KR102472080B1 - Portable fiber optics localized surface plasmon resonance measuring apparatus for ultra precise measurement - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초정밀 측정을 위한 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 초정밀 측정을 위한 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치에 있어서, 측정대상이 되는 샘플 또는 완충용액이 포함된 센서 카트리지와 커넥터를 통해 결합되는 결합부, 내부의 광섬유를 통해 상기 센서 카트리지의 내부로 레이저를 조사하는 레이저부, 센서 카트리지의 내부로부터 반사하는 반사광의 세기를 측정하여, 디지털 형태의 전압으로 변환하는 반사광 측정부, 반사광 측정부에서 측정되는 반사광 세기가 레이저부에서 측정된 반사광의 세기보다 3배 높은 비율이 되도록 반사광의 세기를 조절하는 반사광 조절부, 그리고 측정된 전압 값의 변화율에 따라 해당 샘플의 감염 상태를 양성 또는 음성으로 판단하는 분석부를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 휴대용 FO-LSPR 측정 장치는 휴대가 가능하도록 소형화로 구현됨으로써, 사용자는 지정된 장소 이외에서도 용이하게 감염 여부를 검사할 수 있다. 또한, 레이저는 최대 출력 값 대비 10~20%에 해당되는 크기로 출력해도 정확한 진단이 가능하므로, 소비 전력를 최소화할 수 있다. 또한, 센서 카트리지로부터 반사되는 반사광의 세기를 미세 단위로 조절 및 분석함으로써, 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a portable optical fiber localized surface plasmon resonance measurement device for ultra-precision measurement. According to the present invention, in the portable fiber optic localized surface plasmon resonance measuring device for ultra-precision measurement, a sensor cartridge containing a sample to be measured or a buffer solution is coupled to a coupling part through a connector, and the sensor cartridge through an internal optical fiber. A laser unit that irradiates a laser into the inside of the sensor cartridge, a reflected light measuring unit that measures the intensity of the reflected light reflected from the inside of the sensor cartridge and converts it into a digital voltage, and the reflected light intensity measured by the reflected light measuring unit measures the reflected light intensity measured by the laser unit. It includes a reflected light control unit that adjusts the intensity of the reflected light so that the ratio is three times higher than the intensity of the reflected light, and an analysis unit that determines the infection status of the sample as positive or negative according to the change rate of the measured voltage value.
As described above, according to the present invention, the portable FO-LSPR measuring device is miniaturized so that it can be carried, so that the user can easily check for infection even outside the designated place. In addition, since accurate diagnosis is possible even when the laser is output at a size corresponding to 10 to 20% of the maximum output value, power consumption can be minimized. In addition, by adjusting and analyzing the intensity of the reflected light reflected from the sensor cartridge in a microscopic unit, measurement accuracy may be improved.
Description
본 발명은 초정밀 측정을 위한 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광섬유를 통해 센서 카트리지의 내부로부터 반사되는 레이저를 정밀하게 측정하여 샘플의 감염 상태 여부를 판단하는 초정밀 측정을 위한 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a portable fiber optic localized surface plasmon resonance measuring device for ultra-precise measurement, and more particularly, ultra-precision measurement for determining whether or not a sample is infected by precisely measuring laser reflected from the inside of a sensor cartridge through an optical fiber. It relates to a portable optical fiber localized surface plasmon resonance measurement device for
분자 생물학 및 생화학의 발전에 따라, 생체 물질의 화학적 작용에 근거한 생명 현상의 해석을 위하여 생체 물질의 검출 및 분석을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. BACKGROUND ART With the development of molecular biology and biochemistry, research for the detection and analysis of biological materials is being actively conducted for the interpretation of life phenomena based on chemical actions of biological materials.
특히, 생체 물질을 측정하는데 분광학적 기법을 적용하는 라만 산란법 중 한 분야인 표면 증강 라만 산란법(Surface Enhanced Raman Scattering; 이하 SERS라 한다.)과 표면 플라즈몬 공명법 중의 하나인 광섬유 국소화 표면 플라즈몬 공명법(Fiber Optics Localized Surface Plasmon Resonance)이 주목을 받고 있으며, 이러한 기법을 기반으로 생체 물질의 검출하는 바이오 및 의료 분야에서 점차 폭넓게 응용되고 있다. In particular, Surface Enhanced Raman Scattering (hereinafter referred to as SERS), one of the Raman scattering methods that apply spectroscopic techniques to measuring biological materials, and fiber localized surface plasmon resonance, one of the surface plasmon resonance methods. (Fiber Optics Localized Surface Plasmon Resonance) is attracting attention, and based on this technique, detection of biological materials is gradually being widely applied in the bio and medical fields.
다만, 현재 유전자 진단에 사용되는 대부분의 진단기는 대부분 검사실용으로 휴대용으로 사용하기에는 편의성, 소비전력 및 크기가 적절하지 않아 현장검사에 한계가 있다.However, most diagnostic devices currently used for genetic diagnosis are mostly for laboratory use, and are not suitable for portable use, such as convenience, power consumption, and size, and thus have limitations in on-site inspection.
예를 들면 최근의 감염질환인 COVID-19의 경우에는 가장 확실하고 널리 사용되는 기법인 PCR 분석의 경우 시료를 채취하는 장소와 검사하는 장소가 분리되어 있을 뿐 아니라 소요 시간도 6시간 정도의 장시간이 소요되는 실정이다. 물론 신속 항원 검사 키트가 있으나 이것은 민감도와 특이도가 떨어져 사용하는 데에는 한계가 있다는 문제점이 있다. For example, in the case of COVID-19, a recent infectious disease, in the case of PCR analysis, which is the most reliable and widely used technique, not only is the place where the sample is collected and the place where it is tested are separated, but the time required is about 6 hours. situation is required. Of course, there is a rapid antigen test kit, but it has a problem in that it has limitations in its use because of its low sensitivity and specificity.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 국내공개특허 제10-2013-0102874호 (2013.09.23 공개)에 개시되어 있다.The background technology of the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2013-0102874 (published on September 23, 2013).
