KR101601902B1 - Methods and appratus for high-throughput label-free cell assay - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 광대역 레이저를 광원으로 하여, 유리로 이루어진 배지의 하부를 대물렌즈와 갈바노 미러를 이용해 스캔하고, 배지의 하부에서 반사되어 돌아오는 빛을 분광기를 이용하여 분석, 영상화하되, 분광기에서는 배지 유리의 각 계면에서 반사되어 돌아오는 빛이 형성한 간섭 스펙트럼를 측정하고, 측정된 간섭 스펙트럼를 푸리에 변환한 데이터에서 위상을 측정하여 세포의 구조적 변화를 관찰하는, 고출력 비표지 세포 분석 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 비표지 세포 분석 시스템은, 위에 샘플이 놓여 지며, 밑면이 투명한, 투명배지; 투명배지의 밑에 위치되는, 대물렌즈; 대물렌즈의 밑에 위치되며, 파장 훑음 광원으로부터 입사된 광을 대물렌즈를 통해 투명배지로 출사하며, 투명배지로부터 대물렌즈를 통해 되돌아오는 광을 CCD 카메라로 출사하는, 빔스플리터; 빔스플리터로부터 입사된 광을 검출하되, 샘플과 투명배지에 의해 간섭을 일으켜 형성된 광 간섭 무늬 영상을 출력하는, CCD 카메라;를 포함하여 이루어지며, 상기 간섭 스펙트럼의 영상은, 빔스플리터를 통해 투명배지로 입사된 광이 샘플에서 반사되되, 샘플과 투명배지의 경계에 의해 간섭을 일으킴에 의해 얻어진 영상인 것을 특징으로 한다.In the present invention, a broadband laser is used as a light source, the lower part of the medium made of glass is scanned using an objective lens and a galvanometer mirror, and light reflected and returned from the lower part of the medium is analyzed and imaged using a spectroscope, The present invention relates to a high power unlabeled cell analysis system for measuring an interference spectrum formed by light reflected from each interface of a culture glass and measuring a phase in a Fourier transformed data of the measured interference spectrum to observe a structural change of the cell.
The unlabeled cell analysis system of the present invention comprises: a transparent medium on which a sample is placed and which is transparent on the underside; An objective lens positioned under the transparent medium; A beam splitter which is located under the objective lens and emits the light incident from the wavelength scanning light source to the transparent medium through the objective lens and emits the light returning from the transparent medium through the objective lens to the CCD camera; And a CCD camera for detecting light incident from the beam splitter and outputting an optical interference pattern image formed by interference between the sample and the transparent medium, wherein the image of the interference spectrum is transmitted through a beam splitter Is a video image obtained by causing the light incident on the sample to be reflected by the sample but causing interference by the boundary between the sample and the transparent medium.

Description

고출력 비표지 세포 분석 시스템 및 그 구동방법{Methods and appratus for high-throughput label-free cell assay}[0001] The present invention relates to a high-power unlabeled cell analysis system and a driving method thereof,

본 발명은, 파장 훑음 광원을 이용하며, 투명한 배지의 하부에서 반사되어 돌아오는 빛을 빔스플리터를 통해 CCD 카메라로 촬영하여 영상화하되, CCD 카메라는 배지 유리의 각 계면에서 반사되어 돌아오는 빛이 형성한 간섭 스펙트럼의 영상을 출력하고, 연산처리부는 간섭 스펙트럼의 영상을 푸리에 변환한 데이터에서 위상을 측정하여 세포의 구조적 변화를 관찰하는, 고출력 비표지 세포 분석 시스템에 관한 것이다.The present invention uses a wavelength-segregated light source and images the light that is reflected and returned from the bottom of a transparent medium through a beam splitter by a CCD camera and imaged. The CCD camera reflects light from each interface of the glass substrate Outputting an image of one interference spectrum, and the arithmetic processing unit is a high power unlabeled cell analysis system for observing the structural change of the cell by measuring the phase from the Fourier-transformed data of the image of the interference spectrum.

재생 의학이나 세포 치료, 유전자 진단 등의 최첨단의 의학생물학 분야에서의, 세포나 유전자를 기본으로 한 연구나 진단을 실시하려면, 세포를 분석하여 얻는 정보가 대단히 중요하다.In order to conduct research or diagnosis based on cells or genes in the most advanced medical biology fields such as regenerative medicine, cell therapy, and gene diagnosis, information obtained by analyzing cells is very important.

기존의 비표지 세포 분석 기술은 세포 자체에는 표지를 사용하지 않으나, 세포의 구조적 변화를 측정하기 위해 배지에 전극이나 회절 격자, 금속 코팅과 같은 나노 구조물을 형성하여 세포의 구조적 변화가 세포와 나노구조의 상호작용을 일으켜 생기는 광학적 또는 전기적 변화를 관측한다. The conventional non-labeled cell analysis technique does not use a label on the cell itself, but forms a nanostructure such as an electrode, a diffraction grating, or a metal coating on the medium to measure a structural change of the cell, Optical < / RTI >

비표지 세포 분석장치는 복잡한 구조를 구비하며 상당히 고가이다. 특히, 이와 같은 배지는 특별한 나노 공정이 필요하기에 단가가 올라가며, 오염 문제로 일회용일 수 밖에 없는 배지의 특성상, 많은 비용이 소모된다.Non-labeled cell analyzers have complex structures and are quite expensive. Particularly, such a medium requires a special nano process, and thus the unit price is increased. Due to the characteristic of the medium which can not be disposable due to the contamination problem, a lot of cost is consumed.

따라서, 특별한 처리를 하지 않은 일반적인 투명한 평면으로 이루어진 저가의 배지 위에 배양한 세포의 구조적 변화를 자세히 관측할 수 있는 기술이 요망된다.Therefore, there is a need for a technique capable of closely observing the structural changes of cells cultured on a low-cost medium made of a general transparent plane without special treatment.

선행기술로, 국내 등록특허공보 제10-0888747호 '비표지형 바이오 칩 분석 시스템 및 이를 이용한 바이오 칩분석 방법'이 있다. 이 발명은 기판 상에 형성되는 특정 패턴(특정 구조)의 수지층을 구비하되, 상기 수지층에는 일정한 간격으로 균일하게 정렬된 다수의 스팟이 형성된 바이오칩을 필요로 하는데, 따라서 이러한 바이오칩은 고가이다. As a prior art, Korean Patent Registration No. 10-0888747 entitled " Non-surface type bio chip analysis system and bio chip analysis method using the same " The present invention requires a bio-chip having a resin layer of a specific pattern (specific structure) formed on a substrate, wherein the resin layer has a plurality of spots uniformly aligned at regular intervals. Therefore, such a bio-chip is expensive.

특히, 상기 바이오 칩은 바이오 칩 상의 패턴에 의해 간섭을 일으킨다. 즉, 다수의 스팟을 각각 나누는 측벽에서 광반사가 일어남에 따라, 스팟의 각 측벽은 페브리-페롯 간섭계 구조를 형성한다. 따라서 다수의 스팟에 공기와 다른 굴절률을 지니고 있는 단백질이 접합될 경우, 측벽 사이에서의 광 경로가 달라지며, 결국 그 단백질의 농도 차이에 따라 간섭 패턴이 달라지게 되고, 그 변화를 감지하여 단백질을 분석할 수 있게 된다. 이러한 패턴을 이용한 분석은 상당히 복잡하며, 이를 위한 분석장비는 고가이다.In particular, the biochip causes interference by a pattern on the biochip. That is, as light reflection occurs at the side walls dividing a plurality of spots, each side wall of the spot forms a Fabry-Perot interferometer structure. Therefore, when a protein having a refractive index different from that of air is conjugated to a plurality of spots, the optical path between the sidewalls is changed. As a result, the interference pattern changes depending on the concentration difference of the protein, Analysis. Analysis using this pattern is quite complex, and the analytical equipment is expensive.

그리고, 상부에서 광을 조사함에 의해 바이오칩내에 세포 등의 분석대상물질에 열 등에 의해 영향을 미칠 수 있다. By irradiating light at the upper part, the analyte to be analyzed such as cells can be affected by heat or the like in the biochip.

