KR20180021888A - 스펙트럼 현미경 - Google Patents

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Abstract

일 구현예에서, 스펙트럼 현미경은 평면 렌즈를 갖는 기판 - 평면 렌즈는 축 초점 및 경사 초점을 포함하는 위상 프로파일을 포함함 - 과, 복수의 입자의 입자 신호를 여기시키기 위한 광원과, 검출기를 포함하되, 검출기는 광원에서 생성된 광을 평면 렌즈의 축 초점으로부터 수신하고, 입자의 여기된 신호의 스펙트럼 컬러 성분을 평면 렌즈의 경사 초점으로부터 수신한다.

Description

스펙트럼 현미경
형광 신호의 스펙트럼 분석은 생명 과학의 많은 다른 분야에서 사용되는 일반적인 도구이다. 스펙트럼 현미경을 이용한 스펙트럼 분석의 일 예는 면역학, 분자 생물학 및/또는 암 검출, 생명 과학의 다른 분야 등에서 입자의 검출 및 분석에 사용될 수 있는 유동 세포 계측법이다. 유동 세포 계측기의 스펙트럼 분석은 입자의 여러 물리적 및 화학적 특성을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 스펙트럼 현미경의 일례의 도면을 도시한다.
도 2는 본 개시에 따른 스펙트럼 현미경의 일례의 도면을 도시한다.
도 3은 본 개시에 따른 스펙트럼 현미경의 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 4는 본 개시에 따른 스펙트럼 현미경에 대한 검출기의 일례의 도면을 도시한다.
스펙트럼 현미경에 대한 다수의 디바이스 및 방법이 본 명세서에서 설명된다. 스펙트럼 현미경의 일례는 유동 세포 계측기일 수 있다. 종래의 유동 세포 계측기는 스펙트럼 분석 기능을 제공하기 위해 광학 구성 요소의 조합을 사용할 것을 요구할 수 있다. 예를 들어, 종래의 유동 세포 계측기는 복잡하고/복잡하거나 섬세한 정렬 구성을 갖는 특수 격자 및/또는 프리즘과 같은 광학 구성 요소를 필요로 할 수 있다. 또한, 종래의 유동 세포 계측기는 값 비싼 대형 기기일 수 있다. 광학 구성 요소의 크기, 비용 및 복잡하고/복잡하거나 섬세한 정렬은 종래의 유동 세포 계측기를 현장 진단(point-of-care) 의료 응용 분야와 같은 특정 기능에 적합하지 않게 할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 스펙트럼 현미경은 복잡하고 섬세한 광학 구성 요소 정렬을 필요로 하지 않으면서 스펙트럼 검출뿐만 아니라 이미징을 제공할 수 있는 디바이스를 지칭할 수 있다. 즉, 스펙트럼 현미경은 축 초점 및 경사 초점을 포함하는 위상 프로파일을 포함하는 평면 렌즈를 갖는 기판과, 복수의 입자의 입자 신호를 여기시키는 광원과, 평면 렌즈의 축 초점으로부터 광원에서 생성된 광을 수신하고 평면 렌즈의 경사 초점으로부터 입자의 여기 신호의 스펙트럼 컬러 성분을 수신하는 검출기를 포함할 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 스펙트럼 현미경(100)의 일례의 도면을 도시한다. 스펙트럼 현미경(100)은 투명 칩(104), 채널(102), 입자(101), 기판(110), 평면 회절 렌즈(112), 광원(108) 및 검출기(114)를 포함할 수 있다. 검출기(114)는 축 위치(116) 및 경사 위치(118-1, 118-2, 118-3)를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 스펙트럼 현미경은 입자(예를 들어, 입자(101))를 포함하는 유체를 검출 장치에 통과시킴으로써 입자 카운팅, 이미징, 소팅 및/또는 검출을 하는 디바이스일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 입자는 형광 화합물을 포함하는 미세한 양의 물질일 수 있다. 예를 들어, 카운팅, 이미징, 소팅 및/또는 검출되는 입자의 크기는 0.6 마이크로미터(㎛)에서 20.0 마이크로미터(㎛)의 범위일 수 있지만, 본 개시의 예는 이에 한정되지 않는다.
스펙트럼 현미경(100)이 입자 카운팅, 이미징, 소팅 및/또는 검출을 위한 디바이스로서 설명되지만, 본 개시의 예는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 스펙트럼 현미경(100)은 입자와 관련된 다른 기능을 수행할 수 있다. 또한, 스펙트럼 현미경(100)은 유체를 포함하는 입자와 관련되지 않은 다른 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼 현미경(100)은 표면 강화된 라만 스펙트럼기 기판(surface-enhanced Raman Spectroscopy substrates)을 이미징하고, 카운팅 챔버에서 셀을 카운팅하고, 및/또는 대기(air)(예를 들어, 마이크로 어레이, 슬라이드 상의 고정 셀 등)에서 입자를 카운팅/분석하는 등의 다른 기능에 사용될 수 있다.
