KR101799518B1 - 형광 검출 광학계 및 이를 포함하는 다채널 형광 검출 장치 - Google Patents
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Abstract
서로 다른 2 이상의 파장에 대한 형광 검출이 가능하며, 자동 초점 기능을 통해 항상 일정한 초점 위치를 구현할 수 있는 형광 검출 광학계 및 이를 포함하는 다채널 형광 검출 장치가 개시된다. 개시된 형광 검출 광학계는 미세 유체 소자에서 반사된 광을 수광하여, 비점수차 방식 또는 나이프 에지 방식으로 초점을 판단하는 자동 초점 유닛 및 자동 초점 유닛의 제어에 따라 대물렌즈의 위치를 조절하는 액추에이터를 포함할 수 있다. 또한, 개시된 형광 검출 광학계는, 적어도 2개의 광원에서 방출된 광을 각각 미세 유체 소자에 제공하고 미세 유체 소자에서 발생한 형광을 광검출기로 전달하기 위하여, 다수의 이중 대역 통과 필터, 다이크로익 소자 등을 포함할 수 있다.
Description
개시된 발명은 형광 검출 광학계 및 이를 포함하는 다채널 형광 검출 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 서로 다른 2 이상의 파장에 대한 형광 검출이 가능하며, 자동 초점 기능을 통해 항상 일정한 초점 위치를 구현할 수 있는 형광 검출 광학계 및 이를 포함하는 다채널 형광 검출 장치가 개시된다.
개인 맞춤형 의료(Point of Care) 시대가 도래함에 따라, 유전자 분석, 체외 진단, 유전자 염기 서열 분석 등의 중요성이 부각되고 있으며, 그 수요 또한 점차 증가하고 있다. 이에 따라, 적은 양의 샘플로도 빠른 시간 내에 많은 양의 검사를 수행할 수 있는 플랫폼 및 시스템이 개발/출시되고 있다. 예를 들어, 그러한 요구를 실현하기 위하여, 미세유체칩(microfluidics)이나 랩온어칩(Lab on a Chip)과 같은 미세 유체 소자 플랫폼이 주목을 받고 있다. 미세 유체 소자는 미량의 유체를 제어하고 조작이 가능하도록 설계된 복수의 미세 유로와 미세 챔버를 포함한다. 미세 유체 소자를 이용함으로써, 미세 유체의 반응 시간을 최소화할 수 있으며, 미세 유체의 반응과 그 결과의 측정이 동시에 이루어질 수 있다. 이러한 미세 유체 소자는 다양한 방법으로 제작될 수 있으며, 그 제작 방법에 따라 다양한 재료가 이용되고 있다.
한편, 예를 들어 유전자 분석시, 샘플에서 특정 DNA의 존재 여부 또는 DNA의 양을 정확히 알기 위해서는, 실제 샘플을 정제/추출한 후 측정 가능하도록 충분히 증폭하는 과정이 요구된다. 다양한 유전자 증폭 방법 중에서 예를 들어 중합효 소연쇄반응(polymerase chain reaction; PCR)이 가장 널리 쓰인다. 그리고, PCR을 통해 증폭한 DNA를 검출하기 위한 방법으로 형광 검출법이 주로 이용된다. 예를 들어 정량적 실시간 PCR(quantitative real-time PCR; qPCR)은 타깃 샘플(target sample)의 증폭 및 실시간 검출/측정을 위해 다수의 형광 염료/프로브 및 프라이머 세트(primer set)를 이용한다. 예컨대, 타크만 프로브(TaqMan probe)를 사용하는 qPCR의 경우, DNA 증폭 단계에서 타크만 프로브가 템플릿(template)으로부터 떨어져 나오면서 형광 특성을 갖게 되는 점을 이용한다. 즉, PCR 사이클이 진행되면서 각 템플릿으로부터 떨어져 나오는 타크만 프로브의 수가 지수적으로 증가하게 되고, 결국 형광 신호 레벨도 지수적으로 증가한다. 이러한 형광 신호 레벨의 변화를 광학계로 측정함으로써, 타깃 샘플의 유무 판정이나 정량 분석이 가능하게 된다. PCR 사이클이 진행되면서 형광 신호 레벨 곡선은 S-커브(S-curve)를 따르게 되는데, 형광 신호 레벨이 급격하게 변하는 지점에 Ct(threshold cycle) 값을 설정하여 측정하게 된다. 이러한 qPCR 기법이 적용된 체외 진단, 유전자 분석, 바이오 마커 개발, 유전자 염기 서열 분석 등의 플랫폼이 이미 상용화되어 있다.
형광 검출 광학계는 미세유체칩이나 PCR 칩과 같은 미세 유체 소자 내에서 일어나는 바이오 반응에 의한 형광 신호 레벨 또는 그 변화량을 측정하기 위한 것이다. 이러한 형광 검출 광학계의 설계 및 제작시에는 다음과 같은 점을 고려할 필요가 있다. 즉, 미세 유체 소자에 형성된 미세 챔버의 깊이는 겨우 수 um 내지 수 mm에 불과하기 때문에, 미세 챔버의 형상은 폭과 길이에 비해 깊이가 매우 작은 2D 챔버에 가깝다. 이는, 미세 챔버에 정확히 초점이 맺힐 수 있는 초점 깊이의 범위가 매우 작다는 것을 의미한다. 특히, 정밀한 검출을 위해 형광 검출 광학계 내의 대물렌즈의 개구수(NA)를 증가시킬 경우, 초점 깊이는 더욱 작아져서 수 um에 불과하게 될 수 있다. 따라서, 형광 검출 광학계와 미세 유체 소자 간에 수 um 수준의 정밀한 위치 제어 및 미세 유체 소자의 정밀한 수평 제어가 요구된다. 그렇지 않으면, 미세 유체 소자 내의 챔버들 사이에 초점이 맺히는 정도가 달라져서 균일하고 정밀한 형광 검출을 기대하기 어렵게 된다. 또한, 미세 유체 소자의 장/탈착시 일정한 정밀도를 갖는 구조까지 고려되어야 하기 때문에, 미세 유체 소자의 장/탈착을 위한 메커니즘이 정밀하고 복잡하게 된다. 형광 검출 광학계의 부피 및 제조 비용을 증가시키는 원인이 된다.
미세 유체 소자가 정밀하게 배치되어 있지 않더라도 미세 유체 소자 내의 챔버들에 각각 자동으로 초점을 맞출 수 있도록, 자동 초점 기능을 통해 항상 일정한 초점 위치를 구현할 수 있는 형광 검출 광학계를 제공한다.
또한, 서로 다른 2 이상의 파장에 대한 형광 검출이 가능한 형광 검출 광학계를 제공한다.
또한, 다수의 상술한 형광 검출 광학계를 포함하는 다채널 형광 검출 장치를 제공한다.
본 발명의 일 유형에 따른 형광 검출 광학계는, 여기광을 방출하는 광원부; 여기광을 미세 유체 소자 상에 포커싱하는 대물렌즈; 미세 유체 소자 내의 샘플이 여기광에 의해 여기되면서 발생한 형광을 검출하는 형광 검출부; 미세 유체 소자에서 반사된 여기광을 검출하여 포커싱 오차를 계산하고 상기 대물렌즈의 포커싱 위치를 조정하는 자동 초점 유닛; 및 상기 광원부에서 방출된 여기광을 미세 유체 소자에 전달하고, 미세 유체 소자에서 반사된 여기광을 상기 자동 초점 유닛에 전달하며, 미세 유체 소자에서 발생한 형광을 상기 형광 검출부에 전달하는 광 전달부;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 자동 초점 유닛은, 다수의 광검출 세그먼트로 분할된 분할형 광검출기; 미세 유체 소자에서 반사된 여기광을 포커싱하는 포커싱 렌즈; 상기 대물렌즈의 포커싱 위치를 조정하기 위한 액추에이터; 및 상기 분할형 광검출기의 출력으로부터 포커싱 오차를 계산하고 상기 액추에이터의 동작을 제어하는 포커싱 제어부;를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 포커싱 렌즈는 비점수차 렌즈이며, 상기 분할형 광검출기는 4개의 광검출 세그먼트를 갖는 4-분할형 광검출기일 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 자동 초점 유닛은 상기 포커싱 렌즈와 분할형 광검출기 사이에서 초점이 맞지 않은 광을 차단하는 나이프 에지를 더 포함하며, 상기 분할형 광검출기는 2개의 광검출 세그먼트를 갖는 2-분할형 광검출기일 수 있다.
또한, 형광 검출 광학계는, 상기 광원부와 대물렌즈 사이에 배치되며 여기광을 회절시켜 미세 유체 소자 상의 서로 다른 다수의 위치에 각각 입사하는 다수의 광으로 여기광을 분할하는 회절 격자를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 광원부는, 제 1 파장의 여기광을 방출하는 제 1 광원; 제 1 파장의 여기광을 통과시키는 제 1 여기광 필터; 제 1 파장과 다른 제 2 파장의 여기광을 방출하는 제 2 광원; 및 제 2 파장의 여기광을 통과시키는 제 2 여기광 필터;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 여기광 필터와 제 2 여기광 필터는 제 1 파장 대역의 광과 제 2 파장 대역의 광을 모두 통과시키는 동일한 이중 대역 통과 필터일 수 있다.
