KR101749623B1 - Multi-channel optical sensing apparatus using surface plasmon resonance induced fluorescence signal enhancement - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표면플라즈몬 공명현상에 의한 형광검출신호 증폭을 이용한 다중채널 광센싱 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광의 표면 플라즈몬 공명에 의한 형광신호의 증폭을 이용하여 버퍼용액에 포함되어 있는 탐지물질의 농도를 감지할 뿐만 아니라 낮은 농도를 가지는 탐지물질도 감지할 수 있고, 채널에 수용되는 형광물질을 구별함으로써 다중채널에서 각기 다른 색을 가지는 형광신호를 검출할 수 있는 표면플라즈몬 공명현상에 의한 형광검출신호 증폭을 이용한 다중채널 광센싱 장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 챔버, 광원부, 금속나노박막을 포함하는 표면플라즈몬 공명현상에 의한 형광검출신호 증폭을 이용한 다중채널 광센싱 장치을 제공한다. 챔버는 탐지물질, 상기 탐지물질에 결합되는 형광물질이 혼합된 버퍼용액이 수용되며, 광원부는 챔버 상부에 배치되며, 광을 조사하고, 금속나노박막은 챔버 하부에 표면 플라즈몬 공명이 발생되도록 배치된다.The present invention relates to a multi-channel optical sensing device using fluorescence detection signal amplification by surface plasmon resonance, and more particularly, to a multi-channel optical sensing device using amplification of a fluorescence signal by surface plasmon resonance of light, Fluorescence detection by surface plasmon resonance, which can detect not only the concentration but also the detection substance having a low concentration, and can detect fluorescence signals having different colors in multiple channels by distinguishing the fluorescent substances accommodated in the channels Channel optical sensing apparatus using signal amplification.
To this end, the present invention provides a multi-channel optical sensing device using a fluorescence detection signal amplification by a surface plasmon resonance phenomenon including a chamber, a light source part, and a metal nano thin film. The chamber accommodates a buffer solution in which a detection substance and a fluorescent substance to be bound to the detection substance are mixed, the light source section is disposed in an upper part of the chamber, and the light is irradiated, and the metal nano thin film is disposed so as to generate surface plasmon resonance .
Description
본 발명은 표면플라즈몬 공명현상에 의한 형광검출신호 증폭을 이용한 다중채널 광센싱 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광의 표면 플라즈몬 공명에 의한 형광신호의 증폭을 이용하여 버퍼용액에 포함되어 있는 탐지물질의 농도를 감지할 뿐만 아니라 낮은 농도를 가지는 탐지물질도 감지할 수 있고, 채널에 수용되는 형광물질을 구별함으로써 다중채널에서 각기 다른 색을 가지는 형광신호를 검출할 수 있는 표면플라즈몬 공명현상에 의한 형광검출신호 증폭을 이용한 다중채널 광센싱 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-channel optical sensing device using fluorescence detection signal amplification by surface plasmon resonance, and more particularly, to a multi-channel optical sensing device using amplification of a fluorescence signal by surface plasmon resonance of light, Fluorescence detection by surface plasmon resonance, which can detect not only the concentration but also the detection substance having a low concentration, and can detect fluorescence signals having different colors in multiple channels by distinguishing the fluorescent substances accommodated in the channels Channel optical sensing apparatus using signal amplification.
표면 플라즈몬(surface plasmons, SPs)은 표면 플라즈몬 폴라리톤(surface plasmon polaritons, SPPs) 또는 플라즈몬 표면 폴라리톤(plasmon surface polaritons, PSPs)이라고도 불린다. Surface plasmons (SPs) are also called surface plasmon polaritons (SPPs) or plasmon surface polarites (PSPs).
표면 플라즈몬은 일반적으로 음의 유전 함수(dielectric function, ε'<0)를 갖는 금속과 양(ε'>0)의 그것을 갖는 매체의 계면을 따라 전파하는 전도대(conduction band) 전자들의 집단적인 진동(collective oscillation)현상을 말하며, 빛(보다 구체적으로 전자기파)과의 상호작용의 결과 여기(excitation)되어 입사하는 빛보다 증강된 크기를 갖고 계면에서 수직 방향으로 멀어질수록 지수적으로 감소하는 소멸파(evanescent wave)의 성질과 형태를 갖게 된다. Surface plasmons are generally the collective vibration of conduction band electrons propagating along the interface of a metal with a negative dielectric function (ε '<0) and a medium with a positive (ε'> 0) collective oscillation phenomenon, which is excited as a result of interaction with light (more specifically, electromagnetic waves) and has an enhancement size larger than incident light, and exponentially decaying as it moves away from the interface in the vertical direction evanescent wave).
