KR102559634B1 - Apparatus and method for pcr diagnosis based on multiwavelength light source - Google Patents

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Abstract

본 개시의 실시 예에 따른 PCR 진단을 위한 장치는 서로 다른 파장을 갖는 제 1 광원 신호 및 제 2 광원 신호를 출력하는 다파장 광원을 포함하고, DNA 샘플로 상기 제 1 광원 신호 및 제 2 광원 신호를 인가하는 송신부, 상기 제 1 광원 신호 및 상기 제 2 광원 신호에 각각 대응하는 제 1 코드 신호 및 제 2 코드 신호를 생성하는 코드 발생기, 상기 제 1 코드 신호 및 제 2 코드 신호에 각각 대응하는 제 1 지연 신호 및 제 2 지연 신호를 생성하는 지연 제어기, 및 상기 DNA 샘플로부터 발산되는 제 1 형광 신호 및 제 2 형광 신호와, 제 1 지연 신호 및 제 2 지연 신호를 비교하고, 상기 비교 결과에 기반하여 상기 제 1 형광 신호 또는 상기 제 2 형광 신호를 누적 적분하는 수신부를 포함하되, 상기 제 1 형광 신호는 상기 제 1 광원 신호에 응답하여 상기 DNA 샘플로부터 발산되고, 상기 제 2 형광 신호는 상기 제 2 광원 신호에 응답하여 상기 DNA 샘플로부터 발산된다.An apparatus for PCR diagnosis according to an embodiment of the present disclosure includes a multi-wavelength light source outputting a first light source signal and a second light source signal having different wavelengths, a transmitter for applying the first light source signal and the second light source signal to a DNA sample, a code generator for generating a first code signal and a second code signal corresponding to the first and second light source signals, respectively, and a first delay signal and a second code signal respectively corresponding to the first and second code signals. A delay controller that generates a delay signal, and a receiver that compares first and second fluorescence signals emitted from the DNA sample with the first and second delay signals, and cumulatively integrates the first fluorescence signal or the second fluorescence signal based on the comparison result, wherein the first fluorescence signal is emitted from the DNA sample in response to the first light source signal, and the second fluorescence signal is emitted from the DNA sample in response to the second light source signal.

Description

다파장 광원에 기반한 PCR 진단을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PCR DIAGNOSIS BASED ON MULTIWAVELENGTH LIGHT SOURCE}Apparatus and method for PCR diagnosis based on multi-wavelength light source {APPARATUS AND METHOD FOR PCR DIAGNOSIS BASED ON MULTIWAVELENGTH LIGHT SOURCE}

본 개시는 진단 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 다파장 광원에 기반한 PCR 진단을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a diagnostic device, and more particularly, to a device and method for PCR diagnosis based on a multi-wavelength light source.

분자 진단 기술은 바이러스에 의한 질환, 기타 유전적 질환 등 신체 내에서 질병을 일으키는 분자를 분석하는 기술이다. 분자 진단 기술을 이용하면 DNA의 증폭을 통해 질병을 일으키는 DNA가 포함되어 있는지 여부를 매우 정확하게 분석할 수 있다. 분자 진단 기술은 측정의 대상이 되는 바이오 샘플을 전처리하여 DNA를 추출하고, 중합효소 연쇄 반응(Polymerase Chain Reaction; PCR)을 이용하여 추출한 DNA의 원하는 부분을 복제 및 증폭시키는 과정을 거친다. 증폭된 DNA에 형광체(예를 들어, SYBR green)를 부착한 후, 광학적인 방법으로 발산하는(emission) 형광 신호의 세기를 측정한다. 부착된 형광체에 대응하는 형광의 발산이 있는 경우 샘플에 질병을 일으키는 DNA가 포함되어 있는 것으로 판단한다.Molecular diagnosis technology is a technology that analyzes molecules that cause diseases in the body, such as diseases caused by viruses and other genetic diseases. Molecular diagnostic techniques allow DNA amplification to analyze with high accuracy whether or not disease-causing DNA is present. Molecular diagnosis technology pre-processes a bio sample to be measured to extract DNA, and then replicates and amplifies a desired portion of the extracted DNA using a polymerase chain reaction (PCR). After attaching a fluorescent substance (eg, SYBR green) to the amplified DNA, the intensity of the fluorescence signal emitted by an optical method is measured. When there is emission of fluorescence corresponding to the attached phosphor, it is determined that the sample contains DNA causing disease.

DNA를 많이 증폭시킬수록 형광체가 많이 부착될 수 있고 형광의 세기가 커질 수 있다. 일반적인 PCR의 경우, 증폭 과정은 30사이클이 진행되고, 230개의 DNA 사슬이 복제된다. 기존의 PCR을 이용하면 바이오 샘플을 준비하는 시간 및 30사이클의 증폭을 진행하기까지 약 4시간이 소요된다. 또한, 하나의 샘플 내에서 다수의 DNA들을 한 번에 검출하는 것도 가능하다. 이를 위해 2개 이상의 형광체를 구성하고 다파장(multi wavelength)의 광원을 사용하는 것이 일반적이다. 기존의 PCR에 이용되는 다파장 광원은 연속광(백색광)이다.The more DNA is amplified, the more fluorescent substances can be attached and the intensity of fluorescence can increase. In the case of general PCR, the amplification process proceeds in 30 cycles, and 2 30 DNA chains are copied. When using conventional PCR, it takes about 4 hours to prepare a bio sample and proceed with 30 cycles of amplification. In addition, it is also possible to detect multiple DNAs in one sample at once. For this purpose, it is common to configure two or more phosphors and use multi-wavelength light sources. A multi-wavelength light source used in conventional PCR is continuous light (white light).

그러나 다수의 DNA들을 한 번에 검출하기 위해 연속광을 이용하는 경우 다수의 형광체에서 발생하는 신호뿐만 아니라 DNA 사슬에 부착되지 않은 형광체에서 발생하는 신호가 섞여 노이즈가 발생하는 문제가 있다. 또한, 시간이 지남에 따라 형광체의 연속광에 대한 형광 세기가 감소하는 문제(photo bleaching)가 있다. 따라서, PCR의 증폭 사이클을 최소화하면서도 형광체에서 발생하는 신호를 정확하고 효율적으로 감지할 수 있는 기술이 필요하다.However, when continuous light is used to detect a plurality of DNAs at once, there is a problem in that signals generated from multiple phosphors as well as signals generated from phosphors not attached to DNA chains are mixed to generate noise. In addition, there is a problem in that fluorescence intensity of continuous light of the phosphor decreases over time (photo bleaching). Therefore, there is a need for a technique capable of accurately and efficiently detecting a signal generated from a phosphor while minimizing a PCR amplification cycle.

미국공개특허 US 2019/0383739 A1 (Jonathan M. Rothberg), "Optical system and assay chip for probing, detecting and analyzing molecules", 2019.12.19US Patent Publication US 2019/0383739 A1 (Jonathan M. Rothberg), "Optical system and assay chip for probing, detecting and analyzing molecules", 2019.12.19 미국공개특허 US 2018/0031476 A1 (Reuven Duer), "Waveguide-based detection system with scanning light source", 2018.02.01US Patent Publication US 2018/0031476 A1 (Reuven Duer), "Waveguide-based detection system with scanning light source", 2018.02.01

본 개시는 다수의 DNA들을 동시에 분석하기 위해 DNA 증폭 사이클을 최소화하고 검출의 정확도를 향상시킬 수 있는 PCR 진단을 위한 장치 및 방법을 제공한다.The present disclosure provides an apparatus and method for PCR diagnosis capable of minimizing a DNA amplification cycle and improving detection accuracy in order to simultaneously analyze a plurality of DNAs.

