KR20120125745A

KR20120125745A - 바이오칩 검출장치

Info

Publication number: KR20120125745A
Application number: KR1020110043366A
Authority: KR
Inventors: 김수경; 조원형; 허성필
Original assignee: (주)나노스토리지
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2012-11-19
Also published as: KR101224600B1

Abstract

본 발명은 바이오칩의 정보를 검출하는 검출장치에 관한 것으로서, 바이오칩에 조사하는 광을 발생시키는 광원부, 상기 바이오칩에서 반사되어 오는 반사광을 검출하여 검출신호로 변환하는 광검출부, 검출파장이 다른 적어도 둘 이상의 형광필터를 포함하며, 상기 형광필터 중 어느 하나를 상기 반사광의 광축과 수직인 방향으로 이송시키는 다중필터부, 상기 다중필터부의 구동을 제어하는 제어부를 구비한 바이오칩 검출장치를 제공하여, 자동으로 반사광의 광축이 통과하는 형광필터를 교체할 수 있게 되어, 광원수에 비해 광검출기의 개수를 줄일 수 있는 효과 및 이에 따른 제조비용절감효과, 기기를 소형제작 가능한 효과를 갖게 된다.

Description

바이오칩 검출장치{Bio-chip detector}

본 발명은 다양한 생체물질의 정보를 고밀도로 집적시킨 생화학 정보의 집합체인 바이오칩을 분석하여 유전자 기능 분석, 임상진단, 항생제의 내성검사, 약물 감수성 검사, 친자확인 등 다양한 분석분야에 활용하는 분야에 적용 가능한 기술이다. 구체적으로는 바이오칩에 담긴 생체정보를 분석함에 있어서, 기존의 선형적인 개개의 바이오칩의 정보를 읽어 들이는 방식에서 벗어나, 고속 회전하는 검출스테이지에 다수의 바이오칩을 실장하여 회전방식으로 동시에 바이오칩 정보를 검출할 수 있도록 하여, 검출방식의 신속성을 향상시키고, 제조원가를 절감할 수 있는 검출 장치를 제공하는 것에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 둘 이상의 형광필터를 포함하는 다중필터부를 바이오칩의 반사광을 검출하는 광검출부 전면에 배치하여, 광검출기를 광원의 수보다 적게 설치할 수 있는 바이오칩 검출장치를 제공하는 기술을 제공한다.

바이오칩(bio chip)이란 기질 상에 분석하고자 하는 DNA, 단백질 등의 생분자(biomolecules) 프로브를 고밀도로 부착시킨 칩으로서, 샘플 내 유전자 발현 양상, 유전자 결함, 단백질 분포, 반응 양상 등을 분석해낼 수 있다. 바이오칩은 프로브의 부착형태에 따라 고체 기질상에 부착된 마이크로 어레이 칩(microarray chip)과 미세 채널 상에 부착된 랩온어칩(lab-on-a-chip)으로 나눌 수 있다. 즉, 바이오칩은 핵산 등 생물학적 물질이 기판(substrate) 위에 고정되어 있는 것으로, 잘 알려진 바이오칩으로 DNA 칩이 있는데 이는 기판에 DNA가 고정되어 있는 경우라 할 수 있고, 단백질 칩은 기판에 단백질이 고정되어 있는 경우라 할 수 있다.

이러한 바이오칩에서는, 샘플에 프로브와 결합할 수 있는 표적 분자가 존재하는지를 알아내기 위하여, 기질 상에 고정된 프로브와 표적 분자의 결합 여부를 검출할 수 있는 시스템이 필요하다.

상기 바이오칩의 정보를 읽어 들이는 일반적인 방법은 프로브 분자에 함유한 형광물질의 발광정도를 검출하는 방법으로 레이저 유발 형광 검출법(laser-induced fluorescence detection)이 대표적이며, 레이저 유발 형광 검출법은 형광물질이 흡수하는 파장의 들뜸 광원으로 레이저를 사용하여 형광물질을 여기 상태(excited state)로 만들고 다시 바닥상태(ground state)로 이동되면서 나오는 형광의 세기를 측정하는 것이며, 각 형광의 세기로부터 고정 프로브와 타겟 프로브의 결합 정도 즉, 바이오 정보를 알 수 있다. 상기와 같은 방법으로 DNA 또는 단백질 시료에 형광물질을 붙여 정량 분석을 할 수 있다.

