nanoparticles according to the light source of the specific frequency.

상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 물질 영상화 장치는, 측정하고자 하는 샘플의 소정 부위에 나노입자를 부착시키는 나노입자 부착부; 상기 나노 입자 또는 상기 나노입자의 주변에 외부 자극을 인가하는 외부 자극 인가부; 상기 인가된 외부 자극에 따른 상기 나노입자 또는 상기 샘플의 상기 나노입자 주변의 반응을 측정하는 반응 측정부; 및 상기 반응 측정부에서 측정된 상기 반응을 영상화하는 영상화부를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to solve the another technical problem, the material imaging apparatus according to the present invention, the nanoparticle attachment portion for attaching the nanoparticles to a predetermined portion of the sample to be measured; An external stimulus applying unit for applying an external stimulus to the nanoparticles or the periphery of the nanoparticles; A response measuring unit measuring a response around the nanoparticles or the nanoparticles of the sample according to the applied external stimulus; And an imaging unit for imaging the reaction measured by the reaction measuring unit.

본 발명에 의하면, 형광체의 주입으로 인한 세포의 사멸이나 광탈색 현상 없이 특정 분자나 조직의 미세한 변화를 관찰할 수 있는 물질 특성 측정 방법 및 장치, 물질 영상화 방법 및 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a method and apparatus for measuring material properties, and a method and apparatus for imaging materials, capable of observing minute changes in specific molecules or tissues without cell death or photobleaching due to the injection of phosphors.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description and the accompanying drawings, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 특성 측정 장치를 포함하는 물질 영상화 장치의 블록도이다. 본 실시예에 따른 물질 특성 측정 장치는, 나노입자 부착부(10), 외부 자극 인가부(20), 반응 측정부(30)를 포함하여 이루어지며, 본 실시예에 따른 물질 영상화 장치는 여기에 영상화부(40)를 더 포함하여 이루어진다.1 is a block diagram of a material imaging apparatus including a material property measuring apparatus according to an exemplary embodiment. The material property measuring apparatus according to the present exemplary embodiment includes a nanoparticle attachment part 10, an external stimulus applying part 20, and a response measuring part 30. The material imaging apparatus according to the present exemplary embodiment is provided herein. It further comprises an imaging unit 40.

나노입자 부착부(10)는 측정하고자 하는 물질의 샘플의 소정 부위, 예를 들면 세포 내부의 분자 또는 조직에 나노입자를 부착시킨다. 여기서, 나노입자로는 금속 나노입자, 자기 나노입자, 반도체 양자점 등을 사용할 수 있다.The nanoparticle attachment part 10 attaches the nanoparticles to a predetermined portion of a sample of a material to be measured, for example, a molecule or tissue inside a cell. Here, as the nanoparticles, metal nanoparticles, magnetic nanoparticles, semiconductor quantum dots, and the like may be used.

외부 자극 인가부(20)는 나노입자가 부착된 샘플에 대하여 나노입자 또는 나노입자의 주변에 외부 자극을 인가한다. 여기서, 외부 자극으로는 빛, 전기장, 또는 자기장 등을 사용할 수 있다.The external stimulus applying unit 20 applies an external stimulus to the nanoparticles or the nanoparticles around the sample to which the nanoparticles are attached. Here, light, an electric field, or a magnetic field may be used as the external stimulus.

샘플에 존재하는 나노입자들 또는 샘플의 나노입자들 주변은 외부 자극 인가부(20)에 의해 인가된 외부 자극에 따라 특정한 반응을 하게 된다. 반응 측정부(30)는 이러한 나노입자들 또는 샘플의 나노입자들 주변의 반응을 측정한다.The nanoparticles present in the sample or around the nanoparticles of the sample have a specific response according to the external stimulus applied by the external stimulus applying unit 20. The reaction measuring unit 30 measures the reaction around the nanoparticles or nanoparticles of the sample.

영상화부(40)는 반응 측정부(30)에서 측정된 상기 반응을 입력받아 이를 영 상화하여 출력한다. The imaging unit 40 receives the reaction measured by the reaction measuring unit 30, images it, and outputs it.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 나노입자 부착부(10)에 의해 생체 샘플의 소정 부위에 나노입자가 부착되기 전(a)과 후(b)의 모습을 나타내는 도면이다. 본 실시예에 의하면, 항체부착 방법을 사용하여 나노입자를 생체 세포 내의 특정 분자 또는 기관에 부착한다.2 is a view showing the state before (a) and after (b) the nanoparticles are attached to a predetermined portion of the biological sample by the nanoparticle attachment portion 10 according to an embodiment of the present invention. According to this embodiment, nanoparticles are attached to specific molecules or organs in living cells using an antibody attachment method.

도 3a는 항체부착 방법 중 직접결합법을 사용하여 나노입자를 부착하는 실시예를 나타내는 도면이다. 본 실시예에 의하면, 항원(세모 또는 타원으로 도시됨)에 나노입자(원으로 도시됨)를 1차 항체(primary antibody)로서 부착한다.Figure 3a is a view showing an embodiment of attaching nanoparticles using a direct binding method of the antibody attachment method. According to this example, nanoparticles (shown in circles) are attached to the antigens (shown in triangles or ellipses) as primary antibodies.

도 3b는 항체부착 방법 중 간접결합법을 사용하여 나노입자를 부착하는 실시예를 나타내는 도면이다. 본 실시예는 직접결합법을 적용하기 용이하지 않은 경우에 사용할 수 있으며, 도시된 바와 같이 1차 항체(primary antibody)를 항원에 부착시키고, 여기에 나노입자를 2차 항체(secondary antibody)로서 부착한다. Figure 3b is a view showing an embodiment of attaching nanoparticles using an indirect binding method of the antibody attachment method. This embodiment can be used when the direct binding method is not easy to apply, and as shown, a primary antibody is attached to the antigen, and nanoparticles are attached to it as a secondary antibody. do.

도 4는 측정하고자 하는 세포 샘플 내의 특정 분자나 항원에 부착된 나노입자에 빛, 전기장 또는 자기장 등의 외부 자극을 인가할 때 나노입자 또는 나노입자 주변의 물성 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 여기서, 물성으로는 나노입자와 인가되는 외부 자극의 종류에 따라, 굴절률, 위상, 밀도 등 다양한 형태가 존재할 수 있다. 도 4에서 (a)는 나노입자가 부착되지 않은 경우의 물성 변화를 나타내고, (b)는 나노입자가 부착된 경우의 물성변화를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 나노입자가 부착된 경우, 나노입자가 부착되지 않은 경우보다 나노입자 또는 그 주변의 물성 변화가 더 두드러짐을 알 수 있다. 4 is a graph showing the results of measuring physical property changes around nanoparticles or nanoparticles when an external stimulus such as light, electric field or magnetic field is applied to nanoparticles attached to a specific molecule or antigen in a cell sample to be measured. Here, as the physical properties, various forms such as refractive index, phase, and density may exist according to the type of nanoparticles and the external stimulus applied. In Figure 4 (a) shows a change in physical properties when the nanoparticles are not attached, (b) shows a change in properties when the nanoparticles are attached. Referring to FIG. 4, when the nanoparticles are attached, the change in physical properties of the nanoparticles or their surroundings is more pronounced than when the nanoparticles are not attached.

도 5는 도 1에 도시된 물질 영상화 장치의 구체적인 일 실시예를 나타내는 구성도이다. 본 실시예에서, 나노입자로는 특정 주파수에서 강한 흡수특성을 나타내는 금속 나노입자 또는 반도체 양자점 등을 사용한다. 여기서, 특정 주파수는 흡수 공명 광주파수라 일컫는다. 그리고, 외부 자극으로는 흡수 공명 광주파수를 가지는 광원을 사용한다. FIG. 5 is a block diagram illustrating a specific embodiment of the material imaging apparatus shown in FIG. 1. In the present embodiment, as the nanoparticles, metal nanoparticles or semiconductor quantum dots exhibiting strong absorption characteristics at specific frequencies are used. Here, the specific frequency is called the absorption resonance optical frequency. As the external stimulus, a light source having an absorption resonance optical frequency is used.

