KR101974042B1 - 4채널 형광 검출 장치 - Google Patents

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KR101974042B1
KR101974042B1 KR1020180170135A KR20180170135A KR101974042B1 KR 101974042 B1 KR101974042 B1 KR 101974042B1 KR 1020180170135 A KR1020180170135 A KR 1020180170135A KR 20180170135 A KR20180170135 A KR 20180170135A KR 101974042 B1 KR101974042 B1 KR 101974042B1
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김병일
임원래
강현우
정은지
이민아
김소영
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티엔에스(주)
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Abstract

4채널 형광 검출 장치가 개시된다. 본 발명의 일 구체예에 따른 형광 검출 장치는 상부에 바디부 수용부가 형성되고, 바디부 수용부 아래에는 바닥면과 소정 각도를 이루어한 쌍의 다이크로익 필터 슬롯이 형성되고, 다이크로익 필터 슬롯의 아래에는 바닥면과 수직 방향으로 한 쌍의 형광 필터 슬롯이 형성되고, 양 측면 하부에는 한 쌍의 광검출기 슬롯이 형성되는 몸체부; 바디부 수용부에 수용되고 4개의 제1 관통홀이 형성되며 일측면에는 여기광 필터 슬롯이 형성되는 바디부와, 제1 관통홀에 각각 수용되며 서로 다른 색 계열의 여기광을 제공하는 광원과, 광원을 제어하며 바디부 상부에 결합하는 제1 PCB와, 여기광 필터 슬롯에 장착되는 여기광 필터와, 제1 관통홀 하단에 결합되는 제1 초점 렌즈를 포함하는 광원부; 몸체부 하부에 결합하고 제1 관통홀과 상응하는 위치에 제2 관통홀이 형성되며, 제2 관통홀에는 제2 초점 렌즈가 결합하는 받침부; 다이크로익 필터 슬롯에 각각 장착되는 다이크로익 필터; 형광 필터 슬롯에 각각 장착되는 형광 필터; 및 광검출기 슬롯에 각각 장착되는 광검출기와, 광검출기를 제어하며 바디부 측부에 각각 결합하는 제2 PCB를 포함하는 광검출부를 포함한다.

Description

4채널 형광 검출 장치{4-CHANNEL FLUORESCENCE DETECTION APPARATUS}
본 발명은 서로 다른 4개의 파장에 대한 형광 검출이 가능하고, 컴팩트하게 구성되는 4채널 형광 검출 장치에 관한 것이다.
형광 검출 장치는 형광 발색단을 지닌 시료를 정량, 정성 분석하는데 이용된다. 빛의 흡수에 의해 여기상태에 도달한 분자는 에너지를 잃어 다시 안정된 기저상태로 돌아가는 데 이러한 에너지 변환의 과정은 분자의 충돌 등에 의해 열로 에너지를 방출하는 무방사 전이 또는 분자간 에너지 이동에 의하는 것이 일반적이다. 그러나 어떤 일정한 구조를 갖는 분자에 있어서는 에너지를 다시 빛으로 방출하는 방사 과정을 갖는 것이 있으며, 이러한 전이들이 같은 다중도 사이에서 일어나는 경우 이 분자들을 형광 물질이라 하고 방출되는 빛을 형광이라 한다. 이 때 방사광의 스펙트럼 형태로부터 각 물질의 정성분석이 가능하며, 방사광의 강도로부터 정량분석이 가능하게 된다. 형광은 매우 민감도가 높고 적은 양의 시료로도 분석이 가능하므로 대표적인 분석법 중 하나로 자리매김하고 있으며 유전자 분석, 바이오 마커 개발, 유전자 염기 서열 분석 등에 있어 그 활용도가 높다. 특히 최근에는 개인 맞춤형 의료 시대가 도래하면서 유전자 분석 등에 대한 수요가 증가하고 있으며, 이를 위해 적은 양의 샘플로도 빠른 시간 내에 많은 양의 검사를 수행할 수 있는 플랫폼이나 시스템이 개발되고 있다. 또한 이에 활용되는 형광 검출 장치를 보다 컴팩트하게 제작하여 휴대성과 사용 편의성을 강화하고자 하는 시도도 계속 이어지고 있다.
