KR20110068066A - Apparatus for detecting bio contents using optical coherence - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광간섭을 이용한 생화학 물질 검출 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 검출하고자 하는 생화학 물질이 포함되어 있는 시료로부터 생화학 물질을 검출하는 것이 가능한 광간섭을 이용한 생화학 물질 검출 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a biochemical detection device using optical interference. More specifically, the present invention relates to a biochemical detection device using optical interference capable of detecting a biochemical from a sample containing a biochemical to be detected.
일반적으로 바이오 센서는 생화학 물질의 검출을 목적으로 사용되는 장치로써, 기본 원리는 생화학 물질의 검출 여부를 광학적 신호 또는 전기적 신호 등과 같이 계측 가능한 신호로 변환하는 것이다.In general, a biosensor is a device used for the detection of biochemicals, and a basic principle is to convert biochemicals into measurable signals such as optical signals or electrical signals.
이와 같이, 바이오 센서에서 생화학 물질의 검출 여부를 계측 가능한 신호로 변환하는 방법은 광검출 방식, 질량 분석 방식, 및 전도도 변화 측정 방식 등이 있다.As such, methods for converting the detection of biochemicals from the biosensor into measurable signals include photodetection, mass spectrometry, and conductivity change measurement.
먼저, 광검출 방식은 특정 파장의 광을 조사받는 경우 형광 신호가 발생하는 형광 물질을 이용하여 생화학 물질을 검출하는 방식으로써 고감도와 저잡음 등의 장점을 가지므로 가장 널리 사용되는 방식이지만, 검출하고자 하는 생화학 물질이 포함된 시료와 시료와 반응하는 수용체 외에 특정 파장의 광을 조사받아 형광 신호 를 발생시키기 위한 형광 물질인 형광 표지자를 추가로 부착해야 하므로 추가 반응 과정이 요구되며 그만큼 검출 시간이 더 소요되는 문제점이 있다.First, the photodetection method is a method of detecting biochemicals using a fluorescent material that generates a fluorescent signal when irradiated with light of a specific wavelength, and has the advantages of high sensitivity and low noise, but is the most widely used method. In addition to a sample containing a biochemical and a receptor reacting with the sample, an additional fluorescent marker, which is a fluorescent substance for generating a fluorescent signal by being irradiated with light of a specific wavelength, needs to be additionally added, thus requiring an additional reaction process. There is a problem.
다음으로, 질량 분석 방식은 별도의 형광 표지자를 부착하지 않고 생화학 물질을 검출하는 것이 가능한 비표지 방식 중 하나로써 고유 진동수를 갖는 얇은 진동자에 검출하고자 하는 생화학 물질에 대한 수용체를 부착하고 검출하고자 하는 생화학 물질이 포함된 시료와 수용체를 반응시키게 되면 수용체에 부착되는 생화학 물질에 의해 수용체의 무게가 증가하게 되고 그에 따라 진동자의 공진 진동수가 낮아지는 점을 이용하여 공진 진동수의 변화 정도를 측정하여 시료에 포함된 생화학 물질을 검출하는 방식을 의미한다.Next, the mass spectrometry method is one of the non-label methods capable of detecting biochemicals without attaching a separate fluorescent marker, and attaches a receptor for a biochemical to be detected on a thin vibrator having a natural frequency and detects the biochemical. Reacting the sample containing the material with the receptor increases the weight of the receptor due to the biochemicals attached to the receptor and accordingly decreases the resonance frequency of the vibrator to measure the degree of change in the resonance frequency and includes it in the sample. Refers to the way of detecting biochemicals.
이때, 질량 분석 방식에 사용되는 진동자의 경우 석영 크리스탈의 공진 주파수를 이용하여 미세한 분자 흡착을 검출하는 것이 가능한 QCM(Quarts Crystal Microbalance), 마이크로 단위로 얇게 가공한 금속막으로써 외부 물질이 닿으면 고유 진동수가 변화하는 캔틸레버 센서, 및 전기-기계 또는 기계-전기 변환소자인 압전소자 등이 주로 사용된다.At this time, the vibrator used in the mass spectrometry method is a QCM (Quarts Crystal Microbalance) that can detect fine molecular adsorption using the resonant frequency of the quartz crystal, and is a thin metal film processed in micro units. The cantilever sensor in which is changed, and the piezoelectric element which is an electromechanical or mechanical-electrical conversion element, etc. are mainly used.