즉, 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance, SPR) 현상은 빛(photon)과 나노 크기의 귀금속(noble metal) 간의 상호작용의 결과로써 야기되고 관찰되는 독특한 현상이라고 정의할 수 있다.In other words, surface plasmon resonance (SPR) phenomenon can be defined as a unique phenomenon caused and observed as a result of the interaction between photons and noble metal nanoscale.
또한, 의료, 공학, 환경, 에너지 등 거의 모든 분야에 걸쳐서 광범위하게 이용되고 있는 형광신호는 형광분자를 자외선이나 가시광선 영역의 외부의 빛으로 여기(excitation)할 때 방출되는 전자기파(빛)이며 방출시 발생하는 빛(emission light)은 여기광원보다 낮은 광자에너지(긴파장)를 갖는 전자기파이다. 이때 발생하는 전자기파는 4π solid angle의 방향으로, 즉 모든 방사상 방향(radial direction)으로 방출되며 이로 인해서 집광하여 검출할 수 있는 방출 전자기파의 효율은 일반적으로 1% 미만이다. Fluorescence signals, which are widely used in almost all fields of medicine, engineering, environment, energy, etc., are electromagnetic waves (light) emitted when fluorescent molecules are excited by the light in the outside of the ultraviolet ray or visible ray region, The emission light is an electromagnetic wave with lower photon energy (longer wavelength) than the excitation light source. The electromagnetic wave generated is emitted in the direction of 4π solid angle, ie, in all radial directions, and the efficiency of the emitted electromagnetic wave which can be detected by the condensing is generally less than 1%.
매우 고가의 집광 광학기기를 사용할 경우 10%까지 올라가기도 하지만 이는 일반 형광실험 및 형광에 응용하기엔 매우 고가이며 복잡한 구조를 가지고 있다. 따라서 charge coupled device(CCD), complementary metal oxide semiconductor(CMOS) 광검출기, 반도체 광다이오드 등의 다양한 광검출기로 형광을 검출할 시, 집광된 형광의 양이 광검출기에 항상 존재하는 암전류(dark current)에 비해 그리 크지 않아 일반적으로 신호 대 잡음 비율(signal-to-noise ratio)이 낮아지는 문제점이 있다.When using very expensive condensing optics, it can go up to 10%, but it is very expensive and complicated to apply to general fluorescence experiments and fluorescence. Therefore, when detecting fluorescence with various photodetectors such as a charge coupled device (CCD), a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) photodetector, and a semiconductor photodiode, the amount of condensed fluorescence is determined by the dark current, And the signal-to-noise ratio is generally lowered.
이를 극복하기 위해서, 암실과 같은 어둡고 밀폐된 곳에서 형광검출을 실시하거나, 암실이 아닌 환경에서 형광을 검출하기 위해선 photo-muliplier tube(PMT)와 같이 매우 민감도가 높은 고가의 광검출기를 사용할 수 밖에 없게 된다.To overcome this, we have to use a very sensitive and expensive photodetector, such as a photo-muliplier tube (PMT), to detect fluorescence in a dark, enclosed area such as a dark room, or to detect fluorescence in a non- I will not.