한국등록특허 제10-0940310호(2010.01.27. 등록)
본 발명은 서로 다른 4개의 파장에 대한 형광 검출이 가능하며, 전체 장치의 부피 및 제조비용을 낮춰 컴팩트하게 제조됨으로써 휴대성, 사용 편의성 및 조립성을 강화시킨 4채널 형광 검출 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상부에는 한 쌍의 격벽을 통해 마련되는 공간을 갖고 바닥면에는 4개의 홀이 마련되는 바디부 수용부가 형성되고, 바디부 수용부의 아래에는 중앙을 기준으로 대칭되는 한 쌍의 다이크로익 필터 슬롯이 각각 바닥면을 향해 기울어지도록 형성되고, 다이크로익 필터 슬롯의 외측 부분의 아래에는 중앙을 기준으로 대칭되고 내부에는 하기 걸림돌기를 수용하는 수용부가 마련되는 한 쌍의 형광 필터 슬롯이 바닥면과 수직 방향으로 형성되고, 양 측면 하부에는 각각 한 쌍의 광검출기 슬롯이 형성되는 몸체부; 바디부 수용부에 삽입되고 상기 홀과 각각 연통하는 4개의 제1 관통홀이 형성되며 일측면에는 바닥면과 수평 방향을 이루도록 형성되는 여기광 필터 슬롯이 마련되는 바디부와, 제1 관통홀에 각각 수용되며 서로 다른 색 계열의 여기광을 각각 제공하는 광원과, 각 광원과 쌍을 이루는 필터가 배치되는 플레이트 몸체를 구비하며 여기광 필터 슬롯에 장착되었을 때 외측으로 소정 정도 돌출되는 여기광 필터와, 제1 관통홀 하단에 각각 결합되는 제1 초점 렌즈를 포함하는 광원부; 몸체부 하부에 결합하고 제1 관통홀과 상응하는 위치에 제2 관통홀이 각각 형성되며, 제2 관통홀에는 제2 초점 렌즈가 결합하는 받침부; 다이크로익 필터 슬롯에 각각 장착되는 것으로, 한 쌍의 제1 수용홈이 형성되는 다이크로익 필터 몸체와 제1 수용홈에 각각 수용되는 다이크로익 필터 유닛을 포함하며, 다이크로익 필터 슬롯에 장착되었을 때 전방 부분이 몸체부의 외측으로 소정 정도 돌출되는 한 쌍의 다이크로익 필터; 형광 필터 슬롯에 각각 장착되는 것으로, 한 쌍의 제2 수용홈이 형성되고 형광 필터 슬롯 방향측 상부에는 걸림돌기가 형성되는 형광 필터 몸체와 제2 수용홈에 각각 수용되는 형광 필터 유닛을 포함하며, 형광 필터 슬롯에 장착되었을 때 전방 부분이 몸체부의 외측으로 소정 정도 돌출되는 한 쌍의 형광 필터; 및 광검출기 슬롯에 각각 장착되는 광검출부를 포함하고, 상기 다이크로익 필터가 다이크로익 필터 슬롯에 장착되면, 각 다이크로익 필터의 하단 부분이 서로 맞닿아 상호 지지하는 형태를 이루는 형광 검출 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 구체예들에 따른 형광 검출 장치는 바디부 수용부, 다이크로익 필터 슬롯, 형광 필터 슬롯, 광검출기 슬롯을 구비하고 있는 몸체부에 다른 모든 광학계 구성들이 결합하도록 함으로써 전체 장치의 부피 및 제조 비용을 낮춰 컴팩트하게 제조된다. 따라서 휴대성, 사용 편의성 및 조립성이 강화된다.
서로 다른 4개의 파장을 갖는 광원을 배치하고, 상기 파장을 투과시키거나 반사시키기 위해 필요한 필터들만 적재적소에 배치함으로써 빔스플리터, 편광자 등의 다른 구성들이 요구되지 않으면서 다채널 형광 분석이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 형광 검출 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 형광 검출 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 형광 검출 장치에서 몸체부를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 형광 검출 장치에서 다이크로익 필터를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 형광 검출 장치에서 형광 필터를 도시한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 형광 검출 장치에서 몸체부를 생략하여 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 하기의 설명은 본 발명을 구체적인 예시를 들어 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 기술적 사상이 하기의 설명에 한정되는 것은 아니다. 그리고 첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 첨부된 도면에 한정되지 않는다. 또한 도면에서 각 부재의 두께나 크기 등은 설명의 편의 등을 위해 과장, 생략, 개략적으로 도시될 수 있다.
본 명세서에 기재된 본 발명 구조에 대한 설명에서 위치관계나 방향은 특별히 언급하지 않는 한, 본 명세서에 첨부된 도면을 기준으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 형광 검출 장치(100)의 사시도이고, 도 2는 분해 사시도이다. 본 발명에 따른 형광 검출 장치(100)는 유전자 분석, 체외 진단, 유전자 염기 서열 분석 등에 활용될 수 있으며, 예를 들어 정량적 실시간 PCR(quantitative real-time PCR: qPCR)에서 DNA 증폭 단계에서 타크만 프로브(TaqMan probe)가 템플릿으로부터 떨어져 나오면서 형광 특성을 갖는 점을 이용하여 타깃 샘플의 유무 판정이나 정량 분석을 하는데 이용될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 형광 검출 장치(100)는 몸체부(110), 광원부(120), 받침부(130), 다이크로익 필터(141,142), 형광 필터(151,152) 및 광검출부를 포함한다. 몸체부(110)의 상부에는 광원부(120)가 결합하며, 몸체부(110)의 하부에는 받침부(130)가 결합한다. 또한 몸체부(110)에는 복수의 슬롯이 구비되어 있어서 다이크로익 필터(141,142) 및 형광 필터(151,152)가 각각 몸체부(110)에 장착 또는 장착 해제될 수 있도록 형성된다. 광검출부는 몸체부(110)의 양 측부에 각각 결합할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 구체예들에 다른 형광 검출 장치(100)는 몸체부(110)에 광원부(120), 받침부(130), 다이크로익 필터(141,142), 형광 필터(151,152), 광검출부가 모두 결합하는 형태를 가지며, 이들 구성들이 몸체부(110)의 내부에 수용되거나 몸체부(110)의 면에 밀착 결합하는 형태를 가지므로 전체 장치의 부피가 몸체부(110)의 부피와 크게 차이나지 않는다. 따라서 전체 장치의 부피 및 제조 비용을 낮출 수 있도록 컴팩트하게 제조된다. 이에 따라 형광 검출 장치(100)의 휴대성, 사용 편의성 및 조립성이 강화되는 효과가 있다.