스펙트럼 현미경(100)은 투명 칩(104) 내에 위치한 채널(102)을 포함할 수 있으며, 채널(102)은 복수의 입자(예를 들어, 입자(101))를 포함할 수 있다. 입자(101)는 유체에 현탁된 다수의 입자 중 하나의 입자일 수 있다. 예를 들어, 입자(101)는 형광 염색된 적색 또는 백혈구, 단백질 및/또는 핵산, 다른 유형의 유체에 현탁된 입자일 수 있다. 채널(102)은 투명 칩(104)에 위치한 미세 유체 채널 일 수 있다.
입자(101)가 유체에 현탁되는 것으로 설명되지만, 본 개시의 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 입자(101)는 유체에 현탁되지 않은 입자일 수 있다.
투명 칩(104)은 광원(예를 들어, 광원(108))으로부터의 광으로 하여금 투명 칩(104)을 통해 전파할 수 있게 하는 투명 물질일 수 있다. 예를 들어, 투명 칩(104)은 용융 실리카(fused silica)일 수 있다. 다른 예로서, 투명 칩(104)은 용융 석영(fused quartz)일 수 있다.
투명 칩(104)은 용융 실리카 또는 용융 석영과 같은 투명 물질로 설명되지만, 본 개시의 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 투명 칩(104)은 유리 유형, 투명 폴리머 유형, 또는 광원(108)으로부터의 광이 투명 칩(104)을 통해 전파할 수 있게 하는 임의의 다른 유형의 투명 물질일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 스펙트럼 현미경(100)은 평면 회절 렌즈(112)를 갖는 기판(110)을 포함할 수 있다. 평면 회절 렌즈(112)는 축 초점 및 경사 초점을 포함하는 위상 프로파일을 포함할 수 있다. 평면 회절 렌즈(112)는 2개의 초점(예를 들어, 축 초점 및 경사 초점)을 갖는 높은 개구 수의 회절 렌즈일 수 있다. 예를 들어, 평면 회절 렌즈(112)의 개구 수는 0.2와 0.6 사이 일 수 있지만, 본 개시의 예는 이에 한정되지 않는다. 부가적인 예로서, 평면 회절 렌즈(112)의 개구 수는 0.45일 수 있다. 평면 회절 렌즈(112)의 축 초점은 이미징을 위해 사용될 수 있고, 평면 회절 렌즈(112)의 경사 초점은 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이, 스펙트럼 검출을 위해 사용될 수 있다.
평면 회절 렌즈(112)의 위상 프로파일은 축 위상 프로파일을 포함할 수 있다. 평면 회절 렌즈(112)의 축 위상 프로파일은 광이 평면 회절 렌즈(112)의 축 초점을 나타낼 수 있는 축 방향 방식으로 포커싱되게 할 수 있다. 예를 들어, 특정 파장의 광은 검출기의 초점 평면상의 위치(예를 들어, 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이, 검출기(108) 상의 축 위치(116))에서 축 방향 방식으로 축 위상 프로파일에 의해 포커싱될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 검출기(예를 들어, 본 명세서에서 추가로 설명될 검출기(108))의 초점 평면은 평면 회절 렌즈(112)의 축에 수직하고 평면 회절 렌즈(112)의 초점(focal point)을 통과하는 평면일 수 있다.
평면 회절 렌즈(112)의 위상 프로파일은 경사 위상 프로파일을 포함할 수 있다. 평면 회절 렌즈(112)의 경사 위상 프로파일은 광이 평면의 회절 렌즈(112)의 경사 초점을 나타낼 수 있는 경사 방향 방식으로 포커싱되게 할 수 있다. 예를 들어, 다양한 파장의 광은 검출기의 초점 평면상의 다양한 위치(예를 들어, 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이, 검출기(108) 상의 경사 위치(118-1, 118-2, 118-3))에서 경사 방향 방식으로 경사 위상 프로파일에 의해 포커싱될 수 있다.
몇몇 예에서, 평면 회절 렌즈(112)는 기판(110)에 위치될 수 있다. 예를 들어, 평면 회절 렌즈(112)는 기판(110) 상에 패터닝된 렌즈일 수 있다. 평면 회절 렌즈(112)는 리소그래피에 의해 기판(110) 상에 패터닝될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 리소그래피는 웨이퍼(예를 들어, 기판(110)) 상에 패턴을 형성하도록 증착된 물질을 형상화 및/또는 변경하는 미세 가공 또는 나노 제조에 사용되는 공정일 수 있다. 웨이퍼는 포토레지스트 또는 전자빔(e-beam) 레지스트와 같은 화학 물질로 코팅될 수 있으며, 그 후 웨이퍼는 마스크를 통해 단파장 광에 또는 전자빔에 의해 노출된다. 노출된 영역은 용액에 의해 씻겨나갈 수 있다. 다른 예로서, 나노 임프린트 리소그래피는 기판(110)상의 평면 회절 렌즈(112)를 패터닝하는데 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 나노 임프린트 리소그래피는 임프린트 레지스트의 기계적 변형에 의해 패턴이 생성되는 공정일 수 있다.