또한, 표면 플라즈몬 공명현상(surface plasmon resonance:SPR)에 의해서 형광검출 효율이 향상되며 발생형광신호 자체도 증폭될 수 있다는 가능성이 제안되어 일부 관련기술이 실험적으로 실현되었으나, 실제로 센싱공학, 의료, 환경에너지 등의 많은 형광응용산업에서 SPR에 의한 형광검출 효율증강 및 형광증폭기술이 쓰일 수 있을 만큼 다양한 형광검출기법 및 관련 광학기술이 발전하지 못하여 사용하기 어려운 문제점이 있다.In addition, it has been proposed that the fluorescence detection efficiency is improved by the surface plasmon resonance (SPR) and the generated fluorescence signal itself can be amplified, and some related technologies have been experimentally realized. However, There is a problem that it is difficult to use various fluorescence detection techniques and related optical technologies such that the fluorescence detection efficiency by the SPR and the fluorescence amplification technique can be used in many fluorescence applications such as energy.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 광의 표면 플라즈몬 공명에 의한 형광신호의 증폭을 이용하여 버퍼용액에 포함되어 있는 탐지물질의 농도를 감지할 뿐만 아니라 낮은 농도를 가지는 탐지물질도 감지할 수 있고, 채널에 수용되는 형광물질을 구별함으로써 다중채널에서 각기 다른 색을 가지는 형광신호를 검출할 수 있는 표면플라즈몬 공명현상에 의한 형광검출신호 증폭을 이용한 다중채널 광센싱 장치를 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to detect the concentration of a detection substance contained in a buffer solution as well as to detect a detection substance having a low concentration by amplifying a fluorescent signal by surface plasmon resonance of light, Channel optical sensing apparatus using fluorescence detection signal amplification by surface plasmon resonance phenomenon capable of detecting fluorescence signals having different colors in multiple channels by distinguishing fluorescent substances accommodated therein.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센싱장치에 있어서, 탐지물질과, 상기 탐지물질에 결합되는 형광물질이 혼합된 버퍼용액이 수용되는 챔버; 상기 챔버 상부에 배치되며, 광을 조사하는 광원부; 상기 챔버 하부에 표면 플라즈몬 공명이 발생되도록 배치되는 금속나노박막;을 포함하며, 상기 형광물질은 상기 광원부로부터 조사되는 광에 대하여 발산파장이 서로 다른 제 1 형광물질 및 제 2 형광물질을 포함하며, 상기 챔버의 하부는 상기 제 1 형광물질이 수용되는 제 1 채널 및 상기 제 2 형광물질이 수용되는 제 2 채널로 구획되고, 상기 금속나노박막은 상기 제 1 채널 하부에 배치되는 제 1 금속박막층 및 상기 제 2 채널 하부에 배치되는 제 2 금속박막층을 포함하며, 상기 제 1 금속박막층 및 상기 제 2 금속박막층은 상기 제 1 형광물질 및 상기 제 2 형광물질의 발산파장에 따라 서로 다른 두께를 가지고, 제 1 형광물질 및 상기 제 2 형광물질은 상기 광원부에서 조사되는 광에 의하여 빛이 발산되며 형광신호를 발생시키며, 동시에 상기 제 1 형광물질 및 상기 제 2 형광물질에서 발산되는 빛에 의한 형광신호는 상기 버퍼용액과 상기 제 1 금속박막 및 상기 제 2 금속박막으로 인하여 발생되는 표면 플라즈몬 공명에 의해 증폭되는 것을 특징으로 하는 표면플라즈몬 공명현상에 의한 형광검출신호 증폭을 이용한 다중채널 광센싱 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a light sensing apparatus using surface plasmon resonance, comprising: a chamber in which a buffer solution containing a detection substance and a fluorescent substance bound to the detection substance is accommodated; A light source unit disposed above the chamber to emit light; And a metal nano thin film disposed on the bottom of the chamber so as to generate surface plasmon resonance, wherein the fluorescent material includes a first fluorescent material and a second fluorescent material having different emission wavelengths from the light emitted from the light source, The lower portion of the chamber is divided into a first channel in which the first fluorescent material is accommodated and a second channel in which the second fluorescent material is accommodated, the metal nano thin film includes a first metal thin film layer disposed under the first channel, And a second metal thin film layer disposed under the second channel, wherein the first metal thin film layer and the second metal thin film layer have different thicknesses depending on a divergent wavelength of the first fluorescent material and the second fluorescent material, The first fluorescent material and the second fluorescent material emit light by the light emitted from the light source portion to generate a fluorescent signal, And a fluorescent signal generated by light emitted from the second fluorescent material is amplified by surface plasmon resonance generated by the buffer solution, the first metal thin film, and the second metal thin film. A multi-channel optical sensing device using a fluorescence detection signal amplification by a fluorescence detection signal is provided.
상기 금속박막층은 상기 형광물질의 발산파장이 길어짐에 따라 두껍게 형성될 수 있다.The metal thin film layer may be formed thick as the divergent wavelength of the fluorescent material becomes longer.
상기 금속박막층을 구성하는 재질은 금 또는 은일 수 있다.The material constituting the metal thin film layer may be gold or silver.
상기 광원부는 상기 제 1 형광물질을 여기시키는 제 1 여기파장을 가지며, 상기 제 1 여기파장을 가지는 제 1 여기광을 조사하는 제 1 광원과, 상기 제 2 형광물질을 여기시키는 제 2 여기파장을 가지며, 상기 제 2 여기파장을 가지는 제 2 여기광을 조사하는 제 2 광원을 포함할 수 있다.Wherein the light source unit includes a first light source having a first excitation wavelength for exciting the first fluorescent material and for emitting a first excitation light having the first excitation wavelength and a second excitation light for exciting the second fluorescent material, And a second light source for irradiating the second excitation light having the second excitation wavelength.