이하에서는 각 구성에 대해 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 1에 도시된 형광 검출 장치(100)에서 몸체부(110)를 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 몸체부(110)는 바디부 수용부(111), 제1 PCB 결합부(112), 다이크로익 필터 슬롯(113), 형광 필터 슬롯(114), 광검출기 슬롯(115) 및 제2 PCB 결합부(116)를 포함한다. 몸체부(110)는 전체적으로 박스 형태를 갖도록 형성될 수 있다.
바디부 수용부(111)는 몸체부(110)의 상부에 형성된다. 구체적으로 몸체부(110)의 상부에는 한 쌍의 격벽을 통해 소정의 공간이 마련됨으로써 바디부 수용부(111)가 형성될 수 있다. 바디부 수용부(111)의 바닥면에는 복수의 홀(미표기)이 마련될 수 있다. 일 구체예에 있어서, 바디부 수용부(111)의 바닥면에는 4개의 홀이 마련될 수 있다.
몸체부(110)의 상부 네 귀퉁이에는 제1 PCB 결합부(112)가 형성된다. 제1 PCB 결합부(112)는 몸체부(110)의 상부를 기준으로 소정 정도 상방향으로 돌출된 기둥 형상을 가질 수 있다. 각각의 제1 PCB 결합부(112)에는 체결홀(미표기)이 형성되어 있고, 체결홀의 내측에는 볼트 등의 통상의 결합부재가 결합될 수 있도록 나사산이 형성될 수 있다.
다이크로익 필터 슬롯(113)은 몸체부(110)의 정면에서부터 배면 방향으로 형성될 수 있다. 다이크로익 필터 슬롯(113)은 한 쌍의 슬롯이 중앙을 기준으로 대칭되도록 형성되며, 각 다이크로익 필터 슬롯(113)은 몸체부(110)의 바닥면과 소정 각도(대략 40~50°)를 이루도록 형성된다. 보다 구체적으로 도 3에 도시된 바와 같이 몸체부(110)의 정면을 기준으로 좌측에 위치한 다이크로익 필터 슬롯(113)은 우측이 아래로 향하도록 기울어진 형태를 가지며, 우측에 위치한 다이크로익 필터 슬롯(113)은 좌측이 아래로 향하도록 기울어진 형태를 가질 수 있다. 다이크로익 필터 슬롯(113)의 위치는 바디부 수용부(111)의 아래이며, 다이크로익 필터 슬롯(113)에는 다이크로익 필터(141,142)가 각각 장착된다. 이를 위해 다이크로익 필터 슬롯(113)은 다이크로익 필터(141,142)의 측부가 빈틈없이 삽입 가능한 형태를 가질 수 있다.
형광 필터 슬롯(114)은 몸체부(110)의 정면에서부터 배면 방향으로 형성될 수 있다. 형광 필터 슬롯(114)은 한 쌍의 슬롯이 중앙을 기준으로 대칭되도록 형성되며, 각 형광 필터 슬롯(114)은 몸체부(110)의 바닥면과 수직 방향을 이루도록 형성된다. 형광 필터 슬롯(114)의 위치는 다이크로익 필터 슬롯(113)의 아래이며, 보다 구체적으로는 다이크로익 필터 슬롯(113)의 외측 부분의 아래에 위치될 수 있다. 형광 필터 슬롯(114)에는 형광 필터(151,152)가 각각 장착된다. 이를 위해 형광 필터 슬롯(114)은 형광 필터(151,152)의 측부가 빈틈없이 삽입 가능한 형태를 가질 수 있다.
광검출기 슬롯(115)은 몸체부(110)의 양 측면 하부에 내측 방향으로 형성될 수 있다. 예를 들어 광검출기 슬롯(115)은 몸체부(110)의 일측면 하부에 한 쌍이 나란히 형성될 수 있으며, 몸체부(110)의 타측면 하부에도 한 쌍이 나란히 형성될 수 있다(총 슬롯 개수 4개). 광검출기 슬롯(115)에는 광검출기(160)가 각각 장착된다. 이를 위해 광검출기 슬롯(115)은 광검출기(160)가 빈틈없이 삽입 가능한 형태를 가질 수 있다. 본 명세서에 첨부된 도면에서는 단면이 원형을 갖도록 형성되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편 광검출기 슬롯(115)의 내측 단부는 형광 필터 슬롯(114)과 연통되도록 형성된다. 이에 따라 형광 필터 슬롯(114)에 장착된 형광 필터(151,152)를 거친 형광이 광검출기 슬롯(115)에 장착된 광검출기(115)로 입사할 수 있다.
제2 PCB 결합부(116)는 몸체부(110)의 양측면 측부에 각각 형성될 수 있다. 예를 들어 도 2에서와 같이 제2 PCB 결합부(116)는 몸체부(110)의 일측면 양측부에 위 아래로 형성될 수 있고, 타측면 양측부에 위 아래로 형성될 수 있다. 제2 PCB 결합부(116)에는 체결홀(미표기)이 형성되어 있고, 체결홀의 내측에는 볼트 등의 통상의 결합부재가 결합될 수 있도록 나사산이 형성될 수 있다.
광원부(120)는 바디부(121), 광원(122), 제1 PCB(123), 여기광 필터(124) 및 제1 초점 렌즈(125)를 포함한다. 광원부(120)는 몸체부(110)의 상부에 결합한다.