도 6은 본 실시예에 따라 나노입자에 외부 자극을 인가했을 경우의 나노입자의 반응을 설명하기 위한 그래프이다. 도 6을 참조하면, 녹색으로 도시된 그래프는 흡수 공명 광주파수(fpump)를 가지는 광원이 인가되기 이전의 나노입자가 부착된 샘플의 굴절률 및 흡수율을 나타내고, 노랑색으로 도시된 그래프는 흡수 공명 광주파수(fpump)를 가지는 광원이 인가되었을 때 나노입자가 부착된 샘플의 굴절률 및 흡수율을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 나노입자가 부착된 샘플에 흡수 공명 광주파수(fpump)를 가지는 광원이 인가되면, 흡수율을 나타내는 그래프가 녹색에서 노랑색으로 변화하는 현상인 흡수 포화(absorption saturation) 현상이 일어나고, 이러한 흡수율의 변화는 크래머-크로닉 관계(Kramers-Kronig relation)에 의해, 도시된 바와 같이 굴절률을 나타내는 그래프가 흡수 공명 광주파수 근처에서 녹색에서 노랑색으로 변화하는 현상이 나타나게 된다. 이러한 굴절률의 변화로 인해 나노입자 또는 나노입자 주변을 통과하는 빛의 경로차로 인하여 위상차가 생기게 되고, 이러한 위상차는 흡수 공명 광주파수(fpump) 근처의 측정용 주파수(fprobe)를 가지는 광원을 이용하여 측정할 수 있다.6 is a graph illustrating the reaction of nanoparticles when an external stimulus is applied to the nanoparticles according to the present embodiment. Referring to FIG. 6, the graph shown in green represents the refractive index and the absorption rate of the sample to which the nanoparticles are attached before the light source having the absorption resonance f pump is applied, and the graph shown in yellow shows the absorption resonance light. When the light source having a frequency (f pump ) is applied, the refractive index and the absorbance of the sample to which the nanoparticles are attached are shown. As shown, when a light source having an absorption resonance optical frequency (f pump ) is applied to the sample to which the nanoparticles are attached, an absorption saturation phenomenon occurs, in which a graph indicating the absorption rate changes from green to yellow, This change in absorption is caused by the Kramers-Kronig relation, where a graph showing the refractive index changes from green to yellow near the absorption resonance optical frequency as shown. This change in refractive index results in a phase difference due to the nanoparticles or the path difference of the light passing around the nanoparticles, and the phase difference uses a light source having a measurement frequency f probe near the absorption resonance optical frequency f pump . Can be measured.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 물질 영상화 장치는 샘플 여기용 펄스형 레이저 광원(510), 측정용 레이저 광원(515), 제1 광 분배기(520), 제1 반사경(525), 제1 다이크로익 반사경(530), 현미경 대물렌즈(535), 제2 다이크로익 반사경(540), 제2 반사경(545), 가변 파장판(550), 제2 광 분배기(555), 촬상 소자(560), 디스플레이(565) 등을 포함하여 이루어진다. 도 5에서 나노입자 부착부(10)는 생략하여 도시되었으며, 샘플 여기용 펄스형 레이저 광원(510)과 제1 다이크로익 반사경(530)은 외부 자극 인가부(20)에 해당하고, 측정용 레이저 광원(515), 제1 광 분배기(520), 제1 반사경(525), 제1 다이크로익 반사경(530), 현미경 대물렌즈(535), 제2 다이크로익 반사경(540), 제2 반사경(545), 가변 파장판(550), 제2 광 분배기(555)는 반응 측정부(30)에 해당하며, 촬상 소자(560), 디스플레이(565)는 영상화부(40)에 해당한다. Referring to FIG. 5, the material imaging apparatus according to the present exemplary embodiment includes a pulsed laser light source 510 for sample excitation, a laser light source 515 for measurement, a first light splitter 520, a first reflector 525, and a first light source. 1 dichroic reflector 530, microscope objective lens 535, second dichroic reflector 540, second reflector 545, variable wavelength plate 550, second light splitter 555, imaging device 560, display 565, and the like. In FIG. 5, the nanoparticle attachment part 10 is omitted, and the pulse type laser light source 510 and the first dichroic reflector 530 for sample excitation correspond to the external stimulus applying part 20, and for measurement. Laser light source 515, first light splitter 520, first reflector 525, first dichroic reflector 530, microscope objective lens 535, second dichroic reflector 540, second The reflector 545, the variable wavelength plate 550, and the second light splitter 555 correspond to the reaction measuring unit 30, and the imaging device 560 and the display 565 correspond to the imaging unit 40.

샘플 여기용 펄스형 레이저 광원(510)은 흡수 공명 광주파수(fpump)의 펄스형 레이저를 발생시키고, 이 펄스형 레이저는 제1 다이크로익 반사경(530)에서 반사되어 나노입자가 부착된 측정하고자 하는 샘플에 인가된 후, 현미경 대물렌즈(535)를 통과하고 제2 다이크로익 반사경(540)에서 반사되어 물질 영상화 장치의 외부로 방출된다. 샘플에 인가된 펄스형 레이저로 인해 나노입자가 부착된 샘플은 도 6에 도시된 바와 같은 굴절률의 변화가 발생한다. 측정용 레이저 광원(515)은 흡수 공명 광주파수(fpump) 근처의 측정용 주파수(fprobe)의 측정용 레이저를 발생시키고, 이 측정용 레이저는 제1 광 분배기(520)에서 두 개로 분리된다. 분리된 하나의 측정용 레이저는 제1 반사경(525)에서 반사되고, 제1 다이크로익 반사경(530)을 통과하여 샘플에 인가된 후, 현미경 대물렌즈(535)를 통과하여 확대되고 제2 다이크로익 반사경(540)을 통과하여 제2 광 분배기(555)에 입사된다. 분리된 다른 측정용 레이저는 제2 반사경(545)에서 반사되고, 가변 파장판(550)을 통과하여 제2 광 분배기(555)에 입사된다. 여기서, 제1 다이크로익 반사경(530) 및 제2 다이크로익 반사경(540)은 흡수 공명 광주파수(fpump) 영역은 반사시키고, 측정용 주파수(fprobe) 영역은 통과시키는 역할을 하며, 가변 파장판(550)은 간섭 무늬를 최대화하기 위한 역할을 한다. 분리된 하나의 측정용 레이저와 분리된 다른 측정용 레이저는 나노입자가 부착된 샘플의 굴절률 변화로 인하여 서로 간에 위상차가 발생하게 되고, 이러한 위상차로 인하여 제2 광 분배기(555)에서 간섭을 일으키게 된다. 이로 이한 간섭 이미지를 CCD(Charge-Coupled Device) 등과 같은 촬상 소자를 이용하여 촬영하고, 디스플레이(565)는 촬영된 결과를 화면에 표시한다. The pulsed laser light source 510 for sample excitation generates a pulsed laser of absorption resonance optical frequency (f pump ), and the pulsed laser is reflected by the first dichroic reflector 530 to measure nanoparticles attached thereto. After being applied to the desired sample, it passes through the microscope objective lens 535 and is reflected by the second dichroic reflector 540 to be emitted outside the material imaging apparatus. The sample to which the nanoparticles are attached due to the pulsed laser applied to the sample causes a change in refractive index as shown in FIG. 6. The measuring laser light source 515 generates a measuring laser at a measuring frequency f probe near the absorption resonance optical frequency f pump , which is split into two in the first optical splitter 520. . The separated measuring laser is reflected by the first reflector 525, applied to the sample through the first dichroic reflector 530, and then magnified through the microscope objective lens 535 and the second dike. The second light splitter 555 is incident to the second light splitter 555 through the roak reflector 540. The separate measurement laser is reflected by the second reflector 545 and passes through the variable wavelength plate 550 and enters the second light splitter 555. Here, the first dichroic reflector 530 and the second dichroic reflector 540 reflect the absorption resonance optical frequency (f pump ) region and serve to pass the measurement frequency (f probe ) region, The variable wavelength plate 550 serves to maximize the interference fringe. The separated measuring laser and the separated measuring laser generate phase differences with each other due to the change in refractive index of the sample to which the nanoparticles are attached, and this phase difference causes interference in the second light splitter 555. . This interference image is photographed using an imaging device such as a charge-coupled device (CCD), and the display 565 displays the photographed result on the screen.

도 7은 도 1에 도시된 물질 영상화 장치의 구체적인 다른 실시예를 나타내는 구성도이다. 본 실시예는 도 5에 도시된 실시예와 마찬가지로, 나노입자로는 특정 주파수(흡수 공명 광주파수)에서 강한 흡수특성을 나타내는 금속 나노입자 또는 반도체 양자점 등을 사용하며, 외부 자극으로는 흡수 공명 광주파수를 가지는 광원을 사용한다. 나아가, 본 실시예에 의하면, 흡수 공명 광주파수보다 작은 제1 주파수에서의 굴절률 변화 및 흡수 공명 광주파수보다 큰 제2 주파수에서의 굴절률 변화의 차이를 이용한다. FIG. 7 is a block diagram illustrating another specific embodiment of the material imaging apparatus illustrated in FIG. 1. As in the embodiment shown in FIG. 5, the present embodiment uses metal nanoparticles or semiconductor quantum dots, which exhibit strong absorption characteristics at a specific frequency (absorption resonance optical frequency), and absorbs resonance light as an external stimulus. Use a light source with a frequency. Furthermore, according to this embodiment, the difference between the refractive index change at the first frequency smaller than the absorption resonance optical frequency and the refractive index change at the second frequency larger than the absorption resonance optical frequency is used.

도 8은 본 실시예에 따라 흡수 공명 광주파수보다 작은 제1 주파수에서의 굴절률 변화 및 흡수 공명 광주파수보다 큰 제2 주파수에서의 굴절률 변화의 차이를 이용하기 위한 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 도 8을 참조하면, 흡수 공명 광주파수(fpump)보다 작은 제1 주파수(fprobe1)와 흡수 공명 광주파수보다 큰 제2 주파수(fprobe2)에서 각각 굴절률을 측정하게 되면 그 변화량은 흡수 공명 광주파수(fpump)를 기준으로 그 부호가 반대가 되고, 따라서 제1 주파수(fprobe1)와 제2 주파수(fprobe2) 각각에서 측정된 굴절률 변화의 차이에는 인가되는 광원의 세기의 변화 등과 같은 측정시의 잡음으로 인한 오차는 개입되지 않게 된다. FIG. 8 is a graph for explaining a method for using a difference in refractive index change at a first frequency smaller than an absorption resonance optical frequency and a change in refractive index at a second frequency larger than an absorption resonance optical frequency according to the present embodiment. 8, when the absorption 0 people optical frequency (f pump) smaller than the first frequency (f probe1) and the respective measuring the refractive index in a large second frequency (f probe2) than the absorption 0 people optical frequency that variation is absorbed 0 people light measurements such as frequency (f pump) to which a code based on, and the reverse, so that the first frequency (f probe1) and the second frequency (f probe2) intensity variation of the light source is applied, the difference between the change in refractive index measured at each Errors due to noise in the poetry do not intervene.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 물질 영상화 장치는 샘플 여기용 펄스형 레이저 광원(710), 제1 측정용 레이저 광원(715), 제2 측정용 레이저 광원(720), 제1 반사경(725), 제1 다이크로익 반사경(730), 제1 광 분배기(735), 제2 반사경(740), 제2 다이크로익 반사경(745), 현미경 대물렌즈(750), 제3 다이크로익 반사경(755), 제3 반사경(760), 가변 파장판(765), 제2 광 분배기(770), 제4 다이크로익 반사경(775), 제4 반사경(780), 제1 촬상 소자(785), 제2 촬상 소자(790), 디스플레이(795) 등을 포함하여 이루어진다. 도 7에서 나노입자 부착부(10)는 생략하여 도시되었으며, 샘플 여기용 펄스형 레이저 광원(710)과 제2 다이크로익 반사경(745)은 외부 자극 인가부(20)에 해당하고, 제1 측정용 레이저 광원(715), 제2 측정용 레이저 광원(720), 제1 반사경(725), 제1 다이크로익 반사경(730), 제1 광 분배기(735), 제2 반사경(740), 제2 다이크로익 반사경(745), 현미경 대물렌 즈(750), 제3 다이크로익 반사경(755), 제3 반사경(760), 가변 파장판(765), 제2 광 분배기(770), 제4 다이크로익 반사경(775), 제4 반사경(780)은 반응 측정부(30)에 해당하며, 제1 촬상 소자(785), 제2 촬상 소자(790), 디스플레이(795)는 영상화부(40)에 해당한다. Referring to FIG. 7, the material imaging apparatus according to the present exemplary embodiment includes a pulse type laser light source 710 for sample excitation, a first laser light source 715 for measurement, a second laser light source 720 for measurement, and a first reflector ( 725, the first dichroic reflector 730, the first light splitter 735, the second reflector 740, the second dichroic reflector 745, the microscope objective lens 750, the third dichroic Reflector 755, third reflector 760, variable wave plate 765, second light splitter 770, fourth dichroic reflector 775, fourth reflector 780, first imaging element 785 ), A second imaging device 790, a display 795, and the like. In FIG. 7, the nanoparticle attachment part 10 is omitted. The pulse type laser light source 710 for sample excitation and the second dichroic reflector 745 correspond to the external stimulus applying part 20. Measurement laser light source 715, second measurement laser light source 720, the first reflector 725, the first dichroic reflector 730, the first light splitter 735, the second reflector 740, Second dichroic reflector 745, microscope objective lens 750, third dichroic reflector 755, third reflector 760, variable wave plate 765, second light splitter 770, The fourth dichroic reflector 775 and the fourth reflector 780 correspond to the reaction measuring unit 30, and the first imaging device 785, the second imaging device 790, and the display 795 are imaging units. Corresponds to (40).