본 개시의 실시 예에 따른 PCR 진단을 위한 장치는 서로 다른 파장을 갖는 제 1 광원 신호 및 제 2 광원 신호를 출력하는 다파장 광원을 포함하고, DNA 샘플로 상기 제 1 광원 신호 및 제 2 광원 신호를 인가하는 송신부, 상기 제 1 광원 신호 및 상기 제 2 광원 신호에 각각 대응하는 제 1 코드 신호 및 제 2 코드 신호를 생성하는 코드 발생기, 상기 DNA 샘플로부터 발산되는 제 1 형광 신호 및 제 2 형광 신호와, 제 1 지연 신호 및 제 2 지연 신호 사이의 상관 함수를 계산하고, 상기 계산된 상관 함수의 값에 기반하여 상기 제 1 형광 신호 및 상기 제 2 형광 신호 각각과, 상기 제 1 지연 신호 및 상기 제 2 지연 신호 각각이 서로 동일한 코드 신호에 대응하는지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과에 기반하여 상기 제 1 형광 신호 및 상기 제 2 형광 신호를 각각 동일한 코드 신호에 대응하는 지연 신호의 레벨이 로직 하이 값으로 유지되는 구간에 대해 누적 적분하는 수신부를 포함하되, 상기 제 1 형광 신호는 상기 제 1 광원 신호에 응답하여 상기 DNA 샘플로부터 발산되고, 상기 제 2 형광 신호는 상기 제 2 광원 신호에 응답하여 상기 DNA 샘플로부터 발산된다.An apparatus for PCR diagnosis according to an embodiment of the present disclosure includes a multi-wavelength light source outputting a first light source signal and a second light source signal having different wavelengths, a transmitter for applying the first light source signal and the second light source signal to a DNA sample, a code generator for generating a first code signal and a second code signal corresponding to the first and second light source signals, respectively, a first fluorescence signal and a second fluorescence signal emitted from the DNA sample, and a first delay signal. And a receiver that calculates a correlation function between the second delay signals, determines whether each of the first and second fluorescence signals, and each of the first and second delay signals corresponds to the same code signal based on the value of the calculated correlation function, and cumulatively integrates the first and second fluorescence signals over a period in which the level of the delay signal corresponding to the same code signal is maintained at a logic high value, based on the determination result; Is emitted from the DNA sample in response to the first light source signal, and the second fluorescence signal is emitted from the DNA sample in response to the second light source signal.

본 개시의 실시 예에 따른 PCR 진단을 위한 방법은 복수의 코드 신호들을 생성하는 단계, 상기 복수의 코드 신호들에 기반하여 DNA 샘플로 서로 다른 파장을 갖는 복수의 광원 신호들을 서로 다른 시간에 인가하는 단계, 상기 복수의 코드 신호들에 각각 대응하는 복수의 지연 신호들을 생성하는 단계, 상기 DNA 샘플로부터 발산되는 형광 신호 및 상기 복수의 지연 신호들 사이의 상관 함수를 계산하는 단계, 상기 계산된 상관 함수의 값에 기반하여 상기 형광 신호와, 상기 복수의 신호들 각각이 서로 동일한 코드 신호에 대응하는지 여부를 판단하는 단계, 및 상기 판단 결과에 기반하여 상기 형광 신호를 동일한 코드 신호에 대응하는 지연 신호의 레벨이 로직 하이 값으로 유지되는 구간에 대해 누적 적분하는 단계를 포함한다.A method for PCR diagnosis according to an embodiment of the present disclosure includes generating a plurality of code signals, applying a plurality of light source signals having different wavelengths to a DNA sample at different times based on the plurality of code signals, generating a plurality of delay signals respectively corresponding to the plurality of code signals, calculating a correlation function between a fluorescence signal emitted from the DNA sample and the plurality of delay signals, and based on the value of the calculated correlation function, the fluorescence signal and each of the plurality of signals are identical to each other. Determining whether the fluorescent signal corresponds to a signal, and cumulatively integrating the fluorescence signal over a period in which a level of a delay signal corresponding to the same code signal is maintained at a logic high value based on the determination result.

본 개시의 실시 예에 따르면, 시간이 지남에 따라 형광체의 연속광에 대한 형광 세기가 감소하는 문제가 개선될 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a problem in which fluorescence intensity of continuous light of a phosphor decreases over time may be improved.

또한, 본 개시의 실시 예에 따르면 별도의 형광 필터 없이 원하는 형광만 검출하는 것이 가능하므로 PCR 진단의 검출 정확도가 향상될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present disclosure, it is possible to detect only desired fluorescence without a separate fluorescence filter, so detection accuracy of PCR diagnosis can be improved.

도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 PCR 진단을 위한 장치를 나타낸다.
도 2는 도 1의 코드 발생기가 생성하는 코드 신호의 예를 나타낸다.
도 3은 도 1의 장치가 포함하는 광섬유의 구조를 나타낸다.
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 PCR 진단을 위한 장치의 동작을 개념적으로 나타낸다.
도 5는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 PCR 진단을 위한 장치의 동작을 개념적으로 나타낸다.
1 shows a device for PCR diagnosis according to an embodiment of the present disclosure.
FIG. 2 shows an example of a code signal generated by the code generator of FIG. 1 .
Figure 3 shows the structure of the optical fiber included in the device of Figure 1.
4 conceptually illustrates the operation of a device for PCR diagnosis according to an embodiment of the present disclosure.
5 conceptually illustrates the operation of a device for PCR diagnosis according to another embodiment of the present disclosure.

아래에서는, 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시를 쉽게 실시할 수 있을 정도로, 본 개시의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.In the following, embodiments of the present disclosure will be described clearly and in detail so that those skilled in the art can easily practice the present disclosure.

상세한 설명에서 사용되는 부 또는 유닛(unit), 모듈(module), 블록(block), ~기(~or, ~er) 등의 용어들을 참조하여 설명되는 구성 요소들 및 도면에 도시된 기능 블록들은 소프트웨어, 또는 하드웨어, 또는 그것들의 조합의 형태로 구현될 수 있다. 예시적으로, 소프트웨어는 기계 코드, 펌웨어, 임베디드 코드, 및 애플리케이션 소프트웨어일 수 있다. 예를 들어, 하드웨어는 전기 회로, 전자 회로, 프로세서, 컴퓨터, 집적 회로, 집적 회로 코어들, 압력 센서, 관성 센서, 멤즈 (microelectromechanical system; MEMS), 수동 소자, 또는 그것들의 조합을 포함할 수 있다.Components described with reference to terms such as unit, unit, module, block, ~or, ~er, etc. used in the detailed description and functional blocks shown in the drawings may be implemented in the form of software, hardware, or a combination thereof. Illustratively, the software may be machine code, firmware, embedded code, and application software. For example, the hardware may include an electrical circuit, an electronic circuit, a processor, a computer, an integrated circuit, integrated circuit cores, a pressure sensor, an inertial sensor, a microelectromechanical system (MEMS), a passive component, or a combination thereof.

