KR101705602B1 - 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 스마트폰 기반 형광검출용 광학 센서는 일면에 검출용 시료와 접촉시 반응하는 형광물질이 도포된 센서막(100), 상기 검출용 시료를 상기 센서막(100)에 형광물질이 도포된 부위로 투입하기 위한 투입구(220)가 형성된 커버(210)와, 상기 커버(210)의 일면에 부착되며 상기 투입구(220)와 연통된 제1관측통로(240)가 형성된 받침대(230)를 포함하며, 상기 커버(210)의 투입구(220)와 상기 받침대(230)의 관측통로(240) 사이에 상기 센서막(100)이 삽입되는 스트립(200), 상기 스트립(200)이 끼워지기 위해 형성된 삽입홈(310)과 상기 제1관측통로(240)와 연통 형성된 관측구(320)를 포함하며, 내부에 상기 센서막(100)의 형광물질이 도포된 부위 또는 상기 센서막(100)의 뒷면에 빛을 조사하는 복수의 LED(330)가 설치되는 스트립케이스(300) 및 상기 스트립케이스(300)를 스마트폰(400)의 카메라(410)에 고정시키기 위한 스마트폰 거치대(500)를 포함하되, 상기 카메라(410)는 상기 LED(330)가 빛을 조사한 상기 센서막의 형광물질이 도포된 부위를 촬영하는 것을 특징으로 하는 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서에 관한 것이다.

Description

스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서{Optical sensor for fluorescence detection based on a smartphone camera}
본 발명은 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 형광물질을 이용하여 생화학적 표적물질 또는 검체를 스마트폰 카메라로 확인함으로써, 사용자가 간편하게 소지할 수 있는 휴대성 및 편의성이 향상된 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서에 관한 것이다.
인간 환경속에 존재하는 해로운 물질을 신속히 검출하는 것은 환경의 상태를 신속히 파악하고 안전하게 대처하기 위해 필수적이다. 예를 들면, 사회 전반적으로 큰 혼란을 야기하는 신종 플루, 중증 급성 호흡기 증후군을 일으키는 생물학적 검체를 조기에 진단하는 것은 전염병의 사회적 확산을 방지하여 경제적 손실을 줄이는데 기여한다. 따라서 이러한 인수공통 전염병을 일으키는 생물학적 검체를 조기에 진단하기 위해 간단하고, 신속하며, 정확한 센서가 필요하다.
센서란 시료중 존재하는 특정 물질의 존재 유무 및 농도를 확인하는 소형 장치로써 분석시료와 반응물질과의 생화학적 반응 또는 시료의 고유한 물리적, 화학적 특성을 이용하여 생화학적 변화를 얻어내며, 이를 변환기(transducer)와 결합하여 분석하고자 하는 물질로부터 전기적 또는 광학적 신호를 얻어 시료를 분석하는 장치를 말한다.
즉, 상기 센서는 특정 물질과 선택적으로 반응 및 결합할 수 있는 감지물질을 전기적 또는 광학적 신호로 변환하여 전기 또는 광학적 변환기로 측정이 가능하도록 한다. 상기 감지물질에는 화학물질과 효소, 항체, 세포 및 DNA 등과 같은 생물학적 물질이 있으며, 이를 측정이 가능한 전기적 변화, 열적 변화, 유색변화, 형광 발생 등과 같은 다양한 신호로 변환하여 보여주는 장치가 센서이다.
그러나 종래의 실험실에서 제작한 센서는 검출과정이 복잡하고 고가의 장비들을 필요로 하며, 별도의 전문적인 지식을 요하고 있어 비숙련자가 사용하기에 어려움이 많고, 특히 실험실과 같은 특정 장소 내에서만 측정 장치의 사용이 가능하여 현장에서 신속하게 검출을 할 수가 없는 문제점이 있었다.
따라서 소량의 분석시료를 검출할 수 있고, 측정 장치를 소형화하여 장소에 구애받지 않는 휴대가 가능한 센서의 개발이 요망되고 있는 실정이다.
