KR20090000474A - 핵산증폭반응 산물의 실시간 모니터링장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다수의 미량 시료를 중합효소연쇄반응과 같은 핵산 증폭반응을 수행하면서 반응 중에 생성되는 반응산물의 생성을 실시간으로 모니터링 하기 위한 핵산증폭반응산물의 실시간 모니터링 장치에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명은, 여기광과 형광의 간섭을 효율적으로 분리하기 위해 편광자(Polarizer), 편광빔분할기(Polarizing Beam Splitter), 편광변환기(Polarization Converting System) 등을 포함하는 생화학 반응의 실시간 모니터링장치에 대한 것이다.
PCR, Q-PCR, 편광자, 편광빔분할기, 여기광

Description

핵산증폭반응 산물의 실시간 모니터링장치{Real-time PCR Monitoring Apparatus}
도 1은 종래 기술의 핵산증폭반응 산물의 실시간 모니터링 장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 핵산증폭반응 산물의 실시간 모니터링 장치를 나타낸 사시도.
도 3은 빛의 편광특성을 나타내는 도면.
도 4는 편광빔분할기(Polarizing Beam Splitter)의 편광특성을 나타낸 도면.
도 5는 비편광 광학계를 사용하였을 경우 수광부에서 반응튜브(플레이트)를 촬영한 사진.
도 6은 본 발명의 광학계를 사용하였을 경우 수광부에서 반응튜브(플레이트)를 촬영한 사진.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 광원 101 : 자외선 및 적외선 차단필터
102 : 편광변환기(Polarizing converting system)
103 : 집광렌즈
104 : 광도파관(Light tunnel)
105 : 제 1 밴드패스필터
106 : 결상렌즈 107 : 제 2 편광자(Polarizer)
108 : 편광빔분할기(Polarizing Beam Splitter)
109 : 표면경(Surface Mirror)
110 : 프레넬 렌즈(Fresnel lens)
111 : 제 1 편광자(Polarizer)
112 : 제 2 밴드패스필터 113 : 수광부
114: 수광 렌즈
본 발명은 핵산증폭반응 산물의 실시간 모니터링장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 미량 시료를 중합효소 연쇄반응(Polymerase Chain Reaction, PCR)과 같은 핵산 증폭반응을 수행하면서 반응 중에 생성되는 반응산물의 생성을 실시간으로 모니터링 하기 위한 핵산증폭반응 산물의 실시간 모니터링장치에 관한 것이다.
근래 중합효소 연쇄반응을 수행하면서 반응산물을 실시간으로 모니터링할 수 있는 실시간 중합효소연쇄반응(real-time PCR) 방법이 개발되었다. 이 방법은 젤 상에서의 전기영동이 필요 없고, 반응사이클 도중에 증폭산물을 확인할 수 있으며, 정량적인 결과를 얻을 수 있는 이점이 있는 방법이다. 이러한 실시간 PCR을 위해 사용되는 장치는 PCR반응을 위한 온도순환장치(thermal cycler)와 반응물의 실시간 검출을 위한 형광분석기(fluorometer)를 합체한 기기이다.
통상 실시간 PCR의 모니터링은 형광시약을 이용한 형광검출이 사용되는데, 대표적으로는 다음의 방법을 들 수 있다.
1) Interchelating법으로서 이중가닥 DNA에 결합하여 형광을 나타내는 시약(Interchelator; 예를 들면 SYBR Green I, EtBr 등)을 반응계에 첨가하여 증폭과 함께 발색하는 형광을 검출하는 방법으로서 중합효소 반응으로 합성된 이중가닥 DNA에 interchelator가 결합하면 형광을 나타내는데 이 형광강도를 검출하여 정량뿐 아니라 증폭 DNA의 융해온도를 측정할 수 있다.
2) TaqManTM probe법으로서 5' 말단을 형광물질(FAM 등)로, 3' 말단을 quencher 물질(TAMRA 등)로 수식한 올리고뉴클레오티드를 첨가한다. 어닐링 조건하에서 TaqManTM probe 주형 DNA와 특이적으로 혼성화하지만 형광은 quencher에 의해 억제되어 있다. 확장반응 시 Taq DNA 중합효소가 가진 5'-> 3' 엑소뉴클레아제(exonuclease) 활성에 의해 주형이 분해되고 capture에 의한 억제가 해소되어 나타나는 형광을 검출하는 방법이다.
