KR20170089236A - 시료 캐필러리 장착 모듈 - Google Patents

시료 캐필러리 장착 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR20170089236A
KR20170089236A KR1020160009387A KR20160009387A KR20170089236A KR 20170089236 A KR20170089236 A KR 20170089236A KR 1020160009387 A KR1020160009387 A KR 1020160009387A KR 20160009387 A KR20160009387 A KR 20160009387A KR 20170089236 A KR20170089236 A KR 20170089236A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sample capillary
mounting module
sample
particle
light
Prior art date
Application number
KR1020160009387A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101793568B1 (ko
Inventor
조재형
김명수
김남일
Original Assignee
윈포시스(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 윈포시스(주) filed Critical 윈포시스(주)
Priority to KR1020160009387A priority Critical patent/KR101793568B1/ko
Publication of KR20170089236A publication Critical patent/KR20170089236A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101793568B1 publication Critical patent/KR101793568B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/1012—Calibrating particle analysers; References therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0038—Investigating nanoparticles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/03—Electro-optical investigation of a plurality of particles, the analyser being characterised by the optical arrangement
    • G01N2015/035—Electro-optical investigation of a plurality of particles, the analyser being characterised by the optical arrangement the optical arrangement forming an integrated apparatus with the sample container
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N2035/00178—Special arrangements of analysers
    • G01N2035/00237—Handling microquantities of analyte, e.g. microvalves, capillary networks

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

본 발명은 시료 캐필러리 장착 모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 입자를 카메라로 촬영한 영상을 기반으로 입자의 크기, 형상 등 입자 특성을 분석하는 장치에서 시료 캐필러리가 장착되는 시료 캐필러리 장착 모듈을 제공한다.
이를 위하여, 본 발명은, 분석대상 입자가 주입되어 있는 시료 캐필러리가 장착되는 시료 캐필러리 장착 모듈로서, 상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 상부면에는 그 길이 방향으로 시료 캐필러리가 안착되게 하는 안착 홈이 형성되어 있고, 상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 측면 일측으로부터 측면 타측으로 관통 홈이 형성되어 있고, 상기 시료 캐필러리 장착 모듈은 재물대 상에 탑재되어, 시료 캐필러리 장착 모듈의 측면을 향해 조사되는 광이 상기 관통 홈의 측면 일측으로 입사되어 시료 캐필러리를 통과해 측면 타측으로 출사되게 하는 것을 특징으로 한다.

Description

시료 캐필러리 장착 모듈{mounting module for the sample capilary}
본 발명은 시료 캐필러리 장착 모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 입자를 카메라로 촬영한 영상을 기반으로 입자의 크기, 형상 등 입자 특성을 분석하는 장치에서 시료 캐필러리가 장착되는 시료 캐필러리 장착 모듈에 관한 것이다.
입자 분석 장치는 입자의 크기, 형상 등 입자의 특성을 분석하는 장치이다. 입자 크기의 정확한 측정은 중합 속도론(입자의 생성, 성장 및 응집)을 다루는데 필수적이고, 또한 입자 크기 분석은 최종물질의 물리, 화학, 기계적 성질을 파악하는데 중요한 분석 정보로 사용된다.
나노 크기의 입자를 측정하는 방법 중 DLS(Dynamic light scattering) 방법은 레이저로 빛을 나노 입자에 쏘고, 이 빛이 얼마나 산란되는지를 측정해서 입자의 크기를 측정한다. 이 방법은 다양한 각도에서 측정해야 하는 수고로움과 더불어 방출된 빛이 나노 입자에 영향을 줄 수 있어 측정된 나노 입자 크기의 신뢰성을 저하시키는 단점을 갖고 있다.
또한, DLS 장치는 레이저 광학계의 구성, 정렬 및 보존이 까다롭고, 유지보수 비용이 높다는 문제점이 있다. 또한, DLS 장치는 산란각 및 측정각이 고정되어 있으며, 측정결과의 신뢰성을 보장하기 어렵고 검증 또한 불가능한 문제점이 있다. DLS의 이론적 토대 상, 산란각 및 측정각의 의존성이 적은 물질도 있으나, 특정 각에서의 측정값은 절대 신뢰하지 말아야 하는 물질들이 더 많이 존재하며, 따라서, 여러 각도에서 측정한 값들을 통해서만 입자 크기 측정 결과의 신뢰성을 보장할 수 있는 것이다.
또한, DLS 장치는 입자 크기 측정 중 일어나는 시료의 실제 변화에 대한 관측이 불가능하여 현상을 이해하는데 근본적인 제약이 따르며, 레이저 광원에 의해 영향을 받는 시료(예를 들면, 레이저에 의해 분해되는 시료, 생명력을 갖는 바이오 계열 시료 등)의 경우 분석이 불가능하다는 한계가 있다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 입자를 카메라로 촬영한 영상을 기반으로 입자의 크기, 형상 등 입자 특성을 분석하는 장치에서 시료 캐필러리가 장착되는 시료 캐필러리 장착 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다. 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예는, 분석대상 입자가 주입되어 있는 시료 캐필러리가 장착되는 시료 캐필러리 장착 모듈로서, 상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 상부면에는 그 길이 방향으로 시료 캐필러리가 안착되게 하는 안착 홈이 형성되어 있고, 상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 측면 일측으로부터 측면 타측으로 관통 홈이 형성되어 있고, 상기 시료 캐필러리 장착 모듈은 재물대 상에 탑재되어, 시료 캐필러리 장착 모듈의 측면을 향해 조사되는 광이 상기 관통 홈의 측면 일측으로 입사되어 시료 캐필러리를 통과해 측면 타측으로 출사되게 하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예는, 분석대상 입자가 주입되어 있는 시료 캐필러리가 장착되는 시료 캐필러리 장착 모듈; 상기 시료 캐필러리 장착 모듈이 탑재되는 재물대; 상기 시료 캐필러리 장착 모듈에 안착된 시료 캐필러리의 측면에 대해 광을 조사하는 레이저 광원; 상기 레이저 광원으로 시료 캐필러리에 광을 조사한 것에 따라 상기 광이 지나가는 시료 캐필러리 상의 입자가 광을 산란시키고, 이 산란광에 의한 입자 영상을 카메라로 경로 유도하는 광학계; 상기 광학계로부터 경로 유도되는 산란광 입자 영상을 특정 시간 동안 촬영하는 카메라; 및 상기 분석대상 입자에 관해 입력받은 정보와 상기 카메라에서 촬영한 특정 시간 동안의 산란광 입자 영상 프레임들을 신호 처리한 결과를 이용하여, 입자 이동을 추적하고, 입자 특성을 분석하는 컴퓨터를 포함하며, 상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 상부면에는 그 길이 방향으로 시료 캐필러리가 안착되게 하는 안착 홈이 형성되어 있고, 상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 측면 일측으로부터 측면 타측으로 관통 홈이 형성되어 있고, 상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 측면을 향해 조사되는 광이 상기 관통 홈의 측면 일측으로 입사되어 시료 캐필러리를 통과해 측면 타측으로 출사되게 하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예는, 분석대상 입자가 주입되어 있는 시료 캐필러리가 장착되는 시료 캐필러리 장착 모듈; 상기 시료 캐필러리 장착 모듈이 탑재되는 재물대; 상기 시료 캐필러리 장착 모듈에 안착된 시료 캐필러리의 하면에 대해 광을 조사하는 하부 광원; 상기 하부 광원으로 시료 캐필러리에 광을 조사한 것에 따라 상기 광이 투과되는 시료 캐필러리 상의 입자가 광을 산란시키고, 이 산란광에 의한 영상을 카메라로 경로 유도하는 광학계; 상기 광학계로부터 경로 유도되는 산란광 영상을 특정 시간 동안 촬영하는 카메라; 및 상기 분석대상 입자에 관해 입력받은 정보와 상기 카메라에서 촬영한 특정 시간 동안의 산란광 영상 프레임들을 신호 처리한 결과를 이용하여 입자 특성을 분석하는 컴퓨터를 포함하며, 상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 상부면에는 그 길이 방향으로 시료 캐필러리가 안착되게 하는 안착 홈이 형성되어 있고, 상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 하부면에는 특정 크기를 갖는 하부 홈이 형성되어, 시료 캐필러리 장착 모듈의 하부면을 향해 조사되는 광이 시료 캐필러리를 투과되게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 입자 추적 분석 장치는, 다크 필드(Dark Field) 이미징 방식으로 나노 입자 크기 측정 등 나노 입자 특성을 분석할 수 있고, 액체 상태에서 광범위하게 분포된 나노 입자 각각의 입자 크기 및 개수를 분석할 수 있고, 입자 크기별 입자 개수를 시각화하여 그래프로 사용자에게 보여줄 수 있고, 각각의 입자들의 분포 상태를 실시간 영상으로 사용자가 직접 관찰할 수 있도록 하고, 희석식, 밀도(농도)가 낮은 시료를 사용할 수 있어 제품 단가를 낮춰 경제적이고, 입자의 유동성을 카메라로 촬영한 영상으로부터 추적하여 디스플레이를 통해 사용자에게 시각적으로 볼 수 있도록 하고, 저농도 환경에서 입자 개수를 카운트할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 입자 추적 분석 장치에서 시료의 소정 길이 방향 축에 대해 특정 각도로 광 조사가 아루어지게 함으로써 입자 특성 분석에 필요한 산란광 입자 영상의 영역을 넓힐 수 있는 효과(레이저 스팟 시료 측정 영역을 넓히는 효과)가 있다.