이를 개선하기 위해 장소의 제약 없이 생화학적 반응물질, 특정 물질의 존재 유무 및 농도를 확인하기 위하여 스마트폰과 같은 휴대용 단말기에 센서를 적용하는 기술에 대하여 개발이 이루어졌는데, 한국등록특허 제0753595호("휴대단말기를 이용한 임상화학 측정 시스템 및 그 방법", 2007.08.23, 이하 종래기술)에는 이미지센서가 장착된 휴대용 측정단말기와 휴대단말기를 이용하여 혈액이나 뇨 등과 같은 시료를 측정하여 미리 설정된 프로그램으로 측정데이터를 분석하는 기술이 개시된다.
그러나 종래기술은 시료분석의 감도가 현저히 낮은 유색반응을 이용할 뿐 아니라 사용자가 상기 시료의 투입 후 반응에 필요한 반응시간, 시료측정 등의 각종 기능 및 작동 모드를 선택 및 설정해야 하는 등 검출 과정이 까다롭다는 문제점이 있었다.
따라서 보다 단순하고 신속하며 높은 시료분석 감도를 가짐과 동시에 휴대성이 향상된 형광검출용 센서가 필요한 실정이다.
한국등록특허 제0753595호("휴대단말기를 이용한 임상화학 측정 시스템 및 그 방법", 2007.08.23.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 형광물질을 이용하여 생화학적 표적물질 및 검체를 스마트폰 카메라로 검출하되, 사용자가 간편하게 소지할 수 있어 휴대성 및 편의성을 향상시킨 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 검출 수행을 위한 별도의 전문지식이 요구됨이 없는 측정 장치로써, 비숙련자도 손쉽게 형광 측정 및 시료의 농도 측정이 가능한 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 생화학적 표적물질 및 검체를 측정하고자 하는 대상에 따라, 서로 다른 종류의 고감도 표지물질인 형광물질을 도포한 센서막을 사용할 수 있어, 시료의 존재 유무를 판단하는 간단한 정성 분석부터 고감도 정량을 요구하는 생화학적 물질의 분석까지 확인이 가능한 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서를 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서는 일면에 검출용 시료와 접촉시 반응하는 형광물질이 도포되며, 다공성 고분자 막층이 패드 구조로 투명하게 형성된 센서막(100); 상기 검출용 시료를 상기 센서막(100)에 형광물질이 도포된 부위로 투입하기 위한 투입구(220)가 형성된 커버(210)와, 상기 커버(210)의 일면에 부착되며 상기 투입구(220)와 연통된 제1관측통로(240)가 형성된 받침대(230)를 포함하며, 상기 커버(210)의 투입구(220)와 상기 받침대(230)의 관측통로(240) 사이에 상기 센서막(100)이 삽입되는 스트립(200); 상기 스트립(200)이 끼워지기 위해 형성된 삽입홈(310), 상기 제1관측통로(240)와 연통 형성된 관측구(320), 상기 센서막(100)의 일면과 연통되는 흡입홈(360), 상기 흡입홈(360)에 설치되어 기체를 흡입하는 흡입팬(370) 및 상기 센서막(100)의 타면에 빛을 조사하는 복수의 LED(330)를 포함하는 스트립케이스(300); 및 상기 스트립케이스(300)를 스마트폰(400)의 카메라(410)에 고정시키기 위한 스마트폰 거치대(500)를 포함하되, 상기 카메라(410)는 상기 복수의 LED(330)가 빛을 조사한 상기 센서막의 형광물질이 도포된 부위를 촬영하며, 상기 복수의 LED(330)가 상기 스트립케이스(300)의 내부 양측면에 각각 일렬로 배열 설치되어, 투명한 센서막(100)의 일면에 도포된 형광물질을 반대쪽인 타면에서 관통하여 빛을 조사하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스마트폰 거치대(500)는, 상기 스트립케이스(300)와 스마트폰(400)을 서로 연결하며 내부에 상기 관측구(320)에 대향하는 제2관측통로(520)가 형성되는 몸체(510) 및 상기 몸체(510)의 일면양단에 각각 설치되는 한 쌍의 고정부(530)를 포함하며, 상기 스마트폰(400)이 상기 몸체(510)와 한 쌍의 고정부(530) 사이에 슬라이딩 방식으로 끼워지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스트립케이스(300)는 상기 관측구(320)상에 설치되며 상기 LED(330)에서 상기 센서막의 형광물질이 도포된 부위에서 조사되어 발생되는 빛에서 미리 정해진 파장의 빛만을 투과시키는 롱패스필터(340) 및 상기 롱패스필터(340)와 카메라(410) 사이에 설치되며, 상기 롱패스필터(340)에서 투과된 미리 정해진 파장의 빛의 초점을 상기 카메라(410)로 맞춰주는 볼록렌즈(350)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서막(100), LED(330) 및 롱패스필터(340)는 상기 검출용 시료의 측정하고자 하는 대상에 따라 선택되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 LED(330)는 청색, 녹색, 적색 또는 UV 파장을 갖는 단색광인 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명에 따른 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 형광물질을 이용하여 생화학적 표적물질 및 검체를 스마트폰 카메라로 검출하여, 사용자가 간편하게 소지할 수 있어 휴대성 및 편의성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 생화학적 표적물질의 검출 수행을 위한 별도의 전문지식이 요구됨이 없어 비숙련자도 손쉽게 시료분석 및 질병의 진단이 가능한 효과가 잇다.