바디부(121)는 전체적으로 박스형으로 형성되며, 바디부(121)에는 복수의 제1 관통홀(121a)이 마련된다. 제1 관통홀(121a)은 바디부(121)의 높이 방향으로 정렬되어 형성되며, 위 아래가 개방된 형태를 갖는다. 보다 구체적으로 제1 관통홀(121a)은 바디부(121)에 4개가 형성될 수 있으며, 제1 관통홀(121a)들이 2ⅹ2 형태로 정렬될 수 있다. 제1 관통홀(121a)에는 각 광원(122)이 수용되며, 제1 관통홀(121a)의 하부에는 제1 초점 렌즈(125)가 수용된다. 이에 따라 제1 관통홀(121a)은 광원(122)을 외부 충격으로부터 보호함과 동시에, 광원(122)으로부터 조사되는 광을 손실 없이 제1 초점 렌즈(125)로 입사시키는 광 경로를 제공한다. 이를 위해 제1 관통홀(121a)은 광원(122)의 측부가 빈틈없이 삽입 가능한 형태를 가질 수 있다. 한편 바디부(121)의 일측면에는 여기광 필터 슬롯(113)이 형성될 수 있다. 예컨대 본 명세서에 첨부된 도면에서는 몸체부(110)의 정면을 기준으로 바디부(121)의 우측면에 여기광 필터 슬롯(113)이 형성되어 있다. 여기광 필터 슬롯(113)은 바디부(121)의 바닥면과 수평 방향을 이루도록 형성된다. 여기광 필터 슬롯(113)에는 여기광 필터(124, excitation filter)가 장착된다. 이를 위해 여기광 필터 슬롯(113)은 여기광 필터(124)가 빈틈없이 삽입 가능한 형태를 가질 수 있다.
광원(122)은 4개가 구비되며, 각 광원(122)은 서로 다른 파장의 여기광을 제공할 수 있다. 광원(122)은 LED(light emitting diode), LD(laser diode) 또는 할로겐 램프일 수 있다. 광원(122)은 제1 광원, 제2 광원, 제3 광원 및 제4 광원을 포함할 수 있고, 각 광원은 서로 다른 색 계열의 여기광을 제공할 수 있다. 일 구체예에 있어서, 제1 광원은 FAM 계열의 색을 갖는 여기광을 제공하고, 제2 광원은 HEX 계열의 색을 갖는 여기광을 제공하고, 제3 광원은 Texas Red 계열의 색을 갖는 여기광을 제공하고, 제4 광원은 Cy5 계열의 색을 갖는 여기광을 제공할 수 있다.
제1 PCB(123)는 광원(122) 제어를 위한 인쇄회로기판에 해당한다. 제1 PCB(123)의 설계및 제조는 공지의 방법으로 이루어질 수 있다. 제1 PCB(123)에는 각 광원(122)들이 장착되고, 광원(122)들은 바디부(121)에 형성된 제1 관통홀(121a)에 각각 수용된다. 광원(122)들이 제1 관통홀(121a)에 수용되면 제1 PCB(123)의 하부면은 몸체부(110)의 제1 PCB 결합부(112)에 의해 하방에서 지지된다. 이 때 볼트 등의 통상의 결합부재가 제1 PCB(123)를 관통하여 제1 PCB 결합부(112)에 마련된 체결홀에 삽입됨으로써 제1 PCB(123)가 몸체부(110)에 안정적으로 결합될 수 있다.
여기광 필터(124)는 각 광원(122)과 쌍을 이루어 설치된다. 이를 위해 여기광 필터는 플레이트 형의 몸체(미표기)와, 몸체에 형성된 4개의 필터 슬롯(미표기), 필터 슬롯에 각각 배치되는 필터를 포함할 수 있다. 여기광 필터(124)가 여기광 필터 슬롯(121b)에 장착되었을 때, 여기광 필터(124)의 몸체는 외측으로 소정 정도 돌출된 부분을 가질 수 있다. 상기 돌출된 부분은 사용자가 여기광 필터(124)의 장착을 해제시키고자 할 때, 파지할 수 있는 부분이 될 수 있다. 이 때, 필터 슬롯은 여기광 필터(124)가 바디부(121)의 여기광 필터 슬롯(121b)에 장착되었을 때, 제1 관통홀(121a)과 빈틈없이 연통되는 위치에 형성될 수 있다. 여기광 필터(124)의 필터들은 각 광원으로부터 방출된 여기광에서 특정 파장 대역만을 통과시키는 대역 통과 필터일 수 있다. 예를 들어 여기광 필터(124)의 필터들은 제1 필터, 제2 필터, 제3 필터 및 제4 필터를 포함할 수 있고, 제1 필터는 제1 광원의 여기광 중 450~490nm 파장 대역만을 통과시키고, 제2 필터는 제2 광원의 여기광 중 515~535nm 파장 대역만을 통과시키고, 제3 필터는 제3 광원의 여기광 중 560~590nm 파장 대역만을 통과시키고, 제4 필터는 제4 광원의 여기광 중 620~650nm 파장 대역만을 통과시키는 대역 통과 필터일 수 있다.
제1 초점 렌즈(125)는 여기광 필터(124)를 통과한 여기광을 1차적으로 포커싱하는 기능을 한다.
