KR20100099989A - 편광각 투과 유도 프리즘 및 이를 이용한 신호 대 잡음비 향상을 위한 형광검출장치 - Google Patents

편광각 투과 유도 프리즘 및 이를 이용한 신호 대 잡음비 향상을 위한 형광검출장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 편광각 투과 유도 프리즘 및 이를 이용한 신호 대 잡음비 향상을 위한 형광검출장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 시료면에 도포된 형광물질에 빛을 임계각 이상으로 입사시킬 때 발생하는 에바네슨트파를 형광의 여기광으로 사용하여 내부전반사된 빛이 편광각을 가지고 프리즘을 투과함으로써, 재반사된 빛이 시료면에 미치는 영향을 제거함과 동시에 신호 대 잡음비(SNR)를 향상 시키고, 프리즘을 소형화하며, 패턴화를 통해 프리즘의 부피를 줄이며, 시료면적의 사용과 광량 효율을 증대시킨 편광각 투과 유도 프리즘 및 이를 이용한 신호 대 잡음비 향상을 위한 형광검출장치에 관한 것이다.
프리즘, 에바네슨트파, 편광각, 투과, 유도, 신호, 잡음비

Description

편광각 투과 유도 프리즘 및 이를 이용한 신호 대 잡음비 향상을 위한 형광검출장치{The prism inducing Brewster's angle transmission and apparatus for fluorescence detection for enhancement of signal to noise ratio used to thereof}
본 발명은 편광각 투과 유도 프리즘 및 이를 이용한 신호 대 잡음비 향상을 위한 형광검출장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 입사평면에 평행하게 선형 편광된 빛이 프리즘으로 입사하여 내부전반사 조건에서 발생하는 에바네슨트파로 형광물질을 여기시키고, 에바네슨트파를 발생시키는 내부전반사된 빛이 프리즘을 빠져나갈 때, 편광각을 가지고 투과하고, 프리즘 안으로 재반사되는 성분을 제거하여 신호 대 잡음비를 향상시킨 편광각 투과 유도 프리즘 및 이를 이용한 신호 대 잡음비 향상을 위한 형광검출장치에 관한 것이다.
일반적으로 형광측정방법은 시료에 형광체로 표시된 마커를 미리 첨가한 후 시료에 광을 조사하여 형광량의 변화를 감지함으로써 시료의 반응 정도를 측정하는 방법이다.
이와 같은 종래의 형광측정 기술에 있어, 시료로부터 방출하는 형광의 일부 분만이 광검출기에 도달하기 때문에 형광의 손실이 많은 문제점이 있었다.
이와 함께, 형광의 손실은 최소 검출가능 한계가 불가피하게 증가하는 결과를 가져왔고, 이로 인해 고감도의 실험이 요구되는 경우 감도가 떨어져 측정이 불가능한 문제점이 있었다.
더욱이, 광경로상의 이유로 형광의 여기광과 반응 형광이 섞여 광검출기에 검출되기 때문에, 신호 대 잡음비(signal-to-noise)가 충분히 높지 않은 문제점이 있었다.
이를 해소하기 위해 한국특허등록 제 10-0768038호(이하, "종래특허1"이라 함)와 한국특허공개 제 10-2006-0089103호(이하, "종래특허2"이라 함)가 출원되었다. 그러나 확산판을 이용하여 평판 형태의 광도파로 내부로 여기광을 입사시키기에 광량의 손실이 크고, 광도파로 내에서 에바네슨트파를 발생시켜 형광물질을 여기하는 경우에는 광량의 이용률과 시료 사이의 거리가 비례 관계를 가진다.
여기서, 시료면에서 내부전반사된 빛이 시료면 반대편에서 내부전반사된 후에 다음 시료면에서 에바네슨트파를 발생시키기 때문에, 시료면의 시료를 촘촘히 배열하기 위해서는 광도파로의 두께를 가능한 얇게 형성해야 한다.
