KR102273587B1 - 이동식 슬릿을 이용한 면역 분석 진단 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 면역 분석 진단 장치에 관한 것으로, 시료 스트립이나 광학 모듈의 별도의 이동 없이 단순히 슬릿부가 형성된 마스크를 배치하고 슬릿부의 위치를 변경함으로써, 검사광의 정확한 조사 및 형광의 정확한 검출이 가능하여 진단 정확도 및 사용 편의성을 향상시킬 수 있고, 특히, 마스크에 형성된 슬릿부를 선택적으로 개폐하는 방식으로 슬릿부의 위치 조절을 마스크 이동 없이 수행함으로써, 검사광의 조사 위치 및 형광 검출을 더욱 정확하게 수행할 수 있고, 복잡한 기계 구동부 없이 구조를 단순화할 수 있어 제작이 용이하고 소형화가 가능한 면역 분석 진단 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 면역 분석 진단 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 시료 스트립이나 광학 모듈의 별도의 이동 없이 단순히 슬릿부가 형성된 마스크를 배치하고 슬릿부의 위치를 변경함으로써, 검사광의 정확한 조사 및 형광의 정확한 검출이 가능하여 진단 정확도 및 사용 편의성을 향상시킬 수 있고, 특히, 마스크에 형성된 슬릿부를 선택적으로 개폐하는 방식으로 슬릿부의 위치 조절을 마스크 이동 없이 수행함으로써, 검사광의 조사 위치 및 형광 검출을 더욱 정확하게 수행할 수 있고, 복잡한 기계 구동부 없이 구조를 단순화할 수 있어 제작이 용이하고 소형화가 가능한 면역 분석 진단 장치에 관한 것이다.
질병 진단에 사용되는 검사 방법은 주로 효소 반응에 의한 발색, 형광 등에 기반을 두고 있으나, 최근 항원과 항체 사이의 면역 반응을 이용한 면역검사(Immunoassay)를 이용하는 방법도 사용되고 있다. 이러한 면역검사 방법은 주로 항체에 방사성 동위 원소나 형광 물질 등으로 표지를 해서 항원의 유무를 판별하고, 방사선이나 형광 등의 세기에 의해 정량화할 수 있는 표지식 바이오센서(biosensor)를 이용한다.
기존의 면역분석법은 항원이나 항체에 방사선 물질, 발광 물질 또는 형광 물질을 표지하여 얻어지는 신호를 측정하는 방법과, 효소의 촉매 반응에 광 표지를 결합한 엘리사(Enzyme Linked Immunosorbent Assay : ELISA), 웨스턴 블로팅(Western blotting) 등과 같은 광학적 측정 방법이 가장 많이 이용되었다. 이러한 방법들은 주로 실험실 위주의 숙련된 연구원에 의해 수행될 수 있는 복잡한 절차가 필요하고, 분석을 위한 장치가 고가의 대형 장치이며, 분석 시간이 오래 소요되는 단점이 있다.
면역 센서의 목적 물질인 항체 등은 전혈(whole blood), 혈청(serum), 소변(urine) 등과 같은 생체시료에서 매우 낮은 농도로 존재하기 때문에, 면역 센서는 여타 물질을 검출하는 바이오센서 기술보다 센서의 검출 한도 면에서 훨씬 뛰어난 고감도의 신호화 기술을 갖추어야 한다. 또한, 항체나 단백항원 등과 단백질은 외부 환경의 변화에 의해 쉽게 구조가 변화되기 때문에, 항원이나 항체의 인식 부위가 변질하여 고유의 생체 인식 기능을 잃어버리기 쉽다. 고체 형태에서 분석을 해야하는 면역 센서의 여건상 이러한 생체물질들의 활성을 유지할 수 있는 생체 물질에 적합한 센서 표면의 제작, 검출 한계를 높일 수 있는 생체물질의 고정화 기술, 그리고 생체 인식반응을 정량화된 신호로 전환하는 측정 방법의 확보가 필요하다.
면역분석용 신속 진단 검사 키트(rapid diagnostic test kit for immunoassay)는 혈액, 소변, 타액 등과 같은 생체시료를 이용하여 진단검사가 가능한 현장검사(point-of-care)를 위한 검사 도구이다. 이러한 신속 진단 검사 키트의 예로서 임신 진단 키트, 에이즈 진단 키트 등이 있다.
이러한 진단 장치는 진단을 위해 소정의 생체물질(단백질 또는 DNA 등)을 검출할 수 있는 방법을 확립해야 한다. 종래의 생체물질의 검출 방법으로 유기 염료 등을 이용하는 형광 표지 방법이 알려져 왔다. 형광 표지는 종류에 따라 다양한 색을 발광하여 목적 생체물질에 대한 검출 수단을 제공한다.
이러한 면역 분석 진단 장치는 생체 시료를 모세관 현상을 통해 흡착 공급할 수 있는 시료 스트립을 이용하게 되는데, 시료 스트립에는 별도의 반응 물질이 각각 도포되는 복수개의 반응 영역이 각각 형성된다. 복수개의 반응 영역에서는 각각의 반응 물질이 특정 질환을 갖는 생체 시료와 결합하여 형광 반응 복합체를 형성하는데, 이러한 형광 반응 복합체는 빛이 조사되는 경우 형광을 발생시키게 된다. 따라서, 시료 스트립을 장치 내에 삽입한 후, 광원으로부터 시료 스트립에 검사광을 조사하고, 시료 스트립의 반응 영역으로부터 발생하는 형광을 광학계를 통해 검출함으로써, 생체 시료에 대한 특정 질환을 진단할 수 있다.