본 발명의 이미징 입자 분석 장치는, 실공간 영상 관측과 동시에 역공간 산란 정보를 분석할 수 있으며, 입자 크기 측정 중 일어나는 시료의 실제 변화를 관측할 수 있다. 또한, 복잡한 레이저 광학계를 사용하지 않으므로 레이저 광학계의 구성, 정렬, 유지보수 등이 필요하지 않으며, 광원에 의한 시료 손상이 없고, 레이저 광원에 의해 분해되거나 다른 영향을 받는 시료 등에 대해서도 제한 없이 분석이 가능하다. 또한, 기존 DLS 방식 입자 크기 측정 장비를 통해서는 측정할 수 없었던 저 측정각에서의 측정 역시 가능하다. 또한, 기존 DLS 방식 입자 크기 측정 장비가 여러 번 측정하여 얻을 수 있는 정보를 한 번의 측정으로 획득할 수 있으며, 통상적인 광학 현미경용 샘플 수준인 수 ㎕의 시료에 대해 입자 크기 측정이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 실시간 다초점 기반 이미징 입자 분석 장치는, 이미징 입자 분석 장치의 부품 변경 없이(스펙 추가 없이) 실시간 다초점 기반 이미징 입자 분석 기능을 복합적으로 탑재시킬 수 있고, 입자의 날카로운 부분(표면 경계)을 선명하게 촬영할 수 있고, 분석 대상 입자 종류 등 입자 특성 분석 영역을 넓힐 수 있고, 이미징 기반 카메라 촬영 영상으로 입자 형상 측정 등과 같은 시장 니즈를 충족시킬 수 있고, 기존 현미경의 짧은 렌즈 초점 영역을 극복해 다양한 종류 및 크기의 입자 특성을 분석할 수 있고, 실제 입자의 크기 및 형태를 볼 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 복합 장치는, 분석 모드에 따라 부품을 공용해 그 기능을 수행할 수 있어 입자 추적 분석 장치와 이미징 입자 분석 장치 및 실시간 다초점 입자 분석 장치를 개별적으로 만드는 것에 비해 제조 단가를 낮출 수 있으며, 입자 추적 분석 장치와 이미징 입자 분석 장치 및 실시간 다초점 입자 분석 장치의 구조, 스펙, 기능, 처리 과정에 어떠한 변형을 주지 않고서도 구현할 수 있으며, 복합 장치에서 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드 및 실시간 다초점 입자 분석 모드를 각각 수행하는데 있어 부품, 처리 과정 사이에 어떠한 간섭도 없어 성능 저하 없이 입자 특성을 분석할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 시료 캐필러리 장착 모듈은, 1 mm X 1 mm X 80 mm의 작은 크기를 갖는 시료 캐필러리를 분석 장치에 손쉽게 탑재할 수 있어 사용자의 조작 편의성 및 핸들링 용이성을 줄 수 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈에 시료가 주입된 시료 캐필러리를 올리기만 하면 되기 때문에 시료 교체 시 세척 등 시료 준비 사전 작업을 간편하고 편리하게 할 수 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈을 통해 조사 광을 시료 캐필러리에 정확하게 포커싱되게 할 수 있어 측정 정확성 및 신뢰성을 줄 수 있고, 레이저 광 조사 축과 시료 캐필러리 측면 축에 대해 레이저 빔 조사를 다양하게 원하는 각도로 할 수 있게 하고, 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드에 공용으로 사용할 수 있는 시료 캐필러리 장착 모듈로 부품 개수를 줄여 제조 단가를 낮출 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 입자 추적 분석 장치에 대한 일실시예 구성도.
도 2는 도 1의 입자 추적 분석 장치를 보여주는 사시도.
도 3은 도 1의 입자 추적 분석 장치에서 획득 및 처리한 영상을 보여주는 설명도.
도 4는 본 발명에 따른 입자 추적 분석 장치에 대한 다른 실시예 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 입자 추적 분석 장치에 대한 또 다른 실시예 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 이미징 입자 분석 장치에 대한 일실시예 구성도.
도 7은 도 6의 이미징 입자 분석 장치를 보여주는 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 이미징 입자 분석 방법을 보여주는 설명도.
도 9는 도 6의 이미징 입자 분석 장치의 실시간 다초점 영상 촬영 및 합성 과정을 보여주는 설명도.
도 10은 본 발명에 따른 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드를 구비한 복합 장치에 대한 일실시예 사시도.
도 11은 본 발명에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈에 대한 일실시예 사시도.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈에 대한 다른 실시예 사시도.
도 13은 본 발명에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈이 구비된 복합 장치에 대한 일실시예 사시도.
하기의 설명에서 본 발명의 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있는데, 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분을 중심으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 입자 추적 분석 장치에 대한 일실시예 구성도이고, 도 2는 도 1의 입자 추적 분석 장치를 보여주는 사시도이고, 도 3은 도 1의 입자 추적 분석 장치에서 획득 및 처리한 영상을 보여주는 설명도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 입자 추적 분석 장치는 레이저 광원(11), 재물대(12), 시료 캐필러리(13), 광학계(14), 카메라(15) 및 컴퓨터(16) 등을 포함한다.
본 발명의 입자 추적 분석 장치는 현미경 대안 렌즈(microscope oculars)가 더 구비되어, 사용자가 직접 눈으로 시료를 관찰할 수 있게 할 수 있다.
도면에 도시되어 있지 않으나 컴퓨터(16)는 영상 캡쳐 보드, 신호 처리부, 디스플레이 등을 더 포함한다. 여기서, 영상 캡쳐 보드 및 신호 처리부는 카메라(15)에 구비될 수도 있다.
본 발명의 입자 추적 분석 장치는 시료 캐필러리(13)에 분석대상 입자(시료)가 포함(용해)되어 있는 용액(현탁액)을 주입하고, 이 시료 캐필러리(13)를 재물대(12) 위에 올린 상태에서 레이저 광원(11)의 광(레이저 빔)을 시료 캐필러리(13)를 통과되도록 조사하고, 이 레이저 빔이 지나가는 시료 캐필러리(13)의 내부 공간에 위치한 브라운 운동(brownian motion)을 하는 입자가 광을 산란시키게 하고, 이 산란광에 의한 입자를 광학계(14)로 경로 유도하여 카메라(15)로 산란광 입자 영상을 소정 시간 동안 촬영한다[브라운 운동으로 움직이는 입자의 영상 프레임 캡쳐, 예: 30~60초]. 그리고, 컴퓨터(16)로 카메라(15)에서 촬영한 소정 시간 동안의 산란광 입자 영상 프레임들을 신호 처리하여 개개의 입자 이동을 추적하고, 입자의 크기, 형상, 농도, 개수 등 입자 특성을 분석(측정)하여 컴퓨터(16)의 디스플레이를 통해 사용자에게 시각적으로 제공한다.
본 발명의 분석대상 입자는 나노 단위의 물질(nanoparticle)일 수 있으며, 그 입자 크기는 수 나노미터 ~ 수천 나노미터(예: 1nm ~ 2000nm)의 모든 종류의 입자일 수 있다. 예시적으로 분석대상 입자는 바이오 나노물질(bio-nanoparticles)로서 약물 전달 시스템 개발, 바이러스 백신, 나노 독성학 및 생물 지표, 단백질 응집, 세포외 소포(엑소좀 및 미소낭포) 등에 적용되는 것일 수 있다.
본 발명의 입자 추적 분석 장치는 광 산란(light scattering)과 브라운 운동(brownian motion)을 현미경(microscope)에 응용한 것이다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
브라운 운동으로 움직이는 입자에 대해 카메라(15)로 소정 시간 동안 촬영해 획득한 산란광 입자 영상 프레임들로부터 영상 추적법을 이용하여 시간 변화에 따른 입자의 위치, 바람직하게는 입자 중심 위치를 추적한다. 그리고, 추적한 입자의 이동 위치로부터 시간별 입자의 이동 거리를 계산한다. 그리고, 시간별 입자의 이동 거리에 대한 평균 제곱 변위(MSD : Mean Squared Displacement)를 기초로 스토크스-아인슈타인 공식(Stokes-Einstein relation)을 사용해 확산 계수(diffusion coefficient)를 산출해 유체 역학적 직경(hydrodynamic diameter)을 구하여 입자의 크기를 측정한다. 그리고, 이 측정한 입자 크기를 바탕으로 실시간으로 입자 크기 분포 프로파일(particle size distribution profile)을 만들어 디스플레이를 통해 사용자에게 시각적으로 제공한다.
본 발명의 시간별 입자 이동 거리에 대한 평균 제곱 변위(MSD : Mean Squared Displacement)를 기초로 스토크스-아인슈타인 공식(Stokes-Einstein relation)을 사용해 확산 계수(diffusion coefficient)를 산출해 유체 역학적 직경(hydrodynamic diameter)을 구하여 입자의 크기를 측정하는 알고리즘에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
스토크스-아인슈타인 공식(Stokes-Einstein relation)은 다음의 [수학식 1]과 같다.
Figure pat00001
여기서, Dm은 확산 계수(diffusion co-efficient), KB는 볼쯔만 상수(boltzman constant), T는 온도(temperature), η는 점도(viscocity), dh는 입자 크기(유체 역학적 직경, sphere equivalent hydrodynamic diameter particle size)를 나타낸다.
