KR20030038730A - 열렌즈 현미경 디바이스 - Google Patents

Abstract

분석셀(1)과 이것을 지지하는 기판(2A,2B)에 의해 구성되는 디바이스본체에 있어서, 여기광원(3), 검출광원(4) 및 열렌즈 현미경 광학계 중 적어도 일부가 일체로 설치되며, 소형이며 가반성이 있으며, 또한 공간분해능이나 정치분석능력이 우수한 초미량 분석을 위한 현미경이 제공된다.

Description

열렌즈 현미경 디바이스{THERMAL LENS MICROSCOPE DEVICE}

종래부터, 화학반응을 미소공간에서 행하기 위한 집적화기술이 화학반응의 고속성이나 미소량에서의 반응, 온사이트 분석 등의 관점에서 주목되며, 세계적으로 정력적인 연구가 진행되고 있다.

본 출원의 발명자들에 의해서도, 화학반응의 집적화기술에 대한 검토가 진행되고 있으며, 유리기판 등을 이용한 디바이스에 있어서, 미세 채널내의 액중 시료의 광흡수에 의해 발생하는 열렌즈효과를 이용한 광열변환 흡광분석법이 확립되며, 실용화로의 진행이 이루어지고 있다.

그러나, 발명자들에 의해 제공된 상기와 같은 열렌즈 현미경에 의한 분석방법에 있어서는, 이것을 가능하게 하는 분석기기의 구성이 예를 들면 광원이나, 측정부나 검출부(광전변환부)의 광학계 등이 복잡하게 시스템업되어 있으며, 아직 대형이며 가능성이 부족했다. 이 때문에, 이 열렌즈 현미경 시스템을 이용한 분석이나 화학반응을 행할 때에는 그 장소나 조작을 한정하는 요인으로 되었다.

이러한 사정에서, 열렌즈 현미경 시스템에 의한 분석은 분석가능한 대상이 넓다는 등의 많은 이점을 가지고 있다는 점에서 범용성이 높은 소형화가 강하게 기대되었다.

그래서, 본 출원의 발명자들은 여기광원 및 검출광원으로서 소형 레이저광원을 구비하고, 여기광원, 검출광원 및 열렌즈 현미경 광학계를 단일 기체(器體)로 장착 일체화함으로써, 콤팩트한 구조를 갖는 데스크톱 열렌즈 현미경장치를 개발했다. 이 데스크톱 열렌즈 현미경장치에 있어서는 데스크톱형 현미경과 같이 단일의 기체에 모든 요소를 장착 일체로 하고, 종래까지의 거대한 현미경을 데스크톱형까지 소형화하는 데에 성공했다.

하지만, 이 데스크톱 열렌즈 현미경장치에 있어서도 더욱 개선해야 할 점이 요구되고 있다.

그것은, 더욱 가반성(可搬性)이 있는 것으로 소형화하는 것이다. 이 소형화에 의해 의료진단이나 환경계측에 있어서의 초미량 화학물질의 초고감도분석의 기동성이 비약적으로 향상되며, 공간분석능력이나 정량분석능력이 매우 우수한 초미량분석 현미경이 가능하게 된다.

본 출원의 발명은 이상과 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 가반성이 있으며, 의료진단이나 환경계측에 있어서의 초미량 화합물질의 초고감도분석을 가능하게 하는, 팜톱사이즈의 새로운 열렌즈 현미경 디바이스를 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

본 출원의 발명은 열렌즈 현미경 디바이스에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 출원의 발명은 미소공간내에서 정밀도가 높은 초미량 분석이 가능하며, 임의의 장소에서 간편한 측정이 가능한 탁상형 팜톱사이즈 열렌즈 현미경 디바이스에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일례를 나타낸 평면도, 정면도 및 저면도이다.

도 2는 본 발명의 다른 예를 나타낸 정면도이다.

(부호의 설명)

1:분석셀 2A:상부기판

2B:하부기판 3:여기광원

4:검출광원 5:렌즈계

6:다이크로믹 미러 7:프리즘

8:대물렌즈 9:주입구

10:배출구 11:미세 채널

12:프리즘 13:필터

14:광검출기

본 출원의 발명은 상기 과제를 해결하는 것으로서, 첫째로는 분석셀과 이것을 지지하는 기판에 의해 구성되는 디바이스본체에 있어서, 여기광원, 검출광원 및 열렌즈 현미경 광학계 중 적어도 일부가 일체로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열렌즈 현미경 디바이스를 제공한다.