이와 같은 방식으로 특정 질환을 진단하기 위해서는 시료 스트립으로부터 발생하는 형광을 정확하게 검출할 수 있어야 하고, 형광 발생 영역이 어느 영역인지를 파악해야 한다. 형광 발생 영역을 정확하게 파악하기 위해 일반적으로 시료 스트립이나 또는 광학계를 기계적으로 이동시켜 시료 스트립의 전체 영역을 스캔하는 방식이 이용되기도 하는데, 이 경우, 기계적 구동부가 필요하므로, 내구성 문제, 정밀도 제한 및 장치의 소형화 제한 등의 문제가 발생한다. 또한, 카메라를 이용하여 시료 스트립의 전체 영역을 2D 촬영하여 이를 분석하는 방식으로 형광 발생 영역의 위치를 정확하게 파악하는 방식이 이용되기도 하는데, 이 경우, 정확도는 향상되지만, 제조 비용이 증가하여 사용 범위가 제한되고 일반적으로 널리 사용되지 못한다는 문제가 있다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 시료 스트립이나 광학 모듈의 별도의 이동 없이 단순히 슬릿부가 형성된 마스크를 배치하고 슬릿부의 위치를 변경함으로써, 검사광의 정확한 조사 및 형광의 정확한 검출이 가능하여 진단 정확도 및 사용 편의성을 향상시킬 수 있는 면역 분석 진단 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 마스크에 형성된 슬릿부를 선택적으로 개폐하는 방식으로 슬릿부의 위치 조절을 마스크 이동 없이 수행함으로써, 검사광의 조사 위치 및 형광 검출을 더욱 정확하게 수행할 수 있고, 복잡한 기계 구동부 없이 구조를 단순화할 수 있어 제작이 용이하고 소형화가 가능한 면역 분석 진단 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 광원부에서 발생하는 검사광의 세기를 별도의 보조 수광 센서를 통해 모니터링하여 검사광의 세기를 일정하게 유지시킴으로써, 시료 스트립에서 발생하는 형광의 세기 변화를 정확하게 인식할 수 있어 진단 정확도를 더욱 향상시킬 수 있는 면역 분석 진단 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 시료가 흡착 공급되도록 형성되며, 공급된 시료와 반응하여 형광 반응 복합체를 형성하도록 별도의 반응 물질이 각각 도포되는 복수개의 반응 영역을 갖는 시료 스트립; 상기 시료 스트립의 형광 반응 복합체로부터 형광이 발생하도록 상기 시료 스트립에 검사광을 조사하는 광학 모듈; 상기 검사광의 조사에 의해 상기 시료 스트립의 형광 반응 복합체로부터 발생하는 형광을 수광 검출하는 메인 수광 센서; 상기 광학 모듈의 검사광을 차단하는 재질로 형성되며, 일부 영역에 상기 검사광이 통과할 수 있는 슬릿부가 형성되어 상기 슬릿부를 통해 상기 시료 스트립에 대한 상기 검사광의 조사 위치를 가이드하는 마스크; 및 상기 슬릿부의 위치를 조절하는 슬릿부 위치 조절 수단을 포함하고, 상기 슬릿부 위치 조절 수단에 의해 상기 슬릿부의 위치를 조절하여 상기 검사광이 상기 시료 스트립의 복수개의 반응 영역에 선택적으로 조사되도록 하는 것을 특징으로 하는 면역 분석 진단 장치를 제공한다.
이때, 상기 슬릿부는 상기 마스크의 일측에 1개 형성되고, 상기 슬릿부 위치 조절 수단은 상기 마스크를 이동시키는 방식으로 상기 슬릿부의 위치를 조절하도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 슬릿부 위치 조절 수단은, 상기 슬릿부를 통과하는 상기 검사광의 광축에 대한 직각 방향으로 상기 마스크를 이동시킬 수 있도록 상기 마스크와 결합되는 작동 부재; 및 상기 마스크가 이동하도록 상기 작동 부재를 작동시키는 마스크 구동부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 슬릿부는 상기 반응 영역과 대응되게 위치하도록 상기 마스크에 복수개 형성되고, 상기 슬릿부 위치 조절 수단은 복수개의 상기 슬릿부를 순차적으로 하나씩 개방하는 방식으로 상기 슬릿부의 위치를 조절하도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 슬릿부 위치 조절 수단은, 복수개의 상기 슬릿부를 선택적으로 폐쇄할 수 있는 차단판; 및 복수개의 상기 슬릿부가 하나씩 순차적으로 개방되도록 상기 차단판을 작동시키는 차단판 구동부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학 모듈은, 상기 검사광을 발생시키는 광원부; 및 상기 광원부에서 발생된 검사광이 통과하며 상기 시료 스트립의 형광 반응 복합체로부터 발생된 형광이 통과하도록 배치되는 렌즈 모듈을 포함하고, 상기 메인 수광 센서는 상기 시료 스트립의 형광 반응 복합체로부터 발생된 형광이 상기 렌즈 모듈을 통과한 이후 수광되도록 배치되고, 상기 마스크는 상기 렌즈 모듈과 상기 시료 스트립 사이 공간, 상기 렌즈 모듈과 상기 메인 수광 센서 사이 공간 및 상기 렌즈 모듈의 복수개 렌즈 사이 공간 중 어느 하나의 공간에 위치하도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 광학 모듈은, 상기 광원부에서 발생된 검사광을 일부 반사하여 상기 시료 스트립을 향해 진행시키는 다이크로익 필터; 및 상기 광원부에서 발생된 검사광 중 상기 다이크로익 필터에 의해 반사되지 않고 상기 다이크로익 필터를 통과한 일부 검사광을 수광 검출하는 보조 수광 센서를 더 포함하고, 상기 광원부는 상기 보조 수광 센서에 의해 검출된 검사광의 세기에 따라 상기 광원부에서 발생하는 검사광의 세기가 조절되도록 별도의 광원 제어부에 의해 동작 제어될 수 있다.