또한, 상기 광 전달부는, 상기 제 1 광원과 제 2 광원에 대향하여 배치되며, 상기 제 1 광원으로부터 방출된 제 1 파장의 여기광을 투과시키고 상기 제 2 광원으로부터 방출된 제 2 파장의 여기광을 반사하는 제 1 다이크로익 필터; 상기 대물렌즈와 형광 검출부 사이에 배치되며, 여기광을 반사하고 미세 유체 소자에서 발생한 형광을 투과시키는 제 2 다이크로익 필터; 및 상기 제 1 다이크로익 필터와 제 2 다이크로익 필터 사이에 배치되며, 입사하는 여기광의 일부를 투과시키고 나머지 일부를 반사하는 빔스플리터;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 2 다이크로익 필터는 제 1 및 제 2 파장의 여기광을 반사하고, 미세 유체 소자에서 발생한 제 3 및 제 4 파장의 형광을 투과시키는 이중 대역 다이크로익 필터일 수 있다.
또한, 형광 검출 광학계는, 상기 제 1 다이크로익 필터로부터 상기 빔스플리터를 투과하여 진행하는 여기광의 광량을 측정하기 위한 모니터링 광검출기를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 자동 초점 유닛은 상기 제 2 다이크로익 필터에서 반사된 후 상기 빔스플리터를 투과하는 여기광을 수광하도록 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 형광 검출부는 상기 제 2 다이크로익 필터를 투과한 형광을 검출하도록 배치되어 있으며, 상기 제 2 다이크로익 필터를 투과한 광 중에서 형광 성분만을 투과시키는 형광 필터; 및 상기 형광 필터를 투과한 형광을 검출하는 형광 광검출기;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 형광 필터는 미세 유체 소자에서 발생한 제 3 파장의 형광과 제 4 파장의 형광만을 통과시키는 이중 대역 통과 필터일 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 형광 검출부는, 상기 제 2 다이크로익 필터를 투과한 형광을 중에서 제 3 파장의 형광을 검출하기 위한 제 1 형광 검출부; 상기 제 2 다이크로익 필터를 투과한 형광을 중에서 제 4 파장의 형광을 검출하기 위한 제 2 형광 검출부; 및 상기 제 2 다이크로익 필터를 투과한 형광을 중에서 제 3 파장의 형광을 투과시켜 상기 제 1 형광 검출부에 전달하고, 제 4 파장의 형광을 반사하여 상기 제 2 형광 검출부에 전달하는 제 3 다이크로익 필터;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 형광 검출부는, 상기 제 3 다이크로익 필터를 투과한 광 중에서 제 3 파장의 형광 성분을 투과시키는 제 1 형광 필터; 및 상기 제 1 형광 필터를 투과한 형광을 검출하는 제 1 형광 광검출기;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 형광 검출부는, 상기 제 3 다이크로익 필터에 의해 반사된 광 중에서 제 4 파장의 형광 성분을 투과시키는 제 2 형광 필터; 및 상기 제 2 형광 필터를 투과한 형광을 검출하는 제 2 형광 광검출기;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 형광 필터와 제 2 형광 필터는 제 3 파장의 형광과 제 4 파장의 형광을 모두 통과시키는 동일한 이중 대역 통과 필터일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광원부는 제 1 파장의 여기광을 방출하는 제 1 광원부와 제 1 파장과 다른 제 2 파장의 여기광을 방출하는 제 2 광원부를 포함하며, 상기 형광 검출부는 제 1 파장의 여기광에 의해 샘플이 여기되면서 발생한 제 3 파장의 형광을 검출하는 제 1 형광 검출부와 제 2 파장의 여기광에 의해 샘플이 여기되면서 발생한 제 4 파장의 형광을 검출하는 제 2 형광 검출부를 포함하고, 상기 자동 초점 유닛은 미세 유체 소자에서 반사된 제 1 파장의 여기광을 측정하여 자동 초점 기능을 수행하는 제 1 자동 초점 유닛과 미세 유체 소자에서 반사된 제 2 파장의 여기광을 측정하여 자동 초점 기능을 수행하는 제 2 자동 초점 유닛을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 광 전달부는 제 1 파장의 여기광과 제 2 파장의 여기광을 미세 유체 소자에 전달하고, 제 3 파장의 형광과 제 4 파장의 형광을 각각 상기 제 1 형광 검출부와 제 2 형광 검출부에 전달하며, 미세 유체 소자에서 반사된 제 1 파장의 여기광과 제 2 파장의 여기광을 각각 상기 제 1 자동 초점 유닛과 제 2 자동 초점 유닛에 전달하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 광 전달부는, 상기 제 1 광원부와 제 1 형광 검출부에 대향하여 배치되어 있으며, 제 1 파장의 여기광을 반사하고 제 3 파장의 형광을 투과시켜 상기 제 1 형광 검출부에 제공하는 제 1 다이크로익 필터; 상기 제 2 광원부와 제 2 형광 검출부에 대향하여 배치되어 있으며, 제 2 파장의 여기광을 반사하고 제 4 파장의 형광을 투과시켜 상기 제 2 형광 검출부에 제공하는 제 2 다이크로익 필터; 상기 제 1 광원부와 제 1 다이크로익 필터 사이에 배치되어 있으며, 입사하는 제 1 파장의 여기광의 일부를 투과시키고 나머지를 반사하는 제 1 빔스플리터; 상기 제 2 광원부와 제 2 다이크로익 필터 사이에 배치되어 있으며, 입사하는 제 2 파장의 여기광의 일부를 투과시키고 나머지를 반사하는 제 2 빔스플리터; 및 상기 제 1 다이크로익 필터와 제 2 다이크로익 필터에 대향하여 배치되어 있으며, 제 1 파장의 여기광과 제 3 파장의 형광을 반사하고 제 2 파장의 여기광과 제 4 파장의 형광을 반사하는 제 3 다이크로익 필터;를 포함할 수 있다.
또한, 형광 검출 광학계는, 상기 제 1 광원부로부터 상기 제 1 빔스플리터에 의해 반사된 제 1 파장의 여기광의 광량을 측정하는 제 1 모니터링 광검출기, 및 상기 제 2 광원부로부터 상기 제 2 빔스플리터에 의해 반사된 제 2 파장의 여기광의 광량을 측정하는 제 2 모니터링 광검출기를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 자동 초점 유닛은 상기 제 1 다이크로익 미러에 의해 반사된 후 다시 상기 제 1 빔스플리터에 의해 반사되어 진행하는 제 1 파장의 여기광을 수광하도록 배치될 수 있으며, 상기 제 2 자동 초점 유닛은 상기 제 2 다이크로익 미러에 의해 반사된 후 다시 상기 제 2 빔스플리터에 의해 반사되어 진행하는 제 2 파장의 여기광을 수광하도록 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 자동 초점 유닛은 다수의 광검출 세그먼트로 분할된 제 1 분할형 광검출기 및 미세 유체 소자에서 반사된 제 1 파장의 여기광을 포커싱하는 제 1 포커싱 렌즈를 포함하며, 상기 제 2 자동 초점 유닛은 다수의 광검출 세그먼트로 분할된 제 2 분할형 광검출기 및 미세 유체 소자에서 반사된 제 2 파장의 여기광을 포커싱하는 제 2 포커싱 렌즈를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 자동 초점 유닛과 제 2 자동 초점 유닛은, 상기 대물렌즈의 포커싱 위치를 조정하기 위한 액추에이터; 및 상기 제 1 분할형 광검출기와 제 2 분할형 광검출기의 출력으로부터 제 1 파장의 여기광에 대한 포커싱 오차와 제 2 파장의 여기광에 대한 포커싱 오차를 계산하고 상기 액추에이터의 동작을 제어하는 포커싱 제어부;를 공유할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 유형에 따른 형광 검출 장치는, 상술한 구조를 갖는 적어도 하나의 형광 검출 광학계; 및 상기 적어도 하나의 형광 검출 광학계를 이송시키기 위한 이송 부재;를 포함할 수 있다.
개시된 형광 검출 광학계는 자동 초점 기능을 통해 미세 유체 소자가 정밀하게 배치되어 있지 않더라도 미세 유체 소자 내의 챔버들에 각각 자동으로 초점을 맞출 수 있다. 따라서, 미세 유체 소자 내의 바이오 샘플들의 반응에 대한 보다 정확한 형광 검출이 가능하게 된다. 또한, 미세 유체 소자를 정밀하게 장착하기 위한 복잡한 메커니즘이 요구되지 않으므로, 형광 검출 광학계의 부피 및 제조 비용을 저감할 수 있다.
또한, 개시된 형광 검출 광학계는 회절 격자 소자를 통해 광을 다수의 빔으로 분할함으로써 챔버 내의 여러 영역에 대해 동시에 형광 검출을 할 수 있다. 그러면, 챔버 내의 이물질이나 버블 등에 의한 검출 효율 저하를 방지할 수 있다.