받침부(130)는 몸체부(110)의 하부면에 결합한다. 받침부(130)는 피검출 대상의 상부에배치되는 부분으로, 예를 들어 미세 유체 소자의 챔버를 피검출 대상으로 하는 경우 받침부(130)의 하부면이 상기 챔버의 상부에 위치하도록 형광 검출 장치(100)를 배치할 수 있다. 받침부(130)에는 복수의 제2 관통홀(131)이 마련된다. 제2 관통홀(131)은 제1 관통홀(121a)과 상응하는 위치에 형성되며, 제2 관통홀(121a)에는 제2 초점 렌즈(132)가 결합한다. 제2 관통홀(131)은 받침부(130)에 4개가 형성될 수 있으며, 제2 관통홀(131)들이 2ⅹ2 형태로 정렬될 수 있다. 제2 초점 렌즈(132)는 제1 초점 렌즈(125) 및 다이크로익 필터(141,142)를 거친 여기광들을 2차적으로 포커싱하는 기능을 한다. 이 때 제1 초점 렌즈(125)의 초점 길이는 제2 초점 렌즈(132)의 초점 길이보다 길게 설계될 수 있다. 따라서 제1 초점 렌즈(125)를 거친 광 스폿(light spot)은 상대적으로 큰 크기를 가지며, 제2 초점 렌즈(125)를 거친 광 스폿(light spot)은 상대적으로 작은 크기를 가지면서 피검출 대상에 보다 세밀하게 포커싱될 수 있다.
다이크로익 필터(141,142; dichroic filter)는 다이크로익 필터 슬롯(112)에 각각 장착된다. 예컨대 다이크로익 필터(141,142)는 한 쌍으로 이루어지고, 각 다이크로익 필터(141,142)에는 또 다시 한 쌍의 다이크로익 필터 유닛이 장착될 수 있다. 즉 2개의 다이크로익 필터(141,142)에는 총 4개의 다이크로닉 필터 유닛이 장착된다. 이러한 다이크로익 필터(141,142)는 특정 파장 대역의 여기광을 투과시키고, 그 이외의 여기광은 반사시키는 기능을 한다. 또한 다이크로익 필터(141,142)는 피검출 대상에서 발생한 형광을 반사시켜 광검출기(160)로 전달하는 기능을 한다. 도 4는 도 1에 도시된 형광 검출 장치(100)에서 다이크로익 필터(141)를 도시한 도면이다. 편의상 도 2에 도시된 2개의 다이크로익 필터 중에서 좌측에 위치한 다이크로익 필터(141)만을 도시하였다. 도 4를 참조하면, 다이크로익 필터(141)는 플레이트 형상을 갖고 한 쌍의 제1 수용홈(미표기)이 형성되는 다이크로익 필터 몸체(141a)와, 제1 수용홈에 각각 수용되는 다이크로익 필터 유닛(141b)을 포함한다. 다이크로익 필터 몸체(141a)에는 소정 깊이를 갖는 한 쌍의 제1 수용홈이 나란히 형성되고, 제1 수용홈은 개구되어 있다. 그리고 다이크로익 필터 유닛(141b)이 제1 수용홈에 장착된다. 이 때 다이크로익 필터 유닛(141b)의 두께는 제1 수용홈의 깊이와 상응한다. 다이크로익 필터 유닛(141b)이 장착된 다이크로익 필터 몸체(141a)는 다이크로익 필터 슬롯(113)에 장착될 수 있다. 다이크로익 필터(141)가 다이크로익 필터 슬롯(113)에 장착되었을 때, 다이크로익 필터(141)의 전방 부분은 몸체부(110)의 외측으로 소정 정도 돌출된다. 상기 돌출된 부분은 사용자가 다이크로익 필터(141)의 장착을 해제시키고자 할 때, 파지할 수 있는 부분이 될 수 있다. 한편 다이크로익 필터 몸체(141a)의 하단은 소정 정도 경사지도록 형성될 수 있다. 그리고 한 쌍의 다이크로익 필터(141,142)가 다이크로익 필터 슬롯(113)에 장착되었을 때, 각 다이크로익 필터(141,142)의 하단 부분이 서로 맞닿으면서 상호 지지하는 형태가 된다. 이에 따라 다이크로익 필터 슬롯(113)이 몸체부(110)의 바닥면과 소정 각도를 이루도록 형성되어도, 다이크로익 필터(141,142)가 하단 부분에 의해 상호 지지되므로 흘러내리지 않는다.