한편, 본 발명은, 시료가 흡착 공급되도록 형성되며, 공급된 시료와 반응하여 형광 반응 복합체를 형성하도록 별도의 반응 물질이 각각 도포되는 복수개의 반응 영역을 갖는 시료 스트립; 상기 시료 스트립의 형광 반응 복합체로부터 형광이 발생하도록 상기 시료 스트립에 검사광을 조사하는 광학 모듈; 상기 검사광의 조사에 의해 상기 시료 스트립의 형광 반응 복합체로부터 발생하는 형광을 수광 검출하는 메인 수광 센서; 빛을 차단하는 재질로 형성되며, 일부 영역에 빛이 통과할 수 있는 슬릿부가 형성되고, 상기 슬릿부를 통해 상기 시료 스트립의 복수개 반응 영역으로부터 발생한 형광의 수광 경로를 가이드하는 마스크; 및 상기 슬릿부의 위치를 조절하는 슬릿부 위치 조절 수단을 포함하고, 상기 슬릿부 위치 조절 수단에 의해 상기 슬릿부의 위치를 조절하여 상기 시료 스트립의 복수개의 반응 영역으로부터 발생한 형광이 선택적으로 상기 메인 수광 센서에 수광되도록 하는 것을 특징으로 하는 면역 분석 진단 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 시료 스트립이나 광학 모듈의 별도의 이동 없이 단순히 슬릿부가 형성된 마스크를 배치하고 슬릿부의 위치를 변경함으로써, 검사광의 정확한 조사 및 형광의 정확한 검출이 가능하여 진단 정확도 및 사용 편의성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 마스크에 형성된 슬릿부를 선택적으로 개폐하는 방식으로 슬릿부의 위치 조절을 마스크 이동 없이 수행함으로써, 검사광의 조사 위치 및 형광 검출을 더욱 정확하게 수행할 수 있고, 복잡한 기계 구동부 없이 구조를 단순화할 수 있어 제작이 용이하고 소형화가 가능하다는 효과가 있다.
또한, 광원부에서 발생하는 검사광의 세기를 별도의 보조 수광 센서를 통해 모니터링하여 검사광의 세기를 일정하게 유지시킴으로써, 시료 스트립에서 발생하는 형광의 세기 변화를 정확하게 인식할 수 있어 진단 정확도를 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 면역 분석 진단 장치의 기본 구조를 개념적으로 도시한 개념도,
도 2는 도 1에 도시된 "A" 부분을 확대 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 면역 분석 진단 장치의 시료 스트립과 마스크의 배치 상태를 개념적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿부 위치 조절 수단을 통해 슬릿부의 위치를 조절하는 상태를 개략적으로 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 슬릿부 위치 조절 수단을 통해 슬릿부의 위치를 조절하는 상태를 개략적으로 도시한 도면,
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 면역 분석 진단 장치의 광학 모듈에 대한 구성을 개념적으로 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크의 다양한 배치 상태를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 "A" 부분을 확대 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 면역 분석 진단 장치의 시료 스트립과 마스크의 배치 상태를 개념적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿부 위치 조절 수단을 통해 슬릿부의 위치를 조절하는 상태를 개략적으로 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 슬릿부 위치 조절 수단을 통해 슬릿부의 위치를 조절하는 상태를 개략적으로 도시한 도면,
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 면역 분석 진단 장치의 광학 모듈에 대한 구성을 개념적으로 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크의 다양한 배치 상태를 예시적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 면역 분석 진단 장치의 기본 구조를 개념적으로 도시한 개념도이고, 도 2는 도 1에 도시된 "A" 부분을 확대 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 면역 분석 진단 장치의 시료 스트립과 마스크의 배치 상태를 개념적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 면역 분석 진단 장치는 별도의 마스크를 이용하여 시료 스트립에서 발생하는 형광을 전체 영역에서 정확하게 검출할 수 있는 장치로서, 시료 스트립(100)과, 광학 모듈(200)과, 메인 수광 센서(700)와, 슬릿부(310)가 형성된 마스크(300)와, 슬릿부 위치 조절 수단(800)을 포함하여 구성된다. 이러한 구성 요소들은 별도의 케이스(400) 내부에 수용되는 형태로 구성될 수 있으며, 시료 스트립(100)은 케이스(400)의 일측에 삽입 및 인출되는 방식으로 교체 가능하게 결합될 수 있다.
시료 스트립(100)은 배경 기술에서 설명한 바와 같이 생체 시료를 모세관 현상을 통해 흡착 공급할 수 있도록 형성되며, 일면에는 별도의 반응 물질이 각각 도포되는 하나 이상의 반응 영역(110)이 각각 형성된다. 복수개의 반응 영역에서는 각각의 반응 물질이 특정 질환을 갖는 생체 시료와 결합하여 형광 반응 복합체를 형성하는데, 이러한 형광 반응 복합체는 빛이 조사되는 경우 형광을 발생시키도록 구성된다.