용액 내 입자의 무작위적 운동, 즉 브라운 운동은 입자의 평균 제곱 변위와 관련이 있다. 또한, 입자는 시간에 따라 공간적으로 가우시안 분포 형태(Gaussian distribution)로 용액 내에서 퍼져나가며, 이때 확산에 의한 가우시안 분포 형태를 각 시간에 대해 특성화하는 값이 평균 제곱 변위로 다음의 [수학식 2]와 같다.
Figure pat00002
여기서, <MSD2>은 평균 제곱 변위, Dm은 확산 계수, t는 시간을 나타낸다.
위와 같이, 카메라(15)로 촬영한 산란광 입자 영상 프레임들로부터 용액 내에서 브라운 운동을 하는 입자의 평균 제곱 변위를 구할 수 있고, 이렇게 구한 [수학식 2]의 평균 제곱 변위를 [수학식 1]의 스토크스-아인슈타인 공식에 대입하면 입자의 크기를 측정할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이 산란광 입자 영상 프레임들로부터 2차원 상의 입자 평균 이동 거리[x, y]를 이용해 확산 계수를 구하는데, 실제적으로 용액 내에서 입자는 3차원적으로 브라운 운동을 한다. 따라서, 카메라(15)로 촬영한 산란광 입자 영상 프레임들이 2차원 영상인 점을 고려해 다음의 [수학식 3]과 같이 2차원 변수를 적용해 스토크스-아인슈타인 공식을 변형해 입자 크기 측정 공식을 도출할 수 있다.
Figure pat00003
여기서, t는 '1/FPS(frame per second, 초당 프레임 개수)'로 표현할 수도 있다.
레이저 광원(11)은 642 nm(빨간색), 532 nm(녹색), 488 nm(파란색), 405 nm(보라색) 등의 파장대역을 갖는 레이저 다이오드 등으로 구현될 수 있다.
광학계(14)는 20 배율(x20)을 갖는 대물 렌즈 등으로 구현될 수 있다.
카메라(15)는 CCD 카메라, EMCCD(Electron Multiplied Charged Coupled Device) 카메라, CMOS 카메라 등으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 초당 30 프레임(30 fps)을 촬영하는 일반적 카메라, 초당 1,000 프레임 ~ 초당 3,000 프레임을 촬영하는 (초)고속 카메라가 사용될 수 있다.
시료 캐필러리(13)는 직육면체 형상의 모세관으로 구현될 수 있으며, 그 외부 유리층으로 둘러싸인 내부 공간에 시료가 주입되어 그 양단이 실링될 수 있다. 시료 캐필러리(13)의 외관 크기는 예시적으로 1 mm X 1 mm X 80 mm일 수 있으며, 길이 80 mm는 분석대상 시료 종류 등에 따라 변경될 수 있다. 덧붙여, 시료 캐필러리(13)의 외부 유리층 두께는 주지의 현미경에서 사용되는 상용품 수준이면 족하다. 이와 같이 본 발명의 시료 캐필러리(13)는 1 mm X 1 mm X 80 mm 크기로서 이를 부피로 환산하면 0.08 cm3, 즉 0.08 ㎖이며, 시료가 주입된 내부 공간 부피가 외관 부피와 같다고 하더라도 최대 0.08 ㎖ 시료를 사용해 입자 특성을 분석할 수 있어, 보다 적은 시료 양만이 사용자에게 요구된다. 또한, 본 발명의 시료 캐필러리(13)는 모세관 구조로서 모세관 현상으로 시료를 빨아들여 손쉽게 시료를 주입할 수 있으며, 1 mm X 1 mm X 80 mm의 작은 크기로서 시료 캐필러리 내의 입자 움직임이 대류 현상에 영향을 받지 않고 브라운 운동에 의한 입자 움직임을 만들 수 있어 보다 정확한 입자 크기 측정 등 입자 특성 분석을 할 수 있다.
재물대(12)는 모터(도면에 도시되어 있지 않음)에 연결되어 있으며, 컴퓨터(16)의 모터 구동 제어 또는 사용자 직접 조작 등에 의해 상하 이동(예; 광학계(14) 및 카메라(15)의 초점 가변 시), 좌우 이동, 측면 틸팅(예; 수평이 기울어진 경우에 수평 잡기) 등 6축 방향으로 움직일 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 사시도에는 시료 캐필러리(13)가 올려지는 재물대(12)의 특정 부분에 홈(hole)이 형성되어 있는데, 이는 도 10을 참조해 후술할 이미징 입자 분석 모드와의 공용성을 위한 것으로 입자 추적 분석 장치에는 부가적인 구성요소이다. 즉, 입자 추적 분석 장치에서는 레이저 광원(11)의 조사광이 시료 캐필러리(13)의 측면을 통과하기 때문이며, 도 10의 이미징 입자 분석 모드 수행 시에는 하부 광원(102)의 조사광이 시료 캐필러리(105)의 하부측으로부터 상부측으로 투과되도록 해야 하기 때문에 재물대(12)에 홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같은 본 발명의 입자 추적 분석 장치의 이점은 다음과 같다.
다크 필드(Dark Field) 이미징 방식으로 나노 입자 크기 측정 등 나노 입자 특성을 분석할 수 있고, 액체 상태에서 광범위하게 분포된 나노 입자 각각의 입자 크기 및 개수를 분석할 수 있고, 입자 크기별 입자 개수를 시각화하여 그래프로 사용자에게 보여줄 수 있고, 각각의 입자들의 분포 상태를 실시간 영상으로 사용자가 직접 관찰할 수 있도록 하고, 희석식, 밀도(농도)가 낮은 시료를 사용할 수 있어 제품 단가를 낮춰 경제적이고, 입자의 유동성을 카메라로 촬영한 영상으로부터 추적하여 디스플레이를 통해 사용자에게 시각적으로 볼 수 있도록 하고, 저농도 환경에서 입자 개수를 카운트할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 또 다른 주요한 특징들에 대해 설명하기로 한다.
도면에 도시된 바와 같이, 시료 캐필러리(13)는 재물대(12) 위에 올려져 레이저 광원(11)의 레이저 빔(광)이 시료 캐필러리(13)의 길이 방향의 측면에 조사받게 되는데, 본 발명에서는 레이저 광원(11)의 광원 축과 시료 캐필러리(13)의 측면 축에 대해 소정 각도를 주어(수평 축을 틀어) 레이저 빔이 조사되게 한다. 다시 말하면, 광원으로 시료에 광을 조사하는데 있어 시료의 소정 길이 방향 축에 대해 특정 각도로 광 조사가 아루어지게 한다.
즉, 레이저 광원(11)의 광원 축과 시료 캐필러리(13)의 측면 축이 90° 각도로 수평으로 광 조사를 할 수도 있으나, 이런 경우에 1 mm X 1 mm X 80 mm의 작은 크기를 갖는 시료 캐필러리(13)를 통과한 광에 의한 산란광 입자 영상의 FOV(field of view)가 작아져 카메라(15)에서 획득하고자 하는 산란광 입자 영상이 작아질 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 입자 특성 분석에 필요한 산란광 입자 영상의 영역을 넓히기 위해, 즉 레이저 스팟 시료 측정 영역을 넓히기 위해 시료의 소정 길이 방향 축에 대해 특정 각도로 광 조사가 아루어지게 하는 것이다.
시료의 소정 길이 방향 축에 대해 특정 각도(예: 10° ~ 80°, 바람직하게는 20°)로 광 조사가 아루어지게 하는 방식으로, 재물대 상의 시료 캐필러리(13)의 길이 방향의 측면을 레이저 광원(11)의 레이저 빔 조사 방향에 대비해 틀거나, 레이저 광원(11)의 레이저 빔 조사 방향을 시료 캐필러리(13)의 측면 방향에 대비해 틀어 할 수 있다.
본 발명의 레이저 광원(11)의 광원 축과 시료 캐필러리(13)의 측면 축에 대해 소정 각도를 주어(수평 축을 틀어) 레이저 빔이 조사되게 하는 것에 따라, 1 mm X 1 mm X 80 mm의 크기를 갖는 시료 캐필러리(13)에 대해 광학계(14) 및 카메라(15)의 FOV(field of view), 즉 레이저 스팟 시료 측정 영역은 예시적으로 최저 30 ㎛ X 50 ㎛ X 80 ㎛ 등이 될 수 있다.
도 3a는 카메라(15)로 촬영한 산란광 입자 영상, 즉 레이저 광원(11)의 광원 축과 시료 캐필러리(13)의 측면 축에 대해 소정 각도를 주어(수평 축을 틀어) 레이저 빔을 조사하여 획득한 산란광 입자 영상을 보여주고 있다. 도 3a에서 카메라 촬영 영상의 대각선 방향으로 입자가 보여지고 있으며, 대각선의 각도가 광 조사 각을 의미한다.
다음으로, 본 발명에서는 도 3b와 같이 각각의 입자를 구분하여 추적하는 알고리즘을 제시한다. 도 3b는 카메라(15)에서 촬영한 산란광 입자 영상에 대해 본 발명의 입자별 구분 추적 알고리즘을 적용해 처리한 영상을 보여주고 있으며, 이러한 영상이 컴퓨터(16)의 디스플레이를 통해 사용자에게 제공된다.