따라서, 특별한 처리를 하지 않은 일반적인 투명한 평면으로 이루어진 저가의 배지 위에 배양한 세포의 구조적 변화를 자세히 관측할 수 있으며, 간단한 구조로 이루어지며, 가격도 보다 저렴한, 고출력 비표지 세포 분석 시스템이 요망된다.Therefore, there is a need for a high-power non-labeled cell analysis system that can observe structural changes of cells cultured on a low-cost medium made of a general transparent plane without special treatment, and is simple in structure and less expensive.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 광대역 레이저를 광원으로 하여, 유리로 이루어진 배지의 하부를 대물렌즈와 갈바노 미러를 이용해 스캔하고, 배지 하부의 유리에서 반사되어 돌아오는 빛을 분광기를 이용하여 분석, 영상화하되, 분광기에서는 배지 유리의 각 계면에서 반사되어 돌아오는 빛이 형성한 간섭 스펙트럼를 측정하고, 측정된 간섭 스펙트럼를 푸리에 변환한 데이터에서 위상을 측정하여 세포의 구조적 변화를 관찰하는, 고출력 비표지 세포 분석 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 파장 훑음 광원을 이용하며, 투명한 배지의 하부에서 반사되어 돌아오는 빛을 빔스플리터를 통해 CCD 카메라로 촬영하여 영상화하되, CCD 카메라는 배지 유리의 각 계면에서 반사되어 돌아오는 빛이 형성한 간섭 스펙트럼의 영상을 출력하고, 연산처리부는 간섭 스펙트럼의 영상을 푸리에 변환한 데이터에서 위상을 측정하여 세포의 구조적 변화를 관찰하는, 고출력 비표지 세포 분석 시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method of scanning a lower part of a medium made of glass using a broadband laser as a light source using an objective lens and a galvanometer mirror, Analyzing and imaging the spectroscopic image of the cell, wherein the spectroscope measures the interference spectrum formed by the light reflected from each interface of the sheet glass and measures the phase in the Fourier transformed data of the measured interference spectrum to observe the structural change of the cell. Thereby providing a cell analysis system.
Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for imaging a light reflected from a lower portion of a transparent medium through a beam splitter using a wavelength scanning light source and imaging the same using a CCD camera, And outputs the image of the interference spectrum formed by the returning light. The calculation processing unit measures the phase of the image of the interference spectrum image by Fourier transform to observe the structural change of the cell, thereby providing a high power unlabeled cell analysis system will be.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 비표지 세포 분석 시스템은, 위에 샘플이 놓여 지며, 밑면이 투명한, 투명배지; 투명배지의 밑에 위치되는, 대물렌즈; 대물렌즈의 밑에 위치되며, 2개의 거울을 구비하여, 상기 2개의 거울의 회전에 따라, 광대역 광원으로부터 광섬유 커플러를 통해 입사된 광을 대물렌즈를 통해 투명배지로 출사하며, 투명배지로부터 대물렌즈를 통해 되돌아오는 광을 광커플러로 출사하는, 갈바노 미러; 광대역 광원으로부터 입사된 광을 갈바노 미러로 전송하고, 갈바노 미러로부터 입사된 광을 분광기로 전송하는, 광섬유 커플러; 광섬유 커플러로부터 입사된 광의 스펙트럼을 검출하여 영상을 출력하되, 샘플과 투명배지에 의해 간섭을 일으켜 형성된 간섭 스펙트럼의 영상을 출력하는, 분광기;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the unlabeled cell analysis system of the present invention comprises: a transparent medium on which a sample is placed and the bottom surface is transparent; An objective lens positioned under the transparent medium; And two mirrors disposed under the objective lens. The two mirrors turn the light incident from the broadband light source through the optical fiber coupler to exit through the objective lens to the transparent medium, and the objective lens from the transparent medium A galvano mirror for emitting light coming back through the optical coupler; An optical fiber coupler that transmits light incident from a broadband light source to a galvanometer mirror and transmits light incident from the galvanometer mirror to a spectroscope; And a spectroscope for detecting a spectrum of light incident from the optical fiber coupler and outputting an image, wherein the spectroscope outputs an image of an interference spectrum formed by interference between the sample and the transparent medium.

또한, 본 발명의 비표지 세포 분석 시스템은, 광대역 광원; 광대역 광원으로부터 입사된 광을 갈바노 미러로 전송하고, 갈바노 미러로부터 입사된 광을 분광기로 전송하는, 광섬유 커플러; 2개의 거울을 구비하여, 상기 2개의 거울의 회전에 따라, 광대역 광원으로부터 광섬유 커플러를 통해 입사된 광을 대물렌즈, 투명배지, 샘플 순으로 전달하며, 샘플로부터 투명배지 및 대물렌즈를 통해 되돌아오는 광을 광커플러로 출사하는, 갈바노 미러; 광섬유 커플러로부터 입사된 광의 스펙트럼을 검출하여 영상을 출력하되, 샘플과 투명배지에 의해 간섭을 일으켜 형성된 간섭 스펙트럼의 영상을 출력하는, 분광기;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.Further, the unlabeled cell analysis system of the present invention comprises a broadband light source; An optical fiber coupler that transmits light incident from a broadband light source to a galvanometer mirror and transmits light incident from the galvanometer mirror to a spectroscope; Two mirrors are provided to transmit the light incident from the broadband light source through the optical fiber coupler in the order of the objective lens, the transparent medium and the sample, and return from the sample through the transparent medium and the objective lens in accordance with the rotation of the two mirrors A galvano mirror for emitting light to an optical coupler; And a spectroscope for detecting a spectrum of light incident from the optical fiber coupler and outputting an image, wherein the spectroscope outputs an image of an interference spectrum formed by interference between the sample and the transparent medium.

본 발명은 분광기로부터 간섭 스펙트럼의 영상을 수신하고, 푸리에 변환하여 위상을 측정하는, 연산처리부;를 더 포함한다.The present invention further includes an arithmetic processing unit for receiving the image of the interference spectrum from the spectroscope and performing Fourier transform to measure the phase.

본 발명은 갈바노 미러와 대물렌즈의 사이에, 볼록렌즈로 이루어진 확대경부를 더 포함한다.The present invention further includes an enlarged diameter portion between the galvanometer mirror and the objective lens, the enlarged diameter portion being made of a convex lens.

본 발명은 광대역 광원과 광섬유 커플러의 사이에, 광대역 광원으로부터의 광을 필터링하여 소정파장 대역의 광을 출력시키는 필터를 더 포함한다.The present invention further includes a filter between the broadband light source and the optical fiber coupler for filtering light from the broadband light source and outputting light of a predetermined wavelength band.

본 발명은 필터와 광섬유 커플러의 사이에 제1시준기를 구비하여, 광섬유 커플러에 연결된 광섬유를 통해, 필터로부터 입사된 광을 광섬유 커플러로 전달한다.The present invention provides a first collimator between a filter and an optical fiber coupler to transmit light incident from the filter to an optical fiber coupler through an optical fiber coupled to the optical fiber coupler.

본 발명은 광섬유 커플러와 갈바노 미러의 사이에 제2시준기를 구비하여, 광섬유 커플러에 연결된 광섬유를 통해 출사되는 광을 갈바노 미러로 전달한다.The present invention provides a second collimator between the optical fiber coupler and the galvanometer mirror, and transmits the light emitted through the optical fiber connected to the optical fiber coupler to the galvanometer mirror.

확대경부는 2개의 볼록렌즈인 제1볼록렌즈 및 제2볼록렌즈로 공초점 광학계를 이루며, 제1볼록렌즈의 구경은 제2볼록렌즈의 구경보다 작다.The enlarged diameter portion forms a confocal optical system with a first convex lens and a second convex lens which are two convex lenses, and the diameter of the first convex lens is smaller than the diameter of the second convex lens.

광섬유 커플러는 빔스플리터, 서큘레이터 중 하나로 대치되어 사용될 수 있다.The optical fiber coupler can be used by being replaced with one of a beam splitter and a circulator.

광대역광원은 0.4 내지 2.2 마이크로미터의 광대역 파장을 방출하는 레이저일 수 있으며, 투명배지는 글래스 바텀 디쉬(glass bottom dish)일 수 있다.The broadband light source may be a laser emitting a broadband wavelength of 0.4 to 2.2 micrometers, and the transparent medium may be a glass bottom dish.

간섭 스펙트럼의 영상은, 대물렌즈를 통해 투명배지로 입사된 광이 샘플에서 반사되되, 샘플과 투명배지의 경계에 의해 간섭을 일으킴에 의해 얻어진 영상이다.The image of the interference spectrum is an image obtained by causing light incident on the transparent medium through the objective lens to be reflected by the sample but causing interference by the boundary between the sample and the transparent medium.