반응 영역(110)에서 형광 반응 복합체가 형성되는 과정을 살펴보면, 먼저, 시료 스트립(100)은, 생체 시료가 흡착 공급되는 샘플 패드와, 탐지용 반응체가 도포되는 프로브 패드와, 반응 영역이 형성되는 멤브레인과, 생체 시료의 원활한 흡착 이동을 위한 흡착 패드가 시료 스트립(100)의 길이 방향을 따라 순차적으로 배치된다. 생체 시료 내의 특정 질환 인자인 타겟 분석체가 프로브 패드에서 탐지용 반응체와 결합하고, 탐지용 반응체와 타겟 분석체가 결합된 결합체가 멤브레인을 따라 흡착 패드 측으로 전개되며, 이 과정에서 반응 영역(110)에서 반응 물질과 결합하여 형광 반응 복합체를 형성하게 된다.
탐지용 반응체는 형광 입자를 포함하며, 생체물질(예를 들어, DNA 또는 RNA를 포함하는 핵산(nucleic acid), 아미노산(amino acid), 지방(fat), 당단백질(glycoprotein), 항체(antibody), 또는 이들의 조합)에 형광 입자가 결합된 구조로 형성되며, 빛을 받아 형광을 발생시킨다. 이러한 탐지용 반응체는 생체 시료 내에 포함된 감염성 질환 인자들과 특이적으로 결합된다.
이러한 탐지용 반응체는, 기상 응축법(gas phase condensation method), 고주파 플라즈마 화학적 합성법(high frequency plasma chemical synthesis method), 화학 침전법(conventional chemical precipitation), 수열 합성법(hydrothermal synthesis method), 전기적 분산 반응법(electric dispersion re-action method), 연소 합성법(combustive synthesis method), 졸-겔 합성법(sol-gel synthesis method), 열화학 합성법(thermochemical synthesis method), 마이크로플루다이저 공정(microfludizer process), 마이크로에멀션 기술(microemulson technology), 고에너지 기계적 밀링(high energy mechanical milling), 또는 이들의 조합을 통해 형성될 수 있다.
광학 모듈(200)은 시료 스트립(100)의 형광 반응 복합체로부터 형광이 발생하도록 시료 스트립(100)에 검사광(L)을 조사하도록 구성되며, 검사광을 발생시키는 광원부와, 렌즈 모듈 등을 포함하여 구성된다.
메인 수광 센서(700)는 시료 스트립(100)의 형광 반응 복합체로부터 발생하는 형광을 수광하여 검출하도록 구성되며, 형광을 검출할 수 있는 다양한 종류의 센서가 적용될 수 있다. 광학 모듈(200)과 메인 수광 센서(700)에 대한 상세한 설명은 도 6 및 도 7을 중심으로 후술한다.
마스크(300)는 광학 모듈(200)과 시료 스트립(100) 사이에 배치되어 시료 스트립(100)에 대한 검사광의 조사 위치를 가이드하도록 구성된다. 이때, 마스크(300)는 검사광을 차단하는 재질로 형성되며, 검사광(L)이 시료 스트립(100)의 반응 영역(110)에 조사되도록 반응 영역(110)과 대응되는 위치에 검사광이 통과할 수 있는 슬릿부(310)가 형성된다. 즉, 광학 모듈(200)에 의해 조사되는 검사광은 마스크(300)에 형성된 슬릿부(310)를 통해 시료 스트립(100)의 반응 영역(110)에 조사된다.
슬릿부 위치 조절 수단(800)(도 4 및 도 5 참조)은 슬릿부(310)의 위치를 조절하도록 구성되는데, 슬릿부 위치 조절 수단에 의해 슬릿부(310)의 위치를 조절함으로써, 검사광(L)이 시료 스트립(100)의 복수개의 반응 영역(110)에 선택적으로 조사되도록 할 수 있다. 이러한 슬릿부 위치 조절 수단은 다양한 방식으로 구성될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 도 4 및 도 5를 중심으로 후술한다.
마스크(100)에는 검사광(L)이 통과하는 슬릿부(310)가 1개 형성되고, 시료 스트립(100)에는 복수개의 반응 영역(110)이 형성되므로, 시료 스트립(100)의 복수개 반응 영역(110)에 검사광(L)을 조사하기 위해서는 마스크(100)에 형성된 슬릿부(310)의 형성 위치를 조절할 수 있어야 한다. 본 발명의 일 실시예에서는 별도의 슬릿부 위치 조절 수단을 통해 슬릿부(310)의 위치를 조절함으로써, 슬릿부(310)를 통과하는 검사광(L)이 시료 스트립(100)의 복수개 반응 영역(110)에 순차적으로 모두 조사되도록 구성된다.
시료 스트립(100)의 반응 영역(110)에 검사광이 조사되면, 반응 영역(110)에 형성된 형광 반응 복합체로부터 형광이 발생하게 되는데, 이때, 마스크(300)의 슬릿부(310)는 시료 스트립(100)의 형광 반응 복합체로부터 발생하는 형광(R)이 슬릿부(310)를 통해 메인 수광 센서(700)에 입사하여 검출되도록 형성된다.
이때, 마스크(300)는 광학 모듈(200)의 검사광이 슬릿부(310) 이외의 영역을 통해 시료 스트립(100)에 조사되지 않도록 형성되며, 마찬가지로 형광 반응 복합체로부터 발생하는 형광(R)이 슬릿부(310) 이외의 영역을 통해 메인 수광 센서(700)로 입사하지 않도록 형성된다.