3) Molecular Beacon법으로서 양 말단을 형광물질(FAM, TAMRA 등)과 quencher 물질(DABCYL 등)로 수식한 헤어핀형 2차 구조를 만드는 올리고뉴클레오티 드(Molecular Beacon probe)를 반응에 첨가한다. Molecular Beacon probe는 어닐링 조건하에서 주형과 상보적인 영역에 특이적으로 혼성화한다. 이때 형광물질과 quencher 물질과의 거리가 멀어져 quencher 물질에 의한 억제가 해소되어 나타나는 형광을 검출하는 방법이다. 또한 혼성화하지 않았던 Molecular Beacon probe는 2차 구조를 가지고 있어 quencher 물질에 의해 억제되어 형광을 나타내지 않는다.
종래의 실시간(real-time) PCR을 위한 장치는 도 1에 도시한 바와 같이 열전소자(1c), 시료가 들어있는 반응튜브(2a)에 열을 전달하기 위한 블록(1)과 반응튜브 내부의 시료에 광을 조사하기 위한 조사광원(11) 그리고 시료로부터 발광되는 형광을 수광하기 위한 수광부(78)로 구성되어 있다(미국등록특허 제6,818,437호). 상기 기술의 작동원리는 튜브 안의 핵산시료용액을 반응시키기 위해 열전 소자(1c)를 이용하여 냉각 또는 가열 사이클을 반복적으로 실행하면서 매 사이클이 끝날 때 마다 조사광원(11)과 수광부(78)를 작동시켜 시료로부터 발광하는 형광량을 측정하여 반응의 정도를 실시간으로 표시하게 한다. 조사광원(11)은 백색광원으로, 사용하는 형광 프로브에 맞는 파장의 여기광을 발생시키기 위해 밴드패스필터(band pass filter, 7)를 사용한다. 다이크로익 빔스플리터(dichroic beam splitter)(6)는 여기광과 형광을 분리하기위한 소자로 도 1의 경우 특정파장보다 낮은 파장은 반사를 하고 높은 파장에 대해서는 통과시키는 특성을 지니고 있다. 또 하나의 밴드패스필터(8)는 시료에서 나온 형광만을 선택적으로 수광소자(78)로 전달하기 위한 필터이다. 그 외에 여기광을 평행하게 만들기 위해 프레넬렌즈(Fresnel lens)(3)등이 사용되었다.
근래에 들어 여러 가지 색깔의 형광 프로브를 동시에 사용하는 실시간 PCR 실험이 도입되고 있다. 하지만 종래 기술의 경우 사용되는 형광 프로브의 파장이 다를 경우 다이크로익 빔스플리터(dichroic beam splitter, 6)를 형광 프로브에 따라 각각 다른 것을 사용해야 한다. 따라서 종래기술의 경우는 밴드패스필터(7,8)와 다이크로익 빔스플리터(dichroic beam splitter, 6)가 하나의 모듈 형태로 구성되어 형광 프로브에 맞게 동시에 바뀌면서 데이터를 획득하였다. 이 경우 예를 들어 5종류의 밴드패스필터를 사용할 경우 그 밴드패스필터에 맞게 5종류의 다이크로익 빔스플리터를 사용해야만 한다.
또한, 종래의 기술에 사용한 다이크로익 빔스플리터의 경우 보통 여기광이 시료에서 나오는 형광에 비해 약 105배 정도로 더 밝아 여기광과 형광을 완전히 분리할 수 없는 문제점이 있으며, 여기광의 광로상에 있는 광학부품에 의한 여기광의 반사(reflection)광이 수광부로 입사되어 시료에서 발생하는 형광과 간섭을 일으키게 된다.