또한, 개시된 형광 검출 광학계는 서로 다른 두 개의 파장에 대한 형광 검출이 가능하다. 그 결과, 다수의 챔버에 대해 각각 다수 파장의 형광 검출을 수행하는 형광 검출 장치에서 사용되는 형광 검출 광학계의 개수를 줄일 수 있다. 형광 검출 장치의 구조가 단순해지고 부피 및 제조 비용이 저감될 수 있다. 특히, 형광 검출 광학계의 자동 초점 기능으로 인해, 스캐닝 구동부를 정밀하게 제조할 필요가 없으므로, 스캐닝 구동부의 단순화 및 저가격화가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 검출 광학계의 예시적인 구조를 개략적으로 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 비점수차 방식으로 초점을 조절하는 원리를 예시적으로 보인다.
도 3a 내지 도 5b는 나이프 에지(knife edge) 방식으로 초점을 조절하는 원리를 예시적으로 보인다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 형광 검출 장치의 예시적인 구조를 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 형광 검출 광학계의 예시적인 구조를 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 형광 검출 광학계의 예시적인 구조를 개략적으로 도시한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 형광 검출 광학계의 예시적인 구조를 개략적으로 도시한다.
도 10은 도 9에 도시된 회절 격자에 의해 챔버 내에 다수의 광 스폿이 형성되는 것을 예시적으로 보인다.
도 2a 내지 도 2c는 비점수차 방식으로 초점을 조절하는 원리를 예시적으로 보인다.
도 3a 내지 도 5b는 나이프 에지(knife edge) 방식으로 초점을 조절하는 원리를 예시적으로 보인다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 형광 검출 장치의 예시적인 구조를 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 형광 검출 광학계의 예시적인 구조를 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 형광 검출 광학계의 예시적인 구조를 개략적으로 도시한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 형광 검출 광학계의 예시적인 구조를 개략적으로 도시한다.
도 10은 도 9에 도시된 회절 격자에 의해 챔버 내에 다수의 광 스폿이 형성되는 것을 예시적으로 보인다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 형광 검출 광학계 및 이를 포함하는 다채널 형광 검출 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 검출 광학계(100)의 예시적인 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 검출 광학계(100)는, 제 1 파장(λ1)의 여기광을 방출하는 제 1 광원(101), 제 1 파장의 여기광만을 통과시키는 제 1 여기광 필터(102), 제 1 파장의 여기광을 평행빔으로 만드는 제 1 콜리메이팅 렌즈(103), 제 2 파장(λ2)의 여기광을 방출하는 제 2 광원(104), 제 2 파장의 여기광만을 통과시키는 제 2 여기광 필터(105), 제 2 파장의 여기광을 평행빔으로 만드는 제 2 콜리메이팅 렌즈(106), 제 1 파장의 여기광을 투과시키고 제 2 파장의 여기광을 반사하는 제 1 다이크로익 필터(107), 입사광의 일부를 투과시키고 나머지를 반사하는 빔스플리터(108), 빔스플리터(108)를 투과한 여기광의 광량을 측정하는 모니터링 광검출기(109), 여기광을 반사하고 미세 유체 소자(150)에서 발생한 형광을 투과시키는 제 2 다이크로익 필터(110), 여기광을 미세 유체 소자(150)의 챔버(151)에 포커싱하는 대물렌즈(111), 대물렌즈(111)의 포커싱 위치를 조정하기 위한 액추에이터(112), 제 2 다이크로익 필터(110)를 투과한 광 중에서 형광 성분만을 투과시키는 형광 필터(115), 형광 필터(115)를 투과하는 형광을 검출하는 형광 광검출기(117), 형광 필터(115)와 형광 광검출기(117) 사이에 배치되어 형광을 형광 광검출기(117)에 포커싱하는 제 1 포커싱 렌즈(116), 미세 유체 소자(150)에서 반사된 여기광을 포커싱하는 제 2 포커싱 렌즈(113), 미세 유체 소자(150)에서 반사된 여기광을 검출하는 분할형 광검출기(114), 상기 분할형 광검출기(114)의 출력으로부터 포커싱 오차를 계산하고 액추에이터(112)의 동작을 제어하는 포커싱 제어부(140)를 포함할 수 있다.
상술한 구성들 중에서, 제 1 광원(101), 제 1 여기광 필터(102), 제 1 콜리메이팅 렌즈(103), 제 2 광원(104), 제 2 여기광 필터(102) 및 제 2 콜리메이팅 렌즈(103)는 광원부를 구성한다. 광원부는 두 개의 광원(101, 104)을 이용하여 서로 다른 두 파장(λ1, λ2)의 여기광을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 광원(101, 104)은 서로 다른 파장을 갖는 광을 방출하는 LED(light emitting diode), LD(laser diode) 또는 할로겐 램프일 수 있다. 제 1 및 제 2 광원(101, 104)에서 방출되는 광의 파장은, 예를 들어, 시안 계열, 앰버 계열, 녹색 계열 및 적색 계열의 색들 중에서 하나씩 선택될 수 있다. 특히, 크로스토크를 최소화하기 위하여, 제 1 광원(101)의 파장 대역과 제 2 광원(104)의 파장 대역은 중첩되지 않도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 제 1 광원(101)이 시안 계열의 색을 갖는 광을 방출하는 LED인 경우, 제 2 광원(104)은 녹색 계열의 색을 방출하는 LED로 선택될 수 있다. 또한, 제 1 광원(101)이 앰버 계열의 색을 갖는 광을 방출하는 LED인 경우, 제 2 광원(104)은 적색 계열의 색을 갖는 광을 방출하는 LED로 선택될 수 있다.
제 1 여기광 필터(102)는 제 1 파장 대역의 광만 통과시키는 대역 통과 필터일 수 있으며, 제 2 여기광 필터(105)는 제 2 파장 대역의 광만 통과시키는 대역 통과 필터일 수 있다. 그러나, 부품의 종류를 줄이고 조립의 편의를 위해, 제 1 여기광 필터(102)와 제 2 여기광 필터(105)는 동일한 필터일 수도 있다. 예를 들어, 제 1 여기광 필터(102)와 제 2 여기광 필터(105)는 제 1 파장 대역의 광과 제 2 파장 대역의 광을 모두 통과시키는 이중 대역 통과 필터(dual band pass filter)일 수도 있다.
또한, 제 1 다이크로익 필터(107), 빔스플리터(108) 및 제 2 다이크로익 필터(110)는 제 1 및 제 2 광원(101, 104)에서 방출된 여기광을 모니터링 광검출기(109)와 미세 유체 소자(150)에 나누어 전달하고, 미세 유체 소자(150)에서 반사된 여기광을 분할형 광검출기(114)에 전달하며, 미세 유체 소자(150)의 챔버(151)에서 발생한 형광을 형광 광검출기(117)에 전달하는 광 전달부를 구성한다. 예컨대, 제 1 다이크로익 필터(107)는 제 1 파장의 여기광을 투과시키고 제 2 파장의 여기광을 반사하여, 제 1 파장의 여기광과 제 2 파장의 여기광이 동일한 광경로를 따라 진행할 수 있도록 한다. 이를 위해, 제 1 다이크로익 필터(107)는 제 1 광원(101)과 제 2 광원(104)에 대향하여 약 45도 정도 기울어져 배치될 수 있다. 빔스플리터(108)는 입사하는 여기광의 일부(예컨대, 약 10% 정도)를 투과시켜 모니터링 광검출기(109)에 제공하고, 나머지 일부(예컨대, 약 90%)를 반사하여 미세 유체 소자(150)에 제공할 수 있다. 또한, 제 2 다이크로익 필터(110)는 여기광을 반사하고 미세 유체 소자(150)의 챔버(151)에서 발생한 형광을 투과시키도록 구성될 수 있다. 특히, 제 2 다이크로익 필터(110)는 제 1 및 제 2 파장의 여기광을 반사하고, 제 3 및 제 4 파장의 형광을 투과시키는 이중 대역 다이크로익 필터일 수 있다.
모니터링 광검출기(109)는 빔스플리터(108)를 투과한 여기광의 광량을 측정하기 위한 것으로, 예를 들어 단일한 포토 다이오드로 이루어질 수 있다. 형광 검출 광학계(100)는 모니터링 광검출기(109)에서 측정된 여기광의 광량을 참조하여 제 1 및 제 2 광원(101, 104)의 출력을 원하는 값으로 일정하게 유지시킬 수 있다. 도 1에는 예시적으로, 모니터링 광검출기(109)가 빔스플리터(108)를 투과한 여기광을 측정하는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 빔스플리터(108)에서 반사된 여기광을 측정하도록 모니터링 광검출기(109)가 배치될 수도 있으며, 이 경우 빔스플리터(108)를 투과한 여기광은 미세 유체 소자(150)에 전달될 수 있다. 이 경우, 빔스플리터(108)의 투과율과 반사율은 각각 약 90%와 10%로 변경될 수 있다.