본 발명에 따른 표면플라즈몬 공명현상에 의한 형광검출신호 증폭을 이용한 다중채널 광센싱 장치는 다음과 같은 효과가 있다.The multi-channel optical sensing apparatus using the fluorescence detection signal amplification by the surface plasmon resonance phenomenon according to the present invention has the following effects.
첫째, 광원에 의해 발생된 형광신호를 표면 플라즈몬 공명을 통해 증폭시킴으로써 낮은 농도의 탐지물질을 탐지할 수 있게 되는 이점이 있다.First, the fluorescence signal generated by the light source is amplified through surface plasmon resonance, thereby enabling detection of a low-concentration detection substance.
둘째, 여러가지 형광물질을 각각의 채널에 수용시켜 광을 조사시킴으로써, 형광신호를 다중채널에서 검출할 수 있게 되는 이점이 있다. Second, various fluorescent materials are accommodated in the respective channels and irradiated with light, whereby the fluorescence signal can be detected in multiple channels.
셋째, 표면 플라즈몬 공명을 발생시키기 위한 금속나노박막을 채널에 수용되는 각각의 형광물질에 따라 두께를 다르게 조절하여 플라즈몬 표면파 두께를 최적화 시킴에 따라 형광물질의 형광신호가 증폭되는 범위를 확장시킬 수 있는 이점이 있다.Third, by optimizing the thickness of the metal nano-thin film for generating the surface plasmon resonance according to the respective fluorescent materials accommodated in the channel to optimize the plasmon surface wave thickness, it is possible to expand the amplification range of the fluorescent signal of the fluorescent material There is an advantage.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 표면플라즈몬 공명현상에 의한 형광검출신호 증폭을 이용한 다중채널 광센싱 장치의 간략도이다.
도 2는 형광물질에 따른 금속박막의 두께를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 표면플라즈몬 공명현상에 의한 형광검출신호 증폭을 이용한 다중채널 광센싱 장치의 간략도이다.1 is a schematic view of a multi-channel optical sensing device using fluorescence detection signal amplification by surface plasmon resonance according to a first embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining the thickness of a metal thin film according to a fluorescent material.
3 is a schematic view of a multi-channel optical sensing device using fluorescence detection signal amplification by surface plasmon resonance according to a second embodiment of the present invention.
이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention in which the above-mentioned problems to be solved can be specifically realized will be described with reference to the accompanying drawings. In describing the embodiments, the same names and the same symbols are used for the same configurations, and additional description thereof will be omitted in the following.
도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 표면플라즈몬 공명현상에 의한 형광검출신호 증폭을 이용한 다중채널 광센싱 장치의 제 1 실시 예를 설명하면 다음과 같다.A first embodiment of a multi-channel optical sensing device using fluorescence detection signal amplification by surface plasmon resonance phenomenon according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 표면플라즈몬 공명현상에 의한 형광검출신호 증폭을 이용한 다중채널 광센싱 장치는 챔버(120), 광원부(110), 금속나노박막을 포함한다.As shown in FIG. 1, the multi-channel optical sensing device using the fluorescence detection signal amplification by the surface plasmon resonance phenomenon of the present invention includes a
챔버(120)는 탐지물질과, 탐지물질에 결합되는 형광물질이 혼합된 버퍼용액(L)이 수용되며, 버퍼용액(L)은 금속나노박막과 맞닿는 계면에서 표면 플라즈몬 공명이 발생될 수 있도록 유전체 역할을 한다.The
구체적으로, 챔버(120)의 하부영역은 각기 다른 탐지물질과, 각각의 탐지물질과 결합하는 서로 다른 발산파장을 가지는 형광물질이 수용되는 제 1 채널(120a), 제 2 채널(120b) 및 제 3 채널(120c)로 구획된다.Specifically, the lower region of the
다만, 검출하고자 하는 형광물질 종류에 따라 채널의 수는 변경될 수 있다.However, the number of channels may be changed according to the type of fluorescent material to be detected.