형광 필터(151,152, emission filter)는 형광 필터 슬롯(114)에 각각 장착된다. 예컨대 형광 필터(151,152)는 한 쌍으로 이루어지고, 각 형광 필터(151,152)에는 또 다시 한 쌍의 형광 필터 유닛이 장착될 수 있다. 즉 2개의 형광 필터(151,152)에는 총 4개의 형광 필터 유닛이 장착된다. 이러한 형광 필터(151,152)는 특정 파장 대역의 형광을 투과시키고, 그 이외의 형광은 반사시키는 기능을 한다. 따라서 형광 필터(151,152)와 매칭된 광검출기(160)로 검출하고자 하는 파장 대역을 갖는 형광을 전달할 수 있다. 도 5는 도 1에 도시된 형광 검출 장치에서 형광 필터를 도시한 도면이다. 편의상 도 2에 도시된 2개의 형광 필터 중에서 좌측에 위치한 형광 필터(151)만을 도시하였다. 도 5를 참조하면, 형광 필터(151)는 플레이트 형상을 갖고 한 쌍의 제2 수용홈(미표기)이 형성되는 형광 필터 몸체(151a)와, 제2 수용홈에 각각 수용되는 형광 필터 유닛(미도시)을 포함한다. 형광 필터 몸체(151a)에는 소정 깊이를 갖는 한 쌍의 제2 수용홈이 나란히 형성되고, 제2 수용홈은 개구되어 있다. 그리고 형광 필터 유닛이 제2 수용홈에 장착된다. 이 때 형광 필터 유닛의 두께는 제2 수용홈의 깊이와 상응한다. 형광 필터 유닛이 장착된 형광 필터 몸체(151a)는 형광 필터 슬롯(114)에 장착될 수 있다. 형광 필터(151)가 형광 필터 슬롯(114)에 장착되었을 때, 형광 필터(151)의 전방 부분은 몸체부(110)의 외측으로 소정 정도 돌출된다. 상기 돌출된 부분은 사용자가 형광 필터(151)의 장착을 해제시키고자 할 때, 누름 부분이 될 수 있다. 한편, 형광 필터 몸체(151a)의 형광 필터 슬롯(114) 방향측 상부에는 걸림돌기(151b)가 형성될 수 있다. 형광 필터 몸체(151a)는 탄성을 갖는 소재로 형성되어(예컨대 플라스틱), 걸림돌기(151b)는 외력에 의해 소정 정도 탄성 변형될 수 있다. 또한 도면에 구체적으로 도시되지는 않았으나 몸체부(110)의 형광 필터 슬롯(114) 내에는 걸림돌기(151b)를 수용하는 수용부(미도시)가 형성될 수 있다. 이에 따라 형광 필터 몸체(151a)가 형광 필터 슬롯(114)에 완전히 삽입되면 걸림돌기(151b)가 수용부에 걸리게 됨으로써, 형광 필터 몸체(151a)가 형광 필터 슬롯(114)에 안정적으로 거치될 수 있다. 사용자가 형광 필터(151)의 장착을 해제시키고자 할 때에는 몸체부(110)의 외측으로 돌출된 형광 필터(151)의 전방 부분을 누르면 걸림돌기(151b)가 수용부로부터 다시 이탈하면서 형광 필터(151)를 형광 필터 슬롯(114)으로부터 빼낼 수 있다.
광검출부는 광검출기(160)와 제2 PCB(161)를 포함한다. 광검출기(160)는 형광 필터(151,152)로부터 전달된 형광을 검출한다. 이러한 광검출기(160)는 예를 들어 포토 다이오드, 포토 다이오드 어레이, CCD 이미지 센서, CMOS 이미지 센서 등 통상의 광검출 디바이스를 사용할 수 있다. 제2 PCB(161)는 광검출기(160) 제어를 위한 인쇄회로기판에 해당한다. 제2 PCB(161)의 설계 및 제조는 공지의 방법으로 이루어질 수 있다. 제2 PCB(161)에는 광검출기(160)가 장착되고, 광검출기(160)는 몸체부(110)의 광검출기 슬롯(115)에 각각 수용된다. 예를 들어 하나의 제2 PCB(161)에는 2개의 광검출기(160)가 장착될 수 있다. 이에 따라 도 2에서와 같이 몸체부(110)의 일측면에 하나의 제2 PCB(161) 및 2개의 광검출기(160)가 위치하고, 몸체부(110)의 타측면에 다른 하나의 제2 PCB(161) 및 2개의 광검출기(160)가 위치할 수 있다. 광검출기(160)들이 광검출기 슬롯(115)에 수용되면 제2 PCB(161)의 내측면은 몸체부(110)의 측면에 밀착된다. 이 때 볼트 등의 통상의 결합부재가 제2 PCB(161)를 관통하여 제2 PCB 결합부(116)에 마련된 체결홀에 삽입됨으로써 제2 PCB(161)가 몸체부(110)에 안정적으로 결합될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 형광 검출 장치(100)의 동작을 설명하도록 한다. 도 6은 도 1에 도시된 형광 검출 장치(100)에서 몸체부(110)를 생략하여 도시한 도면이다. 형광 검출 장치(100)는 4개의 서로 다른 파장을 갖는 여기광을 방출하는 광원(122)을 포함한다. 광원(122)은 제1 광원, 제2 광원, 제3 광원 및 제4 광원을 포함하고, 제1 광원은 FAM 계열의 색을 갖는 여기광을 제공하고, 제2 광원은 HEX 계열의 색을 갖는 여기광을 제공하고, 제3 광원은 Texas Red 계열의 색을 갖는 여기광을 제공하고, 제4 광원은 Cy5 계열의 색을 갖는 여기광을 제공할 수 있다. 우선 광원부(120)의 광원(122)들이 ON 되면 각 광원(122)들은 서로 다른 색 계열의 여기광을 방출하고, 여기광은 여기광 필터(124)를 거치면서 특정 파장 대역을 갖는 여기광만 통과될 수 있다. 예를 들어 여기광 필터(124)는 제1 광원 내지 제4 광원과 각각 매칭되는 제1 필터 내지 제4 필터를 포함하고, 이 때, 제1 필터는 제1 광원의 여기광 중 450~490nm 파장 대역만을 통과시키고, 제2 필터는 제2 광원의 여기광 중 515~535nm 파장 대역만을 통과시키고, 제3 필터는 제3 광원의 여기광 중 560~590nm 파장 대역만을 통과시키고, 제4 필터는 제4 광원의 여기광 중 620~650nm 파장 대역만을 통과시킬 수 있다. 여기광 필터(124)를 거친 여기광은 제1 초점 렌즈(125)를 거쳐 다이크로익 필터(141,142)로 입사한다.