또한, 형광 필터(115), 제 1 포커싱 렌즈(116) 및 형광 광검출기(117)는 미세 유체 소자(150)의 챔버(151)에서 발생한 형광을 검출하는 형광 검출부를 구성한다. 형광 필터(115)는 형광 광검출기(117)에 형광 이외의 광성분이 도달하지 않도록 차단하는 역할을 한다. 예를 들어, 형광 필터(115)는 챔버(151) 내의 샘플이 제 1 파장의 여기광에 의해 여기되면서 발생한 제 3 파장의 형광과 제 2 파장의 여기광에 의해 여기되면서 발생한 제 4 파장의 형광만을 통과시키는 이중 대역 통과 필터일 수 있다. 형광 광검출기(117)로는 예를 들어 포토 다이오드, 포토 다이오드 어레이, 광전자 증배관(photo multiplier tube; PMT), CCD 이미지 센서, CMOS 이미지 센서, 애벌런치 포토 다이오드(avalanche PD; APD) 등을 사용할 수 있다.
한편, 액추에이터(112), 제 2 포커싱 렌즈(113), 분할형 광검출기(114) 및 포커싱 제어부(140)는 자동 초점 유닛을 구성한다. 제 2 포커싱 렌즈(113)는 미세 유체 소자(150)에서 반사된 여기광을 분할형 광검출기(114)를 향해 포커싱한다. 다수의 광검출 세그먼트들로 분할되어 있는 분할형 광검출기(114)는 각각의 세그먼트에 입사하는 광의 광량을 측정할 수 있다. 그러면, 포커싱 제어부(140)는 분할형 광검출기(114)의 출력으로부터 포커싱 오차를 계산하고 액추에이터(112)의 동작을 제어할 수 있다. 이러한 자동 초점 유닛에서 초점 오차를 계산하고 초점을 조절하는 방식에는 비점수차(astigmatic) 방식과 나이프 에지(knife edge) 방식이 있다.
예를 들어, 도 2a 내지 도 2c는 비점수차 방식으로 초점을 조절하는 원리를 예시적으로 보이고 있다. 비점수차 방식의 경우, 제 2 포커싱 렌즈(113)는 비점수차 렌즈를 사용하며, 분할형 광검출기(114)는 4개의 세그먼트(A~D)들로 분할된 4-분할형 광검출기를 사용할 수 있다. 먼저, 대물렌즈(111)가 미세 유체 소자(150)의 챔버(151)에 너무 가까워지면, 도 2a에 도시된 바와 같이, 비점수차 렌즈인 제 2 포커싱 렌즈(113)에 의해 분할형 광검출기(114) 위에 형성된 광 스폿(160)은 횡으로 길어지게 된다. 따라서, 제 1 세그먼트(A)와 제 3 세그먼트(C)에서 측정된 광량의 합(A+C)은 제 2 세그먼트(B)와 제 4 세그먼트(D)에서 측정된 광량의 합(B+D)보다 커진다. 포커싱 제어부(140)는 A+C > B+D 인 경우, 액추에이터(112)를 동작시켜 대물렌즈(111)를 미세 유체 소자(150)의 챔버(151)로부터 멀어지게 한다. 액추에이터(112)는 예를 들어 보이스 코일 모터(voice coil motor; VCM)일 수 있다.
반면, 여기광이 미세 유체 소자(150)의 챔버(151)에 정확하게 포커싱되면, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제 2 포커싱 렌즈(113)에 의해 분할형 광검출기(114) 위에 형성된 광 스폿(160)은 완전한 원형이 된다. 따라서, A+C = B+D 가 되며, 이 경우에는 대물렌즈(111)의 위치를 조정할 필요가 없다. 그리고, 대물렌즈(111)가 미세 유체 소자(150)의 챔버(151)에 너무 멀어지면, 도 2c에 도시된 바와 같이, 제 2 포커싱 렌즈(113)에 의해 분할형 광검출기(114) 위에 형성된 광 스폿(160)은 종으로 길어지게 된다. 따라서, 제 1 세그먼트(A)와 제 3 세그먼트(C)에서 측정된 광량의 합(A+C)은 제 2 세그먼트(B)와 제 4 세그먼트(D)에서 측정된 광량의 합(B+D)보다 작아진다. 포커싱 제어부(140)는 A+C < B+D 인 경우, 액추에이터(112)를 동작시켜 대물렌즈(111)를 미세 유체 소자(150)의 챔버(151)에 가까워지게 한다.
또한, 도 3a 내지 도 5b는 나이프 에지 방식으로 초점을 조절하는 원리를 예시적으로 보이고 있다. 나이프 에지 방식의 경우, 제 2 포커싱 렌즈(113)는 일반적인 볼록 렌즈를 사용할 수 있으며, 분할형 광검출기(114)는 2개의 세그먼트(A,B)로 분할된 2-분할형 광검출기를 사용할 수 있다. 그리고, 제 2 포커싱 렌즈(113)와 분할형 광검출기(114) 사이에는 초점이 맞지 않은 광을 차단하는 나이프 에지(118)가 배치될 수 있다. 먼저, 여기광이 미세 유체 소자(150)의 챔버(151)에 정확하게 포커싱되면, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제 2 포커싱 렌즈(113)에 의해 포커싱되는 광의 빔경이 나이프 에지(118)의 위치에서 최소로 된다. 그러면, 나이프 에지(118)에 의해 광이 차단되지 않기 때문에, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제 1 세그먼트(A)와 제 2 세그먼트(B)에서 측정된 광량은 동일하다(A = B).
반면, 대물렌즈(111)가 미세 유체 소자(150)의 챔버(151)에 너무 가까워지면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 제 2 포커싱 렌즈(113)에 의해 포커싱되는 광의 빔경은 나이프 에지(118)의 앞에서 최소로 된다. 그러면, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제 1 세그먼트(A)로 향하는 광이 적어도 부분적으로 차단되므로, 제 1 세그먼트(A)에서 측정된 광량보다 제 2 세그먼트(B)에서 측정된 광량이 커지게 된다(A < B). 또한, 대물렌즈(111)가 미세 유체 소자(150)의 챔버(151)에 너무 멀어지면, 도 5a에 도시된 바와 같이, 제 2 포커싱 렌즈(113)에 의해 포커싱되는 광의 빔경은 나이프 에지(118)를 지나서 최소로 된다. 그러면, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제 2 세그먼트(B)로 향하는 광이 적어도 부분적으로 차단되므로, 제 1 세그먼트(A)에서 측정된 광량보다 제 2 세그먼트(B)에서 측정된 광량이 작아지게 된다(A > B). 이러한 원리를 통해, 여기광이 미세 유체 소자(150)의 챔버(151)에 정확하게 포커싱되는 지를 확인할 수 있다.
이하, 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 검출 광학계(100)의 동작에 대해 설명한다. 먼저, 제 1 광원(101)이 ON 되어 제 1 파장의 여기광을 방출하고, 제 2 광원(104)은 여기광을 방출하지 않는 OFF 상태에 있는다. 제 1 파장의 여기광은 제 1 여기광 필터(102)와 제 1 콜리메이팅 렌즈(103)를 통과하면서 평행빔이 된다. 그리고, 여기광은 제 1 다이크로익 필터(107)를 투과한 후, 빔스플리터(108)에 입사한다. 여기광의 일부(예컨대, 약 10%)는 빔스플리터(108)를 통과하여 모니터링 광검출기(109)에 입사한다. 모니터링 광검출기(109)는 여기광의 광량을 측정한다. 모니터링 광검출기(109)에서 측정된 결과는 제 1 광원(101)의 출력을 조정하는데 이용된다.
한편, 여기광의 나머지 일부(예컨대, 약 90%)는 빔스플리터(108)와 제 2 다이크로익 필터(110)에서 반사된 후, 대물렌즈(111)를 통해 미세 유체 소자(150)의 챔버(151) 위로 포커싱된다. 챔버(151) 내에 있는 샘플에 표지된 형광 물질은 여기광에 의해 여기되어 제 3 파장의 형광을 발생시킨다. 그런 후, 여기광과 형광은 미세 유체 소자(150)에서 반사되어 제 2 다이크로익 필터(110)에 입사한다. 여기광과 형광의 반사를 위해, 미세 유체 소자(150)는 실리콘과 같은 반사성 재료로 일어질 수 있다. 또는, 미세 유체 소자(150)의 표면에 반사 코팅이 형성될 수도 있다. 형광은 제 2 다이크로익 필터(110)를 투과한 다음, 형광 필터(115)와 제 1 포커싱 렌즈(116)를 통해 형광 광검출기(117)에 입사한다. 이에 따라, 형광 광검출기(117)는 형광을 검출하게 되며, 형광 광검출기(117)의 검출 결과에 따라 챔버(151) 내의 샘플의 종류와 양을 알 수 있게 된다. 반면, 여기광은 제 2 다이크로익 필터(110)에서 반사되어 빔스플리터(108)에 입사한다. 여기광의 일부는 빔스플리터(108)를 투과한 다음, 제 2 포커싱 렌즈(113)를 통해 분할형 광검출기(114)에 입사한다. 그러면, 상술한 비점수차 방식 또는 나이프 에지 방식으로 대물렌즈(111)의 자동 포커싱이 가능하게 된다. 이에 따라, 여기광이 미세 유체 소자(150)의 챔버(151)에 항상 정확하게 포커싱될 수 있다.