기판(110) 상에 평면 회절 렌즈(112)를 패터닝하는 것은 기판(110) 상에 축 위상 프로파일 및 경사 위상 프로파일을 패터닝하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 평면 회절 렌즈(112)의 위상 프로파일은 축 위상 프로파일과 경사 위상 프로파일의 조합의 이진 근사로서 축 위상 프로파일 및 경사 위상 프로파일을 포함할 수 있다. 축 위상 프로파일 및 경사 위상 프로파일은 리소그래피의 단일 스텝으로 기판(110) 상에 패터닝될 수 있다. 즉, 위상 프로파일은 기판(110) 상의 축 위상 프로파일 및 경사 위상 프로파일의 단일 패턴 근사일 수 있다.
평면 회절 렌즈(112)의 위상 프로파일은 축 위상 프로파일과 경사 위상 프로파일을 조합함으로써 정의될 수 있다. 예를 들어, 정현파 격자가 축 위상 프로파일 및 경사 위상 프로파일에 대해 결정될 수 있고, 축 위상 프로파일 및 경사 위상 프로파일을 부가함으로써 평면 회절 렌즈(112)의 위상 프로파일이 얻어진다.
몇몇 예에서, 평면 회절 렌즈(112)의 위상 프로파일은 반복적인 수치 최적화에 의해 정의될 수 있다. 예를 들어, 초점 평면 내의 위상들은 자유 파라미터로서 사용될 수 있고, 목표 함수는 관심 있는 파장에 대해 원하는 위치(예를 들어, 축 및/ 경사)에서 최대 포커싱된 세기로서 정의될 수 있다.
몇몇 예에서, 평면 회절 렌즈(112)는 이산 공간 구역들로 분할될 수 있다. 예를 들어, 하나의 공간 구역은 축 위상 프로파일을 포함할 수 있고 다른 공간 구역은 경사 위상 프로파일을 포함할 수 있다. 그 다음, 평면 회절 렌즈(112)의 위상 프로파일은 감싸져서 기판(110)의 이산 에칭 깊이에 대응하는 이산 수 위상 레벨에 의해 근사화된다.
평면 회절 렌즈(112)를 갖는 기판(110)은 투명 칩(104)에 인접하게 위치될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이, 기판(110)은 광원(108)으로부터의 광이 투명 칩(104)을 통해 기판(110)을 통해 그리고 최종적으로 평면 회절 렌즈(112)를 통해 전파되도록 배치될 수 있다.
기판(110)은 광원(예를 들어, 광원(108))으로부터의 광이 기판(110)을 통해 전파할 수 있게 하는 투명 물질일 수 있다. 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이, 기판(110)은 광원(108)의 동작 파장에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 유리, 등급 용융 실리카, 석영, 또는 플루오르화 칼슘일 수 있다. 유리, 등급 용융 실리카, 석영 및 플루오르화 칼슘은 이러한 물질이 자외선(UV) 및 근적외선 스펙트럼에서 광 전파가 보다 쉽게 행해지도록 허용하므로 광에 대한 물질 손실은 감소시키면서 기판(110)을 통해 광원(108)에 의해 생성된 광의 전파를 허용할 수 있다.
기판(110)은 유리, 등급 용융 실리카, 석영 및 플루오르화 칼슘으로 설명되지만, 본 개시의 예는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 기판(110)은 광원(108)에 의해 생성된 광이 기판(110)을 통해 전파할 때 광에 상당한 물질 손실 없이 광의 전파를 허용하는 임의의 물질일 수 있다.
도 1에 도시되지는 않았지만, 몇몇 실시예에서, 평면 회절 렌즈(112)는 투명 칩(104) 상에 직접 위치될 수 있다. 예를 들어, 평면 회절 렌즈(112)는 투명 칩(104) 상에 패터닝된 렌즈일 수 있다. 평면 회절 렌즈(112)는 리소그래피에 의해 투명 칩(104) 상에 패터닝될 수 있다. 평면 회절 렌즈(112)는 대안적으로 기판 상에 회전되어 패터닝되는 e-빔, 포토 또는 임프린트 레지스트 층일 수 있다.
도 1에 도시되지는 않았지만, 몇몇 실시예에서, 검출기(114)는 기판(110)에 인접하여 위치될 수 있고, 평면 회절 렌즈(112)는 기판(110)과 투명 칩(104) 사이에서 이들에 인접해 위치될 수 있다. 예를 들어, 평면 회절 렌즈(112)는 투명 칩(104)에 인접할 수 있고 기판(110)은 검출기(114)를 위한 윈도우로서 작용할 수 있다.
투명 칩(104) 상에 평면 회절 렌즈(112)를 패터닝하는 것은 리소그래피에 의해 투명 칩(104) 상에 축 위상 프로파일 및 경사 위상 프로파일을 패터닝하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 평면 회절 렌즈(112)의 위상 프로파일은 축 위상 프로파일 및 경사 위상 프로파일의 조합의 이진 근사로서 축 위상 프로파일 및 경사 위상 프로파일을 포함할 수 있다. 축 위상 프로파일 및 경사 위상 프로파일은 리소그래피의 단일 스텝에 의해 투명 칩(104) 상에 패터닝될 수 있다. 즉, 위상 프로파일은 기판(110) 상의 축 위상 프로파일 및 경사 위상 프로파일의 단일 패턴 근사일 수 있다.