도 3b의 영상 내 빨간색 선은 개별 입자의 브라운 운동에 의한 이동 궤적을 보여주고 있으며, 영상 내 왼쪽 빨간색 선이 제1 입자의 이동 궤적을, 영상 내 오른쪽 빨간색 선이 제2 입자의 이동 궤적을 나타낸다. 이러한 영상을 통해 입자별 거동 분석 결과를 사용자가 직관적으로 받아볼 수 있는 것이다.
본 발명의 입자별 구분 추적 알고리즘은 영상 패턴 매칭으로 입자 라벨링, 예컨대 입자에 식별정보를 부여하여 각각의 입자들을 구분해 개별 입자의 이동 궤적을 도출한다.
입자별 구분 추적 알고리즘의 예시로, 소정 시간 동안 획득한 산란광 입자 영상 프레임들 상에서 시간 변화에 따른 이웃 영상 프레임 간 근거리 이동 변화를 갖는 입자를 동일한 입자로 판별하고, 이 판별한 입자에 고유의 개별 식별정보를 부여하고, 영상 프레임들 마다 동일한 식별정보를 부여받은 입자의 위치 좌표를 플롯팅하여 이동 궤적을 생성한다.
입자별 구분 추적 알고리즘의 다른 예시로, 소정 시간 동안 획득한 산란광 입자 영상 프레임들 상에서 시간 변화에 따른 이웃 영상 프레임 간 동일한 형상을 갖는 입자를 동일한 입자로 판별하고, 이 판별한 입자에 고유의 개별 식별정보를 부여하고, 영상 프레임들 마다 동일한 식별정보를 부여받은 입자의 위치 좌표를 플롯팅하여 이동 궤적을 생성한다.
다음으로, 본 발명에서는 시료 캐필러리(13)에 광을 조사하는데 있어 복수의 레이저 광원을 사용할 수 있다. 예시적으로, 2개의 레이저 광원과 시료 캐필러리(13)의 측면 사이에 레이저 빔 합성기를 구비하여, 각 레이저 광원으로부터 조사되는 레이저 빔이 레이저 빔 합성기로 입력되게 하고, 레이저 빔 합성기에서 합성된 레이저 빔이 시료 캐필러리(13)의 측면을 향하게 출력되게 광 조사를 할 수 있다. 다른 예시로, 2개의 레이저 광원을 시료 캐필러리(13)의 측면에 구비한 상태에서 각 레이저 광원으로부터 조사되는 레이저 빔이 시료 캐필러리(13)의 내부 공간의 동일한 영역을 통과되게 포커싱하여 광 조사를 할 수 있다.
이와 같이 본 발명에서 복수의 레이저 광원을 사용하는 것은 시료 캐필러리(13)가 받는 광량을 올리기 위함이다. 예컨대, 30 mW 레이저를 사용하는 경우에 시료 캐필러리(13)가 받는 광량이 낮아서 카메라(15)로 획득할 수 있는 산란광 입자 영상이 최대 초당 33 프레임의 한계를 갖는다. 따라서, 본 발명에서는 복수의 레이저 광원을 사용하여 시료 캐필러리(13)가 받는 광량을 높이며, 이로부터 카메라(15)로 획득하는 산란광 입자 영상의 프레임을 초당 33 프레임 이상으로 많게 하여 입자 추적 분석에 소요되는 전체 측정 시간을 단축시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명의 입자 추적 분석 방법에 대해 설명하기로 한다.
시료 캐필러리(13)에 주입한 분석대상 입자(시료)가 포함(용해)되어 있는 용액(현탁액)에 관한 정보와 측정 조건에 관한 파라미터를 컴퓨터(16)에 입력한다. 여기서, 시료 정보 및 측정 조건 파라미터는 온도, 초당 프레임 개수, 분석 이미지 개수, 카메라 셋팅 정보, 이미지 강도(intensity), 시료 정보(예; 물, 알콜, 톨루엔 등) 등이 될 수 있다. 이와 같이 입력한 시료 정보 및 측정 조건 파라미터에 따라 광 조사 제어, 영상 촬영 제어, 영상 프레임 신호 처리 제어가 다르게 설정되어 처리 될 수 있게 하는 것이 바람직하다.
그리고, 전술한 바와 같이 재물대(12) 상에 올려진 시료 캐필러리(13)에 대해 레이저 광원(11)의 광원 축과 시료 캐필러리(13)의 측면 축에 대해 소정 각도를 주어(수평 축을 틀어) 레이저 빔이 조사되게 한다. 그에 따라, 레이저 빔이 지나가는 시료 캐필러리(13)의 내부 공간에 위치한 브라운 운동(brownian motion)을 하는 입자가 광을 산란시키게 된다.
그런 후, 전술한 바와 같이 산란광에 의한 입자를 광학계(14)로 경로 유도하여 카메라(15)로 산란광 입자 영상을 소정 시간 동안 촬영한다[브라운 운동으로 움직이는 입자의 영상 프레임 캡쳐, 예: 30~60초].
그리고, 컴퓨터(16)로 카메라에서 촬영한 소정 시간 동안의 산란광 입자 영상 프레임들을 신호 처리하여 개개의 입자 이동을 추적하고, 입자의 크기, 형상, 농도, 개수 등 입자 특성을 분석(측정)하여 컴퓨터(16)의 디스플레이를 통해 사용자에게 시각적으로 제공한다. 이때, 전술한 바와 같이 시간별 입자 이동 거리에 대한 평균 제곱 변위(MSD : Mean Squared Displacement)를 기초로 스토크스-아인슈타인 공식(Stokes-Einstein relation)을 사용해 확산 계수(diffusion coefficient)를 산출해 유체 역학적 직경(hydrodynamic diameter)을 구하여 입자의 크기를 측정한다.
다음으로, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 입자 추적 분석 장치의 다른 실시예를 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 입자 추적 분석 장치에 대한 다른 실시예 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자 추적 분석 장치는 도 1을 참조해 설명한 레이저 광원(11), 재물대(12), 시료 캐필러리(13), 광학계(14), 카메라(15), 컴퓨터(16)를 구비하고, 광학계(14)와 카메라(15) 사이에 산란광 필터링부(17)를 구비한다.
시료 캐필러리(13)에 레이저 광원(11)의 레이저 빔을 조사함에 따라 산란광이 발생되는데, 이때 시료 캐필러리(13)의 수많은 입자들에 의해 다중 산란 간섭 발생될 수 있다. 이러한 다중 산란 간섭은 카메라(15)로 획득한 산란광 입자 영상을 기반으로 입자 특성을 분석하는데 있어 정확성, 신뢰성, 재현성을 저해하는 영향을 미친다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 광학계(14)와 카메라(15) 사이에 산란광 필터링부(17)를 배치하는데 있어, 광학계(14)의 출력 포커싱 지점[이미징 평면이라고도 불림]에 산란광 필터링부(17)가 위치되게 하고, 산란광 필터링부(17)의 후단의 소정 지점에 카메라(15)가 위치되게 한다.
산란광 필터링부(17)는 광학계(14)로부터 입력되는 시료 캐필러리(13)의 입자에 의한 산란광을 선택적으로 통과시켜, 즉 다중 산란 간섭을 받은 산란광은 차단시켜 다중 산란 간섭에 의한 영향을 방지한다. 산란광 필터링부(17)는 수 나노에서 수 마이크론 크기를 갖는 핀 홀(pin hole)로 구현될 수 있다. 광학계(14)는 대물 렌즈로 구현될 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 입자 추적 분석 장치의 또 다른 실시예를 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 입자 추적 분석 장치에 대한 또 다른 실시예 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 추적 분석 장치는 도 1을 참조해 설명한 레이저 광원(11), 재물대(12), 시료 캐필러리(13), 광학계(14), 카메라(15), 컴퓨터(16)를 구비하고, 광반사 방지부(18) 및 수평계(19)를 구비한다.
본 발명의 입자 추적 분석에 있어 시료 캐필러리(13)를 재물대(12) 위에 올린 상태에서 레이저 광원(11)의 광(레이저 빔)을 시료 캐필러리(13)를 통과되도록 조사하는데, 이때 시료 캐필러리(13)를 통과한 광이 외부 물체 또는 입자 추적 분석 장치의 내부 부품 등에 반사되어 시료 캐필러리(13)로 재입사 될 수 있다. 이러한 시료 캐필러리(13)에 반사광이 재입사되는 것에 따라 반사광에 의한 산란광 입자 영상이 레이저 광원(11)의 광에 의한 산란광 입자 영상에 섞여 입자 특성 측정에 정확도를 떨어뜨리는 요인이 된다.
따라서, 본 발명에서는 재물대(12) 상에서 시료 캐필러리(13)의 후단 지점에 광반사 방지부(18)를 설치해, 시료 캐필러리(13)를 통과한 광(레이저 빔)이 광반사 방지부(18)에 의해 흡수되게 한다. 이러한 광반사 방지부(18)는 광(레이저 빔)을 흡수하는 소재, 재질, 특성을 갖는 어떠한 것으로 구현될 수 있으며, 예를 들어 검은 천이 부착된 시트 등이 될 수 있다.