제 1 파장의 여기광으로 형광 검출이 완료된 후에는, 제 1 광원(101)이 OFF 상태로 되고 제 2 광원(104)이 ON 상태가 된다. 그러면, 제 2 파장의 여기광에 대한 상술한 형광 검출 동작 및 자동 포커싱 동작이 수행될 수 있다. 제 2 파장의 여기광 및 상기 제 2 파장의 여기광에 의해 발생한 제 4 파장의 형광은 상술한 제 1 파장의 여기광 및 제 3 파장의 형광과 동일한 경로를 따라 진행하므로, 이에 대한 상술한 설명은 생략한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 검출 광학계(100)는 자동 초점 기능을 통해 미세 유체 소자(150)가 정밀하게 배치되어 있지 않더라도 미세 유체 소자(150) 내의 챔버(151)들에 각각 자동으로 초점을 맞출 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 검출 광학계(100)는 서로 다른 두 개의 파장에 대한 형광 검출이 가능하다. 따라서, 상기 형광 검출 광학계(100)를 사용할 경우, 다수의 챔버(151)에 대해 각각 다수 파장의 형광 검출을 수행하는 형광 검출 장치의 부피 및 제조 비용을 줄일 수 있다.
도 6은 상술한 형광 검출 광학계(100)를 포함하는, 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 형광 검출 장치(500)의 예시적인 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 6을 참조하면, 형광 검출 장치(500)는 서로 다른 파장의 여기광으로 형광을 검출하는 2개의 형광 검출 광학계(100, 100')를 포함할 수 있다. 2개의 형광 검출 광학계(100, 100')는 도 1에 도시된 구성과 동일한 구성을 가지며, 단지 여기광과 형광의 파장만이 다를 수 있다. 예를 들어, 제 1 형광 검출 광학계(100)는 제 1 및 제 2 파장의 여기광을 방출하여 제 3 및 제 4 파장의 형광을 검출하도록 구성되며, 제 2 형광 검출 광학계(100')는 제 5 및 제 6 파장의 여기광을 방출하여 제 7 및 제 8 파장의 형광을 검출하도록 구성될 수 있다. 특히, 크로스 토크를 최소화하고 정밀도를 향상시키기 위하여, 제 1 파장과 제 2 파장은 서로 중첩되지 않은 대역으로 선택되며, 제 5 및 제 6 파장은 서로 중첩되지 않는 대역으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 제 1 형광 검출 광학계(100)는 시안 계열 여기광과 녹색 계열의 여기광을 방출하며, 제 2 형광 검출 광학계(100')는 앰버 계열의 여기광과 적색 계열의 여기광을 방출하도록 선택될 수 있다.
또한, 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 검출 장치(500)는 형광 검출 광학계(100, 100')를 이송시키기 위한 이송 부재로서 리드 스크루(501) 및 가이드 레일(502)를 더 포함할 수 있다. 형광 검출 광학계(100, 100')의 일단은 리드 스크루(501)에 결합되어 있으며, 타단은 가이드 레일(502)에 의해 지지될 수 있다. 이러한 구성에서, 리드 스크루(501)에 연결된 모터(도시되지 않음)에 의해 리드 스크루(501)가 회전하게 되면, 형광 검출 광학계(100, 100')가 도 6에 표시된 화살표의 방향을 따라 이동할 수 있다.
따라서, 형광 검출 광학계(100, 100')는 미세 유체 소자(150) 위의 다수의 챔버(151, 152)들 위를 순차적으로 이동하면서 형광을 검출할 수 있다. 예를 들어, 제 1 형광 검출 광학계(100)가 제 1 챔버(151)에 대해 제 1 파장의 여기광으로 형광을 검출하는 동안, 제 2 형광 검출 광학계(100')는 제 2 챔버(152)에 대해 제 5 파장의 여기광으로 형광을 검출한다. 그런 후, 형광 검출 광학계(100, 100')가 왼쪽 방향으로 이동되면, 제 2 형광 검출 광학계(100')는 제 1 챔버(151)에 대해 제 5 파장의 여기광으로 형광을 검출할 수 있다. 그런 후, 모든 챔버(151, 152)들에 대해 제 1 및 제 5 파장의 여기광으로 형광 검출이 완료되면, 상기 형광 검출 광학계(100, 100')가 오른쪽 방향으로 이동하는 동안, 나머지 제 2 및 제 6 파장의 여기광으로 형광 검출을 수행할 수 있다. 이러한 방식으로, 형광 검출 장치(500)는 다수의 챔버(151, 152)들에 대해 각각 다수 파장의 여기광으로 동시에 형광 검출을 수행할 수 있다.
도 1에 도시된 형광 검출 광학계(100)는 한번에 하나의 여기광으로 형광 검출을 수행할 수 있지만, 동시에 두 개의 여기광으로 형광 검출을 수행하도록 형광 검출 광학계를 구성할 수도 있다. 도 7은 이를 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 형광 검출 광학계(200)의 예시적인 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 형광 검출 광학계(200)는, 도 1에 도시된 형광 검출 광학계(100)와 비교할 때, 제 2 다이크로익 필터(110)와 형광 필터(115) 사이에 제 3 다이크로익 필터(118), 제 2 형광 필터(119), 제 3 포커싱 렌즈(120) 및 제 2 형광 광검출기(121)를 더 포함한다는 점에서 차이가 있다.
예를 들어, 제 3 다이크로익 필터(118)는 제 2 다이크로익 필터(110)를 투과한 형광 중에서, 제 3 파장의 형광을 투과시키고 제 4 파장의 형광을 반사하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제 1 형광 광검출기(117)는 제 3 파장의 형광만을 검출하고, 제 2 형광 광검출기(121)는 제 4 파장의 형광만을 검출할 수 있다. 즉, 본 실시예의 경우, 제 1 형광 필터(115), 제 1 포커싱 렌즈(116) 및 제 1 형광 광검출기(117)는 제 3 파장의 형광 검출을 위한 제 1 형광 검출부를 구성하고, 제 2 형광 필터(119), 제 3 포커싱 렌즈(120) 및 제 2 형광 광검출기(121)는 제 4 파장의 형광 검출을 위한 제 2 형광 검출부를 구성한다. 여기서, 제 1 형광 필터(115)는 제 3 파장의 형광만을 통과시키는 대역 통과 필터이고, 제 2 형광 필터(119)는 제 4 파장의 형광만을 통과시키는 대역 통과 필터일 수 있다. 그러나, 부품의 종류를 줄이고 조립의 편의를 위해, 제 1 형광 필터(115)와 제 2 형광 필터(119)는 동일한 대역 통과 필터일 수도 있다. 예를 들어, 제 1 형광 필터(115)와 제 2 형광 필터(119)는 제 3 파장의 형광과 제 4 파장의 형광만을 통과시키는 이중 대역 통과 필터일 수 있다.
도 7에 도시된 형광 검출 광학계(200)는 두 개의 형광 검출부를 갖기 때문에, 제 1 광원(101)과 제 2 광원(104)이 동시에 여기광을 방출하여 동시에 2개 파장의 형광 검출을 수행하는 것이 가능하다. 이와 같은 형광 검출 광학계(200)도 역시 도 6의 형광 검출 장치(500)에 사용될 수 있다. 예를 들어, 2개의 형광 검출 광학계(200)가 병렬로 배치될 경우, 형광 검출 장치(500)는 한쪽 방향으로의 스캐닝 동작 동안, 동시에 4개 파장의 여기광으로 형광 검출을 수행할 수 있다.
또한, 도 1 및 도 7에 도시된 형광 검출 광학계(100, 200)는 하나의 공통된 자동 초점 유닛으로 두 개 파장의 여기광에 대한 자동 초점 동작을 수행한다. 그러나, 각각의 여기광에 대해 별도의 자동 초점 유닛을 배치하는 것도 가능하다. 도 8은 이를 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 형광 검출 광학계(300)의 예시적인 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 8을 참조하면, 형광 검출 광학계(300)는 제 1 파장의 여기광을 방출하기 위한 제 1 광원부(101, 102, 103, 109), 제 2 파장의 여기광을 방출하기 위한 제 2 광원부(104, 105, 106, 126), 챔버(151) 내의 샘플이 제 1 파장의 여기광에 의해 여기되면서 발생한 제 3 파장의 형광을 검출하기 위한 제 1 형광 검출부(115, 116, 117), 챔버(151) 내의 샘플이 제 2 파장의 여기광에 의해 여기되면서 발생한 제 4 파장의 형광을 검출하기 위한 제 2 형광 검출부(119, 120, 121), 미세 유체 소자(150)에서 반사된 제 1 파장의 여기광을 측정하여 자동 초점 기능을 수행하는 제 1 자동 초점 유닛(112, 113, 114, 141), 미세 유체 소자(150)에서 반사된 제 2 파장의 여기광을 측정하여 자동 초점 기능을 수행하는 제 2 자동 초점 유닛(112, 127, 128, 141), 제 1 파장의 여기광과 제 2 파장의 여기광을 미세 유체 소자(150)에 전달하고, 미세 유체 소자(150)에서 발생한 제 3 파장의 형광과 제 4 파장의 형광을 각각 제 1 형광 검출부(115, 116, 117)와 제 2 형광 검출부(119, 120, 121)에 전달하며, 미세 유체 소자(150)에서 반사된 제 1 파장의 여기광과 제 2 파장의 여기광을 각각 제 1 자동 초점 유닛(112, 113, 114, 141)과 제 2 자동 초점 유닛(112, 127, 128, 141)에 전달하는 광 전달부(122, 123, 124, 125, 129), 및 제 1 및 제 2 파장의 여기광을 미세 유체 소자(150)의 챔버(151) 상에 포커싱하는 대물렌즈(111)를 포함할 수 있다.
