KR20100002742A - Method for imaging raman spectroscopy of biologic tissues and cells and an apparatus using the same - Google Patents
Method for imaging raman spectroscopy of biologic tissues and cells and an apparatus using the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20100002742A KR20100002742A KR1020080062756A KR20080062756A KR20100002742A KR 20100002742 A KR20100002742 A KR 20100002742A KR 1020080062756 A KR1020080062756 A KR 1020080062756A KR 20080062756 A KR20080062756 A KR 20080062756A KR 20100002742 A KR20100002742 A KR 20100002742A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- light
- raman signal
- light source
- raman
- sample
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
- G01N33/4833—Physical analysis of biological material of solid biological material, e.g. tissue samples, cell cultures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
- G01N2201/06—Illumination; Optics
- G01N2201/061—Sources
- G01N2201/06113—Coherent sources; lasers
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Immunology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Hematology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 세포 또는 생체 조직의 라만 신호 영상화 방법 및 장치에 관한 것으로, 라만 신호를 이미지화 하여 관찰할 수 있게 함으로써 바이오 물질들의 변형으로 발생하는 현상 또는 정상, 비 정상조직 및 세포 정확한 생화학적 정보를 알 수 있게 하는 세포 또는 생체 조직의 라만 신호 영상화 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for imaging Raman signals of cells or biological tissues. The present invention provides a method for imaging and monitoring a Raman signal, thereby identifying phenomena caused by modification of biomaterials or normal, abnormal tissues, and cellular accurate biochemical information. A method and apparatus for Raman signal imaging of cells or biological tissues is provided.
지난 수십 년에 걸쳐 분광학 기술의 발달은 바이오 분야에 상당한 영향을 미쳐왔다. 공초점 형광현미경, FT-IR 및 라만과 같은 분광학 기술들은 바이오 물질들의 변형으로 발생하는 현상의 근원 및 진전을 밝히기 위해 사용되어 왔다. 이들 기술은 바이오 물질 변형에 따른 세포 및 조직의 생화학적 변화의 진단에 사용되어 왔다. 이들 분광학 기술들 중에서 라만 분광법은 샘플을 준비하는 것이 비교적 간단하고 비 파괴적이며 정상 조직과 비 정상조직의 생화학적 구조에 대한 상세한 정보를 제공하기 때문에 바이오 영역 특히, 의학 분야에서 비정상 조직에 의한 질병 진단을 위해 상당한 관심을 끌어왔다. 그 결과, 조직손상이 적으면서 고화질의 라만 스펙트럼을 얻을 수 있는 광원의 개발과 양질의 라만 스펙트럼을 수집, 분석하고 영상화하는 기술, 스펙트럼 분석을 위한 컴퓨터 등으로 임상에서 연구도 활발히 진행되고 있다. The development of spectroscopy technology over the last few decades has had a significant impact on the biotechnology sector. Spectroscopic techniques, such as confocal fluorescence microscopy, FT-IR and Raman, have been used to elucidate the root and progress of phenomena resulting from the modification of biomaterials. These techniques have been used to diagnose biochemical changes in cells and tissues following biomaterial modifications. Among these spectroscopy techniques, Raman spectroscopy is a relatively simple and non-destructive preparation of samples and provides detailed information on the biochemical structure of normal and non-normal tissues. Has attracted considerable attention for As a result, research is being actively conducted in the clinical field with the development of a light source capable of obtaining high-quality Raman spectra with little tissue damage, a technique for collecting, analyzing and imaging high-quality Raman spectra, and a computer for spectrum analysis.
라만 분광학은 바이오 물질의 생화학적 구조에 대한 상세한 정보를 제공한다. 단색광의 빛을 샘플에 입사시켰을 때 이 빛에 의해서 산란된 빛이 발생한다. 이 빛을 검출했을 때, 입사 빛과 산란 빛 사이의 주파수 변동을 라만 변동으로 알려져 있는데, 이러한 변동은 특정한 분자의 회전에너지 혹은 진동 에너지 상태를 나타낸다. 이는 이 물질의 구성한 분자들만의 고유한 값으로 바이오 물질의 생화학적 정보를 알아낼 수 있다. 즉, 외부의 영향이나 내부의 변형을 고유한 값의 변화에 따라서 알아낼 수 있다. 이 점을 이용해 물질의 변형의 원인을 밝힐 수도 있고 변형에 따른 질병, 특히 암의 진단을 할 수 있다.Raman spectroscopy provides detailed information on the biochemical structure of biomaterials. When light of monochromatic light is incident on a sample, light scattered by the light is generated. When this light is detected, the frequency variation between incident light and scattered light is known as Raman variation, which represents the rotational or vibrational energy state of a particular molecule. It is unique to the molecules that make up this substance, and it can extract biochemical information about biomaterials. In other words, external influences or internal deformations can be detected according to inherent values. This can be used to identify the cause of a substance's transformation and to diagnose diseases, particularly cancers, caused by the modification.