구체적으로, 제 1 채널(120a)에는 제 1 형광물질(141)이 수용되어 제 1 탐지물질(D1)과 결합되고, 제 2 채널(120b)에는 제 1 형광물질(141)보다 발산파장이 긴 제 2 형광물질(142)이 수용되어 제 2 탐지물질(D2)과 결합되며, 제 3 채널(120c)에는 제 2 형광물질(142)보다 발산파장이 긴 제 3 형광물질(143)이 수용되어 제 3 탐지물질(D3)과 결합된다.Specifically, the first
이에 따라 광원부(110)에 의해 광이 조사될 경우 제 1 채널(120a), 제 2 채널(120b) 및 제 3 채널(120c)은 수용되어있는 제 1 형광물질(141), 제 2 형광물질(142) 및 제 3 형광물질(143)의 발산파장에 따라 각기 다른 색깔의 형광신호가 동시에 나타나게 된다.The
본 명세서에서 제 1 형광물질(141)은 FAM(5-Carboxyfluorescein)이며, 제 2 형광물질(142)은 SYBR green I이며, 제 3 형광물질(143)은 FITC(Fluorescein isothiocyanate)이며, 제 1 형광물질(141)의 발산파장은 518nm, 제 2 형광물질(142)의 발산파장은 522nm, 제 3 형광물질(143)은 발산파장은 525nm이다.In this specification, the first
물론, 검출하고자 하는 탐지물질의 종류 및 갯수에 따라 구획된 채널에 수용되는 형광물질은 상술된 형광물질 뿐만 아니라 Cy3, Cy5, EtBr 등의 다른 발산파장을 가지는 형광물질을 사용할 수도 있다.Of course, as the fluorescent material accommodated in the channels partitioned according to the type and number of the detection substances to be detected, not only the above-described fluorescent material but also fluorescent materials having different emission wavelengths such as Cy3, Cy5, and EtBr may be used.
탐지물질은 DNA 또는 RNA와 같은 다른 종류의 생체물질로 구성될 수 있으며, 형광물질이 광원부(110)에 의해 조사되는 광에 의하여 형광신호를 발생시킴에 따라 탐지물질의 종류와 농도를 파악할 수 있게된다.The detection material may be composed of other kinds of biomaterials such as DNA or RNA. The fluorescence material generates a fluorescence signal by the light irradiated by the
광원부(110)는 챔버(120) 상부에 배치되어 형광물질에 광을 조사함으로써 형광물질이 형광신호를 발생하도록 하며, 빛의 모든 파장을 포함하는 백색광으로 구성되어 있어 형광물질이 서로 다른 발산파장을 가지고 있어도 형광물질이 형광신호를 발생시킬수 있도록 한다.The
따라서 형광물질의 발산파장에 따른 각기 다른 파장을 가지는 광원을 사용하지 않아도 형광신호를 검출할 수 있게 된다.Therefore, the fluorescence signal can be detected without using a light source having different wavelengths according to the divergent wavelength of the fluorescent material.
금속나노박막은 챔버(120) 하부에 배치되며, 유전체의 역할을 하는 버퍼용액(L)과 금속나노박막 사이에서 표면 플라즈몬 공명이 발생하게 되고, 금속나노박막은 제 1 채널(120a) 하부에 배치되는 제 1 금속박막층(131), 제 2 채널(120b) 하부에 배치되는 제 2 금속박막층(132) 및 제 3 채널(120c) 하부에 배치되는 제 3 금속박막층(133)을 포함한다.The metal nano thin film is disposed under the
금속나노박막의 재질은 금(Au) 또는 은(Ag)으로 구성되고, 제 1 금속박막층(131), 제 2 금속박막층(132) 및 제 3 금속박막층(133)층은 서로 다른 두께를 가지며, 금속나노박막의 두께는 버퍼용액(L)의 굴절률과, 제 1 채널(120a) 내지 제 3 채널(120c)에 수용되는 각각의 형광물질의 발산파장에 따라 변화된다.The first metal
제 1 채널(120a) 내지 제 3 채널(120c)에 수용되는 형광물질의 종류에 따라 금속나노박막의 두께를 조절하는 것은, 버퍼용액(L)과 금속나노박막 사이에서 발생하는 표면 플라즈몬 공명에 의한 플라즈몬 표면파 두께(t)를 최대화시키는 Q-factor(Quality factor)를 높이기 위함이다.The adjustment of the thickness of the metal nanofiltration layer according to the type of the fluorescent material accommodated in the
구체적으로, 표면 플라즈몬 Q-factor가 증강될 경우, 플라즈몬 표면파의 전파 길이 및 전파 신호의 세기가 동시에 증가하게 되며, 이에 따라 형광물질의 형광신호가 증폭되는 범위가 증가하게 되며, 동시에 형광물질의 형광신호의 증폭을 증대시키는 효과를 유발하게 된다.Specifically, when the surface plasmon Q-factor is enhanced, the propagation length of the plasmon surface wave and the intensity of the propagation signal are increased at the same time, thereby increasing the amplification range of the fluorescent signal of the fluorescent material. Thereby increasing the amplification of the signal.