제 1 광원부(101, 102, 103, 109)는 제 1 파장(λ1)의 여기광을 방출하는 제 1 광원(101), 제 1 파장의 여기광만을 통과시키는 제 1 여기광 필터(102), 제 1 파장의 여기광을 평행빔으로 만드는 제 1 콜리메이팅 렌즈(103), 및 제 1 파장의 여기광의 광량을 측정하는 제 1 모니터링 광검출기(109)를 포함할 수 있다. 또한, 제 2 광원부(104, 105, 106, 126)는 제 2 파장(λ2)의 여기광을 방출하는 제 2 광원(104), 제 2 파장의 여기광만을 통과시키는 제 2 여기광 필터(105), 제 2 파장의 여기광을 평행빔으로 만드는 제 2 콜리메이팅 렌즈(106) 및 제 2 파장의 여기광의 광량을 측정하는 제 2 모니터링 광검출기(126)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 여기광 필터(102)는 제 1 파장의 광만을 통과시키는 대역 통과 필터이고, 제 2 여기광 필터(105)는 제 2 파장의 광만을 통과시키는 대역 통과 필터일 수 있다. 그러나, 부품의 종류를 줄이고 조립의 편의를 위해, 제 1 여기광 필터(102)와 제 2 여기광 필터(105)는 동일한 필터일 수도 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 여기광 필터(102, 105)는 제 1 파장 대역의 광과 제 2 파장 대역의 광을 모두 통과시키는 이중 대역 통과 필터일 수도 있다.
제 1 형광 검출부(115, 116, 117)는 제 3 파장의 형광 성분만을 투과시키는 제 1 형광 필터(115), 제 1 형광 필터(115)를 투과한 제 3 파장의 형광을 검출하는 제 1 형광 광검출기(117), 및 제 1 형광 필터(115)와 제 3 광검출기(117) 사이에 배치되어 형광을 제 1 형광 광검출기(117)에 포커싱하는 제 1 포커싱 렌즈(116)를 포함할 수 있다. 또한, 제 2 형광 검출부(119, 120, 121)는 제 4 파장의 형광 성분만을 투과시키는 제 2 형광 필터(119), 제 2 형광 필터(119)를 투과한 제 4 파장의 형광을 검출하는 제 2 형광 광검출기(121), 및 제 2 형광 필터(119)와 제 2 형광 광검출기(121) 사이에 배치되어 형광을 제 2 형광 광검출기(121)에 포커싱하는 제 2 포커싱 렌즈(120)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 형광 필터(115)는 제 3 파장의 형광만을 통과시키는 대역 통과 필터이고, 제 2 형광 필터(119)는 제 4 파장의 형광만을 통과시키는 대역 통과 필터일 수 있다. 그러나, 부품의 종류를 줄이고 조립의 편의를 위해, 제 1 형광 필터(115)와 제 2 형광 필터(119)는 동일한 대역 통과 필터일 수도 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 형광 필터(115, 119)는 제 3 파장의 형광과 제 4 파장의 형광을 모두 통과시키는 이중 대역 통과 필터일 수 있다.
제 1 자동 초점 유닛(112, 113, 114, 141)은 대물렌즈(111)의 포커싱 위치를 조정하기 위한 액추에이터(112), 미세 유체 소자(150)에서 반사된 제 1 파장의 여기광을 포커싱하는 제 3 포커싱 렌즈(113), 미세 유체 소자(150)에서 반사된 제 1 파장의 여기광을 검출하는 제 1 분할형 광검출기(114) 및 상기 제 1 분할형 광검출기(114)의 출력으로부터 포커싱 오차를 계산하고 액추에이터(112)의 동작을 제어하는 포커싱 제어부(141)를 포함할 수 있다. 그리고, 제 2 자동 초점 유닛(112, 127, 128, 141)은 액추에이터(112), 미세 유체 소자(150)에서 반사된 제 2 파장의 여기광을 포커싱하는 제 4 포커싱 렌즈(127), 미세 유체 소자(150)에서 반사된 제 2 파장의 여기광을 검출하는 제 2 분할형 광검출기(128) 및 제 2 분할형 광검출기(128)의 출력으로부터 포커싱 오차를 계산하고 액추에이터(112)의 동작을 제어하는 포커싱 제어부(141)를 포함할 수 있다. 따라서, 액추에이터(112)와 포커싱 제어부(141)는 제 1 자동 초점 유닛과 제 2 자동 초점 유닛에 의해 공유될 수 있다. 이 경우, 포커싱 제어부(141)는 제 1 파장의 여기광에 대한 포커싱 오차와 제 2 파장의 여기광에 대한 포커싱 오차로부터 대물렌즈(111)의 최적 포커싱 위치(예컨대, 평균 포커싱 위치)를 계산할 수 있다. 만약, 제 1 광원부만이 ON 상태이고 제 2 광원부는 OFF 상태라면, 포커싱 제어부(141)는 제 1 파장의 여기광에 대한 포커싱 오차만을 고려할 수 있다. 반대로, 제 1 광원부가 OFF 상태이고 제 2 광원부만이 ON 상태라면, 포커싱 제어부(141)는 제 2 파장의 여기광에 대한 포커싱 오차만을 고려할 수도 있다.
광 전달부(122, 123, 124, 125, 129)는 제 1 광원부에서 방출된 제 1 파장의 여기광의 일부를 반사하여 제 1 모니터링 광검출기(109)에 제공하고 나머지를 투과시키는 제 1 빔스플리터(122), 제 1 파장의 여기광을 반사하고 제 3 파장의 형광을 투과시켜 제 1 형광 광검출기(117)에 제공하는 제 1 다이크로익 필터(123), 제 2 광원부에서 방출된 제 2 파장의 여기광의 일부를 반사하여 제 2 모니터링 광검출기(126)에 제공하고 나머지를 투과시키는 제 2 빔스플리터(125), 제 2 파장의 여기광을 반사하고 제 4 파장의 형광을 투과시켜 제 2 형광 광검출기(121)에 제공하는 제 2 다이크로익 필터(129), 및 제 1 다이크로익 필터(123)에서 반사된 제 1 파장의 여기광을 반사하여 미세 유체 소자(150)에 제공하고, 제 2 다이크로익 필터(129)에서 반사된 제 2 파장의 여기광을 투과시켜 미세 유체 소자(150)에 제공하는 제 3 다이크로익 필터(124)를 포함할 수 있다. 상기 제 3 다이크로익 필터(124)는 또한, 미세 유체 소자(150)에서 발생한 제 3 파장의 형광을 반사하고 제 4 파장의 형광을 투과시킬 수 있다. 따라서, 제 3 다이크로익 필터(124)는 제 1 파장의 여기광과 제 3 파장의 형광을 반사하고, 제 2 파장의 여기광과 제 4 파장의 형광을 투과시키는 이중 대역 다이크로익 필터일 수 있다.
이러한 구성에서, 제 1 광원(101)에서 방출된 제 1 파장의 여기광 일부는 제 1 빔스플리터(122)에서 반사되어 제 1 모니터링 광검출기(109)에 입사한다. 상기 제 1 빔스플리터(122)를 투과한 제 1 파장의 나머지 여기광은 제 1 다이크로익 필터(123)와 제 3 다이크로익 필터(124)에 의해 반사되어 미세 유체 소자(150)에 입사한다. 그러면, 미세 유체 소자(150)의 챔버(151) 내에 있는 샘플에 표지된 형광 물질이 제 1 파장의 여기광에 의해 여기되면서 제 3 파장의 형광이 발생한다. 그런 후, 제 1 파장의 여기광과 제 3 파장의 형광은 제 3 다이크로익 필터(124)에 의해 반사되어 제 1 다이크로익 필터(123)에 입사한다. 제 1 다이크로익 필터(123)는 제 1 파장의 여기광을 반사하여 제 1 빔스플리터(122)에 보내고 제 3 파장의 형광을 투과시켜 제 1 형광 광검출기(117)에 제공한다. 제 1 파장의 여기광 일부는 제 1 빔스플리터(122)에 의해 다시 반사되어 제 1 분할형 광검출기(114)에 입사할 수 있다.