또한 라만을 이용한 다양한 질병의 진단에 대해 많은 연구가 되고 있다. 특히 암의 진단은 많은 발전을 이루어왔는데, 공진 라만을 이용해서 피부암의 진단의 가능성을 제시한 바 있고, 가시광선 광원을 사용하면서 자기 형광신호 감소법을 개발하여 피부암 진단에 적용한 적이 있다. 그러나 이 기술들은 샘플의 국소적인 부분만을 다루고 있다. In addition, much research has been conducted on the diagnosis of various diseases using Raman. In particular, the diagnosis of cancer has been progressed a lot, and the possibility of the diagnosis of skin cancer using the resonant Raman has been suggested, and the autofluorescence signal reduction method has been developed and applied to the diagnosis of skin cancer using a visible light source. However, these techniques only cover the local part of the sample.
바이오 분야에서 이미징 기술은 주로 공초점 형광 현미경을 이용하는 방법이 주도되어 왔다. 그러나 형광 현미경의 경우 여러 분자의 다른 많은 분자들이 넓은 주파수 대역에서 형광을 발하기 때문에 특정 물질의 존재 여부를 확인하는 데 어려 움이 있다. 라만 분광학을 이용한 이미징 기술의 경우, 광원의 파장의 네제곱에 반비례하게 신호 세기가 감소함에도 자기 형광신호로 인해 라만 신호 검출의 어려움 때문에 근적외선을 이용한 이미징 기술이 주로 발전 되어 왔다. 다만 최근에 공초점 마이크로 라만으로 자기 형광신호 감소법이 제시된 적은 있으나 이 역시 형광신호 감소를 시켜 라만 분광신호를 얻는 것에 그치고 라만 신호를 이미지화하는 것에는 이르지 못하였다. Imaging technology in the field of biotechnology has primarily been driven by confocal fluorescence microscopy. However, in the case of fluorescence microscopy, many other molecules of various molecules fluoresce in a wide frequency band, making it difficult to determine the presence of a specific substance. In the case of the imaging technique using Raman spectroscopy, near infrared rays have been developed mainly because of the difficulty of detecting the Raman signal due to the magnetic fluorescence signal even though the signal intensity decreases in inverse proportion to the square of the wavelength of the light source. Recently, the autofluorescence signal reduction method has been suggested using confocal micro Raman. However, this method also reduced the fluorescence signal to obtain a Raman spectroscopic signal and failed to image the Raman signal.
본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 바이오 물질의 변형을 진단하기 위해 공초점 마이크로 라만을 이용하여 생체 세포나 조직을 이미지화는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 세포 또는 생체 조직의 라만 신호 이미지를 위한 장치를 제공하는 데 있다. The first problem to be solved by the present invention is to provide a method for imaging a living cell or tissue using confocal micro Raman to diagnose the deformation of the biomaterial. A second object of the present invention is to provide an apparatus for Raman signal imaging of cells or biological tissues.
본 발명의 첫 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은 (a) 제 1 광원에 의해 가시광선 영역 파장의 빛을 발생시켜 제공하는 단계; (b) 상기 빛을 세포 또는 생체 조직 샘플의 한 개의 포인트에 입사시키는 단계; (c) 상기 샘플로부터 산란된 빛에서 광원 파장의 빛을 필터링하는 단계; (d) 상기 필터링된 빛을 분광기로 보내고 상기 분광기를 통과한 빛을 제 1 전하결합소자(charge-coupled device:CCD)로 보내 라만 신호를 검출하는 단계; (e) 포인트를 변환시켜 라만 신호를 검출하는 단계; 및 (f) 각 포인트에서 얻어진 라만 신호를 수집하여 상기 세포 또는 생체 조직의 영상으로 변환시키는 단계를 포함하는 세포 또는 생체 조직의 라만 신호 영상화 방법을 제공한다. The present invention to solve the first object of the present invention comprises the steps of (a) generating and providing light of the visible region wavelength by the first light source; (b) injecting the light at one point of the cell or biological tissue sample; (c) filtering light at a light source wavelength from light scattered from the sample; (d) sending the filtered light to a spectrometer and sending the light passing through the spectrometer to a first charge-coupled device (CCD) to detect a Raman signal; (e) transforming the points to detect the Raman signal; And (f) collecting the Raman signal obtained at each point and converting the Raman signal into an image of the cell or living tissue.
상기 세포는 단세포 생물의 세포일 수 있다. The cell may be a cell of a single cell organism.
상기 가시광선은 400 내지 700nm의 파장인 것일 수 있다.The visible light may be a wavelength of 400 to 700nm.
본 발명의 일 실시예로 상기 가시광선은 514.5nm의 파장인 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the visible light may be a wavelength of 514.5nm.