또, 본 출원의 발명은 둘째로는 분석셀과 이것을 지지하는 기판에 의해 구성되는 디바이스본체에 있어서, 검출계 및 검출용 광학계 중 적어도 일부가 일체로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열렌즈 현미경 디바이스를 제공하고, 셋째로는 이 제2발명에 있어서, 신호처리계 및 검출결과를 송수신하는 전기회로의 일부 또는 전부가 디바이스본체에 일체로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열렌즈 현미경 디바이스를, 네째로는 제2 또는 제3발명에 있어서, 여기광원, 검출광원 및 열렌즈 현미경 광학계 중 적어도 일부가 디바이스본체에 일체로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열렌즈 현미경 디바이스를 제공한다.

본 출원의 발명은 상기와 같은 특징을 갖는 것이지만, 이하에 그 실시형태에 대해서 설명한다.

상기와 같이, 본 출원의 발명의 열렌즈 현미경 디바이스는 분석셀과 이것을 지지하는 기판에 의해 구성되는 디바이스본체에 있어서,

<A> 여기광원, 검출광원 및 열렌즈 현미경 광학계 중 적어도 일부

<B> 검출계 및 검출용 광학계 중 적어도 일부

의 <A><B> 양쪽, 또는 한쪽이 일체로 설치되어 있는 것, 또한, 상기 <B>와 함께 <C>신호처리계 및 검출결과를 송수신하는 전기회로의 일부 또는 전부가 일체로 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

또, 말할 필요도 없지만, 열렌즈 현미경은 여기광과 검출광을 입사하고, 여기광이 시료중에 조사됨으로써 형성되는 열렌즈에 검출광을 입사하고, 열렌즈에 의한 검출광의 확산을 측정함으로써 시료중의 물질의 검출을 행하는 시스템이다.

이상과 같은 본 발명의 열렌즈 현미경 디바이스에서는 종래부터 본 출원의 발명자들이 제안한 바와 같이, 분석셀로는, 유리, 실리콘, 플라스틱 등의 투광성의셀기판에 에칭에 의해 미세, 미소한 채널(통액로)나 포트(저액부) 등을 형성한 것이 이용된다. 그리고, 이 분석셀을 지지하는 기판도 마찬가지의 투광성의 소재에 의해 형성할 수 있고, 분석셀을 그 한쪽에서 지지하도록 해도 좋고, 상하 양측에서 끼워 지지하도록 해도 좋다. 이 지지의 형태에 대해서는 여러가지여도 좋다.

그리고, 상기 <A><B> 및 <C>는 분석셀, 또는 이것을 지지하는 기판에 부분적으로 또는 전부가 일체화되어 있으면 좋다. 여기에서 일체화되어 있다라는 것은 분석셀이나 기판의 외부에 공간을 두고 배치되어 있는 것이 아니라, 분석셀, 기판의 내부 또는 표면에 접촉 또는 매설되어 있는 것을 의미하고 있다.

도 1은 본 발명의 열렌즈 현미경 디바이스의 일례를 나타낸 평면도, 정면도 및 저면도이다. 예를 들면 이 도 1에 여자한 바와 같이, 디바이스본체는 분석셀(1)을 상부기판(2A)과 하부기판(2B)에 의해 끼워서 구성하고, 상부기판(2A)에는 여기광원(3), 검출광원(4)와 함께, 빔익스팬더나 콜리메이터렌즈 등의 렌즈계(5), 다이크로믹 미러(6), 프리즘(7) 등으로 이루어지는 열렌즈 현미경의 광학계를 일체화 설치하고 있다. 프리즘(7)의 바로 밑에는 대물렌즈(8)를 다시 매설에 의해 일체화할 수도 있다.

또, 상부기판(2A)에는 대향하는 시료나 반응약 주입구(9) 및 액배출구(10)가 형성되며, 분석셀(1)에 형성한 미세채널(11)에 각각 연통되어 있다.