상기 레이저 유발 형광 검출법을 이용하여 형광을 검출하는 장치 중에서 가장 많이 사용되는 것은 공초점 레이저 주사 장치(confocal laser scanning system)이다. 상기 공초점 레이저 주사 장치는 레이저를 광원으로 이용하고 표본으로부터 발산된 형광 신호를 별도의 특수 검출기인 광증배관(photomultiplier tube)으로 받아들인 후 A/D 컨버터를 이용하여 디지털 영상 이미지로 변환시키는 것이다.

이러한 바이오칩에 있어서, DNA 칩의 검출방법을 일례로 들면, 현재 유전자 분석용 DNA 칩은 대부분 샘플 DNA에 형광색소를 라벨링하고, 칩 위의 프로브(probe)와 반응시킨 후 공초점 현미경(confocal microscope)이나 CCD 카메라를 사용하여 칩 표면에 남은 형광 물질을 검출하는 방법을 사용한다(참조:미국특허 제 6141096).

그러나, 이러한 광학적인 검출법은 소형화가 어렵고, 디지털화된 출력을 볼 수 없기 때문에, 전기적인 신호로 결과를 낼 수 있는 새로운 검출법의 개발에 관하여 많은 연구가 진행 중이다.

Clinical Micro Sensor를 비롯한 많은 연구 기관들이 산화/환원이 쉬운 금속 화합물을 이용하여 DNA 혼성화(hybridization)를 전기화학적으로 검출하는 방법에 관하여 연구하고 있다(참조: 미국특허 제 6096273, 6090933). DNA가 혼성화 되었 을 때, 산화/환원이 쉬운 금속을 포함한 다른 화합물이 같이 착체(complex)를 이루게 되고, 이를 전기화학적으로 검출하는 것이다. 그러나, 전기화학적 방법도 역시 별도의 라벨링이 필요하다는 단점은 있다.

이외에도, 형광 색소나 다른 어떤 표식자를 사용하지 않고 분석하는 방법에 관하여도 연구가 활발히 진행 중인데, 수정 결정 미세발란스(Quartz Crystal Microbalance)를 이용하여 결합 전후의 질량 차이를 측정하는 방법 등 다양한 방식의 검출 분석법에 대한 연구가 진행되고 있다.

상기와 같은 레이저 유발 형광 검출법을 이용한 바이오칩 스캐너는 형광염료에서 발광하는 형광신호가 검출조건, 환경변화 등에 따라 신호가 미약하여 검출을 위해 고가이면서, 민감도가 우수한 광전자증배관(PMT)과 같은 검출기(detector)와 고정도의 검출에 필요한 많은 광학 부품(Dichroic filter, emission filter 등)들의 사용이 필수적이기 때문에 스캐너의 원가를 끌어올리는 요인으로 작용하고 있고 검출조건이 까다로워 보편화에 걸림돌로 작용하고 있는 문제점이 있었다.특히, 종래의 바이오칩의 정보인식방식은 읽기 수단으로서의 레이저 등의 광원을 기판에 투사하여, 개개의 바이오칩을 읽어 들이는 데 있어서, 레이저를 이용한 스캔 방식의 적용시 바이오칩의 상부를 선형적으로 스캔하여 정보를 읽어 들이는 방식을 취하게 되는바, 바이오칩 하나의 정보를 얻어내는 데 걸리는 시간이 상당히 소요되어 매우 비효율적인 단점이 있었다. 즉 바이오칩의 표면을 상부에서부터 하부로 좌우이동을 하는 광픽업장치를 통하여 읽게 되어 검출의 속도가 매우 떨어지는 결과를 초래하게 되었다.

즉, 기존의 선형(직선) 검출방식에서는 바이오 칩을 두고 위에서 광픽업부가 좌우로 움직이며 스캔을 하게 되는바, 이는 보통 리니어 방식의 모터를 배열하여 하나하나 스캔해 내려가는 방식인바, 고속 스캔이 어렵고 복수의 바이오칩을 스캔하는 것 역시 불가능했다.

이러한 문제를 극복하기 위하여 본 출원인은 도 1에 도시된 바와 같은 회전식 스테이지를 구비한 바이오칩 스캐너를 출원한바 있다.

