KR20170128786A - 다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 방법 및 장치 - Google Patents

다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 방법 및 장치 Download PDF

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KR20170128786A
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국방과학연구소
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Abstract

다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명에서는, 서로 다른 파장을 갖는 복수의 광원들을 포함하여 이루어지는 광원부와; 복수의 광원들을 입자에 조사하여 획득된 산란신호 및 형광신호를 검출하는 검출부와; 검출부에 의해 검출된 산란신호 및 형광신호를 분석하여 생물입자인지를 결정하고 이와 동시에 생물체별 파장특성을 기초로 생물입자의 생물학을 분류하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

Description

다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 방법 및 장치{METHOD AND SYSTEM FOR DETECTING AND SEPARATION OF BIOLOGICAL PARTICLES USING MULTI-WAVELENGTH FLUORESCENCE ANALYSIS}
본 발명은 생물입자를 분류하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 생물학 입자를 실시간으로 분석 및 감시하고, 이를 동시에 정해진 군으로 분류할 수 있는 다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
생물입자 감시장치는 대기 중에 부유하고 있는 입자를 흡입하여, 레이저 광속을 통과할 때 발생하는 산란광과 형광을 분석한 다음, 그 분석결과를 바탕으로 대기 중의 생물입자의 개수를 실시간으로 감시한다.
이와 같은 생물입자 감시장치에 적용된 실시간 생물입자 측정 기술로는, 대기 중 부유입자를 흡입하여 이송된 단일입자에 빛을 조사하고, 그에 따라 발생한 산란광(scattering light)의 세기와 미약한 형광(fluorescent light)의 세기를 측정하여 세균입자인지 일반입자인지를 구분하는 레이저 유도형광 기술이 있었다. 최근에는, 이러한 레이저 유도형광 기술의 단점을 보완하여 자외선 LED를 이용한 자외선 유도형광 기술이 활발하게 연구되고 있다.
자외선 유도형광을 이용한 생물입자 감시 기술은, 공기 중에 부유하는 입자를 흡입하여 노즐에 통과시키고 입자가 지나가는 노즐 끝에 자외선 광원을 조사하는 것이다.
이에 의하면, 일반입자는 조사된 빛에 의해 산란을 일으키며 이 산란광의 크기는 구형(spherical) 입자 기준으로 입자의 지름에 비례한다. 반면, 생물입자는 형광물질을 갖고 있어서 산란뿐만 아니라, 광원을 흡수한 후에 형광을 방출한다. 따라서 형광과 산란을 각각의 광검출기로 측정하게 되면, 입자가 지나갈 때 생물입자인지를 확인할 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-1995-7001601호
본 발명은, 산란 및 형광 분석을 통해 생물입자인지 여부만을 확인하는데 그치지 않고, 다중파장을 이용하여 생물입자의 형광 패턴을 분석하여 생물입자를 검출 및 분석하고, 이를 기초로 생물학 분류가 실시간으로 가능한 다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 방법 및 장치을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 장치는, 서로 다른 파장을 갖는 복수의 광원들을 포함하여 이루어지는 광원부; 상기 복수의 광원들을 입자에 조사하여 획득된 산란신호 및 형광신호를 검출하는 검출부; 및 상기 검출부에 의해 검출된 산란신호 및 형광신호를 분석하여 생물입자인지를 결정하고 이와 동시에 생물체별 파장특성을 기초로 상기 생물입자의 생물학을 분류하는 제어부를 포함하여 이루어진다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 광원들 각각은 LED, 레이저 다이오드(LD), 또는 조화파 레이저 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 검출부에 의해 검출된 산란광 및 형광신호를 기초로 생물입자인지 여부를 결정하고, 검출된 형광신호의 파장 및 신호의 세기를 분석하는 탐지 모듈과, 상기 탐지모듈의 분석 결과를 생물체별 파장특성에 적용시켜서, 생물입자의 생물학을 분류하는 분류 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 광원들은, 275nm 또는 250~300nm의 파장을 갖는 제1광원, 350nm 또는 320~380nm의 파장을 갖는 제2광원, 및 420nm 또는 400~450nm의 파장을 갖는 제3광원을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 분류 모듈은, 형광신호가 검출되지 않는 경우 