도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 PCR 진단을 위한 장치(100)를 나타낸다. 장치(100)는 형광체(phosphor)가 부착된 복수의 DNA들을 포함하는 DNA 샘플(10)로 광원 신호(LS)를 인가할 수 있다. DNA 샘플(10)의 각 DNA들에 부착된 형광체는 입력 받은 광원 신호(LS)에 응답하여 형광 신호(FS)를 발산할 수 있다. 장치(100)는 DNA 샘플(10)로부터 발산된 형광 신호(FS)를 수신할 수 있고, 분석의 대상이 되는 DNA를 검출할 수 있다. 장치(100)는 송신부(110), 코드 발생기(120), 지연 제어기(130), 및 수신부(140)를 포함할 수 있다.1 shows an apparatus 100 for PCR diagnosis according to an embodiment of the present disclosure. The apparatus 100 may apply the light source signal LS to the DNA sample 10 including a plurality of DNAs to which a phosphor is attached. The phosphor attached to each DNA of the DNA sample 10 may emit a fluorescence signal FS in response to the input light source signal LS. The device 100 may receive a fluorescence signal (FS) emitted from the DNA sample 10 and may detect DNA to be analyzed. Apparatus 100 may include a transmitter 110 , a code generator 120 , a delay controller 130 , and a receiver 140 .

송신부(110)는 DNA 샘플(10)로 인가하기 위한 복수의 다파장(multi wavelength) 광원들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 광원들 각각은 LD(laser diode), 또는 파장폭이 제한된 LED(light emitting diode) 중 어느 하나일 수 있다. 이하 명확한 설명을 위해 본 개시의 복수의 광원들은 LD인 것으로 가정하나, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 또한, 이하 본 개시의 광원은 다파장 광원을 의미하는 것으로 한다. 복수의 광원들의 개수는 DNA 샘플(10)의 복수의 DNA들에 부착된 서로 다른 형광체의 개수와 같을 수 있다.The transmitter 110 may include a plurality of multi-wavelength light sources for applying to the DNA sample 10 . For example, each of the plurality of light sources may be any one of a laser diode (LD) and a light emitting diode (LED) having a limited wavelength range. Hereinafter, for a clear description, it is assumed that a plurality of light sources in the present disclosure are LD, but the present disclosure is not limited thereto. In addition, the light source of the present disclosure hereinafter means a multi-wavelength light source. The number of the plurality of light sources may be equal to the number of different phosphors attached to the plurality of DNAs of the DNA sample 10 .

송신부(110)의 복수의 광원들에서 출력되는 신호는 코드 발생기(120)로부터 수신된 코드 신호(CODE)에 기반하여 변조될 수 있다. 송신부(110)는 코드 신호(CODE)에 기반하여 복수의 광원들에서 출력되는 신호를 변조하기 위한 회로, 소프트웨어, 또는 펌웨어 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Signals output from the plurality of light sources of the transmitter 110 may be modulated based on the code signal CODE received from the code generator 120 . The transmitter 110 may include at least one of circuitry, software, and firmware for modulating signals output from the plurality of light sources based on the code signal CODE.

예를 들어, 복수의 광원들에서 출력되는 신호의 레벨은, 코드 신호(CODE)의 레벨이 로직 하이 값을 유지하는 동안에는 원래 레벨과 같고, 코드 신호(CODE)의 레벨이 로직 로우 값을 유지하는 동안에는 0이 되도록 변조될 수 있다. 예를 들어, 복수의 광원들에서 출력되는 신호는 코드 신호(CODE)에 기반하여 펄스 진폭 변조(pulse amplitude modulation; PAM) 방식에 의해 변조될 수 있다.For example, the level of a signal output from the plurality of light sources may be modulated so that the level of the code signal CODE is the same as the original level while maintaining the logic high value and becomes 0 while the level of the code signal CODE maintains the logic low value. For example, signals output from a plurality of light sources may be modulated by a pulse amplitude modulation (PAM) method based on a code signal (CODE).

송신부(110)는 변조된 광원 신호(LS)들을 DNA 샘플(10)로 인가하기 위한 복수의 광섬유 다발들을 포함할 수 있다. 서로 다른 파장을 갖는 각 광원 신호(LS)는 대응하는 광섬유 다발을 통해 전달될 수 있고, 파장 분할 다중화(wavelength division multiplexing; WDM)를 이용하여 하나의 출력 광섬유에서 결합될 수 있다. 출력 광섬유는 끝단에 스플리터(splitter)를 포함할 수 있고, 서로 다른 파장을 갖는 각 광원 신호(LS)는 스플리터를 통해 복수의 DNA들로 인가될 수 있다.The transmitter 110 may include a plurality of optical fiber bundles for applying the modulated light source signals LS to the DNA sample 10 . Each light source signal LS having a different wavelength may be transferred through a corresponding fiber bundle and combined in one output fiber using wavelength division multiplexing (WDM). The output optical fiber may include a splitter at an end thereof, and each light source signal LS having a different wavelength may be applied to a plurality of DNAs through the splitter.

코드 발생기(120)는 송신부(110)의 복수의 광원들로부터 출력되는 신호들을 변조하기 위한 코드 신호(CODE)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 코드 신호(CODE)는 로직 하이 값 또는 로직 로우 값을 갖는 펄스 신호일 수 있다. 코드 발생기(120)는 서로 다른 파장을 갖는 각 광원에 대해 코드 신호(CODE)를 인가하여 광원들로부터 출력되는 신호들을 변조할 수 있다.The code generator 120 may generate a code signal CODE for modulating signals output from a plurality of light sources of the transmitter 110 . For example, the code signal CODE may be a pulse signal having a logic high value or a logic low value. The code generator 120 may modulate signals output from the light sources by applying a code signal CODE to each light source having a different wavelength.

구체적으로, 변조된 광원 신호(LS)의 레벨은, 대응하는 코드 신호(CODE)의 레벨이 로직 하이 값으로 유지되는 동안에는 원래 광원으로부터 출력되었던 신호의 레벨과 같고, 대응하는 코드 신호(CODE)의 레벨이 로직 로우 값으로 유지되는 동안에는 0일 수 있다. 다시 말해, 변조된 각 광원 신호(LS)는 코드 신호(CODE)의 레벨이 로직 하이 값으로 유지되는 동안 DNA 샘플(10)로 인가될 수 있다. Specifically, the level of the modulated light source signal LS may be the same as the level of the signal originally output from the light source while the level of the corresponding code signal CODE is maintained at the logic high value, and may be 0 while the level of the corresponding code signal CODE is maintained at the logic low value. In other words, each modulated light source signal LS may be applied to the DNA sample 10 while the level of the code signal CODE is maintained at a logic high value.

예를 들어, 코드 신호(CODE)의 레벨이 로직 하이 값으로 유지되는 시간은 미리 정해진 기준 시간의 길이와 같을 수 있다. 예를 들어, 정해진 기준 시간의 길이는 인가하고자 하는 DNA에 부착된 형광체의 수명과 같거나 더 길 수 있다. 또한, 신호 레벨이 로직 로우 값에서 로직 하이 값으로 상승하기 시작하는 시간은, 서로 다른 파장을 갖는 각 광원에 인가되는 코드 신호(CODE)마다 서로 다를 수 있다.For example, a time period during which the level of the code signal CODE is maintained at a logic high value may be equal to a length of a predetermined reference time period. For example, the length of the predetermined reference time may be equal to or longer than the lifetime of a phosphor attached to DNA to be applied. In addition, the time at which the signal level starts to rise from the logic low value to the logic high value may be different for each code signal CODE applied to each light source having a different wavelength.