또한, 본 발명의 비표지 세포 분석 시스템의 구동방법은, 광대역 광원으로 부터 출사된 광을 필터 및 제1시준기를 통해 광섬유 커플러로 전달하는, 제1단계; 광섬유 커플러는, 제1단계에서 전달된 광을, 제2시준기를 통해 갈바노 미러로 전달하는, 제2단계; 갈바노 미러의 거울들의 회전에 따라, 제2단계에서 전달된 광을, 확대경부로 전달하고, 확대경부는 입사된 광을 대물렌즈 및 투명배지를 거쳐, 투명배지 위의 샘플에 전달하는, 제3단계; 제3단계로부터 샘플에 입사된 광이. 샘플로부터 반사되어, 투명배지 및 대물렌즈를 거쳐 확대경부를 통해 갈바노 미러로 전달되는, 제4단계; 갈바노 미러의 거울들의 회전에 따라, 제4단계에서 전달된 광을 제2시준기를 통해 광섬유 커플러로 전달하는, 제5단계; 광섬유 커플러는, 제5단계에서 전달된 광을 분광기로 전달하는, 제6단계; 분광기는 제6단계에서 입사된 광의 스펙트럼을 검출하여 영상을 출력하되, 샘플과 투명배지에 의해 간섭을 일으켜 형성된 간섭 스펙트럼의 영상을 출력하는, 제7단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of driving an unlabeled cell analysis system, comprising: a first step of transmitting light emitted from a broadband light source through a filter and a first collimator to an optical fiber coupler; The optical fiber coupler includes a second step of transmitting the light transmitted in the first step to the galvanometer mirror through the second collimator; According to the rotation of the mirrors of the galvanometer mirror, the light transmitted in the second step is transmitted to the enlarged neck portion, and the enlarged neck portion transmits the incident light to the sample on the transparent medium through the objective lens and the transparent medium. Step 3; The light incident on the sample from the third step. Reflected from the sample, passed through the transparent medium and the objective lens, and transmitted to the galvanometer mirror through the enlarged diameter portion; A fifth step of transferring the light transmitted in the fourth step to the optical fiber coupler through the second collimator in accordance with the rotation of the mirrors of the galvanometer mirror; The optical fiber coupler includes: a sixth step of transmitting the light transmitted in the fifth step to the spectroscope; And a seventh step of detecting the spectrum of the light incident at the sixth step and outputting an image of the interference spectrum generated by interference of the sample with the transparent medium.

또한, 본 발명의 비표지 세포 분석 시스템의 구동방법은, 연산처리부는 제7단계의 간섭 스펙트럼의 영상을 수신하고, 푸리에 변환하여 위상을 측정하는, 제8단계;를 더 포함한다.The method of driving an unlabeled cell analysis system of the present invention may further include an eighth step of receiving an image of the interference spectrum of the seventh step and performing Fourier transform to measure the phase.

광대역 광원은 텅스텐 램프, 텅스텐 할로겐 램프, 제논 램프, 고휘도 다이오드(Superluminescent diode), 티타늄 사파이어 레이저(Ti-Sapphire Laser), 파장 훑음 레이저 (Wavelength Swept laser) 중 어느 하나일 수 있다.The broadband light source may be a tungsten lamp, a tungsten halogen lamp, a xenon lamp, a superluminescent diode, a Ti-Sapphire laser, or a Wavelength Swept laser.

또한, 본 발명의 비표지 세포 분석 시스템은, 위에 샘플이 놓여 지며, 밑면이 투명한, 투명배지; 투명배지의 밑에 위치되는, 대물렌즈; 대물렌즈의 밑에 위치되며, 2개의 거울을 구비하여, 상기 2개의 거울의 회전에 따라, 파장 훑음 광원으로부터 광섬유 서큘레이터를 통해 입사된 광을 대물렌즈를 통해 투명배지로 출사하며, 투명배지로부터 대물렌즈를 통해 되돌아오는 광을 광섬유 서큘레이터로 출사하는, 갈바노 미러; 파장 훑음 광원으로부터 입사된 광을 갈바노 미러로 전송하고, 갈바노 미러로부터 입사된 광을 광다이오드로 전송하는, 광섬유 서큘레이터; 광섬유 서큘레이터로부터 입사된 광의 스펙트럼을 검출하되, 샘플과 투명배지에 의해 간섭을 일으켜 형성된 간섭 스펙트럼을 출력하는, 광다이오드;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the unlabeled cell analysis system of the present invention comprises: a transparent medium on which a sample is placed and the bottom surface of which is transparent; An objective lens positioned under the transparent medium; And two mirrors are disposed under the objective lens so that light incident from the wavelength-scanned light source through the optical fiber circulator is emitted to the transparent medium through the objective lens in accordance with the rotation of the two mirrors, A galvanometer mirror for emitting light returning through the lens to an optical fiber circulator; An optical fiber circulator for transmitting light incident from a wavelength-swept light source to a galvanometer mirror and transmitting light incident from the galvanometer mirror to a photodiode; And a photodiode for detecting a spectrum of light incident from the optical fiber circulator and outputting an interference spectrum formed by interference between the sample and the transparent medium.

광다이오드로부터 간섭 스펙트럼을 수신하고, 푸리에 변환하여 위상을 측정하는, 연산처리부;를 더 포함하며, 파장 훑음 광원과 광섬유 서큘레이터의 사이에, 파장 훑음 광원으로부터의 광을 필터링하여 소정파장 대역의 광을 출력시키는 필터를 더 포함할 수 있다.And an arithmetic processing unit for receiving the interference spectrum from the photodiode and performing Fourier transform to measure the phase, wherein the light from the wavelength-seeking light source is filtered between the wavelength-swept light source and the optical fiber circulator, And a filter for outputting the output signal.

또한, 본 발명의 비표지 세포 분석 시스템은, 위에 샘플이 놓여 지며, 밑면이 투명한, 투명배지; 투명배지의 밑에 위치되는, 대물렌즈; 대물렌즈의 밑에 위치되며, 파장 훑음 광원으로부터 입사된 광을 대물렌즈를 통해 투명배지로 출사하며, 투명배지로부터 대물렌즈를 통해 되돌아오는 광을 CCD 카메라로 출사하는, 빔스플리터; 빔스플리터로부터 입사된 광을 검출하되, 샘플과 투명배지에 의해 간섭을 일으켜 형성된 광 간섭 무의 영상을 출력하는, CCD 카메라;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the unlabeled cell analysis system of the present invention comprises: a transparent medium on which a sample is placed and the bottom surface of which is transparent; An objective lens positioned under the transparent medium; A beam splitter which is located under the objective lens and emits the light incident from the wavelength scanning light source to the transparent medium through the objective lens and emits the light returning from the transparent medium through the objective lens to the CCD camera; And a CCD camera for detecting light incident from the beam splitter and outputting an image of an optical interference spot formed by interference between the sample and the transparent medium.

파장 훑음 광원과 빔스플리터의 사이에, 파장 훑음 광원으로부터의 광을 필터링하여 소정파장 대역의 광을 출력시키는 필터를 더 포함할 수 있다.And a filter for filtering the light from the wavelength-swept light source and outputting light of a predetermined wavelength band, between the wavelength-swept light source and the beam splitter.

본 발명의 일실시예의 고출력 비표지 세포 분석 시스템에 따르면, 광대역 레이저를 광원으로 하여, 유리로 이루어진 배지의 하부를 대물렌즈와 갈바노 미러를 이용해 스캔하고, 배지 하부의 유리에서 반사되어 돌아오는 빛을 분광기를 이용하여 분석, 영상화하되, 분광기에서는 배지 유리의 각 계면에서 반사되어 돌아오는 빛이 형성한 간섭 스펙트럼를 측정하고, 측정된 간섭 스펙트럼를 푸리에 변환한 데이터에서 위상을 측정하여 세포의 구조적 변화를 관찰할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예의 고출력 비표지 세포 분석 시스템에 따르면, 파장 훑음 광원을 이용하며, 투명한 배지의 하부에서 반사되어 돌아오는 빛을 빔스플리터를 통해 CCD 카메라로 촬영하여 영상화하되, CCD 카메라는 배지 유리의 각 계면에서 반사되어 돌아오는 빛이 형성한 간섭 스펙트럼의 영상을 출력하고, 연산처리부는 간섭 스펙트럼의 영상을 푸리에 변환한 데이터에서 위상을 측정하여 세포의 구조적 변화를 관찰할 수 있다.According to the high output unlabeled cell analysis system of the embodiment of the present invention, the lower part of the medium made of glass is scanned using the wide-band laser as the light source, the objective lens and the galvanometer mirror, The spectroscope measures the interference spectrum formed by the light reflected from each interface of the glass sheet in the spectroscope and measures the phase in the Fourier transformed data of the measured interference spectrum to observe the structural change of the cell can do.
According to the high output unlabeled cell analysis system of another embodiment of the present invention, the light is reflected from the lower part of the transparent medium using a wavelength-segregated light source and is photographed by a CCD camera through a beam splitter, The image of the interference spectrum formed by the light reflected from each interface of the glass is outputted. The calculation processing unit can observe the structural change of the cell by measuring the phase from the data obtained by Fourier transforming the image of the interference spectrum.

