KR20080065357A - 광파이버를 사용한 소실파 여기 및 이를 응용한광학영상진단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광파이버를 사용한 소실파 여기 및 이를 응용한 광학영상진단장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광파이버의 구조적 변화를 통하여 임의의 위치에서 시료의 정보를 추출함으로써, SPR이나 TIRF와 같은 종래기술의 한계를 극복할 수 있도록 한 광파이버를 사용한 소실파 여기 및 이를 응용한 광학영상진단장치에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 대물렌즈를 갖는 촬상수단과; 중심에 위치한 코어와, 상기 코어를 둘러싸고 있는 클래딩으로 구성된 광파이버;를 포함하여 구성되고, 상기 클래딩은 일정한 부분을 제외하고 상기 광파이버 전면에 형성되며, 빛이 상기 광파이버에 입사되면 코어를 통해 전반사되어 이동하다가 클래딩이 둘러쌓이지 않는 부분(원하는 위치)에서 소실파가 발생하여 상기 촬상수단에 의해 광학영상정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 광파이버를 사용한 소실파 여기 및 이를 응용한 광학영상진단장치를 제공한다.

Description

광파이버를 사용한 소실파 여기 및 이를 응용한 광학영상진단장치{Evanescent wave based optical imaging and sensing using an optical fiber}

본 발명은 광파이버를 사용한 소실파 여기 및 이를 응용한 광학영상진단장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광파이버의 구조적 변화를 통하여 임의의 위치에서 시료의 정보를 추출함으로써, SPR이나 TIRF와 같은 종래기술의 한계를 극복할 수 있도록 한 광파이버를 사용한 소실파 여기 및 이를 응용한 광학영상진단장치에 관한 것이다.

종래의 SPR, 또는 내부 전반사 형광(Total Internal Reflection Fluorescence, TIRF)의 경우에 비교적 부피가 큰 광학체를 이용하므로 살아있는 조직이 아닌 표본화된 조직에서만 관찰이 가능하였고, 특히 관찰 범위가 제한된 단점이 있었다.

상기 TIRF 중 기존의 프리즘 TIRF는 도 3에 도시한 바와 같이 구조가 간단함에도 부피가 크고, 표본의 양면이 렌즈와 슬라이드 글라스(100)로 닫혀있어서 관찰하고자 하는 세포를 생체에서 분리하여 표본화 하여야 한다.

미설명 도면부호 101은 프리즘, 102는 표본, 103은 대물렌즈를 구비한 현미경이다.

또한, 상기 프리즘 TIRF를 개선한 Through-the-lens TIRF는 도 4에 도시한 바와 같이 형광 해상도가 높고 표본(102)의 한 면을 개방한다는 장점이 있지만, 상대적으로 구조가 복잡하고 도구의 부피가 큰 단점이 있었고, 표본화 해야 한다는 점을 개선하지 못하였다.

미설명 도면부호 200은 색선별거울(Dichroic Mirror), 201은 대물렌즈이다.

본 발명과 관련된 종래의 기술문헌에서 공개특허 2003-0088029에는 파이버에 반응성이 우수한 클래딩(CLADDING)을 씌워 화학적으로 측정효율을 높이고자 하는 광학 (생)화학 센서 디바이스의 제조방법이 개시되어 있으나, 본 발명은 클래딩을 통해 광학적 성질을 이용하여 빛의 범위를 제한하는데 신규성이 있다.

또한, 공개특허 2003-0089676에는 광손실 클래딩의 목적이 정확한 광신호 전달에 있는 인라인 가변 광감쇠기가 개시되어 있으나, 본 발명은 클래딩으로 광소질 영역을 제한하여 소실파의 공간적 제약을 목적으로 하는 점에 차이가 있다.

참고문헌으로서, SPR bio-molecular interaction analysis mass spectrometry와, fiber optic based analysis (Anal Chem 1997,69,4369-4374; by Randall W. Nelson, Jenifer R. Krone and Osten Jasson)에는 광파이버를 프로브로 하여 표본에 직접 삽입함으로써 광학적 반응을 관찰하는 SPR BIA와, 화학적으로 보다 향상된 영상을 제공하는 MALDI-TOF 방법을 제시하고 있다.

이에 본 발명은 광파이버의 구조 자체를 개량하여 화학적인 방법이 아닌 광학적 방법으로 향상된 영상을 취득하고, TIRF에도 응용할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 광학체로 광파이버를 이용하여 광학체의 부피를 크게 줄임으로써, 광파이버를 생체내에 삽입하고 실시간으로 관찰하여 영상정보를 취득할 수 있도록 한 광파이버를 사용한 소실파 여기 및 이를 응용한 광학영상진단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 광파이버를 사용한 소실파 여기 및 이를 응용한 광학영상진단장치에 있어서,

대물렌즈를 갖는 촬상수단과; 중심에 위치한 코어와, 상기 코어를 둘러싸고 있는 클래딩으로 구성된 광파이버;를 포함하여 구성되고, 상기 클래딩은 일정한 부분을 제외하고 상기 광파이버 전면에 형성되며, 빛이 상기 광파이버에 입사되면 코어를 통해 전반사되어 이동하다가 클래딩이 둘러쌓이지 않는 부분(원하는 위치)에서 소실파가 발생하여 상기 촬상수단에 의해 광학영상정보를 획득하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 상기 클래딩이 둘러쌓이지 않는 부분은 전반사가 예측되는 지점인 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 클래딩(11)이 둘러쌓이지 않은 부분에는 미세 생체매질 또는 세포가 유입될 수 있는 공간이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광파이버(10)의 끝단부를 상기 클래딩(11)이 둘러쌓이지 않으면서 빛이 새어나가지 않도록 가공하고, 상기 생체매질 또는 세포 내에 삽입하여 관찰하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 광학영상진단장치의 일실시예를 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 광파이버를 나타내는 사시도이다.