비생물입자로 분류하는 제1수단과, 산란신호와 동시에 상기 제1광원에 의해 방출된 형광신호만 탐지된 경우 해당 입자를 독소로 분류하는 제2수단과, 산란신호와 동시에 상기 제1광원, 제2광원, 제3광원에 의해 방출된 형광신호들이 모두 탐지된 경우 해당 입자를 세균으로 분류하는 제3수단과, 산란신호와 동시에 상기 제1광원에 의해 방출된 제1형광신호와, 상기 제1형광신호보다 상대적으로 약한 세기의 신호를 갖는 상기 제2광원 및 제3광원으로부터 방출된 형광신호들이 탐지된 경우 해당 입자를 포자로 분류하는 제4수단을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 검출부는, 단일의 광학셀을 적용하여 시간차를 두고 다중 파장을 입자에 조사하여 획득된 각 파장 대역의 형광신호를 측정할 수 있는 단일의 검출기 또는 다수의 검출기일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 검출부가 단일의 검출기로 이루어진 경우, 단일의 검출기의 전단에는 각각 다른 파장의 형광에 매칭되는 복수의 필터를 원형 회전판에 부착하고, 시간 트리거에 대응되는 형광신호에 적합한 필터를 선택적으로 이동시켜서 해당 형광신호를 검출할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 검출부는, 다중 광학셀을 적용하여 형광셀 별로 각각 대응되는 파장을 입자에 조사한 것을, 각 파장에 대한 형광신호를 검출하는 각각 단일의 검출기를 포함하여 이루어질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 검출부는, 단일의 광학셀을 적용하고, 상기 복수의 광원들의 전단과 상기 단일의 광학셀 사이에 마련된 적어도 하나의 반사판을 이용하여 상기 복수의 광원들이 동시에 다중 파장을 입자에 조사하여 획득된 각 파장 대역의 형광신호를 측정하도록 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른, 다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 방법은, 서로 다른 파장을 갖는 복수의 광원들을 입자에 조사하는 단계; 상기 복수의 광원들을 입자에 조사하여 획득된 산란신호 및 형광신호를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 산란신호 및 형광신호를 분석하여 생물입자인지를 결정하고 이와 동시에 생물체별 파장특성을 기초로 생물입자의 생물학을 분류하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 방법 및 장치에 의하면, 다중 파장을 이용하여 발생되는 다중의 형광 특성을 기반으로 생물입자를 탐지함과 동시에, 탐지한 생물이 세균인지, 포자인지, 아니면 독소(단백질)인지를 분류하는 것이 가능하다. 이에 의하면, 병원성 균 및 포자 혹은 독소에 오염된 지역, 인원, 장비 등은 각각의 오염 물질에 따라 적절한 제독 방법의 설정 및 실행이 가능해져서, 치료 방법 및 시기의 결정에 큰 도움을 줄 수 있다. 또한 민수 분야 및 공공 분야에서 질병의 확산 및 생물학 테러 감시에 획기적인 역할을 수행할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 예에 따른 다중파장 형광 분석을 이용한 생물입자 분류를 위한 검출장치의 구성을 개략적으로 보여주는 예시 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 실시 예에 따른 다중파장 형광 분석을 이용한 생물입자 탐지 및 분류를 위한 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3, 도 4, 및 도 5, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따라, 다중파장 형광 분석을 이용한 생물입자 분류를 위해, 광학셀에서의 광원 및 검출장치의 서로 다른 배치방법의 예시들을 보여주고 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라, 생물입자 분류를 위한 대표적인 발광원에 대한 형광 특성을 보여주는 그래프이다.
먼저, 본 발명의 실시예는 자외선 유도형광 기술이 적용되는 모든 환경에 적용될 수 있음을 미리 밝혀둔다
또한, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 설명되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 즉, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항복들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에서는 다중파장을 이용하여 발생되는 다중 형광 특성을 기반으로 생물입자를 탐지하고, 이와 동시에 다수의 생물학군, 예를 들어 미생물로 분류되는 세균, 포자, 독소(단백질) 등으로 분류하는 방법을 제시하였다.
이와 관련하여, 아래의 표 1은 세균, 포자, 그리고 독소 각각의 형광 발광원 함유 비율을 보여주며, 표 2는 생물체 내부의 대표 형광 발광원의 종류와 그 특징을 보여준다.
Figure pat00001
Figure pat00002
이와 같은 표 1과 표 2에 따르면, 생물입자의 특성에 따라 독소입자와 세균 및 포자의 생물입자를 서로 구분할 수 있다.