상기 포인트 위치의 변환이 모션 콘트롤러(Motion controller)에 의하여 이 루어지는 것일 수 있다. The point position may be converted by a motion controller.
본 발명의 두 번째 과제를 해결하기 위해서, 레이저를 발생하는 제 1 광원(10); 상기 레이저의 빔 직경을 증가시키는 스페이셜 필터(spatial filter)(20); 상기 스페이셜 필터와 광학적으로 연결되는 광선 분리기 (beam splitter)(21); 상기 샘플의 위치변화를 제어하는 모션 콘트롤러(motion controller)(50); 상기 샘플로부터 산란된 빛에서 광원 파장의 빛을 필터링하는 필터(40); 상기 필터(40)를 통과한 빛의 스펙트럼을 분리시키는 분광기(111); 상기 분광기의 라만 신호를 받는 제 1 CCD (100); 및 상기 모션 콘트롤러(50)에 의해 위치한 포인트에서 얻어진 라만 신호들을 수집하여 상기 세포 또는 생체 조직의 영상으로 변환시키고 변환된 CCD 이미지를 표시하는 장치(110)를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 또는 생체 조직의 라만 신호 영상화 장치를 제공한다. In order to solve the second object of the present invention, the
상기 라만 신호 영상화 장치는, 광학 이미지를 얻기 위한 제 2 광원(70); 상기 세포 및 생체 조직의 샘플에 제 2 광원의 빛을 입사시켜 상기 샘플을 투과시킨 빛을 검출하는 제 2 CCD 카메라(80); 및 상기 제 1 광원의 빛을 상기 샘플에 입사하여 산란된 빛은 상기 제 1 CCD로(100) 보내고, 상기 제 2 광원(70)의 빛을 샘플에 투과시켜 얻어진 빛은 상기 제 2 CCD 카메라(80)로 보내는 플립 미러(60)를 더 포함할 수 있고 이때 제 2 광원(70)과 제 2 CCD 카메라(80) 사이에 대물렌즈(30)를 더 포함할 수 있다. The Raman signal imaging apparatus includes a
상기 제 1광원(10)은 아르곤(Ar) 이온 레이저일 수 있다. The
상기 샘플로부터 산란된 빛에서 광원 파장의 빛을 필터링하는 필터(40)는 에 지 필터 (Edge filer)일 수 있다. The
상기 제 2 CCD 카메라(80) 앞에 줌(zoom)렌즈(90)를 설치하여 배율의 조절을 할 수 있다. A
본 발명에 의해 생체 정상, 비 정상조직 및 세포 정확한 생화학적 정보를 제공할 수 있기 때문에 생체물질의 변형의 근원을 규명하거나 변형을 진단할 수 있으며 나아가 질병의 상태나 원인 등을 진단하거나 규명할 수 있을 것으로 기대되며, 특히 암 유발 세포 및 조직에서의 암 및 생화학적 변화의 조기 진단에 사용될 수 있을 것이다. Since the present invention can provide accurate biochemical information on normal, abnormal tissues, and cells, it is possible to identify the source of the deformation of the biomaterial or to diagnose the deformation, and to diagnose or identify the condition or cause of the disease. It is anticipated that this may be used in the early diagnosis of cancer and biochemical changes, particularly in cancer-causing cells and tissues.
본 발명은 가시광선 광원을 사용하는 공초점 마이크로 라만 이미징 분광법을 생체 조직과 단세포 생물에 적용하여 라만 이미지를 측정한 것이다. 신호의 세기를 증가하도록 공초점 기술을 이용하여 자기 형광신호를 감소시켰고, 특히 기존의 공초점 마이크로 라만 시스템과 다르게 플립 미러(flip mirror)를 이용하여 라만 시스템과 광학 현미경 시스템을 구별해서 라만 신호의 감소를 막을 수 있다. 또한 광학 현미경의 배율 향상을 위해서 광학 현미경 CCD 카메라 앞에 줌렌즈가 설치된다. In the present invention, a Raman image is measured by applying confocal micro Raman imaging spectroscopy using a visible light source to living tissue and single cell organisms. In order to increase the intensity of the signal, confocal technology is used to reduce the magnetic fluorescence signal.In particular, unlike the conventional confocal micro Raman system, a flip mirror is used to distinguish the Raman system from the optical microscope system. It can prevent the reduction. In addition, a zoom lens is installed in front of the optical microscope CCD camera to improve the magnification of the optical microscope.
이하 도면 및 실시예 등을 이용하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 하지만, 하기의 도면 및 실시예 등은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 이에 본 발명이 제한되거나 한정되지 않는다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings and examples. However, the following drawings and examples are only intended to illustrate the invention, the invention is not limited or limited thereto.
