KR102234980B1 - 플라즈몬을 이용한 라만 신호 증강장치 및 이를 이용한 라만 신호 측정 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈몬을 이용한 라만 신호 증강장치 및 이를 이용한 측정 시스템을 개시한다. 본 발명은 라만 신호 증강을 위한 금속 나노입자를 기판에 생성하고, 필요에 따라 특정 크기로 절단후 광학계에 설치하여 사용할 수 있고, 대면적의 기판에 금속 나노입자를 설치함으로써, 제조가 용이한 장점이 있다.

Description

플라즈몬을 이용한 라만 신호 증강장치 및 이를 이용한 라만 신호 측정 시스템{RAMAN SIGNAL ENHANCEMENT DEVICE USING PLASMON AND RAMAN SIGNAL MEASURMENT SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 플라즈몬을 이용한 라만 신호 증강장치 및 이를 이용한 라만 신호 측정 시스템에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 라만 신호 증강을 위한 금속 나노 입자를 기판에 생성하고, 필요에 따라 특정 크기로 절단후 광학계에 설치하여 사용할 수 있으며, 샘플과의 접촉을 통해 초점이 자동으로 조절되는 플라즈몬을 이용한 라만 신호 증강장치 및 이를 이용한 라만 신호 측정 시스템에 관한 것이다.
라만 분광법(Raman Spectroscopy)은 피검체에 조사된 여기광(excitation light)에 의해 피검체 내에서 일어나는 비탄성 산란(inelastic scattering)을 측정하여 다양한 물질에 대한 성분 분석을 할 수 있다.
광이 측정될 샘플에 입사되면, 입사광과 상이한 파장의 비탄성적으로 산란된 광이 검출되어 측정된다.
입사광과 산란광 사이의 파장 시프트는 라만 시프트(Raman shift)라고 하며, 이러한 시프트는 분자의 진동 또는 회전 에너지 상태를 나타낸다.
라만 산란광의 강도는 대상 분자의 농도에 직접적으로 대응하는 것으로 알려져 있어 라만 분광법을 이용한 분자 분석은 매우 유용하게 사용된다.
라만 분광법과 관련된 난점은 라만 산란광 고유의 매우 낮은 신호 강도이며, 이를 보완하기 위해 신호를 증폭하기 위한 광학계 구성이 제안되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 라만 신호 분석장치를 나타낸 예시도로서, 라만 신호 분석장치(1)는 피검체로 여기광을 조사하는 광원부와, 상기 피검체로부터 산란되는 광 중에서 라만 신호를 분리하는 광분리부로 이루어진 제어부(2)와, 상기 피검체로부터 산란되는 광을 수집하는 대물렌즈(3)와, 상기 피검체가 설치되는 샘플척(4)으로 구성된다.
그러나 이러한 종래 기술에 따른 라만 신호 분석장치는 대물렌즈와 플라즈몬 생성점과는 작동거리(Working distance) 만큼의 이격 거리가 요구되지만, 이러한 작동거리의 조절이 어려운 문제점이 있다.
또한, 도 2는 종래 기술에 따른 플라즈몬 라만 프로브를 이용한 라만 신호 분석장치를 나타낸 단면도로서, 플라즈몬 라만 프로브(10)는 라만 신호를 수신하는 광섬유부(11)의 말단에 플라즈몬 여기((勵起)를 위해 복수의 금속 나노입자(14)를 부착하고, 상기 부착된 금속 나노입자(14)가 피검체(P)에 직접 접촉되도록 하는 광섬유부(11)와, 상기 광섬유부(11)의 말단에 렌즈로 구성된 레이저 입사부(12)와, 레이저빔이 상기 레이저 입사부(12)에 입사되도록 하는 레이저 가이드부(13)와, 금속 나노입자(14)와, 절연체(15)와, 레이저 입사부(12)의 측면으로 방사되는 레이저빔을 금속 나노입자(14) 방향으로 반사하는 반사부(16)와, 이미징을 위한 외부광을 전달하기 위한 조명용 광섬유(17)를 포함하여 구성함으로써, 라만 신호 증강을 위한 금속 나노입자를 프로브에 접합시켜 금속 나노입자가 피검체에 직접 접촉되도록 구성되었다.
그러나, 이러한 종래 기술에 따른 플라즈몬 라만 프로브는 광섬유 말단에 금속 나노입자를 설치하는 것이 용이하지 않아 제조과정이 복잡한 문제점이 있다.