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광섬유를 통해 센서 카트리지의 내부로부터 반사되는 레이저를 정밀하게 측정하여 샘플의 감염 상태 여부를 판단하는 초정밀 측정을 위한 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치에 관한 것이다.A technical problem to be achieved by the present invention relates to a portable optical fiber localized surface plasmon resonance measuring device for ultra-precise measurement that accurately measures laser reflected from the inside of a sensor cartridge through an optical fiber to determine whether or not a sample is infected.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 초정밀 측정을 위한 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치에 있어서, 측정대상이 되는 샘플 또는 완충용액이 포함된 센서 카트리지와 커넥터를 통해 결합되는 결합부, 내부의 광섬유를 통해 상기 센서 카트리지의 내부로 레이저를 조사하는 레이저부, 상기 센서 카트리지의 내부로부터 반사하는 반사광의 세기를 측정하여, 디지털 형태의 전압으로 변환하는 반사광 측정부, 상기 반사광 측정부에서 측정되는 반사광 세기가 상기 레이저부에서 측정된 반사광의 세기보다 3배 높은 비율이 되도록 반사광의 세기를 조절하는 반사광 조절부, 그리고 상기 측정된 전압 값의 변화율에 따라 해당 샘플의 감염 상태를 양성 또는 음성으로 판단하는 분석부를 포함한다. According to an embodiment of the present invention for achieving this technical problem, in a portable fiber optic localized surface plasmon resonance measuring device for ultra-precision measurement, a sensor cartridge containing a sample or buffer solution to be measured and a coupling part coupled through a connector , a laser unit for radiating a laser into the sensor cartridge through an internal optical fiber, a reflected light measurement unit that measures the intensity of reflected light reflected from the inside of the sensor cartridge and converts it into a digital voltage, and the reflected light measurement unit A reflected light control unit that adjusts the intensity of the reflected light so that the measured reflected light intensity is three times higher than the reflected light intensity measured by the laser unit, and the infection status of the sample is positive or negative according to the rate of change of the measured voltage value. It includes an analysis unit that judges as
상기 양성 또는 음성으로 판단된 결과를 화면 상에 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다. It may further include a display unit for displaying the positive or negative result on a screen.
상기 센서 카트리지는, 내부에 상기 샘플과 항원항체 반응을 수행하기 위한 항체가 부착되며, 상기 샘플이 인렛을 통해 주입되면, 중앙의 홈으로 이동된 샘플이 기 부착된 항체와 항원항체 반응을 진행하도록 하고, 상기 완충용액이 인렛을 통해 주입되면, 상기 샘플 중 일부와 상기 완충용액을 아웃렛을 통해 배출시키도록 할 수 있다. The sensor cartridge has an antibody for carrying out an antigen-antibody reaction with the sample attached therein, and when the sample is injected through the inlet, the sample moved to the central groove proceeds with the antibody-antigen reaction with the previously attached antibody. And, when the buffer solution is injected through the inlet, a portion of the sample and the buffer solution may be discharged through the outlet.
상기 센서 카트리지는 탈부착형으로 형성될 수 있다. The sensor cartridge may be detachable.
상기 샘플은, 측정 대상자의 비말, 타액, 점액, 혈액 및 소변 중에서 적어도 하나를 포함하며, 항체는, 코로나, 말라리아, 뎅기열, 성병 및 매독 중에서 적어도 하나의 감염질환을 검사하기 위한 항체일 수 있다. The sample includes at least one of droplets, saliva, mucus, blood and urine of the subject to be measured, and the antibody may be an antibody for examining at least one infectious disease among corona, malaria, dengue fever, sexually transmitted diseases and syphilis.
상기 레이저부는, 최대 출력 값 대비 허용치가 10% 내지 20% 사이의 크기를 가지는 레이저를 출력할 수 있다. The laser unit may output a laser having a size between 10% and 20% of an allowable value compared to a maximum output value.
상기 광섬유는, 상기 센서 카트리지의 내부까지 레이저를 입사시키기 위한 입사 경로와 상기 센서 카트리지의 내부로부터 반사된 반사광이 출력하기 위한 반사 경로가 분리된 2x1 광섬유 커플러(Optical Fiber Coupler) 형태로 구현될 수 있다. The optical fiber may be implemented in the form of a 2x1 optical fiber coupler in which an incident path for injecting laser into the sensor cartridge and a reflection path for outputting reflected light reflected from the inside of the sensor cartridge are separated. .
상기 광섬유가 서로 꼬이지 않도록 하는 광섬유 카트리지를 더 포함할 수 있다. An optical fiber cartridge that prevents the optical fibers from being twisted with each other may be further included.
상기 반사광 측정부는, 0.01mV 단위의 정밀도로 반사광을 측정할 수 있다. The reflected light measuring unit may measure the reflected light with an accuracy of 0.01 mV.
초기에 상기 센서 카트리지에 완충용액만 주입한 상태에서 레이저를 조사한 경우, 측정된 반사광의 전압이 90mV 이하이면 다음 단계로 진행을 시키지 않도록 하는 제어부를 더 포함할 수 있다. When the laser is irradiated in a state in which only the buffer solution is initially injected into the sensor cartridge, a control unit not to proceed to the next step when the voltage of the measured reflected light is 90 mV or less may be further included.