본 발명의 고출력 비표지 세포 분석 시스템은 특별한 처리를 하지 않은 일반적인 투명한 평면으로 이루어진 저가의 배지 위에 배양한 세포의 구조적 변화를 자세히 관측할 수 있으며, 간단한 구조로 이루어지며, 가격도 보다 저렴하다.The high-power unlabeled cell analysis system of the present invention can observe structural changes of cells cultivated on a low-cost medium made of a general transparent plane without special treatment, and is simple in structure and cheaper.

본 발명의 고출력 비표지 세포 분석 시스템은 실세간 세포 모니터링, 실시간 단백질 결합반응 모니터링, photothermal 센서, 삼차원 영상 현미경, 화학 센서에 적용될 수 있다.The high output non-labeled cell analysis system of the present invention can be applied to intercellular cell monitoring, real-time protein binding reaction monitoring, photothermal sensor, three-dimensional imaging microscope, and chemical sensor.

도 1은 본 발명의 고출력 비표지 세포 분석 시스템의 구성을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 고출력 비표지 세포 분석 시스템의 투명배지에서의 광을 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은 본 발명의 고출력 비표지 세포 분석 시스템의 분광기에서의 분석을 설명하는 설명도이다.
도 4는 본 발명의 고출력 비표지 세포 분석 시스템의 투명배지의 밑에서 광간섭 위상차 현미경을 이용해 촬영한 세포 영상의 일예이다.
도 5는 세포에 피콜린산과 히스타민을 농도를 달리하여 각각 투여한 경우, 본 발명의 고출력 비표지 세포 분석 시스템에 시간에 따른 측정값의 일예를 나타낸다.
도 6은 일반적으로 시판되는 글래스 바텀 디쉬의 일예이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예의 고출력 비표지 세포 분석 시스템의 구성을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예의 고출력 비표지 세포 분석 시스템의 구성을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예의 고출력 비표지 세포 분석 시스템의 구성을 개략적으로 설명하는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view for explaining a configuration of a high power unlabeled cell analysis system of the present invention. FIG.
2 is an explanatory diagram for explaining light in a transparent medium of the high power unlabeled cell analysis system of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining analysis in a spectroscope of the high power unlabeled cell analysis system of the present invention. FIG.
FIG. 4 is an example of a cell image captured using a light interference phase contrast microscope below a transparent medium of the high power unlabeled cell analysis system of the present invention.
FIG. 5 shows an example of measured values over time in the high power unlabeled cell analysis system of the present invention when the cells are administered with different concentrations of picolinic acid and histamine, respectively.
6 is an example of a commercially available glass bottom dish.
7 is a view schematically illustrating a configuration of a high power unlabeled cell analysis system according to another embodiment of the present invention.
8 is a view schematically illustrating the configuration of a high power unlabeled cell analysis system according to another embodiment of the present invention.
9 is a view schematically illustrating a configuration of a high power unlabeled cell analysis system according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 의한 고출력 비표지 세포 분석 시스템 및 그 구동방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a high power unlabeled cell analysis system and a driving method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에서, 투명배지는 일반적인 세포 배양을 위한 당단백질 코팅 이외의 처리를 하지 않음을 밝혀둔다. In the present invention, it is revealed that the transparent medium does not undergo treatment other than the glycoprotein coating for general cell culture.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 고출력 비표지 세포 분석 시스템의 구성을 개략적으로 설명하는 도면으로, 광대역광원(100), 필터(120), 분광기(400), 광섬유 커플러(200), 갈바노 미러(250), 확대경부(260), 대물렌즈(290), 투명배지(300)을 포함하여 이루어진다.1 is a view schematically illustrating a configuration of a high output unlabeled cell analysis system according to an embodiment of the present invention. The broadband light source 100, the filter 120, the spectroscope 400, the optical fiber coupler 200, A magnifier 250, an enlarged diameter portion 260, an objective lens 290, and a transparent medium 300.

광대역광원(super-continuum light source )(100)은 단색광원이 아닌 넓은 분광 복사 스팩트럼을 가진 광원으로, 백색 광원, 고휘도 다이오드(Superluminescent diode), 티타늄 사파이어 레이저(Ti-Sapphire Laser) 등의 광대역 레이져 광원이 포함될 수 있다. 또한 광대역광원(100)으로 파장 훑음 레이저 (Wavelength Swept laser)도 사용가능하며, 이 경우, 분광기 대신 광다이오드를 사용할 수 있다. 상기 백색광원으로는 텅스텐 램프, 텅스텐 할로겐 램프, 제논 램프 등이 있다A super-continuum light source 100 is a light source having a wide spectral radiance spectrum other than a monochromatic light source. The super-continuum light source 100 includes a broadband laser light source such as a white light source, a superluminescent diode, and a Ti-Sapphire laser. May be included. Also, a wavelength swept laser may be used as the broadband light source 100, in which case a photodiode may be used instead of a spectroscope. Examples of the white light source include a tungsten lamp, a tungsten halogen lamp, and a xenon lamp.

필터(filter)(120)는 광대역광원(100)의 아래에 위치되며, 광대역광원(100)으로부터 입력된 광을 선택적으로 특정파장 대역의 광을 출력하기 위한 광학필터이다.The filter 120 is an optical filter positioned below the broadband light source 100 and selectively outputting light of a specific wavelength band from the light input from the wideband light source 100. [

본 발명에서 광대역광원(100)으로서, 0.4-2.2 마이크로미터의 광대역 파장을 동시에 방출하는 레이저를 사용할 수 있으며, 분광기(400)가 해당 파장을 모두 탐지할 수 없기에 필요한 영역만 걸러내 사용하기 위해 필터(120)를 사용한다.In the present invention, as the broadband light source 100, it is possible to use a laser that simultaneously emits a wide-band wavelength of 0.4-2.2 micrometers. Since the spectrometer 400 can not detect all the wavelengths, (120).

제1 시준기(collimator)(140)는 필터(120)의 아래에 위치되며, 광대역광원(100)으로부터 필터(120)를 통해 입사되는 광선을 집광하여 평행한 광선으로 변환하여, 광섬유(170)로 입사되게 하며, 제1 시준기(140)에서 출사된 광은 광섬유(170)를 통해 광섬유 커플러(200)로 입사된다.The first collimator 140 is located below the filter 120 and condenses the light beam that is incident from the broadband light source 100 through the filter 120 and converts the light into parallel light beams to be incident on the optical fiber 170 And the light emitted from the first collimator 140 is incident on the optical fiber coupler 200 through the optical fiber 170.

광섬유 커플러(fiber coupler)(200)는 일측은 제1 시준기(140)와 연결된 광섬유(170) 그리고 분광기(400)와 연결된 광섬유(170)와 연결되고, 다른 일측은 제2 시준기(220)와 연결된 광섬유(170)가 연결된다. 광섬유 커플러(200)는 광대역광원(100)으로부터 필터(120)를 통해 입사된 광을 갈바노미러(250) 측으로 출사하고, 투명배지(300)로부터 갈바노미러(250)를 통해 입사되는 광을 분광기(400)로 출사하는 수단이다. 즉, 광대역광원(100), 필터(120), 제1 시준기(collimator)(140)를 통해 입사된 광을, 제2 시준기(220)를 통해 갈바노미러(250)로 전달한다. 또한 투명배지(300)로부터 반사되어 확대경부(260), 갈바노미러(250), 제2 시준기(220)를 통해 입사된 광을, 분광기(400)로 출사한다.One end of the optical fiber coupler 200 is connected to the optical fiber 170 connected to the first collimator 140 and the optical fiber 170 connected to the spectroscope 400 and the other end of the optical fiber coupler 200 is connected to the second collimator 220 An optical fiber 170 is connected. The optical fiber coupler 200 emits light from the broadband light source 100 through the filter 120 to the galvanometer mirror 250 and transmits light from the transparent medium 300 through the galvanometer mirror 250 And outputs it to the spectroscope 400. That is, the light incident through the broadband light source 100, the filter 120, and the collimator 140 is transmitted to the galvanometer mirror 250 through the second collimator 220. The light emitted from the transparent medium 300 through the enlarged diameter portion 260, the galvanometer mirror 250 and the second collimator 220 is emitted to the spectroscope 400.