한편, 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 입자 추적 분석 장치의 재물대(12) 상에 수평계(19)를 구비하여 재물대(12)의 수평 상태를 파악하고, 재물대(12)의 수평 상태가 틀어진 경우에는 재물대(12)의 축을 조정하여 수평 상태를 바로잡을 수 있다. 예를 들어, 수평계(19)를 전자식으로 구현한 경우에는 컴퓨터(16)로 수평계(19)의 수평 상태를 파악해 자동으로 모터를 제어해 재물대(12)의 축을 조정하거나, 수평계(19)를 기계식으로 구현한 경우에는 사용자가 수평계(19)의 수평 상태를 파악해 컴퓨터(16)로 모터를 직접 제어해 재물대(12)의 축을 조정할 수 있다.
위와 같이 본 발명에서는 수평계(19)로 재물대(12)의 수평 상태를 바로잡아서 재물대(12) 위에 올려진 시료 캐필러리(13)가 한쪽으로 치우치는 것을 방지함과 아울러 수평 상태가 아닌 시료 캐필러리(13) 내부에서 대류 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 이렇게 함으로써 시료 캐필러리(13)에 레이저 광원(11)으로부터 조사되는 광(레이저 빔)의 포커싱이 제대로 이루어지게 하고, 대류 현상을 방지해 입자 특성 측정 성능을 높일 수 있는 것이다.
다음으로, 도 6 내지 도 8을 참조해 본 발명의 이미징 입자 분석 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명에 따른 이미징 입자 분석 장치에 대한 일실시예 구성도이고, 도 7은 도 6의 이미징 입자 분석 장치를 보여주는 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 이미징 입자 분석 방법을 보여주는 설명도이고, 도 9는 도 6의 이미징 입자 분석 장치의 실시간 다초점 영상 촬영 및 합성 과정을 보여주는 설명도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이미징 입자 분석 장치는 하부 광원(61), 재물대(62), 시료 캐필러리(63), 광학계(64), 카메라(65) 및 컴퓨터(66) 등을 포함한다. 또한 이미징 입자 분석 장치는 상부 광원(67)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 이미징 입자 분석 장치는 현미경 대안 렌즈(microscope oculars)가 더 구비되어, 사용자가 직접 눈으로 시료를 관찰할 수 있게 할 수도 있다.
도면에 도시되어 있지 않으나 컴퓨터(66)는 영상 캡쳐 보드, 신호 처리부, 디스플레이 등을 더 포함한다. 여기서, 영상 캡쳐 보드 및 신호 처리부는 카메라(65)에 구비될 수도 있다.
본 발명의 이미징 입자 분석 장치는 시료 캐필러리(63)에 분석대상 입자(시료)가 포함(용해)되어 있는 용액(현탁액)을 주입하고, 이 시료 캐필러리(63)를 재물대(62) 위에 올린 상태에서 하부 광원(61)의 광이 시료 캐필러리(63)에 투과되도록 조사하고, 시료 캐필러리(63)의 내부 공간에 위치한 브라운 운동(brownian motion)을 하는 입자가 투과광을 산란시키게 하고, 이 산란광을 광학계(64)로 경로 유도하여 카메라(65)로 산란광을 소정 시간 동안 촬영한다[산란광 영상 프레임 캡쳐, 예: 30~60초]. 그리고, 컴퓨터(66)로 카메라(65)에서 촬영한 소정 시간 동안의 산란광 영상 프레임들을 신호 처리하여 입자의 크기, 형상, 농도, 개수 등 입자 특성을 분석(측정)하여 컴퓨터(66)의 디스플레이를 통해 사용자에게 시각적으로 제공한다.
본 발명의 분석대상 입자는 나노 단위의 물질(nanoparticle)일 수 있으며, 그 입자 크기는 수 나노미터 ~ 수천 나노미터(예: 1nm ~ 2000nm)의 모든 종류의 입자일 수 있다. 예시적으로 분석대상 입자는 바이오 나노물질(bio-nanoparticles)로서 약물 전달 시스템 개발, 바이러스 백신, 나노 독성학 및 생물 지표, 단백질 응집, 세포외 소포(엑소좀 및 미소낭포) 등에 적용되는 것일 수 있다.
하부 광원(61)은 범용 백색광원으로서 300 W의 할로겐 램프 등으로 구현될 수 있다.
상부 광원(67)은 범용 백색광원으로 구현되거나 레이저 다이오드 등으로 구현될 수 있다. 이러한 상부 광원(67)은 투과광에 의한 유동 측정이 불가능한 시료에 대해 입자 특성을 분석하는데 사용되며, 예를 들어 금속고용체의 온도 변화에 따른 상 분리 분석, 솔더(Solder)의 용융점 분석, 이형 고분자 혼합물 또는 블록공중합 고분자 필름의 상 분리 분석 등이 될 수 있다. 즉, 금속 및 고분자를 포함한 불투과성 물질의 입자 특성 분석 시 상부 광원(67)이 사용되는 것이다.
광학계(64)는 20 배율(x20)을 갖는 대물 렌즈 등으로 구현될 수 있다.
카메라(65)는 CCD 카메라, EMCCD(Electron Multiplied Charged Coupled Device) 카메라, CMOS 카메라 등으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 초당 30 프레임(30 fps)을 촬영하는 일반적 카메라, 초당 1,000 프레임 ~ 초당 3,000 프레임을 촬영하는 (초)고속 카메라가 사용될 수 있다.
시료 캐필러리(63)는 직육면체 형상의 모세관으로 구현될 수 있으며, 그 외부 유리층으로 둘러싸인 내부 공간에 시료가 주입되어 그 양단이 실링될 수 있다. 시료 캐필러리(63)의 외관 크기는 예시적으로 1 mm X 1 mm X 80 mm일 수 있으며, 길이 80 mm는 분석대상 시료 종류 등에 따라 변경될 수 있다. 덧붙여, 시료 캐필러리(63)의 외부 유리층 두께는 주지의 현미경에서 사용되는 상용품 수준이면 족하다. 이와 같이 본 발명의 시료 캐필러리(63)는 1 mm X 1 mm X 80 mm 크기로서 이를 부피로 환산하면 0.08 cm3, 즉 0.08 ㎖이며, 시료가 주입된 내부 공간 부피가 외관 부피와 같다고 하더라도 최대 0.08 ㎖ 시료를 사용해 입자 특성을 분석할 수 있어, 보다 적은 시료 양만이 사용자에게 요구된다. 또한, 본 발명의 시료 캐필러리(63)는 모세관 구조로서 모세관 현상으로 시료를 빨아들여 손쉽게 시료를 주입할 수 있으며, 1 mm X 1 mm X 80 mm의 작은 크기로서 시료 캐필러리 내의 입자 움직임이 대류 현상에 영향을 받지 않고 브라운 운동에 의한 입자 움직임을 만들 수 있어 보다 정확한 입자 크기 측정 등 입자 특성 분석을 할 수 있다.
재물대(62)는 모터(도면에 도시되어 있지 않음)에 연결되어 있으며, 컴퓨터(66)의 모터 구동 제어 또는 사용자 직접 조작 등에 의해 상하 이동(예; 광학계(64) 및 카메라(65)의 초점 가변 시), 좌우 이동, 측면 틸팅(예; 수평이 기울어진 경우에 수평 잡기) 등 6축 방향으로 움직일 수 있다.
본 발명의 이미징 입자 분석 장치는 광 산란(light scattering)과 브라운 운동(brownian motion)을 현미경(microscope)에 응용한 것이다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
하부 광원(61)의 광을 시료 캐필러리(63)에 투과되도록 조사하여 시료 캐필러리(63)의 내부 공간에 위치한 브라운 운동을 하는 입자가 투과광을 산란시키게 한다.
그에 따라, 브라운 운동을 하는 입자에 의해 발생되는 시간 변화에 따른 산란광 변화를 카메라(65)로 획득하여 이 산란광 영상 프레임들을 퓨리에 분석하여 산란광의 시간적/공간적 정보가 분해되도록 처리하고, 이에 대한 해석을 통해 나노 입자의 크기를 측정한다.
즉, 카메라(65)로 획득한 산란광 영상 프레임들 간의 차영상을 구하고[예: 초당 3,000 프레임으로 2 초 간 촬영한 경우에 차영상은 5,999개], 이 차영상에 대해 2차원 퓨리에 변환을 한다. 이러한 차영상을 통해 각 픽셀 단위의 산란광 세기의 변화를 감지할 수 있으며, 차영상에 대한 퓨리에 변환으로 산란광의 공간적 분포를 얻고, 산란광 공간적 분포를 해석하여 시간 변화에 따른 산란광의 공간적/시간적 정보를 획득하는 것이다.
그런 후, 퓨리에 변환 결과를 중앙의 원점으로부터 동일한 픽셀 거리에 있는 값들의 평균을 구하는 방위각 스캔(Azimuthal Scan)을 수행한다. 도 8의 좌측 (a)는 2차원 퓨리에 변환 값의 방위각 스캔을 보여주는 개념도이고, 도 8의 우측 (b)는 시간 변화에 따른 방위각 스캔값의 절대치 변화를 보여주는 그래프이다. 도 8의 좌측 (a)에서 퓨리에 변환 값의 중앙으로부터 q1, q2, q3 각각은 산란각에 대응된다. 이처럼 본 발명에서 차영상으로부터 구한 퓨리에 변환 값은 다각 산란 정보를 포함하게 되고, 이 동심원을 따라 퓨리에 변환 값을 더한 합계치의 평균값을 시간 변화에 따라 그래프로 그리면 도 8의 우측 (b)와 같은 결과를 얻게 되는 것이다.
이렇게 구한 방위각 스캔값을 수치해석 기법을 사용해 입자 크기를 측정하는데, 이때 다음의 [수학식 4]를 사용한다.