다이크로익 필터(141,142)는 특정 파장 대역의 여기광을 투과시키고, 그 이외의 여기광은 반사시킨다. 예를 들어 다이크로익 필터는 제1 광원 내지 제4 광원과 각각 매칭되는 제1 다이크로익 필터 내지 제4 다이크로익 필터를 포함하고, 이 때, 제1 다이크로익 필터는 450~490nm 파장 대역을 갖는 광은 통과시키고 나머지 파장 대역을 갖는 광은 반사시키고, 제2 다이크로익 필터는 515~535nm 파장 대역을 갖는 광은 통과시키고 나머지 파장 대역을 갖는 광은 반사시키고, 제3 다이크로익 필터는 560~590nm 파장 대역을 갖는 광은 통과시키고 나머지 파장 대역을 갖는 광은 반사시키고, 제4 다이크로익 필터는 620~650nm 파장 대역을 갖는 광은 통과시키고 나머지 파장 대역을 갖는 광은 반사시킬 수 있다. 이와 같이 여기광은 여기광 필터(124) 및 다이크로익 필터(141,142)에 의해 2차례에 걸쳐 걸러질 수 있다. 다이크로익 필터(141,142)를 투과한 여기광은 제2 초점 렌즈(132)를 거쳐 피검출물에 조사되고, 피검출물에 포함되고 여기광에 의해 여기된 형광 염료로부터 형광이 방출된다. 형광은 제1 광원으로부터 방출된 제1 여기광에 의해 여기되어 방출되는 제1 형광과, 제2 광원으로부터 방출된 제2 여기광에 의해 여기되어 방출되는 제2 형광과, 제3 광원으로부터 방출된 제3 여기광에 의해 여기되어 방출되는 제3 형광과, 제4 광원으로부터 방출된 제4 여기광에 의해 여기되어 방출되는 제4 형광을 포함한다.
방출된 형광은 다시 제2 초점 렌즈(132)를 거쳐 다이크로익 필터(141,142)로 입사되는데, 이 때 형광의 파장 대역은 여기광의 파장 대역과는 다르므로(물론 파장 대역이 중첩되는 부분도 있음), 다이크로익 필터(141,142)에 의해 입사된 형광의 대부분은 반사되어 형광 필터(151,152)로 전달된다. 형광 필터(151,152)는 특정 파장 대역의 형광을 투과시키고, 그 이외의 형광은 반사시킨다. 예를 들어 형광 필터(151,152)는 제1 형광 내지 제4 형광과 각각 매칭되는 제1 형광 필터 내지 제4 형광 필터를 포함하고, 이 때, 제1 형광 필터는 510~530nm 파장 대역을 갖는 형광만을 통과시키고, 제2 형광 필터는 560~580nm 파장 대역을 갖는 형광만을 통과시키고, 제3 형광 필터는 610~650nm 파장 대역을 갖는 형광만을 통과시키고, 제4 형광 필터는 675~690nm 파장 대역을 갖는 형광만을 통과시킬 수 있다. 형광 필터(151,152)를 통과한 형광은 각 광검출기(160)로 입사되어 검출될 수 있다. 이와 같이 여기광 필터(124)와 형광 필터(151,152)에서 필터링되는 파장 대역을 달리 함으로써 피검출물로부터 반사되는 여기광이 광검출기(160)로 입사하는 것을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구체예들에 따른 형광 검출 장치는 바디부 수용부, 다이크로익 필터 슬롯, 형광 필터 슬롯, 광검출기 슬롯을 구비하고 있는 몸체부에 다른 모든 광학계 구성들이 결합하도록 함으로써 전체 장치의 부피 및 제조 비용을 낮춰 컴팩트하게 제조된다. 따라서 휴대성, 사용 편의성 및 조립성이 강화된다. 또한 서로 다른 4개의 파장을 갖는 광원을 배치하고, 상기 파장을 투과시키거나 반사시키기 위해 필요한 필터들만 적재적소에 배치함으로써 빔스플리터, 편광자 등의 다른 구성들이 요구되지 않으면서 다채널 형광 분석이 가능하다.
이상, 본 발명의 구현예들에 대하여 설명하였다. 그러나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 기술의 구체적 적용에 따른 단순한 설계변경, 일부 구성요소의 생략, 단순한 용도의 변경 등 본 발명을 다양하게 변형할 수 있을 것이며, 이러한 변형 역시 본 발명의 권리범위 내에 포함됨은 자명하다.