스펙트럼 현미경(100)은 복수의 입자들 사이에서 입자(101)의 신호를 여기시키기 위한 광원(108)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 신호는 입자가 광원(예를 들어, 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같은 광원(108))으로부터 광(예를 들어, 전자기 방사)(예를 들어, 광원(108)으로부터의 광)을 흡수하여 여기되는 결과로서의 입자(예를 들어, 입자(101)) 형광 신호(예를 들어, 방출된 광)일 수 있다.
광원(108)은 발광 다이오드(LED)일 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, LED는 활성화될 때 광을 방출하는 반도체 광원일 수 있다. 예를 들어, 광원(108)은 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이, 채널(102) 내의 입자(101)를 향하는 광을 방출하는 LED일 수 있다. LED는 가시 범위(예를 들어, 400-700nm), 자외선(UV) 범위(예를 들어, 10-400nm) 및/또는 적외선 범위(예를 들어, 1mm-700nm)에서 동작할 수 있다.
광원(108)은 레이저일 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 레이저는 전자기 방사의 방출에 기초하여 광 증폭을 통해 광을 방출하는 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 광원(108)은 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이, 채널(102) 내의 입자(101)를 향해 지향되는 광을 방출하는 레이저일 수 있다. 레이저는 가시 범위(예를 들어, 400-700nm), 자외선(UV) 범위(예를 들어, 10-400nm) 및/또는 적외선 범위(예를 들어, 1mm-700nm)에서 동작할 수 있다.
광원(108)은 검출기(예를 들어, 검출기(114))에 의해 검출될 입자(101)의 형광 신호의 형광 여기를 생성하기에 충분히 강한 광 세기를 가질 수 있다. 예를 들어, 광원(108)은 100 밀리와트(mW)의 전력을 갖는 LED일 수 있다. 다른 예로서, 광원(108)은 1mW의 전력을 갖는 레이저일 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 형광 여기는 특정 파장의 광을 수용하고 이어서 다른 파장의 광을 방출하는 입자를 지칭할 수 있다.
광원(108)은 100mW의 전력을 갖는 LED 또는 1mW의 전력을 갖는 레이저로서 설명되지만, 본 개시의 예는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 광원(108)은 더 높은 또는 더 낮은 전력을 갖는 LED 또는 레이저일 수 있다. 명료함을 위해 도 1에는 도시되지 않았지만 본 개시의 실시예를 모호하게 하지 않도록, 광원(108)으로부터 생성된 광은 외부 렌즈에 의해 채널(102) 상에 포커싱될 수 있다.
광원(108)의 광 세기는 다수의 요인에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 채널(102)의 유체 유형, 입자(101)의 유형, 평면 회절 렌즈(112)의 효율, 투명 칩(104) 및 기판(110)의 재료 유형, 및 검출기(114)의 민감도가 모두 광원(108)의 광 세기에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 입자(101)가 선택적으로 부착된 형광체를 갖는 적혈구인 경우 광원(108)의 광 세기는 LED 광원에 대해 1mW일 수 있고, 입자(101)가 선택적으로 부착된 다른 형광체를 갖는 적혈구인 경우 광원(108)의 광 세기는 2mW일 수 있으나, 본 개시의 예는 이에 한정되지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 형광체는 가벼운 여기에 따라 빛을 재방출 할 수 있는 형광 화합물일 수 있으며, 형광체는 마커로서 기능하기 위해 특정 입자에 부착될 수 있다.
스펙트럼 현미경(100)은 검출기(114)를 포함할 수 있다. 검출기(114)는 평면 회절 렌즈(112)의 축 초점으로부터 광원(108)으로부터 생성된 광을 수신할 수 있고, 회절 렌즈(112)의 경사 초점으로부터 입자(101)의 형광 신호의 스펙트럼 컬러 성분을 수신할 수 있다.
검출기(114)는 축 위치(116)에서 평면 회절 렌즈(112)의 축 초점으로부터 광원(108)으로부터 생성된 광을 수신할 수 있다. 예를 들어, 평면 회절 렌즈(112)의 축 위상 프로파일은 광원(108)으로부터의 광으로 하여금 검출기(114)의 초점 평면 상의 축 위치(116)에 축 방향 방식으로 포커싱되게 할 수 있다. 검출기(114)의 축 위치(116)에서 수신된 광은 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이 입자(101)를 이미징하는데 사용될 수 있다.
검출기(114)는 평면 회절 렌즈(112)의 경사 초점으로부터 입자(101)의 형광 신호의 스펙트럼 컬러 성분을 수신할 수 있다. 예를 들어, 평면 회절 렌즈(112)의 경사 위상 프로파일은 광원(108)으로부터의 광으로 하여금 검출기(114)의 초점 평면 상의 다양한 경사 위치(118-1, 118-2, 118-3)에 경사 방향 방식으로 포커싱되게 할 수 있다. 도 1에 도시되지는 않았지만, 컬러 필터는 평면 회절 렌즈(112)와, 입자(101)의 스펙트럼 컬러 성분을 수신하는 검출기(114)의 부분 사이에 배치될 수 있다. 컬러 필터는 입자(101)의 형광 신호의 검출을 향상시키기 위해 광원(108)으로부터의 광을 차단하도록 선택될 수 있다.