또한, 광섬유의 말단에 금속 나노입자를 생성하지 못하면, 프로브 전체가 손상되어 폐기해야하는 문제점이 있다.
또한, 광섬유의 말단부에 렌즈로 이루어진 레이저 입사부와 플라즈몬 생성점과 작동거리 만큼의 거리가 필요하지만 거리를 조절하는 것이 어려운 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 공개번호 제10-2018-0029605호(발명의 명칭: 플라즈몬 라만 프로브 및 이를 이용한 내시경 장치)
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 라만 신호 증강을 위한 금속 나노 입자를 기판에 생성하고, 필요에 따라 특정 크기로 절단후 광학계에 설치하여 사용할 수 있으며, 샘플과의 접촉을 통해 초점이 자동으로 조절되는 플라즈몬을 이용한 라만 신호 증강장치 및 이를 이용한 라만 신호 측정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 일실시예는 라만 신호 측정장치의 광학계에 설치되어 플라즈몬의 여기(勵起)를 위한 입사광과, 피검체(A)에서 방사되는 라만광이 투과하는 기판부; 및 상기 기판부의 일측에 플라즈몬의 여기(勵起)를 위해 설치된 복수의 금속 나노입자를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 기판부는 상기 입사광 및 라만광의 적어도 70% 이상이 투과하는 투명재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 기판부는 글래스, 쿼츠(Quartz), 사파이어 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 기판부는 일정 크기의 기판부 패널을 미리 설정된 단위 크기로 절단하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 기판부는 타측에 일정 크기의 홈부를 형성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 일실시예는 라만 신호 측정부에 설치되고, 플라즈몬의 여기(勵起)를 위한 입사광과, 피검체(A)에서 방사되는 라만광이 투과하는 기판부와, 상기 기판부의 일측에 플라즈몬의 여기(勵起)를 위해 설치된 복수의 금속 나노입자(120)를 구비한 라만 신호 증강부; 및 상기 라만 신호 증강부를 통해 피검체(A)로 입사광을 출력하고, 상기 피검체(A)가 상기 라만 신호 증강부를 통해 방사하는 라만광을 검출하는 라만 신호 측정부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 라만 신호 측정부는 상기 입사광이 라만 신호 증강부를 통해 피검체(A)에 입사되도록 하고, 상기 피검체(A)에서 방사되는 라만광을 전달하는 광학부를 구비하고, 상기 광학부와 금속 나노입자까지의 거리는 상기 광학부(230) 작동거리(c)의 ±20% 이내인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 광학부의 작동거리(c)는, 상기 라만 신호 증강부의 기판부 두께(a)와, 상기 기판부에서 광학부 말단까지의 거리(b)의 합으로 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 기판부와 광학부 말단 사이의 거리(b)는, 기판부의 굴절률(n)과 상기 기판부의 두께(a)를 곱한 값을, 상기 광학부의 작동거리(c)로부터 뺀 값의 ±20% 이내의 값인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 기판부와 광학부 말단 사이는 공기 또는 임의의 굴절률을 갖는 접착제가 충전되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 기판부는 상기 광학부의 작동거리(c)가 금속 나노입자가 설치된 기판부의 두께보다 작은 경우, 상기 광학부의 작동거리(c)를 확보할 수 있도록 홈부를 형성하여 상기 홈부에 상기 광학부의 말단부 또는 광학부의 일부가 수납되도록 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 라만 신호 측정부는 입사광이 피검체(A)로 입사되도록 제어하고, 상기 피검체(A)로부터 방사되는 라만광을 검출하여 분석하는 제어부; 상기 제어부의 제어를 통해 플라즈몬의 여기(勵起)를 위한 입사광을 출력하는 광원부; 상기 입사광이 라만 신호 증강부를 통해 피검체(A)에 입사되도록 하고, 상기 피검체(A)에서 방사되는 라만광을 상기 제어부로 전달하는 광학부; 및 상기 피검체(A)를 고정하는 샘플척을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 라만 신호 측정부는 상기 광학부의 위치를 조절하는 광학 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 라만 신호 측정부는 상기 샘플척 위치를 조절하는 샘플척 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 광학부는 임의의 렌즈 조합으로 이루어진 대물렌즈 형상 또는 GRIN 렌즈를 구비한 프로브 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 라만 신호 증강을 위한 금속 나노입자를 기판에 생성하고, 필요에 따라 특정 크기로 절단후 광학계에 설치하여 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 대면적의 기판에 금속 나노입자를 설치함으로써, 제조가 용이한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 기판에 금속 나노입자의 설치과정이 이루어지지 못하면, 프로브 전체를 폐기하는 비용과 대비하여 상대적으로 저렴한 손실이 발생하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 피검체와의 접촉을 통해 초점이 자동으로 조절될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 작동 거리가 작은 경우에도 설치할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 라만 신호 분석장치를 나타낸 예시도.