도 2에 도시된 바와 같이, 금속나노박막이 금으로 구성되어 있고, 제 1 형광물질(141) 내지 제 3 형광물질(143)이 상술한 발산파장을 가지는 형광물질로 이루어진 경우에, 형광물질의 발산파장이 길어질수록 금속나노박막의 두께가 두껍게 형성되어 최적화 된 Q-factor를 가진다. As shown in FIG. 2, when the metal nano thin film is made of gold and the first
즉, 제 1 형광물질(141)의 발산파장보다 제 2 형광물질(142)의 발산파장이 길고, 제 2 형광물질(142)의 발산파장보다 제 3 형광물질(143)의 발산파장이 긴 경우에 제 1 형광물질(141)이 수용된 제 1 채널(120a) 하부에 배치되는 제 1 금속박막층(131)의 두께보다 제 2 형광물질(142)이 수용된 제 2 채널(120b) 하부에 배치되는 제 2 금속박막층(132)의 두께가 두껍게 형성되고, 제 2 금속박막층(132)의 두께보다 제 3 형광물질(143)이 수용된 제 3 채널(120c) 하부에 배치되는 제 3 금속박막층(133)의 두께가 두껍게 형성된다.That is, when the divergent wavelength of the second
이에 따라 제 1 채널(120a) 내지 제 3 채널(120c)은 최적화된 Q-factor에 의하여 플라즈몬 표면파 두께(t)가 최적화되고, 제 1 형광물질(141) 내지 제 3 형광물질(143)의 형광신호가 증폭되는 범위가 증가하게 됨에 따라 일반 형광신호 검출과 비교하여 검출 효율이 향상되어 정밀한 센싱이 이루어지게 된다.Accordingly, the
또한, 형광물질의 형광신호가 증폭됨에 따라 탐지물질이 버퍼용액(L)에 낮은 농도로 수용되어 있을 경우에도 센싱이 가능해질뿐만 아니라 각각의 채널에 농도 차가 작을 경우에도 형광신호의 증폭을 통해 그 차이를 쉽게 파악할 수 있으므로 보다 정밀한 센싱이 이루어질 수 있게 된다.In addition, as the fluorescence signal of the fluorescent material is amplified, the sensing material can be sensed even when the detection substance is contained in the buffer solution L at a low concentration, and even when the concentration difference is small in each channel, The difference can be easily grasped so that more accurate sensing can be achieved.
한편, 제 1 채널(120a), 제 2 채널(120b) 및 제 3 채널(120c)에 제 1 탐지물질(D1), 제 2 탐지물질(D2) 및 제 3 탐지물질(D3)이 각각 수용되어있고, 제 1 탐지물질(D1), 제 2 탐지물질(D2) 및 제 3 탐지물질(D3)에는 동일한 형광물질이 결합될 수도 있고, 제 1 탐지물질(D1) 내지 제 3 탐지물질(D3)에는 서로 다른 발산파장을 가지는 형광물질이 결합될 수도 있다.Meanwhile, the first detection material D1, the second detection material D2, and the third detection material D3 are received in the
제 1 채널(120a) 내지 제 3 채널(120c)에 각기 다른 탐지물질이 수용되어 있고, 각각의 탐지물질에 동일한 형광물질이 결합되는 경우, 각각의 채널에서 동일한 형광분자로부터 나오는 형광신호는 각각의 채널별로 구분하여 렌즈 등을 이용하여 형광신호의 위치의 함수로서 구분 검출할 수 있다.When different detection materials are accommodated in the first to
또한, 제 1 채널(120a) 내지 제 3 채널(120c)에 각기 다른 탐지물질이 수용되어 있고, 각각의 탐지물질에 서로 다른 발산파장을 가지는 형광물질이 결합되는 경우, 각각의 형광물질에서 발산하는 형광신호의 방향성이 각기 다르게 되며, 이에 따라 렌즈 등을 이용하여 채널별로 형광신호를 구분 검출할 수 있게 된다.In addition, when different detection materials are accommodated in the first to
특히 하나의 채널에 복수개의 탐지물질을 수용시키고, 각각의 탐지물질에 서로 다른 발산파장을 가지는 형광물질을 결합시켜 사용할 경우, 발산되는 형광신호의 방향성이 발산 파장에 따라 달라지는 성질을 통해 렌즈 등을 이용하여 하나의 채널에서 복수개의 탐지물질을 구분 검출할 수 있다.In particular, when a plurality of detection materials are accommodated in one channel and a fluorescent material having different divergent wavelengths is coupled to each of the detection materials, the directionality of the divergent fluorescent signal changes depending on the divergent wavelength, A plurality of detection materials can be separately detected in one channel.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 표면플라즈몬 공명현상에 의한 형광검출신호 증폭을 이용한 다중채널 광센싱 장치의 제 2 실시 예를 설명하면 다음과 같다.As shown in FIG. 3, a second embodiment of a multi-channel optical sensing device using fluorescence detection signal amplification by surface plasmon resonance according to the present invention will now be described.