이러한 회전식 검출 스테이지를 구비한 바이오칩 스캐너는, 다수의 광원을 설치하여 바이오칩에 광을 조사하고, 바이오칩으로부터 반사되는 반사광을 광검출기를 통해 검출함으로써 스캔을 수행하게 되는데, 광원과 동일한 수의 광검출기가 필요한 문제점이 존재하였다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 검출파장이 다른 복수의 형광필터를 광검출부에 입사되는 반사광의 광축과 수직방향으로 이송시킬 수 있는 다중필터부를 구비함으로써 부품 수 및 생산원가를 절감할 수 있는 바이오칩 검출장치를 제공하는데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바이오칩 검출장치는, 바이오칩에 조사하는 광을 발생시키는 광원부; 상기 바이오칩에서 반사되어 오는 반사광을 검출하여 검출신호로 변환하는 광검출부; 검출파장이 다른 적어도 둘 이상의 형광필터를 포함하며, 상기 형광필터 중 어느 하나를 상기 반사광의 광축과 수직인 방향으로 이송시키는 다중필터부; 상기 다중필터부의 구동을 제어하는 제어부; 를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 바이오칩 검출장치에 있어서, 상기 다중필터부는, 베이스부; 상기 베이스부 하측에 형성되는 DC모터; 상기 베이스부 상측에 형성되고, 일단이 상기 DC모터의 회전축과 연결되는 푸셔(pusher); 상기 베이스부 상측에 좌우방향 움직임이 가능한 구조로 형성되고, 일측면이 상기 푸셔의 타단과 접촉되는 구조로 형성되는 필터이송부; 상기 필터이송부상에 형성되고, 상기 반사광의 광축과 수직인 방향으로 형성된 상기 복수의 형광필터를 포함하는 필터홀더; 를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 바이오칩 검출장치에 있어서, 상기 다중필터부는, 상기 베이스부 측면에 형성되어 상기 필터이송부의 위치를 감지하는 필터센서부;를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 바이오칩 검출장치에 있어서, 상기 필터이송부는, 일측면에 돌출형성된 제1절곡부 및 타측면에 돌출형성된 제2절곡부를 더 포함하고, 상기 필터센서부는, 상기 제1절곡부를 감지하는 제1센서; 상기 제2절곡부를 감지하는 제2센서; 를 포함할 수 있다.

본 발명의 바이오칩 검출장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 광검출부의 상기 반사광 검출을 확인하면, 상기 모터를 구동하여 상기 필터이송부를 좌측방향 또는 우측방향으로 이동시킴으로써 상기 반사광의 광축을 통과하는 형광필터를 교체할 수 있다.

본 발명의 바이오칩 검출장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1센서가 상기 제1절곡부를 감지하거나, 상기 제2센서가 상기 제2절곡부를 감지하면, 상기 모터의 구동을 정지할 수 있다.

상술한 본 발명의 바이오칩 검출장치는, 상기 광원부에서 발생하는 광을 상기 바이오칩으로 전달하고, 상기 바이오칩의 반사광을 상기 광검출부로 전달하는 광전달부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 바이오칩 검출장치에 있어서, 상기 광원부는, 광을 발생시키는 적어도 둘 이상의 광원; 상기 광원에서 발생하는 광을 상기 바이오칩위에 집광시키는 대물렌즈; 상기 반사광을 상기 광검출기에 집광시키는 집광렌즈; 를 포함하여 이루이질 수 있다.

본 발명의 바이오칩 검출장치에 있어서, 상기 광전달부는, 상기 광원에서 발생하는 광의 광축상에 배치된 제1 편광 빔스플리터; 상기 대물렌즈와 상기 집광렌즈 사이에 배치된 제2 편광 빔스플리터; 를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 바이오칩 검출장치는, 상기 바이오칩을 적어도 하나 이상 실장하는 회전식 검출 스테이지;를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 바이오칩 검출장치에 있어서, 상기 회전식 검출 스테이지는 고속 회전이 가능한 디스크 판 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 광검출기를 광원의 수보다 적게 설치할 수 있게 되어, 바이오칩 검출장치의 부품 수를 줄일 수 있게 되어 생산원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 바이오칩 검출장치 내에 광원의 추가설치가 용이해지는 이점, 바이오칩 검출장치를 소형화 할 수 있는 이점도 아울러 갖게 된다.

또한 본 발명에 의하면, 고속 회전하는 검출스테이지에 다수의 바이오칩을 실장하여 회전방식으로 동시에 바이오칩정보를 검출할 수 있도록 하여, 검출방식의 신속성을 향상시킬 수 있는 이점도 추가적으로 갖게 된다.