본 발명은 (a) 제 1 광원에 의해 가시광선 영역 파장의 빛을 발생시켜 제공 하는 단계; (b) 상기 빛을 세포 또는 생체 조직 샘플의 한 개의 포인트에 입사시키는 단계; (c) 상기 샘플로부터 산란된 빛에서 광원 파장의 빛을 필터링하는 단계; (d) 상기 필터링된 빛을 분광기로 보내고 상기 분광기를 통과한 빛을 제 1 전하결합소자(charge-coupled device:CCD)로 보내 라만 신호를 검출하는 단계; (e) 포인트의 위치를 변환시켜 라만 신호를 검출하는 단계; 및 (f) 각 포인트에서 얻어진 라만 신호를 수집하여 상기 세포 또는 생체 조직의 영상으로 변환시키는 단계를 포함하는 세포 또는 생체 조직의 라만 신호 영상화 방법을 제공한다. 상기의 방법에 대하여는 하기의 장치를 통하여 상세하게 설명하기로 한다. The present invention provides a method comprising the steps of: (a) generating and providing light having a visible wavelength range by a first light source; (b) injecting the light at one point of the cell or biological tissue sample; (c) filtering light at a light source wavelength from light scattered from the sample; (d) sending the filtered light to a spectrometer and sending the light passing through the spectrometer to a first charge-coupled device (CCD) to detect a Raman signal; (e) transforming the location of the point to detect the Raman signal; And (f) collecting the Raman signal obtained at each point and converting the Raman signal into an image of the cell or living tissue. The above method will be described in detail through the following apparatus.
상기 세포의 일 실시예로 세포는 단세포 생물의 세포일 수 있다. 정상 조직과 비 정상 조직간의 변이 차이점을 발견하기 수단으로 라만 신호 이미지화 기술은 유용하며, 단세포 생물의 세포를 관찰하는데에도 좋은 수단이 된다. In one embodiment of the cell, the cell may be a cell of a single cell organism. Raman signal imaging techniques are useful as a means of detecting variance differences between normal and abnormal tissues, and are also a good tool for observing cells in unicellular organisms.
상기 가시 광선은 400 내지 700 nm의 파장을 가지는 것일 수 있는데 일 실시예로 상기 가시광선은 514.5nm의 파장인 것일 수 있다. 바이오 분야에서 가시광선의 광원을 사용한 경우 자기 형광(auto-fluorescence)이 발생하고, 자기 형광은 라만 신호의 감소를 가져오기 때문에 주로 근적외선 광원을 사용한 라만 이미지 실험이 이루어져 왔다. 그런데 라만 신호는 광원의 파장의 사승에 반비례하므로 가시광선의 광원을 이용할 경우에 라만 신호의 세기를 증가시킬 수 있다. 그래서 자기형광을 감소시킬 수만 있다면 근적외선보다 가시광선의 경우에 광학장치들이 더 발달 되어 있기 가시광선의 광원을 사용하는 경우가 광학계를 최적화하는데 유리하다. 따라서 본 발명은 자기 형광을 감소시킬 수 있는 방법을 적용하여 라만 신호의 세 기를 증가시킬 수 있는 가시광선 영역의 파장의 광원을 사용한다. The visible light may have a wavelength of 400 to 700 nm, in one embodiment the visible light may be a wavelength of 514.5nm. Auto-fluorescence occurs in the case of using a visible light source in the bio field, and the Raman image experiment using a near-infrared light source has been mainly performed because the magnetic fluorescence causes a decrease in the Raman signal. However, since the Raman signal is inversely proportional to the square of the wavelength of the light source, the intensity of the Raman signal may be increased when using a visible light source. Therefore, if the magnetic fluorescence can be reduced, optical devices are more developed in the case of visible light than near infrared light, and it is advantageous to optimize the optical system when using a visible light source. Therefore, the present invention uses a light source having a wavelength in the visible light region that can increase the intensity of the Raman signal by applying a method capable of reducing the magnetic fluorescence.
상기 포인트 위치의 변환이 모션 콘트롤러(Motion controller)에 의하여 이루어지는 것일 수 있다. 샘플의 한 포인트에서 라만 신호가 얻어지면 모션 콘트롤러의 제어를 통하여 샘플의 다른 포인트롤 이동하여 이 포인트의 라만 신호를 측정하며, 이러한 방식으로 수집된 라만 신호는 샘플 전체의 이미지화를 위하여 사용된다. The point position may be converted by a motion controller. When the Raman signal is obtained at one point of the sample, the Raman signal of this point is measured by moving to another point of the sample through the control of the motion controller. The Raman signal collected in this way is used for imaging the entire sample.