샘플 여기용 펄스형 레이저 광원(710)은 흡수 공명 광주파수(fpump)를 가지는 펄스형 레이저를 발생시키고, 이 펄스형 레이저는 제2 다이크로익 반사경(745)에서 반사되어 나노입자가 부착된 측정하고자 하는 샘플에 인가된 후, 현미경 대물렌즈(750)를 통과하여 제3 다이크로익 반사경(755)에서 반사되어 물질 영상화 장치의 외부로 방출된다. 샘플에 인가된 펄스형 레이저로 인해 나노입자가 부착된 샘플은 도 8에 도시된 바와 같은 굴절률의 변화가 발생한다. 제1 측정용 레이저 광원(715)은 흡수 공명 광주파수(fpump)보다 작은 제1 주파수(fprobe1)를 가지는 측정용 레이저를 발생시키고, 제2 측정용 레이저 광원(720)은 흡수 공명 광주파수(fpump)보다 큰 제2 주파수(fprobe2)를 가지는 측정용 레이저를 발생시킨다. 제1 주파수(fprobe1)를 가지는 측정용 레이저는 제1 반사경(725)과 제1 다이크로익 반사경(730)에서 반사되어 제1 광분배기(735)로 입사되고, 제2 주파수(fprobe2)를 가지는 측정용 레이저는 제1 다이크로익 반사경(730)을 통과하여 제1 광분배기(735)로 입사된다. 제1 주파수(fprobe1)와 제2 주파수(fprobe2)를 가지는 측정용 레이저는 각각 제1 광 분배기(735)에서 두 개로 분리된다. 각 주파수에 대하여, 분리된 하나의 측정용 레이저는 제2 반사경(740)에서 반사되고, 제2 다이크로익 반사경(745)을 통과하여 샘플에 인가된 후, 현미경 대물렌즈(750)를 통과하여 확대되고 제3 다이크로익 반사경(755)을 통과하여 제2 광 분배기(770)에 입사된다. 역시 각 주파수에 대하여, 분리된 다른 측정용 레이저는 제3 반사경(760)에서 반사되고, 가변 파장판(765)을 통과하여 제2 광 분배기(770)에 입사된다. 나노입자가 부착된 샘플의 굴절률 변화로 인하여 제1 측정용 레이저 광원(715)에서 나와 두 개로 분리된 제1 주파수(fprobe1) 영역의 빛이 서로 간에 위상차가 발생하게 되고, 이러한 위상차로 인하여 제2 광 분배기(770)에서 간섭을 일으키게 된다. 마찬가지로, 제2 측정용 레이저 광원(720)에서 나와 두 개로 분리된 제2 주파수(fprobe2) 영역의 빛 역시 서로 간에 위상차가 발생하게 되고, 이러한 위상차로 인하여 제2 광 분배기(770)에서 간섭을 일으키게 된다. The pulsed laser light source 710 for sample excitation generates a pulsed laser having an absorption resonance optical frequency (f pump ), which is reflected by the second dichroic reflector 745 to which nanoparticles are attached. After being applied to the sample to be measured, it is reflected by the third dichroic reflector 755 after passing through the microscope objective lens 750 and emitted to the outside of the material imaging apparatus. The sample to which the nanoparticles are attached due to the pulsed laser applied to the sample causes a change in refractive index as shown in FIG. 8. The first measuring laser light source 715 generates a measuring laser having a first frequency f probe1 smaller than the absorption resonance optical frequency f pump , and the second measuring laser light source 720 has an absorption resonance optical frequency. A measurement laser having a second frequency f probe2 greater than f pump is generated. The measuring laser having the first frequency f probe1 is reflected by the first reflector 725 and the first dichroic reflector 730 and is incident on the first optical splitter 735 and the second frequency f probe2 . The measuring laser having the incident light passes through the first dichroic reflector 730 and is incident to the first optical splitter 735. A first laser for measurement having a frequency (f probe1) and the second frequency (f probe2) are each separated into two by the first optical splitter 735. For each frequency, one separate measuring laser is reflected at the second reflector 740, applied to the sample through the second dichroic reflector 745, and then through the microscope objective lens 750. It is enlarged and passes through the third dichroic reflector 755 and is incident on the second light splitter 770. Again, for each frequency, the other measuring laser that is separated is reflected by the third reflector 760 and passes through the variable wavelength plate 765 and enters the second light splitter 770. Due to the change in the refractive index of the sample to which the nanoparticles are attached, the light of the first frequency f probe1 region separated from the first laser light source 715 is generated between each other. Interference occurs in the two light splitters 770. Similarly, light in the second frequency f probe2 region exiting from the second measurement laser light source 720 also generates a phase difference between each other, and this phase difference causes interference in the second light splitter 770. Will be raised.

제4 다이크로익 반사경(775)는 제1 주파수(fprobe1) 영역은 통과시키고, 제2 주파수(fprobe2) 영역은 반사시킨다. 통과된 제1 주파수(fprobe1) 영역의 간섭 이미지는 제1 촬상 소자(785)를 이용하여 촬영하고, 반사된 제2 주파수(fprobe2) 영역의 간섭 이미지는 제4 반사경(780)에서 반사된 후 제2 촬상 소자(790)를 이용하여 촬영한다. 이렇게 촬영된 1 주파수(fprobe1) 영역의 간섭 이미지와 제2 주파수(fprobe2) 영역의 간섭 이미지는 디스플레이(795)에 입력되고, 디스플레이(795)는 두 이미지의 차 이미지를 생성하여 화면에 표시한다. 본 실시예에 의하면 인가되는 광원의 세기의 변화 등과 같은 측정시의 잡음으로 인한 오차를 효과적으로 제거할 수 있다. A fourth dichroic mirror 775 has a first frequency (f probe1) region to pass, the second frequency (f probe2) region reflects. The first interference image of the (f probe1) region of the first shot using the image pickup element 785, and the interference image of the reflected second frequency (f probe2) area pass is reflected by the fourth mirror 780 Then, the image is captured using the second imaging device 790. This interference image with a second frequency (f probe2) interference image of a region of the photographed first frequency (f probe1) region is input to the display 795, display 795 generates a difference image of two images displayed on the screen do. According to the present exemplary embodiment, an error due to noise at the time of measurement, such as a change in intensity of the applied light source, can be effectively removed.

도 1에 도시된 물질 영상화 장치의 구체적인 또 다른 실시예에서, 나노입자로는 전기적 다이폴 또는 전하를 띠는 금속 나노입자, 또는 자기적인 다이폴을 띠는 자기 나노입자를 사용하고, 외부 자극으로는 전기장의 변화 또는 자기장의 변화를 측정하고자 하는 샘플에 인가한다. 이러한 전기장 또는 자기장의 변화로 인하여 나노입자는 회전 또는 이동을 하게 되고, 이러한 나노입자의 반응은 샘플 내의 나노입자 주변의 국소 부분에 스트레스 또는 밀도의 변화와 같은 물성의 변화를 일으키게 된다. 이러한 스트레스 또는 밀도의 변화는 샘플에 빛을 투과하였을 때 편광 특성의 변화로 나타나게 된다. In another specific embodiment of the material imaging apparatus shown in FIG. 1, an electric dipole or a charged metal nanoparticle or a magnetic dipole is used as a nanoparticle, and an electric field is used as an external stimulus. The change in or the change in the magnetic field is applied to the sample to be measured. The change of the electric or magnetic field causes the nanoparticles to rotate or move, and the reaction of the nanoparticles causes changes in physical properties such as stress or density change in the local part around the nanoparticles in the sample. This change in stress or density results in a change in polarization characteristics when light is transmitted through the sample.

도 9는 전기적 다이폴 또는 전하를 띠는 금속 나노입자를 샘플의 소정 부위에 부착하고, 샘플에 AC 형태의 전기장을 인가하는 경우 나노입자의 회전을 나타내는 도면이다. FIG. 9 is a diagram illustrating rotation of nanoparticles when an electrical dipole or a charged metal nanoparticle is attached to a predetermined portion of a sample and an electric field in AC form is applied to the sample.