여기서는, 대표적인 UV 계통의 LED로서 275nm, 350nm, 420nm 의 3가지 파장을 가정한다. 이 중, 275 nm의 LED를 이용하면 Tryptophan, Tyrosine, Phenylalanine 등의 아미노산의 형광을 발생시킬 수 있으므로, 단백질의 형광을 측정할 수 있다. 또한, 350nm 의 파장은 생물체내의 NADH의 형광 발생시킬 수 있고, 420nm는 Riboflavin 특이적으로 형광을 발생시킬 수 있다.
이러한 형광 파장을 기초로 생물학을 분류할 수 있다. 구체적으로, 생물입자 중 독소의 경우는 단백질로만 구성되어 있기 때문에 275nm로 형광 측정이 가능하며 350nm 및 450nm에서는 형광이 발생되지 않는다. 또한, 세균의 경우 공통적으로 단백질, NADH, Riboflavin을 모두 포함하고 있기 때문에 270nm,. 350nm, 420nm 세 개의 파장에서 형광이 모두 발생하게 된다. 한편, 포자의 경우 단백질의 함량은 높은 편이어서 270nm에서 형광이 측정되지만 NADH 와 Riboflavin의 경우 그 함량이 세균에 비해서는 매우 적기 때문에 350nm와 420nm에서는 세균에 비해 매우 낮은 신호를 갖는 형광이 발생된다. 이와 같이 3 가지 파장의 신호의 조합하여, 생물입자를 서로 다른 생물학으로 분류할 수 있다.
먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 다중파장 형광 분석을 이용한 생물입자 분류를 위한 검출장치의 구성을 개략적으로 보여주는 예시 블록도이다.
검출장치(100)는 크게, 광원부(10), 검출부(20), 제어부(50), 및 표시부(70)를 포함할 수 있으며, 제어부(50)는 생물입자를 탐지하기 위한 탐지모듈(52)와 탐지된 생물입자의 생물학을 분류하기 위한 분류모듈(54)을 포함할 수 있다.
광원부(10)는 가시광선 또는 특정 파장 영역의 빛을 발광하는 수단이다. 본 발명에서, 광원부(10)는 다양한 종류의 생물학군을 갖는 다양한 생물입자가 포함된 시료 등에 빛을 공급한다. 그러면, 검출부(20)는 무생물입자로부터 반사된 산란광을 검출하거나 또는 생물입자로부터 반사된 산란광 및 형광을 각각 구별되게 검출한다.
이때, 다양한 생물(미생물 포함)의 형광 특성을 갖는 정해진 파장 영역대들만의 빛을 필터링하기 위한 여기 필터(excitation filter)(미도시)가 더 포함될 수 있다. 반면, 일 실시 예에서는, 광원부(10)가 다양한 생물(미생물 포함)의 형광 특성을 나타내는 특정 파장 영역대들의 빛만을 발광하는 광원들이 사용될 수도 있으며, 이러한 경우 상술한 여기 필터는 제외될 수 있다.
또한, 상기 광원부(10)는 서로 다른 파장대역의 빛을 조사하는 복수의 광원들로 이루어질 수 있다. 이때, 각각의 광원들은 LED, 레이저 다이오드(LD), 또는 조화파 레이저 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 복수의 광원들은, 예를 들어, 275nm(일 예로, 250~300nm으로 표현하는 것도 가능함) 파장을 갖는 제1광원과, 350nm(일 예로, 320~380nm으로 표현하는 것도 가능) 파장을 갖는 제2광원과, 420nm(일 예로, 400~450nm으로 표현하는 것도 가능) 파장을 갖는 제3광원을 포함할 수 있다.
탐지모듈(52)은 검출부(20)에 의해 검출된 입자로부터 반사된 산란광 및 형광을 기초로, 생물입자인지 여부와 다중 파장에 대한 형광신호를 탐지한다. 분류모듈(54)은 상기 탐지모듈(52)에서 다중 파장 각각에 대한 형광신호의 존재 여부와 형광신호의 크기를 기초로, 탐지된 생물입자를 서로 다른 특성을 갖는 생물학군으로 분류한다.
또한, 표시부(70)는 탐지된 생물입자에 대한 정보와 해당 생물입자의 생물학군을 모니터 등을 통해 표시해준다.
다음, 도 1 및 도 2를 참조하여, 다중파장 형광 분석을 이용한 생물입자 탐지 및 분류를 위한 장치의 동작을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서는 생물입자를 탐지하기 위한 광원부(10, 도 1)의 광원들로 다파장의 자외선 LED를 사용하였다. 예를 들어, 270nm 근방의 파장을 갖는 LED/LD로 나타낼 수 있는 제1광원, 350nm 근방의 파장을 갖는 LED/LD로 나타낼 수 있는 제2광원, 그리고 420nm 근방의 파장을 갖는 LED/LD로 나타낼 수 있는 제3광원의 파장을 사용할 수 있다.