검출기(114)의 경사 위치(118-1, 118-2, 118-3)에서 수신된 광은 입자(101)의 형광 신호의 파장을 검출하는데 사용될 수 있다. 검출기(114)는 광원(108)으로부터의 광의 스펙트럼 컬러 성분이 어느 경사 위치(118-1, 118-2, 118-3)에서 수신되는지를 판정함으로써 입자(101)의 형광 신호의 파장을 결정할 수 있다.
검출기(114)의 경사 위치(118-1, 118-2, 118-3)는 상이한 스펙트럼 컬러 성분들에 대응할 수 있다. 예를 들어, 경사 위치(118-1)는 제 1 스펙트럼 컬러 성분에 대응하고, 경사 위치(118-2)는 제 2 스펙트럼 컬러 성분에 대응할 수 있고, 경사 위치(118-3)는 제 3 스펙트럼 컬러 성분에 대응할 수 있다.
경사 초점의 스펙트럼 컬러 성분은 입자(101)의 여기된 신호(예를 들어, 형광 신호)의 파장에 대응할 수 있다. 예를 들어, 경사 위치(118-1)에 대응하는 제 1 스펙트럼 컬러 성분은 입자(101)의 형광 신호에 대응하는 파장에 해당할 수 있다. 즉, 입자(101)는 특정 파장에 대응하는 제 1 스펙트럼 컬러 성분을 갖는 형광 신호를 가질 수 있으며, 여기서 제 1 스펙트럼 컬러 성분은 검출기(114)의 경사 위치(118-1)에서 수신된다.
다른 예로서, 경사 위치(118-2)에 대응하는 제 2 스펙트럼 컬러 성분은 채널(102) 내의 복수의 입자들 중 다른 입자에 대응하는 파장에 대응할 수 있다. 즉, 다른 입자는 입자(101)의 파장과 다른 파장에 대응하는 제 2 스펙트럼 컬러 성분을 갖는 형광 신호를 가질 수 있으며, 여기서 제 2 스펙트럼 컬러 성분은 검출기(114)의 경사 위치(118-2)에서 수신된다.
다른 예로서, 경사 위치(118-3)에 대응하는 제 3 스펙트럼 컬러 성분은 채널(102) 내의 복수의 입자들 중 또 다른 입자에 대응하는 파장에 대응할 수 있다. 즉, 또 다른 입자는 입자(101)의 상기 파장과도 다르고 상기 다른 파장과도 다른 파장에 대응하는 제 3 스펙트럼 컬러 성분을 갖는 형광 신호를 가질 수 있으며, 여기서 또 다른 입자는 검출기(114)에의 경사 위치(118-3)에서 수신된다.
검출기(114)가 도 1에서 3개의 경사 위치(118-1, 118-2, 118-3)를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 본 개시의 예는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 검출기(114)는 스펙트럼 해상도를 갖는 다수의 스펙트럼 성분의 검출을 허용하는 3개보다 많은 경사 위치 또는 3개보다 적은 경사 위치를 가질 수 있다.
몇몇 예에서, 검출기(114)는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 센서일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, CMOS 센서는 정보를 저장하는 반도체 칩일 수 있다. 예를 들어, CMOS 센서는 입자(101)의 형광 신호의 파장을 결정하는데 이용될 수 있다.
몇몇 예에서, 검출기(114)는 전하 결합 소자(CCD)일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, CCD는 광 검출에 사용하는 전하의 이동을 위한 디바이스일 수 있다. 예를 들어, CCD는 입자(101)의 형광 신호의 파장을 결정하는데 이용될 수 있다.
명료함을 위해 도 1에는 도시되지 않았지만 본 개시의 실시예를 모호하게 하지 않도록, 스펙트럼 현미경(100)은 투명 칩(104) 내에서 복수의 채널을 포함할 수 있다. 복수의 채널 각각은 유체를 포함할 수 있고, 각각의 유체는 복수의 입자를 포함할 수 있지만, 본 개시의 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 복수의 채널은 유체 중에 현탁되지 않은 복수의 입자를 포함할 수 있다. 복수의 채널은 병렬 채널일 수 있다.
몇몇 예에서, 복수의 채널의 각 채널은 동일한 유체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유체와, 복수의 채널 중 각 채널 내의 해당 유체 내의 복수의 입자는 동일하다.
몇몇 예에서, 복수의 채널의 각 채널은 상이한 유체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 채널은 복수의 제 1 입자를 갖는 제 1 유형의 유체를 포함할 수 있고, 제 2 채널은 복수의 제 2 입자를 갖는 제 2 유형의 유체를 포함할 수 있다.
기판(110)은 복수의 평면 회절 렌즈를 포함할 수 있다. 평면 회절 렌즈의 수는 채널의 수에 대응할 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼 현미경(100)은 3개의 채널 및 3개의 평면 회절 렌즈를 포함할 수 있다. 복수의 평면 회절 렌즈의 각각은 축 초점 및 경사 초점을 포함할 수 있다.
복수의 평면 회절 렌즈의 각각은 해당 위상 프로파일을 포함할 수 있다. 즉, 복수의 평면 회절 렌즈의 각각은 렌즈의 축 초점에 대응하는 축 위상 프로파일 및 렌즈의 경사 초점에 대응하는 경사 위상 프로파일을 포함할 수 있다.