도 10은 전기적 다이폴 또는 전하를 띠는 금속 나노입자를 샘플의 소정 부위에 부착하였을 때, 전기장의 방향이 90도 변하는 경우 나노입자의 전기적 다이폴 모멘트가 전기장의 변화에 동조하여 회전하는 모습을 나타내는 도면이다. 10 is a view showing a state in which the electric dipole moment of the nanoparticles is rotated in synchronization with the change of the electric field when the direction of the electric field is changed by 90 degrees when the electric dipole or charged metal nanoparticles are attached to a predetermined portion of the sample to be.

도 11은 자기적 다이폴을 띠는 자기 나노입자를 샘플의 소정 부위에 부착할였을 때, 자기장의 전기장의 방향이 90도 변하는 경우 자기 나노입자의 자기적 다이폴 모멘트가 자기장의 변화에 동조하여 회전하는 모습을 나타내는 도면이다. FIG. 11 illustrates that when magnetic nanoparticles having magnetic dipoles are attached to a predetermined portion of a sample, when the direction of the electric field of the magnetic field is changed by 90 degrees, the magnetic dipole moment of the magnetic nanoparticles rotates in synchronization with the change of the magnetic field. It is a figure which shows a state.

도 12는 양전극 및 음전극과 연결된 전기장 발생장치를 이용하여 샘플 내에서 전기장의 크기가 일정하지 않고 연속적으로 변화하는 값을 갖도록 구성한 예를 나타낸다. 도 12를 참조하면, 샘플의 소정 부위에 부착된 나노입자는 전기적 다이 폴 모멘트에 의해 전기장의 방향에 따라 그 방향을 이루고, 전기장이 밀한 방향, 즉 도시된 화살표 방향으로 힘을 받게 된다. 샘플의 소정 부위에 자기적 다이폴을 띠는 자기 나노입자를 부착한 경우 역시 공간적으로 일정하지 않은 외부 자기장을 인가함으로써 도 12에 도시된 바와 같은 나노입자의 반응을 얻을 수 있다. 한편, 도 12에서 외부의 전기장을 DC 형태로 인가할 수도 있고, AC 형태로 인가할 수도 있는데, AC 형태로 전기장을 인가하는 경우 주파수에 따른 샘플의 물성 변화를 얻을 수 있게 된다.FIG. 12 shows an example in which a magnitude of an electric field is continuously changed in a sample by using an electric field generator connected to a positive electrode and a negative electrode. Referring to FIG. 12, the nanoparticles attached to a predetermined portion of the sample form the direction according to the direction of the electric field by the electric dipole moment, and the electric field is forced in a dense direction, that is, the arrow direction shown. In the case where magnetic nanoparticles having a magnetic dipole are attached to a predetermined portion of the sample, a reaction of the nanoparticles as shown in FIG. 12 may be obtained by applying an external magnetic field that is not spatially constant. Meanwhile, in FIG. 12, the external electric field may be applied in the form of DC, or the AC may be applied in the form of AC. When the electric field is applied in the form of AC, physical properties of the sample may be obtained according to frequency.

상기된 도 9 내지 도 12에 나타난 바와 같은 나노입자의 회전 또는 이동으로 인해 샘플의 나노입자 주변 부분은 스트레스 또는 밀도의 변화가 일어나게 된다. 이러한 물성의 변화로 인한 편광 특성의 변화 또는 위상 변화는 편광 현미경 또는 위상 현미경을 이용하여 측정할 수 있으며, 락 인 디텍션(lock-in detection) 방법을 사용으로 더욱 정확하게 측정할 수 있다.The rotation or movement of the nanoparticles as shown in FIGS. 9 to 12 described above causes a change in stress or density in the portion around the nanoparticles of the sample. The change in polarization characteristics or phase change due to the change in physical properties may be measured using a polarization microscope or a phase microscope, and more accurately by using a lock-in detection method.

도 13은 도 1에 도시된 물질 영상화 장치의 구체적인 또 다른 실시예를 나타내는 구성도로서, 본 실시예에서 나노입자로는 전기적 다이폴 또는 전하를 띠는 금속 나노입자, 또는 자기적인 다이폴을 띠는 자기 나노입자를 사용하고, 외부 자극으로는 전기장의 변화 또는 자기장의 변화를 측정하고자 하는 샘플에 인가한다.FIG. 13 is a block diagram illustrating another specific embodiment of the material imaging apparatus illustrated in FIG. 1. In this embodiment, the nanoparticles may include an electric dipole or a charged metal nanoparticle, or a magnetic dipole. Nanoparticles are used and external stimuli are applied to the sample to be measured for changes in electric or magnetic fields.

도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 물질 영상화 장치는 전기장(또는 자기장) 발생 장치(1310), 측정용 레이저 광원(1315), 제1 편광판(1320), 가변 파장판(1325), 제1 반사경(1330), 현미경 대물렌즈(1335), 제2 반사경(1340), 제2 편광판(1345), 촬상 소자(1350), 디스플레이(1355) 등을 포함하여 이루어진다. 도 13에 서 전기장(또는 자기장) 발생 장치(1310)는 외부 자극 인가부(20)에 해당하고, 측정용 레이저 광원(1315), 제1 편광판(1320), 가변 파장판(1325), 제1 반사경(1330), 현미경 대물렌즈(1335), 제2 반사경(1340), 제2 편광판(1345)은 반응 측정부(30)에 해당하며, 촬상 소자(1350), 디스플레이(1355)는 영상화부(40)에 해당한다.Referring to FIG. 13, the material imaging apparatus according to the present embodiment may include an electric field (or magnetic field) generating device 1310, a laser light source 1315 for measurement, a first polarizing plate 1320, a variable wavelength plate 1325, and a first A reflector 1330, a microscope objective lens 1335, a second reflector 1340, a second polarizing plate 1345, an imaging device 1350, a display 1355, and the like. In FIG. 13, the electric field (or magnetic field) generating device 1310 corresponds to the external stimulus applying unit 20, and includes a laser light source 1315 for measurement, a first polarizing plate 1320, a variable wavelength plate 1325, and a first wave. The reflector 1330, the microscope objective lens 1335, the second reflector 1340, and the second polarizing plate 1345 correspond to the reaction measuring unit 30, and the imaging device 1350 and the display 1355 are imaging units ( 40).

전기장(또는 자기장) 발생 장치(1310)는 나노입자가 부착된 샘플에 변화하는 전기장(또는 자기장)을 인가한다. 측정용 레이저 광원(1315)에서 발사되는 레이저는 제1 편광판(1320)을 통과하여 임의의 한 방향으로 편광된 빛이 되고, 이 빛은 가변 파장판(1325)을 통과하고 제1 반사경(1330)에서 반사되어 나노입자가 부착된 샘플에 조사된다. 전기장(또는 자기장)에 의해 나노입자의 정렬 상태가 변하면 샘플의 편광 특성(Birefringence)이 변하고, 따라서 샘플로부터 편광 방향이 변화된 빛이 나오게 된다. 이 빛은 제2 반사경(1340)에서 반사되어 제1 편광판(1320)과 편광 방향이 다른, 예를 들면 90도인 제2 편광판(1345)에 입사된다. 제2 편광판(1345)을 통과한 빛은 촬상 소자(1350)에 의해 검출되고, 디스플레이(1355)는 촬상 소자(1350)에 의해 검출된 빛을 영상화하여 출력한다.The electric field (or magnetic field) generating device 1310 applies a varying electric field (or magnetic field) to the sample to which the nanoparticles are attached. The laser emitted from the measuring laser light source 1315 passes through the first polarizing plate 1320 and becomes light polarized in an arbitrary direction, and the light passes through the variable wavelength plate 1325 and the first reflecting mirror 1330. Is reflected on and irradiated onto the sample to which the nanoparticles are attached. When the alignment state of the nanoparticles is changed by the electric field (or the magnetic field), the polarization characteristics (Birefringence) of the sample change, and thus the light with the changed polarization direction is emitted from the sample. The light is reflected by the second reflector 1340 and is incident on the second polarizing plate 1345 having a polarization direction different from that of the first polarizing plate 1320, for example, 90 degrees. The light passing through the second polarizing plate 1345 is detected by the imaging device 1350, and the display 1355 images and outputs the light detected by the imaging device 1350.

도 14는 도 1에 도시된 물질 영상화 장치의 구체적인 또 다른 실시예를 나타내는 구성도로서, 본 실시예는 도 13에 도시된 실시예에 외부 자극으로서 전기장(또는 자기장)과 더불어 흡수 공명 광주파수의 펄스형 레이저를 인가하는 형태를 나타낸다. 본 실시예에 의하면, 전기장(또는 자기장)에 의해 정렬된 나노입자에 흡수 공명 광주파수의 펄스형 레이저를 인가한다. 전기장(또는 자기장)에 의해 정렬 된 나노입자는 흡수된 빛으로 인한 운동에너지의 증가로 정렬이 흐트러지게 되는데, 이로 인하여 샘플의 편광 특성(Birefringence)의 변화가 일어나게 된다. FIG. 14 is a block diagram illustrating another specific embodiment of the material imaging apparatus shown in FIG. 1. The present embodiment is an embodiment of the embodiment shown in FIG. 13. The form which applies a pulsed laser is shown. According to this embodiment, a pulsed laser of absorption resonance optical frequency is applied to nanoparticles aligned by an electric field (or magnetic field). The nanoparticles aligned by the electric field (or magnetic field) are distorted due to the increase in the kinetic energy due to the absorbed light, which causes a change in the polarization characteristics of the sample.