Figure pat00004
여기서,
Figure pat00005
는 역공간에서 중심으로부터 떨어진 거리(q)에 따른 방위각 스캔값의 절대치, A(q)는 입자의 특성에 관계하며, B(q)는 카메라 자체에 기인하는 노이즈,
Figure pat00006
는 휴지 시간(relaxtion time)을 나타낸다.
[수학식 4]의 휴지 시간
Figure pat00007
는 확산 계수 Dm(diffusion co-efficient)과 역공간 위치 값(q)에 대해 다음의 [수학식 5]와 같은 관계를 갖는다.
Figure pat00008
[수학식 5]의 확산 계수 Dm은 상기 [수학식 1]의 스토크스-아인슈타인 공식(Stokes-Einstein relation)과 같은 관계를 갖는다.
위와 같은 [수학식 4], [수학식 5] 및 [수학식 1]을 바탕으로, [수학식 4]에 대해 비선형 커브 피팅(nonlinear curve fitting)을 수행하여 [수학식 4]의 3가지 상수(미지수), 즉 A(q), B(q),
Figure pat00009
를 추정하고, 추정한
Figure pat00010
의 값을 [수학식 5]에 대입해 [수학식 1]로부터 입자 크기 dh를 측정한다.
한편, 본 발명의 이미징 입자 분석을 하는데 있어 시료 정보 및 측정 조건 파라미터를 컴퓨터(66)에 입력하는 것이 바람직하다. 즉, 시료 캐필러리(63)에 주입한 분석대상 입자(시료)가 포함(용해)되어 있는 용액(현탁액)에 관한 정보와 측정 조건에 관한 파라미터를 컴퓨터(66)에 입력한다. 여기서, 시료 정보 및 측정 조건 파라미터는 이미지 개수, 평균 횟수, 이미지 인터벌, 라디우스 인터벌, 온도값 입력, 광원 변위 센서, 배경 먼지 이미징 제거 등이 될 수 있다. 이와 같이 입력한 시료 정보 및 측정 조건 파라미터에 따라 광 조사 제어, 영상 촬영 제어, 영상 프레임 신호 처리 제어가 다르게 설정되어 처리 될 수 있게 하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같은 본 발명의 이미징 입자 분석 장치의 이점은 다음과 같다.
실공간 영상 관측과 동시에 역공간 산란 정보를 분석할 수 있으며, 입자 크기 측정 중 일어나는 시료의 실제 변화를 관측할 수 있다. 또한, 복잡한 레이저 광학계를 사용하지 않으므로 레이저 광학계의 구성, 정렬, 유지보수 등이 필요하지 않으며, 광원에 의한 시료 손상이 없고, 레이저 광원에 의해 분해되거나 다른 영향을 받는 시료 등에 대해서도 제한 없이 분석이 가능하다. 또한, 기존 DLS 방식 입자 크기 측정 장비를 통해서는 측정할 수 없었던 저 측정각에서의 측정 역시 가능하다. 또한, 기존 DLS 방식 입자 크기 측정 장비가 여러 번 측정하여 얻을 수 있는 정보를 한 번의 측정으로 획득할 수 있으며, 통상적인 광학 현미경용 샘플 수준인 수 ㎕의 시료에 대해 입자 크기 측정이 가능하다.
다음으로, 본 발명의 또 다른 주요한 특징들에 대해 설명하기로 한다.
도 9는 도 6의 이미징 입자 분석 장치의 실시간 다초점 영상 촬영 및 합성 과정을 보여주는 설명도이다.
본 발명의 이미징 입자 분석 장치는 전술한 바와 같이 광 산란과 브라운 운동을 응용해 입자 크기 측정 등 입자 특성 분석 기능을 비롯해, 실시간 다초점 기반 이미징 입자 분석 기능이 탑재되어 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 컴퓨터(66)에 의한 모터 제어 등으로 재물대(62)를 광학계(64)의 방향으로 높이를 올려 실시간으로 초점(포커싱)을 가변시키면서, 재물대(62) 위에 올려진 시료(91)의 입자에 대해 카메라(65)로 실시간 고속으로 초점별 입자 영상들을 촬영한다. 그리고, 컴퓨터(66)로 카메라(65)에서 촬영한 초점별 입자 영상들을 합성하여 입자의 특성을 분석한다.
즉, 본 발명의 실시간 다초점 입자 분석 모드에서는 실시간으로 초점을 가변시켜 각각의 초점이 입자의 날카로운 부분(즉 표면 경계, 엣지)에 맞춰지게 하고, 이때 각각의 입자 표면 경계에 포커싱된 초점별 입자 영상들을 실시간 고속으로 촬영한다. 그리고, 카메라(65)로 촬영한 초점별 입자 영상들의 각각의 입자 표면 경계를 중심으로 합성하여 단일 입자 영상을 만들어서 그 입자 특성을 분석한다.
상기 입자 특성은 입자의 크기, 면적, 장축, 단축, 구형도, 둘레, 형태 등이 될 수 있다. 또한, 분석 대상 입자는 수 nm 단위의 입자 또는 수 ㎛ ~ 수 mm 범위의 고체 분말 또는 수 ㎛ 단위의 유동 세포 등이 될 수 있으며, 금속 분말 및 판넬의 이물 검출 등에 적용될 수 있다.
위와 같은 실시간 초점(포커싱) 가변 방법으로는 컴퓨터(66)에 의한 모터 제어 등으로 재물대(62)를 광학계(64)의 방향으로 소정 거리 만큼 높이를 올리거나 내릴 수 있으며, 다른 예시로 컴퓨터(66)에 의한 모터 제어 등으로 광학계(64)를 재물대(62)의 방향으로 소정 거리 만큼 높이를 올리거나 내릴 수 있다. 물론, 사용자가 수동으로 재물대(62) 또는 광학계(64)를 조정하여 실시간 초점(포커싱)을 가변시킬 수 있다.
본 발명의 실시간 다초점 입자 분석 모드에서 카메라(65)는 초당 1,000 프레임 이상을 촬영하는 고속 카메라이면 족하다.
또한, 분석 대상 입자의 종류 등에 따라 시료에 대해 조사하는 광원을 하부 광원(61)에 의한 투과광 또는 상부 광원(67)에 의한 반사광으로 선택적으로 사용할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 실시간 다초점 기반 이미징 입자 분석 장치의 이점은 다음과 같다.
도 6을 참조해 설명한 이미징 입자 분석 장치의 부품 변경 없이(스펙 추가 없이) 실시간 다초점 기반 이미징 입자 분석 기능을 복합적으로 탑재시킬 수 있고, 입자의 날카로운 부분(표면 경계)을 선명하게 촬영할 수 있고, 분석 대상 입자 종류 등 입자 특성 분석 영역을 넓힐 수 있고, 이미징 기반 카메라 촬영 영상으로 입자 형상 측정 등과 같은 시장 니즈를 충족시킬 수 있고, 기존 현미경의 짧은 렌즈 초점 영역을 극복해 다양한 종류 및 크기의 입자 특성을 분석할 수 있고, 실제 입자의 크기 및 형태를 볼 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 6을 참조해 설명한 본 발명의 이미징 입자 분석 장치 또는 도 9를 참조해 설명한 본 발명의 실시간 다초점 입자 분석 장치는, 도 4를 참조해 설명한 산란광 필터링부를 광학계(64)와 카메라(65) 사이에 구비할 수 있다. 이러한 산란광 필터링부에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
또한, 도 6을 참조해 설명한 본 발명의 이미징 입자 분석 장치 또는 도 9를 참조해 설명한 본 발명의 실시간 다초점 입자 분석 장치는, 도 5를 참조해 설명한 수평계를 재물대(62) 상에 구비할 수 있다. 이러한 수평계에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 10은 본 발명에 따른 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드를 구비한 복합 장치에 대한 일실시예 사시도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드를 구비한 복합 장치는 레이저 광원(101), 하부 광원(102), 상부 광원(103), 재물대(104), 시료 캐필러리(105), 광학계(106), 카메라(107) 및 도면에 도시하지 않은 컴퓨터 등을 포함한다.
또한, 도 10의 복합 장치는 도 4를 참조해 설명한 산란광 필터링부와, 도 5를 참조해 설명한 광반사 방지부 및 수평계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 복합 장치는 도 1 내지 도 5를 참조해 설명한 입자 추적 분석 장치의 기능과 도 6 내지 도 8을 참조해 설명한 이미징 입자 분석 장치의 기능을 하나의 장치에서 수행하는 것으로, 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드를 복합적으로 수행하는 것이다.
물론, 본 발명의 복합 장치는 도 1 내지 도 5를 참조해 설명한 입자 추적 분석 장치의 기능과 도 9를 참조해 설명한 실시간 다초점 입자 분석 기능을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 복합 장치는 도 1 내지 도 5를 참조해 설명한 입자 추적 분석 장치의 기능과 도 6 내지 도 8을 참조해 설명한 이미징 입자 분석 장치의 기능과 도 9를 참조해 설명한 실시간 다초점 입자 분석 기능을 수행할 수 있다.
즉, 본 발명의 복합 장치는 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드를 수행하는데 있어, 입자 추적 분석 모드를 수행하는 경우에는 레이저 광원(101), 재물대(104), 시료 캐필러리(105), 광학계(106), 카메라(107)를 사용하고, 이미징 입자 분석 모드를 수행하는 경우에는 하부 광원(102), 재물대(104), 시료 캐필러리(105), 광학계(106), 카메라(107)를 사용한다.