본 발명은, 레이저를 발생하는 제 1 광원(10); 상기 레이저의 빔 직경을 증가시키는 스페이셜 필터(spatial filter)(20); 상기 스페이셜 필터와 광학적으로 연결되는 광선 분리기 (beam splitter)(21); 상기 샘플의 위치변화를 제어하는 모션 콘트롤러(motion controller)(50); 상기 샘플로부터 산란된 빛에서 광원 파장의 빛을 필터링하는 필터(40); 상기 필터(40)를 통과한 빛의 스펙트럼을 분리시키는 분광기(111); 상기 분광기의 라만 신호를 받는 제 1 CCD(100); 및 상기 모션 콘트롤러(50)에 의해 위치한 포인트에서 얻어진 라만 신호들을 수집하여 상기 세포 또는 생체 조직의 영상으로 변환시키고 변환된 CCD 이미지를 표시하는 장치(110)를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 또는 생체 조직의 라만 신호 영상화 장치를 제공한다. The present invention, the
상기 라만 신호 영상화 장치는, 광학 이미지를 얻기 위한 제 2 광원(70); 상기 세포 및 생체 조직의 샘플에 제 2 광원의 빛을 입사시켜 상기 샘플을 투과시킨 빛을 검출하는 제 2 CCD 카메라(80); 및 상기 제 1 광원의 빛을 상기 샘플에 입사하여 산란된 빛은 상기 제 1 CCD로(100) 보내고, 상기 제 2 광원(70)의 빛을 샘플 에 투과시켜 얻어진 빛은 상기 제 2 CCD 카메라(80)로 보내는 플립 미러(60)를 더 포함할 수 있고 이때 제 2 광원(70)과 제 2 CCD 카메라(80) 사이에 대물렌즈(30)를 더 포함할 수 있다. The Raman signal imaging apparatus includes a
도 1은 가시광선 영역의 제 1 광원과 , 스페이셜 필터(spatial filter), 줌렌즈(Zoom lens)를 사용한 공초점 마이크로 라만 스캐닝 시스템 도식도이다. 도 1을 참조하면, 제 1 광원(10)으로부터 발생한 빛이 스페이셜 필터(20)를 통과하여 빔직경(beam diameter)가 증가하고 클린업(clean up)된 514.5 nm의 파장을 가진 광원이 대물렌즈(30)를 통과하여 약 1㎛의 크기로 샘플에 초점을 형성하게 된다. XY transition stage 시스템을 이용해서 샘플의 위치를 변화시키고 각 위치에서 여기 된 빛을 에지필터(40)와 제 1 CCD(100)를 이용하여 라만 신호로 검출한다. 광학 이미지를 얻기 위해서 추가적으로 제 2 CCD 카메라(80)를 장착되고 광학현미경의 배율 향상을 위해서 제 2 CCD 카메라(80) 앞에 줌렌즈(90)가 설치된다. 제 1 CCD 카메라(100)를 통과한 라만 신호를 변환시키고 변환된 CCD 이미지를 표시하기 위한장치(110)로 보내진다. 상기 변환 및 표시 장치의 일 실시예로는 모니터를 포함하는 개인용 컴퓨터가 될 수 있다. 1 is a schematic diagram of a confocal micro Raman scanning system using a first light source in a visible light region, a spatial filter, and a zoom lens. Referring to FIG. 1, a light source having a wavelength of 514.5 nm in which light generated from the
공초점 라만 시스템과 광학 현미경을 구별해 줌으로써 라만 신호의 감소를 막기 위해 플립 미러(60)가 설치된다. 통상의 라만 시스템에서는 라만 신호를 검출하는 CCD와 광학 이미지를 측정하는 CCD 카메라를 광선 분리기(Beam splitter)(21) 통해서 나누어 진다. 이 경우 광선 분리기의 특성상 라만 신호와 광학이미지 신호가 분리되기 때문에 라만 및 광학 신호가 감소할 수밖에 없는데 본 발명과 같이 플 립 미러(60)를 사용하면 라만 시스템과 광학 현미경 시스템을 선택하여 사용할 수 있기 때문에 라만 신호나 광학이미지 신호가 감소하지 않는다.A
상기 제 1광원(10)은 아르곤(Ar) 이온 레이저일 수 있다. 아르곤 레이저는 514.5nm의 파장을 가지는 광원을 발생하기 때문이다. The
상기 샘플로부터 산란된 빛에서 광원 파장의 빛을 필터링하는 필터(40)는 에지 필터 (Edge filer)일 수 있다. 본 발명의 라만 신호를 측정할 때, 샘플에서 산란된 빛은 여기광(514.5nm)과 라만 정보를 가지고 있는 빛으로 이루어져 있고, 여기광을 제거해주는 역할을 하는 것이 에지 필터이다. 에지 필터는 기준 진동수(frequency) 보다 작은 진동수는 통과시키고 큰 진동수는 통과시키지 않는데, 즉 기준 파장보다 큰 파장은 통과시키고 작은 파장은 통과시키지 않는다. 따라서 기준 파장이 514.5nm 이라면 514.5nm 파장은 제거되고 그보다 큰 파장, 즉 라만 정보를 갖는 빛은 통과시켜서 CCD로 라만 신호를 검출할 수 있다. The
상기 제 2 CCD 카메라(80) 앞에 줌렌즈(90)를 설치하여 배율의 조절을 할 수 있다. 이는 광학 이미지를 구현하는 광학 현미경의 기능을 강화하여 광학 이미지를 더욱 자세하게 관찰할 수 있게 한다. Magnification may be adjusted by installing a
실시예Example 1 : 샘플제작 1: Sample production