여기서, 광섬유 커플러(200)는 빔 스플리터의 광섬유 기반 광학적 대체물로서 이용한 것으로, 기존의 OCT와는 달리 기준광을 이용하지 않으며, 측정광 쪽에서 돌아오는 빛의 간섭을 관측한다.Here, the optical fiber coupler 200 is used as an optical fiber-based optical alternative of a beam splitter. Unlike the conventional OCT, the optical fiber coupler 200 does not use a reference light, and observes interference of light returning from the measurement light side.

본 발명에서, 광섬유 커플러(200)는 빔스플리터, 서큘레이터로도 대체가능하며, 이들로 대체하였을때 같은 결과를 얻는 것이 가능하다.In the present invention, the optical fiber coupler 200 can be replaced with a beam splitter or a circulator, and it is possible to obtain the same result when the coupler is replaced with a beam splitter or a circulator.

제2 시준기(220)는 광섬유 커플러(200)의 연결된 광섬유(170)와 갈바노미러(250)의 사이에 위치되어, 갈바노미러(250)로 부터 입사된 광을 집광하여 평행한 광으로 변환하여, 광섬유 커플러(200)의 연결된 광섬유(170)로 입사되게 하며, 제2 시준기(220)에서 출사된 광은 광섬유(170)를 통해 광섬유 커플러(200)로 입사되어, 분광기(400)로 전달된다.The second collimator 220 is disposed between the connected optical fiber 170 of the optical fiber coupler 200 and the galvanometer mirror 250 to condense the light incident from the galvanometer mirror 250 and convert the collimated light into parallel light The light emitted from the second collimator 220 is incident on the optical fiber coupler 200 through the optical fiber 170 and is transmitted to the spectroscope 400 through the optical fiber coupler 200. [ do.

갈바노 미러(250)는 제2 시준기(220)와 확대경부(260)의 사이에 위치되며, 회전하는 두 거울이 수직하게 배열되어, 2차원 스캔을 수행하는 수단이다. 갈바노 미러(250)는 광섬유 커플러(200)로부터 제2 시준기(220)를 통해 입사된 광을, 확대경부(260) 및 대물렌즈(290)을 통해, 투명배지(300)의 저면에, 회전함에 따라 순차적으로 출사한다. 또한, 갈바노 미러(250)는 투명배지(300)의 저면에서 반사된 광을, 대물렌즈(290) 및 확대경부(260)를 통해, 회전함에 따라 순차적으로 입사시켜, 제2 시준기(220)를 통해 광섬유 커플러(200)로 전송한다. 갈바노 미러(250)는 스캐너라고 할 수 있다.The galvano mirror 250 is positioned between the second collimator 220 and the enlarged diameter portion 260, and the two rotating magnets are arranged vertically to perform a two-dimensional scan. The galvanometer mirror 250 transmits light incident from the optical fiber coupler 200 via the second collimator 220 to the bottom surface of the transparent medium 300 through the enlarged diameter portion 260 and the objective lens 290, It will be released sequentially. The galvanometer mirror 250 sequentially reflects the light reflected from the bottom surface of the transparent medium 300 through the objective lens 290 and the enlarged diameter portion 260 as it rotates, To the optical fiber coupler (200). The galvanometer mirror 250 may be referred to as a scanner.

확대경부(260)는 갈바노 미러(250)와 대물렌즈(290)의 사이에 위치되며, 2개의 볼록렌즈, 즉 제1볼록렌즈(270) 및 제2볼록렌즈(280)로 공초점 광학계를 이루는 것으로, 광섬유 커플러(200)로부터 제2 시준기(220)를 통해 입사된 광을 확대한다. 여기서 확대경부(260)는 입사된 광선의 크기를 두 배로 확대할 수 있다. 즉, 확대경부(260)는 광선이 대물렌즈에 의해 초점을 맺기 전 광선을 확대함으로서, 렌즈와 광선 사이의 개구수를 늘려, 초점을 작게 맺게 하여 분해능을 늘리기 위한 수단이다. 여기서, 제1볼록렌즈(270)의 구경은 제2볼록렌즈(280)의 구경보다 작다.The enlarged diameter portion 260 is located between the galvanometer mirror 250 and the objective lens 290 and is composed of two convex lenses, that is, a first convex lens 270 and a second convex lens 280, Thereby enlarging the light incident from the optical fiber coupler 200 through the second collimator 220. Here, the enlarged diameter portion 260 can double the size of the incident light ray. That is, the enlarged diameter portion 260 is a means for enlarging the numerical aperture between the lens and the light beam by enlarging the light beam before the light beam is focused by the objective lens, thereby making the focus smaller and increasing the resolution. Here, the aperture of the first convex lens 270 is smaller than the aperture of the second convex lens 280.

경우에 따라서, 확대경부(260)는 생략할 수 있다.In some cases, the enlarged diameter portion 260 can be omitted.

대물렌즈(290)는, 투명배지(300)의 밑에 위치되며, 광섬유 커플러(200) 측에서 입사된 광을 투명배지(300) 위에 초점을 맺기 위한 수단이다. 즉, 광섬유 커플러(200) 측에서 나오는 평행광을 해상도 향상을 위해 확대경부(260)를 통해 확대한 뒤, 대물렌즈(290)를 통해 투명배지(300) 위에 초점을 맺으며, 투명배지(300)의 표본(샘플)에 의해 산란되어 물체의 정보를 포함한 빛은 그대로 반사되어 대물렌즈(290), 확대경부(260), 갈바노 미러(250), 제2시준기(220)를 거쳐 다시 광섬유 커플러(200)로 들어가게 된다.The objective lens 290 is positioned under the transparent medium 300 and is a means for focusing the light incident on the optical fiber coupler 200 side on the transparent medium 300. That is, the parallel light emitted from the optical fiber coupler 200 is enlarged through the enlarged diameter portion 260 for the purpose of improving the resolution, focused on the transparent medium 300 through the objective lens 290, The light including the information of the object is reflected as it is and passes through the objective lens 290, the enlarged diameter part 260, the galvanometer mirror 250, the second collimator 220, (200).

투명배지(300)는 세포의 배양 등을 하기 위한 수단으로, 특별한 처리를 하지 않은 일반적인 투명한 평면으로 이루어진 배지이다. 투명배지(300)로, 글래스 바텀 디쉬(glass bottom dish)라 불리는 시판용 투명배지를 사용할 수 있으며, 이는 일반적으로 멸균처리한 플라스틱으로 된 틀 아래 유리가 접착되어 있는 것이다. 본 발명에서는 투명배지(300)로서, 투명한 바닥을 가진 배지라면 형태에 관계없이 사용할 수 있다.The transparent medium 300 is a means for culturing cells or the like, and is a medium made of a general transparent plane without any special treatment. As the transparent medium 300, a commercially available transparent medium called a glass bottom dish can be used. In general, the glass is bonded under a frame made of sterilized plastic. In the present invention, as the transparent medium 300, any medium having a transparent bottom can be used regardless of its form.

분광기(spectrometer)(400)는 스캔 카메라(또는 라인 스캔 카메라)을 포함하고 있으며, 광섬유 커플러(200)로부터 입사된 간섭광의 스펙트럼을 검출하며, 스펙트럼의 분석을 통해 각 픽셀의 영상을 얻는다. 즉, 분광기(400)는 투명배지(300)로부터 반사되어 확대경부(260), 갈바노미러(250), 제2 시준기(220), 광섬유 커플러(200)를 통해 입사된 광에서 스펙트럼을 검출하고, 스펙트럼의 분석을 통해 각 픽셀(화소)의 영상, 즉 간섭 스펙트럼의 영상을 얻는다. 분광기(400)는 시판되는 공지의 분광기를 사용할 수 있다.The spectrometer 400 includes a scan camera (or line scan camera), detects the spectrum of the interference light incident from the optical fiber coupler 200, and obtains an image of each pixel through spectrum analysis. That is, the spectroscope 400 detects the spectrum of the light reflected from the transparent medium 300 through the enlarged diameter portion 260, the galvanometer mirror 250, the second collimator 220, and the optical fiber coupler 200 , An image of each pixel (pixel), that is, an image of interference spectrum, is obtained through spectrum analysis. The spectroscope 400 may be a known commercially available spectroscope.