상기 제어부는, 상기 반사광의 전압이 90mV보다 큰 것으로 측정되면, 상기 레이저를 조사한 시점으로부터 15초 내지 20초 사이에 측정된 반사광의 평균 전압 값(V0)을 산출하고, 상기 샘플을 주입한 후 완충용액을 주입하여 센서 카트리지를 세척한 후, 상기 레이저를 조사한 시점으로부터 35초 내지 40초 사이에 측정된 반사광의 평균 전압 값(V1)을 산출할 수 있다. When the voltage of the reflected light is measured to be greater than 90 mV, the control unit calculates an average voltage value (V 0 ) of the reflected light measured between 15 and 20 seconds from the time of irradiating the laser, and after injecting the sample After washing the sensor cartridge by injecting a buffer solution, an average voltage value (V 1 ) of the reflected light measured between 35 and 40 seconds from the point of irradiation of the laser may be calculated.
상기 제어부는, 다음의 수학식을 통해 측정된 전압 값의 변화율(R)을 연산할 수 있다. The control unit may calculate a rate of change (R) of the measured voltage value through the following equation.
상기 분석부는, 상기 전압 값의 변화율(R)이 기준 값보다 크면 해당 감염 질환에 양성인 것으로 판단하고, 상기 전압 값의 변화율(R)이 기준 값 이하이면 해당 감염 질환에 음성인 것으로 판단할 수 있다. The analyzer determines that the rate of change (R) of the voltage value is greater than the reference value as being positive for the corresponding infectious disease, and if the rate of change (R) of the voltage value is less than the reference value, it can be determined as being negative for the corresponding infectious disease. .
이와 같이 본 발명에 따르면, 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치 장치는 휴대가 가능하도록 소형화로 구현됨으로써, 사용자는 지정된 장소 이외에서도 용이하게 감염 여부를 검사할 수 있다. 또한, 레이저는 최대 출력 값 대비 10~20%에 해당되는 크기로 출력해도 정확한 진단이 가능하므로, 소비 전력를 최소화할 수 있다. 또한, 센서 카트리지로부터 반사되는 반사광의 세기를 미세 단위로 조절 및 분석함으로써, 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, the portable optical fiber localized surface plasmon resonance measurement device is miniaturized to be portable, so that the user can easily check for infection even outside the designated place. In addition, since accurate diagnosis is possible even when the laser is output at a size corresponding to 10 to 20% of the maximum output value, power consumption can be minimized. In addition, by adjusting and analyzing the intensity of the reflected light reflected from the sensor cartridge in a microscopic unit, measurement accuracy may be improved.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초정밀 측정을 위한 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초정밀 측정을 위한 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치의 외측을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 광섬유를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 광섬유 카트리지를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치에 결합되는 센서 카트리지를 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 도 5a에 나타낸 센서 카트리지의 내부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치를 이용한 초정밀 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 도 6의 S650 단계를 설명하기 위한 도면이다.1 is a configuration diagram for explaining the configuration of a portable optical fiber localized surface plasmon resonance measurement device for ultra-precision measurement according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining the outside of a portable optical fiber localized surface plasmon resonance measurement device for ultra-precision measurement according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram for explaining an optical fiber.
4 is a diagram for explaining an optical fiber cartridge.
5A is a view for explaining a sensor cartridge coupled to a portable optical fiber localized surface plasmon resonance measurement device.
FIG. 5B is a view for explaining the inside of the sensor cartridge shown in FIG. 5A.
6 is a flowchart illustrating a high-precision measurement method using a portable optical fiber localized surface plasmon resonance measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining step S650 of FIG. 6 .
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Then, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice it.
이하에서는 도 1 내지 도 4를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 초정밀 측정을 위한 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명(Fiber Optics Localized Surface Plasmon Resonance, 이하 "FO-LSPR"로 명명한다.) 측정 장치(100)를 설명한다. Hereinafter, using FIGS. 1 to 4 , a portable optical fiber localized surface plasmon resonance (hereinafter referred to as "FO-LSPR") measurement device (100) for ultra-precision measurement according to an embodiment of the present invention. ) is explained.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초정밀 측정을 위한 휴대용 FO-LSPR 측정 장치의 구성을 설명하기 위한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초정밀 측정을 위한 휴대용 FO-LSPR 측정 장치의 외측을 나타낸 도면이다. 1 is a configuration diagram for explaining the configuration of a portable FO-LSPR measurement device for ultra-precision measurement according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a portable FO-LSPR measurement device for ultra-precision measurement according to an embodiment of the present invention. It is a drawing showing the outside of
도 1에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초정밀 측정을 위한 휴대용 FO-LSPR 측정 장치(100)는 결합부(110), 레이저부(120), 반사광 조절부(130), 반사광 측정부(140), 제어부(150), 분석부(160) 및 표시부(170)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the portable FO-LSPR measuring
먼저, 결합부(110)는 측정대상이 되는 샘플(Sample) 또는 완충용액이 포함된 센서 카트리지(Sensor Cartridge)와 커넥터(Connector)를 통해 결합된다.First, the
여기서, 샘플은 측정 대상자의 비말, 타액, 점액, 혈액 및 소변 중에서 적어도 하나를 포함한다. Here, the sample includes at least one of droplets, saliva, mucus, blood, and urine of the subject to be measured.