또한, 제 2 광원(104)에서 방출된 제 2 파장의 여기광 일부는 제 2 빔스플리터(125)에서 반사되어 제 2 모니터링 광검출기(126)에 입사한다. 제 2 빔스플리터(125)를 투과한 제 2 파장의 나머지 여기광은 제 2 다이크로익 필터(129)에 의해 반사된 후, 제 3 다이크로익 필터(124)를 투과하여 미세 유체 소자(150)에 입사한다. 그러면, 미세 유체 소자(150)의 챔버(151) 내에 있는 샘플에 표지된 형광 물질이 제 2 파장의 여기광에 의해 여기되면서 제 4 파장의 형광이 발생한다. 그런 후, 제 2 파장의 여기광과 제 4 파장의 형광은 제 3 다이크로익 필터(124)를 투과하여 제 2 다이크로익 필터(129)에 입사한다. 제 2 다이크로익 필터(129)는 제 2 파장의 여기광을 반사하여 제 2 빔스플리터(125)에 보내고 제 4 파장의 형광을 투과시켜 제 2 형광 광검출기(121)에 제공한다. 그런 후, 제 2 파장의 여기광 일부는 제 2 빔스플리터(125)에 의해 다시 반사되어 제 2 분할형 광검출기(128)에 입사할 수 있다.
한편, 형광 검출을 수행하는 동안, 여기광이 포커싱되는 챔버(151) 상의 위치에 우연히 이물질이나 버블 등이 존재하게 되면, 형광 검출 정확도 및 포커싱 정확도가 저하될 수 있다. 또한, 챔버(151) 내에 샘플이 균일하지 않게 분포하는 경우에도, 형광 검출의 정확도가 저하될 수 있다. 도 9는 형광 검출 정확도 및 포커싱 정확도를 더욱 향상시키기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 형광 검출 광학계(400)의 예시적인 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 9에 도시된 형광 검출 광학계(400)는, 도 1의 형광 검출 광학계(100)와 비교할 때, 빔스플리터(108)와 제 2 다이크로익 필터(110) 사이에 배치된 회절 격자(130)를 더 포함한다는 점에서 차이가 있다. 도 9에는 빔스플리터(108)와 제 2 다이크로익 필터(110) 사이에 회절 격자(130)가 배치된 것으로 예시적으로 도시되어 있지만, 회절 격자(130)는 빔스플리터(108)와 대물렌즈(111) 사이의 여기광 광경로 어디에도 배치될 수 있다.
회절 격자(130)는 여기광을 회절시켜 다수의 회절광을 만드는 역할을 한다. 예를 들어, 회절 격자(130)에 입사하는 여기광은 0차 회절광과 ±1차 회절광으로 분할될 수 있다. 그러면, 도 10에 도시된 바와 같이, 챔버(151) 상에는 3개의 포커싱된 광 스폿(161~163)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 중앙의 제 1 광 스폿(161)은 0차 회절된 여기광에 의해 형성된 것이고, 양측의 제 2 및 제 3 광 스폿(162, 163)은 각각 ±1차 회절된 여기광에 의해 형성된 것일 수 있다. 이렇게 챔버(151) 상의 서로 다른 위치에 여기광이 포커싱되므로, 그 중 어느 하나의 위치에 이물질이나 버블 등이 존재하더라도 형광 검출 정확도 및 포커싱 정확도의 저하를 최소화할 수 있다. 또한, 챔버(151) 내에 샘플이 균일하지 않게 분포된 경우에도 정확한 형광 검출 결과를 얻을 수 있다. 이러한 회절 격자(130)는 도 7 및 도 8에 도시된 형광 검출 광학계(200, 300)에도 적용될 수 있다.
이상의 형광 검출 광학계(100, 200, 300, 400)는 예시적으로 두 개의 서로 다른 파장의 여기광을 방출한 후, 두 개의 서로 다른 파장의 형광을 검출하는 것으로 설명되었다. 그러나, 본 발명은 반드시에 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 단지 하나의 여기광만을 방출하도록 형광 검출 광학계를 구성할 수도 있다. 또한, 3개 이상의 서로 다른 파장의 여기광을 방출하도록 형광 검출 광학계를 구성할 수도 있다. 또한, 도 6에 도시된 형광 검출 장치(500)는 단지 두 개의 형광 검출 광학계(100, 100')를 갖는 것을 설명되었지만, 본 발명은 반드시에 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 형광 검출 장치(500)는 단지 하나의 형광 검출 광학계만을 포함할 수도 있으며, 또는 3개 이상의 형광 검출 광학계를 포함할 수도 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 형광 검출 광학계 및 이를 포함하는 다채널 형광 검출 장치에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
100, 100', 200, 300, 400.....형광 검출 광학계
101, 104.....광원 102, 105.....여기광 필터
103, 106.....콜리메이팅 렌즈
107, 110, 118, 123, 124, 129.....다이크로익 필터
108, 122, 125.....빔스플리터
109, 114, 117, 121, 126, 128.....광검출기
111.....대물렌즈 112.....액추에이터
113, 116, 120, 127.....포커싱 렌즈 115, 119.....형광 필터
118.....나이프 에지 130.....회절 격자
140, 141.....포커싱 제어부 150.....미세 유체 소자
151, 152.....챔버
160, 161, 162, 163.....광 스폿 500.....다채널 형광 검출 장치
501.....리드 스크루 502.....가이드 레일
101, 104.....광원 102, 105.....여기광 필터
103, 106.....콜리메이팅 렌즈
107, 110, 118, 123, 124, 129.....다이크로익 필터
108, 122, 125.....빔스플리터
109, 114, 117, 121, 126, 128.....광검출기
111.....대물렌즈 112.....액추에이터
113, 116, 120, 127.....포커싱 렌즈 115, 119.....형광 필터
118.....나이프 에지 130.....회절 격자
140, 141.....포커싱 제어부 150.....미세 유체 소자
151, 152.....챔버
160, 161, 162, 163.....광 스폿 500.....다채널 형광 검출 장치
501.....리드 스크루 502.....가이드 레일
Claims (25)
- 여기광을 방출하는 광원부;
여기광을 미세 유체 소자 상에 포커싱하는 대물렌즈;
미세 유체 소자 내의 샘플이 여기광에 의해 여기되면서 발생한 형광을 검출하는 형광 검출부;
미세 유체 소자에서 반사된 여기광을 검출하여 포커싱 오차를 계산하고 상기 대물렌즈의 포커싱 위치를 조정하는 자동 초점 유닛;
상기 광원부에서 방출된 여기광을 미세 유체 소자에 전달하고, 미세 유체 소자에서 반사된 여기광을 상기 자동 초점 유닛에 전달하며, 미세 유체 소자에서 발생한 형광을 상기 형광 검출부에 전달하는 광 전달부; 및
상기 광원부에서 방출된 여기광의 일부의 광량을 측정하는 모니터링 광검출기;를 포함하고,
상기 모니터링 광검출기에서 측정된 여기광의 광량을 참조하여 상기 광원부의 출력을 일정하게 유지시키는 형광 검출 광학계. - 제 1 항에 있어서,
상기 자동 초점 유닛은:
다수의 광검출 세그먼트로 분할된 분할형 광검출기;
미세 유체 소자에서 반사된 여기광을 포커싱하는 포커싱 렌즈;
상기 대물렌즈의 포커싱 위치를 조정하기 위한 액추에이터; 및
상기 분할형 광검출기의 출력으로부터 포커싱 오차를 계산하고 상기 액추에이터의 동작을 제어하는 포커싱 제어부;를 포함하는 형광 검출 광학계. - 제 2 항에 있어서,
상기 포커싱 렌즈는 비점수차 렌즈이며, 상기 분할형 광검출기는 4개의 광검출 세그먼트를 갖는 4-분할형 광검출기인 형광 검출 광학계. - 제 2 항에 있어서,
상기 자동 초점 유닛은 상기 포커싱 렌즈와 분할형 광검출기 사이에서 초점이 맞지 않은 광을 차단하는 나이프 에지를 더 포함하며, 상기 분할형 광검출기는 2개의 광검출 세그먼트를 갖는 2-분할형 광검출기인 형광 검출 광학계. - 제 1 항에 있어서,
상기 광원부와 대물렌즈 사이에 배치되며, 여기광을 회절시켜 미세 유체 소자 상의 서로 다른 다수의 위치에 각각 입사하는 다수의 광으로 여기광을 분할하는 회절 격자를 더 포함하는 형광 검출 광학계. - 제 1 항에 있어서,
상기 광원부는:
제 1 파장의 여기광을 방출하는 제 1 광원;