그러나 광도파로가 얇을수록 광 손실률이 높아지는 단점이 있었다. 이때, 광 손실률을 줄이기 위해 광도파로를 두껍게 하면, 시료 사이의 거리가 늘어남으로써, 시료면을 효율적으로 사용할 수 없게 되는 문제점이 있었다.
그리고 종래특허1과 종래특허2는 광도파로를 따라 순차적으로 발생하는 에바네슨트파를 이용하기 때문에, 먼저 반응하는 형광물질의 여기정도에 따라 나중의 형광물질을 여기시키는 광량이 변하게 되어 형광량 변화를 측정하기에 부적절하다.
따라서, 본 발명은 이상의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다음과 같다.
첫째, 본 발명은 편광각 투과 유도 프리즘의 에바네슨트파를 이용하여 형광을 검출하는 데 그 목적이 있다.
둘째, 본 발명은 넓은 시료 면적을 균일하게 조영하면서도 프리즘의 두께를 얇게 형성하는데 그 목적이 있다.
셋째, 본 발명은 프리즘의 두께를 얇게 형성하여 편광각 투과 유도 프리즘을 소형화하는데 그 목적이 있다.
넷째, 본 발명은 신호 대 잡음비가 향상된 형광검출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술수단은 다음과 같다.
입사평면에 평행하게 선형 편광된 빛이 프리즘으로 입사하여 내부전반사로 에바네슨트파를 발생시키고, 편광각을 가지고 투과하도록 유도하여, 내부로 재반사되어 시료면을 투과하는 성분이 없는 프리즘에 있어서, 프리즘은, 측단면 방향에서 보았을 때 시료면 하단 일측에 입사면과 하단 타측에 투과면을 형성하고, 입사면과 투과면이 만나는 지점을 상호 직각으로 형성한 것을 특징으로 한다.
프리즘은 입사면이 여기광의 입사각에 대해 직각방향으로 형성하고; 프리즘 은 입사면과 투과면의 사잇각을 프리즘각2로 형성하며; 프리즘각2는 90°인 것을 특징으로 한다.
프리즘은 시료면과 투과면의 사잇각을 프리즘각1로 형성하고; 프리즘각1은 수학식
Figure 112009013396296-PAT00001
에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다. 여기서, θB는 편광각이다.
시료면과 입사면의 사잇각을 프리즘각3으로 형성하고; 프리즘각3은 수학식
Figure 112009013396296-PAT00002
에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다. 여기서, θB는 편광각이다.
편광각은 수학식
Figure 112009013396296-PAT00003
에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다. 여기서, na는 공기의 굴절률이고, np는 프리즘의 굴절률이다.
한편, 전술한 제작된 편광각 투과 유도를 위한 프리즘의 에바네슨트파를 이용한 형광검출장치에 있어서, 형광검출장치는, 광원을 제공하는 광원부; 광원부 일측으로 형성되어 내부전반사를 통해 에바네슨트파를 발생하는 프리즘을 갖는 프리즘부; 프리즘부 일측에 형성되어 형광단백질 및 이를 도포한 시료를 제공하는 시료측정관을 갖는 시료부; 시료부 일측으로 형성되어 에바네슨트파에 의해 형광단백질과 시료의 반응에 따른 형광량을 검출하는 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
광원부는, 발산광을 제공하는 광원; 광원 일측으로 형성되어 시준광을 제공하는 시준광학기; 및 시준광학기 일측으로 형성되어 여기광을 제공하는 선형편광 기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
시준광학기는, 시준광이 프리즘의 입사면에 수직방향으로 입사되게 형성하고; 선형편광기는, 프리즘과 시준광학기 사이에 형성되어 프리즘의 입사면과 평행하도록 형성한 것을 특징으로 한다.
프리즘부는, 시료측정관의 하단의 시료면에 프리즘이 반복적으로 다수개 배열된 것을 특징으로 한다.