이와 같이 본 발명의 복합 장치는 분석 모드에 따라 부품을 공용해 그 기능을 수행할 수 있어 입자 추적 분석 장치와 이미징 입자 분석 장치 및 실시간 다초점 입자 분석 장치를 개별적으로 만드는 것에 비해 제조 단가를 낮출 수 있으며, 입자 추적 분석 장치와 이미징 입자 분석 장치 및 실시간 다초점 입자 분석 장치의 구조, 스펙, 기능, 처리 과정에 어떠한 변형을 주지 않고서도 구현할 수 있으며, 복합 장치에서 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드 및 실시간 다초점 입자 분석 모드를 각각 수행하는데 있어 부품, 처리 과정 사이에 어떠한 간섭도 없어 성능 저하 없이 입자 특성을 분석할 수 있는 이점이 있다.
다음으로, 본 발명의 시료 캐필러리 장착 모듈에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 11은 본 발명에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈에 대한 일실시예 사시도이고, 도 12a 내지 도 12c는 본 발명에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈에 대한 다른 실시예 사시도이고, 도 13은 본 발명에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈이 구비된 복합 장치에 대한 일실시예 사시도이다.
본 발명에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈은 도 1 내지 도 5를 참조해 설명한 입자 추적 분석 장치, 도 6 내지 도 9를 참조해 설명한 이미징 입자 분석 장치, 도 10을 참조해 설명한 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드를 구비한 복합 장치의, 재물대(12, 62, 104) 상에 탑재되는 것으로서, 시료 캐필러리(13, 63, 105)가 이 시료 캐필러리 장착 모듈에 올려진다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈(200)의 상부면에는 그 길이 방향으로 시료 캐필러리(13)가 안착되게 하는 안착 홈(201)이 형성되어 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈(200)의 측면 일측으로부터 측면 타측으로 관통 홈(202)이 형성되어 시료 캐필러리 장착 모듈(200)의 측면을 향해 조사되는 광이 입사되어 시료 캐필러리(13)를 통과해 출사되게 한다.
도 12a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈(300)의 상부면에는 그 길이 방향으로 시료 캐필러리(13)가 안착되게 하는 안착 홈(301)이 형성되어 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈(300)의 측면 일측으로부터 측면 타측으로 관통 홈(302)이 형성되어 있되, 시료 캐필러리 장착 모듈(300)의 측면 타측이 막혀 있는 구조로서 이 측면 타측에 도 5를 참조해 설명한 광반사 방지부(303)가 형성되어 있다. 즉, 도 12a와 같이 시료 캐필러리 장착 모듈(300)의 측면 타측에 광반사 방지부(303)를 형성한 경우에는 입자 추적 분석 장치에 광반사 방지부(18)를 구비하지 않아도 되는 것이다.
도 12b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈(400)의 상부면에는 그 길이 방향으로 시료 캐필러리(13, 63, 105)가 안착되게 하는 안착 홈(401)이 형성되어 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈(400)의 측면 일측으로부터 측면 타측으로 관통 홈(402)이 형성되어 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈(400)의 하부면에는 특정 크기를 갖는 하부 홈(403)이 형성되어 있다.
즉, 시료 캐필러리 장착 모듈(400)의 하부 홈(403)은 도 7의 이미징 입자 분석 장치의 재물대(62)의 구멍 또는 도 10의 복합 장치의 재물대(104)의 구멍에 맞닿는 것으로서, 하부 광원(61, 102)으로부터 조사되는 광이 재물대(104)의 구멍, 시료 캐필러리 장착 모듈(400)의 하부 홈(403)을 통과해 시료 캐필러리(63, 105)에 투과되게 한다. 이러한 도 12b의 시료 캐필러리 장착 모듈(400)은 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드에서 공용으로 사용할 수 있는 것이다.
도 12b의 시료 캐필러리 장착 모듈(400)은 도 12a와 같이 시료 캐필러리 장착 모듈(400)의 측면 타측이 막혀 있는 구조로서 이 측면 타측에 광반사 방지부가 형성될 수 있다.
도 12c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 시료 캐필러리 장착 모듈(500)의 상부면에는 그 길이 방향으로 시료 캐필러리(13, 63, 105)가 안착되게 하는 안착 홈(501)이 형성되어 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈(500)의 측면 일측으로부터 측면 타측으로 관통 홈(502)이 형성되어 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈(500)의 상부측에 덮개(503)를 구비하고, 이 덮개(503)에 특정 크기를 갖는 상부 홈(504)이 형성되어 있다.
즉, 도 12c의 시료 캐필러리 장착 모듈(500)은 그 내부에 올려진 시료 캐필러리(13, 63, 105)의 외부가 먼지 등과 같은 이물질이 침투되지 못하게 덮개(503)를 구비한 것이며, 시료 캐필러리(13, 63, 105)로부터의 산란광이 상부 방향으로 나가므로 덮개(503)에 산란광 출구 경로로 상부 홈(504)을 형성한 것이다.
또한, 도 12c의 시료 캐필러리 장착 모듈(500)의 덮개(503)는 시료 캐필러리 장착 모듈(500)의 측면과 덮개(503)의 일측을 힌지로 체결하여 덮개(503)가 개폐되는 구조로 할 수 있다. 예컨대, 덮개(503)를 연 상태에서 시료 캐필러리(13, 63, 105)를 올리고서 덮개(503)를 닫은 후에 측정을 시작할 수 있다.
또한, 도 12c의 시료 캐필러리 장착 모듈(500)의 안착 홈(501)의 양단이 막힌 구조로 하여 안착 홈(501)의 양단을 통해 들어올 수 있는 먼지 등과 같은 이물질 침투를 차단할 수도 있다.
또한, 도 12c의 시료 캐필러리 장착 모듈(500)의 하부면에 특정 크기를 갖는 하부 홈을 형성할 수도 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈(500)의 측면 타측이 막혀 있는 구조로서 이 측면 타측에 광반사 방지부가 형성될 수도 있다.
한편, 도 11 내지 도 12c의 시료 캐필러리 장착 모듈(200, 300, 400, 500)은 광 반사 방지를 위해 Al2O3 등과 같이 무광 아노다이징 표면 처리가 되어 있을 수 있다.
한편, 도 13에 도시된 바와 같이 도 11 내지 도 12c의 시료 캐필러리 장착 모듈(200, 300, 400, 500)은 체결부재에 의해 재물대(12, 62, 104)에 고정되어 탑재된다.
다른 예시로, 도 13에서 시료 캐필러리 장착 모듈(200, 300, 400, 500)의 하부 외관면에 길이 방향으로 요철 홈이 형성되어 있을 수 있고, 재물대(12, 62, 104)의 상부면측에도 시료 캐필러리 장착 모듈(200, 300, 400, 500)의 요철 홈에 대응되는 요철 홈이 형성되어 있을 수 있다. 이러한 시료 캐필러리 장착 모듈(200, 300, 400, 500)의 요철 홈과 재물대(12, 62, 104)의 요철 홈을 체결해 고정시킬 수 있다. 이러한 요철 홈으로 스토퍼 및 가이드 체결 기능을 하게 한다.
한편, 도 13에 도시된 바와 같이 레이저 광원(11, 101)의 광 조사 방향을 고정하기 위해 고정부재(901)에 탑재할 수 있다. 이러한 레이저광원 고정부재(901)는 시료 캐필러리 장착 모듈(200, 300, 400, 500)에 탑재된 시료 캐필러리(13, 63, 105)의 측면으로 광 조사를 할 수 있는 임의의 위치, 예컨대 재물대(12, 62, 104)의 상부측 등에 설치될 수 있다.
본 발명에 있어 시료 캐필러리(13, 63, 105)를 그 길이 방향으로 탑재한 시료 캐필러리 장착 모듈(200, 300, 400, 500)과 레이저 광원(11, 101)의 광 조사 방향을 고정한 고정부재(901)를 사용해, 레이저 광 조사 축과 시료 캐필러리 측면 축에 대해 소정 각도를 주어(수평 축을 틀어) 레이저 빔을 조사하는데 있어 장치 구성의 편의성 및 정확성을 줄 수 있다. 즉, 레이저 광 조사 축과 시료 캐필러리 측면 축의 각도를 어떤 값으로 셋팅하고자 하는 경우에, 이 각도에 맞춰 레이저광원 고정부재(901)의 장착 방향을 틀거나 시료 캐필러리 장착 모듈(200, 300, 400, 500)의 장착 방향을 틀면 되는 것이다.
전술한 본 발명의 시료 캐필러리 장착 모듈의 이점은 다음과 같다.