클라미도모나스(Chlamydomonas reinhardtii CC124) 균들을 엠피실린(ampicillin, 50 μg/ml)의 존재하에서 TAP (Tris-Acetate-Phosphate) 배지에서 온도 30 ℃로 유지하여 배양하였다. (미국, Chlamy Core Collection Center에서 제 공)를 중간 상태(mid-log phase)까지 배양한 후 TAP 배지로 희석한 다음 슬라이드 글라스에 한 방울 (10uL) 떨어뜨리고 진공상태로 말려 측정에 사용하였다.Chlamydomonas reinhardtii CC124 bacteria were incubated at 30 ° C. in TAP (Tris-Acetate-Phosphate) medium in the presence of ampicillin (50 μg / ml). (Provided by Chlamy Core Collection Center, USA) was incubated to the mid-log phase, diluted with TAP medium, and then dropped in a drop glass (10 uL) on a slide glass, and dried in vacuum to be used for measurement.
실시예Example 2 : 라만 신호 및 광학 이미지 측정 2: Raman signal and optical image measurement
공초점 마이크로 라만 분광은 공초점 라만 스캐닝 시스템을 사용하여 수행하였다. 514.5 nm의 파장을 가진 아르곤 이온 레이저 (Coherent 307C)를 여기광으로 이용하였으며, 대물렌즈를 통과한 레이저 빛은 약 1μm의 크기로 초점을 형성시켰다. 에지 필터와 전하 결합소자(CCD)를 이용하여 라만 신호를 검출하였다. 샘플의 광학 이미지를 얻기 위해서 추가적으로 CCD 카메라를 장착하였고 광학현미경의 배율 향상을 위해서 CCD 카메라 앞에 줌렌즈를 사용하였다. Confocal micro Raman spectroscopy was performed using a confocal Raman scanning system. An argon ion laser (Coherent 307C) with a wavelength of 514.5 nm was used as excitation light, and the laser light passing through the objective lens was focused to a size of about 1 μm. Raman signals were detected using an edge filter and a charge coupled device (CCD). A CCD camera was additionally mounted to obtain an optical image of the sample, and a zoom lens was used in front of the CCD camera to improve magnification of the optical microscope.
실험예Experimental Example 1 : 단세포 생물 (클라미도모나스)의 라만 신호 및 1: Raman signal from unicellular organism (Clamidomonas) and 이미징Imaging
도 2는 단세포 생물인 클라미도모나스의 주요 라만 스펙트럼이다. 도 2를 참조하면, 공초점 마이크로 라만 분광법을 이용하여 단세포 생물, 클라미도모나스의 카로테노이드와 관련한 진동모드는 각각 1015cm-1, 1159cm-1, 1524cm- 1 이다. 도 3은 단세포 생물인 클라미도모나스의 광학 현미경 이미지이다. 도 4는 단세포 생물인 1524cm- 1를 기준으로 측정한 클라미도모나스의 공초점 라만 이미지이다. 도 3과 도4를 비교하면 광학 현미경이미지와 라만 이미지의 차이점을 발견할 수 있다. 즉 라만 이미지로부터는 광학 현미경으로 확인할 수 없는 세포의 구성요소인 핵, 엽록체 를 파악할 수 있다. 이 기술을 바탕으로 세포나 조직의 생화학적 변화를 2D 이미지화 시키면 바이오 물질의 변형을 진단할 수 있을 것이다. 2 is the main Raman spectrum of Chlamydomonas, a single cell organism. 2, the vibration modes associated with a confocal micro-Raman spectroscopy and single-celled organisms, carotenoids of Chlamydomonas are each 1015cm -1, 1159cm -1, 1524cm - 1. 3 is an optical microscope image of Chlamydomonas, a single cell organism. 4 is a single-celled organisms of 1524cm - a confocal Raman image of a Chlamydomonas measured for the first. Comparing FIG. 3 with FIG. 4, the difference between the optical microscopic image and the Raman image can be found. In other words, it is possible to identify nuclei and chloroplasts, which are components of cells, which cannot be identified by an optical microscope from Raman images. Based on this technology, biochemical changes in cells or tissues can be 2D imaged to diagnose biomaterial modifications.