검출부는, 시료부의 시료측정관의 일측으로 형성되어 시료측정관에서 제공되는 형광검출광이 통과하는 광학기; 및 광학기에서 제공된 형광검출광을 산출하는 검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명의 효과는 다음과 같다.
첫째, 본 발명은 편광각 투과 유도 프리즘의 에바네슨트파를 이용하여 형광을 검출하는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 편광각 투과 유도 프리즘을 소형화하는 효과가 있다.
셋째, 본 발명은 이웃하는 프리즘과 평행하게 입사하는 여기광에 대해 간섭을 일으키지 않도록 설계하여 반복적으로 배열함으로써, 넓은 시료 면적을 균일하게 조영하면서도 프리즘의 두께를 얇게 형성하는 효과가 있다.
넷째, 본 발명은 프리즘을 소형화하고 반복적으로 배열함으로써, 광량의 손실률과 독립적으로 시료면 전체를 사용하는 효과가 있다.
다섯째, 본 발명은 시료면 전체에 소형 프리즘을 반복적으로 배열하고 시준 광을 입사시켜 형광물질을 여기시키도록 구성함으로써, 각각의 시료면의 반응정도가 이웃하는 시료의 여기광량에 영향을 미치지 않는 효과가 있다.
여섯째, 본 발명은 에바네슨트파를 발생시킨 후의 내부전반사된 빛이 프리즘을 빠져나갈 때, 편광각을 가지고 투과하도록 유도하여, 프리즘 내부로 재반사되어 시료면을 투과하는 성분을 없앰으로써, 신호 대 잡음비를 향상시키는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
<본 발명에 따른 프리즘의 구성>
도 1은 본 발명에 따른 편광각 투과 유도 프리즘을 도시한 작용상태 측단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 편광각 투과 유도를 위한 프리즘은 입사평면에 평행하게 선형 편광된 빛이 프리즘으로 입사하여 내부전반사로 에바네슨트파를 발생시키고, 편광각을 가지고 투과하도록 유도하여, 내부로 재반사되어 시료면을 투과하는 성분이 없도록 구성한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 프리즘(30)은, 측단면 방향에서 보았을 때, 시료면(43) 하단 일측에 입사면(31a)과 하단 타측에 투과면(31b)을 형성하고, 입사면(31a)과 투과면(31b)이 만나는 지점을 상호 직각으로 형성한다.
여기서, 입사면(31a)은 매질의 여기광(7)의 입사면(31a)을 뜻하고, 투과면(31b)은 매질의 내부전반사 후 투과면(31b)을 뜻한다.
(본 발명에 따른 프리즘의 형성에 따른 조건)
본 발명에 따른 프리즘(30)의 형태는 다음과 같은 조건에 의하여 결정된다.
조건1은 여기광(72)의 투과율을 최대화하기 위하여 프리즘의 입사면(31a)에 대해 직각방향으로 입사하도록 한다.
조건2는 개개의 프리즘(30)에 의하여 이웃하는 프리즘에 음영이 생기거나, 여기광(72)이 프리즘의 투과면(31b)으로 입사하지 않도록, 프리즘의 입사면(31a)과 투과면(31b)의 사잇각 프리즘각2(32b)가 직각을 이루도록 한다.
조건3은 내부전반사 후 프리즘의 투과면(31b)으로 나가는 투과광(9)이 프리즘 굴절률(33b)과 공기 굴절률(33a)에 대하여 편광각(34b)을 가지도록, 시료면(43)과 투과면(31b)의 사잇각 프리즘각1(32a)을 설정한다.
조건4는 조건1에 의하여 시료면에서 내부전반사각(34a)과 프리즘각3(32c)의 크기는 같아지게 되므로 프리즘각3(32c)이 임계각 이상이 되도록 설정한다.
이와 같이 프리즘(30)의 굴절률(33b)은 위에서 상술한 조건3과 조건4를 만족시키도록 설정하는 것이 바람직하다.