결과적으로, 서로 다른 파장을 갖는 각 광원 신호(LS)는 시간적으로 분산되어 DNA 샘플(10)로 인가될 수 있다. 나아가, 코드 발생기(120)는 생성한 코드 신호(CODE)를 지연 제어기(130)로 전송할 수 있다. 코드 신호(CODE)에 대해서는 도 2를 참조하여 더 상세히 설명된다.As a result, each light source signal LS having a different wavelength may be temporally dispersed and applied to the DNA sample 10 . Furthermore, the code generator 120 may transmit the generated code signal CODE to the delay controller 130 . The code signal CODE will be described in more detail with reference to FIG. 2 .

DNA 샘플(10)의 복수의 DNA들 각각에는 서로 다른 형광체가 부착될 수 있다. 서로 다른 형광체는 서로 다른 파장을 갖는 광원 신호(LS)를 흡수할 수 있다. 각 DNA에 부착된 형광체는 관련된 광원 신호(LS)를 흡수하여 형광 신호(FS)를 발산할 수 있다. 예를 들어, 형광체는 530nm 이하의 파장을 갖는 광원을 흡수하여 550nm 이상의 파장을 갖는 형광 신호를 발산하는 사이버 그린(SYBR green) 형광체일 수 있다.Different phosphors may be attached to each of the plurality of DNAs of the DNA sample 10 . Different phosphors may absorb light source signals LS having different wavelengths. A phosphor attached to each DNA may absorb a related light source signal (LS) and emit a fluorescence signal (FS). For example, the phosphor may be a cyber green (SYBR green) phosphor that absorbs a light source having a wavelength of 530 nm or less and emits a fluorescence signal having a wavelength of 550 nm or more.

따라서, 본 개시의 각 DNA에 부착된 형광체는, 코드 신호(CODE)에 기반하여 정해진 서로 다른 시간에 서로 다른 파장을 갖는 광원 신호(LS)를 흡수할 수 있고, 흡수한 광원 신호(LS)의 파장에 대응하는 형광 신호(FS)를 발산할 수 있다. 각 형광체로부터 발산된 형광 신호(FS)들은 수신부(140)로 제공될 수 있다.Therefore, the phosphor attached to each DNA of the present disclosure can absorb light source signals LS having different wavelengths at different times determined based on the code signal CODE, and can emit a fluorescence signal FS corresponding to the wavelength of the absorbed light source signal LS. Fluorescence signals FS emitted from each phosphor may be provided to the receiver 140 .

지연 제어기(130)는 코드 발생기(120)에서 생성한 코드 신호(CODE)를 입력 받을 수 있고, 코드 신호(CODE)에 대응하는 지연 신호(DELAY)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 지연 신호(DELAY)는 코드 신호(CODE)가 기준 시간만큼 지연된 신호일 수 있다. 지연 제어기(130)는 지연 신호(DELAY)를 수신부(140)로 전송할 수 있다.The delay controller 130 may receive the code signal CODE generated by the code generator 120 and generate a delay signal DELAY corresponding to the code signal CODE. For example, the delay signal DELAY may be a signal obtained by delaying the code signal CODE by a reference time. The delay controller 130 may transmit the delay signal DELAY to the receiver 140 .

수신부(140)는 DNA 샘플(10)의 각 DNA에 부착된 형광체로부터 발산되는 형광 신호(FS)들을 수신할 수 있다. 수신부(140)는 형광 신호(FS)를 수신하기 위해 복수의 광섬유 다발들을 포함할 수 있다. 복수의 광섬유 다발들의 끝단에는 형광 신호(FS)를 전기적 신호로 변환하기 위한 검출 어레이(예를 들어, 실리콘 검출 어레이)가 위치할 수 있다. 따라서, DNA 샘플(10)로부터 제공된 형광 신호는 복수의 광섬유 다발들을 통해 검출 어레이에서 전기적인 신호로 변환될 수 있다. 또한, 수신부(140)는 지연 제어기(130)로부터 지연 신호(DELAY)를 수신할 수 있다.The receiving unit 140 may receive fluorescence signals FS emitted from phosphors attached to each DNA of the DNA sample 10 . The receiver 140 may include a plurality of optical fiber bundles to receive the fluorescence signal FS. A detection array (eg, a silicon detection array) for converting the fluorescence signal FS into an electrical signal may be positioned at the ends of the plurality of optical fiber bundles. Accordingly, the fluorescence signal provided from the DNA sample 10 may be converted into an electrical signal in the detection array through the plurality of optical fiber bundles. Also, the receiver 140 may receive the delay signal DELAY from the delay controller 130 .

수신부(140)는 형광 신호(FS) 및 지연 신호(DELAY)에 대해 상관 적분(correlation integral)을 수행할 수 있다. 먼저, 수신부(140)는 형광 신호(FS)와 지연 신호(DELAY) 사이의 상관 함수(correlation function)를 계산할 수 있다. 형광 신호(FS)와 지연 신호(DELAY) 사이의 상관 함수를 계산함으로써, 수신부(140)는 입력되는 형광 신호(FS)와 지연 신호(DELAY)의 코딩이 일치하는지(즉, 형광 신호(FS)와 지연 신호(DELAY)가 동일한 코드 신호(CODE)에 대응하는지) 여부를 알 수 있다.The receiver 140 may perform correlation integral on the fluorescence signal FS and the delay signal DELAY. First, the receiver 140 may calculate a correlation function between the fluorescence signal FS and the delay signal DELAY. By calculating the correlation function between the fluorescence signal FS and the delay signal DELAY, the receiving unit 140 can determine whether or not the coding of the input fluorescence signal FS and the delay signal DELAY match (that is, the fluorescence signal FS and the delay signal DELAY correspond to the same code signal CODE).

다음으로, 입력되는 형광 신호(FS)와 지연 신호(DELAY)의 코딩이 일치하는 경우, 수신부(140)는 지연 신호(DELAY)의 레벨이 로직 하이 값으로 유지되는 구간들에 대하여 형광 신호(FS)를 누적 적분할 수 있다. 이로써, 지연 신호(DELAY)의 레벨이 로직 하이 값으로 유지되는 동안 대응하는 형광 신호(FS)의 레벨이 누적될 수 있다. 수신부(140)는 형광 신호(FS)와 지연 신호(DELAY) 사이의 상관 함수를 계산하고, 형광 신호(FS)를 누적 적분하기 위한 회로, 소프트웨어, 또는 펌웨어 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Next, when the coding of the input fluorescence signal FS and the delay signal DELAY match, the receiving unit 140 may accumulate and integrate the fluorescence signal FS for sections in which the level of the delay signal DELAY is maintained at a logic high value. Accordingly, while the level of the delay signal DELAY is maintained at the logic high value, the corresponding level of the fluorescence signal FS may be accumulated. The receiver 140 may include at least one of a circuit, software, or firmware for calculating a correlation function between the fluorescence signal FS and the delay signal DELAY and cumulatively integrating the fluorescence signal FS.