본 발명은 생화학적 표적물질 및 검체를 측정하고자 하는 대상에 따라, 서로 다른 종류의 고감도 표지물질인 형광물질을 도포한 센서막을 사용할 수 있어, 시료의 존재 유무를 판단하는 간단한 정성 분석부터 고감도 정량을 요구하는 질병 증세 및 진단까지 확인이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트폰 카메라기반 형광검출용 광학센서가 스마트폰에 장착된 것을 나타낸 사시도
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트폰 카메라기반 형광검출용 광학센서의 구성을 나타낸 분해도
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 스트립을 나타낸 사시도
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 스트립케이스를 나타낸 사시도
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 스마트폰거치대를 나타낸 사시도
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 스트립케이스를 나타낸 사시도
이하 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 생화학적 표적물질 또는 검체를 검출하기 위하여 형광을 이용한 센서를 스마트폰에 적용함으로써 검출과정을 단순화하고 휴대를 용이하게 하기위한 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서에 관한 것이다.
[제1실시예]
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서가 상기 스마트폰에 장착된 것을 나타낸 사시도이며, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서의 구성을 나타낸 분해도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서는 센서막(100), 스트립(200), 스트립케이스(300), 스마트폰(400) 내부에 설치된 카메라(410) 및 스마트폰 거치대(500)를 포함하여 이루어진다.
상기 센서막(100)은 다공성 고분자(polymer) 막층(membrane)이 일종의 패드(pad) 구조로 형성되며 투명한 재질로 되어있다.
상기 센서막(100)의 일면에 검출용 시료와 접촉시 반응하는 형광물질이 도포된다. 상기 센서막(100)에 형광물질을 도포하는 이유는 LED나 레이저와 같은 광원(光源)으로부터 특정 파장의 빛을 받아 형광물질의 에너지가 들뜬 상태가 되었다가 낮은 에너지 상태가 되면서 다른 파장의 형광 빛을 발하는 형광의 특성 때문이다. 이때 물질의 에너지를 들뜨게 하기위해 내는 빛을 여기광(excite light, 勵起光) 이라 하며, 낮은 에너지 상태가 되었다가 원래의 상태로 돌아올 때 상기 여기광 보다 긴 파장의 빛인 형광을 방출(emission) 하게 된다. 빛이 여기(勵起) 될 때의 파장을 여기파장(excitation wavelength), 원래의 상태로 돌아오며 방출하는 파장을 방출파장(emission wavelength)이라 하며 형광은 각각 고유의 여기파장과 방출파장을 가진다. 상술한바와 같이 형광물질은 각각 고유의 여기파장 및 방출파장을 가지는 형광의 특성으로 인해 센서로써 민감하게 작용하여, 적은 양의 검출용 시료만으로도 생화학적 반응을 측정할 수 있는 장점이 있다.
따라서 형광을 센서의 검출원리에 이용하는 경우 검출하고자 하는 대상이 생화학적 반응을 통해 여기광과 다른 파장을 갖는 형광 빛을 발생하는 것을 이용하여 검출 대상물질의 유무 및 농도 특성을 분석할 수 있다.