실험예Experimental Example 2 : 쥐의 폐 생체 정상조직 라만 신호 및 2: rat lung normal tissue Raman signal and 이미징Imaging
도 5는 쥐의 폐 정상조직의 주요라만 스펙트럼이다. 도 5를 참조하면, 공초점 마이크로 라만 분광법을 이용하여 생체조직의 리피드와 단백질 (lipid and protein), Amide I, C-H bonding의 진동 모드를 각각 ~1450 cm-1, ~1650 cm-1, 2800~3000 cm-1에서 관찰할 수 있다. 도 6은 쥐의 폐 정상조직의 광학 현미경 이미지이다. 도 7은 2800~3000 cm-1 (C-H bonding 모드)를 기준으로 얻은 쥐의 폐 정상조직 라만 이미지이다. 도 6과 도 7을 비교하면 라만 이미지가 광학현미경 이미지와 정확하게 일치하는 것을 확인할 수 있다.5 is the major Raman spectrum of normal lung tissue of rats. Referring to FIG. 5, vibration modes of lipid and protein, Amide I, and CH bonding of biological tissues using confocal micro Raman spectroscopy are respectively ~ 1450 cm -1 , ~ 1650 cm -1 , 2800 ~ Observed at 3000 cm -1 . 6 is an optical microscopic image of rat lung normal tissue. Figure 7 is a lung normal tissue Raman image of the rat obtained on the basis of 2800 ~ 3000 cm -1 (CH bonding mode). Comparing FIG. 6 with FIG. 7, it can be seen that the Raman image exactly matches the optical microscope image.
도 1은 가시광선 영역의 제 1 광원과, 스페이셜 필터(spatial filter), 줌렌즈(Zoom lens)를 사용한 공초점 마이크로 라만 스캐닝 시스템 도식도이다. 1 is a schematic diagram of a confocal micro Raman scanning system using a first light source in a visible light region, a spatial filter, and a zoom lens.
도 2는 단세포 생물인 클라미도모나스(Chlamydomonas)의 주요라만 스펙트럼이다. 도 3은 단세포 생물인 클라미도모나스의 광학 현미경 이미지이다.2 is the main Raman spectrum of Chlamydomonas, a single cell organism. 3 is an optical microscope image of Chlamydomonas, a single cell organism.
도 4는 단세포 생물인 클라미도모나스의 공초점 라만 이미지이다. 4 is a confocal Raman image of Chlamydomonas, a single cell organism.
도 5는 쥐의 폐 정상조직의 주요라만 스펙트럼이다. 5 is the major Raman spectrum of normal lung tissue of rats.
도 6은 쥐의 폐 정상조직의 광학 현미경 이미지이다. 6 is an optical microscopic image of rat lung normal tissue.
도 7은 쥐의 폐 정상조직의 공초점 라만 이미지이다. 7 is a confocal Raman image of rat lung normal tissue.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 제 1 광원 20 : 스페이셜 필터10: first light source 20: spatial filter
21 : 광선 분리기 30 : 대물렌즈21: light splitter 30: objective lens
40 : 에지 필터 50 : 모션 콘트롤러40: edge filter 50: motion controller
60 : 플립 미러 70 : 제 2 광원60: flip mirror 70: second light source
80 : 제 2 CCD 카메라 90 : 줌렌즈80: second CCD camera 90: zoom lens
100 : 제 1 CCD 110 : CCD 이미지 표시 장치100: first CCD 110: CCD image display device
111 : 분광기 111: spectrometer
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080062756A KR20100002742A (en) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | Method for imaging raman spectroscopy of biologic tissues and cells and an apparatus using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080062756A KR20100002742A (en) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | Method for imaging raman spectroscopy of biologic tissues and cells and an apparatus using the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20100002742A true KR20100002742A (en) | 2010-01-07 |
Family
ID=41812739
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020080062756A KR20100002742A (en) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | Method for imaging raman spectroscopy of biologic tissues and cells and an apparatus using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20100002742A (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012165837A3 (en) * | 2011-05-29 | 2013-02-07 | 한국화학연구원 | High-speed screening apparatus for a raman analysis-based high-speed multiple drug |
KR101446210B1 (en) * | 2013-02-15 | 2014-10-01 | 서울대학교산학협력단 | Fast and quantitative raman analysis method and apparatus thereof for large-area multiple bio-targets |
WO2015141873A1 (en) * | 2014-03-18 | 2015-09-24 | 서울대학교산학협력단 | Raman analysis method and device for high-speed quantitative analysis of wide-area sample |
KR20160071371A (en) * | 2013-09-19 | 2016-06-21 | 로레알 | Systems and methods for measuring and categorizing colors and spectra of surfaces |
US9903869B2 (en) | 2014-04-04 | 2018-02-27 | Celltool Gmbh | Device and method for analyzing a sample for the identification of prostate tumours |
CN109297949A (en) * | 2018-09-19 | 2019-02-01 | 珠海彩晶光谱科技有限公司 | The tumour cell detection method and device of micro-imaging combination transmission Raman spectrum |
CN113984659A (en) * | 2021-10-13 | 2022-01-28 | 自然资源部第二海洋研究所 | Aerobic non-oxygen-producing photosynthetic bacterium detection method based on single-cell Raman spectrum |