검출부(20, 도 2)는 광원부(10)에서 제1광원, 제2광원, 제3광원을 조사함에 따라 획득되는 생물입자의 산란광 및 다양한 형광신호를 검출할 수 있다. 예를 들어, 도 2에서는 단일의 광학셀이 적용되었으며, 복수의 광원들에 의한 다중 파장이 입사를 맞고 반사된 산란광을 단일 검출기(위)를 통해 검출한 다음 제어기에 전달한다. 그리고, 복수의 광원들에 의한 다중 파장이 입사를 맞고 반사된 다중 형광 신호를 단일의 검출기 또는 다중 검출기(3개)(아래)를 통해 검출한 다음 제어기에 전달한다.
그리고, 제어기의 탐지모듈(52, 도 1)은 검출부(20)에 의해 검출된 형광신호를 분석한다. 구체적으로, Tryptophane, Tyrosine, Phenylalanine 등의 방향족 아미노산의 형광을 발생시켜서, 단백질의 형광 측정이 가능한 270nm 근방의 파장을 갖는 LED, 특히 275 nm 급의 LED. 그리고 NADH 및 NADPH 등의 물질의 형광을 발생시킬 수 있는 350nm 급의 LED, Riboflavin 특이적인 형광을 발생시킬 수 있는 420nm 급의 LED를 사용하여, 실시간으로 생물입자를 탐지함과 동시에 생물학 분류를 위한 정보를 제공한다.
제어기의 분류모듈(54, 도 1)은, 전술한 다중파장의 LED 들의 조합하여 생물입자를 관찰한 다음, 다음과 같은 종류의 신호들 중 하나로 분류할 수 있다.
1. 형광 및 산란이 없는 경우 : 잡음신호로 분류한다.
2. 형광 신호가 없이 산란신호만 있는 경우 : 생물이 아닌 것으로 분류한다.
3. 산란신호와 동시에 275nm 급의 LED에 의해 방출된 형광 신호만 검출된 경우 (또는, 300~350nm 정도의 형광신호) : 제1생물학군으로 분류한다.
4. 산란신호와 동시에 275nm 급의 LED에 의해 방출된 형광신호(또는, 300~350nm 정도의 형광신호)와, 350nm 급의 LED에 의해 방출된 형광신호 (또는, 380~500nm 정도의 형광신호)와, 그리고 420nm 급의 LED에 의해 방출된 형광신호 (또는, 500~650nm 정도의 형광신호)가 모두 검출된 경우 : 제2생물학군으로 분류한다.
5. 전술한 4의 신란신호와 동시에 275nm 급의 LED에 의해 방출된 형광 신호 (300~350nm 정도의 형광신호)와 "매우 약한" 350nm 급의 LED에 의해 방출된 형광신호 (380~500nm 정도의 매우 약한 형광신호) 및 420nm 급의 LED에 의해 방출된 형광신호 (500~650nm 정도의 형광신호)가 검출된 경우 : 제3생물학군으로 분류한다.
위에서, 1은 입자의 존재가 없는 경우로서 잡음신호로 간주되며, 2는 생물입자가 아닌 대기중에 존재하는 일반먼지 등의 입자이다.
그리고, 3 내지 5는 생물입자로서, 3의 경우는 독소 등과 같은 단백질 입자이고, 4의 경우는 세균 등의 입자이며, 5의 경우는 포자 입자의 신호이다. 즉, 생물입자가 탐지됨과 동시에 독소(단백질), 세균, 포자로 분류된다.
이와 같이, 본 발명에서는 다중파장을 이용하여 발생되는 다중의 형광 특성을 기반으로 하녀, 세균, 포자, 독소(단백질) 등으로 생물입자임을 탐지함과 동시에 분류가 가능하다.
병원성 균 및 포자 혹은 독소에 오염된 지역, 인원, 장비 등은 각각의 오염 물질의 종류에 따라서 제독 방법이 서로 다르며 각 오염 물질에 따라 질병 및 증상의 발병 시기 또한 모두 다르다. 종래에는 단파장을 이용한 형광 및 산란 검출 방법으로 생물입자를 탐지함에 따라 치료 시기 및 치료 방법을 빠르게 결정하는데 어려웠다. 그러나, 본 발명에서는 다파장을 이용하여 산란신호 및 형광신호를 검출함으로써, 생물입자여부를 탐지함과 동시에 생물학 분류가 가능하여, 적절한 제독 방법의 설정 및 실행이 신속하게 이루어질 수 있다. 그에 따라, 치료 방법 및 시기의 결정에 상당한 도움을 줄 수 있다. 나아가, 민수 분야 및 공공 분야에서 질병의 확산 및 생물학 테러 감시에 획기적인 역할을 수행할 수 있다.