특히, 도 2에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 FO-LSPR 측정 장치(100)는 외측에 센서 카트리지(200)와 결합할 수 있도록 결합부(110)가 형성되어 있으며, 커넥터를 통해 센서 카트리지(200)와 결합된다.In particular, as shown in FIG. 2, the portable FO-LSPR measuring
다음으로, 레이저부(120)는 내부의 광섬유를 통해 센서 카트리지(200)의 내부로 레이저를 조사한다.Next, the
여기서, 휴대용 FO-LSPR 측정 장치(100)의 결합부(110)에 센서 카트리지(200)가 결합되면, 레이저부(120)는 광섬유를 통해 레이저를 조사한다. Here, when the
그리고, 레이저부(120)는 최대 출력 값 대비 허용치가 10% 내지 20% 사이의 크기를 가지는 레이저를 출력한다.And, the
다음으로, 반사광 조절부(130)는 반사광 측정부(140)에서 측정되는 반사광 세기가 레이저부(120)에서 측정된 반사광의 세기보다 3배 높은 비율이 되도록 반사광의 세기를 조절한다.Next, the reflected
다음으로, 반사광 측정부(140)는 센서 카트리지(200)의 내부로부터 반사되는 반사광의 세기를 측정하여, 디지털 형태의 전압으로 변환한다.Next, the reflected
여기서, 반사광 측정부(140)는 0.01mV 단위의 정밀도로 반사광을 측정할 수 있다. Here, the reflected
다음으로, 제어부(150)는 초기에 센서 카트리지(200)에 완충용액만 주입한 상태에서 레이저를 조사한 경우, 측정된 반사광의 전압이 90mV 이하이면 다음 단계로 진행을 시키지 않도록 제어한다.Next, when the laser is irradiated with only the buffer solution injected into the
본 발명의 실시예에서는 진행 여부를 결정하는 기준 전압을 90mV로 설정하였으나, 측정 대상 샘플 또는 측정 환경에 따라 기준 전압을 다르게 설정할 수 있다. In the embodiment of the present invention, the reference voltage for determining whether to proceed is set to 90 mV, but the reference voltage may be set differently according to the sample to be measured or the measurement environment.
그리고, 제어부(150)는 완충용액을 주입한 센서 카트리지(200)로부터 반사되어 나온 반사광의 측정된 전압 값과 측정 대상자의 샘플을 주입한 센서 카트리지(200)로부터 반사되어 나온 반사광의 측정된 전압 값의 변화율을 연산한다. In addition, the
다음으로, 분석부(160)는 측정된 전압 값의 변화율에 따라 해당 샘플의 감염 상태를 양성 또는 음성으로 판단한다. Next, the
이때, 분석부(160)는 전압 값에 대한 변화율의 기준 값을 설정할 수 있으며, 연산된 전압 값의 변화율을 기 설정된 기준 값과 비교하여, 비교 결과에 따라 해당 샘플의 감염 여부를 판단할 수 있다. At this time, the
다음으로, 표시부(170)는 양성 또는 음성으로 판단된 결과를 화면 상에 표시한다.Next, the
즉, 도 2에서 나타낸 바와 같이, 표시부(170)는 휴대용 FO-LSPR 측정 장치(100)의 외관에 화면이 구현되어 있으며, 화면을 통해 측정 대상자의 감염 상태 결과를 제공한다. That is, as shown in FIG. 2 , the
이하에서는 도 3 및 도 4를 이용하여 광섬유를 감고 있는 광섬유 카트리지(300)에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the
도 3은 광섬유를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 광섬유 카트리지를 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram for explaining an optical fiber, and FIG. 4 is a diagram for explaining an optical fiber cartridge.
도 3에서 나타낸 바와 같이, 광섬유는 휴대용 FO-LSPR 측정 장치(100) 내부에 포함되며, 광섬유의 외측에는 레이저가 외부로 벗어나지 않도록 막아주는 피복으로 둘러싸여 있다.As shown in FIG. 3, the optical fiber is included inside the portable FO-
그리고, 광섬유는 센서 카트리지(200)의 내부까지 레이저를 입사시키기 위한 입사 경로와 센서 카트리지(200)의 내부로부터 반사된 반사광이 출력하기 위한 반사 경로가 분리된 2x1 광섬유 커플러(Optical fiber Coupler) 형태로 구현된다.In addition, the optical fiber is in the form of a 2x1 optical fiber coupler in which an incident path for incident laser to the inside of the
즉, 레이저부(120)로부터 조사되는 레이저(a)는 2x1 광섬유 커플러를 통해 센서 카트리지(200)의 내부로 입사된다. 그리고, 센서 카트리지(200) 내부로부터 반사되는 반사광은 레이저부(120)로 돌아가는 반사광(b)와 반사광 측정부(140)로 출력하는 반사광(c)로 나누어지며, 반사광 조절부(130)는 반사광 측정부(140)로 출력하는 반사광(c)이 레이저부(120)로 돌아가는 반사광(b)보다 3배 큰 세기로 출력되도록 조절한다. That is, the laser a emitted from the
그리고, 도 4에 나타낸 바와 같이, 광섬유 카트리지(300)는 도 3에서 도시한 광섬유가 서로 꼬이지 않도록 감는 형태로 구현될 수 있으며, 휴대용 FO-LSPR 측정 장치(100) 내부에 포함될 수 있다.And, as shown in FIG. 4, the
이하에서는 도 5a 및 도 5b를 이용하여 센서 카트리지에 대하여 설명한다. Hereinafter, the sensor cartridge will be described using FIGS. 5A and 5B.