도 2는 종래 기술에 따른 플라즈몬 라만 프로브를 이용한 라만 신호 분석장치를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈몬을 이용한 라만 신호 증강장치의 일 실시예를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈몬을 이용한 라만 신호 증강장치의 다른 실시예를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 라만 신호 증강장치를 이용한 라만 신호 측정 시스템을 나타낸 블록도.
도 6은 도 5에 따른 라만 신호 증강장치를 이용한 라만 신호 측정 시스템의 동작과정을 설명하기 위한 예시도.
도 7은 도 5에 따른 라만 신호 증강장치를 이용한 라만 신호 측정 시스템의 동작과정을 설명하기 위한 다른 예시도.
도 8은 도 5에 따른 라만 신호 증강장치를 이용한 라만 신호 측정 시스템의 동작과정을 설명하기 위한 또 다른 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈몬을 이용한 라만 신호 증강장치 및 이를 이용한 라만 신호 측정 시스템의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다는 표현은 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, "‥부", "‥기", "‥모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 그 둘의 결합으로 구분될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈몬을 이용한 라만 신호 증강장치의 일 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 라만 신호 증강부(100)는 라만 신호 측정장치의 광학계에 설치되어 플라즈몬의 여기(勵起)를 위한 입사광과, 피검체(A)에서 방사되는 라만광이 투과하는 기판부(110)와, 상기 기판부(110)의 일측에 플라즈몬의 여기(勵起)를 위해 설치된 복수의 금속 나노입자(120)를 포함하여 구성된다.
상기 기판부(110)는 평판 형상의 부재로서, 글래스, 쿼츠(Quartz), 사파이어 등의 투명재질로 이루어지고, 바람직하게는 투과율이 입사광과 라만광의 적어도 70% 이상이 투과될 수 있도록 구성된다.
상기 투과율이 70% 이하면, 라만 분광기에 전달되는 라만 신호의 세기가 감소하여 측정이 용이하지 못한 문제가 발생한다.
상기 금속 나노입자(120)는 플라즈몬 여기((勵起)를 위한 구성으로서, 기판부(110)의 일측 면에 정전기적 결합 또는 화학적 결합을 통해 다수 부착되거나 또는 상기 기판부(110)에 코팅되고, 상기 부착된 금속 나노입자(120)는 피검체(A)에 직접 접촉된다.
또한, 상기 금속 나노입자(120)는 이웃한 금속 나노입자와의 거리를 금속 나노입자(120)의 직경 이하로 형성하여 전자기장이 국소적으로 극대화되는 플라즈모닉 핫스팟(Plasmonic hot spot)의 생성이 쉽게 일어날 수 있도록 한다.
또한, 상기 금속 나노입자(120)는 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 중 어느 하나 또는 상기 어느 하나를 사용한 합금으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 금속 나노입자(120)는 라만 신호를 방출하는 라만 표시물질을 더 포함하여 구성될 수 있으며, 바람직하게는 형광염료, 양자점, BRET, 형광염료와 실리카의 복합물질로 이루어진 Dye-dopped silica 등으로 이루어진 발광물질을 더 포함하여 구성함으로써, 형광 신호 및 라만 신호를 동시에 검출할 수 있도록 한다.
또한, 상기 금속 나노입자(120)는 피검체(A)와의 직접 접촉시 피검체(A)의 진동 정보(vibrational information)가 왜곡되는 것을 방지하기 위해 금속 나노입자(120)의 둘레에 절연체(미도시)가 코팅될 수도 있다.
다음은 본 발명의 일실시예에 따른 라만 신호 증강부(100)의 제조과정을 설명한다.
우선, 글래스, 쿼츠(Quartz), 사파이어 등의 투명재질로 이루어진 일정 크기의 기판부 패널을 준비하고, 상기 기판부 패널의 일측 면에 정전기적 결합 또는 화학적 결합을 통해 다수의 금속 나노입자(120)가 부착되도록 한다.