(본 발명의 프리즘의 에바네슨트파의 유도)
형광물질이 도포된 프리즘(30)의 시료면(43)에서 내부전반사가 일어나도록 임계각 이상의 각도로 빛을 입사시켜, 시료면에서 에바네슨트파가 발생하도록 유도하여, 이 에바네슨트파에 의하여 형광물질이 여기 되도록 한다.
빛이 서로 다른 매질 경계면을 투과할 때, 각 매질의 굴절률에 따른 입사각 과 투과각은 스넬의 반사 법칙(Snell's law)을 따르며, 매질 1의 굴절률 n1 및 입사각 θ1, 매질 2에서의 굴절률 n2 및 굴절각 θ2는 다음의 수학식1과 같은 관계를 가진다.
Figure 112009013396296-PAT00004
n1 〉n2인 경우 내부 전반사가 일어나기 시작하는 임계각(critical angle)은 다음의 수학식 2와 같이 정의된다.
Figure 112009013396296-PAT00005
여기서, θc은 임계각, n2은 매질 2의 굴절률 및 n1은 매질 1의 굴절률이다
즉, 매질 1에서의 입사각 θ1이 임계각 θc인 경우, 매질 2에서의 굴절각θ2=90°으로 간주할 수 있으며, 매질 2로 굴절되지 않고 모두 반사되는 이 현상을 내부전반사(total internal reflection)라 한다.
전술한 내부전반사 조건에서 매질경계면에 에바네슨트파라고 하는 정상파(standing wave)가 형성된다. 매질 경계면서 에바네슨트파는 다음의 수학식 3과 같이 정의된다.
Figure 112009013396296-PAT00006
여기서, E(r)는 에바네슨트파, Eo는 입사광의 진폭, y는 매질경계의 수직방향, α는 감쇄 상수, z는 수평방향, β는 진행상수를 나타낸다. 이때 에바네슨트파는 매질 경계면 근처 약 100㎚ 이내에 존재하기 때문에, 시료면에 얇게 도포된 형광물질만을 효과적으로 여기시킨다.
(본 발명에 따른 프리즘의 편광각 투과)
입사평면(plane of incidence)에 대하여 평행하게 선형 편광된 빛이 매질 경계면을 지나갈 때, 편광각(Brewster's angle)으로 입사하게 되면, 반사성분이 없어진다. 편광각이 되는 조건은 프레넬 방정식에서 투과/반사 법칙에 따라 다음의 수학식 4와 같다.
Figure 112009013396296-PAT00007
입사각 θ1, 투과각 θ2을 나타낸다. 이를 스넬의 반사법칙에 대입하여 정리하면, 편광각은 다음의 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112009013396296-PAT00008
여기서 θB는 편광각, n2은 매질 2의 굴절률 및 n1은 매질 1의 굴절률이다.
내부전반사된 빛이 편광각을 가지고 프리즘을 투과하도록 함으로써, 프리즘 내부로 재반사되는 성분을 없앨 수 있으며, 이를 통해 프리즘 내부에서 재반사된 빛이 시료면에 미치는 영향을 제거할 수 있다.
(본 발명에 따른 프리즘의 소형화 패턴화를 위한 프리즘각 설계)
본 발명에 따라 편광각 투과 유도 프리즘을 소형화하여 패턴으로 구성할 경우, 입사광을 받는 프리즘(30)의 입사면(31a)은 입사광의 진행 방향에 수직이고, 내부전반사 후 빛이 빠져나가는 프리즘(30)의 투과면(31b)은 입사광 방향에 평행이 되어야 프리즘(30)을 패턴화하더라도, 사용하지 못하는 음영부분이 생기지 않는다.
이에 따라, 도 1의 프리즘각2(32b) θp2가 90°인 경우에 프리즘(30) 패턴에 평행하게 입사하는 빛을 전부 에바네슨트파(73)를 발생시키는데 이용할 수 있다.