상기 센서막(100)에 도포되는 형광물질은 Rudpp(트리스(4,7-디페닐-1, 10-페난트롤린) 루테늄(Ⅱ) 복합체), 1-히드록시-3,6,8-피렌트리설폰산 트리소디움염(1-hydroxy-3,6,8-pyrenetrisulfonic acid trisodium salt, HPTS), 옥사진 염료, 양자점, 탄소점, 포르피린계 형광물질, 및 로다민B 등의 형광염료 및 형광 입자로써 하나 또는 두 개 이상으로 혼합하는 혼합물 일 수 있다.
상기 검출용 시료는 생화학적 반응을 측정하고자 하는 용액이다.
상기 센서막(100)에 도포되는 형광물질은 상기 검출용 시료의 종류에 따라 서로 다른 형광물질이 도포될 수 있다.
이에 따라 상기 센서막(100) 또한 상기 검출용 시료의 종류에 따라 서로 다른 종류로 사용될 수 있다.
상기 센서막(100)이 상기 검출용 시료의 측정대상에 따라 서로 다른 종류의 형광물질이 도포된 센서막이 사용되는 것에 대해 예를 들면, 물에 녹아 있는 산소농도 (용존산소농도)를 측정하고자 상기 센서막(100)에 형광물질로 Rudpp가 도포된 경우, 상기 검출용 시료로 물을 떨어트려 Rudpp의 형광세기 변화를 측정하여 물의 용존산소농도를 측정할 수 있다.
상기 Rudpp는 파장이 450nm인 빛을 입사시켰을 때 파장이 600nm인 빛을 방출하여 형광이 발광되는데, 용존산소의 농도에 반비례하여 형광을 발생시키는 특성을 가지고 있으므로 발생하는 형광의 세기가 변하는 현상을 측정하면 물의 용존산소 농도의 측정이 가능한 것이다.
상기 센서막(100)이 측정하고자하는 대상은 상술한 물의 용존산소 농도 및 존재 유무 외에도 용액내의 ph농도, 온도 및 이산화탄소, 암모니아의 존재 유무 및 농도와 같이 여러 가지가 될 수 있다.
또한, 상기 센서막(100)에 도포되는 형광물질로 옥사진 170 퍼클로레이트(oxazine 170 perchlorate)와 졸-겔(sol-gel) 용액 또는 에틸 셀룰로오스를 혼합한 혼합물을 도포한 경우, 상기 검출용 시료로 암모니아 용액을 떨어뜨려 암모니아의 존재유무 및 농도를 측정할 수 있다.
암모니아 검출용 형광 물질인 상기 옥사진 170 퍼클로레이트의 경우 넓은 범위의 여기 스펙트럼을 가지며, 특히 550nm보다 큰 파장의 빛을 강하게 흡수하고, 640nm 부근에서 형광을 방출하는 높은 형광효율을 가지고 있어, 발생하는 형광세기를 측정하여 암모니아의 존재유무 및 농도를 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 스트립(200)을 나타낸 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 스트립(200)은 상기 센서막(100)이 내부에 삽입된 것으로, 커버(210), 투입구(220), 받침대(230), 제1관측통로(240) 및 한 쌍의 고정홀더(250)를 포함하여 이루어진다.
상기 커버(210)는 일면에 상기 검출용 시료가 투입되기 위한 투입구(220)가 형성된다.
상기 받침대(230)는 일면에 상기 투입구(220)와 연통된 제1관측통로(240)와 상기 커버(210)의 일면에 부착되기 위한 한 쌍의 고정홀더(250)가 형성된다.
상기 커버(210)가 상기 받침대(230)에 부착될 때 사이에 빈틈이 형성되는데 그 빈틈에 상기 센서막(100)이 상기 커버(210)의 투입구(220)와 상기 받침대(230)의 제1관측통로(240) 사이에 삽입되는 구성으로 되어 있다.
상기 커버(210)는 상기 제1관측통로(240)를 제외하고 상기 센서막(100)을 외부환경으로부터 격리하여 보호하는 구성이고, 상기 받침대(230)에 형성된 상기 제1관측통로(240)는 상기 센서막(100)에서 일어나게 될 반응을 관측하기 위한 구성이다.