본 실시 예에 따른 챔버가 2개 이상의 채널로 구획되어 있고, 각각의 채널에는 서로 다른 발산파장을 가지는 형광물질이 수용되어 각기 다른 탐지물질과 결합되고, 형광물질의 파장에 따라 챔버(220) 하부에 배치되는 금속나노박막의 두께가 조절되는 것은 상술한 제 1 실시 예와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The chamber according to the present embodiment is divided into two or more channels, and fluorescent materials having different emission wavelengths are accommodated in the respective channels and are combined with different detection materials. Since the thickness of the metal nano-thin film disposed on the
다만, 본 실시 예에 따른 제 1 채널(220a) 내지 제 3 채널(220c)은 상술한 제 1 실시 예의 제 1 채널(120a) 내지 제 3 채널(120c)과 달리 챔버(220)의 하부 영역만 일부 구획된 것이 아니라, 전체적으로 구획되어 독립적인 공간을 가진다.However, the first to
또한, 본 실시 예에 따른 광원부는 제 1 광원부(211), 제 2 광원부(212) 및 제 3 광원부(213)를 포함한다.Also, the light source unit according to the present embodiment includes a first
제 1 광원부(211)는 제 1 형광물질(241)을 여기시키는 제 1 여기파장을 가지며, 제 1 채널(120a) 상부에 배치되어 제 1 형광물질(241)에 제 1 여기파장으로 제 1 여기광을 조사함으로써 제 1 형광물질(241)이 형광신호를 발생하도록 한다.The first
제 2 광원부(212)는 제 2 형광물질(242)을 여기시키는 제 2 여기파장을 가지며, 제 2 채널(120b) 상부에 배치되어 제 2 형광물질(242)에 제 2 여기파장으로 제 2 여기광을 조사함으로써 제 2 형광물질(242)이 형광신호를 발생하도록 한다.The second
제 3 광원부(213)는 제 3 형광물질(243)을 여기시키는 제 3 여기파장을 가지며, 제 3 채널(120c) 상부에 배치되어 제 3 형광물질(243)에 제 3 여기파장으로 제 3 여기광을 조사함으로써 제 3 형광물질(243)이 형광신호를 발생하도록 한다.The third
상술한 바와 같이, 제 1 형광물질(241) 내지 제 3 형광물질(243)의 발산파장에 따라 각기 다른 여기파장을 가지는 광원부를 각 채널에 배치함으로써 각기 다른 색깔의 형광신호가 동시에 나타나게 되고, 이에 따라 다중채널에서 탐지물질의 농도를 동시에 파악할 수 있게 된다. As described above, by arranging the light source portions having different excitation wavelengths according to the divergent wavelengths of the first to third
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.As described above, the present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention as claimed in the claims. And such variations are within the scope of the present invention.