몇몇 예에서, 복수의 평면 회절 렌즈의 각각은 동일한 위상 프로파일을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 채널의 각 채널이 식별될 해당 유체 내에 동일한 유형의 입자를 갖는 동일한 유체를 포함하는 경우, 복수의 평면 회절 렌즈의 각 렌즈는 동일한 위상 프로파일을 가질 수 있다.
복수의 평면 회절 렌즈의 해당 위상 프로파일은 검출될 입자의 유형에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 하나의 채널이 검출될 복수의 제 1 입자를 갖는 제 1 유형의 유체를 포함하고, 제 2 채널이 검출될 복수의 제 2 입자를 갖는 제 2 유형의 유체를 포함하며, 복수의 제 1 입자는 복수의 제 2 입자와 상이하고, 제 1 유형의 유체를 갖는 채널에 대응하는 제 1 평면 회절 렌즈는 제 2 유형의 유체를 갖는 채널에 대응하는 제 2 평면 회절 렌즈의 위상 프로파일과 상이한 위상 프로파일을 가질 수 있다.
광원은 여기 광을 발생시켜 복수의 채널의 각각의 유체에 포함된 복수의 입자의 형광 신호를 여기시킬 수 있다. 예를 들어, 광원(예를 들어, LED 또는 레이저)은 2개의 상이한 채널에서 2개의 상이한 유체의 복수의 입자의 형광 신호를 여기시키기 위해 여기 광을 생성할 수 있다. 다른 예로서, 광원(예를 들어, LED 또는 레이저)은 2개의 상이한 채널에서 2개의 유체의 복수의 입자의 형광 신호를 여기시키기 위해 여기 광을 생성할 수 있으며, 여기서 2개의 유체는 동일한 유체이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 여기 광은 특정 입자의 형광 신호를 생성할 수 있는 파장에서 광원에 의해 생성된 광일 수 있다.
몇몇 예에서, 하나보다 많은 광원이 여기 광을 생성하여 복수의 채널의 각각의 유체에 포함된 복수의 입자의 형광 신호를 여기시킬 수 있다. 예를 들어, 2개의 광원(예를 들어, 2개의 LED 또는 2개의 레이저)은 2개의 상이한 채널에서 2개의 상이한 유체의 복수의 입자의 형광 신호를 여기시키기 위해 여기 광을 생성할 수 있으며, 여기서 각각의 광원은 해당 채널에 대응한다.
몇몇 예에서, 2개의 광원은 상이한 광 세기를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 LED는 100mW의 광 세기를 가질 수 있는 반면, 제 2 LED는 25mW의 광 세기를 가질 수 있다.
복수의 검출기는 복수의 채널 및 복수의 평면 회절 렌즈에 대응할 수 있다. 복수의 검출기는 각각의 평면 회절 렌즈의 해당 축 초점으로부터 해당하는 하나의 여기 광을 수신할 수 있다. 또한, 복수의 검출기는 복수의 평면 회절 렌즈의 각 렌즈의 해당 경사 초점으로부터 복수의 입자의 해당 형광 신호의 스펙트럼 컬러 성분을 수신할 수 있다. 즉, 각각의 검출기는 해당 평면 회절 렌즈의 해당 축 초점으로부터 여기 광을 수신할 수 있다. 또한, 각각의 검출기는 해당 평면 회절 렌즈의 해당 경사 초점으로부터 스펙트럼 컬러 성분을 수신할 수 있다.
몇몇 예에서, 검출기는 복수의 채널 및 복수의 회절 렌즈에 대응할 수 있다. 검출기는 각각의 평면 회절 렌즈의 각각의 축 초점으로부터 각각의 여기 광을 수신할 수 있다. 또한, 검출기는 복수의 평면 회절 렌즈의 각 렌즈의 해당 경사 초점으로부터 복수의 입자의 해당 형광 신호의 스펙트럼 컬러 성분을 수신할 수 있다. 즉, 검출기는 해당 평면 회절 렌즈의 해당 축 초점으로부터 여기 광을 수신할 수 있다. 또한, 검출기는 해당 평면 회절 렌즈의 해당 경사 초점으로부터 스펙트럼 컬러 성분을 수신할 수 있다.
본 명세서에 설명되는 바와 같이, 스펙트럼 현미경은 투명 칩 내에 채널을 포함할 수 있으며, 여기서 채널은 다수의 입자를 포함한다. 광원은 다수의 입자들의 입자의 형광 신호를 여기시킬 수 있으며, 여기서 형광 신호는 평면 회절 렌즈를 통해 전파된다. 검출기는 입자를 이미징하기 위해 평면 회절 렌즈의 축 초점으부터 광원에서 생성된 광을 수신할 수 있고, 입자의 파장을 식별하기 위해 평면 회절 렌즈의 경사 초점으로부터 스펙트럼 컬러 성분을 수신할 수 있다. 본 개시에 따른 실시예는 스펙트럼 현미경의 크기 및 비용을 감소시킬 수 있어, 현장 진단(point-of-care) 의료 테스트 및 진단과 같은 응용 분야에서의 사용을 허용한다. 또한, 본 개시에 따른 스펙트럼 현미경은 기존의 미세 유체 채널 디바이스와 함께 사용하도록 쉽게 적응 및 통합될 수 있지만, 본 개시의 실시예는 이에 한정되지 않는다.