도 1은 본 발명의 바이오칩 검출장치를 도시한 사시도이다.
도 2a 내지 도2d는 도 1의 바이오칩 검출장치의 내부구성을 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 바이오칩 검출장치에 포함된 광원부, 광검출부 및 다중필터부의 개략적인 구성 및 작용을 도시한 것이다.
도 4는 도 3a 및 도 3b에 도시된 다중필터부의 구성을 도시한 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만 본 명세서에 기재된 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다. 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

도 1은 본 발명의 바이오칩 검출장치(1)를 도시한 사시도이다. 도 1을 참조하면, 상기 바이오칩 검출장치(1)의 전면에는 바이오칩을 삽입하는 외부도어(10)가 형성되어 있어, 내부로 바이오칩을 삽입 가능하도록 형성되어 있다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 바이오칩 검출장치(1)의 외부하우징을 제거한 내부구조를 도시한 도면이다. 도 2a를 참조하여 본 발명의 바이오칩 검출장치(1)의 구성을 간략히 소개하면, 바이오칩 검출장치(1)에는 판모양의 고속회전이 가능한 회전식 검출 스테이지(20)가 구비될 수 있으며, 바이오칩(BC)은 회전식 검출 스테이지(20)에 적어도 하나 이상 장착될 수 있다. 본 발명의 회전식 검출 스테이지(20)는 외부 전원과 연결되는 구동 모터(도면 미도시)에 의해 고속으로 회전 가능하도록 원형의 디스크 판 형태로 형성됨이 바람직하다. 이 경우 본 바람직한 실시예에서는 원형의 형상을 예비하였으나, 정다각형 형상 등 그 형상의 변형을 모두 포함하며 고속 회전을 통해 다수의 바이오칩을 실장할 수 있는 구성이면 본 발명의 요지에 해당하는 것이다.

바이오칩(BC)을 장착한 상기 회전식 검출 스테이지(20)가 고속으로 회전하게 되면, 광원부(30)에서 바이오칩(BC)에 광을 조사하여, 바이오칩(BC)으로부터 반사되는 반사광에 따른 생체정보를 광검출부(40)에서 검출하게 된다. 또한 회전식 검출 스테이지(20)의 중심인 회전중심(X)에서부터 광검출부(40)의 검출을 위하여 회전식 검출 스테이지(20)를 이송시키는 디스크 이송모터(50)를 구비할 수 있다. 즉, 고속 회전하는 회전식 검출 스테이지(20)에 다수의 바이오칩을 실장하여 회전방식으로 동시에 바이오칩 정보를 검출할 수 있도록 하여, 검출방식의 신속성을 향상시키고, 제조원가를 절감하는 바이오칩 검출장치를 제공할 수 있는 장점이 있게 되는 것이다.

도 2b 내지 도2d는 도 2a에 도시된 바이오칩(BC)이 장착되는 회전식 검출 스테이지(20)를 보다 자세히 도시한 것이다. 도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 본 발명의 회전식 검출 스테이지(20)에는 적어도 1 이상의 바이오칩(BC)이 장착이 가능한 구조로 형성되며, 상기 바이오칩(BC)은 회전식 검출 스테이지(20)의 표면에 형성된 바이오칩 홀딩부에 끼워져 고정부재(L)에 의해 고정될 수 있도록 삽입이 가능하다. 도 2d에 도시된 바처럼 바이오칩 검출장치(1)는 바이오칩이 장착된 회전식 검출 스테이지(20)의 하부에 바이오칩위치센서(P)를 두어 홈센서도그(P')를 검출하여 신호를 발생시킬 수 있도록 하며, 바이오칩위치센서(Q)는 위치센서도그(Q')를 검출하여 신호를 발생시킬 수 있도록 한다. 도 2d에서 도시된 바와 같이, 상술한 홈센서도그(P')는 바이오칩(BC)의 홈위치를 인식하기 위한 센서에 신호를 발생시키는 것이며, 기준칩(예컨대 1번칩)의 위치를 인식하기 위해 1개가 설치된다. 위치센서도그(Q')는 각각의 바이오칩의 위치를 인식하기 위한 센서에 신호를 발생시키는 것으로, 바이오칩 홀딩부의 개수와 동일한 개수로 설치되는 것이 바람직하다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 바이오칩 검출장치의 광원부, 광검출부 및 다중필터부의 개략적인 구성 및 작용을 도시한 것이며, 도 3b는 도 3a에 도시된 각 구성이 바이오칩 검출장치 내부에 장착된 예시를 도시한 것이다.

도 1 내지 도 3b를 참조하면, 본 발명의 바이오칩 검출장치는, 바이오칩에 조사하는 광을 발생시키는 광원부(도 2a의 30), 바이오칩에서 반사되어 오는 반사광을 검출하여 검출신호로 변환하는 광검출부(40), 복수의 형광필터를 포함하여 반사광의 광축과 수직인 방향으로 형광필터를 이송시키는 다중필터부(70), 다중필터부(70)의 구동을 제어하는 제어부(도면 미도시)를 포함하여 구성된다. 아울러 광원부에서 발생하는 광을 바이오칩으로 전달하고, 바이오칩의 반사광을 광검출부로 전달하는 광전달부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상술한 광원부(도 2a의 30)는, 둘 이상의 광원(310, 330), 바이오칩(BC)위에 광을 집광하는 대물렌즈(350), 바이오칩(BC)에서 반사되어 오는 반사광을 광검출기에 집광하는 집광렌즈(370)을 포함하여 이루어질 수 있다.

또한 본 발명의 광검출부(40)는, 바이오칩의 반사광으로부터 형광이미지를 획득하여 검출신호로 변환하는 광검출기(410)를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 다중필터부(70)는 검출파장이 서로 다른 둘 이상의 형광필터를 포함하여 이루어지며, 자세한 구성은 도 4의 설명에서 후술한다.

본 발명의 광전달부는, 제1 편광 빔스플리터(810) 및 제2 편광 빔스플리터(830)을 포함하여 구성될 수 있다.

이하에서는 상술한 구성을 통한 본 발명의 바이오칩 검출장치의 동작을 개략적으로 설명한다.

본 발명의 바이오칩 검출장치는, 제1광원(310)에서 발생하는 광의 광축(X1) 및 제2광원(330)에서 발생하는 광의 광축(X2)의 교점에 제1 편광 빔스플리터(810)가 형성되어 있으며, 제1광원에서 발생하는 광의 광축(X1)을 따라 제1 편광 빔스플리터(310), 제2 편광 빔스플리터(330)가 순차적으로 배치되어 있다. 또한 바이오칩(BC)에서 반사되어 오는 반사광의 광축(X3)를 따라, 대물렌즈(350), 제2 편광 빔스플리터(330), 집광렌즈(370), 다중필터부(70), 광검출기(410)가 순차적으로 배치된 구조를 갖는다.

제1광원(310) 및 제2광원(330)은 광을 발생시키는 역할을 하며, 바이오칩(BC)에 포함되는 형광물질을 여기(勵起)시키는 역할을 하게 된다. 이러한 제1광원(310) 및 제2광원(330)은 발광다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD)소자로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한 바이오칩(BC)에 포함되어 있는 형광물질의 종류 및 특성에 따라 발생시키는 광의 파장도 달라질 수 있다고 할 것이다.

제1광원(310)에서 발생하는 광의 광축(X1) 및 제2광원(330)에서 발생하는 광의 광축(X2)의 교점에는 제1 편광 빔스플리터(810)가 형성되어 있다. 제1 편광 빔스플리터(810)는 입사되는 광의 편광 상태에 따라 광을 반사시키거나 투과시키는 역할을 수행한다. 예컨대 S-편광된 광은 투과시키고 P-편광된 광은 반사하는 기능을 수행할 수 있다. 본 실시예에서는, 제1광원(310)에서 발생한 광이 제1 편광 빔스플리터(810)를 투과하여 직진하고, 제2광원(330)에서 발생한 광이 제1 편광 빔스플리터(810)에 의해 반사되어 제1광원(310)에서 발생한 광과 동일한 방향으로 직진하게 된다.

제1 편광 빔스플리터(810)를 통과한 광은 제2 편광 빔스플리터(830)에 의해 반사되어 대물렌즈(850)로 향하게 된다. 제2 편광 빔스플리터(830)에 대한 특성은 상술한 제1 편광 빔스플리터(810)와 동일한 바, 생략한다.

대물렌즈(850)는 제2 편광 빔스플리터(830)에 의해 반사된 광을 바이오칩(BC)에 집광하게 되며, 이러한 기능을 수행하기 위해 대물렌즈(850)는 볼록광학계 렌즈로 구성됨이 바람직하다. 다만 이에 한정되지는 않으며, 광을 집광할 수 있는 모든 광학계 렌즈 또는 이들의 조합으로 구현할 수 있다고 할 것이다.

대물렌즈(850)에 의해 집광된 광을 바이오칩(BC)가 조사받게 되면, 바이오칩(BC)에 포함된 형광물질이 여기(勵起)되어 반사광을 발생하게 되며, 이 반사광은 X3 광축을 따라 제2 편광 빔스플리터(830)를 투과하여 집광렌즈(870)로 향하게 된다.

집광렌즈(870)는 제2 편광 빔스플리터(830)를 투과하여 입사된 반사광을 광검출기(410)에 집광하게 되며, 이러한 기능을 수행하기 위해 집광렌즈 (850)는 볼록광학계 렌즈로 구성됨이 바람직하나, 이에 한정되지는 않으며, 광을 집광할 수 있는 모든 광학계 렌즈 또는 이들의 조합으로 구현할 수 있다고 할 것이다.

한편 집광렌즈(870)에 의해 집광된 반사광은 광검출기(410)로 입사되기 전에, 다중필터부(70)내에 포함된 복수의 형광필터(771, 773) 중 어느 하나를 통과하게 된다.

광검출기(410)에서 검출하려는 광은 형광이기 때문에, 상술한 형광필터(771, 773)은 반사광 중 형광만을 투과시키고 이외의 빛은 차단 또는 흡수하는 역할을 수행하게 된다. 이러한 기능을 수행하기 위해 형광필터(771, 773)는 파장선택특성을 가질 수 있다. 즉 다중필터부(70)에 포함된 복수의 형광필터(771, 773)은 서로 다른 파장을 투과 또는 흡수하는 필터로 구성되며, 복수의 형광필터(771, 773) 중 어느 하나는, 반사광의 광축(X3)와 수직인 방향으로 배치된다.

또한 본 발명의 다중필터부(70)는 하나의 광검출기(410)가 복수의 형광을 검출할 수 있도록 하기 위하여, 제어부의 제어에 따라 상술한 형광필터(771, 773)중 어느 하나를 선택적으로 반사광의 광축(X3)와 수직인 방향에 배치할 수 있는 기능을 수행할 수 있으며, 자세한 구성 및 기능은 도 4의 설명에서 후술한다.

광검출부(40)에 포함된 광검출기(410)는 상술한 복수의 형광필터(771, 773)중 어느 하나를 통과한 반사광(또는 형광)을 검출하여 전기적 신호인 검출신호로 변환하는 기능을 수행하며, 이에 따라 바이오칩(BC)의 정보검출을 할 수 있게 된다.

다만 상술한 바이오칩 검출장치의 구성 및 작용은 하나의 예시일 뿐, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 상술한 광원의 개수 및 다중필터부에 포함된 형광필터의 개수는 더 늘어날 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.

본 발명의 바이오칩 검출장치는, 복수의 형광필터를 자동으로 이송할 수 있는 다중필터부(70)를 구비함으로써, 광원의 개수보다 적은 광검출기를 이용하여 바이오칩 검출을 수행할 수 있게 된다. 이에 따라 부품 수를 절감할 수 있게 되어 생산원가 절감, 제품의 소형화를 할 수 있는 효과도 아울러 갖게 된다.

도 4는 도 3a 및 도 3b에 도시된 다중필터부의 일 실시예에 따른 각 구성을 도시한 것이다. 도 3a 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중필터부(70)는 다중필터부(70)의 각 구성요소들을 지지하는 베이스부(710), 베이스부(710)의 하측에 형성되는 모터(720), 베이스부(710)의 상측에 형성되며 일단이 모터(720)의 회전축과 연결된 푸셔(pusher, 730), 베이스부(710) 상측에 형성되고, 좌우방향 움직임이 가능한 구조로 형성되며 일측면이 푸셔(73)의 타단과 접촉하는 구조로 형성된 필터이송부(740), 필터이송부(740)상에 형성되고, 집광렌즈(370)을 통과한 반사광의 광축과 수직인 방향으로 형성된 복수의 형광필터(760)를 포함하는 필터홀더(750)를 포함하여 구성된다. 아울러 필터이송부(740)의 양 측면에 형성되어 필터이송부(740)의 위치를 감지하는 필터센서부(760)를 더 포함할 수 있다.

베이스부(710)는 상술한 모터(720), 푸셔(730), 필터이송부(740), 필터홀더(750) 를 지지하는 역할을 수행하며 필터센서부(760)를 더 지지할 수도 있다. 이러한 역할을 수행하기 위하여 베이스부(710)는 금속재질로 형성됨이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상술한 베이스부(710)의 하면에는 필터이송부(740)의 좌우방향 움직임을 안내하는 가이드레일(711)이 형성될 수 있으며, 가이드레일(711)에 상술한 필터이송부(740)가 장착되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

모터(720)는 회전축의 회전에 따라 필터이송부(730)에 구동력을 전달하는 역할을 수행하며, 공지의 DC모터로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

푸셔(730)는 모터(720)의 구동시, 회전축의 회전방향에 따라 필터이송부(740)를 죄측방향 또는 우측방향으로 밀어내어 움직이게 하는 역할을 수행하며, 푸셔(730) 및 모터(720)의 작용에 관한 내용은 후술한다.