여기광의 반사가 일어나는 요소로는
1) 여기광을 평행하게 만들기 위해 사용되는 프레넬렌즈(Fresnel lens, 3)와, 2) 반응튜브(2a)안의 시료의 증발을 막기 위해 사용되는 뚜껑(2b) 또는 투명 테이프와, 3) 반응튜브(2a) 자체에서 생기는 요소가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 빛의 편광(polarizing) 특성을 이용하여 여기광과 형광을 각기 다른 방향의 편광성분을 갖게 하여 종래의 기술에서 여기광과 형광을 분리하기 위한 도구로 사용된 다이크로익 빔스플리터를 사용하지 않고도 여기광과 형광을 파장에 관계없이 효과적으로 분리하고 여기광의 반사광이 수광부로 입사되는 것을 제거함을 목적으로 하고 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 핵산증폭반응 산물의 실시간 모니터링장치는 핵산증폭반응 산물의 실시간 모니터링 장치에 있어서, 광원(100)으로부터 여기된 여기광을 편광시키는 편광변환기(102); 상기 편광변환기(102)로부터 변환된 편광을 집광시키는 집광렌즈(103); 상기 집광렌즈(103)에 의해 집광된 편광을 균일한 면광원으로 변환시켜 전달하는 광도파관(104); 상기 광도파관(104)으로부터 전달된 면광원의 편광을 형광프로브의 여기 특성에 맞게 특정 파장의 편광된 빛만을 통과시키는 제 1 밴드패스필터(105); 상기 제 1 밴드패스필터(105)를 통과한 특정 파장의 편광된 빛을 편광특성에 맞게 분리하는 편광빔분할기(108); 상기 편광빔분할기(108)로부터 특정방향으로 분리된 편광된 여기광을 시료에 전달하며 시료로부터 발생된 형광을 반사시켜 편광빔분할기(108)로 전달하는 표면경(109); 상기 표면경(109)에 의해 반사된 형광이 상기 편광빔분할기(108)에 전달되어 여기광과 다른 방향의 편광 성분만이 반사되어 수광부(113)로 전달되고, 상기 편광변환기(102)에 의해 변환된 편광과 같은 성분을 갖도록 편광시키는 제 1 편광자(111); 시료에서 발생하는 형광을 수광하는 수광부(113); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명은 편광된 여기광이 반사되어 수광부로 입사되는 것을 방지 위해 상기 편광변환기(102) 및 제 1 편광자(111)와 반대 성분을 갖도록 편광시키는 제 2 편광자(107); 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 제 1 편광자(111)를 통과한 편광된 여기광에 의해 발생하는 형광을 형광프로브의 형광 특성에 맞게 특정 파장의 광을 통과시키는 제 2 밴드패스필터(112);를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 상기 광원(100)과 상기 편광변환기(102) 사이에 구비되어 자외선 및 적외선을 차단하는 자외선 및 적외선 차단필터(101); 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명은 상기 시료가 수용되는 시료용기가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 시료용기는 튜브 또는 1 내지 1536 개의 웰을 구비한 웰 플레이트(well plate), 페트리 디쉬(Petri dish)(세균배양 접시), 슬라이드(slide), 필터(filter), 테라사키 플레이트(Terasaki plate), PCR 플레이트(PCR plate)로부터 선택되는 어느 하나로 되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 핵산증폭반응 산물의 실시간 모니터링장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 빛의 편광 성질을 이용하여 여기광과 시료에서 나오는 형광을 효 과적으로 분리하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
도 2는 본 발명의 핵산증폭반응 산물의 실시간 모니터링 장치를 나타낸 사시도이고, 도 3은 빛의 편광특성을 나타내는 도면이며, 도 4는 편광빔분할기(Polarizing Beam Splitter)의 편광특성을 나타낸 도면이고, 도 5는 비편광 광학계를 사용하였을 경우 수광부에서 반응튜브(플레이트)를 촬영한 사진이며, 도 6은 본 발명의 광학계를 사용하였을 경우 수광부에서 반응튜브(플레이트)를 촬영한 사진이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 핵산증폭반응 산물의 실시간 모니터링장치는 광원(100)으로부터 여기된 여기광을 편광시키는 편광변환기(102); 상기 편광변환기(102)로부터 변환된 편광을 집광시키는 집광렌즈(103); 상기 집광렌즈(103)에 의해 집광된 편광을 균일한 면광원으로 만들기 위한 광도파관(104); 상기 광도파관(104)으로부터 전달된 편광을 통과시키는 제 1 밴드패스필터(105); 상기 제 1 밴드패스필터(105)를 통과한 편광을 분리하는 편광빔분할기(108); 상기 편광빔분할기(108)로부터 분리된 특정방향만의 편광을 시료에 전달하며 시료로부터 발생된 형광을 반사시키는 표면경(109); 상기 표면경(109)에 의해 반사된 형광을 편광시키는 제 2 편광자(107); 상기 제 2 편광자(107)로부터 전달된 편광되어진 형광 중 형광프로브의 발광 특성에 맞게 특정 파장의 형광만을 통과시키는 제 2 밴드패스필터(112); 상기 제 2 밴드패스필터(112)를 통과한 형광을 수광하는 수광부(113); 로 구성된다.