이러한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 면역 분석 진단 장치는 슬릿부(310)가 형성된 별도의 마스크(300)를 이용하여 광학 모듈(200)의 검사광(L)이 슬릿부(310)를 통해 시료 스트립(100)의 반응 영역(110)에 선택적으로 조사되도록 하고, 이에 따라 검사광이 조사된 반응 영역(110)의 형광 반응 복합체로부터 형광(R)이 발생하고, 이때, 발생한 형광(R)은 마스크(300)의 슬릿부(310)를 통해 메인 수광 센서(700)로 입사하여 검출되도록 구성된다. 이때, 슬릿부(310)의 위치를 조절함으로써, 검사광이 복수개의 반응 영역(110)에 순차적으로 모두 조사되도록 할 수 있고, 복수개의 반응 영역(110)에 형성된 형광 반응 복합체로부터 발생된 형광(R)이 해당 위치의 슬릿부(310)를 통해 순차적으로 메인 수광 센서(700)로 입사되어 검출될 수 있다.
따라서, 시료 스트립(100)이나 광학 모듈(200)에 대한 별도의 이동 없이 마스크(300)의 슬릿부(310)에 대한 위치 조절을 통해 시료 스트립(100)의 복수개의 반응 영역(110)에 검사광을 모두 동시에 조사할 수 있고, 생체 시료에 특정 질환이 있는 경우, 각 반응 영역(110)에서 발생한 형광을 검출하여 특정 질환을 진단할 수 있다. 특히, 시료 스트립(100)이나 광학 모듈(200)에 대한 이동이 없이 마스크(300)의 슬릿부(310)에 대한 위치 조절만으로 시료 스트립(100)의 복수개 반응 영역(110)에 대한 형광 검출이 가능하므로, 진단 정확성 및 사용 편의성을 향상시킬 수 있고, 구조의 단순화를 통해 제작 용이성 및 소형화가 가능한 장점이 있다.
한편, 도 1 내지 도 3에서는 광학 모듈(200)과 시료 스트립(100) 사이에 마스크(300)가 배치되는 것으로 도시되는바, 이를 기준으로 설명하면, 마스크(300)의 슬릿부(310)와 시료 스트립(100)의 반응 영역(110)은 서로 대응되는 위치에 형성된다. 예를 들면, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 슬릿부(310)의 중심과 반응 영역(110)의 중심을 연결한 가상의 직선(C)이 광학 모듈(200)로부터 조사되는 검사광의 광축(I)과 평행하게 위치하도록 배치될 수 있다. 즉, 슬릿부(310)와 반응 영역(110)이 검사광(L)의 광축(I) 방향을 따라 일렬 배치되도록 구성될 수 있으며, 이를 통해 검사광(L)이 슬릿부(310)를 통과하여 반응 영역(110)에 조사됨과 동시에 반응 영역(110)에서 발생한 형광(R)이 슬릿부(310)를 통과하여 광학 모듈(200)에 입사될 수 있다.
이때, 마스크(300)의 슬릿부(310) 영역의 면적이 시료 스트립(100)의 반응 영역(110)의 면적보다 더 크거나 같게 형성될 수 있으며, 슬릿부(310)와 반응 영역(110)은 동일한 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
예를 들면, 슬릿부(310)와 반응 영역(110)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 일방향으로 길고 폭이 좁은 형태의 직사각형 형상으로 형성될 수 있으며, 슬릿부(310)의 길이(L2)가 반응 영역(110)의 길이(L1)보다 더 크거나 같게 형성되고, 슬릿부(310)의 폭(W2)이 반응 영역(110)의 폭(W1)보다 더 크거나 같게 형성될 수 있다.
다음으로, 마스크(300)의 슬릿부(310) 형성 위치를 조절하는 슬릿부 위치 조절 수단(800)의 구성에 대해 좀더 자세히 살펴본다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿부 위치 조절 수단을 통해 슬릿부의 위치를 조절하는 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 슬릿부 위치 조절 수단을 통해 슬릿부의 위치를 조절하는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
슬릿부 위치 조절 수단(800)은 검사광(L)이 시료 스트립(100)의 복수개 반응 영역(110)에 선택적으로 조사되도록 슬릿부(310)의 위치를 조절하는데, 먼저, 도 4에 도시된 바와 같이 슬릿부(310)가 마스크(300)에 1개 형성되고, 슬릿부 위치 조절 수단(800)은 마스크(300)를 이동시키는 방식으로 슬릿부(310)의 위치를 조절하도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 슬릿부(310)를 통과하는 검사광(L)의 광축에 대한 직각 방향으로 마스크(300)를 이동시킬 수 있도록 마스크(300)와 결합되는 작동 부재(810)와, 마스크(300)가 이동하도록 작동 부재(810)를 작동시키는 마스크 구동부(820)를 포함하는 형태로 구성될 수 있다. 이때, 작동 부재(810)는 외주면에 나사산이 형성된 봉 형태로 형성되어 마스크(300)와 나사 결합될 수 있고, 마스크 구동부(820)가 작동 부재(810)를 회전시킴으로써 마스크(300)가 이동하도록 구성될 수 있다. 이는 예시적인 것으로, 마스크(300)를 직선 이동시키는 다양한 기계 요소를 통해 다양한 방식으로 변경 가능하다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 슬릿부(310)는 시료 스트립(100)의 반응 영역(110)과 대응되게 위치하도록 마스크(300)에 복수개 형성되고, 슬릿부 위치 조절 수단(800)은 복수개의 슬릿부(310)를 순차적으로 하나씩 개방하는 방식으로 슬릿부(310)의 위치를 조절하도록 구성될 수 있다. 이는 마스크(300)를 직접적으로 이동시키지 않고 단순히 슬릿부(310)에 대한 개폐 작동만으로 슬릿부(310)의 위치를 조절할 수 있어 광 경로를 더욱 정확하게 가이드할 수 있어 더욱 정확한 진단이 가능하다.