제 1 파장의 여기광을 통과시키는 제 1 여기광 필터;
제 1 파장과 다른 제 2 파장의 여기광을 방출하는 제 2 광원; 및
제 2 파장의 여기광을 통과시키는 제 2 여기광 필터;를 포함하는 형광 검출 광학계. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 여기광 필터와 제 2 여기광 필터는 제 1 파장 대역의 광과 제 2 파장 대역의 광을 모두 통과시키는 동일한 이중 대역 통과 필터인 형광 검출 광학계. - 제 6 항에 있어서,
상기 광 전달부는:
상기 제 1 광원과 제 2 광원에 대향하여 배치되며, 상기 제 1 광원으로부터 방출된 제 1 파장의 여기광을 투과시키고 상기 제 2 광원으로부터 방출된 제 2 파장의 여기광을 반사하는 제 1 다이크로익 필터;
상기 대물렌즈와 형광 검출부 사이에 배치되며, 여기광을 반사하고 미세 유체 소자에서 발생한 형광을 투과시키는 제 2 다이크로익 필터; 및
상기 제 1 다이크로익 필터와 제 2 다이크로익 필터 사이에 배치되며, 입사하는 여기광의 일부를 투과시키고 나머지 일부를 반사하는 빔스플리터;를 포함하는 형광 검출 광학계. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 2 다이크로익 필터는 제 1 및 제 2 파장의 여기광을 반사하고, 미세 유체 소자에서 발생한 제 3 및 제 4 파장의 형광을 투과시키는 이중 대역 다이크로익 필터인 형광 검출 광학계. - 제 8 항에 있어서,
상기 모니터링 광검출기는 상기 제 1 다이크로익 필터로부터 상기 빔스플리터를 투과하여 진행하는 여기광의 광량을 측정하는 형광 검출 광학계. - 제 8 항에 있어서,
상기 자동 초점 유닛은 상기 제 2 다이크로익 필터에서 반사된 후 상기 빔스플리터를 투과하는 여기광을 수광하도록 배치된 형광 검출 광학계. - 제 8 항에 있어서,
상기 형광 검출부는, 상기 제 2 다이크로익 필터를 투과한 형광을 검출하도록 배치되어 있으며,
상기 제 2 다이크로익 필터를 투과한 광 중에서 형광 성분만을 투과시키는 형광 필터; 및
상기 형광 필터를 투과한 형광을 검출하는 형광 광검출기;를 포함하는 형광 검출 광학계. - 제 12 항에 있어서,
상기 형광 필터는 미세 유체 소자에서 발생한 제 3 파장의 형광과 제 4 파장의 형광만을 통과시키는 이중 대역 통과 필터인 형광 검출 광학계. - 제 8 항에 있어서,
상기 형광 검출부는:
상기 제 2 다이크로익 필터를 투과한 형광을 중에서 제 3 파장의 형광을 검출하기 위한 제 1 형광 검출부;
상기 제 2 다이크로익 필터를 투과한 형광을 중에서 제 4 파장의 형광을 검출하기 위한 제 2 형광 검출부; 및
상기 제 2 다이크로익 필터를 투과한 형광을 중에서 제 3 파장의 형광을 투과시켜 상기 제 1 형광 검출부에 전달하고, 제 4 파장의 형광을 반사하여 상기 제 2 형광 검출부에 전달하는 제 3 다이크로익 필터;를 포함하는 형광 검출 광학계. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 형광 검출부는:
상기 제 3 다이크로익 필터를 투과한 광 중에서 제 3 파장의 형광 성분을 투과시키는 제 1 형광 필터; 및
상기 제 1 형광 필터를 투과한 형광을 검출하는 제 1 형광 광검출기;를 포함하는 형광 검출 광학계. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 2 형광 검출부는:
상기 제 3 다이크로익 필터에 의해 반사된 광 중에서 제 4 파장의 형광 성분을 투과시키는 제 2 형광 필터; 및
상기 제 2 형광 필터를 투과한 형광을 검출하는 제 2 형광 광검출기;를 포함하는 형광 검출 광학계. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 형광 필터와 제 2 형광 필터는 제 3 파장의 형광과 제 4 파장의 형광을 모두 통과시키는 동일한 이중 대역 통과 필터인 형광 검출 광학계. - 제 1 항에 있어서,
상기 광원부는 제 1 파장의 여기광을 방출하는 제 1 광원부와 제 1 파장과 다른 제 2 파장의 여기광을 방출하는 제 2 광원부를 포함하며,
상기 형광 검출부는 제 1 파장의 여기광에 의해 샘플이 여기되면서 발생한 제 3 파장의 형광을 검출하는 제 1 형광 검출부와 제 2 파장의 여기광에 의해 샘플이 여기되면서 발생한 제 4 파장의 형광을 검출하는 제 2 형광 검출부를 포함하고,
상기 자동 초점 유닛은 미세 유체 소자에서 반사된 제 1 파장의 여기광을 측정하여 자동 초점 기능을 수행하는 제 1 자동 초점 유닛과 미세 유체 소자에서 반사된 제 2 파장의 여기광을 측정하여 자동 초점 기능을 수행하는 제 2 자동 초점 유닛을 포함하는 형광 검출 광학계. - 제 18 항에 있어서,
상기 광 전달부는 제 1 파장의 여기광과 제 2 파장의 여기광을 미세 유체 소자에 전달하고, 제 3 파장의 형광과 제 4 파장의 형광을 각각 상기 제 1 형광 검출부와 제 2 형광 검출부에 전달하며, 미세 유체 소자에서 반사된 제 1 파장의 여기광과 제 2 파장의 여기광을 각각 상기 제 1 자동 초점 유닛과 제 2 자동 초점 유닛에 전달하도록 구성된 형광 검출 광학계. - 제 19 항에 있어서,
상기 광 전달부는:
상기 제 1 광원부와 제 1 형광 검출부에 대향하여 배치되어 있으며, 제 1 파장의 여기광을 반사하고 제 3 파장의 형광을 투과시켜 상기 제 1 형광 검출부에 제공하는 제 1 다이크로익 필터;
상기 제 2 광원부와 제 2 형광 검출부에 대향하여 배치되어 있으며, 제 2 파장의 여기광을 반사하고 제 4 파장의 형광을 투과시켜 상기 제 2 형광 검출부에 제공하는 제 2 다이크로익 필터;
상기 제 1 광원부와 제 1 다이크로익 필터 사이에 배치되어 있으며, 입사하는 제 1 파장의 여기광의 일부를 투과시키고 나머지를 반사하는 제 1 빔스플리터;
상기 제 2 광원부와 제 2 다이크로익 필터 사이에 배치되어 있으며, 입사하는 제 2 파장의 여기광의 일부를 투과시키고 나머지를 반사하는 제 2 빔스플리터; 및
상기 제 1 다이크로익 필터와 제 2 다이크로익 필터에 대향하여 배치되어 있으며, 제 1 파장의 여기광과 제 3 파장의 형광을 반사하고 제 2 파장의 여기광과 제 4 파장의 형광을 반사하는 제 3 다이크로익 필터;를 포함하는 형광 검출 광학계. - 제 20 항에 있어서,
상기 모니터링 광검출기는 상기 제 1 광원부로부터 상기 제 1 빔스플리터에 의해 반사된 제 1 파장의 여기광의 광량을 측정하는 제 1 모니터링 광검출기, 및 상기 제 2 광원부로부터 상기 제 2 빔스플리터에 의해 반사된 제 2 파장의 여기광의 광량을 측정하는 제 2 모니터링 광검출기를 포함하는 형광 검출 광학계. - 제 20 항에 있어서,
상기 제 1 자동 초점 유닛은 상기 제 1 다이크로익 미러에 의해 반사된 후 다시 상기 제 1 빔스플리터에 의해 반사되어 진행하는 제 1 파장의 여기광을 수광하도록 배치되어 있으며, 상기 제 2 자동 초점 유닛은 상기 제 2 다이크로익 미러에 의해 반사된 후 다시 상기 제 2 빔스플리터에 의해 반사되어 진행하는 제 2 파장의 여기광을 수광하도록 배치된 형광 검출 광학계. - 제 22 항에 있어서,
상기 제 1 자동 초점 유닛은 다수의 광검출 세그먼트로 분할된 제 1 분할형 광검출기 및 미세 유체 소자에서 반사된 제 1 파장의 여기광을 포커싱하는 제 1 포커싱 렌즈를 포함하며, 상기 제 2 자동 초점 유닛은 다수의 광검출 세그먼트로 분할된 제 2 분할형 광검출기 및 미세 유체 소자에서 반사된 제 2 파장의 여기광을 포커싱하는 제 2 포커싱 렌즈를 포함하는 형광 검출 광학계. - 제 23 항에 있어서,
상기 제 1 자동 초점 유닛과 제 2 자동 초점 유닛은:
상기 대물렌즈의 포커싱 위치를 조정하기 위한 액추에이터; 및
상기 제 1 분할형 광검출기와 제 2 분할형 광검출기의 출력으로부터 제 1 파장의 여기광에 대한 포커싱 오차와 제 2 파장의 여기광에 대한 포커싱 오차를 계산하고 상기 액추에이터의 동작을 제어하는 포커싱 제어부;를 공유하는 형광 검출 광학계. - 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 형광 검출 광학계; 및
상기 적어도 하나의 형광 검출 광학계를 이송시키기 위한 이송 부재;를 포함하는 형광 검출 장치.
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