도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 물질 영상화 장치는 도 13에 도시된 구성에 추가적으로, 흡수 공명 광주파수의 펄스형 레이저를 방출하는 샘플 여기용 펄스형 레이저 광원(1332), 제1 다이크로익 반사경(1334), 제2 다이크로익 반사경(1337)을 더 구비한다. 샘플 여기용 펄스형 레이저 광원(1332)에서 나온 펄스형 레이저는 제1 다이크로익 반사경(1334)에서 반사되어 나노입자가 부착된 샘플에 인가된 후, 현미경 대물렌즈(1335)를 통과하고 제2 다이크로익 반사경(1337에서 반사되어 물질 영상화 장치의 외부로 방출된다. 이러한 본 실시예에 의하면 전기장(또는 자기장)과 함께 흡수 공명 광주파수의 펄스형 레이저에 의해 샘플의 편광 특성이 변하게 된다. 따라서, 디스플레이(1355)에는 전기장(또는 자기장)과 펄스형 레이저로 인해 편광 방향이 변화되어 검출된 빛에 의한 영상이 출력된다. Referring to FIG. 14, the material imaging apparatus according to the present embodiment includes, in addition to the configuration shown in FIG. 13, a pulsed laser light source 1332 for sample excitation that emits a pulsed laser of absorption resonance optical frequency, and a first dichro. A blade reflector 1334 and a second dichroic reflector 1357 are further provided. The pulsed laser emitted from the pulsed laser light source 1332 for sample excitation is reflected by the first dichroic reflector 1334 and applied to the sample to which the nanoparticles are attached, and then passes through the microscope objective lens 1335 and the second Reflected by the dichroic reflector 1335 and emitted to the outside of the material imaging device. According to this embodiment, the polarization characteristic of the sample is changed by a pulsed laser of absorption resonance optical frequency together with an electric field (or magnetic field). The polarization direction is changed by the electric field (or magnetic field) and the pulsed laser on the display 1355, and an image by the detected light is output.

샘플에 인가되는 외부 자극에 대한 샘플 내의 나노입자 또는 나노입자 주변의 분자 또는 조직의 반응을 측정하기 위하여, 광학적인 측정 방법으로 상기된 실시예들 외에도, 광학현미경 (Optical Microscope), 위상현미경 (Phase Microscope), 미분간섭대비현미경 (Differential Interferometric Contrast: DIC), 편광현미경(Polariscopic Microscope), 간섭현미경 (Interference Microscope), 홀로그램현미경 (Holographic Microscope) 공초점현미경 (Confocal Microscope), OCT(Optical Coherent Tomography), 라만산란현미경 (Raman Scattering Microscope), CARS 현미경(Coherent Anti-stokes Raman Scattering Microscope), Spectroscopic Microscope 등을 이용하여 측정할 수 있다.In order to measure the response of the nanoparticles or molecules or tissues around the nanoparticles to external stimuli applied to the sample, in addition to the embodiments described above by optical measurement methods, Optical Microscope, Phase Microscope Microscope, Differential Interferometric Contrast (DIC), Polariscopic Microscope, Interference Microscope, Holographic Microscope Confocal Microscope, Optical Coherent Tomography (OCT) Raman Scattering Microscope, Coherent Anti-stokes Raman Scattering Microscope, Spectroscopic Microscope and the like can be measured.

도 15는 도 1에 도시된 물질 영상화 장치의 구체적인 또 다른 실시예에서 반응 측정부(30)에서 측정되는 나노입자의 반응을 설명하기 위한 그래프이다. 본 실시예에서 외부 자극 인가부(20)는, 자기장을 전기적인 다이폴 또는 전하를 띠거나 자기적인 다이폴을 띠는 나노입자가 부착된 샘플에 도 15에 도시된 바와 같이, 소정 주파수를 가지는 정현파 형태의 전기장 또는 자기장을 인가한다. 그러면 샘플에 부착된 나노입자는 전기장 또는 자기장에 대하여 동조 현상을 일으키게 되는데, 도 15에 도시된 바와 같이 고유한 진폭 A와 전기장 또는 자기장과의 위상차 Φ를 가지고 회전하게 된다. 반응 측정부(30)가 샘플의 각 위치마다 진폭 A와 위상차 Φ를 측정하고, 영상화부(40)가 이를 토대로 영상을 구성하면 세포 내의 구조를 나타내는 영상을 구현할 수 있다. FIG. 15 is a graph illustrating a reaction of nanoparticles measured by the reaction measuring unit 30 in another specific embodiment of the material imaging apparatus illustrated in FIG. 1. In the present embodiment, the external stimulus applying unit 20 has a sinusoidal shape having a predetermined frequency, as shown in FIG. 15, on a sample in which a magnetic field has an electric dipole or a nanoparticle having a charge or magnetic dipole. Apply an electric or magnetic field of. Then, the nanoparticles attached to the sample cause a tuning phenomenon with respect to the electric or magnetic field. As shown in FIG. 15, the nanoparticles rotate with a phase difference Φ between the intrinsic amplitude A and the electric or magnetic field. When the reaction measuring unit 30 measures the amplitude A and the phase difference Φ at each position of the sample, and the imaging unit 40 forms an image based on this, the image representing the structure within the cell may be realized.

도 16은 도 1에 도시된 물질 영상화 장치의 구체적인 또 다른 실시예에서 반응 측정부(30)에서 측정되는 나노입자의 반응을 설명하기 위한 그래프이다. 본 실시예에서 외부 자극 인가부(20)는, 전기적인 다이폴 또는 전하를 띠거나 자기적인 다이폴을 띠는 나노입자가 부착된 샘플에 도 16의 (a)에 도시된 바와 같이 소정의 제1 주파수 및 이와 다른 제2 주파수를 각각 가지는 정현파 형태의 전기장 또는 자기장을 인가한다. 그러면 샘플에 부착된 나노입자는 제1 주파수의 전기장 또는 자기장에 대하여는 (a)에 도시된 바와 같이 진폭 A1 및 위상차 Φ1으로 동조 현상을 일으키고, 제2 주파수의 전기장 또는 자기장에 대하여는 (b)에 도시된 바와 같이 진폭 A2 및 위상차 Φ2로은 동조 현상을 일으키게 된 다. 반응 측정부(30)는 샘플의 각 위치마다 A1, A2, Φ1, Φ2를 측정하고, 영상화부(40)가 A1-A2와 Φ1-Φ2를 토대로 영상을 구성하면 세포 내의 구조를 나타내는 영상을 구현할 수 있다. 본 실시예에 따르면 각 주파수에 대한 진폭 및 위상차의 차이를 이용하여 영상을 구현하므로, 신호 대 잡음 비율이 크게 향상된 영상을 구현할 수 있다.FIG. 16 is a graph for describing a reaction of nanoparticles measured by the reaction measuring unit 30 in another specific embodiment of the material imaging apparatus illustrated in FIG. 1. In the present embodiment, the external stimulus applying unit 20 has a predetermined first frequency as shown in FIG. 16A to a sample having nanoparticles attached to an electric dipole or a charged or magnetic dipole. And a sinusoidal electric or magnetic field having a second frequency different from each other. The nanoparticles attached to the sample then cause a tuning phenomenon with an amplitude A 1 and phase difference Φ 1 for the electric or magnetic field of the first frequency, and (b) for the electric or magnetic field of the second frequency, as shown in (a). As shown in Fig. 2, the amplitude A 2 and the phase difference Φ 2 cause a tuning phenomenon. The reaction measuring unit 30 measures A 1 , A 2 , Φ 1 , and Φ 2 at each position of the sample, and when the imaging unit 40 composes an image based on A 1 -A 2 and Φ 1 -Φ 2 . Images representing structures within cells can be implemented. According to the present embodiment, since an image is implemented by using a difference between amplitude and phase difference for each frequency, an image having greatly improved signal-to-noise ratio can be implemented.

도 17은 도 1에 도시된 물질 영상화 장치의 구체적인 또 다른 실시예에서 외부 자극으로 시간에 따라 변화하는 주파수를 가지는 정현파 형태의 전기장 또는 자기장을 인가하는 경우에 나노입자의 회전을 나타내는 그래프이다. 본 실시예에 따르면 외부 자극 인가부(20)는 전기적인 다이폴 또는 전하를 띠거나 자기적인 다이폴을 띠는 나노입자가 부착된 샘플에 시간에 따라 변화하는 주파수를 가지는 정현파 형태의 전기장 또는 자기장을 인가한다. 그러면, 나노입자는 도 17에 도시된 바와 같이 샘플에 부착된 나노입자 역시 시간에 따라 변화하는 특성 그래프를 얻을 수 있다. 이러한 특성 그래프는 샘플에 대한 다양한 정보를 내포하게 된다. 반응 측정부(30)는 이러한 특성 곡선을 측정하고, 영상화부(40)는 측정된 결과를 영상화하여 출력한다. FIG. 17 is a graph illustrating rotation of nanoparticles when a sinusoidal electric or magnetic field having a frequency that changes with time is applied to an external stimulus in another specific embodiment of the material imaging apparatus illustrated in FIG. 1. According to the present embodiment, the external stimulus applying unit 20 applies a sinusoidal electric field or a magnetic field having a frequency that changes with time to a sample having nanoparticles having an electric dipole or a charge or a magnetic dipole. do. Then, as shown in Figure 17, the nanoparticles can also obtain a graph of the characteristics of the nanoparticles attached to the sample also changes over time. This characteristic graph will contain various information about the sample. The response measuring unit 30 measures the characteristic curve, and the imaging unit 40 images and outputs the measured result.