형광 신호(FS)가 누적 적분되기 때문에 이득(gain)이 증가할 수 있고, DNA 복제 사이클을 최소화할 수 있다. 또한, 지연 신호(DELAY)는 코드 신호(CODE)가 정해진 기준 시간만큼 지연된 신호이기 때문에, 형광 신호(FS)를 누적 적분한 신호는 대응하는 형광체에 인가되었던 광원 신호(LS)가 제거된 신호일 수 있다. 따라서, 본 개시의 수신부(140)는 별도로 형광체에 인가되었던 광원 신호(LS)를 제거하기 위한 필터를 포함하지 않을 수 있고, 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio; SNR)가 개선될 수 있다.Since the fluorescence signal FS is cumulatively integrated, a gain can be increased and a DNA replication cycle can be minimized. Also, since the delay signal DELAY is a signal in which the code signal CODE is delayed by a predetermined reference time, a signal obtained by accumulative integration of the fluorescence signal FS may be a signal from which the light source signal LS applied to the corresponding phosphor is removed. Therefore, the receiver 140 of the present disclosure may not include a filter for removing the light source signal LS that was separately applied to the phosphor, and the signal-to-noise ratio (SNR) may be improved.

도 2는 도 1의 코드 발생기(120)가 생성하는 코드 신호의 예를 나타낸다. 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 개시의 코드 신호(CODE)는 로직 하이 값(도 2에서 “1”로 나타냄) 또는 로직 로우 값(도 2에서 “0”으로 나타냄)을 갖는 펄스 신호일 수 있다. 도 2에서 가로축은 시간을 나타낼 수 있고, 세로축은 신호의 레벨을 나타낼 수 있다. 이하 도 2와 함께, 도 1을 참조하여 설명한다.FIG. 2 shows an example of a code signal generated by the code generator 120 of FIG. 1 . As described with reference to FIG. 1 , the code signal CODE of the present disclosure may be a pulse signal having a logic high value (indicated by “1” in FIG. 2 ) or a logic low value (indicated by “0” in FIG. 2 ). In FIG. 2 , a horizontal axis may represent time, and a vertical axis may represent a signal level. Hereinafter, it will be described with reference to FIG. 1 together with FIG. 2 .

명확한 설명을 위해, 송신부(110)는 서로 다른 파장을 갖는 6개의 광원들(LD1~LD6)을 포함하는 것으로 가정하고, 6개의 광원들(LD1~LD6)은 각각 제 1 내지 제 6 광원 신호들(LS1~LS6)을 출력하는 것으로 가정한다. 그리고, 코드 발생기(120)는 6개의 광원 신호들(LS1~LS6)에 각각 대응하는 6개의 코드 신호들(CODE1~CODE6)을 생성하는 것으로 가정한다. 그러나 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 광원들의 개수 또는 코드 신호들의 개수는 달라질 수 있다.For clarity, it is assumed that the transmitter 110 includes six light sources LD1 to LD6 having different wavelengths, and each of the six light sources LD1 to LD6 outputs first to sixth light source signals LS1 to LS6. Also, it is assumed that the code generator 120 generates six code signals CODE1 to CODE6 respectively corresponding to the six light source signals LS1 to LS6. However, the present disclosure is not limited thereto, and the number of light sources or code signals may vary.

설명의 편의를 위해, 제 1 코드 신호(CODE1)을 예로 들어 설명한다. 제 1 코드 신호(CODE1)는 세 개의 구간(T1~T3)으로 나누어질 수 있다. 제 1 구간(T1)은 신호 레벨이 로직 하이(“1”) 값인 구간으로, 제 1 구간(T1)의 길이는 도 1을 참조하여 설명한 기준 시간의 길이에 따라 정해질 수 있다. 제 1 코드 신호(CODE1)는 제 1 광원(LD1)에 인가되어, 제 1 광원 신호(LS1)가 제 1 구간(T1) 동안 DNA에 부착된 대응하는 형광체에 인가되도록 한다.For convenience of description, the first code signal CODE1 will be described as an example. The first code signal CODE1 may be divided into three sections T1 to T3. The first period T1 is a period in which the signal level is a logic high (“1”) value, and the length of the first period T1 may be determined according to the length of the reference time described with reference to FIG. 1 . The first code signal CODE1 is applied to the first light source LD1 so that the first light source signal LS1 is applied to the corresponding phosphor attached to the DNA during the first period T1.

도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 신호 레벨이 로직 하이(“1”) 값으로 유지되는 기준 시간의 길이는 제 1 광원 신호(LS1)에 대응하는 형광체의 형광 수명과 같거나 더 길 수 있다. 또한, 신호 레벨이 로직 하이(“1”) 값인 구간은 기준 시간보다 긴 시간 동안 연속될 수 없다. 따라서, 제 1 코드 신호(CODE1)의 신호 레벨이 기준 동안 로직 하이(“1”) 값으로 유지된 이후, 신호 레벨이 로직 로우(“0”) 값인 구간이 이어질 수 있다. 제 1 구간(T1) 동안 제 2 내지 제 6 코드 신호(CODE2~CODE6)의 신호 레벨은 로직 로우(“0”) 값으로 유지될 수 있다. 이로써, 오직 제 1 광원 신호(LS1)만 DNA 샘플(10)로 인가될 수 있고, 제 2 내지 제 6 광원 신호(LS2~LS6)는 DNA 샘플(10)로 인가되지 않을 수 있다.As described with reference to FIG. 1 , the length of the reference time during which the signal level is maintained at the logic high (“1”) value may be equal to or longer than the fluorescence lifetime of the phosphor corresponding to the first light source signal LS1. Also, the period in which the signal level is a logic high (“1”) value cannot be continued for a time longer than the reference time. Accordingly, after the signal level of the first code signal CODE1 is maintained at the logic high (“1”) value during the reference, a period in which the signal level is the logic low (“0”) value may follow. During the first period T1, the signal levels of the second to sixth code signals CODE2 to CODE6 may be maintained at a logic low (“0”) value. Thus, only the first light source signal LS1 may be applied to the DNA sample 10, and the second to sixth light source signals LS2 to LS6 may not be applied to the DNA sample 10.

도 2에 나타난 바와 같이 제 2 구간(T2)은 신호 레벨이 로직 로우(“0”) 값인 구간이며, 제 2 구간(T2)의 길이는 제 1 구간(T1)의 길이(즉, 기준 시간의 길이)와 같다. 제 1 구간(T1) 동안 인가된 제 1 광원 신호(LS1)에 응답하여, 제 2 구간(T2) 동안 DNA에 부착된 형광체는 제 1 형광 신호(FS1)를 발산할 수 있다. 도 2의 빗금이 칠해진 영역에 제 1 형광 신호(FS1)의 일부가 나타나 있다.As shown in FIG. 2, the second period T2 is a period in which the signal level is a logic low (“0”) value, and the length of the second period T2 is the length of the first period T1 (ie, the length of the reference time). In response to the first light source signal LS1 applied during the first period T1, the phosphor attached to the DNA may emit a first fluorescence signal FS1 during the second period T2. A part of the first fluorescence signal FS1 is shown in the hatched area in FIG. 2 .

나아가, 제 1 코드 신호(CODE1)에 기반하여 지연 제어기(130)로부터 출력되는 제 1 지연 신호(도시되지 않음)는 제 2 구간(T2)에서 신호 레벨이 로직 하이(“1”)일 수 있다. 제 2 구간(T2)에서 제 1 지연 신호와 제 1 형광 신호(FS1)는 수신부(140)에 의해 비교될 수 있고(예를 들어, 상관 함수가 계산될 수 있고), 제 1 지연 신호의 레벨이 로직 하이로 유지되는 구간에 대해 제 1 형광 신호(FS1)는 누적 적분될 수 있다.Furthermore, the signal level of the first delay signal (not shown) output from the delay controller 130 based on the first code signal CODE1 may be logic high (“1”) in the second period T2. In the second period T2, the first delay signal and the first fluorescence signal FS1 may be compared by the receiver 140 (e.g., a correlation function may be calculated), and the first fluorescence signal FS1 may be cumulatively integrated for a period in which the level of the first delay signal is maintained at a logic high level.