필터이송부(740)는 상술한 모터(720)의 구동으로 인하여 좌측방향 또는 우측방향으로 움직이게 되며, 이에 따라 광검출부(40)로 입사될 반사광이 통과하게 되는 형광필터를 자동으로 교체할 수 있게 된다.

필터홀더(750)는 광검출기(40)로 입사되는 반사광의 광축과 수직인 방향으로 형성된, 복수의 형광필터(770)를 고정하는 역할을 수행한다. 이러한 기능을 수행하는 필터홀더(750)는 상술한 필터이송부(740)와 일체로 형성될 수 있으며, 또한 필터이송부(740)와 분리된 구조로 형성될 수도 있다. 다만 본 실시예에서 필터홀더(750)는 필터이송부(740)에 고정 형성됨으로써, 필터이송부(740)가 좌측방향 또는 우측방향으로 움직이는 경우, 필터홀더(750)도 필터이송부(740)와 함께 움직일 수 있는 구조로 형성됨이 바람직하다.

필터홀더(750)에 장착되는 복수의 형광필터(770)에 대한 설명은, 도 3의 설명에서 상술한 바와 동일한 바, 생략한다.

필터센서부(760)는 필터이송부(740)의 움직임에 따른 위치를 감지하는 역할을 수행하며, 이를 위하여 포토센서(photo sensor)를 포함하여 구성될 수 있다. 예컨대, 필터이송부(740)가 일측면에 돌출 형성된 제1절곡부(741) 및 타측면에 돌출 형성된 제2절곡부(742)을 구비한 경우, 필터센서부(760)는 포토센서로 구성된 제1센서(761) 및 제2센서(762)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상술한 필터이송부(740)가 좌측방향으로 움직이는 경우, 제1센서(761)가 제1절곡부(741)를 감지할 수 있게 되며, 필터이송부(740)가 우측방향으로 움직이는 경우, 제2센서(762)가 제2절곡부(742)를 감지할 수 있게 된다. 다만 이는 하나의 예시일 뿐이며, 현재 개발되어 상용화 되었거나 향후 기술발전에 따라 구현 가능한, 움직임을 감지할 수 있는 모든 기술을 이용하여 본 발명의 필터센서부(760)를 구현할 수 있다고 할 것이다.

제어부(도면 미도시)는, 바이오칩 검출장치(1)의 전반적인 기능을 제어하는 역할을 수행하며, 이러한 역할을 수행하기 위한 프로세서를 포함할 수 있다. 본 발명의 제어부는 광검출부(40)가 반사광을 검출한 것을 확인하면, 모터(720)를 구동하여 필터이송부(740)를 좌측방향 또는 우측방향으로 이동시킴으로써 복수의 형광필터(770) 중 어느 하나를 반사광의 광축상에 위치시키게 된다. 제어부의 광검출부(40)의 반사광 검출 수행 확인은 기 설정된 프로그램에 의해 자동으로 확인될 수 있으며, 또는 실험 수행자로부터 입력신호를 수신하여 확인할 수도 있다고 할 것이다.

한편 제어부는, 필터센서부(760)에 형성된 제1센서(761) 또는 제2센서(762)가 필터이송부(740)의 좌우방향 움직임에 따른 제1절곡부(741) 또는 제2절곡부(742)의 유무를 감지하게 되면, 모터(720)의 구동을 정지시킬 수 있다. 이에 따라 필터이송부(740)를 정위치에 위치시킬 수 있게 되어 보다 정확하게 형광필터(770)를 반사광의 광축상에 위치시킬 수 있게 된다.

다만 상술한 내용은 하나의 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 다중필터부는 반사광의 광축과 수직방향으로 배치되고 복수의 형광필터를 포함하는 디스크 형상의 필터홀더 및 디스크 형상의 필터홀더를 회전시키는 모터 등, 복수의 형광필터 중 어느 하나를 반사광의 광축과 수직인 방향으로 이송시킬 수 있는 모든 구성을 통해 구현할 수 있다고 할 것이다.