도 2는 본 개시에 따른 스펙트럼 현미경(238)의 일례의 도면을 도시한다. 스펙트럼 현미경(238)은 투명 칩(204), 채널(202), 입자(201), 기판(242), 평면 반사 렌즈(244), 광원(240) 및 검출기(246)를 포함할 수 있다. 검출기(246)는 축 위치(247) 및 경사 위치(248-1, 248-2, 248-3)를 포함할 수 있다.
도 1에 설명된 스펙트럼 현미경(예를 들어, 스펙트럼 현미경(100))과 유사하게, 스펙트럼 현미경(238)은 채널(202)을 포함하는 투명 칩(204)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이, 투명 칩(204)은 광원(예를 들어, 광원(108))으로부터의 광이 투명 칩(204)을 통해 전파할 수 있게 한다. 예를 들어, 투명 칩(204)은 용융 실리카일 수 있다. 다른 예로서, 투명 칩은 용융 석영 또는 유리일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 스펙트럼 현미경(238)은 평면 반사 렌즈(244)를 갖는 기판(242)을 포함할 수 있다. 평면 반사 렌즈는 부분 반사 렌즈일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 부분 반사 렌즈는 광이 부분적으로 투과되고 부분적으로 반사되도록 하는 렌즈일 수 있다. 평면 반사 렌즈(244)는 축 초점 및 경사 초점을 포함하는 위상 프로파일을 포함할 수 있다. 평면 반사 렌즈(244)는 2 개의 초점(예를 들어, 축 초점 및 경사 초점)을 갖는 높은 개구 수의 반사 렌즈일 수 있다. 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이, 평면 반사 렌즈(244)의 축 초점은 여기를 포커싱하는데 사용될 수 있고, 평면 반사 렌즈(244)의 경사 초점은 스펙트럼 검출에 사용될 수 있다.
도 1에 설명된 예와 유사하게, 평면 반사 렌즈(244)는 기판(242) 상에 위치될 수 있다. 예를 들어, 평면 반사 렌즈(244)는 기판(242) 상에 패터닝된 렌즈일 수 있다. 평면 반사 렌즈(244)를 생성하기 위해, 평면 반사 렌즈(244)는 리소그래피에 의해 기판(242) 상에 패터닝될 수 있다.
기판(242)은 광원(예를 들어, 광원(240))으로부터의 광이 기판(242)을 통해 전파할 수 있도록 하는 투명 물질일 수 있다. 기판(242)은 광원(240)의 동작 파장에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 기판(242)은 유리, 등급 용융 실리카, 석영, 또는 플루오르화 칼슘일 수 있지만, 본 개시의 예는 이에 한정되지 않는다.
도 1에 설명된 예와 유사하게, 스펙트럼 현미경(238)은 복수의 입자들 사이에서 입자(201)의 형광 신호를 여기시키기 위한 광원(240)을 포함할 수 있다. 입자(201)는 형광 신호 및 형광 신호에 대응하는 파장을 포함할 수 있다. 광원(240)은 LED 또는 레이저일 수 있다.
스펙트럼 현미경(238)은 검출기(246)를 포함할 수 있다. 검출기(246)는 평면 반사 렌즈(244)의 축 초점으로부터 광원(240)으로부터 생성된 광을 수신할 수 있고, 입자(201)의 형광 신호의 스펙트럼 컬러 성분은 평면 반사 렌즈(244)의 경사 초점으로부터 반사될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 검출기(246)는 투명 칩(204)의 일부일 수 있고 채널(202)에 인접하여 위치될 수 있다.
검출기(246)는 축 위치(247)에서 평면 반사 렌즈(244)의 축 초점으로부터 광원(240)으로부터 생성된 광을 수신할 수 있다. 예를 들어, 평면 반사 렌즈(244)의 축 위상 프로파일은 광원(240)으로부터의 광이 검출기(246)의 초점 평면 상의 축 위치(247)에 축 방향 방식으로 포커싱되게 할 수 있다. 검출기(246)의 축 위치(247)에서 수신된 광은 입자(201)를 이미징하는데 사용될 수 있다.
입자(201)로부터의 형광 신호는 검출기(246)의 경사 위치(248-1, 248-2, 248-3)에서 수신될 수 있다. 예를 들어, 광원(240)에 의해 생성된 광은 기판(242)을 통해 투명 칩(204)을 통해 입자(201)를 통해 전파하고 평면 반사 렌즈(244)의 축 위상 프로파일에 의해 수집된 형광 신호를 여기시킬 수 있으며, 여기서 평면 반사 렌즈의 축 위상 프로파일은 검출기(246)의 축 위치(247)로 광을 지향(예를 들어, 반사)시킨다.