100: 형광 검출 장치 110: 몸체부
111: 바디부 수용부 112: 제1 PCB 결합부
113: 다이크로익 필터 슬롯 114: 형광 필터 슬롯
115: 광검출기 슬롯 116: 제2 PCB 결합부
120: 광원부 121: 바디부
122: 광원 123: 제1 PCB
124: 여기광 필터 125: 제1 초점 렌즈
130: 받침부 131: 제2 관통홀
132: 제2 초점 렌즈 141,142: 다이크로익 필터
151,152: 형광 필터 160: 광검출기
161: 제2 PCB

Claims (5)

  1. 상부에는 한 쌍의 격벽을 통해 마련되는 공간을 갖고 바닥면에는 4개의 홀이 마련되는 바디부 수용부가 형성되고, 바디부 수용부의 아래에는 중앙을 기준으로 대칭되는 한 쌍의 다이크로익 필터 슬롯이 각각 바닥면을 향해 기울어지도록 형성되고, 다이크로익 필터 슬롯의 외측 부분의 아래에는 중앙을 기준으로 대칭되고 내부에는 하기 걸림돌기를 수용하는 수용부가 마련되는 한 쌍의 형광 필터 슬롯이 바닥면과 수직 방향으로 형성되고, 양 측면 하부에는 각각 한 쌍의 광검출기 슬롯이 형성되는 몸체부;
    바디부 수용부에 삽입되고 상기 홀과 각각 연통하는 4개의 제1 관통홀이 형성되며 일측면에는 바닥면과 수평 방향을 이루도록 형성되는 여기광 필터 슬롯이 마련되는 바디부와, 제1 관통홀에 각각 수용되며 서로 다른 색 계열의 여기광을 각각 제공하는 광원과, 각 광원과 쌍을 이루는 필터가 배치되는 플레이트 몸체를 구비하며 여기광 필터 슬롯에 장착되었을 때 외측으로 소정 정도 돌출되는 여기광 필터와, 제1 관통홀 하단에 각각 결합되는 제1 초점 렌즈를 포함하는 광원부;
    몸체부 하부에 결합하고 제1 관통홀과 상응하는 위치에 제2 관통홀이 각각 형성되며, 제2 관통홀에는 제2 초점 렌즈가 결합하는 받침부;
    다이크로익 필터 슬롯에 각각 장착되는 것으로, 한 쌍의 제1 수용홈이 형성되는 다이크로익 필터 몸체와 제1 수용홈에 각각 수용되는 다이크로익 필터 유닛을 포함하며, 다이크로익 필터 슬롯에 장착되었을 때 전방 부분이 몸체부의 외측으로 소정 정도 돌출되는 한 쌍의 다이크로익 필터;
    형광 필터 슬롯에 각각 장착되는 것으로, 한 쌍의 제2 수용홈이 형성되고 형광 필터 슬롯 방향측 상부에는 걸림돌기가 형성되는 형광 필터 몸체와 제2 수용홈에 각각 수용되는 형광 필터 유닛을 포함하며, 형광 필터 슬롯에 장착되었을 때 전방 부분이 몸체부의 외측으로 소정 정도 돌출되는 한 쌍의 형광 필터; 및
    광검출기 슬롯에 각각 장착되는 광검출부를 포함하고,
    상기 다이크로익 필터가 다이크로익 필터 슬롯에 장착되면, 각 다이크로익 필터의 하단 부분이 서로 맞닿아 상호 지지하는 형태를 이루는 형광 검출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 몸체부는 상부 네 귀퉁이에 상방향으로 돌출되는 기둥 형상의 제1 PCB 결합부와, 광원을 제어하며 제1 PCB 결합부에 결합하는 제1 PCB를 더 포함하는 형광 검출 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 광검출부는 상기 광검출기 슬롯에 각각 장착되는 광검출기와, 광검출기를 제어하며 몸체부 양측부에 각각 결합하는 한 쌍의 제2 PCB를 포함하는 형광 검출 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원은 제1 광원, 제2 광원, 제3 광원 및 제4 광원을 포함하고, 제1 광원은 FAM 계열의 색을 갖는 제1 여기광을 제공하고, 제2 광원은 HEX 계열의 색을 갖는 제2 여기광을 제공하고, 제3 광원은 Texas Red 계열의 색을 갖는 제3 여기광을 제공하고, 제4 광원은 Cy5 계열의 색을 갖는 제4 여기광을 제공하고,
    상기 여기광 필터는 제1 필터, 제2 필터, 제3 필터 및 제4 필터를 포함하고, 제1 필터는 제1 여기광 중 450~490nm 파장 대역만을 통과시키고, 제2 필터는 제2 여기광 중 515~535nm 파장 대역만을 통과시키고, 제3 필터는 제3 여기광 중 560~590nm 파장 대역만을 통과시키고, 제4 필터는 제4 여기광 중 620~650nm 파장 대역만을 통과시키는 대역 통과 필터이고,
    상기 다이크로익 필터 유닛은 제1 다이크로익 필터, 제2 다이크로익 필터, 제3 다이크로익 필터, 제4 다이크로익 필터를 포함하고, 제1 다이크로익 필터는 450~490nm 파장 대역을 갖는 광만 통과시키고, 제2 다이크로익 필터는 515~535nm 파장 대역을 갖는 광만 통과시키고, 제3 다이크로익 필터는 560~590nm 파장 대역을 갖는 광만 통과시키고, 제4 다이크로익 필터는 620~650nm 파장 대역을 갖는 광만 통과시키는 형광 검출 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 형광 필터 유닛은 제1 형광 필터, 제2 형광 필터, 제3 형광 필터, 제4 형광 필터를 포함하고, 제1 형광 필터는 제1 여기광에 의해 여기되어 피검출물로부터 방출되는 제1 형광 중 510~530nm 파장 대역만을 통과시키고, 제2 형광 필터는 제2 여기광에 의해 여기되어 피검출물로부터 방출되는 제2 형광 중 560~580nm 파장 대역만을 통과시키고, 제3 형광 필터는 제1 여기광에 의해 여기되어 피검출물로부터 방출되는 제3 형광 중 610~650nm 파장 대역만을 통과시키고, 제4 형광 필터는 제4 여기광에 의해 여기되어 피검출물로부터 방출되는 제4 형광 중 675~690nm 파장 대역만을 통과시키는 형광 검출 장치.
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