본 발명에 의한 실시간 PCR의 모니터링은 본 출원인이 출원하여 공개된 특허 공개공보 제10-2006-0009246호(발명의 명칭: 생화학적 반응의 실시간 모니터링 장치)에 개시된 형광시약을 이용한 형광검출을 이용한다.
상기 광원(100)은 종래에 일반적으로 사용하는 텅스텐할로겐 램프, 제논방전램프 등의 백색광원과 레이저 등의 단색광원이 광원으로 사용될 수 있으며, 특정 레이저의 경우 자체적으로 편광된 빛을 방출하는 제품도 있다.
여기광을 발생시키는 광원(100)에서 방출된 빛은 평행광의 성질을 가지며 비편광 특성을 가진다. 이 빛은 도 2에서와 같이 S파와 P파 성분을 모두를 가지고 있다. 즉 진행하는 방향에 대해서 서로 수직인 S파와 P파로 구성된다.
또한, 광원(100)에서 방출된 빛은 가시광선의 영역뿐 아니라 보통 자외선과 적외선의 성분도 가지고 있다. 따라서, 광학계에서 필요없는 영역인 자외선과 적외선의 성분을 제거하기 위하여 자외선 및 적외선 차단필터(101)를 두어 자외선과 적외선의 성분을 제거하는 것이 바람직하다.
상기 편광변환기(Polarizing converting system)(102)는 여기광을 특정한 방향의 극성만 같도록 변환시키는 역할을 한다. 즉, 입사된 비편광 빔을 한가지의 극성을 갖도록 변환시키는 역할을 한다. 상기 편광변환기(102)를 사용하는 이유는 빛이 S파와 P파로 구성되는데 한쪽의 극성만을 얻기 위해 다른 극성을 제거하면 전체 광량이 50%이하로 줄어들게 되므로 제거되어야 하는 극성의 편광성분을 사용목적의 편광성분으로 변환하여 광의 사용 효율을 높일 수 있는 이점이 있기 때문이다.
상기 집광렌즈(103)는 상기 편광변환기(102)로부터 변환된 편광을 집광시켜 크기가 작은 광도파관(Light tunnel)(104)에 변환된 편광을 입사시키도록 하는 역 할을 한다.
상기 광도파관(104)은 국제특허 공개번호 WO 2004/088291호에 개시된 바와 같이 균일한 면광원을 만들기 위한 수단으로 사용된다.
상기 제 1 밴드패스필터(105)는 상기 광도파관(104)으로부터 전달된 편광된 여기광을 형광프로브의 여기 특성에 맞게 특정 파장의 편광된 여기광만을 통과시키는 역할을 한다.
본 발명은 종래기술의 경우 여러 종류의 형광프로브를 사용할 경우 각 형광프로브에 따라 각기 다른 종류의 밴드패스필터를 사용하여야 하는데 이에 따라 또한 각기 다른 종류의 다이크로익 빔스플리터(도 1의 도면부호 6 참조)를 사용하여야만 하는 문제점(만약 밴드패스필터가 5세트가 있으면 다이크로익 빔스플리터 역시 5개가 필요함)을 개선하여 다이크로익 빔스플리터를 사용하지 않고도 형광과 여기광을 분리할 수 있게 된다.
상기 편광빔분할기(108)는 편광되지 않은 빛이 입사되면 하나의 편광성분을 갖는 빛과 나머지 편광성분을 갖는 빛을 서로 90도가 되게 분리하는 특성을 가진 광학부품이다. 즉, 편광되지 않은 여기광은 도 2에서 ??방향으로 분리된다.
상기 편광빔분할기(108)는 상기 제 1 밴드패스필터(105)를 통과한 특정 파장의 여기광을 각각의 편광성분으로 분리하는 역할을 한다.