이러한 슬릿부 위치 조절 수단(800)은, 예를 들면, 복수개의 슬릿부(310)를 선택적으로 폐쇄할 수 있는 차단판(830)과, 복수개의 슬릿부(310) 중 어느 하나의 슬릿부(310)가 선택적으로 개방되도록 차단판(830)을 작동시키는 차단판 구동부(840)를 포함하여 구성될 수 있다. 이는 예시적인 것으로, 이외에도 관통홀이 형성된 하나의 차단판을 구비하고, 관통홀 위치가 복수개 슬릿부(310) 중 어느 하나에 대응되게 위치하도록 차단판을 구동부를 통해 이동시키는 방식으로 구성될 수도 있는 등 다양하게 변경 가능하다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이 시료 스트립(100), 광학 모듈(200), 메인 수광 센서(700) 및 마스크(300)는 별도의 케이스(400) 내부에 수용되는 형태로 구성될 수 있으며, 시료 스트립(100)은 별도의 키트 케이스(미도시) 내부에 삽입된 형태로 키트 단위로 케이스(400)에 삽입 및 인출 가능하게 결합된다. 생체 시료가 시료 스트립(100)에 흡착 공급된 상태로 케이스(400)에 삽입되고, 이 상태에서 광학 모듈(200)로부터 검사광이 마스크(300)의 슬릿부(310)를 통해 시료 스트립(100)의 반응 영역(110)에 조사되고, 시료 스트립(100)의 반응 영역(110)에서는 생체 시료에 특정 질환이 있는 경우, 형광 반응 복합체가 형성되어 형광을 발생하게 된다. 발생된 형광은 마스크(300)의 슬릿부(310)를 통해 메인 수광 센서(700)로 입사된다. 이러한 방식으로 시료 스트립(100)이 키트 단위로 케이스(400)에 삽입된 상태에서 시료 스트립(100)에 흡착된 검사 대상 생체 시료에 특정 질환이 있는지 진단하게 된다.
이때, 시료 스트립(100)은 진단하고자 하는 특정 질환의 종류에 따라 반응 영역(110)의 위치 또는 개수가 다른 종류가 사용될 수 있는데, 이와 같이 사용되는 시료 스트립(100)의 종류가 달라지면, 이에 대응하여 슬릿부(310)의 형성 위치를 조절하는 구성 또한 달라질 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 면역 분석 진단 장치의 광학 모듈에 대한 구성을 개념적으로 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크의 다양한 배치 상태를 예시적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 모듈(200)은, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 검사광을 발생시키는 광원부(210)와, 광원부(210)에서 발생된 검사광(L)이 통과하며 시료 스트립(100)의 형광 반응 복합체로부터 발생된 형광(R)이 통과하도록 배치되는 렌즈 모듈(250)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 메인 수광 센서(700)는 시료 스트립(100)의 형광 반응 복합체로부터 발생된 형광이 렌즈 모듈(250)을 통과한 이후 수광되도록 배치된다.
또한, 광학 모듈(200)은, 광원부(210)에서 발생된 검사광을 일부 반사하여 시료 스트립(100)을 향해 진행시키는 다이크로익 필터(220)와, 다이크로익 필터(220)를 사이에 두고 광원부(210)와 대향되게 배치되며 광원부(210)에서 발생하여 다이크로익 필터(220)에 의해 반사되지 않고 다이크로익 필터(220)를 통과한 일부 검사광을 수광하여 검출하는 보조 수광 센서(240)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 광원부(210)는 시료 스트립(100)의 반응 영역(110)으로부터 형광이 발생하도록 자외선을 발생시키는 UV LED가 사용될 수 있다.
도 6 및 도 7에서 마스크(300)는 렌즈 모듈(250)을 통과한 검사광이 슬릿부(310)를 통해 시료 스트립(100)에 조사되도록 렌즈 모듈(250)과 시료 스트립(100) 사이에 배치되는 것으로 도시되지만, 도 8에 도시된 바와 같이 마스크(300)는 렌즈 모듈(250)과 시료 스트립(100) 사이 공간, 렌즈 모듈(250)과 메인 수광 센서(700) 사이 공간 및 렌즈 모듈(250)의 복수개 렌즈 사이 공간 중 어느 하나의 공간에 위치하도록 배치될 수 있다.
렌즈 모듈(250)은 복수개의 다양한 렌즈들로 구성될 수 있는데, 예를 들면, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 광원부(210), 메인 수광 센서(700) 및 보조 수광 센서(240)의 전방에 광을 집광하거나 평행광으로 변환시킬 수 있는 다양한 렌즈 들이 배치될 수 있다. 또한, 광원부(210)와 메인 수광 센서(700)의 전방에는 이외에도 특정 파장대의 광을 필터링할 수 있는 대역 필터(260)가 배치될 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 광원부(210)의 동작 상태를 제어할 수 있는 광원 제어부(미도시)가 구비될 수 있는데, 광원부(210)는 보조 수광 센서(240)에 의해 검출된 검사광의 세기에 따라 광원부(210)에서 발생하는 검사광의 세기가 조절되도록 광원 제어부에 의해 동작 제어될 수 있다.
이와 같이 보조 수광 센서(240)에 의해 광원부(210)에서 발생하는 검사광의 세기가 조절됨으로써, 광원부(210)에서 시료 스트립(100)으로 조사되는 검사광의 세기를 일정하게 유지시킬 수 있고, 이에 따라 시료 스트립(100)에서 발생하는 형광의 세기 또한 일정하게 유지시킬 수 있으므로, 메인 수광 센서(700)에 의해 검출되는 형광 검출량의 기준치를 정확하게 설정할 수 있어 형광 검출량의 변화를 쉽게 인식할 수 있고, 이에 따라 특정 질환에 대한 진단 정확도를 향상시킬 수 있다.