도 3, 도 4, 도 5, 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따라, 다중파장 형광 분석을 이용한 생물입자 분류를 위해, 광학셀에서의 광원 및 검출장치의 서로 다른 배치방법의 예시들을 보여주고 있다.
구체적으로, 도 3, 도 4, 도 6은 단일의 광학셀을 기반으로 다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 것이고, 도 5는 다중의 광학셀을 기반으로 다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류한 것이다.
먼저, 도 3 은 270nm 급의 LED로 이루어진 제1광원, 350nm 급의 LED로 이루어진 제2광원, 420nm 급의 LED로 이루어진 제3광원이 소정의 시간 차를 두고 입자에 조사되어 발생한 각 파장대역의 형광을 다수의 검출기를 통해 검출하도록 배치된 구조이다. 여기서는, 다수의 검출기는 각 형광에 적합한 필터를 사용한다.
또한, 도 4는 270nm 급의 LED로 이루어진 제1광원, 350nm 급의 LED로 이루어진 제2광원, 420nm 급의 LED로 이루어진 제3광원이 마찬가지로 소정의 시간 차를 두고 입자에 조사되어 발생한 각 파장대역의 형광을 단일의 검출기를 이용하여 검출하도록 배치되었다. 이를 위해, 단일의 검출기의 전단에 서로 다른 종류의 형광에 적합한 필터를 원형 회전판에 부착한 다음, 시간 트리거에 맞추어서 형광 파장 신호에 적합한 필터를 선택 및 위치시킨 다음, 대응하는 파장대역의 형광을 검출하도록 한다.
반면, 도 5에서는 제1광원, 제2광원, 제3광원에 대한 형광셀별로 다중 광학셀을 배치한 구조를 보여주고 있다. 각 광학셀은 각 파장에 대한 단일의 검출기를 사용하여 대응하는 파장대역의 형광을 검출하도록 한다. 예를 들어, 제1광학셀의 검출기는 제1광원에 대응하는 형광만을 검출하고, 제2광학셀의 검출기는 제2광원에 대응하는 형광만 검출하고, 제2광학셀의 검출기는 제3광원에 대응하는 형광만 안정되게 검출할 수 있다.
한편, 도 6에서는 제1광원(예, 광원 A) 및 제2광원(예, 광원 B)이 단일의 광학셀에 시간 차를 두지 않고 동시에 입자에 조사되는 경우의 예시이다. 이러한 경우, 복수의 광원들, 즉 제1광원 및 제2광원의 전단과 단일의 광학셀 사이에 적어도 하나의 반사판을 마련하여, 특정 광원의 파장은 통과시키면서 또 다른 광원의 파장은 반사판을 맞고 파장의 방향이 변경되는 구조로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 광원 A는 반사판(빗금친 막대 그림)을 통과하여 직진방향으로 입자에 조사되고, 광원 B는 반사판(빗금친 막대 그림)을 맞고 파장이 90도 꺽인 방향으로 동일 입자에 조사될 수 있다. 이러한 경우, 반사판을 맞고 파장 방향이 꺽인 광원(예, 광원 B)은 직진 방향으로 조사되는 광원보다 자연스럽게 늦게 입자에 조사된다. 따라서, 도 6과 같은 배치구조에서는 단일의 광학셀이라도 다수의 파장들이 소정의 시간 차를 둘 필요 없이 동시에 조사될 수 있다.
이하, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따라, 생물입자 분류를 위한 대표적인 발광원에 대한 형광 특성을 보여주는 그래프이다.