도 1에서 공기의 굴절률 na, 시료의 굴절률 ns, 프리즘의 굴절률 np에 대하여, 수학식 1 및 수학식 2의 조건을 만족시키는 편광각의 크기는 다음의 수학식 6과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112009013396296-PAT00009
여기서, θB는 편광각, 공기의 굴절률 na 및 프리즘의 굴절률 np이다
프리즘각2(32b) θp2가 90°이면, 프림즘각1(32a) θp1 및 프리즘각3(32c) θp3은 다음의 수학식 7과 같이 정의된다.
Figure 112009013396296-PAT00010
전술한 바와 같이, 프림즘각1(32a) θp1, 프림즘각2(32b) θp2 및 프림즘각3(32c) θp3의 관계는 다음의 수학식 8과 같다.
Figure 112009013396296-PAT00011
이상의 수학식 7과 수학식 8을 이용하여 정리하면 프림즘각1(32a) θp1 및 프림즘각3(32c) θp3 은 다음의 수학식 9와 수학식 10과 같이 얻을 수 있다.
Figure 112009013396296-PAT00012
Figure 112009013396296-PAT00013
여기서, θB는 편광각이다.
(본 발명에 따른 프리즘의 실시예 )
각 부위의 굴절률 값을 na=1, ms=1.33 및 np=1.515라고 하였을 때, 이를 대입한 각 값들은 편광각은 θB=arctan(1/1.515)=33.4°, 프리즘각1(32a)은 θp1=28.3° 및 프리즘각3(32c)는 θp3=61.7°로 주어진다.
수학식 2에 따른 임계각의 크기는 θc=61.39°이며, 프리즘각3(32c) θp3=61.7°가 임계각보다 크기 때문에, 내부전반사로 인한 에바네슨트파(73)가 발생한다. 이때, 내부전반사 후 편광각으로 프리즘(30)의 투과가 이루어진다.
이와 같이, 프리즘(30)의 프리즘각2(32b) θp2가 90°로 형성되어 있기 때문에 음영부분의 제거에 대한 조건을 모두 만족시킬 수 있다.
(본 발명에 따른 프리즘을 이용한 작용원리)
본 발명은 내부전반사 조건에서 발생하는 에바네슨트파를 이용하여 형광물질을 여기시키고, 에바네슨트파를 발생시키는 내부전반사된 빛이 프리즘(30)을 빠져나갈 때, 편광각을 가지고 투과하도록 함으로써, 프리즘(30) 안으로 재반사되는 성분을 제거함으로써, 신호 대 잡음비를 향상시킨다.
내부 전반사로 에바네슨트파를 발생시키는 프리즘(30)의 두께를 줄이기 위하여, 프리즘(30)을 소형화하여 패턴화한다. 이때, 입사 광량과 시료면(43)을 효율적으로 사용하기 위하여, 프리즘(30)에 입사하는 광선이 투과면(31b)으로 입사하거나, 투과면(31b)에 의한 음영이 생기지 않도록 한다.
이를 위해, 프리즘(30)의 입사면(31a)은 입사광의 진행 방향과 수직하고, 프리즘(30)의 투과면(31b)은 입사면의 진행방향과 평행하도록 제작한다. 즉 프리즘(30)의 3가지 내각 중 시료면(43)과 접하지 않는 부분의 각이 90°가 되도록 구현한다.
신호 대 잡음비의 향상을 위해, 내부전반사된 여기광(7)이 프리즘(30)의 투과면(31b)에 대해 편광각 방향으로 프리즘(30)을 투과하도록 시료면(43)과 접한 프리즘(30)의 각도를 설정한다.
전술한 입사광의 편광 성분 중 입사면(31a)의 평면에 평행 방향으로 선형 편광된 성분에 대해서만 편광각이 존재하기 때문에, 프리즘(30)과 광원(20) 사이에 선형편광기(22)를 설치하여 여기광(72)의 편광상태가 입사면(31a)의 평면에 평행하도록 구성하는 것이 바람직하다.
광원(20)으로부터 나오는 구면파 형태의 발산광을 시준광학기(21)를 이용하여 평면파의 시준광을 만들어 주고, 시준광이 프리즘(30)의 입사면(31a)에 수직 방향으로 입사하도록 구성한다.