상기 금속 나노입자(120)의 부착이 완료되면, 상기 기판부 패널을 미리 설정된 단위 크기 또는 요구되는 특정 크기로 절단하여 특정 크기의 기판부(110)에 다수의 금속 나노입자(120)가 부착된 라만 신호 증강부(100)를 제조할 수 있다.
이러한 제조과정은 종래의 광섬유 말단에 금속 나노입자를 설치하는 플라즈몬 라만 프로브의 제조과정과 대비하여 제조과정을 월등히 감축시킬 수 있게 되고, 또한, 대량 생산이 가능할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈몬을 이용한 라만 신호 증강장치의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 4의 실시예에 따른 라만 신호 증강부(100a)는 라만 신호 측정장치의 광학계에 설치되어 플라즈몬의 여기(勵起)를 위한 입사광과, 피검체(A)에서 방사되는 라만광이 투과하는 기판부(110a)와, 상기 기판부(110)의 일측에 플라즈몬의 여기(勵起)를 위해 설치된 복수의 금속 나노입자(120)를 포함하여 구성되고, 도 3의 실시예에 따른 라만 신호 증강부(100)와 대비하여 상기 금속 나노입자(120)가 설치되지 않는 기판부(110a)의 타측에 일정 크기의 홈부(111)가 형성된 구성에서 차이점이 있다.
즉, 도 4의 실시예에 따른 상기 라만 신호 증강부(100a)는 후술되는 라만 신호 측정부(200)의 광학부(230)에 설치되고, 상기 광학부(230)의 작동거리(Working distance)가 금속 나노입자(120)가 설치된 기판부(110a)의 두께보다 작은 경우, 상기 광학부(230)의 작동거리를 확보할 수 있도록 기판부(110a)에 홈부(111)를 형성하여 상기 광학부(230)의 말단 일부가 수납될 수 있도록 한다.
또한, 상기 홈부(111)는 기판부(110a)의 일부분에만 홈을 형성함으로써, 기판부(110a)의 전체적인 두께가 얇은 경우 쉽게 부러지거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.
다음은 본 발명에 따른 라만 신호 증강장치를 이용한 라만 신호 측정 시스템을 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명한다.
우선, 동일한 구성요소에 대한 반복적인 설명은 생략하고, 동일한 구성요소에 대하여 동일한 도면 부호를 사용한다.
도 5는 본 발명에 따른 라만 신호 증강장치를 이용한 라만 신호 측정 시스템을 나타낸 블록도이고, 도 6은 도 5에 따른 라만 신호 증강장치를 이용한 라만 신호 측정 시스템의 동작과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 라만 신호 증강장치를 이용한 라만 신호 측정 시스템은 라만 신호 증강부(100)와, 라만 신호 측정부(200)를 포함하여 구성된다.
상기 라만 신호 증강부(100)는 라만 신호 측정부(200)에 설치되고, 플라즈몬의 여기(勵起)를 위한 입사광과, 피검체(A)에서 방사되는 라만광이 투과하는 기판부(110)와, 상기 기판부(110)의 일측에 플라즈몬의 여기(勵起)를 위해 설치된 복수의 금속 나노입자(120)를 구비하여 구성된다.
상기 라만 신호 측정부(200)는 상기 라만 신호 증강부(100)를 통해 피검체(A)로 입사광을 출력하고, 상기 피검체(A)가 상기 라만 신호 증강부(100)를 통해 방사하는 라만광을 검출하는 구성으로서, 제어부(210)와, 광원부(220)와, 광학부(230)와, 샘플척(240)을 포함하여 구성된다.
상기 제어부(210)는 광원부(220)에서 출력되는 입사광이 피검체(A)로 입사되도록 제어하고, 상기 피검체(A)로부터 방사되는 라만광을 검출하여 분석하는 구성으로서, 산란되는 라만광을 파장별로 검출하기 위한 분광기와 광 검출부를 추가 구비할 수 있다.
상기 광원부(220)는 제어부(210)의 제어를 통해 플라즈몬의 여기(勵起)를 위한 입사광을 출력하는 구성으로서, 피검체(A)로부터 분석하고자 하는 성질에 따라, 이에 적합한 파장 대역의 빛을 조사하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 광원은 약 500nm 파장 대역의 가시광선 내지 약 900nm 파장 대역의 근적외선 광을 조사할 수 있으며, 발광 다이오드(LED), 레이저 다이오드(LD) 등으로 구성될 수 있다.
상기 광학부(230)는 입사광이 라만 신호 증강부(100)를 통해 피검체(A)에 입사되도록 하고, 상기 피검체(A)에서 방사되는 라만광을 검출하여 제어부(210)로 전달되도록 하는 구성으로서, 볼록렌즈, 오목렌즈 등의 다양한 렌즈를 조합한 대물렌즈로 구성된다.
또한, 상기 광학부(230)는 상기 광학부(230)의 상/하방향 위치를 조절하는 광학 구동부(231)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 광학부(230)의 말단에는 라만 신호 증강부(100)가 일정 거리 이격되어 설치되고, 이때 상기 광학부(230)의 말단으로부터 라만 신호 증강부(100)의 금속 나노입자(120)까지의 거리는 상기 광학부(230)의 작동거리(c)의 ± 20% 이내의 거리가 되도록 구성된다.
즉, 광학부(230)는 조합된 렌즈로 인해 설정된 작동거리가 서로 다르게 설정되어 있어서, 상기 광학부(230)마다 설정된 작동거리에 맞춰 라만 신호 증강부(100)를 설치해야 하고, 상기 광학부(230)의 말단으로부터 라만 신호 증강부(100)의 금속 나노입자(120)까지의 거리가 상기 광학부(230)의 작동거리(c)가 되도록 구성함으로써, 라만 신호 증강부(100)와 피검체(A)와의 접촉으로 광학부(230)의 초점이 자동으로 맞춰질 수 있도록 한다.
또한, 상기 광학부(230)의 말단으로부터 라만 신호 증강부(100)의 금속 나노입자(120)까지의 거리가 상기 광학부(230)의 작동거리(c)의 ± 20% 이상이면, 라만 분광기에 전달되는 라만 신호의 세기가 감소하여 측정이 용이하지 않은 문제가 있다.
상기 광학부(230)의 작동거리(c)는, 라만 신호 증강부(100)의 기판부(110) 두께(a)와, 상기 기판부(110)에서 광학부(230) 말단까지의 거리(b)의 합으로 결정된다.
또한, 상기 기판부(110)와 광학부(230) 말단 사이의 거리(b)는, 기판부(110)의 굴절률(n)과 상기 기판부(110)의 두께(a)를 곱한 값을, 상기 광학부(230)의 작동거리(c)로부터 뺀 값의 ±20% 이내의 값으로 결정한다.
즉, 광학부(230)의 작동거리(c)는 굴절률에 의존하고, 이때 굴절률은 매질에 따라 변하여 기판부(110)의 두께(a)와 광학부(230) 말단으로부터 기판부(110)까지의 거리(b) 또는 갭을 광학부(230)의 작동거리(c)로 정의한다.
여기서, 광학부(230) 말단으로부터 기판부(110)까지의 거리(b)는 사이에 공기가 충전된 경우, 공기중(굴절률 1)에서 광학부(230)의 작동거리로부터 기판의 굴절률과 기판의 두께를 곱한 값을 뺀 값으로 정의한다.
또한, 광학부(230) 말단과 기판부(110)사이에는 임의의 굴절률을 갖는 접착제가 충전될 수도 있다.
즉, 라만 신호 증강부(100)를 광학부(230)에 고정하기 위해 임의의 굴절률을 갖는 접착제가 설치된 경우, 상기 광학부(230) 말단으로부터 기판부(110)까지의 거리(b)는 접착제의 두께가 되고, 이때 상기 접착제의 두께는 광학부(230) 말단으로부터 기판부(110)까지의 거리(b)를 접착제의 굴절률로 나눈 값으로 정의한다.
상기 샘플척(240)은 피검체(A)를 고정하기 위한 구성으로서, 상기 피검체(A)가 라만 신호 증강부(100)의 하부에 위치되도록 한다.
또한, 상기 샘플척(240)은, 라만 신호 증강부(100)의 기판부(110)와 광학부(230) 사이에 공기층이 갭으로 형성된 경우, 상기 광학부(230) 말단으로부터 기판부(110)까지의 거리(b)를 조절할 수 있도록 상기 샘플척(240)의 상/하방향 위치를 조절하는 샘플척 구동부(241)를 추가 구성할 수 있다.
또한, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 라만 신호 증강장치를 이용한 라만 신호 측정 시스템에서, 홈부(111)가 형성된 라만 신호 증강부(100a)를 이용한 동작과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 광학부(230)의 작동거리(d)가 라만 신호 증강부(100a)의 기판부(110a) 두께보다 작은 경우, 상기 광학부(230)의 일부가 상기 기판부(110a)에 설치된 홈부(111)로 삽입되도록 구성함으로써, 광학부(230)의 작동거리(d)가 짧은 경우에도 상기 라만 신호 증강부(100a)를 상기 광학부(230)에 설치할 수 있도록 한다.
이때 상기 광학부(230)의 말단으로부터 라만 신호 증강부(100a)의 금속 나노입자(120)까지의 거리는 상기 광학부(230)의 작동거리(d)가 되도록 구성함으로써, 라만 신호 증강부(100)와 피검체(A)와의 접촉으로 광학부(230)의 초점이 자동으로 맞춰질 수 있도록 한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 라만 신호 증강장치를 이용한 라만 신호 측정 시스템에서, 광학 프로브를 이용한 동작과정을 설명하기 위한 또 다른 예시도이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 대물렌즈 형태의 광학계 이외에 광섬유를 이용한 광학 프로브(300) 형태의 광학계로서, 라만광을 수광하는 광섬유(310)와, 가이드부(330)에서 출력된 입사광이 입사되면, 상기 입사광이 라만 신호 증강부(100)의 금속 나노입자(120)에 전달되도록 GRIN 렌즈 또는 Ball 렌즈, 볼록 렌즈, 오목 렌즈 등의 다양한 렌즈를 조합한 조합 렌즈로 구성된 입사부(320)와, 상기 광섬유(310)와 함께 다수의 광섬유 다발로 구성될 수 있는 가이드(330)를 포함하여 구성되고, 상기 광학 프로브(300)의 말단 또는 상기 입사부(320)의 말단에는 라만 신호 증강부(100)가 설치된다.
이때 상기 광학 프로브(300)의 말단 또는 입사부(320)의 말단으로부터 라만 신호 증강부(100)의 금속 나노입자(120)까지의 거리는 상기 광학 프로브(300)의 작동거리가 되도록 구성함으로써, 라만 신호 증강부(100)와 피검체(A)와의 접촉으로 광학 프로브(300)의 초점이 자동으로 맞춰질 수 있도록 한다.
따라서, 피검체와의 접촉을 통해 광학계의 초점이 자동으로 조절될 수 있어서 쉽게 사용할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 도면번호는 설명의 명료성과 편의를 위해 기재한 것일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100, 100a : 라만 신호 증강부
110, 110a : 기판부
111 : 홈부
120 : 금속 나노입자
200 : 라만 신호 측정부
210 : 제어부
220 : 광원부
230 : 광학부
231 : 광학 구동부
240 : 샘플척
241 : 샘플척 구동부
300 : 광학 프로브
310 : 광섬유
320 : 입사부
330 : 가이드부

Claims (15)

  1. 플라즈몬의 여기(勵起)를 위한 입사광과, 피검체(A)에서 방사되는 라만광이 투과하도록 투명 재질의 패널로 이루어진 기판부(110, 110a); 및
    상기 입사광에 의해 플라즈몬 여기(勵起)가 이루어지고, 상기 피검체(A)에 직접 접촉되도록 상기 기판부(110, 110a)의 일측에 설치된 복수의 금속 나노입자(120);를 포함하고,
    상기 금속 나노 입자(12)를 설치한 기판부(110, 110a)는 라만 신호 측정장치의 광학계에 설치되도록 미리 설정된 단위 크기로 절단되고, 상기 라만 신호 측정장치의 광학계와 일정 거리 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈몬을 이용한 라만 신호 증강장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판부(110, 110a)는 상기 입사광 및 라만광의 적어도 70% 이상이 투과하는 투명재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈몬을 이용한 라만 신호 증강장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판부(110, 110a)는 글래스, 쿼츠(Quartz), 사파이어 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈몬을 이용한 라만 신호 증강장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판부(110a)는 타측에 일정 크기의 홈부(111)를 형성한 것을 특징으로 하는 플라즈몬을 이용한 라만 신호 증강장치.
  6. 플라즈몬의 여기(勵起)를 위한 입사광과, 피검체(A)에서 방사되는 라만광이 투과하도록 투명 재질의 패널로 이루어진 기판부(110, 110a);와, 상기 입사광에 의해 플라즈몬 여기(勵起)가 이루어지고, 상기 피검체(A)에 직접 접촉되도록 상기 기판부(110, 110a)의 일측에 설치된 복수의 금속 나노입자(120);를 포함하며,
    상기 금속 나노 입자(12)를 설치한 기판부(110, 110a)는 라만 신호 측정장치의 광학계에 설치되도록 미리 설정된 단위 크기로 절단되고, 상기 라만 신호 측정장치의 광학계와 일정 거리 이격되어 설치되는 라만 신호 증강부(100, 100a); 및
    상기 라만 신호 증강부(100, 100a)를 통해 피검체(A)로 입사광을 출력하고, 상기 피검체(A)가 상기 라만 신호 증강부(100, 100a)를 통해 방사하는 라만광을 검출하는 라만 신호 측정부(200)를 포함하는 것을 특징으로 하는 라만 신호 증강장치를 이용한 라만 신호 측정 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 라만 신호 측정부(200)는 상기 입사광이 라만 신호 증강부(100, 100a)를 통해 피검체(A)에 입사되도록 하고, 상기 피검체(A)에서 방사되는 라만광을 전달하는 광학부(230)를 구비하고,
    상기 광학부(230)와 금속 나노입자(120)까지의 거리는 상기 광학부(230) 작동거리(c)의 ±20% 이내인 것을 특징으로 하는 라만 신호 증강장치를 이용한 라만 신호 측정 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 광학부(230)의 작동거리(c)는, 상기 라만 신호 증강부(100, 100a)의 기판부(110, 110a) 두께(a)와, 상기 기판부(110, 110a)에서 광학부(230) 말단까지의 거리(b)의 합으로 결정되는 것을 특징으로 하는 라만 신호 증강장치를 이용한 라만 신호 측정 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판부(110, 110a)와 광학부(230) 말단 사이의 거리(b)는, 기판부(110, 110a)의 굴절률(n)과 상기 기판부(110, 110a)의 두께(a)를 곱한 값을, 상기 광학부(230)의 작동거리(c)로부터 뺀 값의 ±20% 이내의 값인 것을 특징으로 라만 신호 증강장치를 이용한 라만 신호 측정 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기판부(110, 110a)와 광학부(230) 말단 사이는 공기 또는 임의의 굴절률을 갖는 접착제가 충전되는 것을 특징으로 하는 라만 신호 증강장치를 이용한 라만 신호 측정 시스템.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 기판부(110a)는 상기 광학부(230)의 작동거리(c)가 금속 나노입자(120)가 설치된 기판부(110a)의 두께보다 작은 경우, 상기 광학부(230)의 작동거리(c)를 확보할 수 있도록 홈부(111)를 형성하여 상기 홈부(111)에 상기 광학부(230)의 말단부 또는 광학부(230)의 일부가 수납되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 라만 신호 증강장치를 이용한 라만 신호 측정 시스템.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 라만 신호 측정부(200)는 입사광이 피검체(A)로 입사되도록 제어하고, 상기 피검체(A)로부터 방사되는 라만광을 검출하여 분석하는 제어부(210);
    상기 제어부(210)의 제어를 통해 플라즈몬의 여기(勵起)를 위한 입사광을 출력하는 광원부(220);
    상기 입사광이 라만 신호 증강부(100, 100a)를 통해 피검체(A)에 입사되도록 하고, 상기 피검체(A)에서 방사되는 라만광을 상기 제어부(210)로 전달하는 광학부(230); 및
    상기 피검체(A)를 고정하는 샘플척(240)을 포함하는 것을 특징으로 하는 라만 신호 증강장치를 이용한 라만 신호 측정 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 라만 신호 측정부(200)는 상기 광학부(230)의 위치를 조절하는 광학 구동부(231)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라만 신호 증강장치를 이용한 라만 신호 측정 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 라만 신호 측정부(200)는 상기 샘플척(240)의 위치를 조절하는 샘플척 구동부(241)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라만 신호 증강장치를 이용한 라만 신호 측정 시스템.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 광학부(230)는 임의의 렌즈 조합으로 이루어진 대물렌즈 형상 또는 GRIN 렌즈를 구비한 프로브 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 라만 신호 증강장치를 이용한 라만 신호 측정 시스템.
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