본 발명은 광학체로 광파이버(10)를 이용함으로써 전반사를 유도하는 광학체의 부피를 크게 줄임으로써, 생체내에 삽입하여 관찰할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

기존의 광파이버는 파이버 내부에서 전반사를 이용할 때, 임의로 전반사지점이 형성되어 원하는 부분에서 정확한 소실파가 생기지 않거나, 원하지 않는 부분에서까지 소실파(Evanescent Wave)가 형성되어 불필요한 영상까지 얻어지는 단점이 있었다.

본 발명에 따른 광파이버(10)는 이를 개선하여 전반사가 예측되는 지점을 제외한 광파이버(10) 전 표면에 소실파 발생을 억제하는 클래딩(11)을 씌워 원하는 지점에서 최대의 소실파가 발생하도록 유도한다.

특히 클래딩(11)의 간격과 모양을 도 2에 도시한 바와 같이 완만하게 하여 미세 생체조직이 유입될 수 있는 공간을 둠으로써, 불과 200nm 정도의 범위를 갖는 소실파가 클래딩(11)의 두께로 인해 관찰하고자 하는 생체조직에 미치지 못하는 어려움을 극복하였다.

상기 광파이버(10)는 중심에 위치한 코어(12)와, 코어(12)를 둘러싼 클래딩(11) 및 클래딩(11)이 둘러쌓이지 않은 생체조직 유입홈(13)으로 구성되어 있다.

상기 코어(12)를 통해 빛이 조사된 경우 전반사되어 코어(12)를 따라 이동하고, 클래딩(11)이 씌워지지 않은 생체조직 유입홈(13)에서 소실파가 발생하여 관찰대상인 생체조직 또는 표본(14)이 대물렌즈를 통해 관찰할 수 있게 된다.

또한, 상기 유입홈(13)을 통해서만 형광이미징을 하는 것에 국한된 것이 아니라, 광파이버의 끝단부를 가공하여 생체매질 또는 세포에 침투하여 형광이미징을 할 수 있다. 이때, 광파이버의 끝단부에서 빛이 새어나가지 않도록 가공한다.

이와 같은 구성에 의해 본 발명은 광파이버(10)의 구조적 변화를 통하여 임의의 위치(생체조직으로부터 분리되지 않음)에서 시험관 샘플의 영상 반응정보를 획득할 수 있다.

기존의 SPR 또는 TIRF 장치의 장점과 임의의 위치에서 획득한 시료에 대한 정보를 결합하여 시료에 대한 다양한 분석 및 측정이 필요한 분야에 적용이 가능하다.

따라서, 기존의 TIRF 또는 SPR 시스템으로 측정할 수 없는 임의의 위치에서 시료의 정보를 추출함으로써, 시료에 대한 새로운 종류의 정보를 얻을 수 있다. 예를 들면 시간에 따른 세포내 단백질 반응을 실시간으로 볼 수 있게 된다.

이와 같은 광학영상진단장치는 방대한 생물학적 분석을 요하는 병원이나 다국적 제약회사 및 식품회사 등의 연구실에서의 수요가 예상되고, 기존의 광학영상장비회사 등에서 관심을 가질 것으로 예상된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 광파이버를 사용한 소실파 여기 및 이를 응용한 광학영상진단장치에 의하면, 기존의 TIRF 또는 SPR 시스템으로 측정할 수 없는 임의의 위치에서 시료의 정보를 추출함으로써, 시료에 대한 새로운 종류의 정보를 얻을 수 있다. 예를 들면 시간에 따른 세포내 단백질 반응을 실시간으로 볼 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 광학영상진단장치의 일실시예를 나타내는 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 광파이버를 나타내는 사시도이고,

도 3은 종래의 프리즘 TIRF를 나타내는 구성도이고,

도 4는 종래의 렌즈를 통과한(through-the-lens) TIRF를 나타내는 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 광파이버 11 : 클래딩

12 : 코어 13 : 생체조직 유입홈

14 : 표본 15 : 촬상수단

Claims (4)

1. 광파이버를 사용한 소실파 여기 및 이를 응용한 광학영상진단장치에 있어서,

   대물렌즈를 갖는 촬상수단(15)과;

   중심에 위치한 코어(12)와, 상기 코어(12)를 둘러싸고 있는 클래딩(11)으로 구성된 광파이버(10);를 포함하여 구성되고,

   상기 클래딩(11)은 일정한 부분을 제외하고 상기 광파이버(10) 전면에 형성되며, 빛이 상기 광파이버(10)에 입사되면 코어(12)를 통해 전반사되어 이동하다가 클래딩(11)이 둘러쌓이지 않는 부분(원하는 위치)에서 소실파가 발생하여 상기 촬상수단(15)에 의해 광학영상정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 광파이버를 사용한 소실파 여기 및 이를 응용한 광학영상진단장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 클래딩(11)이 둘러쌓이지 않는 부분은 전반사가 예측되는 지점인 것을 특징으로 하는 광파이버를 사용한 소실파 여기 및 이를 응용한 광학영상진단장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 클래딩(11)이 둘러쌓이지 않은 부분에는 미세 생체매질 또는 세포가 유입될 수 있는 공간이 형성된 것을 특징으로 하는 광파이버를 사용한 소실파 여기 및 이를 응용한 광학영상진단장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 광파이버(10)의 끝단부를 상기 클래딩(11)이 둘러쌓이지 않으면서 빛이 새어나가지 않도록 가공하고, 상기 생체매질 또는 세포 내에 삽입하여 관찰하는 것을 특징으로 하는 광파이버를 사용한 소실파 여기 및 이를 응용한 광학영상진단장치.