제 3 구간(T3)은 제 2 내지 제 6 코드 신호들(CODE2~CODE6) 중 어느 하나의 신호 레벨이 로직 하이(“1”) 값으로 유지되는 구간이기 때문에, 제 1 광원 신호(LS1)가 인가되지 않도록 제 1 코드 신호(CODE1)의 신호 레벨은 로직 로우(“0”) 값으로 유지될 수 있다. 제 2 내지 제 6 코드 신호들(CODE2~CODE6)의 시간에 따른 신호 레벨의 변화도 제 1 코드 신호(CODE1)에 대하여 설명한 바와 같다.Since the third period T3 is a period in which the signal level of any one of the second to sixth code signals CODE2 to CODE6 is maintained at a logic high (“1”) value, the signal level of the first code signal CODE1 may be maintained at a logic low (“0”) value so that the first light source signal LS1 is not applied. Changes in signal levels of the second to sixth code signals CODE2 to CODE6 over time are also the same as the description for the first code signal CODE1.

그러나 본 개시는 상술한 것에 한정되지 않으며, 코드 발생기(120)에서 생성하는 코드 신호는 서로 다른 파장을 갖는 광원 신호들이 서로 다른 시간에 인가될 수 있도록 하되, 도 2에 나타난 제 1 내지 제 6 코드 신호들(CODE1~CODE6)과는 다르게 로직 하이(“1”) 및 로직 로우(“0”) 값이 번갈아 나타나는 펄스 신호일 수 있다.However, the present disclosure is not limited to the above, and the code signal generated by the code generator 120 allows light source signals having different wavelengths to be applied at different times, but may be a pulse signal in which a logic high (“1”) and a logic low (“0”) value alternate, unlike the first to sixth code signals CODE1 to CODE6 shown in FIG.

도 3은 도 1의 장치(100)가 포함하는 광섬유의 구조를 나타낸다. 송신부(110)의 광원으로부터 출력되는 광원 신호(LS)는 광섬유 다발의 중심부 광섬유를 통해 DNA 샘플(10)로 인가될 수 있다. 광원 신호(LS)에 응답하여 DNA 샘플(10)의 DNA에 부착된 형광체로부터 발산되는 형광 신호(FS)는 광섬유 다발의 외곽 광섬유들을 통해 수신부(140)의 검출 어레이로 제공될 수 있고, 검출 어레이에서 형광 신호(FS)는 전기적인 신호로 변환될 수 있다.FIG. 3 shows the structure of an optical fiber included in the device 100 of FIG. 1 . The light source signal LS output from the light source of the transmitter 110 may be applied to the DNA sample 10 through the central optical fiber of the optical fiber bundle. The fluorescence signal FS emitted from the phosphor attached to the DNA of the DNA sample 10 in response to the light source signal LS may be provided to the detection array of the receiver 140 through the outer fibers of the fiber bundle, and the fluorescence signal FS may be converted into an electrical signal in the detection array.

따라서 본 개시의 실시 예에 따르면, DNA에 부착된 형광체로부터 발산되는 약한 세기의 형광 신호(FS)가 복수의 광섬유 다발들을 통해 전송될 수 있고, 이로 인해 형광 신호(FS)의 손실은 최소화될 수 있다.Therefore, according to an embodiment of the present disclosure, a fluorescence signal FS having a weak intensity emitted from a phosphor attached to DNA can be transmitted through a plurality of optical fiber bundles, and thus loss of the fluorescence signal FS can be minimized.

도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 PCR 진단을 위한 장치(100)의 동작을 개념적으로 나타낸다.4 conceptually illustrates the operation of the apparatus 100 for PCR diagnosis according to an embodiment of the present disclosure.

도 4에 나타난 DNA 샘플(10)은 복수의 DNA들(s1~s19)을 포함할 수 있고, 각 DNA들(s1~s19)에는 형광체가 부착될 수 있다. 각 DNA들(s1~s19)에 부착된 형광체는 대응하는 파장을 갖는 광원 신호를 흡수하여 형광 신호를 발산할 수 있다. 도 4의 각 DNA들(s1~s19)에 부착된 서로 다른 형광체의 개수는 6개인 것으로 가정하며, 송신부(110)는 서로 다른 6개의 형광체들에 각각 대응하는 제 1 내지 제 6 광원(LD1~LD6)을 포함하는 것으로 가정한다. 제 1 내지 제 6 광원(LD1~LD6)은 각각 서로 다른 제 1 내지 제 6 파장(λ1~λ6)을 가질 수 있다. 그러나 본 개시는 이에 한정되지 않으며, DNA 샘플(10)에 포함된 DNA의 개수, 형광체의 개수, 및 광원의 개수는 도 4에 나타난 바와 다르게 설정될 수 있다.The DNA sample 10 shown in FIG. 4 may include a plurality of DNAs s1 to s19, and a phosphor may be attached to each of the DNAs s1 to s19. The phosphor attached to each of the DNAs s1 to s19 may emit a fluorescence signal by absorbing a light source signal having a corresponding wavelength. It is assumed that the number of different phosphors attached to each of the DNAs s1 to s19 in FIG. 4 is 6, and the transmitter 110 includes first to sixth light sources LD1 to LD6 respectively corresponding to the 6 different phosphors. The first to sixth light sources LD1 to LD6 may have first to sixth wavelengths λ1 to λ6 different from each other. However, the present disclosure is not limited thereto, and the number of DNAs, the number of phosphors, and the number of light sources included in the DNA sample 10 may be set differently from those shown in FIG. 4 .

제 1 내지 제 6 광원(LD1~LD6)은 각각 광섬유 다발과 연결되어 있고, 제 1 내지 제 6 광원 신호(LS1~LS6)는 대응하는 광섬유 다발을 통해 출력될 수 있다. 제 1 내지 제 6 광원 신호(LS1~LS6)는 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 코드 발생기(120)로부터 출력되는 제 1 내지 제 6 코드 신호(CODE1~CODE6)에 의해 변조될 수 있다.The first to sixth light sources LD1 to LD6 are connected to the optical fiber bundle, respectively, and the first to sixth light source signals LS1 to LS6 may be output through the corresponding optical fiber bundle. As described with reference to FIGS. 1 to 2 , the first to sixth light source signals LS1 to LS6 may be modulated by the first to sixth code signals CODE1 to CODE6 output from the code generator 120 .

도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 제 1 내지 제 6 광원 신호(LS1~LS6)는 파장 분할 다중화(WDM)을 이용하여 하나의 출력 광섬유에서 결합될 수 있다. 출력 광섬유는 끝단에 스플리터를 포함할 수 있고, 서로 다른 파장들(λ1~λ6)을 갖는 제 1 내지 제 6 광원 신호들(LS1~LS6)은 스플리터를 통해 복수의 DNA들(s1~s19)로 서로 다른 시간에 인가될 수 있다.As described with reference to FIG. 1 , the first to sixth light source signals LS1 to LS6 may be combined in one output optical fiber using wavelength division multiplexing (WDM). The output optical fiber may include a splitter at an end, and the first to sixth light source signals LS1 to LS6 having different wavelengths (λ1 to λ6) may be applied to the plurality of DNAs s1 to s19 at different times through the splitter.