도 18은 도 1에 도시된 물질 영상화 장치의 구체적인 또 다른 실시예에서 외부 자극으로 펄스 형태의 전기장 또는 자기장을 인가하는 경우에 나노입자의 회전을 나타내는 그래프이다. 본 실시예에 따르면 외부 자극 인가부(20)는 전기적인 다이폴 또는 전하를 띠거나 자기적인 다이폴을 띠는 나노입자가 부착된 샘플에 펄스 형태의 전기장 또는 자기장을 인가한다. 듀레이션이 매우 짧은 펄스 형태는 모든 주파수에 대한 성분을 가지고 있으므로, 본 실시예에서와 같이 펄스 형태의 전기장 또는 자기장을 인가하였을 때 모든 주파수 대역에서의 나노입자의 반응에 해당하는 특성 곡선을 얻을 수 있고, 이러한 특성 곡선은 도 17에서와 같이 다양한 주파수의 전기장 또는 자기장을 인가하는 경우와 유사한 결과를 얻을 수 있다. 본 실시예에서도 도 17에 관하여 설명된 바와 마찬가지로 반응 측정부(30)는 이러한 특성 곡선을 측정하고, 영상화부(40)는 측정된 결과를 영상화하여 출력한다. FIG. 18 is a graph illustrating rotation of nanoparticles when a pulsed electric or magnetic field is applied to an external stimulus in another specific embodiment of the material imaging apparatus shown in FIG. 1. According to the present embodiment, the external magnetic pole applying unit 20 applies an electric field or magnetic field in the form of pulse to a sample having nanoparticles having an electric dipole or a charge or magnetic dipole. Since the pulse shape having a very short duration has components for all frequencies, when a pulsed electric or magnetic field is applied as in this embodiment, a characteristic curve corresponding to the response of nanoparticles in all frequency bands can be obtained. This characteristic curve is similar to the case of applying electric or magnetic fields of various frequencies as shown in FIG. 17. In this embodiment, as described with reference to FIG. 17, the response measuring unit 30 measures the characteristic curve, and the imaging unit 40 images and outputs the measured result.

도 19는 도 1에 도시된 물질 영상화 장치의 구체적인 또 다른 실시예에서 외부 자극으로 계단파 형태의 전기장 또는 자기장을 인가하는 경우에 나노입자의 회전을 나타내는 그래프이다. 본 실시예에 따르면 외부 자극 인가부(20)는 전기적인 다이폴 또는 전하를 띠거나 자기적인 다이폴을 띠는 나노입자가 부착된 샘플에 계단파 형태의 전기장 또는 자기장을 인가한다. 그러면 샘플에 부착된 나노입자의 움직임은 도 19에 도시된 바와 같이 전기장 또는 자기장이 온(on) 상태인 동안에 특정 레벨을 향하여 상승하다가 전기장 또는 자기장이 오프(off) 상태인 동안에 다시 원래 위치로 복원된다. 상승 구간과 복원 구간에서의 시정수 τ1 및 τ2는 물질의 특성을 반영하게 된다. 따라서 반응 측정부(30)는 샘플의 각 위치에서 시정수 τ1 및 τ2를 측정하고, 영상화부(40)는 측정된 시정수를 토대로 영상을 구현한다. FIG. 19 is a graph illustrating rotation of nanoparticles when a stepped wave-type electric or magnetic field is applied as an external stimulus in another specific embodiment of the material imaging apparatus illustrated in FIG. 1. According to the present embodiment, the external magnetic pole applying unit 20 applies an electric field or a magnetic field in the form of a step wave to an electric dipole or a sample having nanoparticles having a charge or a magnetic dipole. The movement of the nanoparticles attached to the sample then rises towards a certain level while the electric or magnetic field is on, as shown in FIG. 19, and then returns to its original position while the electric or magnetic field is off. do. The time constants τ 1 and τ 2 in the rising and restoring sections reflect the properties of the material. Therefore, the response measuring unit 30 measures time constants τ 1 and τ 2 at each position of the sample, and the imaging unit 40 implements an image based on the measured time constants.

상술한 본 발명에 의하면 형광체를 샘플에 부착시키지 않기 때문에 형광체로 인한 세포 사멸이나 광탈색 현상이 일어나지 아니한다. 또한, 외부 자극에 의한 나 노입자 또는 나노입자 주변의 물성 변화를 관찰함으로써 특정 분자나 조직의 미세한 변화를 관찰할 수 있다. 따라서 세포에 바이러스가 침투하거나 이로 인한 세포 조직의 변화를 정밀하게 관찰할 수 있다.According to the present invention described above, since the phosphor is not attached to the sample, cell death or photobleaching due to the phosphor does not occur. In addition, by observing changes in physical properties around nanoparticles or nanoparticles caused by external stimulation, it is possible to observe minute changes in specific molecules or tissues. Therefore, it is possible to precisely observe the change of cellular tissue due to the penetration of the virus into the cell.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물질 특성 측정 장치를 포함하는 물질 영상화 장치의 블록도이다.1 is a block diagram of a material imaging apparatus including a material property measuring apparatus according to an exemplary embodiment.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 나노입자 부착부(10)에 의해 생체 샘플의 소정 부위에 나노입자가 부착되기 전과 후의 모습을 나타내는 도면이다.2 is a view showing a state before and after the nanoparticles are attached to a predetermined portion of the biological sample by the nanoparticle attachment portion 10 according to an embodiment of the present invention.

도 3a는 항체부착 방법 중 직접결합법을 사용하여 나노입자를 부착하는 실시예를 나타내는 도면이다. Figure 3a is a view showing an embodiment of attaching nanoparticles using a direct binding method of the antibody attachment method.

도 3b는 항체부착 방법 중 간접결합법을 사용하여 나노입자를 부착하는 실시예를 나타내는 도면이다. Figure 3b is a view showing an embodiment of attaching nanoparticles using an indirect binding method of the antibody attachment method.

도 4는 측정하고자 하는 세포 샘플 내의 특정 분자나 항원에 부착된 나노입자에 빛, 전기장 또는 자기장 등의 외부 자극을 인가할 때 나노입자 또는 나노입자 주변의 물성 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing the results of measuring physical property changes around nanoparticles or nanoparticles when an external stimulus such as light, electric field or magnetic field is applied to nanoparticles attached to a specific molecule or antigen in a cell sample to be measured.

도 5는 도 1에 도시된 물질 영상화 장치의 구체적인 일 실시예를 나타내는 구성도이다. FIG. 5 is a block diagram illustrating a specific embodiment of the material imaging apparatus shown in FIG. 1.

도 6은 도 1에 도시된 실시예에 따라 나노입자에 외부 자극을 인가했을 경우의 나노입자의 반응을 설명하기 위한 그래프이다.FIG. 6 is a graph illustrating the reaction of nanoparticles when an external stimulus is applied to the nanoparticles according to the embodiment shown in FIG. 1.

도 7은 도 1에 도시된 물질 영상화 장치의 구체적인 다른 실시예를 나타내는 구성도이다.FIG. 7 is a block diagram illustrating another specific embodiment of the material imaging apparatus illustrated in FIG. 1.

도 8은 도 7에 도시된 실시예에 따라 흡수 공명 광주파수보다 작은 제1 주파수에서의 굴절률 변화 및 흡수 공명 광주파수보다 큰 제2 주파수에서의 굴절률 변 화의 차이를 이용하기 위한 방법을 설명하기 위한 그래프이다.FIG. 8 illustrates a method for utilizing the difference in refractive index change at a first frequency smaller than the absorption resonance optical frequency and at a second frequency greater than the absorption resonance optical frequency according to the embodiment shown in FIG. 7. This is a graph.

도 9는 전기적 다이폴 또는 전하를 띠는 금속 나노입자를 샘플의 소정 부위에 부착하고, 샘플에 AC 형태의 전기장을 인가하는 경우 나노입자의 회전을 나타내는 도면이다. FIG. 9 is a diagram illustrating rotation of nanoparticles when an electrical dipole or a charged metal nanoparticle is attached to a predetermined portion of a sample and an electric field in AC form is applied to the sample.

도 10은 전기적 다이폴 또는 전하를 띠는 금속 나노입자를 샘플의 소정 부위에 부착하였을 때, 전기장의 방향이 90도 변하는 경우 나노입자의 전기적 다이폴 모멘트가 전기장의 변화에 동조하여 회전하는 모습을 나타내는 도면이다. 10 is a view showing a state in which the electric dipole moment of the nanoparticles is rotated in synchronization with the change of the electric field when the direction of the electric field is changed by 90 degrees when the electric dipole or charged metal nanoparticles are attached to a predetermined portion of the sample to be.

도 11은 자기적 다이폴을 띠는 자기 나노입자를 샘플의 소정 부위에 부착할였을 때, 자기장의 전기장의 방향이 90도 변하는 경우 자기 나노입자의 자기적 다이폴 모멘트가 자기장의 변화에 동조하여 회전하는 모습을 나타내는 도면이다. FIG. 11 illustrates that when magnetic nanoparticles having magnetic dipoles are attached to a predetermined portion of a sample, when the direction of the electric field of the magnetic field is changed by 90 degrees, the magnetic dipole moment of the magnetic nanoparticles rotates in synchronization with the change of the magnetic field. It is a figure which shows a state.

도 12는 양전극 및 음전극과 연결된 전기장 발생장치를 이용하여 샘플 내에서 전기장의 크기가 일정하지 않고 연속적으로 변화하는 값을 갖도록 구성한 예를 나타낸다.FIG. 12 shows an example in which a magnitude of an electric field is continuously changed in a sample by using an electric field generator connected to a positive electrode and a negative electrode.

도 13은 도 1에 도시된 물질 영상화 장치의 구체적인 또 다른 실시예를 나타내는 구성도이다.FIG. 13 is a block diagram illustrating another specific embodiment of the material imaging apparatus illustrated in FIG. 1.

도 14는 도 1에 도시된 물질 영상화 장치의 구체적인 또 다른 실시예를 나타내는 구성도이다.FIG. 14 is a block diagram illustrating another specific embodiment of the material imaging apparatus shown in FIG. 1.

도 15는 도 1에 도시된 물질 영상화 장치의 구체적인 또 다른 실시예에서 반응 측정부(30)에서 측정되는 나노입자의 반응을 설명하기 위한 그래프이다.FIG. 15 is a graph illustrating a reaction of nanoparticles measured by the reaction measuring unit 30 in another specific embodiment of the material imaging apparatus illustrated in FIG. 1.

도 16은 도 1에 도시된 물질 영상화 장치의 구체적인 또 다른 실시예에서 반 응 측정부(30)에서 측정되는 나노입자의 반응을 설명하기 위한 그래프이다. FIG. 16 is a graph illustrating a reaction of nanoparticles measured by the response measuring unit 30 in another specific embodiment of the material imaging apparatus illustrated in FIG. 1.