도 5a는 휴대용 FO-LSPR 측정 장치에 결합되는 센서 카트리지를 설명하기 위한 도면이고, 도 5b는 도 5a에 나타낸 센서 카트리지의 내부를 설명하기 위한 도면이다.5A is a view for explaining a sensor cartridge coupled to a portable FO-LSPR measurement device, and FIG. 5B is a view for explaining the inside of the sensor cartridge shown in FIG. 5A.
도 5a에 나타낸 것처럼, 휴대용 FO-LSPR 측정 장치에 결합되는 센서 카트리지(200)의 외측에는 인렛(Inlet)(210)과 아웃렛(Outlet)(220)이 형성되며, 센서 카트리지(200)는 휴대용 FO-LSPR 측정 장치(100)과 쉽게 탈부착이 가능하도록 구현된다. As shown in FIG. 5A, an
여기서, 인렛(210)은 측정 대상자의 샘플 또는 완충용액을 주입하는 곳으로, 만일 완충용액이 인렛(210)을 통해 주입되면, 샘플 중 항원항체 반응을 하지 않는 일부 샘플과 완충용액은 아웃렛(220)을 통해 배출된다. Here, the
이때, 광섬유는 두 갈래로 분리될 수 있으며, 광섬유 하나의 말단에는 실험의 오류여부를 판단하는 내인단백질 컨트롤(Endogenous Protein Controls, Internal Control)가 부착될 수 있고, 다른 하나의 말단에는 감염 질환 바이오 마커의 리간드가 부착될 수 있다. At this time, the optical fiber may be separated into two branches, and an endogenous protein control (Internal Control) for determining an error in an experiment may be attached to one end of the optical fiber, and an infectious disease biomarker to the other end. A ligand can be attached.
더욱 자세하게는, 도 5b에서 나타낸 센서 카트리지(200)의 내부에 광섬유가 장착되며, 센서 카트리지(200) 내부의 광섬유는 휴대용 FO-LSPR 측정 장치(100) 내부의 광섬유와 맞닿아 연결될 수 있다. More specifically, an optical fiber is mounted inside the
그리고, 광섬유 말단에 샘플과 항원항체 반응을 수행하기 위한 항체가 부착되며, 이때, 항체는 코로나, 말라리아, 뎅기열, 성병 및 매독 중에서 적어도 하나의 감염질환을 검사하기 위한 바이오마커 항체일 수 있다.In addition, an antibody for performing antigen-antibody reaction with the sample is attached to the end of the optical fiber. At this time, the antibody may be a biomarker antibody for examining at least one infectious disease among corona, malaria, dengue fever, sexually transmitted diseases and syphilis.
따라서, 검사자는 해당 감염질환의 항체가 포함된 센서 카트리지(200)의 인렛(210)을 통해 측정 대상자의 샘플을 주입하며, 주입된 샘플은 센서 카트리지(200)의 중앙에 형성된 중앙 홈(230)으로 이동되며, 광섬유 말단에 기 부착된 항체와 항원항체 반응을 진행한다.Therefore, the examiner injects the sample of the measurement subject through the
이때, 레이저부(120)로부터 발사되는 레이저는 광섬유를 통해 센서 카트리지(200) 내부의 중앙 홈(230)에 포함된 샘플로 조사되며, 조사된 레이저가 항원항체 반응을 하는 샘플로부터 반사되어 출력된다. At this time, the laser emitted from the
이하에서는 도 6 내지 도 7를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 FO-LSPR 측정 장치(100)를 이용한 초정밀 측정 방법을 설명한다.Hereinafter, an ultra-precision measurement method using the portable FO-
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 FO-LSPR 측정 장치를 이용한 초정밀 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a high-precision measurement method using a portable FO-LSPR measuring device according to an embodiment of the present invention.
먼저, 검사자는 센서 카트리지(200)에 완충용역을 주입하고, 완충용액이 주입된 센서 카트리지(200)를 커넥터를 통해 휴대용 FO-LSPR 측정 장치(100)의 결합부(110)에 결합시킨다(S610). First, the inspector injects a buffer solution into the
다음으로, 결합부(110)에 센서 카트리지(200)가 결합되는 동시에 레이저부(120)는 광섬유를 통해 센서 카트리지(200) 내부 방향으로 레이저를 조사한다. 그러면, 레이저는 센서 카트리지(200)의 중앙 홈(230)에 포함된 완충용액까지 전달된 후 반사된다. 그리고, 반사광 측정부(140)는 중앙 홈(230)에 포함된 완충용액으로부터 반사되어 나오는 반사광을 측정한다(S620). Next, while the
이때, 중앙 홈(230)에 포함된 완충용액으로부터 반사되어 나오는 반사광은 도 3에서 설명한 바와 같이 레이저부(120)와 반사광 측정부(140)에 각각 나누어져 들어가며, 반사광 조절부(130)는 반사광 측정부(140)에서 측정되는 반사광의 세기가 레이저부(120)로 돌아가는 반사광의 세기보다 3배 높은 세기로 출력되도록 조절한다. At this time, the reflected light reflected from the buffer solution included in the
또한, 레이저부(120)는 레이저의 발열을 최소화하도록 최대 출력 값 대비 낮은 출력으로 조사할 수 있다. In addition, the