-
2008
- 2008-06-30 KR KR1020080062756A patent/KR20100002742A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012165837A3 (en) * | 2011-05-29 | 2013-02-07 | 한국화학연구원 | High-speed screening apparatus for a raman analysis-based high-speed multiple drug |
KR101361652B1 (en) * | 2011-05-29 | 2014-02-14 | 한국화학연구원 | Raman assay-based High Throughput multiplex drug screening apparatus |
CN103718038A (en) * | 2011-05-29 | 2014-04-09 | 韩国化学研究院 | High-speed screening apparatus for a raman analysis-based high-speed multiple drug |
US20140113283A1 (en) * | 2011-05-29 | 2014-04-24 | Korea Research Institute Of Chemical Technology | High-speed screening apparatus for a raman analysis-based high-speed multiple drug |
US9459257B2 (en) | 2011-05-29 | 2016-10-04 | Korea Research Institute Of Chemical Technology | High-speed screening apparatus for a Raman analysis-based high-speed multiple drug |
KR101446210B1 (en) * | 2013-02-15 | 2014-10-01 | 서울대학교산학협력단 | Fast and quantitative raman analysis method and apparatus thereof for large-area multiple bio-targets |
KR20160071371A (en) * | 2013-09-19 | 2016-06-21 | 로레알 | Systems and methods for measuring and categorizing colors and spectra of surfaces |
WO2015141873A1 (en) * | 2014-03-18 | 2015-09-24 | 서울대학교산학협력단 | Raman analysis method and device for high-speed quantitative analysis of wide-area sample |
US9903869B2 (en) | 2014-04-04 | 2018-02-27 | Celltool Gmbh | Device and method for analyzing a sample for the identification of prostate tumours |
CN109297949A (en) * | 2018-09-19 | 2019-02-01 | 珠海彩晶光谱科技有限公司 | The tumour cell detection method and device of micro-imaging combination transmission Raman spectrum |
CN109297949B (en) * | 2018-09-19 | 2024-04-05 | 上海镭立激光科技有限公司 | Tumor cell detection method and device by combining microscopic image with transmission Raman spectrum |
CN113984659A (en) * | 2021-10-13 | 2022-01-28 | 自然资源部第二海洋研究所 | Aerobic non-oxygen-producing photosynthetic bacterium detection method based on single-cell Raman spectrum |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhang et al. | Perspective: Coherent Raman scattering microscopy, the future is bright | |
Zhang et al. | Coherent Raman scattering microscopy in biology and medicine | |
Krafft et al. | Biomedical applications of Raman and infrared spectroscopy to diagnose tissues | |
KR20100002742A (en) | Method for imaging raman spectroscopy of biologic tissues and cells and an apparatus using the same | |
US6765668B2 (en) | Method for detection of pathogenic microorganisms | |
Keller et al. | Raman spectroscopy for cancer diagnosis | |
JP6283104B2 (en) | Optical analyzer | |
WO2006007065A2 (en) | Method and apparatus for dark field chemical imaging | |
CN104880445A (en) | Early cancer diagnosis device based on combination of auto-fluorescence lifetime imaging and fluorescence spectroscopy | |
JP6357245B2 (en) | Optical analyzer and biomolecule analyzer | |
US20060158645A1 (en) | Method for Raman computer tomography imaging spectroscopy | |
US20130082180A1 (en) | Multipoint Method for Assessing a Biological Sample | |
US20060170916A1 (en) | Method and apparatus for variable-field illumination | |
Wang et al. | A modular Raman microspectroscopy system for biological tissue analysis | |
WO2023011582A1 (en) | Optical-fiber raman photometer, construction method therefor and application thereof | |
Spigulis et al. | Towards combined multispectral, FLIM and Raman imaging for skin diagnostics | |
WO2008086191A1 (en) | Time-gated raman spectroscopy device | |
Fitzmaurice et al. | Raman spectroscopy: development of clinical applications for breast cancer diagnosis | |
Treado et al. | Raman spectroscopic imaging | |
CN117705773A (en) | Modularized multi-mode microscopic optical analysis system | |
Jonáš et al. | Raman microspectroscopy of optically trapped micro-and nanoobjects | |
Maier et al. | Raman molecular imaging of tissue and cell samples using tunable multiconjugate filter | |
Alghamdi | Shedding New Light on Cancer with Non-Linear Optical Microscopy | |
KR20230099463A (en) | Broadband label-free molecular imaging system | |
Villanueva-Luna et al. | Mapping skin using Raman spectroscopy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |