KR20120083703A - 미량 바이오 시료 분석용 분광 분석기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 분광 분석기는 분석기 본체; 상기 본체 내에 장착되는 광원;
상기 광원에서 생성된 광의 진행 경로를 제어하는 광 이송부; 상기 렌즈의 상측에 놓이는 시료 위에 배치되는 전반사 윈도우; 상기 전반사 윈도우에서 반사된 후 상기 렌즈를 통과하여 출광된 광을 검출하는 검출부를 구비한다.

Description

미량 바이오 시료 분석용 분광 분석기{Spectroscopic analyzer for micro bio sample}

본 발명은 분광 분석기에 대한 것으로서 보다 상세하게는 미량의 바이오 시료를 분석하기 위한 멀티 채널 분광 분석기에 대한 것이다.

최근 핵산 및 단백질 시료를 비롯한 바이오 시료의 경우 정성, 정량을 위해서는 미량 측정 및 변성을 막기 위한 빠른 측정 시간은 매우 중요한 사항이다.

그런데, 일반적인 장비의 경우 미량의 바이오 시료를 측정하기 위해서 사용하는 마이크로 셀은 매우 고가이며 주입 및 세척 단계가 필요하여 샘플링이 번거로우며, 셀 내부에서 기포가 발생할 가능성이 있고 세척 후에는 셀을 건조시켜야 하는 문제점이 있다.

또다른 일반적인 기술에 따르면, 바이오 시료를 압축한 후 이완시켜 물의 표면 장력을 이용하여 시료를 상하 파이버에 밀착시킨 후 광을 조사하여 그 광학적 특징을 측정하여 시료를 분석하게 된다. 일반적으로 람베르의 법칙(Lambert's Law)에 의하면, 같은 농도의 시료의 경우 흡광도(absorbance)는 광 경로에 비례한다. 그런데, 표면 장력을 이용하는 방식의 경우 확보할 수 있는 광경로가 제한되고 이에 따라 광경로가 짧아서 흡광도가 낮아 결국 측정 감도가 낮아지는 문제점이 있습니다.

본 발명의 목적은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하여 수 마이크로 리터 수준의 미량 바이오 시료를 별도의 전처리 없이 분석이 가능한 분광 분석기를 제공하는 것입니다.

본 발명의 다른 목적은 광경로를 길게하여 측정 감도를 향상시킨 분광 분석기를 제공하는 것입니다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석기는 분석기 본체; 상기 본체 내에 장착되는 광원;

상기 광원에서 생성된 광의 진행 경로를 제어하는 광 이송부; 상기 렌즈의 상측에 놓이는 시료 위에 배치되는 전반사 윈도우; 상기 전반사 윈도우에서 반사된 후 상기 렌즈를 통과하여 출광된 광을 검출하는 검출부를 구비한다.

여기서, 상기 광 이송부는 2개의 사각뿔대가 바닥면을 서로 마주하여 결합된 외형을 구비하여, 나란하며 평평한 상면과 하면을 구비하고, 경사진 측면에 형성된 입광면과 상기 입광면을 마주보게 배치된 경사진 측면에 형성된 출광면을 구비한다.

또한, 상기 광원은 상기 입광면을 향하여 광을 조사하도록 배향된다.

본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석기는 상기 광 이송부에서 출광된 광을 검출부로 유도하는 광 파이버 세트를 추가로 구비한다.

여기서, 상기 광 파이버 세트는 제1 광 파이버 및 제2 광 파이버를 구비하여, 제1 광 파이버는 상기 광 이송부의 하면에 대응하며, 상기 제2 광 파이버는 상기 광 이송부의 출광면에 대응하여 배치된다.

상기 광 이송부는 자외선, 가시광선, 근적외선을 투과시킬 수 있는 광학 재료로 제작된다.

본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석기는 상기 광원과 상기 광 이송부 사이에 시준기(collimator)를 추가로 구비한다.

본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석기는 상기 시준기와 상기 광 이송부 사이에 여기 필터를 추가로 구비한다.

본 발명의 실시예에 따른 분광 분석기에 의하면,

첫째, 적은 량의 시료라도 광 경로를 길게하여 측정할 수 있으므로 측정 감도 및 정확도를 향상시킬 수 있으며,

둘째, 적은 량의 시료의 흡광/형광 분석을 1대의 장비로써 가능하게 되며,

셋째, 별도의 시료 용기 없이 분광 스펙트럼을 획득할 수 있으며,

넷째, 셀의 세척, 건조 시간을 단축시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석기의 커버의 작동 상태를 도시하며 내부의 전체 구성을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 광 이송부에서의 광의 진행 경로를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2의 III-III 선을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 도 2의 IV-IV 선을 따라 취한 단면도이다.
도 5는 광 이송부와 시료, 전반사 윈도우에서의 광의 진행 경로를 도시하는 개략도이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 상세히 설명된다.