상기 커버(210)가 상기 센서막(100)을 덮는 형태이므로, 상기 센서막(100)에 투입되는 검출용 시료는 상기 커버(210)의 일면에 형성된 상기 투입구(220)로 투입되게 된다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 스트립케이스(300)를 나타낸 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 스트립케이스(300)는 상기 스트립(200)이 내부로 삽입되는 구성으로, 삽입홈(310), 관측구(320), LED(330), 롱패스필터(340), 볼록렌즈(350)를 포함하여 이루어진다.
상기 삽입홈(310)은 상기 스트립(200)이 끼워지기 위해 상기 스트립(200)의 단면에 대응되는 구조로 형성된 구성이다. 상기 삽입홈(310)은 상기 스트립(200)에 대응하여 형성되기 때문에, 폭 및 너비는 상기 스트립(200)에 맞춰 형성된다.
또한, 상기 삽입홈(310)에는 상기 스트립(200)이 삽입된 후에 상기 스트립(200)을 고정하기 위한 그립장치가 형성될 수 있다.
상기 관측구(320)는 상기 받침대(230)에 형성된 상기 제1관측통로(240)와 연통되게 형성된다.
상기 LED(330)는 복수가 상기 스트립케이스(300)의 내부 양측면에 각각 일렬로 배열 설치되어 상기 센서막(100)의 형광물질이 도포된 부위에 빛을 조사(excitation)하여 형광의 발광(emission)을 유도한다.
한편, 상기 센서막(100)이 투명한 재질이므로 상기 LED(330)가 상기 센서막(100)의 앞면 및 뒷면에 빛을 조사하는 것이 가능할 수 있다. 즉, 상기 센서막(100)의 형광물질이 도포된 부위가 앞면이면 그 앞면의 배면인 뒷면에도 상기 LED(330)가 빛을 조사하는 것이 가능할 수 있다.
상기 LED(330) 또한 상기 센서막(100)에 도포된 형광물질에 따라 다른 색깔의 LED로 사용이 가능하며 이때 사용되는 LED는 청색, 녹색, 적색 또는 UV 파장을 갖는 단색광을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 LED(330)를 상기 센서막(100)에 도포된 형광물질에 따라 다른 색깔의 단색광으로 사용하는 이유는, 형광을 검출하고자 할 경우 형광물질에 따라 단색광을 여기광으로 사용하여야 RGB(Red, Green, Blue)의 일정한 파장의 형광이 발광하고 이를 형광 분석에 이용할 수 있는 원리이기 때문이다.
예를 들어, 상기 센서막(100)에 도포된 형광물질이 Rudpp의 경우에는 파장이 450nm 이상인 청색광을 조사해야만 형광이 발생하게 된다.
본 발명의 제1실시예에서 사용되는 상기 LED(330)에서 발산하는 청색광은 파장이 410~500nm이다. 상기 LED(330)에서 파장이 410~500nm인 청색광을 상기 센서막(100)의 형광이 도포된 부위에 조사하면 형광이 들떴다가 내려앉으면서 흡수된 빛의 파장보다 긴 파장의 빛을 방출하며 형광이 발광하게 된다. 이때 형광이 방출하는 빛 중 여기광은 차단시키고 형광이 발광하기 위한 파장의 빛만 측정하기 위하여 상기 롱패스필터(340)를 사용하여 방출되는 빛을 필터링하게 되는데 이는 후술한다.
즉, 상기 LED(330)는 생화학적 반응을 측정하고자 하는 대상과 반응되는 형광물질이 도포된 상기 센서막(100)의 종류에 따라 도포된 형광물질에 적합한 파장대의 빛을 조사하는 LED로 교체하여 광원으로 사용할 수 있으며, 상기 LED(330)는 내부에 건전지가 설치된 전자기기에 의해 작동될 수 있다.(미도시)
또한, 본 발명의 제1실시예에 사용되는 상기 LED(330)를 단일 파장의 광원만을 사용하게 되면 추가적인 여기필터를 사용할 필요가 없으므로 제조비용이 절감될 수 있는 장점이 있다.
상기 롱패스필터(340)는 상기 관측구(320)상에 설치되며, 상술한 바와 같이 상기 LED(330)에서 상기 센서막(100)의 형광물질이 도포된 부위에 조사된 빛을 투과하되 미리 정해진 파장의 빛만을 투과시키는 역할을 한다.