광원부(210)에서 발생한 검사광은 도 6에 도시된 바와 같이 다이크로익 필터(220)를 통해 일부는 반사되어 마스크(300)의 슬릿부(310)를 통과하여 시료 스트립(100)의 반사 영역(110)에 조사되고, 검사광의 일부는 다이크로익 필터(220)를 통과하여 보조 수광 센서(240)에 수광되어 검출된다. 광원부(210)에서 발생한 검사광의 세기는 보조 수광 센서(240)에 의해 수광되는 검사광의 세기에 따라 광학 제어부에 의해 일정하게 유지된다. 시료 스트립(100)의 반사 영역(110)에서 발생한 형광은 도 7에 도시된 바와 같이 마스크(300)의 슬릿부(310)를 통과하여 광학 모듈(200)로 입사되는데, 입사 형광 중 일부는 다이크로익 필터(220)를 통과하여 메인 수광 센서(700)로 수광되어 검출된다. 메인 수광 센서(700)에 의해 수광된 형광의 검출 여부를 통해 특정 질환에 대해 진단할 수 있다.
한편, 이상에서는 광원부(210)의 검사광이 마스크(300)의 슬릿부(310)를 통과하여 시료 스트립(100)의 반응 영역에 조사되는 것으로 설명하였으나, 이와 달리 광원부(210)의 검사광이 마스크(300)의 슬릿부(310)를 통과하지 않고 시료 스트립(100)의 반응 영역에 조사되도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 시료 스트립(100)의 반응 영역으로부터 발생되는 형광은 전술한 바와 마찬가지 방식으로 마스크(300)의 슬릿부(310)를 통과하여 메인 수광 센서(700)에 수광되도록 구성된다. 이때, 슬릿부(310)의 위치를 조절함으로써, 시료 스트립(100)의 복수개 반응 영역으로부터 각각 발생되는 형광이 순차적으로 메인 수광 센서(700)에 수광된다.
즉, 광원부(210)의 검사광은 마스크(300)의 슬릿부(310)를 통해 그 조사 위치가 반드시 가이드될 필요가 없으며, 단순히 시료 스트립(100)의 전체 영역에 조사되도록 할 수 있고, 시료 스트립(100)의 복수개 반응 영역에서 각각 발생하는 형광이 슬릿부(310)를 통해 순차적으로 메인 수광 센서(700)에 수광되도록 함으로써, 전술한 바와 마찬가지로 복수개 반응 영역에 대한 형광을 정확하게 검출할 수 있다.
이와 같이 광원부(210)의 검사광이 마스크(300)의 슬릿부(310)를 통과하지 않고 직접 시료 스트립(100)에 조사되도록 함으로써, 광원부(210)에 대한 배치 자유도가 더욱 증가하므로, 광학계에 대한 설계 및 제작이 용이하다. 예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이 광원부(210)를 렌즈 모듈(250), 메인 수광 센서(700) 및 마스크(300) 등의 배치 상태와 무관하게 별도 위치에 자유롭게 배치시킬 수 있다. 물론, 이 경우에도 광원부(210)의 검사광이 시료 스트립(100)의 복수개 반응 영역에 모두 조사되도록 배치되어야 하는 것은 당연하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 시료 스트립
110: 반응 영역
200: 광학 모듈
210: 광원부 220: 다이크로익 필터
240: 보조 수광 센서 250: 렌즈 모듈
300: 마스크
310: 슬릿부
400: 케이스
700: 메인 수광 센서
800: 슬릿부 위치 조절 수단
110: 반응 영역
200: 광학 모듈
210: 광원부 220: 다이크로익 필터
240: 보조 수광 센서 250: 렌즈 모듈
300: 마스크
310: 슬릿부
400: 케이스
700: 메인 수광 센서
800: 슬릿부 위치 조절 수단
Claims (8)
- 시료가 흡착 공급되도록 형성되며, 공급된 시료와 반응하여 형광 반응 복합체를 형성하도록 별도의 반응 물질이 각각 도포되는 복수개의 반응 영역을 갖는 시료 스트립;
상기 시료 스트립의 형광 반응 복합체로부터 형광이 발생하도록 상기 시료 스트립에 검사광을 조사하는 광학 모듈;
상기 검사광의 조사에 의해 상기 시료 스트립의 형광 반응 복합체로부터 발생하는 형광을 수광 검출하는 메인 수광 센서;
상기 광학 모듈의 검사광을 차단하는 재질로 형성되며, 일부 영역에 상기 검사광이 통과할 수 있는 복수의 슬릿부가 형성되어 상기 슬릿부를 통해 상기 시료 스트립에 대한 상기 검사광의 조사 위치를 가이드하는 마스크;
복수개의 상기 슬릿부를 선택적으로 폐쇄할 수 있는 차단판과, 복수개의 상기 슬릿부가 하나씩 순차적으로 개방되도록 상기 차단판을 작동시키는 차단판 구동부를 구비하는 슬릿부 위치 조절 수단;
상기 광학 모듈과, 상기 메인 수광 센서와, 상기 마스크와, 상기 슬릿부 위치 조절 수단을 수용하는 케이스;를 포함하고,
상기 시료 스트립은 상기 케이스의 일측에 삽입 및 인출되는 방식으로 상기 케이스에 교체 가능하게 결합되고,
상기 광학 모듈은
상기 검사광을 발생시키는 광원부;