본 발명에 있어서 핵산과 단백질 시료 등의 바이오 시료를 측정하는데에는 분광 광도법이 사용되었다. 분광 광도법은 빛의 세기를 측정하는 방법 중 하나인데, 빛의 스펙트럼을 이용하여 각 파장에 대한 빛 에너지의 분포를 조사하기 위해 빛을 분광기를 이용하여 단색광으로 나누고 그 세기를 측정하여 시료의 다양한 물리 화학적 실험값을 얻어낼 수 있다. 여기서, 분광기는 물질이 방출 또는 흡수하는 빛의 스펙트럼을 계측하게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석기의 커버의 작동 상태를 도시하며 내부의 전체 구성을 개략적으로 보여주는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석기(100)는 분석기 본체(102)와 상기 분석기 본체(102) 내에 장착되는 광원(106), 상기 광원(106)에서 생성된 광의 진행 경로를 제어하는 광 이송부(112), 상기 렌즈의 상측에 놓이는 시료 위에 배치되는 전반사 윈도우(104a), 상기 전반사 윈도우에서 반사된 후 상기 렌즈를 통과하여 출광된 광을 검출하는 검출부(120)를 구비한다.

한편, 상기 광원(106)과 상기 광 이송부(112) 사이에는 평행광선을 형성시키기 위하여 시준기(collimator)가 설치된다.

또한, 시준기(108)와 광 이송부(112) 사이에는 형광을 측정하기 위한 목적으로 여기 필터(110)가 설치된다. 상기 여기 필터(110)는 다수의 필터가 장착되어 로터리식으로 회전하는 여기 필터 조립체를 형성할 수도 있다.

도 2는 도 1의 광 이송부에서의 광의 진행 경로를 도시하는 사시도이다.

상기 광 이송부(112)는 전체적으로 2개의 사각뿔대가 바닥면을 서로 마주하여 결합된 기하학적 외형을 구비하되, 전체 구조에서 상면과 하면은 나란하게 평평한 구조이다. 즉, 광 이송부(112)의 상측은 4개의 경사진 측면을 가지며 광 이송부(112)의 하측에도 역경사진 4개의 측면이 형성된다.

도면에는 광 이송부(112)의 상측과 하측에 각각 4개의 경사진 면이 형성된 것으로 도시되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 기본적으로 광 이송부(112)의 하측에서 마주보는 위치에 경사진 2개의 면이 형성된 후에 광 이송부(112)의 하측의 나머지 2개의 면은 경사지게 형성될 수도 있고 경사지지 않고 수직하게 형성될 수도 있다.

마찬가지로 광 이송부(112)의 상측에도 4개의 경사진 면이 반드시 형성되어야 하는 것은 아니며, 2개의 마주하는 면만 경사지게 형성되고 나머지 2개의 면은 수직하게 형성될 수도 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 광 이송부(112)의 하측 경사진 측면에 형성된 입광면으로 광원(106)에서 생성된 광이 입사하게 된다 (도 2에서 우측 굵은 화살표로 표시됨). 그리고, 광 이송부(112)의 하측에서 상기 입광면을 마주보게 배치되어 경사진 측면에 출광면이 형성된다 (도 2에서 좌측 굵은 화살표로 표시됨).

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 광원(106)은 상기 입광면을 향하여 광을 조사하도록 배향된다. 상기 광원(106)은 광원 제어 장치(미도시)에 의해 온/오프 제어된다. 또한, 상기 광원(106)의 광의 성질도 광원 제어 장치에 의해 제어될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석기는 상기 광 이송부(112)에서 출광된 광을 검출부(120)로 유도하는 광 파이버 세트(118, 119)를 구비한다.

상기 광 파이버 세트(118, 119)는 제1 광 파이버(118) 및 제2 광 파이버(119)를 구비하여, 제1 광 파이버(118)의 일측 단부는 상기 광 이송부(112)의 하면에 대응하여 배치되고 상기 제1 광 파이버(118)의 타측 단부는 상기 검출부(120)에 연결된다.

상기 제2 광 파이버(119)의 일측 단부는 상기 광 이송부(112)의 출광면에 대응하여 배치되고 상기 제2 광 파이버(119)의 타측 단부는 상기 검출부(120)에 연결된다.

상기 제1 광 파이버(118)의 일측 단부와 상기 광 이송부(112)의 출광면 사이에는 시준기(114)가 배치된다. 한편, 상기 제2 광 파이버(119)의 일측 단부와 상기 광 이송부(112)의 하면 사이에도 시준기(116)가 배치된다.

도 1을 참조하면 분석기 본체(102)의 일부분, 예를 들어 분석기 본체(102)의 상측에 커버(104)가 회전가능하게 배치된다. 상기 커버(104)가 분석기 본체(102)를 폐쇄하게 될 경우 커버(104)의 내측에 장착된 잡빛 제거 트랩(104b)에는 상기 전반사 윈도우(104a)가 설치된다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전반사 윈도우(104a)는 상기 광 이송부(112)의 상면에 정렬되어 배치된다.

한편, 상기 광 이송부(112)는 자외선, 가시광선, 근 적외선 등의 파장을 통과시키는 재료를 사용하여 형성된다.

도 3은 도 2의 III-III 선을 따라 취한 단면도이고, 도 4는 도 2의 IV-IV 선을 따라 취한 단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 분석하고자 하는 시료(S)는 상기 광 이송부(112)의 상면과 전반사 윈도우(104a) 사이에 배치된다. 상기 광 이송부(112)의 입광면으로 소정의 각으로 경사지게 입사한 광은 광 이송부(112)의 상면과 시료(S)의 경계면을 지나고 이어서 시료(S)를 통과하여 전반사 윈도우(104a)에 입사한다.

도 5는 광 이송부와 시료, 전반사 윈도우에서의 광의 진행 경로를 도시하는 개략도이다.

광원에서 생성된 빛이 광 이송부(112), 시료(S), 전반사 윈도우(104a)을 통과하여 진행하는 과정에서 스넬의 법칙에 의해 광 이송부(112), 시료(S), 및 전반사 윈도우(104a)의 굴절률의 차이에 의해 광의 진행 경로는 꺾여지게 되고, 광 입사각이 내부 전반사가 일어나는 각도 이상일 경우 전반사 윈도우(104a)에서 전반사가 일어나게 되어 입사각과 동일한 각도로 대각을 이루어 광이 반사후 출사하게 된다. 광이 출사하는 과정에서도 매질의 굴절률의 차이에 의해 광의 진행 경로는 꺾여지게 된다.

광 이송부(112)의 입광면으로 유입되고 전반사후 출사면을 통하여 출사되는 광은 도 1에 도시된 바와 같이 제 2 광 파이버(119)에 의해 검출부(120)로 유도된다.

광이 광 이송부(112), 시료(S), 전반사 윈도우(104a)를 통과하면서 전반사되는 과정에서 시료(S)를 통과하는 광의 진행 경로는 시료(S) 자체의 두께보다는 길어지게 된다.

이 경우, 람베르의 법칙(Lambert's Law)에 의하면, 같은 농도의 시료의 경우 흡광도(absorbance)는 광 경로에 비례하게 되므로 광 경로가 길어진 만큼 흡광도가 상승하게 되고 결국 분광 분석기의 감도가 상승하게 된다.

이와는 별도로, 광 이송부(112)의 상면에서 수직하게 하측으로 진행하는 광은 도 1에 도시된 바와 같이 광 이송부(112)의 하면을 통하여 출광하게 되고, 상기 광 이송부(112)의 하면을 통하여 출광된 광은 시준기(116)를 거쳐서 제 1 광 파이버(118)에 의해 검출기(120)로 유도된다.

본 발명은 전술한 바와 같은 구조의 일실시예의 분광 분석기에 따르면, 미량의 시료의 흡수 스펙트럼 및 형광 스펙트럼을 동시에 측정할 수 있게 된다.

전술한 사항은 본 발명의 실시예를 예시적으로 설명하는 것이며, 한정적으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 사상을 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형례가 가능하다.

100: 분광 분석기 102: 분석기 본체
104: 커버 104a: 전반사 윈도우
106: 광원 S: 시료
108: 시준기 110: 여기 필터
112: 광 이송부 114: 시준기
116: 시준기 118: 제 1 광 파이버
119: 제 2 광 파이버 120: 검출부

Claims (8)

1. 분석기 본체;
   상기 본체 내에 장착되는 광원;
   상기 광원에서 생성된 광의 진행 경로를 제어하는 광 이송부;
   상기 렌즈의 상측에 놓이는 시료 위에 배치되는 전반사 윈도우;
   상기 전반사 윈도우에서 반사된 후 상기 렌즈를 통과하여 출광된 광을 검출하는 검출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 분광 분석기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 광 이송부는 2개의 사각뿔대가 바닥면을 서로 마주하여 결합된 외형을 구비하여, 나란하며 평평한 상면과 하면을 구비하고, 경사진 측면에 형성된 입광면과 상기 입광면을 마주보게 배치된 경사진 측면에 형성된 출광면을 구비하는 것을 특징으로 하는 분광 분석기.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 광원은 상기 입광면을 향하여 광을 조사하도록 배향되는 것을 특징으로 하는 분광 분석기.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 광 이송부에서 출광된 광을 검출부로 유도하는 광 파이버 세트를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 분광 분석기.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 광 파이버 세트는 제1 광 파이버 및 제2 광 파이버를 구비하여, 제1 광 파이버는 상기 광 이송부의 하면에 대응하여 배치되며, 상기 제2 광 파이버는 상기 광 이송부의 출광면에 대응하여 배치되는 것을 특징으로 하는 분광 분석기.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 광 이송부는 자외선, 가시광선 또는 근적외선을 투과시킬 수 있는 광학 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 분광 분석기.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 광원과 상기 광 이송부 사이에 시준기(collimator)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 분광 분석기.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 시준기와 상기 광 이송부 사이에 여기 필터를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 분광 분석기.

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