<형광검출장치의 구성>
도 2는 본 발명에 따른 편광각 투과 유도 프리즘의 에바네슨트파를 이용한 신호 대 잡음비 향상을 위한 형광검출장치를 도시한 개략구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 편광각 투과 유도 프리즘을 이용한 신호 대 잡음비 향상을 위한 형광검출장치를 도시한 작용상태 요부구성도이다. 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 형광 검출장치(1)는 광원부(2), 프리즘부(3), 시료부(4) 및 검출부(5)로 이루어진다.
이와 함께 본 발명은 광원부(2)에서 프리즘부(3)로 여기광(7)을 제공하고, 프리즘부는 프리즘부(3)을 투과한 투과광(9)을 배출하며, 시료부(4)는 형광검출광(8)을 검출부(5)에 제공한다.
광원부(2)는 광원(20)을 제공하는 것으로, 광원부(2)는 광원(20), 시준광학기(21) 및 선형편광기(22)로 이루어진다. 이때 광원(20)은 발산광(70)을 제공하는 한다.
시준광학기(21)는 광원(20) 일측으로 형성되어 시준광(71)을 제공하는 것으로, 시준광(71)이 프리즘(30)의 입사면(31a)에 수직방향으로 입사되게 형성하는 것이 바람직하다.
선형편광기(22)는 시준광학기(21) 일측으로 형성되어 여기광(72)을 제공하는 것으로, 선형편광기(22)는 프리즘(30)과 상기 시준광학기(21) 사이에 형성되어 프리즘(30)의 입사면(31a)에 평행하게 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 선형편광기(22)의 선형평광방향은 프리즘(30)의 입사평면과 평행하게 형성된다.
여기서, 입사면은 빛이 입사하는 경계면을 의미하고, 입사평면은 입사광과 반사광의 진행 방향에 의해 만들어지는 가상의 평면으로서 입사면에 수직한 평면을 의미한다.
프리즘부(3)는 광원부(2) 일측으로 형성한다. 이때 프리즘부(3)는 내부전반사를 통해 에바네슨트파(73)를 발생하는 것으로, 프리즘(30)을 시료부(4)의 시료면(43)에 형성한다.
전술한 프리즘부(3)는, 시료측정관(40)의 하단에 형성한 시료면(43)에 프리즘(30)이 반복적으로 다수개 배열하는 것이 바람직하다.
시료부(4)는 프리즘부(3) 일측에 형성한다, 이때 시료부(4)는 형광단백질 및 이를 도포한 시료를 제공하는 것으로 시료측정관(40)을 형성한다. 이때 시료측정관(40)은 에바네슨트파(73)에 의해 형광단백질과 시료가 형광반응을 하는 곳이다.
검출부(5)는 시료부(4) 일측으로 형성한다. 이때 검출부(5)는 에바네슨트파(73)에 의해 형광단백질과 시료의 반응에 따른 형광량을 검출한다.
전술한, 검출부(5)는 광학기(51) 및 검출기(50)로 구성한다. 이때 광학기(51)는 시료부(4)의 시료측정관(40)의 일측으로 형성되어 시료측정관(40)에서 제공되는 형광검출광(8)이 통과하는 것이다. 또한, 검출기(50)는 광학기(51) 일측에 형성되어 광학기(51)에서 제공된 형광검출광(8)의 형광량을 검출하는 것이다.
(형광검출장치의 작용)
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 형광검출장치(1)의 하나의 실시 예이다. 광원(20)에서 나온 발산광(70)은 시준광학기(21)를 통과하면서 측정 범위에 따른 시준광(71)이 된다.
전술한 시준광(71)이 다시 입사 평면에 평행하게 정렬된 선형편광기(22)를 지나 여기광(72)이 된다. 이때 광원부(2)는 각도 정렬을 통해 프리즘(30) 패턴 내부에서 광원(20)이 임계각보다 큰 각도로 입사하도록 한다.