도 17은 도 1에 도시된 물질 영상화 장치의 구체적인 또 다른 실시예에서 외부 자극으로 시간에 따라 변화하는 주파수를 가지는 정현파 형태의 전기장 또는 자기장을 인가하는 경우에 나노입자의 회전을 나타내는 그래프이다. FIG. 17 is a graph illustrating rotation of nanoparticles when a sinusoidal electric or magnetic field having a frequency that changes with time is applied to an external stimulus in another specific embodiment of the material imaging apparatus illustrated in FIG. 1.

도 18은 도 1에 도시된 물질 영상화 장치의 구체적인 또 다른 실시예에서 외부 자극으로 펄스 형태의 전기장 또는 자기장을 인가하는 경우에 나노입자의 회전을 나타내는 그래프이다. FIG. 18 is a graph illustrating rotation of nanoparticles when a pulsed electric or magnetic field is applied to an external stimulus in another specific embodiment of the material imaging apparatus shown in FIG. 1.

도 19는 도 1에 도시된 물질 영상화 장치의 구체적인 또 다른 실시예에서 외부 자극으로 계단파 형태의 전기장 또는 자기장을 인가하는 경우에 나노입자의 회전을 나타내는 그래프이다. FIG. 19 is a graph illustrating rotation of nanoparticles when a stepped wave-type electric or magnetic field is applied as an external stimulus in another specific embodiment of the material imaging apparatus illustrated in FIG. 1.

Claims (22)

삭제delete 삭제delete (a) 측정하고자 하는 샘플의 소정 부위에 나노입자를 부착시키는 단계;(a) attaching the nanoparticles to a predetermined site of the sample to be measured; (b) 상기 나노 입자 또는 상기 나노입자의 주변에 외부 자극을 인가하는 단계; 및 (b) applying an external stimulus to the nanoparticles or the periphery of the nanoparticles; And (c) 상기 인가된 외부 자극에 따른 상기 나노입자 또는 상기 샘플의 상기 나노입자 주변의 반응을 측정하는 단계를 포함하고,(c) measuring a response around said nanoparticle or said nanoparticle of said sample according to said applied external stimulus, 상기 나노입자는 특정 주파수에서 강한 흡수특성을 나타내며, 상기 외부 자극은 상기 특정 주파수를 가지는 광원에 해당하고, 상기 반응은 상기 특정 주파수 근처의 주파수에서의 굴절률 변화로 인한 위상차인 것을 특징으로 하는 물질 특성 측정 방법.The nanoparticles exhibit strong absorption characteristics at a specific frequency, the external stimulus corresponds to a light source having the specific frequency, and the response is a phase difference due to a change in refractive index at a frequency near the specific frequency. How to measure. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 반응은 상기 특정 주파수보다 작은 제1 주파수에서의 굴절률 변화로 인한 위상차 및 상기 특정 주파수보다 큰 제2 주파수에서의 굴절률 변화로 인한 위상차의 차이인 것을 특징으로 하는 물질 특성 측정 방법.And the response is a difference between a phase difference due to a change in refractive index at a first frequency smaller than the specific frequency and a phase difference due to a change in refractive index at a second frequency larger than the specific frequency. 삭제delete (a) 측정하고자 하는 샘플의 소정 부위에 나노입자를 부착시키는 단계;(a) attaching the nanoparticles to a predetermined site of the sample to be measured; (b) 상기 나노 입자 또는 상기 나노입자의 주변에 외부 자극을 인가하는 단계; 및 (b) applying an external stimulus to the nanoparticles or the periphery of the nanoparticles; And (c) 상기 인가된 외부 자극에 따른 상기 나노입자 또는 상기 샘플의 상기 나노입자 주변의 반응을 측정하는 단계를 포함하고,(c) measuring a response around said nanoparticle or said nanoparticle of said sample according to said applied external stimulus, 상기 나노입자는 전기적인 다이폴 또는 전하를 띠거나 자기적인 다이폴을 띠며, 상기 외부 자극은 전기장 또는 자기장의 변화에 해당하고, The nanoparticles are electrically dipoles or charged or magnetic dipoles, the external stimulus corresponds to a change in the electric or magnetic field, 상기 반응은 상기 전기장 또는 자기장의 변화에 따른 상기 나노입자의 회전 또는 이동으로 인한 편광 특성의 변화인 것을 특징으로 하는 물질 특성 측정 방법.The reaction is a material characteristic measurement method, characterized in that the change in polarization characteristics due to the rotation or movement of the nanoparticles according to the change of the electric or magnetic field. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 외부 자극은 상기 전기장 또는 자기장의 변화와 더불어 특정 주파수를 가지는 광원에 해당하고, 상기 반응은 상기 전기장 또는 자기장의 변화 및 상기 특정 주파수의 광원에 따른 상기 나노입자의 회전 또는 이동으로 인한 편광 특성의 변화인 것을 특징으로 하는 물질 특성 측정 방법.The external stimulus corresponds to a light source having a specific frequency with the change of the electric field or the magnetic field, and the response is a polarization characteristic due to the rotation or movement of the nanoparticles according to the change of the electric or magnetic field and the light source of the specific frequency. A method of measuring material properties, characterized in that the change. (a) 측정하고자 하는 샘플의 소정 부위에 나노입자를 부착시키는 단계;(a) attaching the nanoparticles to a predetermined site of the sample to be measured; (b) 상기 나노 입자 또는 상기 나노입자의 주변에 외부 자극을 인가하는 단계; 및 (b) applying an external stimulus to the nanoparticles or the periphery of the nanoparticles; And (c) 상기 인가된 외부 자극에 따른 상기 나노입자 또는 상기 샘플의 상기 나노입자 주변의 반응을 측정하는 단계를 포함하고, (c) measuring a response around said nanoparticle or said nanoparticle of said sample according to said applied external stimulus, 상기 나노입자는 전기적인 다이폴 또는 전하를 띠거나 자기적인 다이폴을 띠며, 상기 외부 자극은 전기장 또는 자기장의 변화에 해당하고, The nanoparticles are electrically dipoles or charged or magnetic dipoles, the external stimulus corresponds to a change in the electric or magnetic field, 상기 외부 자극은 소정 주파수를 가지는 정현파 형태의 전기장 또는 자기장에 해당하고, 상기 반응은 상기 샘플의 각 위치에서의 상기 나노입자의 회전에 대한 진폭 및 상기 전기장 또는 자기장과의 위상차인 것을 특징으로 하는 물질 특성 측정 방법.The external stimulus corresponds to a sinusoidal electric or magnetic field having a predetermined frequency, and the response is an amplitude of the rotation of the nanoparticle at each position of the sample and a phase difference between the electric or magnetic field. Characteristic measurement method. (a) 측정하고자 하는 샘플의 소정 부위에 나노입자를 부착시키는 단계;(a) attaching the nanoparticles to a predetermined site of the sample to be measured; (b) 상기 나노 입자 또는 상기 나노입자의 주변에 외부 자극을 인가하는 단계; 및 (b) applying an external stimulus to the nanoparticles or the periphery of the nanoparticles; And (c) 상기 인가된 외부 자극에 따른 상기 나노입자 또는 상기 샘플의 상기 나노입자 주변의 반응을 측정하는 단계를 포함하고,(c) measuring a response around said nanoparticle or said nanoparticle of said sample according to said applied external stimulus, 상기 나노입자는 전기적인 다이폴 또는 전하를 띠거나 자기적인 다이폴을 띠며, 상기 외부 자극은 전기장 또는 자기장의 변화에 해당하고, The nanoparticles are electrically dipoles or charged or magnetic dipoles, the external stimulus corresponds to a change in the electric or magnetic field, 상기 외부 자극은 서로 다른 주파수를 가지는 정현파 형태의 제1 및 제2 전기장에 해당하고, 상기 반응은 상기 샘플의 각 위치에서의 상기 제1 전기장에 의한 상기 나노입자의 회전 및 상기 제1 전기장과의 위상차와 상기 제2 전기장에 의한 상기 나노입자의 회전 및 상기 제2 전기장과의 위상차의 차이인 것을 특징으로 하는 물질 특성 측정 방법.The external stimulus corresponds to a sinusoidal first and second electric field having different frequencies, and the reaction is caused by the rotation of the nanoparticles by the first electric field at each position of the sample and with the first electric field. And a phase difference between the rotation of the nanoparticles by the second electric field and the phase difference between the second electric field. (a) 측정하고자 하는 샘플의 소정 부위에 나노입자를 부착시키는 단계;(a) attaching the nanoparticles to a predetermined site of the sample to be measured; (b) 상기 나노 입자 또는 상기 나노입자의 주변에 외부 자극을 인가하는 단계; 및 (b) applying an external stimulus to the nanoparticles or the periphery of the nanoparticles; And (c) 상기 인가된 외부 자극에 따른 상기 나노입자 또는 상기 샘플의 상기 나노입자 주변의 반응을 측정하는 단계를 포함하고,(c) measuring a response around said nanoparticle or said nanoparticle of said sample according to said applied external stimulus, 상기 나노입자는 전기적인 다이폴 또는 전하를 띠거나 자기적인 다이폴을 띠며, 상기 외부 자극은 전기장 또는 자기장의 변화에 해당하고, The nanoparticles are electrically dipoles or charged or magnetic dipoles, the external stimulus corresponds to a change in the electric or magnetic field, 상기 외부 자극은 서로 다른 주파수를 가지는 정현파 형태의 제1 및 제2 자기장에 해당하고, 상기 반응은 상기 샘플의 각 위치에서의 상기 제1 자기장에 의한 상기 나노입자의 회전 및 상기 제1 자기장과의 위상차와 상기 제2 자기장에 의한 상기 나노입자의 회전 및 상기 제2 자기장과의 위상차의 차이인 것을 특징으로 하는 물질 특성 측정 방법.The external stimulus corresponds to sinusoidal first and second magnetic fields having different frequencies, and the response is caused by the rotation of the nanoparticles by the first magnetic field at each position of the sample and with the first magnetic field. And a phase difference between the rotation of the nanoparticles by the second magnetic field and the phase difference between the second magnetic field. (a) 측정하고자 하는 샘플의 소정 부위에 나노입자를 부착시키는 단계;(a) attaching the nanoparticles to a predetermined site of the sample to be measured; (b) 상기 나노 입자 또는 상기 나노입자의 주변에 외부 자극을 인가하는 단계; 및 (b) applying an external stimulus to the nanoparticles or the periphery of the nanoparticles; And (c) 상기 인가된 외부 자극에 따른 상기 나노입자 또는 상기 샘플의 상기 나노입자 주변의 반응을 측정하는 단계를 포함하고,(c) measuring a response around said nanoparticle or said nanoparticle of said sample according to said applied external stimulus, 상기 나노입자는 전기적인 다이폴 또는 전하를 띠거나 자기적인 다이폴을 띠며, 상기 외부 자극은 전기장 또는 자기장의 변화에 해당하고, The nanoparticles are electrically dipoles or charged or magnetic dipoles, the external stimulus corresponds to a change in the electric or magnetic field, 상기 외부 자극은 시간에 따라 변화하는 주파수를 가지는 정현파 형태의 전기장 또는 자기장에 해당하고, 상기 반응은 시간에 따른 상기 나노입자의 회전을 나타내는 그래프인 것을 특징으로 하는 물질 특성 측정 방법.The external stimulus corresponds to a sinusoidal electric or magnetic field having a frequency that changes with time, and the response is a graph showing the rotation of the nanoparticles over time. (a) 측정하고자 하는 샘플의 소정 부위에 나노입자를 부착시키는 단계;(a) attaching the nanoparticles to a predetermined site of the sample to be measured; (b) 상기 나노 입자 또는 상기 나노입자의 주변에 외부 자극을 인가하는 단계; 및 (b) applying an external stimulus to the nanoparticles or the periphery of the nanoparticles; And (c) 상기 인가된 외부 자극에 따른 상기 나노입자 또는 상기 샘플의 상기 나노입자 주변의 반응을 측정하는 단계를 포함하고, (c) measuring a response around said nanoparticle or said nanoparticle of said sample according to said applied external stimulus, 상기 나노입자는 전기적인 다이폴 또는 전하를 띠거나 자기적인 다이폴을 띠며, 상기 외부 자극은 전기장 또는 자기장의 변화에 해당하고, The nanoparticles are electrically dipoles or charged or magnetic dipoles, the external stimulus corresponds to a change in the electric or magnetic field, 상기 외부 자극은 펄스 형태의 전기장 또는 자기장에 해당하고, 상기 반응은 시간에 따른 상기 나노입자의 회전을 나타내는 그래프인 것을 특징으로 하는 물질 특성 측정 방법.The external stimulus corresponds to an electric or magnetic field in the form of a pulse, and the reaction is a graph showing the rotation of the nanoparticles over time. (a) 측정하고자 하는 샘플의 소정 부위에 나노입자를 부착시키는 단계;(a) attaching the nanoparticles to a predetermined site of the sample to be measured; (b) 상기 나노 입자 또는 상기 나노입자의 주변에 외부 자극을 인가하는 단계; 및 (b) applying an external stimulus to the nanoparticles or the periphery of the nanoparticles; And (c) 상기 인가된 외부 자극에 따른 상기 나노입자 또는 상기 샘플의 상기 나노입자 주변의 반응을 측정하는 단계를 포함하고,(c) measuring a response around said nanoparticle or said nanoparticle of said sample according to said applied external stimulus, 상기 나노입자는 전기적인 다이폴 또는 전하를 띠거나 자기적인 다이폴을 띠며, 상기 외부 자극은 전기장 또는 자기장의 변화에 해당하고, The nanoparticles are electrically dipoles or charged or magnetic dipoles, the external stimulus corresponds to a change in the electric or magnetic field, 상기 외부 자극은 계단파 형태의 전기장 또는 자기장에 해당하고, 상기 반응은 상기 계단파에 의한 상기 나노입자의 회전의 상승 구간 및 복원 구간 각각에서의 시정수인 것을 특징으로 하는 물질 특성 측정 방법.The external stimulus corresponds to a step wave-type electric or magnetic field, and the response is a time constant in each of the rising section and the recovery section of the rotation of the nanoparticles by the step wave. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 측정하고자 하는 샘플의 소정 부위에 나노입자를 부착시키는 나노입자 부착부;A nanoparticle attachment portion attaching the nanoparticles to a predetermined portion of the sample to be measured; 상기 나노 입자 또는 상기 나노입자의 주변에 외부 자극을 인가하는 외부 자극 인가부; 및 An external stimulus applying unit for applying an external stimulus to the nanoparticles or the periphery of the nanoparticles; And 상기 인가된 외부 자극에 따른 상기 나노입자 또는 상기 샘플의 상기 나노입자 주변의 반응을 측정하는 반응 측정부를 포함하고, Responsive measurement unit for measuring the response around the nanoparticles of the nanoparticles or the sample according to the applied external stimulus, 상기 나노입자는 특정 주파수에서 강한 흡수특성을 나타내며, The nanoparticles exhibit strong absorption characteristics at specific frequencies, 상기 외부 자극 인가부는 특정 주파수를 가지는 광원을 포함하고,The external stimulus applying unit includes a light source having a specific frequency, 상기 반응 측정부는 상기 반응으로서 상기 특정 주파수 근처의 주파수에서의 굴절률 변화로 인한 위상차를 측정하기 위한 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 특성 측정 장치.The reaction measuring unit includes a light source for measuring a phase difference due to a change in refractive index at a frequency near the specific frequency as the reaction. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 반응 측정부는 상기 특정 주파수보다 작은 제1 주파수를 가지는 광원 및 상기 특정 주파수보다 큰 제2 주파수를 가지는 광원을 포함하고,The reaction measuring unit includes a light source having a first frequency smaller than the specific frequency and a light source having a second frequency larger than the specific frequency. 상기 반응은 상기 제1 주파수에서의 굴절률 변화로 인한 위상차 및 상기 제2 주파수에서의 굴절률 변화로 인한 위상차의 차이인 것을 특징으로 하는 물질 특성 측정 장치.And wherein the response is a difference between a phase difference due to a change in refractive index at the first frequency and a phase difference due to a change in refractive index at the second frequency. 삭제delete 측정하고자 하는 샘플의 소정 부위에 나노입자를 부착시키는 나노입자 부착부;A nanoparticle attachment part for attaching the nanoparticles to a predetermined portion of the sample to be measured; 상기 나노 입자 또는 상기 나노입자의 주변에 외부 자극을 인가하는 외부 자극 인가부; 및 An external stimulus applying unit for applying an external stimulus to the nanoparticles or the periphery of the nanoparticles; And 상기 인가된 외부 자극에 따른 상기 나노입자 또는 상기 샘플의 상기 나노입자 주변의 반응을 측정하는 반응 측정부를 포함하고,Responsive measurement unit for measuring the response around the nanoparticles of the nanoparticles or the sample according to the applied external stimulus, 상기 나노입자는 전기적인 다이폴 또는 전하를 띠거나 자기적인 다이폴을 띠며, The nanoparticles are electrically dipoles or charged or magnetic dipoles, 상기 외부 자극 인가부는 상기 샘플에 변화하는 전기장 또는 자기장을 인가하는 전기장 발생 장치 또는 자기장 발생 장치를 포함하고, The external stimulus applying unit includes an electric field generating device or a magnetic field generating device for applying a varying electric or magnetic field to the sample, 상기 반응 측정부는 상기 반응으로서 상기 전기장 또는 자기장의 변화에 따른 상기 나노입자의 회전 또는 이동으로 인한 편광 특성의 변화를 측정하기 위한 광원 및 편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 물질 특성 측정 장치.The reaction measuring unit includes a light source and a polarizing plate for measuring a change in polarization characteristics due to the rotation or movement of the nanoparticles according to the change of the electric or magnetic field as the reaction. 측정하고자 하는 샘플의 소정 부위에 나노입자를 부착시키는 나노입자 부착부;A nanoparticle attachment portion attaching the nanoparticles to a predetermined portion of the sample to be measured; 상기 나노 입자 또는 상기 나노입자의 주변에 외부 자극을 인가하는 외부 자극 인가부; 및 An external stimulus applying unit for applying an external stimulus to the nanoparticles or the periphery of the nanoparticles; And 상기 인가된 외부 자극에 따른 상기 나노입자 또는 상기 샘플의 상기 나노입자 주변의 반응을 측정하는 반응 측정부를 포함하고,Responsive measurement unit for measuring the response around the nanoparticles of the nanoparticles or the sample according to the applied external stimulus, 상기 나노입자는 전기적인 다이폴 또는 전하를 띠거나 자기적인 다이폴을 띠며, The nanoparticles are electrically dipoles or charged or magnetic dipoles, 상기 외부 자극 인가부는 상기 샘플에 변화하는 전기장 또는 자기장을 인가하는 전기장 발생 장치 또는 자기장 발생 장치를 포함하고, The external stimulus applying unit includes an electric field generating device or a magnetic field generating device for applying a varying electric or magnetic field to the sample, 상기 반응 측정부는 특정 주파수를 가지는 광원을 더 포함하고,The reaction measuring unit further includes a light source having a specific frequency, 상기 반응은 상기 전기장 또는 자기장의 변화 및 상기 특정 주파수의 광원에 따른 상기 나노입자의 회전 또는 이동으로 인한 편광 특성의 변화인 것을 특징으로 하는 물질 특성 측정 장치.The reaction is a material characteristic measurement device, characterized in that the change in polarization characteristics due to the rotation or movement of the nanoparticles according to the change of the electric field or magnetic field and the light source of the particular frequency. 삭제delete
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