한편, 하부기판(2B)에 있어서는 프리즘(12)이나 미러 및 필터(13) 등으로 이루어진 검출용 광학계와, 광검출기(14)가 일체화 설치되어 있다.

도 2는 이상의 도 1의 예와 같이 상부기판(2A) 및 하부기판(2B)의 표면에 일체화 설치되지 않고, 여기광원(3)을 비롯한 상기 열렌즈 현미경 시스템의 요소를 상부기판(2A) 및 하부기판(2B)에 매설해서 일체화 설치한 예를 나타내고 있다. 이러한 각종 구성으로서 본 발명의 열렌즈 현미경 디바이스가 구성된다.

물론, 광원이나 검출기 등의 요소의 일부가 상하기판(2A,2B)의 외부에 배치되어 있는 것도 본 발명에 있어서는 포함하고 있다. 사용조건, 사용환경 등에 따라 시스템구성을 변경해도 좋다.

어느 경우에서나, 여기광원(3)에는 소형의 반도체 레이저를 비롯해서 반도체 레이저, 여기고체 레이저와 같은 소형 레이저광원의 각종의 것이 이용된다. 여기광원(3)으로부터 출력된 여기광은 예를 들면, 초퍼에 의해 변조되며, 다시 빔익스팬더에 의해 평면파로서 사출된다.

한편, 여기광원(3)과 마찬가지로 소형 레이저광원인 검출광원(4)으로부터 출력된 검출광은 예를 들면 콜리메이터 렌즈에 의해 평행한 광선속으로서 사출되고, 다이크로믹 미러(6)에 의해 여기광과 동축으로 합성된다.

여기광과 검출광으로 이루어진 합성광은 프리즘(7), 대물렌즈(8)를 통과하여 분석셀(1)중의 액체시료에 조사된다. 시료내부에 있어서는 합성광을 구성하는 여기광의 일부에 의해 광열변환현상에 기초하여 열렌즈가 형성되며, 열렌즈를 통과한 검출광은 확산하여 광열변환에 관계되지 않은 여기광과 함께 시료중을 투과한다. 원리적으로는 여기광도 열렌즈의 영향을 받지만, 검출광에 비해 소량이다.

시료는 상기 주입일에 시약하고, 예를 들면 착화제(錯化劑)나 면역반응시약 등과 따로따로 주입되며, 미세 채널(11)내에서의 반응에 의해 시료중의 미량성분의검출이 상기 열렌즈 현미경에 의해 가능하게 된다.

예를 들면, 질소산화물의 정량분석에 관해서는 알칼리성(pH13)의 과산화수소 수용액에 담배연기중의 질소산화물을 아질산 이온으로서 산화흡수시키고, 발색시약인 N-1-나프틸에틸렌 디아민과 반응시켜서 적자색(피크 수광도 파장 544nm)을 띠게 한다. 이것을 미세채널(11)로의 광조사에 의해 열렌즈 현미경으로 검출을 행할 수 있다. 여기광으로는 파장 532nm, 출력100mW의 반도체YAG레이저(제2고조파)를 또, 검출광으로는 파장 680nm, 출력 5mW의 반도체 레이저를 이용할 수 있다.

이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 출원의 발명에 의해, 소형이며 가반성이 있으며, 또한 공간분해능이나 정량분석능력이 우수한 초미량 분석을 위한 현미경이 제공된다.

Claims (4)

1. 분석셀과 이것을 지지하는 기판에 의해 구성되는 디바이스본체에 있어서, 여기광원, 검출광원 및 열렌즈 현미경 광학계 중 적어도 일부가 일체로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열렌즈 현미경 디바이스.
2. 분석셀과 이것을 지지하는 기판에 의해 구성되는 디바이스본체에 있어서, 검출계 및 검출용 광학계 중 적어도 일부가 일체로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열렌즈 현미경 디바이스.
3. 제2항에 있어서, 신호처리계 및 검출결과를 송수신하는 전기회로의 일부 또는 전부가 디바이스본체에 일체로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열렌즈 현미경 디바이스.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 여기광원, 검출광원 및 열렌즈 현미경 광학계 중 적어도 일부가 디바이스본체에 일체로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열렌즈 현미경 디바이스.