시료 측정관(40)의 시료면(43)에 도포된 특이 물질 검출 형광 단백질(41)은 내부전반사에 의한 에바네슨트파(73)에 의해 여기 되어 형광검출광(8)을 발생하게 된다. 이때, 시료측정관(40)에 넣어주는 측정 시료(42)의 특이 검출하고자 하는 성분(42a)의 양에 따라 특이 물질 검출 형광 단백질(41)과 반응 정도가 달라지고, 이에 따른 여기 되는 형광검출광(8)의 형광량이 변하게 된다.
전술한 형광검출광(8)이 광학기(51)를 통과하여 검출기(50)에 도달하면, 검출기(50)는 형광량을 산출한다.
프리즘(30)의 패턴은 일정한 형태를 가지는 프리즘(30)을 소형화하고 반복적으로 배열함으로써, 유도하는 매질의 두께를 얇게 해준다. 개개의 프리즘(30)은 도 1과 함께 앞서 설명한 바 있는 일정한 형태를 가지게 된다.
이와 같이 프리즘(30)은 측정 시료와 유도 매질1의 굴절률에 따라 각각의 프리즘(30)의 각각의 프리즘각(32a, 32b, 32c)이 조절되어 제작될 수 있다.
본 발명은 시료면에 도포된 형광물질에 빛을 임계각 이상으로 입사시킬 때 발생하는 에바네슨트파를 형광의 여기광으로 사용하여 입사광이 내부전반사 후에 프리즘 외부로 편광각 방향으로 투과해 나가도록 형성한다.
이에 따라, 프리즘 내부로 재반사를 제거하여 신호 대 잡음비를 향상시키고, 프리즘의 소형화 및 패턴화를 통해 프리즘의 부피를 줄이며, 시료면적의 사용과 광량 효율을 증대시키는데 사용이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명 이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 편광각 투과 유도 프리즘을 도시한 작용상태 측단면도.
도 2는 본 발명에 따른 편광각 투과 유도 프리즘의 에바네슨트파를 이용한 신호 대 잡음비 향상을 위한 형광검출장치를 도시한 개략구성도.
도 3은 본 발명에 따른 편광각 투과 유도 프리즘의 에바네슨트파를 이용한 신호 대 잡음비 향상을 위한 형광검출장치를 도시한 작용상태 요부구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 형광검출장치 2: 광원부
20: 광원 21: 시준광학기
22: 선형편광기 3: 프리즘부
30: 프리즘 31a: 입사면
31b: 투과면 32a: 프리즘각1
32b: 프리즘각2 32c: 프리즘각3
33a: 공기 굴절률 33b: 프리즘 굴절률
34a: 내부전반사각 34b: 편광각 투과각
4: 시료부 40: 시료측정관
41: 특이물질 검출형광단백질 42a: 특이물질 검출하고자하는 성분
42b: 특이물질 검출되지않는 성분 43: 시료면
44: 형광반응 시료굴절률 5: 검출부
50: 검출기 51: 광학기
7, 72: 여기광 73: 에바네슨트파
8: 형광검출광 9: 투과광

Claims (12)

  1. 입사평면에 평행하게 선형 편광된 빛이 프리즘으로 입사하여 내부전반사로 에바네슨트파를 발생시키고, 편광각을 가지고 투과하도록 유도하여, 내부로 재반사됨으로써, 시료면(43)을 투과하는 성분이 없는 프리즘(30)에 있어서,
    상기 프리즘(30)은, 측단면 방향에서 보았을 때 시료면 하단 일측에 입사면(31a)과 하단 타측에 투과면(31b)을 형성하고, 상기 입사면(31a)과 상기 투과면(31b)이 만나는 지점을 상호 직각으로 형성한 것을 특징으로 하는 편광각 투과 유도를 위한 프리즘.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 프리즘(30)은 상기 입사면(31a)이 여기광(72)의 입사각에 대해 직각방향으로 형성한 것을 특징으로 하는 편광각 투과 유도를 위한 프리즘.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 프리즘(30)은 상기 입사면(31a)과 상기 투과면(31b)의 사잇각을 프리즘각2(32b)로 형성하고, 상기 프리즘각2(32b)는 90°인 것을 특징으로 하는 편광각 투과 유도를 위한 프리즘.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 프리즘(30)은 상기 시료면(43)과 상기 투과면(31b)의 사잇각을 프리즘각1(32a)로 형성하고, 상기 프리즘각1(32a)은 수학식
    Figure 112009013396296-PAT00014
    에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 편광각 투과 유도를 위한 프리즘.