예를 들어, 레이저부(120)로부터 조사되어 센서 카트리지(200)에서 반사되는 나오는 레이저는 레이저부(120)와 반사광 측정부(140)로 각각 나누어져 들어가며, 레이저부(120)에서 측정되는 반사광의 세기가 1mV라고 가정하면, 반사광 측정부(140)에서 측정된 반사광의 전압이 3mV로, 레이저부(120)로 돌아가는 반사광의 세기보다 3배 높은 세기를 가질 수 있다. For example, the laser emitted from the
또한, 측정된 반사광의 세기는 아날로그 형식으로 측정되며, 반사광 측정부(140)에 의해 디지털 형태의 전압으로 변환된다. In addition, the intensity of the measured reflected light is measured in an analog format and converted into a digital voltage by the reflected
다음으로, 제어부(150)는 레이저를 조사한 시점으로부터 15초 내지 20초 사이에 측정된 반사광의 평균 전압 값(V0)을 산출한다(S630).Next, the
예를 들어, 제어부(150)는 15초 내지 20초 사이에 측정된 반사광의 평균 전압 값(V0)을 95mV로 산출할 수 있다. For example, the
다음으로, 제어부(150)는 반사광 측정부(140)로부터 측정된 반사광의 평균 전압이 90mV보다 큰 세기로 측정되는지 판단한다(S640).Next, the
만일 산출된 평균 전압 값(V0)이 90mV 이하일 경우, 제어부(150)는 다음 단계로 진행을 시키지 않도록 제어하고, 완충용액을 주입된 센서 카트리지(200)에 대한 반사광의 전압을 재 측정하도록 한다. If the calculated average voltage value (V 0 ) is 90 mV or less, the
다음으로, 반사광의 평균 전압(V0)이 90mV보다 큰 경우, 검사자는 센서 카트리지(200)를 휴대용 FO-LSPR 측정 장치(100)와 분리한 후, 센서 카트리지(200)에 측정대상이 되는 샘플을 주입한 다음, 완충용액을 추가적으로 주입하여 센서 카트리지를 세척한다(S645).Next, when the average voltage (V 0 ) of the reflected light is greater than 90 mV, the inspector separates the
만약, 측정 대상자가 코로나 감염 상태인지 확인하고자 한다면, 검사자는 광섬유 말단에 코로나 항체가 포함된 센서 카트리지(200)에 측정 대상자의 샘플을 주입한 후 센서 카트리지(200) 내의 다른 부분을 완충용액으로 세척할 수 있다. If it is desired to check whether the subject to be measured is corona-infected, the inspector injects the sample of the subject to be measured into the
그리고, 검사자는 센서 카트리지(200)를 휴대용 FO-LSPR 측정 장치(100)의 결합부(110)에 결합시키고, 레이저부(120)는 결합된 센서 카트리지(200) 내부의 항원항체 반응을 하는 샘플을 향하여 레이저가 조사되며, 반사광 측정부(140)는 항원항체 반응을 하는 샘플에 부딪혀 반사되는 반사광을 측정한다.In addition, the inspector couples the
다음으로, 제어부(150)는 항원항체 반응을 하는 샘플을 향해 레이저가 조사된 시점으로부터 35초 내지 40초 사이에 측정된 반사광의 평균 전압 값(V1)을 산출한다(S650)Next, the
예를 들어, 제어부(150)에서 산출한 35초 내지 40초 사이에 측정된 반사광의 평균 전압 값(V1)은 100mV일 수 있다. For example, an average voltage value (V 1 ) of reflected light measured between 35 and 40 seconds calculated by the
이하에서는 도 7을 이용하여 광섬유를 통해 레이저가 샘플에 조사된 후 반사되는 과정을 설명한다.Hereinafter, a process in which a laser is irradiated to a sample through an optical fiber and then reflected will be described using FIG. 7 .
도 7은 도 6의 S650 단계를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 7 is a diagram for explaining step S650 of FIG. 6 .
도 7에서 나타낸 바와 같이, 레이저부(120)에서 조사되는 레이저는 광섬유를 통과하여 센서 카트리지(200) 내부에 있는 광섬유 말단에 포함된 항원항체로 조사되고, 조사된 레이저는 항원항체 반응을 하는 샘플과 부딪혀 반사되어 나온다. As shown in FIG. 7, the laser irradiated from the
즉, 반사광 측정부(140)는 샘플에 조사된 후 반사되어 나오는 반사광을 측정하고, 제어부(150)는 샘플을 향해 레이저가 조사된 시점으로부터 35초 내지 40초 사이에 측정되는 반사광의 평균 전압 값(V1)을 산출한다. That is, the reflected
다음으로, 제어부(150)는 V1 및 V0를 이용하여 전압 값의 변화율을 연산한다(S660).Next, the
이때, 제어부(150)는 다음의 수학식 1을 통해 측정된 전압 값의 변화율(R)을 연산한다.At this time, the
여기서, V1는 35초 내지 40초 사이에 측정된 반사광의 평균 전압 값이고, V0 는 15초 내지 20초 사이에 측정된 반사광의 평균 전압 값을 나타낸다.Here, V 1 is an average voltage value of reflected light measured between 35 and 40 seconds, and V 0 represents an average voltage value of reflected light measured between 15 and 20 seconds.
그리고, 분석부(160)는 전압 값의 변화율(R)의 크기를 기준 값과 비교한다(S670). Then, the
이때, 전압 값의 변화율(R)의 기준 값은 0.03으로 설정하며, 설정된 기준 값은 감염 질환의 종류에 따라 달라질 수 있다. At this time, the reference value of the change rate (R) of the voltage value is set to 0.03, and the set reference value may vary depending on the type of infectious disease.