상기 편광빔분할기(108)에 의해 분리된 편광은 표면경(109)으로 전달되며, 나머지의 편광은 수광부(113)의 반대 방향 즉, ??방향으로 분리된다.
본 발명에서는 설명을 위해 편광변환기(102)가 비편광빔을 S파로 변환한다고 가정한다. 물론 P파로 변환해도 그 상황에 맞게 편광자와 편광빔분할기의 각도만 조정하면 동일한 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 상기 편광빔분할기(108)를 통해 여기광 성분 중 S파는 통과되고 소량의 P파는 90도로 반사되어 ??방향으로 입사되며, 상기 편광빔분할기(108)를 통과한 S파성분의 여기광만이 표면경(Surface Mirror)(109)을 통해 시료로 전달된다.
이때, 상기 시료가 수용되는 시료용기가 더 구비되는 것이 바람직하다.
상기 시료용기는 튜브 또는 1 내지 1536 개의 웰을 구비한 웰 플레이트(well plate), 페트리 디쉬(Petri dish)(세균배양 접시), 슬라이드(slide), 필터(filter), 테라사키 플레이트(Terasaki plate), PCR 플레이트(PCR plate)로부터 선택되는 어느 하나로 되는 것이 바람직하며 시료를 수용하여 측정할 수 있는 시료용기면 어느 것이든 가능하다.
아울러, 상기 제 1 밴드패스필터(105)와 상기 편광빔분할기(108) 사이에 시료가 수용된 시료용기의 크기에 맞게 균일한 면광원으로 펼쳐주는 역할을 하는 결상렌즈(106)가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 결상렌즈(106)는 형광을 검출하고자 하는 시료가 담긴 튜브(플레이트)에 여기광이 도달하였을 때 여기광의 세기가 균일하게 되도록 여기광을 펼쳐주는 역할을 한다.
상기 표면경(109)은 상기 편광빔분할기(108)로부터 분할된 편광을 시료에 전달하며 시료로부터 발생된 형광을 반사시켜 편광빔분할기(108)로 전달하는 역할을 하는 것으로, 상기 표면경(109)은 단지 빛의 광로를 변환시키는 역할을 한다.
프레넬 렌즈(Fresnel lens)(110)는 상기 표면경(109)에 의해 반사된 여기광을 시료가 담긴 튜브에 잘 도달하도록 평행광으로 만들기 위해 사용된다. 이렇게 하여 입사된 여기광은 형광프로브를 여기시켜 형광을 발하게 된다. 시료에서 발생된 형광은 다시 프레넬 렌즈, 편광빔분할기를 통해 수광부로 입사된다.
상기 제 1 편광자(111)는 상기의 편광변환기(102)에 의해 편광된 여기광이 광학부품(집광렌즈(103), 광도파관(104), 결상렌즈(106) 등)을 통과할 때 편광특성이 흐트러질 수 있기 때문에 편광빔분할기(108)로 여기광을 입사시키기 전에 필요치 않은 방향의 편광성분을 최대한 제거하기 위한 역할을 한다. 즉, 편광된 S파 성분의 여기광이 광로를 거치면서 편광이 흐트러져 생길 수 있는 소량의 P파 성분을 제거하기 위한 역할을 한다,
시료에서 발생된 형광의 경우도 비편광의 특성을 가져 S파와 P파 성분 모두를 가지고 있다. 이런 특성의 형광이 도 4에서와 같이 편광빔분할기(108)로 입사되면 P파는 반사되어 수광부(113)로 들어오고 S파는 편광빔분할기(108)를 통과하여 여기광원 쪽으로 입사된다. 제 2 편광자(107)는 제 1 편광자(111)과 같은 종류이나 방향을 90도 회전시켜 이번에는 P파만 통과하도록 설치하였다. 따라서 제 2 편광자(107)는 편광빔분할기(108)에서 완전히 분리되지 않을 수도 있는 S파 성분의 빛을 제거하는 역할을 한다.
여기서 여기광이 광로 상에서 반사를 일으켜 수광부(113)쪽으로 입사한다고 하여도 S파 특성을 갖기 때문에 편광빔분할기(108)를 통해 다시 여기광원 쪽으로 입사되고 또한 제 2 편광자(107)에 의해 차단되기 때문에 수광부(113)로는 입사하 지 못하는 특성을 갖는다.
상기 표면경(109)으로 반사된 형광은 상기 편광빔분할기(108)에 전달되고 상기 제 1 편광자(111) 및 상기 편광변환기(102)에 의해 변환된 편광과 반대 성분을 갖게 하여 즉, 여기광과 형광을 각기 다른 극성을 갖게 하여 여기광의 간섭이 형광에 영향을 줄 수 없게 함으로써 형광을 효과적으로 분리할 수 있게 되는 것이다.
이와 같이 본 발명은 여기광에 대해 하나의 편광성분을 갖게 하고 시료에서 나오는 형광을 수집하는 수광부에서는 하나의 편광성분을 제거하고 나머지 편광성분만을 통과시켜 수광센서에 전달하면 여기광을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
상기 제 2 밴드패스필터(112)는 상기 제 2 편광자(107)로부터 전달된 편광되어진 형광 중 형광프로브의 발광 특성에 맞게 특정 파장의 형광만을 통과시키는 역할을 한다.
상기 수광부(113)는 상기 제 2 밴드패스필터(112)를 통과한 형광을 수광하는 역할을 하며, 형광프로브(미도시됨)가 구비되어 시료로부터 나오는 형광을 수집하게 된다. 상기 수광부(113)에 구비된 수광 렌즈(114)는 시료에서 발생한 형광을 이미지센서에 상이 맺히도록 하는 역할을 한다.
아울러, 본 발명은 상기 편광변환기(102)에 의해 변환되지 않은 여기광을 편광시키는 제 1 편광자(111); 가 더 구비되는 것이 바람직하다. 상기 제 1 편광자(111)는 편광된 빛이 광학부품 등을 거치면서 편광특성이 깨질 수 있으므로 편광빔분할기(108)의 빔 분리 효율을 높이기 위해 편광빔분할기(108)를 통과시키기 전에 사용되는 프리-편광자로서 편광특성을 살릴 수 있도록 하는 역할을 한다.
또, 본 발명은 상기 광원(100)과 상기 편광변환기(102) 사이에 구비되어 자외선 및 적외선을 차단하는 자외선 및 적외선 차단필터(101); 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 빛의 편광 특성을 이용하여 여기광이 광로상의 특정 광학부품 혹은 시료의 증발을 막기 위해 사용된 뚜껑(도 1의 도면부호 2b 참조) 또는 투명 테이프와 반응튜브(도 1의 도면부호 2a 참조) 등에 의해 반사되어 수광부로 입사하는 것을 방지하기 위해 여기광과 형광을 서로 다른 편광특성을 가지게 하여 여기광에 의한 형광의 간섭을 최소화시키는 것을 특징으로 한다. 반사된 편광 빛의 경우도 여전히 같은 편광특성을 갖기 때문에 본 발명에서 여기광과 형광을 효율적으로 분리할 수 있다.
(실시예)
도 5는 비편광된 여기광원과 비 편광된 형광을 이용한 광학계에서 수광부에서 반응튜브(플레이트)를 촬영한 사진이다. 이 사진의 경우 중앙의 좌우측은 형광프루브를 담은 웰(well)이고 중앙의 여러 웰(well)에 걸쳐 환하게 보이는 것이 반사광에 의한 것이다.
도 6의 경우는 본 발명과 같이 편광된 여기광원과 편광된 형광을 수광부에서 촬영한 이미지이다. 그림에서 보는 바와 같이 중앙 하단부분의 반사광이 완전히 사라졌다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 핵산증폭반응 산물의 실시간 모니터링장치는 종래의 실시간(real-time) PCR장치의 경우 여기광이 광로상에 위치한 광학부품(예를 들어 프레넬렌즈, 혹은 유리히터 등)과 시료의 증발을 막기 위해 사용된 뚜껑 또는 투명테이프와 반응튜브 등에 의해 반사되어 수광부로 입사되어 시료에서 발생되는 형광만을 수집하지 못하는 문제점이 있다. 대량의 시료를 처리할 경우 시료의 용량이 줄어들어 시료에서 발생하는 형광의 양 자체도 작아지게 되어 더욱 문제가 된다.