상기 센서막(100)에 도포되는 형광물질이 생화학적 반응을 측정하고자 하는 대상에 따라 달라지듯이 상기 롱패스필터(340) 또한 생화학적 반응을 측정하고자 하는 대상에 따라 필터링하는 파장의 기준이 달라지며, 이에 따라 다른 종류의 상기 롱패스필터(340)가 설치될 수 있다. 또한, 상기 LED(330)가 청색일때는 형광의 색을 보다 용이하게 확인하기 위하여 상기 롱패스필터(340)의 색상은 노란색 및 주황색으로 설치하는 것이 바람직하다.
상기 볼록렌즈(350)는 상기 롱패스필터(340)와 상기 카메라(410) 사이에 설치되며, 상기 롱패스필터(340)에서 투과된 미리 정해진 파장의 빛의 초점을 상기 카메라(410)로 맞춰줄 수 있다.
상기 롱패스필터(340)와 카메라(410)는 반응이 일어나는 상기 센서막(100)과 인접하므로, 초점을 맞추기 어렵기 때문에 렌즈는 원거리가 아닌 근거리용이 필요하다. 이에, 상기 볼록렌즈(350)를 상기 롱패스필터(340)와 카메라(410) 사이에 설치시켜 초점을 맞추는 역할을 할 수 있다.
만약 상기 스트립케이스(300)와 카메라(410) 사이의 간격이 넓어 상기 센서막(100)과 카메라(410)의 간격이 충분하다면 상기 볼록렌즈(350)는 설치되지 않거나 굴절률이 낮은 것을 사용할 수 있다.
상기 스마트폰(400)은 상기 스트립케이스(300)에 대향하게 설치되며, 상기 LED(330)가 상기 센서막(100)의 형광물질이 도포된 부위에 빛을 조사하는 것을 촬영하기 위한 상기 카메라(410)를 포함한다.
상기 카메라(410)는 상기 검출용 시료와 상기 센서막(100)의 형광물질이 도포된 부위가 반응을 일으켜 형광이 발광되며 상기 센서막(100)의 색상이 변하게 되는데, 이때 변화된 상기 센서막(100)의 색상을 육안으로 확인하게 해주는 역할을 하며 별도의 형광 검출기를 사용하지 않고 사용자가 직접 육안으로 형광을 판단할 수 있게 해주는 역할을 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트폰거치대(500)를 나타낸 사시도 이다.
도 5에 도시된 바와 같이 상기 스마트폰 거치대(500)는 몸체(510), 제2관측통로(520) 및 한 쌍의 고정부(530)를 포함한다.
상기 몸체(510)는 상기 스트립케이스(300)와 스마트폰(400)을 서로 연결하기 위한 구성이다.
상기 제2관측통로(520)는 상기 관측구(320)에 대향하게 형성된다.
상기 고정부(530)는 한 쌍이 상기 몸체(510)의 일면양단에 각각 설치된다. 상기 한 쌍의 고정부(530)가 감싸는 부분은 상기 스마트폰(400)의 좌우 측부로, 상기 몸체(510)는 상기 스마트폰(400)의 카메라(410)가 위치하는 곳인 후면부에 대향하며 상기 몸체(510)에 형성된 상기 제2관측통로(520)는 상기 스마트폰(400)에 설치된 카메라(410)에 서로 대향된다.
상기 스마트폰(400)은 한 쌍의 고정부(530) 사이에 슬라이딩 방식으로 끼워진다. 즉, 상기 몸체(510)와 한 쌍의 고정부(530)는 상기 스마트폰(400)을 고정하기 위한 구조로, 상기 한 쌍의 고정부(530)간의 간격은 상기 스마트폰(400)의 좌우방향폭과 같은 간격을 가진다.
[제2실시예]
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 상기 스트립케이스(300)를 나타낸 사시도 이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 상기 스트립케이스(300)는 흡입홈(360) 및 흡입팬(370)을 더 포함하며, 상기 흡입홈(360) 및 흡입팬(370)의 구성을 제외하고는 도 1을 참조하여 설명된 상기 제1실시예와 동일하다. 따라서 제1실시예와 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조부호를 병기하며, 상세한 설명은 생략한다.