110: 광원부 211: 제 1 광원
212: 제 2 광원 213: 제 3 광원
120, 220: 챔버 120a, 220a: 제 1 채널
120b, 220b: 제 2 채널 120c, 220c: 제 3 채널
131, 231: 제 1 금속박막층 132, 232: 제 2 금속박막층
133, 233: 제 3 금속박막층 141, 241: 제 1 형광물질
142, 242: 제 2 형광물질 143, 243: 제 3 형광물질
D1: 제 1 탐지물질 D2: 제 2 탐지물질
D3: 제 3 탐지물질 L: 버퍼용액110: light source part 211: first light source
212: second light source 213: third light source
120, 220:
120b, 220b:
131, 231: first metal
133, 233: third metal
142, 242: Second
D1: first detection substance D2: second detection substance
D3: third detection substance L: buffer solution
Claims (4)
상기 챔버 상부에 배치되며, 광을 조사하는 광원부;
상기 챔버 하부에 표면 플라즈몬 공명이 발생되도록 배치되는 금속나노박막;을 포함하며,
상기 형광물질은 상기 광원부로부터 조사되는 광에 대하여 발산파장이 서로 다른 제 1 형광물질 및 제 2 형광물질을 포함하며,
상기 챔버의 하부는 상기 제 1 형광물질이 수용되는 제 1 채널 및 상기 제 2 형광물질이 수용되는 제 2 채널로 구획되고,
상기 금속나노박막은 상기 제 1 채널 하부에 배치되는 제 1 금속박막층 및 상기 제 2 채널 하부에 배치되는 제 2 금속박막층을 포함하며,
상기 제 1 금속박막층 및 상기 제 2 금속박막층은 상기 제 1 형광물질 및 상기 제 2 형광물질의 발산파장에 따라 서로 다른 두께를 가지고,
상기 제 1 형광물질 및 상기 제 2 형광물질은 상기 광원부에서 조사되는 광에 여기되어 형광신호를 발생시키며, 동시에 상기 제 1 형광물질 및 상기 제 2 형광물질에서 발산되는 빛에 의한 형광신호는 상기 버퍼용액과 상기 제 1 금속박막 및 상기 제 2 금속박막의 계면에서 발생되는 표면 플라즈몬 공명에 의해 증폭되는 것을 특징으로 하는 표면플라즈몬 공명현상에 의한 형광검출신호 증폭을 이용한 다중채널 광센싱 장치.A chamber in which a buffer solution containing a detection substance and a fluorescent substance bound to the detection substance is accommodated;
A light source unit disposed above the chamber to emit light;
And a metal nano thin film disposed to generate surface plasmon resonance in the lower portion of the chamber,
Wherein the fluorescent material includes a first fluorescent material and a second fluorescent material having different divergent wavelengths from the light emitted from the light source,
The lower portion of the chamber is divided into a first channel in which the first fluorescent material is accommodated and a second channel in which the second fluorescent material is accommodated,
Wherein the metal nano thin film includes a first metal thin film layer disposed under the first channel and a second metal thin film layer disposed under the second channel,
Wherein the first metal thin film layer and the second metal thin film layer have different thicknesses depending on a divergent wavelength of the first fluorescent material and the second fluorescent material,
The first fluorescent material and the second fluorescent material are excited by the light emitted from the light source unit to generate a fluorescent signal, and at the same time, a fluorescent signal due to the light emitted from the first fluorescent material and the second fluorescent material, And the second metal thin film is amplified by surface plasmon resonance generated at the interface between the first metal thin film and the second metal thin film by using the fluorescence detection signal amplification by the surface plasmon resonance phenomenon.
상기 금속박막층은 상기 형광물질의 발산파장이 길어짐에 따라 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 표면플라즈몬 공명현상에 의한 형광검출신호 증폭을 이용한 다중채널 광센싱 장치.The method according to claim 1,
Wherein the metal thin film layer is formed thick as the divergent wavelength of the fluorescent material becomes longer. The multi-channel optical sensing device using the fluorescence detection signal amplification by the surface plasmon resonance phenomenon.
상기 금속박막층을 구성하는 재질은 금 또는 은인 것을 특징으로 하는 표면플라즈몬 공명현상에 의한 형광검출신호 증폭을 이용한 다중채널 광센싱 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the metal thin film layer is made of gold or silver. The multi-channel light sensing device using fluorescence detection signal amplification by surface plasmon resonance phenomenon.
상기 광원부는 상기 제 1 형광물질을 여기시키는 제 1 여기파장을 가지며, 상기 제 1 여기파장을 가지는 제 1 여기광을 조사하는 제 1 광원과, 상기 제 2 형광물질을 여기시키는 제 2 여기파장을 가지며, 상기 제 2 여기파장을 가지는 제 2 여기광을 조사하는 제 2 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면플라즈몬 공명현상에 의한 형광검출신호 증폭을 이용한 다중채널 광센싱 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the light source unit includes a first light source having a first excitation wavelength for exciting the first fluorescent material and for emitting a first excitation light having the first excitation wavelength and a second excitation light for exciting the second fluorescent material, And a second light source for irradiating the second excitation light having the second excitation wavelength. The multi-channel optical sensing apparatus using the fluorescence detection signal amplification by the surface plasmon resonance phenomenon.
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