여기광에 의한 간섭의 문제점을 개선하여 본 발명에서는 빛의 편광 특성을 이용하여 여기광과 형광을 각기 다른 극성을 갖게 하여 여기광의 간섭이 형광에 영향을 줄 수 없게 하는 이점을 가지고 있다. 또한, 본 발명은 종래에서와 같이 다이크로익 빔스플리터를 사용하지 않고도 밴드패스필터의 파장 및 개수에 상관없이 형광과 여기광을 분리하기 위해 오직 하나의 편광빔분할기(Polarizing Beam Splitter)를 사용하여 형광을 수광할 수 있으므로 다수의 다이크로익 빔스플리터의 설치해야할 필요가 없으며, 교체작업이 필요 없고, 파장별로 다이크로익 빔스플리터를 세팅하는 기구물이 필요 없어 매우 경제적인 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 핵산증폭반응 산물의 실시간 모니터링 장치에 있어서,
    광원(100)으로부터 발생하는 여기광을 집광시키는 집광렌즈(103);
    상기 집광렌즈(103)에 의해 집광된 여기광을 균일한 면광원으로 변환시켜 전달하는 광도파관(104);
    상기 광도파관(104)으로부터 전달된 면광원의 편광을 형광프로브의 여기 특성에 맞게 특정 파장의 편광을 통과시키는 제 1 밴드패스필터(105);
    상기의 제 1 밴드패스필터(105)를 통과한 특정 파장의 여기광을 편광시키는 제 1 편광자(111);
    상기 제 1 편광자(111)를 통과한 특정 파장의 편광을 분리하는 편광빔분할기(108);
    상기 편광빔분할기(108)로부터 분리된 편광을 시료에 전달하며 시료로부터 발생된 형광을 반사시켜 편광빔분할기(108)로 전달하는 표면경(109);
    상기 표면경(109)에 의해 반사된 형광이 상기 편광빔분할기(108)에 전달되어 상기 제 1 편광자(111)에 의해 변환된 편광과 반대 성분을 갖도록 형광을 편광시키는 제 2 편광자(107);
    상기 제 2 편광자(107)로부터 전달된 편광되어진 형광 중 형광프로브의 발광 특성에 맞게 특정 파장의 형광만을 통과시키는 제 2 밴드패스필터(112);
    상기 제 2 밴드패스필터(112)를 통과한 형광을 수광하는 수광부(113);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 핵산증폭반응 산물의 실시간 모니터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 편광자(111)에 의해 제거되는 편광성분의 여기광을 제 1 편광자(111)를 통과할 수 있는 편광성분으로 변환하기 위해 편광변환기(102)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 핵산증폭반응 산물의 실시간 모니터링 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 시료가 수용되는 시료용기가 더 구비된 것을 특징으로 하는 핵산증폭반응 산물의 실시간 모니터링 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 시료용기는 튜브 또는 1 내지 1536 개의 웰을 구비한 웰 플레이트(well plate), 페트리 디쉬(Petri dish), 슬라이드(slide), 필터(filter), 테라사키 플레이트(Terasaki plate), PCR 플레이트(PCR plate)로부터 선택되는 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 핵산증폭반응 산물의 실시간 모니터링 장치.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101037790B1 (ko) * 2010-04-23 2011-05-27 나노바이오시스 주식회사 듀얼 광원을 포함하는 형광 편광 분석 장치
KR20150127762A (ko) * 2012-02-01 2015-11-18 나노바이오시스 주식회사 광 노이즈 제거 수단이 구현된 실시간 ｐｃｒ 칩 및 이를 포함하는 ｐｃｒ 장치
KR20190120947A (ko) 2018-04-17 2019-10-25 (주)로고스바이오시스템스 핵산증폭반응산물을 실시간으로 검출하는 장치
KR102219101B1 (ko) 2020-09-25 2021-02-24 한창기술 주식회사 핵산 증폭 판별장치

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100247446A1 (en) * 2009-03-24 2010-09-30 Olympus Corporation Method and system for analyzing optical signal
KR101776776B1 (ko) * 2011-05-31 2017-09-11 삼성전자주식회사 형광 검출 광학계 및 이를 포함하는 다채널 형광 검출 장치
KR102019973B1 (ko) 2013-11-20 2019-11-04 (주)바이오니아 마이크로 챔버 플레이트
KR102078085B1 (ko) 2013-12-31 2020-02-17 주식회사 미코바이오메드 농식품의 식중독균 검출용 랩온어칩 기반의 초고속 실시간 pcr 장치, 및 이를 이용한 식중독 검출방법
US9421264B2 (en) 2014-03-28 2016-08-23 Duke University Method of treating cancer using selective estrogen receptor modulators