상기 검출용 시료가 액체가 아닌 기체일 경우, 상기 스트립케이스(300)의 일면에 상기 센서막(100)의 형광물질이 도포된 부위와 연통되게 흡입홈(360)을 형성하여, 상기 흡입홈(360)에 흡입팬(370)을 설치할 수 있다.
상기 흡입홈(360)에 설치된 상기 흡입팬(370)은 상기 스트립(200)이 삽입시 상기 센서막(100)과 마주보는 상기 스트립케이스(300)의 일면에 설치되어 상기 센서막(100)에 도포된 형광물질과 반응하기 위한 기체를 흡입한다.
즉, 상기 흡입팬(370)은 검출용 시료가 기체일 경우, 관측시 지속적으로 상기 흡입팬(370)을 작동시켜 내부에서 생화학반응에 의한 형광세기를 관측할 수 있다.
상기 검출용 시료가 기체일 경우의 예를 들면, 밀폐된 공간내에서 산소농도를 측정하고자 하는 경우, 상기 흡입팬(370)을 작동시켜 밀폐된 공간내에 존재하는 산소를 상기 스트립케이스(300)의 내부로 유입되게 하여, 유입된 산소가 상기 센서막(100)의 형광부위가 도포된 부위에 접촉된 후 다시 상기 스트립케이스(300)외부로 배출될 수 있다.
이때 유입된 산소가 상기 센서막(100)에 도포된 형광물질과 반응하여 형광이 발생할 수 있다. 형광이 발생할 때 생기는 형광세기에 따라 상기 센서막(100)에 도포된 형광물질의 색상이 달라질 수 있다.
또한, 다른 설계조건에 따라 상기 센서막(100)에 도포된 형광물질의 색상이 달라지면 경고알림과 같은 방법을 사용하여 사용자에게 현재 밀폐된 공간내의 산소농도를 알려줄 수 있다.
상기의 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서의 작동원리는 다음과 같다.
먼저, 생화학적 반응을 측정하고자 하는 상기 검출용 시료를, 상기 검출용 시료와 반응하는 형광물질이 도포된 상기 센서막(100)이 내부에 부착된 상기 스트립(200)의 투입구(220)에 투입시킨다.
상기 검출용 시료를 투입시킨 상기 스트립(200)을 상기 스트립이 내부에 끼워질 수 있도록 상기 삽입홈(310)이 형성된 상기 스트립케이스(300)에 삽입시킨다. 삽입된 상기 스트립(100)에 형성된 제1관측통로(240)로 상기 스트립케이스(300) 내부에 설치된 복수의 LED(330)가 빛을 조사하면, 투입된 상기 검출용 시료에 형광물질과 반응을 일으키는 물질이 있는 경우 상기 센서막(100)에 도포된 형광물질이 발광하게 된다.
상기 검출용 시료와 반응하여 상기 센서막(100)에 도포된 형광물질이 발광하는 것을 상기 스트립케이스(300)의 내부에 설치된 상기 롱패스필터(340)가 불필요한 반사광을 제거 시키고 미리 정해진 파장, 즉 긴 파장을 가진 빛만 투과시킨다.
상기 롱패스필터(340)가 투과한 미리 정해진 빛을, 상기 롱패스필터(340)와 대향하게 설치되며, 상기 롱패스필터(340)와 상기 스마트폰(400)내부에 설치된 상기 카메라(410) 사이에 위치한 상기 볼록렌즈(350)에 의해 초점이 맞춰지게 된다.