전술한 바와 같이, 생물입자의 생물학군 중 하나인, Tryptophan 은 약 350nm 급의 형광신호의 특색을 나타내며, NADH x100은 약 420nm 급의 형광신호의 특색을, Riboflavin은 이루어진 제3광원은 약 550nm 를 초과하는 급의 형광신호의 특색을 갖음을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 방법 및 장치에 의하면, 다중 파장을 이용하여 발생되는 다중의 형광 특성을 기반으로 생물입자를 탐지함과 동시에, 탐지한 생물이 세균인지, 포자인지, 아니면 독소(단백질)인지를 분류하는 것이 가능하다. 이에 의하면, 병원성 균 및 포자 혹은 독소에 오염된 지역, 인원, 장비 등은 각각의 오염 물질에 따라 적절한 제독 방법의 설정 및 실행이 가능해져서, 치료 방법 및 시기의 결정에 큰 도움을 줄 수 있다. 또한 민수 분야 및 공공 분야에서 질병의 확산 및 생물학 테러 감시에 획기적인 역할을 수행할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시 예에만 한정되는 것은 아니므로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다. 또한, 여기에서 기술된 본 발명에 따른 방법은 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 방법은 저장매체(예, 단말내부 메모리, 플래쉬 메모리, 하드디스크, 등)에 저장될 수 있고, 프로세서(예, 단말 내부 마이크로 프로세서)에 의해 실행될 수 있는 소프트웨어 프로그램 내에 포함되는 코드들 또는 명령어들로 구현될 수 있다.

Claims (10)

  1. 서로 다른 파장을 갖는 복수의 광원들을 포함하여 이루어지는 광원부;
    상기 복수의 광원들을 입자에 조사하여 획득된 산란신호 및 형광신호를 검출하는 검출부; 및
    상기 검출부에 의해 검출된 산란신호 및 형광신호를 분석하여 생물입자인지를 결정하고 이와 동시에 생물체별 파장특성을 기초로 상기 생물입자의 생물학을 분류하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 광원들 각각은 LED, 레이저 다이오드(LD), 또는 조화파 레이저 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 검출부에 의해 검출된 산란광 및 형광신호를 기초로 생물입자인지 여부를 결정하고, 검출된 형광신호의 파장 및 신호의 세기를 분석하는 탐지 모듈과,
    상기 탐지모듈의 분석 결과를 생물체별 파장특성에 적용시켜서, 생물입자의 생물학을 분류하는 분류 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 광원들은,
    275nm 또는 250~300nm의 파장을 갖는 제1광원,
    350nm 또는 320~380nm의 파장을 갖는 제2광원, 및
    420nm 또는 400~450nm의 파장을 갖는 제3광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분류 모듈은,
    형광신호가 검출되지 않는 경우 비생물입자로 분류하는 제1수단과,
    산란신호와 동시에 상기 제1광원에 의해 방출된 형광신호만 탐지된 경우 해당 입자를 독소로 분류하는 제2수단과,
    산란신호와 동시에 상기 제1광원, 제2광원, 제3광원에 의해 방출된 형광신호들이 모두 탐지된 경우 해당 입자를 세균으로 분류하는 제3수단과,
    산란신호와 동시에 상기 제1광원에 의해 방출된 제1형광신호와, 상기 제1형광신호보다 상대적으로 약한 세기의 신호를 갖는 상기 제2광원 및 제3광원으로부터 방출된 형광신호들이 탐지된 경우 해당 입자를 포자로 분류하는 제4수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는,
    단일의 광학셀을 적용하여 시간차를 두고 다중 파장을 입자에 조사하여 획득된 각 파장 대역의 형광신호를 측정할 수 있는 단일의 검출기 또는 다수의 검출기로 이루어진 특징으로 하는 다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 검출부가 단일의 검출기로 이루어진 경우,
    단일의 검출기의 전단에는 각각 다른 파장의 형광에 매칭되는 복수의 필터를 원형 회전판에 부착하고, 시간 트리거에 대응하는 형광신호에 매칭되는 필터를 선택적으로 위치이동하여 해당 형광신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는,
    다중 광학셀을 적용하고, 형광셀 별로 각각 대응되는 파장을 입자에 조사한 것을 각 파장에 대한 형광신호를 검출할 수 있는 각각의 단일의 검출기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 검출부는,
    단일의 광학셀을 적용하고, 상기 복수의 광원들의 전단과 상기 단일의 광학셀 사이에 마련된 적어도 하나의 반사판을 이용하여 상기 복수의 광원들이 동시에 다중 파장을 입자에 조사하여 획득된 각 파장 대역의 형광신호를 측정하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 장치.
  10. 서로 다른 파장을 갖는 복수의 광원들을 입자에 조사하는 단계;
    상기 복수의 광원들을 입자에 조사하여 획득된 산란신호 및 형광신호를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 산란신호 및 형광신호를 분석하여 생물입자인지를 결정하고 이와 동시에 생물체별 파장특성을 기초로 생물입자의 생물학을 분류하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중파장 형광 분석을 이용하여 생물입자를 분류하는 방법.
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