HUE061499T2 (hu) 2014-03-28 2023-07-28 Univ Duke Mellrák kezelése szelektív ösztrogénreceptor-módosítók alkalmazásával
CN107746806B (zh) * 2017-11-20 2024-02-20 鲲鹏基因（北京）科技有限责任公司 一种实时荧光定量pcr仪
KR102409740B1 (ko) 2020-11-05 2022-06-20 (주)그린광학 텔레센트릭 광학계를 포함하는 형광 측정 장치

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2129787A1 (en) * 1993-08-27 1995-02-28 Russell G. Higuchi Monitoring multiple amplification reactions simultaneously and analyzing same
US5943129A (en) * 1997-08-07 1999-08-24 Cambridge Research & Instrumentation Inc. Fluorescence imaging system
US6818437B1 (en) * 1998-05-16 2004-11-16 Applera Corporation Instrument for monitoring polymerase chain reaction of DNA
EP2315002A3 (en) 1998-05-16 2012-12-05 Life Technologies Corporation Filter module for an optical instrument used in particular for monitoring DNA polymerase chain reactions
JP3855485B2 (ja) * 1998-09-09 2006-12-13 東ソー株式会社 スキャナー型蛍光検出装置
US6852986B1 (en) * 1999-11-12 2005-02-08 E. I. Du Pont De Nemours And Company Fluorometer with low heat-generating light source
JP2002357605A (ja) * 2001-01-12 2002-12-13 Toray Ind Inc 選択結合性物質固定化繊維および該繊維の束を含む繊維配列体
US20030219754A1 (en) * 2002-05-23 2003-11-27 Oleksy Jerome E. Fluorescence polarization detection of nucleic acids
KR100794699B1 (ko) 2002-06-18 2008-01-14 (주)바이오니아 핵산증폭반응 산물의 실시간 모니터링 장치
US20060192960A1 (en) * 2003-03-24 2006-08-31 Rencs Erik V Polarization detection
US8139210B2 (en) 2003-04-03 2012-03-20 Bioneer Corporation Real-time monitoring apparatus for biochemical reaction
KR100580639B1 (ko) 2003-12-30 2006-05-16 삼성전자주식회사 미세유체 검출을 위한 형광검출기
CN100487137C (zh) * 2004-12-30 2009-05-13 南开大学 基于片上pcr的多通道表面等离子共振影像传感器的检测方法
DK1681555T3 (da) * 2005-01-18 2007-07-02 Hoffmann La Roche Billeddannelse af fluorscenssignaler under anvendelse af telecentrisk excitation og billeddannende optikker
EP1893975A4 (en) * 2005-06-13 2010-08-04 Stratagene California SYSTEM AND METHOD FOR EXCITATION AND DETECTION OF FLUORESCENCE WITH SEPARATE OPTICAL PATHS

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101037790B1 (ko) * 2010-04-23 2011-05-27 나노바이오시스 주식회사 듀얼 광원을 포함하는 형광 편광 분석 장치
WO2011132978A2 (ko) * 2010-04-23 2011-10-27 나노바이오시스(주) 듀얼 광원을 포함하는 형광 편광 분석 장치
WO2011132978A3 (ko) * 2010-04-23 2012-03-08 나노바이오시스(주) 듀얼 광원을 포함하는 형광 편광 분석 장치
KR20150127762A (ko) * 2012-02-01 2015-11-18 나노바이오시스 주식회사 광 노이즈 제거 수단이 구현된 실시간 ｐｃｒ 칩 및 이를 포함하는 ｐｃｒ 장치
KR20190120947A (ko) 2018-04-17 2019-10-25 (주)로고스바이오시스템스 핵산증폭반응산물을 실시간으로 검출하는 장치
KR102219101B1 (ko) 2020-09-25 2021-02-24 한창기술 주식회사 핵산 증폭 판별장치

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