연산처리부(500)는 분광기(400)와 유선 또는 무선으로 연결되어, 간섭 스펙트럼의 영상을 수신하고, 수신된 간섭 스펙트럼의 영상의 각 픽셀을 푸리에 변환하여, 위상을 측정한다. 다시말해, 간섭 스펙트럼를 푸리에 변환한 데이터에서 위상을 측정하여 세포의 구조적 변화를 관찰할 수 있다. 여기서 연산처리부(500)는 마이크로프로세서, 또는 컴퓨터로 이루어질 수 있다.The arithmetic processing unit 500 is connected to the spectroscope 400 in a wired or wireless manner, receives an image of the interference spectrum, Fourier-transforms each pixel of the image of the received interference spectrum, and measures the phase. In other words, it is possible to observe the structural change of the cell by measuring the phase in the Fourier transformed data of the interference spectrum. The operation processing unit 500 may be a microprocessor or a computer.

일반적으로, 푸리에 변환을 통해 시간함수 u(t)를 주파수함수 U(ω)로 변환할 수 있으며, 주파수영역 함수 U(ω)는 복소수 형태로 나타내며, 진폭과 위상으로 표현할 수 있다. In general, the time function u (t) can be transformed to the frequency function U (ω) through a Fourier transform, and the frequency domain function U (ω) can be expressed in complex form and expressed in amplitude and phase.

본 발명에서, 분광기(400)의 측정값은 CameraLink, GigaE, USB 등을 포함하는 통신 규약을 기반으로 컴퓨터로 전송되며, 전송된 신호는 컴퓨터에서 푸리에 변환을 포함하는 일련의 신호 처리 과정을 거친 디지털 영상을 얻을 수 있다.In the present invention, the measured value of the spectroscope 400 is transmitted to a computer based on a communication protocol including CameraLink, GigaE, USB, etc., and the transmitted signal is transmitted to a computer through a series of signal processing processes including Fourier transform Images can be obtained.

도 2는 본 발명의 고출력 비표지 세포 분석 시스템의 투명배지에서의 광을 설명하기 위한 설명도이다.2 is an explanatory diagram for explaining light in a transparent medium of the high power unlabeled cell analysis system of the present invention.

대물렌즈(290)을 통해 투명배지(300)로 입사된 광은 샘플(350)에서 반사되며, 샘플(350)과 투명배지(300)에 의해 간섭을 일으킨다. 투명배지(300)의 각 계면에서 반사되어 돌아오는 빛이 간섭 스펙트럼을 형성한다. 즉, 대물렌즈(290)을 통해 투명배지(300)로 입사된 광 중, 샘플(350)에 입사되지 않고 반사된 광을 기준으로하여, 샘플(350)에서 반사된 광을 측정할 수 있다.
The light incident on the transparent medium 300 through the objective lens 290 is reflected by the sample 350 and interferes with the sample 350 and the transparent medium 300. Light reflected and returned from each interface of the transparent medium 300 forms an interference spectrum. That is, light reflected by the sample 350 can be measured with reference to light reflected without being incident on the sample 350 among the light incident on the transparent medium 300 through the objective lens 290.

도 3은 본 발명의 고출력 비표지 세포 분석 시스템의 분광기에서의 분석을 설명하는 설명도이다.FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining analysis in a spectroscope of the high power unlabeled cell analysis system of the present invention. FIG.

분광기(400)는 투명배지(300)(예로, 유리)에 반사되어 돌아오는 빛을 도 3의 (b)와 같이 파장에 따른 강도(스펙트럼)로 나타내게 되며, 이를 FFT하게 되면 깊이에 따른 강도(스펙트럼)로 나타내게 되며, 이를 통해 투명배지(300)에 의해 생긴 간섭 스펙트럼를 측정할 수 있다. 그 다음은 연산처리부(500)에서 이 간섭 스펙트럼을 푸리에 변환한 데이터에서 위상을 측정하여 세포의 구조적 변화를 관찰할 수 있다.The spectroscope 400 reflects the light reflected from the transparent medium 300 (for example, glass) as intensity (spectrum) according to the wavelength as shown in FIG. 3 (b) Spectrum), and thereby the interference spectrum generated by the transparent medium 300 can be measured. Next, the phase of the interference spectrum is Fourier-transformed in the calculation processing unit 500, and the phase change is observed to observe the structural change of the cell.

일반적으로, 간섭 신호를 고속푸리에 변환(FFT)을 통하게 되면 깊이 정보를 획득하게 된다. 또한, 이를 다시 푸리에 변환을 하게 되면 위상의 특징이 더 돌출되게 된다.In general, depth information is obtained when the interference signal is subjected to Fast Fourier Transform (FFT). Further, if the Fourier transform is performed again, the phase characteristic becomes more prominent.

분광기(400)는 파장별 세기 정보만을 출력하며, 분광기의 출력의 예는 도3의 (b)와 같으며, 그 후의 푸리에 변환을 비롯한 처리는 연산처리부(500)에서 수행하게 된다.The spectroscope 400 outputs only intensity-specific intensity information. An example of the output of the spectroscope is shown in FIG. 3 (b), and the processing including the subsequent Fourier transform is performed in the operation processing unit 500.

도 4는 본 발명의 고출력 비표지 세포 분석 시스템의 투명배지의 밑에서 광간섭 위상차 현미경을 이용해 촬영한 세포 영상의 일예이다.FIG. 4 is an example of a cell image captured using a light interference phase contrast microscope below a transparent medium of the high power unlabeled cell analysis system of the present invention.

도 4의 (a)는 세포에게 특별한 처리를 하지 않은 경우의 광간섭 위상차 현미경으로 촬영된 영상이고 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 세포가 30분 경과된 경우의 촬영영상이다.4 (a) is an image photographed with an optical interference phase contrast microscope when cells are not subjected to any special treatment, and FIG. 4 (b) is an image captured when cells of FIG. 4 (a) .

도 4의 (c)는 세포를 죽이는 피콜린산을 투여한 직후의 광간섭 위상차 현미경으로 촬영된 영상이고, 도 4의 (d)는 도 4의 (c)의 세포가 30분 경과된 경우의 촬영영상이다.FIG. 4 (c) is an image photographed with an optical interference phase difference microscope immediately after administration of picolinic acid to kill cells, and FIG. 4 (d) It is a shot image.

도 4의 (b)는 30분이 경과하여도 변화가 없으나, 도 4의 (d)는 세포를 죽이는 피콜린산을 투여한 후 30분이 지나서 관측되는 세포의 수가 현저히 줄어들었음을 알 수 있다. 즉, 투명배지의 밑에서 간섭현상을 이용하여 세포 등을 관찰하는 것이 가능함을 알 수 있다. FIG. 4 (b) shows no change even after 30 minutes, whereas FIG. 4 (d) shows that the number of cells observed 30 minutes after the administration of picolinic acid, which kills the cells, is remarkably reduced. That is, it is possible to observe the cells and the like by using the interference phenomenon under the transparent medium.

도 5는 세포에 피콜린산과 히스타민을 농도를 달리하여 각각 투여한 경우, 본 발명의 고출력 비표지 세포 분석 시스템에 시간에 따른 측정값의 일예를 나타낸다.FIG. 5 shows an example of measured values over time in the high power unlabeled cell analysis system of the present invention when the cells are administered with different concentrations of picolinic acid and histamine, respectively.

도 5의 (a)는 피콜린산의 농도를 달리하여 투여한 경우이고, 도 5의 (b)는 히스타민의 농도를 달리하여 투여한 경우이다. 도 5의 (c)는 도 5의 (a)의 농도와 위상을 나타낸 것이고, 도 5의 (d)는 도 5의 (b)의 농도와 위상을 나타낸 것이다.FIG. 5 (a) shows administration of picolinic acid at different concentrations, and FIG. 5 (b) shows administration of histamine at different concentrations. 5 (c) shows the concentration and phase of FIG. 5 (a), and FIG. 5 (d) shows the concentration and phase of FIG. 5 (b).

도 5의 (a)와 (b)에서, 피콜린산과 히스타민이 시간에 따라 다른 양상을 보였으며, 두 실험 모두 농도에 따른 측정값의 현저한 변화가 관찰된다.In Figures 5 (a) and 5 (b), picolinic acid and histamine differed with time, and in both experiments, significant changes in the measured values were observed.

도 6은 일반적으로 시판되는 글래스 바텀 디쉬(glass bottom dish)의 일예이다.6 is an example of a commercially available glass bottom dish.

글래스 바텀 디쉬는 멸균처리한 플라스틱으로 된 틀 아래 유리가 접착되어 있다.(참조: http://www.liveassay.com/wp-content/uploads/2011/11/96-Well.jpg , http://www.invitrosci.com/images/glass_top_glass_bottom_dish_35_20_huge.jpg)The glass bottom dish is glued with glass under a sterile plastic frame (see http://www.liveassay.com/wp-content/uploads/2011/11/96-Well.jpg, http: / / /www.invitrosci.com/images/glass_top_glass_bottom_dish_35_20_huge.jpg)

본 발명은 레퍼런스부를 필요로 하지 않으며, 광섬유 커플러 또는 빔스플리터를 포함하는 동경로(Common-path) 마이켈슨 간섭계를 기반으로 하는 간섭 영상기이며, 또한 광섬유 커플러, 빔스플리터와 같은 광선 분할 기기 대신 광섬유 서큘레이터를 사용하는 것도 가능하다. 광섬유 커플러 또는 빔스플리터 또는 서큘레이터중 하나를 이용하여 광원의 빛을 평행광으로 만들어 갈바노 미러(스캐너)로 보내고, 갈바노 미러(스캐너)에서 확대경부의 렌즈를 거쳐 투명배지에 입사한 뒤 돌아오는 빛을 그대로 분광기로 보낼 수 있다.The present invention does not require a reference part, and is an interference imager based on a common-path Michelson interferometer including an optical fiber coupler or a beam splitter. In addition, the optical fiber coupler and the beam splitter, It is also possible to use a circulator. The light from the light source is made into parallel light by using one of an optical fiber coupler, a beam splitter and a circulator, and is sent to a galvanometer mirror (scanner). The galvanometer mirror (scanner) You can send the light to the spectrometer as it is.

본 발명은 광대역 광원(100)으로 파장 훑음 광원을 사용하고, 분광기(400)대신에 광다이오드로 대치할 수 있다.The present invention can be replaced with a photodiode in place of the spectroscope 400, using a wavelength-swept light source as the broadband light source 100.

도 7은 본 발명의 다른 실시예의 고출력 비표지 세포 분석 시스템의 구성을 개략적으로 설명하는 도면으로, 파장 훑음 광원(102), 광다이오드(402), 광섬유 서큘레이터(202), 갈바노 미러(250), 확대경부(260), 대물렌즈(290), 투명배지(300)을 포함하여 이루어진다.7 schematically illustrates a configuration of a high power unlabeled cell analysis system according to another embodiment of the present invention. The wavelength scattering light source 102, the photodiode 402, the optical fiber circulator 202, the galvanometer mirror 250 An enlarged diameter portion 260, an objective lens 290, and a transparent medium 300.

도 7의 고출력 비표지 세포 분석 시스템은 도 1의 고출력 비표지 세포 분석 시스템에서, 광대역 광원(100)으로 파장 훑음 광원(102)을 사용하고, 분광기(400)대신에 광다이오드(402)를 사용하며, 광섬유 커플러(200) 대신에 광섬유 서큘레이터(202)를 사용하며, 그외에는 도 1과 같다.The high power unlabeled cell analysis system of FIG. 7 uses the wavelength-segregated light source 102 as the broadband light source 100 and the photodiode 402 instead of the spectroscope 400 in the high power unlabeled cell analysis system of FIG. And an optical fiber circulator 202 is used in place of the optical fiber coupler 200. The other parts are the same as those in FIG.

파장 훑음 광원(102)으로부터 광섬유(170)를 통해 광섬유 서큘레이터(202)로 광이 전달되고, 전달된 광은 광섬유 서큘레이터(202)에서 제2 시준기(220)를 통해 갈바노미러(250)로 출사한다. 갈바노미러(250)는 입사된 광을 확대경부(260), 대물렌즈(290)를 통해, 투명배지(300)의 저면에, 회전함에 따라 순차적으로 출사하며, 또한 투명배지(300)의 저면에서 반사된 광을, 대물렌즈(290) 및 확대경부(260)를 통해, 회전함에 따라 순차적으로 입사시켜, 제2 시준기(220)를 통해 광섬유 서큘레이터(202)로 전송하고, 광섬유 서큘레이터(202)는 제2 시준기(220)를 통해 입사된 광을, 광다이오드(402)로 출사한다. 광다이오드(402)는 입사된 광에서 스펙트럼을 검출하여 연산처리부(500)로 전송한다.Light is transmitted from the wavelength-segregated light source 102 to the optical fiber circulator 202 through the optical fiber 170 and transmitted through the second collimator 220 in the optical fiber circulator 202, . The galvanometer mirror 250 sequentially irradiates the incident light to the bottom surface of the transparent medium 300 through the enlarged diameter portion 260 and the objective lens 290 and rotates the bottom surface of the transparent medium 300, The light reflected by the objective lens 290 and the enlarged diameter part 260 are successively incident upon the optical fiber circulator 202 through the second collimator 220 and then transmitted to the optical fiber circulator 202, 202 emits the light incident through the second collimator 220 to the photodiode 402. The photodiode 402 detects the spectrum from the incident light and transmits the spectrum to the calculation processing unit 500.

도 8은 본 발명의 다른 실시예의 고출력 비표지 세포 분석 시스템의 구성을 개략적으로 설명하는 도면으로, 파장 훑음 광원(102), 필터(120), 광다이오드(402), 광섬유 서큘레이터(202), 갈바노 미러(250), 확대경부(260), 대물렌즈(290), 투명배지(300)를 포함하여 이루어진다.8 schematically illustrates a configuration of a high power unlabeled cell analysis system according to another embodiment of the present invention. The wavelength scattering light source 102, the filter 120, the photodiode 402, the optical fiber circulator 202, A galvanometer mirror 250, an enlarged diameter portion 260, an objective lens 290, and a transparent medium 300.

도 8은 도 7의 고출력 비표지 세포 분석 시스템에서 필터(120)가 더 포함된 것이다. 즉, 파장 훑음 광원(102)으로부터 전달된 광을 필터(120)에서 선택적으로 특정파장 대역의 광을 출력하여 제1시준기(140)를 거쳐 광섬유 서큘레이터(202)로 전송한다. 그 이외에는 도 7과 동일하다.FIG. 8 further includes a filter 120 in the high power unlabeled cell analysis system of FIG. That is, the light transmitted from the wavelength-swept light source 102 is selectively output from the filter 120 to the optical fiber circulator 202 through the first collimator 140. The rest is the same as in Fig.

또한 본 발명은 광대역 광원(100)으로서 파장 훑음 광원을 사용하고, 광섬유 커플러(200)의 대신에 빔스플리터를 이용할 수 있다. 이 경우의 고출력 비표지 세포 분석 시스템은 광시야 광간섭 위상 현미경으로 사용될 수 있다.In the present invention, a wavelength-segregated light source may be used as the broadband light source 100, and a beam splitter may be used in place of the optical fiber coupler 200. In this case, a high power unlabeled cell analysis system can be used as a wide-field optical interference phase microscope.

도 9는 본 발명의 다른 실시예의 고출력 비표지 세포 분석 시스템의 구성을 개략적으로 설명하는 도면으로, 파장 훑음 광원(102), 필터(120), CCD 카메라(405), 빔스플리터(205), 대물렌즈(290), 투명배지(300)를 포함하여 이루어진다.9 is a diagram schematically illustrating a configuration of a high power unlabeled cell analysis system according to another embodiment of the present invention. The wavelength scattering light source 102, the filter 120, the CCD camera 405, the beam splitter 205, A lens 290, and a transparent medium 300.

파장 훑음 광원(102)으로부터 전달된 광을 필터(120)에서 선택적으로 특정파장 대역의 광을 출력하여 제1시준기(140)를 거쳐 빔스플리터(205)로 전송되고, 제1시준기(140)를 통해 빔스플리터(205)에 입사된 광은 대물렌즈(290)를 통해, 투명배지(300)의 저면에 출사하며, 또한 투명배지(300)의 저면에서 반사된 광을, 대물렌즈(290)를 통해 빔스플리터(205)로 전송되며, 대물렌즈(290)를 통해 빔스플리터(205)로 입사된 광은 제2시준기(220)을 통해, CCD 카메라(405)에서 영상을 검출하여 연산처리부(500)으로 전송한다.The light transmitted from the wavelength sweeping light source 102 is selectively output from the filter 120 to the beam splitter 205 through the first collimator 140 and outputted to the first collimator 140 The light incident on the beam splitter 205 is emitted to the bottom surface of the transparent medium 300 through the objective lens 290 and the light reflected from the bottom surface of the transparent medium 300 is transmitted through the objective lens 290 And the beam incident on the beam splitter 205 through the objective lens 290 is detected by the CCD camera 405 through the second collimator 220 and transmitted to the arithmetic processing unit 500 ).

도 9는 파장 훑음 광원(102)을 투명배지(300) 위에 넓게 한번에 조사하여, 각 점에서 돌아오는 빛을 그대로 CCD 카메라(405)에 투사하여, 스캔을 하지 않고도 2차원 영상을 얻는 것이 가능한 장치이다. 이 장치의 경우에는 빔스플리터(205)만 사용 가능하며, CCD 카메라(405)의 각 픽셀 하나하나가 다른 장치의 분광기 내지는 광다이오드처럼 작동하는 방식이다. 각 픽셀은 각자 연산 처리부(500)에서 푸리에 변환을 거쳐 각 픽셀의 위상 정보를 출력하게 된다.9 is a diagram showing an example of a device capable of obtaining a two-dimensional image without scanning by irradiating the light reflected from each point onto the CCD camera 405 by irradiating the wavelength-segregated light source 102 onto the transparent medium 300 at a time, to be. In the case of this apparatus, only the beam splitter 205 can be used, and each pixel of the CCD camera 405 operates like a spectrometer or a photodiode of another apparatus. Each pixel is subjected to Fourier transform in the operation processing unit 500 to output phase information of each pixel.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible. Accordingly, it is intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto, and that all equivalent or equivalent variations thereof fall within the scope of the present invention.

100 : 광대역광원 102 : 파장 훑음 광원
120 : 필터 140 : 제1 시준기
170 : 광섬유 200 : 광섬유 커플러
202 : 광섬유 서큘레이터 205 : 빔스플리터
220 : 제2 시준기 250 : 갈바노 미러
260 : 확대경부 270 : 제1볼록렌즈
280 : 제2볼록렌즈 290 : 대물렌즈
300 : 투명배지 350 : 샘플
400 : 분광기 402 : 광다이오드
405 : CCD 카메라 500 : 연산처리부100: a broadband light source 102: a wavelength-seeking light source
120: filter 140: first collimator
170: optical fiber 200: optical fiber coupler
202: Fiber optic circulator 205: Beam splitter
220: second collimator 250: Galvano mirror
260: enlarged cervical portion 270: first convex lens
280: second convex lens 290: objective lens
300: transparent medium 350: sample
400: spectroscope 402: photodiode
405: CCD camera 500:

Claims (6)

위에 샘플이 놓여 지며, 밑면이 투명한, 투명배지;
투명배지의 밑에 위치되는, 대물렌즈;
대물렌즈의 밑에 위치되며, 파장 훑음 광원으로부터 입사된 광을 대물렌즈를 통해 투명배지로 출사하며, 투명배지로부터 대물렌즈를 통해 되돌아오는 광을 CCD 카메라로 출사하는, 빔스플리터;
빔스플리터로부터 입사된 광을 검출하되, 샘플과 투명배지에 의해 간섭을 일으켜 형성된 간섭 스펙트럼 영상인, 광 간섭 무늬 영상을 출력하는, CCD 카메라;
CCD 카메라로부터 광 간섭 무늬 영상을 수신하고, 푸리에 변환하여 위상을 측정하는, 연산처리부;
를 포함하여 이루어지며,
광 간섭 무늬 영상은, 빔스플리터를 통해 투명배지로 입사된 광이 샘플에서 반사되되, 샘플과 투명배지의 경계에 의해 간섭을 일으킴에 의해 얻어진 영상인 것을 특징으로 하는, 비표지 세포 분석 시스템.A transparent medium on which the sample is placed, and the bottom surface is transparent;
An objective lens positioned under the transparent medium;
A beam splitter which is located under the objective lens and emits the light incident from the wavelength scanning light source to the transparent medium through the objective lens and emits the light returning from the transparent medium through the objective lens to the CCD camera;
A CCD camera for detecting light incident from a beam splitter and outputting an optical interference pattern image, which is an interference spectrum image formed by interference between a sample and a transparent medium;
An arithmetic processing unit for receiving the optical interference fringe image from the CCD camera and performing Fourier transform to measure the phase;
And,
Wherein the optical interference fringing image is an image obtained by causing light incident on a transparent medium through a beam splitter to be reflected by the sample and causing interference by a boundary between the sample and the transparent medium. 제1항에 있어서,
파장 훑음 광원과 빔스플리터의 사이에, 파장 훑음 광원으로부터의 광을 필터링하여 소정파장 대역의 광을 출력시키는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 비표지 세포 분석 시스템.The method according to claim 1,
Further comprising a filter disposed between the wavelength-swept light source and the beam splitter for filtering light from the wavelength-swept light source to output light in a predetermined wavelength band. 제2항에 있어서,
필터와 빔스플리터의 사이에 제1시준기를 구비하며,
빔스플리터와 CCD 카메라의 사이에 제2시준기를 구비하는 것을 특징으로 하는, 비표지 세포 분석 시스템.3. The method of claim 2,
A first collimator between the filter and the beam splitter,
Characterized in that a second collimator is provided between the beam splitter and the CCD camera. 제1항에 있어서,
투명배지는 글래스 바텀 디쉬(glass bottom dish)인 것을 특징으로 하는, 비표지 세포 분석 시스템.The method according to claim 1,
Characterized in that the transparent medium is a glass bottom dish. 파장 훑음 광원으로 부터 출사된 광을 필터 및 제1시준기를 통해 빔스플리터로 전달하는, 제1단계;
빔스플리터는, 제1단계에서 전달된 광을, 대물렌즈 및 투명배지를 거쳐, 투명배지 위의 샘플에 전달하는, 제2단계;
제2단계로부터 샘플에 입사된 광이 샘플로부터 반사되어, 투명배지 및 대물렌즈를 거쳐 빔스플리터로 전달되는, 제3단계;
제3단계에서 전달된 광이 빔스플리터로부터 제2시준기를 통해 CCD 카메라로 전달되는, 제4단계;
CCD 카메라는, 제4단계에서 전달되는 광을 검출하되, 샘플과 투명배지에 의해 간섭을 일으켜 형성된 광 간섭 무늬 영상을 검출하여 연산처리부로 전송하는, 제5단계;
를 포함하여 이루어지며,
광 간섭 무늬 영상은, 빔스플리터를 통해 투명배지로 입사된 광이 샘플에서 반사되되, 샘플과 투명배지의 경계에 의해 간섭을 일으킴에 의해 얻어진 영상인 것을 특징으로 하는, 비표지 세포 분석 시스템의 구동방법.
A first step of transmitting light emitted from a wavelength-swept light source through a filter and a first collimator to a beam splitter;
The beam splitter includes a second step of transmitting the light transmitted in the first step to the sample on the transparent medium via the objective lens and the transparent medium;
A third step in which light incident on the sample from the second step is reflected from the sample and is transmitted to the beam splitter through the transparent medium and the objective lens;
A fourth step in which the light transmitted in the third step is transmitted from the beam splitter to the CCD camera through the second collimator;
A fifth step of detecting light transmitted in the fourth step and detecting an optical interference fringe image formed by interference between the sample and the transparent medium, and transmitting the detected optical interference fringing image to the operation processing unit;
And,
Wherein the optical interference fringe image is an image obtained by causing light incident on a transparent medium through a beam splitter to be reflected by the sample and causing interference by a boundary between the sample and the transparent medium, Way.
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