만일, 전압 값의 변화율(R)이 기준 값보다 크면, 분석부(160)는 해당 감염 질환이 양성인 것으로 판단한다(S680)If the change rate (R) of the voltage value is greater than the reference value, the
그리고, 만일 전압 값의 변화율(R)이 기준 값 이하이면, 분석부(160)는 해당 감염 질환이 음성인 것으로 판단한다(S685).And, if the change rate (R) of the voltage value is equal to or less than the reference value, the
즉, 측정 대상자가 특정 질환에 감염되어 샘플이 항원 항체 반응을 일으키는 경우에는 반사광의 전압 값의 변화율이 크게 증가한다. 반면에, 측정 대상자가 특정 질환에 감염되지 않아 샘플이 항원 항체 반응을 일으키지 않는 경우에는 반사광의 전압 값의 변화율이 일정한 값으로 유지된다. That is, when a subject to be measured is infected with a specific disease and the sample causes an antigen-antibody reaction, the change rate of the voltage value of the reflected light is greatly increased. On the other hand, when the subject to be measured is not infected with a specific disease and the sample does not cause an antigen-antibody reaction, the change rate of the voltage value of the reflected light is maintained at a constant value.
예를 들어, V0 가 95mV이고, V1가 100mV이라고 가정하면, 해당 샘플의 반사광에 대한 전압 값의 변화율(R)은 0.05이며, 분석부(160)는 측정 대상자의 코로나 감염 질환에 대해 양성으로 판단한다. For example, assuming that V 0 is 95 mV and V 1 is 100 mV, the rate of change (R) of the voltage value for the reflected light of the sample is 0.05, and the
만일, 수학식 1을 통해 연산된 전압 값의 변화율(R)이 0.03이하일 경우, 분석부(160)는 측정 대상자의 코로나 감염 질환에 대해 음성으로 판단한다. If the change rate (R) of the voltage value calculated through Equation 1 is 0.03 or less, the
다음으로, 표시부(170)는 양성 또는 음성으로 판단된 결과를 휴대용 FO-LSPR 측정 장치(100)의 화면 상에 표시한다(S690).Next, the
즉, 도 2과 같이, 표시부(170)는 화면을 통해 양성 또는 음성 결과를 제공하여 측정 대상자의 감염상태를 즉각적으로 확인할 수 있도록 표시한다. That is, as shown in FIG. 2 , the
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 휴대용 FO-LSPR 측정 장치는 휴대가 가능하도록 소형화로 구현됨으로써, 사용자는 지정된 장소 이외에서도 용이하게 감염 여부를 검사할 수 있다. 또한, 레이저는 최대 출력 값 대비 10~20%에 해당되는 크기로 출력해도 정확한 진단이 가능하므로, 소비 전력를 최소화할 수 있다. 또한, 센서 카트리지로부터 반사되는 반사광의 세기를 미세 단위로 조절 및 분석함으로써, 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다. As described above, according to an embodiment of the present invention, the portable FO-LSPR measuring device is miniaturized so that it can be carried, so that the user can easily check for infection even outside the designated place. In addition, since accurate diagnosis is possible even when the laser is output at a size corresponding to 10 to 20% of the maximum output value, power consumption can be minimized. In addition, by adjusting and analyzing the intensity of the reflected light reflected from the sensor cartridge in a microscopic unit, measurement accuracy may be improved.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is only exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical scope of protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
100: 휴대용 FO-LSPR 측정 장치, 110: 결합부,
120: 레이저부, 130: 반사광 조절부,
140: 반사광 측정부, 150: 제어부,
160: 분석부, 170: 표시부,
200: 센서 카트리지, 210: 인렛,
220: 아웃렛, 230: 중앙 홈,
300: 광섬유 카트리지100: portable FO-LSPR measuring device, 110: coupling unit,
120: laser unit, 130: reflected light control unit,
140: reflected light measurement unit, 150: control unit,
160: analysis unit, 170: display unit,
200: sensor cartridge, 210: inlet,
220: outlet, 230: central groove,
300: optical fiber cartridge
Claims (13)
측정대상이 되는 샘플 또는 완충용액이 포함된 센서 카트리지와 커넥터를 통해 결합되는 결합부,
내부의 광섬유를 통해 상기 센서 카트리지의 내부로 레이저를 조사하는 레이저부,
상기 센서 카트리지의 내부로부터 반사하는 반사광의 세기를 측정하여, 디지털 형태의 전압으로 변환하는 반사광 측정부,
상기 반사광 측정부에서 측정되는 반사광 세기가 상기 레이저부에서 측정된 반사광의 세기보다 3배 높은 비율이 되도록 반사광의 세기를 조절하는 반사광 조절부,
상기 측정된 전압 값의 변화율에 따라 해당 샘플의 감염 상태를 양성 또는 음성으로 판단하는 분석부, 그리고
초기에 상기 센서 카트리지에 완충용액만 주입한 상태에서 레이저를 조사한 경우, 측정된 반사광의 전압이 90mV 이하이면 다음 단계로 진행을 시키지 않도록 하는 제어부를 포함하는 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치.In the portable optical fiber localized surface plasmon resonance measuring device for ultra-precision measurement,
A coupling part coupled through a connector with a sensor cartridge containing a sample to be measured or a buffer solution,
A laser unit for irradiating a laser into the sensor cartridge through an internal optical fiber;
A reflected light measurement unit that measures the intensity of the reflected light reflected from the inside of the sensor cartridge and converts it into a digital voltage;
A reflected light control unit for adjusting the intensity of the reflected light so that the reflected light intensity measured by the reflected light measuring unit is three times higher than the reflected light intensity measured by the laser unit;
An analysis unit that determines the infection status of the sample as positive or negative according to the rate of change of the measured voltage value, and
When the laser is irradiated with only the buffer solution initially injected into the sensor cartridge, a portable optical fiber localized surface plasmon resonance measuring device including a control unit to prevent proceeding to the next step when the voltage of the measured reflected light is 90 mV or less.