복수의 DNA들(s1~s19)에 부착된 형광체는 복수의 광섬유 다발들을 통해 제 1 내지 제 6 광원 신호들(LS1~LS6)을 각각 서로 다른 시간에 인가받을 수 있고, 대응하는 제 1 내지 제 6 형광 신호들(FS1~FS6)을 발산할 수 있다. DNA 샘플(10)로부터 발산된 제 1 내지 제 6 형광 신호들(FS1~FS6)은 복수의 광섬유 다발들을 통해 수신부(140)의 검출 어레이에서 전기적 신호로 변환될 수 있다. 또한, 지연 제어기(130)는 제 1 내지 제 6 코드 신호(CODE1~CODE6)에 기반하여 제 1 내지 제 6 지연 신호(DELAY1~DELAY6)를 생성할 수 있고, 수신부(140)로 전송할 수 있다.The phosphor attached to the plurality of DNAs s1 to s19 may receive the first to sixth light source signals LS1 to LS6 at different times through a plurality of optical fiber bundles, and emit corresponding first to sixth fluorescence signals FS1 to FS6. The first to sixth fluorescence signals FS1 to FS6 emitted from the DNA sample 10 may be converted into electrical signals in a detection array of the receiver 140 through a plurality of optical fiber bundles. Also, the delay controller 130 may generate the first to sixth delay signals DELAY1 to DELAY6 based on the first to sixth code signals CODE1 to CODE6 and transmit them to the receiver 140 .

수신부(140)는 제 1 내지 제 6 형광 신호들(FS1~FS6)과 대응하는 제 1 내지 제 6 지연 신호들(DELAY1~DELAY6)을 비교할 수 있고, 각 형광 신호들(FS1~FS6)을 누적 적분할 수 있다. 이로써, 장치(100)는 복수의 DNA들(s1~s19)을 검출할 수 있다.The receiving unit 140 may compare the first to sixth fluorescence signals FS1 to FS6 and the corresponding first to sixth delay signals DELAY1 to DELAY6, and may cumulatively integrate each fluorescence signal FS1 to FS6. Thus, the device 100 may detect a plurality of DNAs s1 to s19.

도 5는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 PCR 진단을 위한 장치(100)의 동작을 개념적으로 나타낸다.5 conceptually illustrates the operation of the apparatus 100 for PCR diagnosis according to another embodiment of the present disclosure.

도 4에서 제 1 내지 제 6 광원 신호들(LS1~LS6)이 복수의 광섬유 다발을 통해 DNA 샘플(10)로 제공되고, 제 1 내지 제 6 형광 신호들(FS1~FS6)이 복수의 광섬유 다발을 통해 수신부(140)로 제공되는 것으로 나타난 것에 반해, 도 5에서 제 1 내지 제 6 광원 신호들(LS1~LS6)은 크기가 작은 하나의 단일 모드 광섬유(single-mode fiber)를 통해 DNA 샘플(10)에 각각 제공되고, 제 1 내지 제 6 형광 신호들(FS1~FS6)은 크기가 큰 하나의 다중 모드 광섬유(multi-mode fiber)를 통해 수신부(140)로 제공되는 것으로 나타나 있다. 이하, 도 4와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.4, the first to sixth light source signals LS1 to LS6 are provided to the DNA sample 10 through a plurality of optical fiber bundles, and the first to sixth fluorescence signals FS1 to FS6 are provided to the receiver 140 through a plurality of optical fiber bundles. In contrast, in FIG. It is shown in (10) that the first to sixth fluorescence signals FS1 to FS6 are provided to the receiving unit 140 through one multi-mode fiber having a large size. Hereinafter, a description overlapping with that of FIG. 4 will be omitted.

도 5에 나타난 바와 같이, 단일 모드 광섬유 및 다중 모드 광섬유는 서로 부착될 수 있다. 단일 모드 광섬유의 끝단은, DNA 샘플(10)의 중심부로 제 1 내지 제 6 광원 신호(LS1~LS6)를 제공하기 위해 임의의 각도로 기울어져 있다. 이로 인해, 입사한 제 1 내지 제 6 광원 신호(LS1~LS6)는 휘어질 수 있고, DNA 샘플(10)의 중심부로 인가될 수 있다. 제 1 내지 제 6 형광 신호(FS1~FS6)는 다중 모드 광섬유를 통해 수광될 수 있고, 수신부(140)의 검출 어레이로 제공되어 전기적 신호로 변환될 수 있다.As shown in FIG. 5, a single mode optical fiber and a multimode optical fiber can be attached to each other. The end of the single-mode optical fiber is inclined at an arbitrary angle to provide the first to sixth light source signals LS1 to LS6 to the center of the DNA sample 10 . As a result, the incident first to sixth light source signals LS1 to LS6 may be bent and applied to the center of the DNA sample 10 . The first to sixth fluorescence signals FS1 to FS6 may be received through a multimode optical fiber, provided to a detection array of the receiver 140, and converted into electrical signals.

상술된 내용은 본 개시를 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 개시는 상술된 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 개시는 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 개시의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 본 개시의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.The foregoing are specific embodiments for carrying out the present disclosure. The present disclosure will include not only the above-described embodiments, but also embodiments that can be simply or easily changed in design. In addition, the present disclosure will also include techniques that can be easily modified and implemented using the embodiments. Therefore, the scope of the present disclosure should not be limited to the above-described embodiments and should be defined by not only the claims to be described later but also those equivalent to the claims of the present disclosure.

100: PCR 진단을 위한 장치 110: 송신부
120: 코드 발생기 130: 지연 제어기
140: 수신부
100: device for PCR diagnosis 110: transmission unit
120: code generator 130: delay controller
140: receiver

Claims (11)