1 mm X 1 mm X 80 mm의 작은 크기를 갖는 시료 캐필러리를 분석 장치에 손쉽게 탑재할 수 있어 사용자의 조작 편의성 및 핸들링 용이성을 줄 수 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈에 시료가 주입된 시료 캐필러리를 올리기만 하면 되기 때문에 시료 교체 시 세척 등 시료 준비 사전 작업을 간편하고 편리하게 할 수 있고, 시료 캐필러리 장착 모듈을 통해 조사 광을 시료 캐필러리에 정확하게 포커싱되게 할 수 있어 측정 정확성 및 신뢰성을 줄 수 있고, 레이저 광 조사 축과 시료 캐필러리 측면 축에 대해 레이저 빔 조사를 다양하게 원하는 각도로 할 수 있게 하고, 입자 추적 분석 모드와 이미징 입자 분석 모드에 공용으로 사용할 수 있는 시료 캐필러리 장착 모듈로 부품 개수를 줄여 제조 단가를 낮출 수 있도록 하는 이점이 있다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
11 : 레이저 광원 12 : 재물대
13 : 시료 캐필러리 14 : 광학계
15 : 카메라 16 : 컴퓨터

Claims (12)

  1. 분석대상 입자가 주입되어 있는 시료 캐필러리가 장착되는 시료 캐필러리 장착 모듈로서,
    상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 상부면에는 그 길이 방향으로 시료 캐필러리가 안착되게 하는 안착 홈이 형성되어 있고,
    상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 측면 일측으로부터 측면 타측으로 관통 홈이 형성되어 있고,
    상기 시료 캐필러리 장착 모듈은 재물대 상에 탑재되어, 시료 캐필러리 장착 모듈의 측면을 향해 조사되는 광이 상기 관통 홈의 측면 일측으로 입사되어 시료 캐필러리를 통과해 측면 타측으로 출사되게 하는 것을 특징으로 하는 시료 캐필러리 장착 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 하부면에는 특정 크기를 갖는 하부 홈이 형성되어, 시료 캐필러리 장착 모듈의 하부면을 향해 조사되는 광이 시료 캐필러리를 투과되게 하는 것을 특징으로 하는 시료 캐필러리 장착 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 관통 홈의 측면 타측에 시료 캐필러리를 통과한 광의 반사를 방지하는 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 시료 캐필러리 장착 모듈.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 상부측에 특정 크기를 갖는 상부 홈이 형성되어, 시료 캐필러리로부터의 산란광이 외부로 출사되게 하는 것을 특징으로 하는 시료 캐필러리 장착 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 시료 캐필러리 장착 모듈 상부측의 상부 홈은 덮개에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 시료 캐필러리 장착 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 안착 홈의 양단이 막힌 구조인 것을 특징으로 하는 시료 캐필러리 장착 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 외관면에 요철 홈이 형성되어, 상기 재물대 상에 가이드 체결되는 것을 특징으로 하는 시료 캐필러리 장착 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 시료 캐필러리 장착 모듈을 재물대 상에 탑재하는데 있어, 시료 캐필러리 장착 모듈의 측면을 향해 조사되는 광 축과 시료 캐필러리 장착 모듈 측면 축이 특정 각도로 광 조사가 이루어지게 하는 것을 특징으로 하는 시료 캐필러리 장착 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 측면을 향해 조사되는 광 축과 시료 캐필러리 장착 모듈 측면 축 사이의 특정 각도는 10° 내지 80°인 것을 특징으로 하는 시료 캐필러리 장착 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 시료 캐필러리 장착 모듈 상부면의 안착 홈에 직육면체 모세관 구조의 시료 캐필러리가 안착되는 것을 특징으로 하는 시료 캐필러리 장착 모듈.
  11. 분석대상 입자가 주입되어 있는 시료 캐필러리가 장착되는 시료 캐필러리 장착 모듈;
    상기 시료 캐필러리 장착 모듈이 탑재되는 재물대;
    상기 시료 캐필러리 장착 모듈에 안착된 시료 캐필러리의 측면에 대해 광을 조사하는 레이저 광원;
    상기 레이저 광원으로 시료 캐필러리에 광을 조사한 것에 따라 상기 광이 지나가는 시료 캐필러리 상의 입자가 광을 산란시키고, 이 산란광에 의한 입자 영상을 카메라로 경로 유도하는 광학계;
    상기 광학계로부터 경로 유도되는 산란광 입자 영상을 특정 시간 동안 촬영하는 카메라; 및
    상기 분석대상 입자에 관해 입력받은 정보와 상기 카메라에서 촬영한 특정 시간 동안의 산란광 입자 영상 프레임들을 신호 처리한 결과를 이용하여, 입자 이동을 추적하고, 입자 특성을 분석하는 컴퓨터를 포함하며,
    상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 상부면에는 그 길이 방향으로 시료 캐필러리가 안착되게 하는 안착 홈이 형성되어 있고,
    상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 측면 일측으로부터 측면 타측으로 관통 홈이 형성되어 있고,
    상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 측면을 향해 조사되는 광이 상기 관통 홈의 측면 일측으로 입사되어 시료 캐필러리를 통과해 측면 타측으로 출사되게 하는 것을 특징으로 하는 입자 분석 장치.
  12. 분석대상 입자가 주입되어 있는 시료 캐필러리가 장착되는 시료 캐필러리 장착 모듈;
    상기 시료 캐필러리 장착 모듈이 탑재되는 재물대;
    상기 시료 캐필러리 장착 모듈에 안착된 시료 캐필러리의 하면에 대해 광을 조사하는 하부 광원;
    상기 하부 광원으로 시료 캐필러리에 광을 조사한 것에 따라 상기 광이 투과되는 시료 캐필러리 상의 입자가 광을 산란시키고, 이 산란광에 의한 영상을 카메라로 경로 유도하는 광학계;
    상기 광학계로부터 경로 유도되는 산란광 영상을 특정 시간 동안 촬영하는 카메라; 및
    상기 분석대상 입자에 관해 입력받은 정보와 상기 카메라에서 촬영한 특정 시간 동안의 산란광 영상 프레임들을 신호 처리한 결과를 이용하여 입자 특성을 분석하는 컴퓨터를 포함하며,
    상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 상부면에는 그 길이 방향으로 시료 캐필러리가 안착되게 하는 안착 홈이 형성되어 있고,
    상기 시료 캐필러리 장착 모듈의 하부면에는 특정 크기를 갖는 하부 홈이 형성되어, 시료 캐필러리 장착 모듈의 하부면을 향해 조사되는 광이 시료 캐필러리를 투과되게 하는 것을 특징으로 하는 이미징 입자 분석 장치.
KR1020160009387A 2016-01-26 2016-01-26 시료 캐필러리 장착 모듈을 구비하는 입자 분석 장치 KR101793568B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160009387A KR101793568B1 (ko) 2016-01-26 2016-01-26 시료 캐필러리 장착 모듈을 구비하는 입자 분석 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160009387A KR101793568B1 (ko) 2016-01-26 2016-01-26 시료 캐필러리 장착 모듈을 구비하는 입자 분석 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170089236A true KR20170089236A (ko) 2017-08-03
KR101793568B1 KR101793568B1 (ko) 2017-11-03

Family

ID=59655658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160009387A KR101793568B1 (ko) 2016-01-26 2016-01-26 시료 캐필러리 장착 모듈을 구비하는 입자 분석 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101793568B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200132417A (ko) * 2019-05-17 2020-11-25 주식회사 제이엔옵틱 시료 고정 장치 및 시료의 재치 방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010249760A (ja) 2009-04-20 2010-11-04 Bridgestone Corp サンプルホルダー
KR101472454B1 (ko) * 2013-04-29 2014-12-16 전자부품연구원 실공간 영상 기반 광 산란 분석 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200132417A (ko) * 2019-05-17 2020-11-25 주식회사 제이엔옵틱 시료 고정 장치 및 시료의 재치 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101793568B1 (ko) 2017-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101766838B1 (ko) 입자 분석 장치
KR101793559B1 (ko) 입자 분석 장치 및 그 방법
JP6976605B2 (ja) 粒子径計測方法及びその装置
KR101884108B1 (ko) 산란광(pta)을 이용한 입자 추적 분석 방법 및 모든 유형의 액체 내에서 나노미터 크기 오더의 입자를 검출 및 식별하기 위한 장치
DE69524077T2 (de) Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der teilchengrössenverteilung
JP7216005B2 (ja) 焦点可変レンズを用いた粒子特性評価装置
CA2745587A1 (en) Optical sectioning of a sample and detection of particles in a sample
KR102349474B1 (ko) 나노 입자 추적 및 계수 장치에 기초한 광 시트에 대해 조사된 볼륨을 캘리브레이션하는 방법
JPH0424541A (ja) 内部欠陥測定方法および装置
CN101949819A (zh) 一种基于图像识别的细胞计数方法
US20060142662A1 (en) Analysis apparatus and method comprising auto-focusing means
KR101793568B1 (ko) 시료 캐필러리 장착 모듈을 구비하는 입자 분석 장치
CN208795640U (zh) 观察容器及微小粒子测量装置
Singh et al. Monitoring of subvisible particles in therapeutic proteins
Jiang et al. Measuring particle size distribution using LED-illumination
EP1228355B1 (de) Verfahren und einrichtungen zum messen und bewerten des streuverhaltens von oberflächen
CN106841036A (zh) 激光干涉成像系统中样品池的最佳摆放方式
JP7182741B2 (ja) コロイド中のナノ粒子のサイズを決定するための改良された方法
KR101472454B1 (ko) 실공간 영상 기반 광 산란 분석 장치
Monakhova et al. A Comparative Study of Different Software Packages for Nanoparticle Tracking Analysis
US20230175949A1 (en) Imaging flow cytometer
JP4016328B2 (ja) 粘度測定方法および測定装置
WO2024052440A1 (en) Inspection system and method for a closed medical container
Swit et al. A multi-method approach for beam characterization of microfading testers used in cultural heritage conservation science
JP2022509382A (ja) 赤血球の等体積球状化

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)