그러나, 질량 분석 방식의 경우에도 진동자의 공진이 이루어지는 공진 주파수가 통상적으로 수십 KHz 정도인 반면 검출하고자 하는 생화학 물질의 부착에 따른 진동자 공진 주파수의 변화량은 수백 Hz 정도로써 공진 주파수와 비교시에 변화량이 그리 크지 않으므로, 미세한 범위를 갖는 공진 주파수의 변화량을 이용하여 생화학 물질의 검출을 용이하게 하기 위해서는 그만큼 복잡한 구조의 검출 장치가 요구되며, 검출 과정에서 외부 자극으로 인한 잡음이 섞이기 쉽기 때문에 검출 오 차가 커지게 되는 문제점이 있다.However, in the case of mass spectrometry, the resonant frequency of resonance of the vibrator is typically about several tens of KHz, while the variation of the resonator frequency due to the attachment of biochemicals to be detected is about several hundred Hz, which is compared with the resonant frequency. In order to facilitate the detection of biochemicals by using the variation of the resonant frequency having a small range, the detection device having such a complicated structure is required. Since the noise due to external stimulus is easily mixed in the detection process, the detection error is increased. There is a problem that becomes large.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서 광원을 이용한 광검출 방식과 비표지 방식인 질량 분석 방식을 동시에 이용하여 시료에 포함된 생화학물질에 대한 검출과 정량 분석을 수행하는 것이 가능한 광간섭을 이용한 생화학 물질 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, the optical interference which can perform the detection and quantitative analysis of the biochemicals contained in the sample by using the light detection method using a light source and the mass spectrometry method of the non-labeling method at the same time An object of the present invention is to provide a biochemical detection apparatus using the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광간섭을 이용한 생화학물질 검출 장치는 검출하고자 하는 생화학 물질이 포함된 시료와의 반응이 차단된 기준 수용체가 결합되며 공진하는 제1 진동소자, 상기 제1 진동소자와 이격되어 위치하며 상기 시료와 반응이 가능한 검출 수용체가 결합되고 상기 제1 진동소자와 동일한 공진주파수에 따라 공진하는 제2 진동소자, 상기 제1 진동소자와 상기 제2 진동소자 측으로 광을 조사하는 광원, 상기 광원으로부터 조사되는 광에 의해 상기 제1 진동소자의 표면으로부터 반사되는 제1 반사광과 상기 제2 진동소자의 표면으로부터 반사되는 제2 반사광을 조사받아 상기 제1 반사광과 상기 제2 반사광의 간섭 현상에 따라 발생하는 광간섭 무늬를 촬상하는 광촬상부, 및 상기 광간섭 무늬의 촬상 유무로부터 상기 생화학 물질의 검출 여부를 확인하는 검출 확인부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Biochemical detection apparatus using optical interference according to the present invention for achieving the above object is the first vibration element coupled to the reference receptor blocked the reaction with the sample containing the biochemical to be detected, the first vibration A second vibration device, which is spaced apart from the device and coupled with a detection receptor capable of reacting with the sample and resonates according to the same resonance frequency as that of the first vibration device, irradiates light toward the first vibration device and the second vibration device. The first reflected light reflected from the surface of the first vibrating element and the second reflected light reflected from the surface of the second vibrating element by the light source, the light emitted from the light source, the first reflected light and the second reflected light An optical imaging unit for photographing the optical interference fringe generated in accordance with the interference phenomenon of the optical signal and the presence or absence of imaging of the optical interference fringe Detection check to determine whether the detection of a substance characterized in that it comprises a.
또한, 상기 제1 진동소자와 상기 제2 진동소자를 공진시키는 구동부와 상기 검출 확인부로부터 상기 간섭 무늬의 검출이 확인되지 않으면 상기 제2 진동소자 측으로 상기 제2 진동소자의 공진 주파수를 조절하기 위한 피드백 전압을 공급하는 피드백 전압 공급부를 더 포함할 수 있다.Also, when the detection of the interference fringe is not confirmed from the driver and the detection confirming unit for resonating the first vibrating element and the second vibrating element, the resonant frequency of the second vibrating element may be adjusted toward the second vibrating element. The apparatus may further include a feedback voltage supply unit supplying a feedback voltage.
또한, 상기 피드백 전압 공급부로부터 상기 제2 진동소자 측으로 공급되는 피드백 전압의 크기 정보를 입력받은 후 상기 크기 정보를 이용하여 상기 생화학 물질에 대한 정량 분석을 수행하는 정량 분석부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a quantitative analyzer configured to perform quantitative analysis on the biochemical material using the magnitude information after receiving the magnitude information of the feedback voltage supplied from the feedback voltage supply unit to the second vibration device.
또한, 상기 광촬상부는 CCD(Charge-Coupled Device)일 수 있다.The optical imaging unit may be a charge-coupled device (CCD).
또한, 상기 제1 진동 소자와 상기 제2 진동 소자는 QCM(Quartz Crystal Microbalance), 캔틸레버 센서, 또는 압전 센서일 수 있다.In addition, the first vibration element and the second vibration element may be a QCM (Quartz Crystal Microbalance), a cantilever sensor, or a piezoelectric sensor.
또한, 상기 제1 진동 소자와 상기 제2 진동 소자는 10um 내지 100um의 두께를 가질 수 있다.In addition, the first vibration element and the second vibration element may have a thickness of 10um to 100um.
또한, 상기 제1 진동소자와 상기 제2 진동소자는 동일한 소자일 수 있다.In addition, the first vibration device and the second vibration device may be the same device.
본 발명에 의하면 광검출 방식과 질량 분석 방식을 동시에 이용하여 형광 발생을 위한 별도의 형광 표지자 추가 부착이나 진동 소자에서 발생하는 미세한 공진 주파수 변화를 검출하기 위한 복잡한 구성의 검출 회로가 요구되지 않으므로 검출 속도가 향상되며 구성이 간단해지는 효과를 갖는다.According to the present invention, a detection circuit having a complicated configuration for detecting a small change in resonant frequency generated by an additional attachment of a fluorescent label for fluorescence generation or a vibration element by using a photodetection method and a mass spectrometry method simultaneously is not required. Is improved and the configuration is simplified.
또한, 생화학 물질 검출에 따른 미세한 질량 변화를 공진 주파수 변화에 따른 광간섭 무늬의 생성 유무로부터 감지할 수 있으므로 생화학 물질의 검출 정확도를 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.In addition, since the minute mass change due to the detection of the biochemical can be detected from the presence or absence of the generation of the optical interference pattern due to the change in the resonance frequency, it has the effect of improving the detection accuracy of the biochemical.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, preferred embodiments of the present invention will be described below, but the technical idea of the present invention may be implemented by those skilled in the art without being limited or limited thereto.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광검출장치의 블록도 이다.1 is a block diagram of a light detecting apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1은 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생화학 물질 검출 장치(10)는 제1 진동소자(20), 제2 진동소자(30), 광원(40), 광촬상부(50), 검출 확인부(60), 구동부(70), 피드백 전압 공급부(80), 및 정량 분석부(90)를 포함한다.1 shows a biochemical detection apparatus 10 according to a preferred embodiment of the present invention, the
제1 진동소자(20)는 상부에 검출하고자 하는 생화학 물질이 포함된 시료와의 반응이 차단된 기준 수용체가 결합되며 공진한다.The
이때, 검출하고자 하는 생화학 물질은 단백질, 병원균, 또는 바이러스일 수 있으며, 기준 수용체는 검출하고자 하는 단백질, 병원균, 또는 바이러스 등의 생화학 물질이 포함된 시료와의 반응을 차단하기 위하여 작용기가 차단된 항체 또는 압타머(Aptamer)일 수 있다.In this case, the biochemical to be detected may be a protein, a pathogen, or a virus, and the reference receptor is an antibody whose functional group is blocked to block a reaction with a sample containing a biochemical such as a protein, a pathogen, or a virus to be detected. Or an aptamer.
제2 진동소자(30)는 제1 진동소자(20)와 이격되어 위치하고 상기 검출하고자 하는 생화학 물질이 포함된 시료와 반응 가능한 검출 수용체가 결합되며 제1 진동소자(20)와 동일한 공진 주파수에 따라 공진한다.The second vibrating
따라서, 제1 진동소자(20)와 제2 진동소자(30)는 동일한 공진 진동수로 진동할 수 있다.Therefore, the first vibrating
이때, 제1 진동소자(20)와 제2 진동소자(30)는 석영 크리스탈의 공진 주파수를 이용하여 미세한 분자 흡착을 검출하는 것이 가능한 QCM(Quarts Crystal Microbalance), 마이크로 단위로 얇게 가공한 금속막으로써 외부 물질이 닿으면 고유 진동수가 변화하는 캔틸레버 센서, 또는 압전 효과를 이용하여 기계 진동을 전기 진동으로 변환하거나 전기 진동을 기계 진동으로 변환할 수 있는 압전 세라믹 등의 압전소자일 수 있다.At this time, the first vibrating
또한, 제1 진동소자(20)와 제2 진동소자(30)는 10μm 내지 100μm의 두께를 갖는 박막형 진동소자일 수 있다.In addition, the first
여기에서, 제1 진동소자(20)와 제2 진동소자(30)의 두께로 제시되는 10μm 내지 100μm의 범위는 검출하고자 하는 생화학 물질이 포함된 시료와 검출 수용체와의 반응 시 생화학 물질의 검출 여부를 감지할 수 있는 최소한의 범위로써 제시되는 것이다.Here, the range of 10μm to 100μm presented as the thickness of the first
또한, 제1 진동소자(20)와 제2 진동소자(30)는 동일한 공진 주파수에 따라 동일한 공진 진동수로 진동할 수 있도록 동일한 소자를 사용할 수 있다.In addition, the
광원(40)은 제1 진동소자(20)와 제2 진동소자(30) 측으로 광(L1)을 조사한다.The light source 40 irradiates the light L1 to the first vibrating
이때, 광원(40)은 파장이 같은 가지런한 정현파로 구성되는 가간섭성 광원인 레이저 또는 레이저 다이오드일 수 있다.In this case, the light source 40 may be a laser or a laser diode which is an incoherent light source composed of neat sine waves having the same wavelength.
광촬상부(50)는 광원(40)으로부터 조사되는 광에 의해 제1 진동소자(20)의 표면으로부터 반사되는 제1 반사광(L2)과 제2 진동소자(30)의 표면으로부터 반사되는 제2 반사광(L3)을 조사받아 제1 반사광(L2)과 제2 반사광(L3)간의 간섭 현상에 따라 발생하는 광간섭 무늬를 촬상한다.The
이때, 광촬상부(50)는 CCD(Charge-Coupled Device)일 수 있다.In this case, the
검출 확인부(60)는 광촬상부(50)에서의 광간섭 무늬 촬상 유무를 확인하여 광간섭 무늬 촬상 유무에 따라 생화학 물질의 검출 유무를 확인한다.The
이때, 광간섭 무늬의 촬상 유무에 따라 생화학 물질의 검출 유무를 확인하는 것은 광간섭 무늬의 경우 제1 진동소자(20)와 제2 진동소자(30)의 표면으로부터 반사되는 제1 반사광(L2)과 제2 반사광(L3)의 광파면의 특성이 동일한 상태에서만 발생하는 원리를 이용하는 것으로써, 검출 확인부(60)가 광촬상부(50)에서의 광간섭 무늬 촬상 유무로부터 생화학 물질의 검출 유무를 확인하는 상세한 과정은 이하 도 2 내지 도 4에서 설명하도록 한다.In this case, the detection of the biochemical material according to the imaging of the optical interference pattern is performed by the first reflected light L2 reflected from the surfaces of the
구동부(70)는 제1 진동소자(20)와 제2 진동소자(30)를 공진시킨다. The driving unit 70 resonates the first
이때, 구동부(70)는 제1 진동소자(20)와 제2 진동소자(30)를 공진시키기 위한 공진 회로이며, 공진 회로의 구성은 기존에 공지된 사항이므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.At this time, the driving unit 70 is a resonant circuit for resonating the first vibrating
피드백 전압 공급부(80)는 검출 확인부(60)로부터 광촬상부(50)에서의 광간 섭 무늬 검출이 확인되지 않으면 동작하여 제2 진동소자(30) 측으로 제2 진동소자(30)의 공진 주파수 보상을 위한 피드백 전압을 추가 공급한다.The feedback
이때, 피드백 전압 공급부(80)가 검출 확인부(60)로부터 광촬상부(50)에서의 간섭 무늬 검출이 확인되지 않으면 제2 진동소자(30) 측으로 제2 진동소자(30)의 공진 주파수 보상을 위한 피드백 전압을 추가 공급하는 상세한 과정은 이하 도 2 내지 도 4에서 설명하도록 한다.At this time, when the feedback
정량 분석부(90)는 피드백 전압 공급부(80)로부터 제2 진동소자(30) 측으로 공급되는 피드백 전압의 크기 정보를 입력받은 후 상기 크기 정보를 이용하여 검출하고자 하는 생화학 물질에 대한 정량 분석을 수행한다.The
이때, 정량 분석부(90)가 검출하고자 하는 생화학 물질에 대한 정량 분석을 수행하는 상세한 과정은 이하 도 2 내지 도 4에서 설명하도록 한다.In this case, the detailed process of performing the quantitative analysis on the biochemicals to be detected by the
도 2 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생화학 물질 검출 장치의 동작 과정에 대한 참고도이다.2 to 4 is a reference diagram for the operation of the biochemical detection apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
이때, 도 2 내지 도 4에서 생화학 물질 검출 장치(10)의 동작 과정을 설명하기 위하여 생화학 물질 검출 장치(10)의 일부 구성 요소들은 생략하여 도시하였다.In this case, in order to explain the operation of the biochemical detection apparatus 10 in FIGS. 2 to 4, some components of the biochemical detection apparatus 10 are omitted.
도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생화학 물질 검출 장치의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 2 to 4 will be described the operation of the biochemical detection apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이 제1 진동소자(20)의 상부에 결합되는 기준 수용체(a1)와 제2 진동소자(30)의 상부에 결합되는 검출 수용체(a2)에 시료가 투입되지 않은 상태에서 광원(40)으로부터 제1 진동소자(20)와 제2 진동소자(30) 측으로 광(L1)이 조사되면 광원(40)으로부터 제1 진동소자(20)와 제2 진동소자(30) 측으로 조사되는 광(L1)에 의해 제1 진동소자(20)의 표면으로부터 반사되는 제1 반사광(L2)과 제2 진동소자(30)의 표면으로부터 반사되는 제2 반사광(L3)이 광촬상부(50) 측으로 조사될 수 있다.As shown in FIG. 2, in a state in which the sample is not added to the reference receptor a1 coupled to the upper portion of the first vibrating
이때, 제1 진동소자(20)와 제2 진동소자(30)는 동일한 공진 주파수에 따라 공진하므로 제1 진동소자(20)와 제2 진동소자(30)의 공진 진동수는 동일하며, 그에 따라 광촬상부(50) 측으로 조사된 제1 반사광(L2)과 제2 반사광(L3)의 경우 광파면의특성이 동일하게 되므로 광찰상부(50)에서 간섭현상을 일으키게 되어 간섭현상에 따라 발생하는 광간섭무늬가 광촬상부(50)에 촬상될 수 있다.At this time, since the first vibrating
따라서, 광촬상부(50)에서 광간섭무늬가 촬상되는 경우 생화학 물질에 대한 검출이 이루어지지 않았다는 것을 확인할 수 있다.Therefore, when the optical interference pattern is picked up by the
도 3에 도시된 바와 같이 제2 진동소자(30)의 상부에 결합되는 검출 수용체(a2)에 시료(S)가 투입되어 검출 수용체(a2)와 시료(S)에 포함되어 있는 생화학 물질이 반응하게 되면 검출 수용체(a2)에 생화학 물질이 부착되어 검출 수용체(a2)의 질량이 증가하게 된다.As shown in FIG. 3, the sample S is injected into the detection receptor a2 coupled to the upper portion of the second vibrating
이때, 기준 수용체(a1)의 상부에 차단부(b)를 형성하여 검출 수용체(a2)에 시료(S)가 투입되는 과정에서 시료(S)의 일부가 기준 수용체(a1)와 반응하는 것을 방지할 수 있다.In this case, the blocking part b is formed on the reference receptor a1 to prevent a part of the sample S from reacting with the reference receptor a1 while the sample S is introduced into the detection receptor a2. can do.
이와 같이, 검출하고자 하는 생화학 물질이 검출 수용체(a2)에 부착되어 검출 수용체(a2)의 질량이 증가하게 되면, 상부에 검출 수용체(a2)가 결합되어 있는 제2 진동소자(30)의 질량 또한 증가하므로 결국 제2 진동소자(30)의 공진을 위한 공진 주파수가 낮아지게 된다.As such, when the biochemical to be detected is attached to the detection receptor a2 and the mass of the detection receptor a2 is increased, the mass of the second vibrating
따라서, 검출 수용체(a2)와 검출하고자 하는 생화학 물질이 반응하게 되는 경우 제1 진동소자(20)와 제2 진동소자(30)는 서로 다른 공진 주파수에 따라 공진이 이루어지므로 공진 진동수의 차이가 발생하게 된다.Therefore, when the detection receptor a2 and the biochemical to be detected react, the
이때, 광원(40)으로부터 제1 진동소자(20)와 제2 진동소자(30) 측으로 광(L1)이 조사되는 경우 광원(40)으로부터 제1 진동소자(20)와 제2 진동소자(30) 측으로 조사되는 광(L1)에 의해 제1 진동소자(20)의 표면으로부터 반사되어 광촬상부(50) 측으로 조사되는 제1 반사광(L2)과 제2 진동소자(30)의 표면으로부터 반사되어 광촬상부(50) 측으로 조사되는 제2 반사광(L3)의 광파면 특성이 동일하지 않게 되므로 광촬상부(5)에서 제1 반사광(L2)가 제2 반사광(L3) 간의 간섭 현상이 발생하지 않으며, 그에 따라 광촬상부(50)에서 광간섭 무늬가 촬상되지 않는다.At this time, when the light L1 is irradiated from the light source 40 toward the first vibrating
따라서, 광촬상부(50)에서 광간섭 무늬가 촬상되지 않는 경우 제2 진동소자(30)에 결합된 검출 수용체(a2)에서 시료(S)에 포함된 생화학 물질이 검출된 것으로 판단할 수 있다.Therefore, when the optical interference pattern is not captured by the
도 4에 도시된 바와 같이 광촬상부(50)에서 광간섭 무늬가 촬상되지 않는 경우 검출 확인부(60)는 제2 진동소자(30)의 상부에 결합된 검출 수용체(a2)와 검출하고자 하는 생화학 물질이 포함된 시료(S)가 반응하여 생화학 물질이 검출된 것으로 판단하며, 그에 따라 피드백 전압 공급부(80)가 동작하여 피드백 전압 공급부(80)로부터 제2 진동소자(30) 측으로 제2 진동소자(30)의 공진 주파수 보상을 위 한 피드백 전압이 추가 공급된다.As shown in FIG. 4, when the optical interference pattern is not captured by the
이와 같이, 피드백 전압 공급부(80)로부터 제2 진동소자(30) 측으로 피드백 전압이 공급되는 이유는 일반적인 진동소자의 경우 공진 상태에서 전압을 조절하는 방식으로 진동소자의 공진 주파수를 조절하는 것이 가능하므로 피드백 전압 공급부(80)로부터 제2 진동소자(30)측으로 피드백 전압을 추가 공급하여 제2 진동소자(30)의 공진 주파수를 보상하는 방식으로 제1 진동소자(20)와 제2 진동소자(30)의 공진 주파수를 동일하게 조절하기 위함이다.As such, the reason why the feedback voltage is supplied from the feedback
피드백 전압 공급부(80)로부터 제2 진동소자(30) 측으로 피드백 전압을 추가 공급하여 제1 진동소자(20)와 제2 진동소자(30)의 공진 주파수를 동일하게 조절하면 광원(40)으로부터 조사되는 광(L1)에 의해 제1 진동소자(20)의 표면으로부터 반사되는 제1 반사광(L2)과 제2 진동소자(30)의 표면으로부터 반사되는 제2 반사광(L3)의 광특성이 동일해지므로 제1 반사광(L2)과 제2 반사광(L3) 간의 간섭 현상이 다시 발생하며 그에 따른 광간섭 무늬를 광촬상부(50)에서 다시 촬상하는 것이 가능해진다.When the feedback voltage is additionally supplied from the feedback
그리고, 정량 분석부(90)는 피드백 전압 공급부(80)로부터 제2 진동소자(30) 측으로 추가 공급되는 피드백 전압의 크기를 이용하여 검출된 생화학 물질에 대한 정량 분석을 수행할 수 있다.In addition, the
여기에서, 정량 분석부(90)가 피드백 전압 공급부(80)로부터 제2 진동소자(30) 측으로 추가 공급되는 피드백 전압의 크기를 이용하여 검출된 생화학 물질에 대한 정량 분석을 수행 가능한 이유는 피드백 전압 공급부(80)로부터 제2 진동 소자(30) 측으로 추가 공급되는 피드백 전압의 크기는 제1 진동소자(20)의 공진 주파수의 크기와 동일하게 보정된 제2 진동소자(30)의 공진 주파수 크기에 비례하므로 결국 검출 수용체(a2)에 부착된 검출된 생화학 물질의 질량에 비례하기 때문이다.Here, the reason why the
따라서, 피드백 전압 공급부(80)로부터 제2 진동소자(30)측으로 공급된 전압의 크기를 이용하여 정량 분석부(90)에서 시료(S)에 포함된 생화학물질의 반응량에 대한 정량 측정이 가능해진다.Therefore, the
본 발명의 생화학 물질 검출장치(10)는 광원(30)으로부터 조사되는 광(L1)에 따라 제1 진동소자(20)의 표면으로부터 반사되는 제1 반사광(L2)과 제2 진동소자(30)의 표면으로부터 반사되는 제2 반사광(L3) 간의 간섭 현상에 따라 광촬상부(50)에서 촬상 가능한 광간섭 무늬의 촬상 유무에 따라 검출하고자 하는 생화학 물질의 검출 여부를 확인한다.The biochemical detection apparatus 10 of the present invention includes the first reflected light L2 and the second vibrating
또한, 생화학 물질의 검출 여부가 확인되면 피드백 전원 공급부(80)로부터 제2 진동소자(30) 측으로 피드백 전원을 공급하여 제1 진동소자(20)의 공진 주파수와 동일한 공진 주파수를 갖도록 제2 진동소자(30)의 공진 주파수를 보정하며, 피드백 전원 공급부(80)로부터 공급되는 피드백 전압의 크기를 이용하여 정량 분석부(90)에서 검출된 생화학 물질의 반응량에 대한 정량 분석이 가능해진다.In addition, when it is confirmed whether the biochemical is detected, the second vibration device is supplied with feedback power from the feedback
따라서, 본 발명에 따르면 광검출 방식과 질량 분석 방식을 동시에 이용하여 형광 발생을 위한 별도의 형광 표지자 추가 부착이나 진동 소자에서 발생하는 미세한 공진 주파수 변화를 검출하기 위한 복잡한 구성의 검출 회로가 요구되지 않으므 로 검출 속도가 향상되며 생화학 물질 검출 장치의 구성이 간단해질 수 있다.Therefore, according to the present invention, a separate circuit for attaching a separate fluorescent marker for fluorescence generation or a complex circuit for detecting minute resonance frequency changes occurring in a vibrating element are not required by using a photodetection method and a mass spectrometry method simultaneously. The detection speed can be improved and the configuration of the biochemical detection device can be simplified.
또한, 검출 수용체에서 검출되는 생화학 물질에 의한 제2 진동소자(30)의 미세한 질량 변화를 제2 진동소자(30)의 공진 주파수 변화에 따른 광촬상부(50)의 광간섭 무늬 촬상 유무로부터 쉽게 감지할 수 있으므로 종래에 비해 생화학 물질의 검출 정확도를 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.In addition, the minute mass change of the second vibrating
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes, and substitutions may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. It will be possible. Therefore, the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
본 발명에 의하면 광검출 방식과 질량 분석 방식을 동시에 이용하여 기존 바이오 센서보다 간단한 구조로 소형화가 가능하고 고감도 검출이 가능한 생화학 물질 검출 장치를 제공하는 것이 가능하므로 기존에 사용되던 바이오 센서를 대체하여 활용할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a biochemical detection device that can be miniaturized and has a high sensitivity by using a light detection method and a mass spectrometry at the same time as a simpler structure than the existing biosensors, and thus can be used to replace the biosensors previously used. Can be.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생화학 물질 검출 장치의 블록도, 및 1 is a block diagram of a biochemical detection apparatus according to a preferred embodiment of the present invention, and
도 2 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생화학 물질 검출 장치의 동작 과정에 대한 참고도이다.2 to 4 is a reference diagram for the operation of the biochemical detection apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부위에 대한 간단한 설명><Brief description of the main parts of the drawings>
(10) : 생화학 물질 검출 장치 (20) : 제1 진동소자(10): biochemical detection device (20): first vibrating element
(30) : 제2 진동소자 (40) : 광원30: second vibration element 40: light source
(50) : 광촬상부 (60) : 검출 확인부50: optical imaging unit 60: detection confirmation unit
(70) : 구동부 (80) : 피드백 전압 공급부70: drive unit 80: feedback voltage supply unit
(90) : 정량 분석부(90): quantitative analysis unit
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