상기 광원부에서 발생된 검사광이 통과하며 상기 시료 스트립의 형광 반응 복합체로부터 발생된 형광이 통과하도록 배치되는 렌즈 모듈;
상기 광원부에서 발생된 검사광을 일부 반사하여 상기 시료 스트립을 향해 진행시키는 다이크로익 필터; 및
상기 광원부에서 발생된 검사광 중 상기 다이크로익 필터에 의해 반사되지 않고 상기 다이크로익 필터를 통과한 일부 검사광을 수광 검출하는 보조 수광 센서를 포함하고,
상기 시료 스트립은 상기 광원부에서 발생된 검사광 중 상기 다이크로익 필터에 의해 반사되는 검사광이 조사되도록 상기 다이크로익 필터의 하측에 배치되고,
상기 메인 수광 센서는 상기 시료 스트립의 형광 반응 복합체로부터 발생된 형광 중 상기 다이크로익 필터에 의해 반사되지 않고 상기 다이크로익 필터를 통과한 형광이 상기 렌즈 모듈을 통과한 이후 수광되도록 상기 다이크로익 필터의 상측에 배치되며,
상기 광원부는 상기 보조 수광 센서에 의해 검출된 검사광의 세기에 따라 상기 광원부에서 발생하는 검사광의 세기가 조절되도록 별도의 광원 제어부에 의해 동작 제어되고,
상기 슬릿부 위치 조절 수단에 의해 상기 슬릿부의 위치를 조절하여 상기 검사광이 상기 시료 스트립의 복수개의 반응 영역에 선택적으로 조사되도록 하는 것을 특징으로 하는 면역 분석 진단 장치.
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- 제 1 항에 있어서,
상기 마스크는 상기 렌즈 모듈과 상기 시료 스트립 사이 공간, 상기 렌즈 모듈과 상기 메인 수광 센서 사이 공간 및 상기 렌즈 모듈의 복수개 렌즈 사이 공간 중 어느 하나의 공간에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 면역 분석 진단 장치.
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- 시료가 흡착 공급되도록 형성되며, 공급된 시료와 반응하여 형광 반응 복합체를 형성하도록 별도의 반응 물질이 각각 도포되는 복수개의 반응 영역을 갖는 시료 스트립;
상기 시료 스트립의 형광 반응 복합체로부터 형광이 발생하도록 상기 시료 스트립에 검사광을 조사하는 광학 모듈;
상기 검사광의 조사에 의해 상기 시료 스트립의 형광 반응 복합체로부터 발생하는 형광을 수광 검출하는 메인 수광 센서;
빛을 차단하는 재질로 형성되며, 일부 영역에 빛이 통과할 수 있는 복수의 슬릿부가 형성되어 상기 슬릿부를 통해 상기 시료 스트립의 복수개 반응 영역으로부터 발생한 형광의 수광 경로를 가이드하는 마스크;
복수개의 상기 슬릿부를 선택적으로 폐쇄할 수 있는 차단판과, 복수개의 상기 슬릿부가 하나씩 순차적으로 개방되도록 상기 차단판을 작동시키는 차단판 구동부를 구비하는 슬릿부 위치 조절 수단;
상기 광학 모듈과, 상기 메인 수광 센서와, 상기 마스크와, 상기 슬릿부 위치 조절 수단을 수용하는 케이스;를 포함하고,
상기 시료 스트립은 상기 케이스의 일측에 삽입 및 인출되는 방식으로 상기 케이스에 교체 가능하게 결합되고,
상기 광학 모듈은
상기 검사광을 발생시키는 광원부;
상기 광원부에서 발생된 검사광이 통과하며 상기 시료 스트립의 형광 반응 복합체로부터 발생된 형광이 통과하도록 배치되는 렌즈 모듈;
상기 광원부에서 발생된 검사광을 일부 반사하여 상기 시료 스트립을 향해 진행시키는 다이크로익 필터; 및
상기 광원부에서 발생된 검사광 중 상기 다이크로익 필터에 의해 반사되지 않고 상기 다이크로익 필터를 통과한 일부 검사광을 수광 검출하는 보조 수광 센서를 포함하고,
상기 시료 스트립은 상기 광원부에서 발생된 검사광 중 상기 다이크로익 필터에 의해 반사되는 검사광이 조사되도록 상기 다이크로익 필터의 하측에 배치되고,
상기 메인 수광 센서는 상기 시료 스트립의 형광 반응 복합체로부터 발생된 형광 중 상기 다이크로익 필터에 의해 반사되지 않고 상기 다이크로익 필터를 통과한 형광이 상기 렌즈 모듈을 통과한 이후 수광되도록 상기 다이크로익 필터의 상측에 배치되며,
상기 광원부는 상기 보조 수광 센서에 의해 검출된 검사광의 세기에 따라 상기 광원부에서 발생하는 검사광의 세기가 조절되도록 별도의 광원 제어부에 의해 동작 제어되고,
상기 슬릿부 위치 조절 수단에 의해 상기 슬릿부의 위치를 조절하여 상기 시료 스트립의 복수개의 반응 영역으로부터 발생한 형광이 선택적으로 상기 메인 수광 센서에 수광되도록 하는 것을 특징으로 하는 면역 분석 진단 장치.
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| KR101911440B1 (ko) * | 2012-11-12 | 2018-10-24 | 삼성전자주식회사 | 액체-액체 계면 형상에 대한 측정 방법, 측정 장치 및 이를 채용한 미세 유체 방식의 가변 광학 소자 |
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