상술한 다중필터부(70)를 구비한 본 발명의 바이오칩 검출장치는, 광원의 개수보다 적은 광검출기로 바이오칩의 정보를 검출할 수 있게 되어, 부품 수를 절감할 수 있는 효과, 생산원가 절감효과, 기기의 소형화를 구현할 수 있는 효과, 이에 따른 경쟁력 확보효과를 갖게 된다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것은 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함 없이 본 발명에 대해 다수의 적절한 변형 및 수정이 가능함을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변형 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

1 : 바이오칩 검출장치 10 : 외부도어
20 : 회전식 검출 스테이지 BC : 바이오칩
30 : 광원부 310: 제1광원
330: 제2광원 350: 대물렌즈
370: 접안렌즈 40 : 광검출부
410: 광검출기 50 : 디스크 이송모터
70 : 다중필터부 710: 베이스부
711: 가이드레일 720: 모터
730: 푸셔 740: 홀더이송부
741: 제1절곡부 742: 제2절곡부
750: 필터홀더 760: 필터센서부
761: 제1센서 762: 제2센서
770: 복수의 형광필터 771, 773: 각각의 형광필터
80 : 광전달부 810: 제1 편광 빔스플리터
830: 제2 편광 빔스플리터

Claims

바이오칩의 정보를 검출하는 장치에 있어서,
바이오칩에 조사하는 광을 발생시키는 광원부;
상기 바이오칩에서 반사되어 오는 반사광을 검출하여 검출신호로 변환하는 광검출부;
검출파장이 다른 적어도 둘 이상의 형광필터를 포함하며, 상기 형광필터 중 어느 하나를 상기 반사광의 광축과 수직인 방향으로 이송시키는 다중필터부;
상기 다중필터부의 구동을 제어하는 제어부;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오칩 검출장치.
청구항 1에 있어서,
상기 다중필터부는,
베이스부;
상기 베이스부 하측에 형성되는 DC모터;
상기 베이스부 상측에 형성되고, 일단이 상기 DC모터의 회전축과 연결되는 푸셔(pusher);
상기 베이스부 상측에 좌우방향 움직임이 가능한 구조로 형성되고, 일측면이 상기 푸셔의 타단과 접촉되는 구조로 형성되는 필터이송부;
상기 필터이송부상에 형성되고, 상기 반사광의 광축과 수직인 방향으로 형성된 상기 복수의 형광필터를 포함하는 필터홀더;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오칩 검출장치.
청구항 2에 있어서,
상기 다중필터부는,
상기 베이스부 측면에 형성되어 상기 필터이송부의 위치를 감지하는 필터센서부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오칩 검출장치.
청구항 3에 있어서,
상기 필터이송부는,
일측면에 돌출형성된 제1절곡부 및 타측면에 돌출형성된 제2절곡부를 더 포함하고,
상기 필터센서부는,
상기 제1절곡부를 감지하는 제1센서;
상기 제2절곡부를 감지하는 제2센서;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오칩 검출장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제어부는,
상기 광검출부의 상기 반사광 검출을 확인하면, 상기 DC모터를 구동하여 상기 필터이송부를 좌측방향 또는 우측방향으로 이동시킴으로써 상기 반사광의 광축을 통과하는 형광필터를 교체하는 것을 특징으로 하는 바이오칩 검출장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1센서가 상기 제1절곡부를 감지하거나, 상기 제2센서가 상기 제2절곡부를 감지하면, 상기 DC모터의 구동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 바이오칩 검출장치.
청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광원부에서 발생하는 광을 상기 바이오칩으로 전달하고, 상기 바이오칩의 반사광을 상기 광검출부로 전달하는 광전달부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오칩 검출장치.
청구항 7에 있어서,
상기 광원부는,
광을 발생시키는 적어도 둘 이상의 광원;
상기 광원에서 발생하는 광을 상기 바이오칩위에 집광시키는 대물렌즈;
상기 반사광을 상기 광검출기에 집광시키는 집광렌즈;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오칩 검출장치.
청구항 8에 있어서,
상기 광전달부는,
상기 광원에서 발생하는 광의 광축상에 배치된 제1 편광 빔스플리터;
상기 대물렌즈와 상기 집광렌즈 사이에 배치된 제2 편광 빔스플리터;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오칩 검출장치
청구항 7에 있어서,
상기 바이오칩을 적어도 하나 이상 실장하는 회전식 검출 스테이지;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오칩 검출장치.
청구항 10에 있어서,
상기 회전식 검출 스테이지는 고속 회전이 가능한 디스크 판 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오칩 검출장치.