상기 양성 또는 음성으로 판단된 결과를 화면 상에 표시하는 표시부를 더 포함하는 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치. According to claim 1,
Portable optical fiber localized surface plasmon resonance measuring device further comprising a display unit for displaying the result determined as positive or negative on a screen.
상기 센서 카트리지는,
내부에 상기 샘플과 항원항체 반응을 수행하기 위한 항체가 부착되며,
상기 샘플이 인렛을 통해 주입되면, 중앙의 홈으로 이동된 샘플이 기 부착된 항체와 항원항체 반응을 진행하도록 하고,
상기 완충용액이 인렛을 통해 주입되면, 상기 샘플 중 일부와 상기 완충용액을 아웃렛을 통해 배출시키도록 하는 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치.According to claim 1,
The sensor cartridge,
An antibody for performing an antigen-antibody reaction with the sample is attached therein,
When the sample is injected through the inlet, the sample moved to the central groove proceeds with the antigen-antibody reaction with the previously attached antibody,
When the buffer solution is injected through the inlet, a portable optical fiber localized surface plasmon resonance measuring device that allows a portion of the sample and the buffer solution to be discharged through the outlet.
상기 센서 카트리지는 탈부착형으로 형성되는 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치. According to claim 1,
The sensor cartridge is a portable optical fiber localized surface plasmon resonance measuring device formed in a detachable type.
상기 샘플은,
측정 대상자의 비말, 타액, 점액, 혈액 및 소변 중에서 적어도 하나를 포함하며,
항체는,
코로나, 말라리아, 뎅기열, 성병 및 매독 중에서 적어도 하나의 감염질환을 검사하기 위한 항체인 휴대용 광섬유 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치.According to claim 1,
The sample is
It includes at least one of droplets, saliva, mucus, blood and urine of the measurement subject,
Antibodies,
A portable fiber optic localized surface plasmon resonance measuring device that is an antibody for testing at least one infectious disease among corona, malaria, dengue fever, venereal disease and syphilis.
상기 레이저부는,
최대 출력 값 대비 허용치가 10% 내지 20% 사이의 크기를 가지는 레이저를 출력하는 휴대용 광섬유 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치.According to claim 1,
the laser unit,
A portable optical fiber localized surface plasmon resonance measuring device for outputting a laser having a size between 10% and 20% of the allowable value compared to the maximum output value.
상기 광섬유는,
상기 센서 카트리지의 내부까지 레이저를 입사시키기 위한 입사 경로와
상기 센서 카트리지의 내부로부터 반사된 반사광이 출력하기 위한 반사 경로가 분리된 2x1 광섬유 커플러(Optical Fiber Coupler) 형태로 구현되는 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치. According to claim 1,
The optical fiber,
An incident path for injecting a laser to the inside of the sensor cartridge and
A portable optical fiber localized surface plasmon resonance measuring device implemented in the form of a 2x1 optical fiber coupler in which a reflection path for outputting reflected light reflected from the inside of the sensor cartridge is separated.
상기 광섬유가 서로 꼬이지 않도록 하는 광섬유 카트리지를 더 포함하는 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치. According to claim 7,
A portable optical fiber localized surface plasmon resonance measuring device further comprising an optical fiber cartridge preventing the optical fibers from being twisted with each other.
상기 반사광 측정부는,
0.01mV 단위의 정밀도로 반사광을 측정하는 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치. According to claim 1,
The reflected light measuring unit,
A portable fiber optic localized surface plasmon resonance measurement device that measures reflected light with a precision of 0.01 mV.
상기 제어부는,
상기 반사광의 전압이 90mV보다 큰 것으로 측정되면, 상기 레이저를 조사한 시점으로부터 15초 내지 20초 사이에 측정된 반사광의 평균 전압 값(V0)을 산출하고,
상기 샘플을 주입한 후 완충용액을 주입하여 센서 카트리지를 세척한 후, 상기 레이저를 조사한 시점으로부터 35초 내지 40초 사이에 측정된 반사광의 평균 전압 값(V1)을 산출하는 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치.According to claim 1,
The control unit,
When the voltage of the reflected light is measured to be greater than 90 mV, an average voltage value (V 0 ) of the reflected light measured between 15 and 20 seconds from the time of irradiating the laser is calculated,
After injecting the sample, injecting a buffer solution to wash the sensor cartridge, and then calculating the average voltage value (V 1 ) of the reflected light measured between 35 and 40 seconds from the point of irradiation of the laser, a portable optical fiber localized surface plasmon resonance measuring device.
상기 제어부는,
다음의 수학식을 통해 측정된 전압 값의 변화율(R)을 연산하는 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치.
According to claim 11,
The control unit,
A portable optical fiber localized surface plasmon resonance measuring device that calculates the change rate (R) of the measured voltage value through the following equation.
상기 분석부는,
상기 전압 값의 변화율(R)이 기준 값보다 크면 해당 감염 질환에 양성인 것으로 판단하고,
상기 전압 값의 변화율(R)이 기준 값 이하이면 해당 감염 질환에 음성인 것으로 판단하는 휴대용 광섬유 국소 표면 플라즈몬 공명 측정 장치.
According to claim 12,
The analysis unit,
If the change rate (R) of the voltage value is greater than the reference value, it is determined that the infectious disease is positive,
A portable optical fiber local surface plasmon resonance measuring device that determines that the rate of change (R) of the voltage value is less than the reference value as negative for the infectious disease.
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- 2021-03-10 KR KR1020210031324A patent/KR102472080B1/en active IP Right Grant
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