    여기서, θB는 편광각이다.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 시료면(43)과 상기 입사면(31a)의 사잇각을 프리즘각3(32c)으로 형성하고, 상기 프리즘각3(32c)은 수학식
    Figure 112009013396296-PAT00015
    에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 편광각 투과 유도를 위한 프리즘.
    여기서, θB는 편광각이다.
  6. 제 3항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 편광각은 수학식
    Figure 112009013396296-PAT00016
    에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 편광각 투과 유도를 위한 프리즘.
    여기서, na는 궁기의 굴절률이고, np는 프리즘의 굴절률이다.
  7. 제 1항 내지 6항 중 어느 한 항에 의해 제작된 편광각 투과 유도를 위한 프리즘의 에바네슨트파를 이용한 형광검출장치(1)에 있어서,
    상기 형광검출장치(1)는, 광원을 제공하는 광원부(2);
    상기 광원부(2) 일측으로 형성되어 내부전반사를 통해 에바네슨트파를 발생하는 프리즘(30)을 갖는 프리즘부(3);
    상기 프리즘부(3) 일측에 형성되어 형광단백질 및 이를 도포한 시료를 제공하는 시료측정관(40)을 갖는 시료부(4); 및
    상기 시료부(4) 일측으로 형성되어 에바네슨트파에 의해 형광단백질과 시료의 반응에 따른 형광량을 검출하는 검출부(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광각 투과 유도 프리즘을 이용한 신호 대 잡음비 향상을 위한 형광검출장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 광원부(2)는,
    발산광(70)을 제공하는 광원(20);
    상기 광원(20) 일측으로 형성되어 시준광(71)을 제공하는 시준광학기(21); 및
    상기 시준광학기(21) 일측으로 형성되어 상기 여기광(72)을 제공하는 선형편광기(22);를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광각 투과 유도 프리즘을 이용한 신호 대 잡음비 향상을 위한 형광검출장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 시준광학기(21)는, 상기 시준광(71)이 상기 프리즘(30)의 입사면(31a) 에 수직방향으로 입사되게 형성한 것을 특징으로 하는 편광각 투과 유도 프리즘을 이용한 신호 대 잡음비 향상을 위한 형광검출장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 선형편광기(22)는, 상기 프리즘(30)과 상기 시준광학기(21) 사이에 형성되어 프리즘(30)의 입사면(31a)과 평행하도록 형성한 것을 특징으로 하는 편광각 투과 유도 프리즘을 이용한 신호 대 잡음비 향상을 위한 형광검출장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 프리즘부(3)는, 상기 시료측정관(43)의 하단의 상기 시료면(43)에 상기 프리즘(30)이 반복적으로 다수개 배열된 것을 특징으로 하는 편광각 투과 유도 프리즘을 이용한 신호 대 잡음비 향상을 위한 형광검출장치.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 검출부(5)는, 상기 시료부(4)의 상기 시료측정관(43)의 일측으로 형성되어 상기 시료측정관(43)에서 제공되는 형광검출광(8)이 통과하는 광학기(51); 및
    상기 광학기(51)에서 제공된 상기 형광검출광(8)을 산출하는 검출기(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광각 투과 유도 프리즘을 이용한 신호 대 잡음비 향상을 위한 형광검출장치.
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