서로 다른 파장을 갖는 제 1 광원 신호 및 제 2 광원 신호를 출력하는 다파장 광원을 포함하고, DNA 샘플로 상기 제 1 광원 신호 및 제 2 광원 신호를 인가하는 송신부;
상기 제 1 광원 신호 및 상기 제 2 광원 신호에 각각 대응하는 제 1 코드 신호 및 제 2 코드 신호를 생성하는 코드 발생기;
상기 제 1 코드 신호 및 제 2 코드 신호에 각각 대응하는 제 1 지연 신호 및 제 2 지연 신호를 생성하는 지연 제어기; 및
상기 DNA 샘플로부터 발산되는 제 1 형광 신호 및 제 2 형광 신호와, 제 1 지연 신호 및 제 2 지연 신호 사이의 상관 함수를 계산하고, 상기 계산된 상관 함수의 값에 기반하여 상기 제 1 형광 신호 및 상기 제 2 형광 신호 각각과, 상기 제 1 지연 신호 및 상기 제 2 지연 신호 각각이 서로 동일한 코드 신호에 대응하는지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과에 기반하여 상기 제 1 형광 신호 및 상기 제 2 형광 신호를 각각 동일한 코드 신호에 대응하는 지연 신호의 레벨이 로직 하이 값으로 유지되는 구간에 대해 누적 적분하는 수신부를 포함하되,
상기 제 1 형광 신호는 상기 제 1 광원 신호에 응답하여 상기 DNA 샘플로부터 발산되고, 상기 제 2 형광 신호는 상기 제 2 광원 신호에 응답하여 상기 DNA 샘플로부터 발산되는 PCR 진단을 위한 장치.
a transmitter including a multi-wavelength light source outputting a first light source signal and a second light source signal having different wavelengths, and applying the first light source signal and the second light source signal to a DNA sample;
a code generator configured to generate a first code signal and a second code signal respectively corresponding to the first light source signal and the second light source signal;
a delay controller configured to generate a first delay signal and a second delay signal respectively corresponding to the first code signal and the second code signal; and
Calculate a correlation function between the first and second fluorescence signals emitted from the DNA sample, and the first delay signal and the second delay signal, determine whether the first and second fluorescence signals, respectively, and the first and second delay signals correspond to the same code signal based on the value of the calculated correlation function, and determine whether the first and second fluorescence signals correspond to the same code signal based on the determination result A receiver that cumulatively integrates for a period in which the level is maintained at a logic high value,
The first fluorescence signal is emitted from the DNA sample in response to the first light source signal, and the second fluorescence signal is emitted from the DNA sample in response to the second light source signal.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 광원 신호 및 상기 제 2 광원 신호는 각각 상기 제 1 코드 신호 및 상기 제 2 코드 신호에 기반하여 결정된 서로 다른 시간에 상기 DNA 샘플로 인가되는 PCR 진단을 위한 장치.
According to claim 1,
The first light source signal and the second light source signal are applied to the DNA sample at different times determined based on the first code signal and the second code signal, respectively.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 코드 신호 및 상기 제 2 코드 신호는 로직 하이 값을 갖는 제 1 구간, 로직 로우 값을 갖는 제 2 구간, 및 로직 로우 값을 갖는 제 3 구간으로 구성되고, 상기 제 1 구간은 연속하지 않고, 상기 제 1 구간 및 상기 제 2 구간의 길이는 같은 PCR 진단을 위한 장치.
According to claim 1,
The first code signal and the second code signal are composed of a first section having a logic high value, a second section having a logic low value, and a third section having a logic low value, wherein the first section is not continuous, and the length of the first section and the second section are the same.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 광원 신호 및 상기 제 2 광원 신호는 각각 상기 제 1 코드 신호가 로직 하이 값을 갖는 구간 및 상기 제 2 코드 신호가 로직 하이 값을 갖는 구간 동안 상기 DNA 샘플로 인가되고,
상기 제 1 코드 신호의 상기 제 1 구간의 길이는 상기 제 1 형광 신호를 발산하는 형광체의 형광 수명과 같거나 또는 더 길도록 설정되고, 상기 제 2 코드 신호의 상기 제 1 구간의 길이는 상기 제 2 형광 신호를 발산하는 형광체의 형광 수명과 같거나 또는 더 길도록 설정되고,
상기 형광 수명은 형광체가 형광 신호를 발산할 수 있는 기간을 나타내는 PCR 진단을 위한 장치.
According to claim 3,
The first light source signal and the second light source signal are applied to the DNA sample during a period in which the first code signal has a logic high value and a period in which the second code signal has a logic high value, respectively;
The length of the first section of the first code signal is set to be equal to or longer than the fluorescence lifetime of the phosphor emitting the first fluorescence signal, and the length of the first section of the second code signal is set to be equal to or longer than the fluorescence lifetime of the phosphor emitting the second fluorescence signal;
The fluorescence lifetime is a PCR diagnostic device indicating a period during which a phosphor can emit a fluorescence signal.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 코드 신호가 로직 하이 값을 갖는 구간과 상기 제 2 코드 신호가 로직 하이 값을 갖는 구간은 서로 다른 PCR 진단을 위한 장치.
According to claim 3,
A period in which the first code signal has a logic high value and a period in which the second code signal has a logic high value are different from each other.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 지연 신호는 상기 제 1 코드 신호에 비하여, 상기 제 1 코드 신호의 레벨이 로직 하이 값을 갖는 시간만큼 지연된 신호이고, 그리고
상기 제 2 지연 신호는 상기 제 2 코드 신호에 비하여, 상기 제 2 코드 신호의 레벨이 로직 하이 값을 갖는 시간만큼 지연된 신호인 PCR 진단을 위한 장치.
According to claim 1,
The first delay signal is a signal delayed by a time when the level of the first code signal has a logic high value compared to the first code signal, and
The second delay signal is a signal delayed by a time when the level of the second code signal has a logic high value compared to the second code signal.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 광원 신호 및 상기 제 2 광원 신호는 복수의 광섬유 다발들 중 중심 다발을 통해 상기 DNA 샘플로 인가되고, 상기 제 1 형광 신호 및 상기 제 2 형광 신호는 상기 복수의 광섬유 다발들 중 외곽 다발들을 통해 상기 수신부로 제공되는 PCR 진단을 위한 장치.
According to claim 1,
The first light source signal and the second light source signal are applied to the DNA sample through a central bundle of a plurality of optical fiber bundles, and the first fluorescence signal and the second fluorescence signal are applied to the receiving unit through outer bundles of the plurality of optical fiber bundles. Apparatus for diagnosing PCR.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 광원 신호 및 상기 제 2 광원 신호는 단일 모드 광섬유를 통해 상기 DNA 샘플로 인가되고, 상기 제 1 형광 신호 및 상기 제 2 형광 신호는 다중 모드 광섬유를 통해 상기 수신부로 제공되는 PCR 진단을 위한 장치.
According to claim 1,
The first light source signal and the second light source signal are applied to the DNA sample through a single-mode optical fiber, and the first fluorescence signal and the second fluorescence signal are provided to the receiver through a multi-mode optical fiber. Apparatus for diagnosis.
제 9 항에 있어서,
상기 단일 모드 광섬유는 상기 제 1 광원 신호 및 상기 제 2 광원 신호가 상기 DNA 샘플의 중심부로 인가될 수 있도록 미리 정해진 각도로 기울어진 PCR 진단을 위한 장치.
According to claim 9,
The single-mode optical fiber is tilted at a predetermined angle so that the first light source signal and the second light source signal can be applied to the center of the DNA sample.
복수의 코드 신호들을 생성하는 단계;
상기 복수의 코드 신호들에 기반하여 DNA 샘플로 서로 다른 파장을 갖는 복수의 광원 신호들을 서로 다른 시간에 인가하는 단계;
상기 복수의 코드 신호들에 각각 대응하는 복수의 지연 신호들을 생성하는 단계;
상기 DNA 샘플로부터 발산되는 형광 신호 및 상기 복수의 지연 신호들 사이의 상관 함수를 계산하는 단계;
상기 계산된 상관 함수의 값에 기반하여 상기 형광 신호와, 상기 복수의 신호들 각각이 서로 동일한 코드 신호에 대응하는지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 판단 결과에 기반하여 상기 형광 신호를 동일한 코드 신호에 대응하는 지연 신호의 레벨이 로직 하이 값으로 유지되는 구간에 대해 누적 적분하는 단계를 포함하는 PCR 진단을 위한 방법.
generating a plurality of code signals;
applying a plurality of light source signals having different wavelengths to a DNA sample at different times based on the plurality of code signals;
generating a plurality of delay signals respectively corresponding to the plurality of code signals;
calculating a correlation function between a fluorescent signal emitted from the DNA sample and the plurality of delay signals;
determining whether the fluorescent signal and each of the plurality of signals correspond to the same code signal based on the calculated value of the correlation function; and
Accumulatively integrating the fluorescence signal over a period in which a level of a delay signal corresponding to the same code signal is maintained at a logic high value based on the determination result.
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