이러한 반응을 상기 스트립케이스(300)에 형성된 관측구(320)를 통하여 상기 스트립케이스(300)와 상기 스마트폰(400)을 연결시키는 상기 스마트폰거치대(500)에 형성된 제2관측통로(520)를 통하여 상기 스마트폰(400) 내부에 설치된 상기 카메라(410)가 상기 검출용 시료와 반응하여 상기 센서막(100)의 형광이 도포된 부위의 색이 변화된 것을 촬영하여 검출결과를 사용자가 육안으로 확인할 수 있도록 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 스마트폰 기반 형광 검출용 광학 센서는 생화학적 표적물, 또는 검체를 검출하기 위하여 형광을 이용한 센서를 상기 스마트폰 카메라(410)로 검출하여 사용자가 간편하게 소지할 수 있어 휴대성 및 편의성이 향상되는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서는 스마트폰에 손쉽게 탈착이 가능하며, 카메라가 설치된 스마트폰을 소지하고 있기만 하면 장소에 구애됨이 없이 신속한 검출을 할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서는 스마트폰 내부에 설치된 카메라로 촬영한 후 육안으로 형광이 검출된 것을 확인이 가능하므로 비숙련자도 손쉽게 시료분석 및 질병의 진단이 가능하게 되는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 센서막
200 : 스트립 210 : 커버
220 : 투입구 230 : 받침대
240 : 제1관측구 250 : 고정홀더
300 : 스트립케이스 310 : 삽입홈
320 : 제2관측구 330 : LED
340 : 롱패스필터 350 : 볼록렌즈
360 : 흡입홈 370 : 흡입팬
400 : 스마트폰 410 : 카메라
500 : 스마트폰 거치대 510 : 몸체
520 : 제3관측구 530 : 고정부

Claims (6)

  1. 일면에 검출용 시료와 접촉시 반응하는 형광물질이 도포되며, 다공성 고분자 막층이 패드 구조로 투명하게 형성된 센서막(100);
    상기 검출용 시료를 상기 센서막(100)에 형광물질이 도포된 부위로 투입하기 위한 투입구(220)가 형성된 커버(210)와, 상기 커버(210)의 일면에 부착되며 상기 투입구(220)와 연통된 제1관측통로(240)가 형성된 받침대(230)를 포함하며, 상기 커버(210)의 투입구(220)와 상기 받침대(230)의 관측통로(240) 사이에 상기 센서막(100)이 삽입되는 스트립(200);
    상기 스트립(200)이 끼워지기 위해 형성된 삽입홈(310), 상기 제1관측통로(240)와 연통 형성된 관측구(320), 상기 센서막(100)의 일면과 연통되는 흡입홈(360), 상기 흡입홈(360)에 설치되어 기체를 흡입하는 흡입팬(370) 및 상기 센서막(100)의 타면에 빛을 조사하는 복수의 LED(330)를 포함하는 스트립케이스(300); 및
    상기 스트립케이스(300)를 스마트폰(400)의 카메라(410)에 고정시키기 위한 스마트폰 거치대(500)를 포함하되,
    상기 카메라(410)는 상기 복수의 LED(330)가 빛을 조사한 상기 센서막의 형광물질이 도포된 부위를 촬영하며,
    상기 복수의 LED(330)가 상기 스트립케이스(300)의 내부 양측면에 각각 일렬로 배열 설치되어,
    투명한 센서막(100)의 일면에 도포된 형광물질을 반대쪽인 타면에서 관통하여 빛을 조사하는 것을 특징으로 하는 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스마트폰 거치대(500)는,
    상기 스트립케이스(300)와 스마트폰(400)을 서로 연결하며 내부에 상기 관측구(320)에 대향하는 제2관측통로(520)가 형성되는 몸체(510) 및
    상기 몸체(510)의 일면양단에 각각 설치되는 한 쌍의 고정부(530)를 포함하며,
    상기 스마트폰(400)이 상기 몸체(510)와 한 쌍의 고정부(530) 사이에 슬라이딩 방식으로 끼워지는 것을 특징으로 하는 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스트립케이스(300)는
    상기 관측구(320)상에 설치되며 상기 LED(330)에서 상기 센서막의 형광물질이 도포된 부위에서 조사되어 발생되는 빛에서 미리 정해진 파장의 빛만을 투과시키는 롱패스필터(340) 및
    상기 롱패스필터(340)와 카메라(410) 사이에 설치되며, 상기 롱패스필터(340)에서 투과된 미리 정해진 파장의 빛의 초점을 상기 카메라(410)로 맞춰주는 볼록렌즈(350)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 센서막(100), LED(330) 및 롱패스필터(340)는
    상기 검출용 시료의 측정하고자 하는 대상에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 LED(330)는
    청색, 녹색, 적색 또는 UV 파장을 갖는 단색광인 것을 특징으로 하는 스마트폰 카메라 기반 형광검출용 광학센서.
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