검출기(246)의 경사 위치(248-1, 248-2, 248-3)에서 수신된 광은 입자(201)의 형광 신호의 파장을 검출하는데 사용될 수 있다. 검출기(246)는 광원(240)으로부터의 광이 어느 경사 위치(248-1, 248-2, 248-3)에서 수신되는지를 판정함으로써 입자(201)의 형광 신호의 파장을 결정할 수 있다. 검출기(246)의 경사 위치(248-1, 248-2, 248-3)는 상이한 스펙트럼 컬러 성분에 대응할 수 있다. 예를 들어, 경사 위치(248-1)는 제 1 스펙트럼 컬러 성분에 대응할 수 있고, 경사 위치(248-2)는 제 2 스펙트럼 컬러 성분에 대응할 수 있으며, 경사 위치(248-3)는 제 3 스펙트럼 컬러 성분에 대응할 수 있다.
스펙트럼 컬러 성분은 평면 반사 렌즈(244)의 경사 위상 프로파일로부터 검출기(246)의 경사 위치(248-1, 248-2, 248-3)에서 수신될 수 있다. 예를 들어, 광원(240)에 의해 생성된 광은 기판(242)을 통과하고, 입자(201)의 형광 신호를 여기시키며, 투명 칩(204)에서 평면 반사 렌즈(244)의 경사 위상 프로파일로 반사될 수 있다. 평면 반사 렌즈(244)의 경사 위상 프로파일은 스펙트럼 컬러 성분을 검출기(246)에서의 해당 경사 위치(248-1, 248-2, 248-3)로 지향(예를 들어, 반사)시킨다.
도 3은 본 개시에 따른 스펙트럼 현미경(예를 들어, 도 1 및 2와 관련하여 각각 설명된 스펙트럼 현미경(100,238))의 예시적인 방법(320)의 흐름도를 도시한다. 예를 들어, 방법(320)은 복수의 형광 신호의 파장을 결정하도록 검출기(예를 들어, 도 1 및 2와 관련하여 각각 설명된 검출기(114, 247))에 의해 수행될 수 있다.
단계(322)에 도시된 바와 같이, 방법(320)은 광원(예를 들어, 도 1 및 2와 관련하여 각각 설명된 광원(108, 240))에 의해 여기 광을 생성하여 유체의 복수의 입자의 복수의 형광 신호를 여기시키는 단계를 포함하며, 여기서 유체는 채널(예를 들어, 도 1 및 2와 관련하여 각각 설명된 채널(102, 202)) 내에 위치한다. 여기 광은 검출기에 의해 검출될 수 있는 복수의 입자의 형광 신호의 형광 여기를 발생시키기에 충분한 광학 출력으로 생성될 수 있다.
몇몇 예에서, 여기 광은 광원으로부터 투명 칩(예를 들어, 도 1과 관련하여 설명된 투명 칩(104))을 통해 전파할 수 있고 그리고 복수의 입자를 갖는 유체를 포함하는 채널을 통해 추가로 전파할 수 있다. 여기 광은 채널 내의 유체의 복수의 입자들 사이의 입자(예를 들어, 도 1과 관련하여 앞서 설명된 입자(101))를 조명할 수 있다. 이어서, 여기 광은 투명 칩(예를 들어, 도 1과 관련하여 앞서 설명된 투명 칩(104)) 및 평면 회절 렌즈(예를 들어, 도 1과 관련하여 앞서 설명된 평면 회절 렌즈(112))를 통해 전파할 수 있다.
몇몇 예에서, 여기 광은 광원으로부터 기판(예를 들어, 도 2와 관련하여 설명된 기판(242))을 통해 그리고 투명 칩(예를 들어, 도 2와 관련하여 설명된 투명 칩(204))을 통해 그리고 추가로 복수의 입자를 갖는 유체를 포함하는 채널을 통해 전파할 수 있다. 여기 광은 채널 내의 유체의 복수의 입자들 사이의 입자(예를 들어, 도 2와 관련하여 설명된 입자(201))를 조명할 수 있다. 여기 광은 다시 평면 반사 렌즈에서 반사된다.
단계(324)에서 도시된 바와 같이, 방법(320)은 검출기에서, 평면 회절 렌즈의 축 초점으로부터 여기 광을 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 평면 회절 렌즈를 통한 전파 이후, 여기 광은 축 위치(예를 들어, 도 1 및 2와 관련하여 각각 설명된 검출기의 축 위치(116, 247))에서 수신될 수 있다.
여기 광은 평면 회절 렌즈 또는 평면 반사 렌즈의 축 위상 프로파일로부터 검출기의 축 위치에서 수신될 수 있다. 예를 들어, 여기 광은 평면 회절 렌즈의 축 위상 프로파일을 통해 전파되거나 또는 평면 반사 렌즈로부터 반사될 수 있으며, 여기서, 평면 회절 렌즈 또는 평면 반사 렌즈의 축 위상 프로파일은 여기 광을 검출기의 축 위치로 향하게 한다.
평면 회절 렌즈 또는 평면 반사 렌즈의 축 초점으로부터 수신된 여기 광은 입자를 이미징하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 입자를 이미징하는 단계는 입자의 크기 및/또는 형상을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 입자의 크기 및/또는 형상은 스펙트럼 현미경을 사용하여 취해진 진단 측정에 유용할 수 있다.
입자를 이미징하는 단계는 입자의 크기 및/또는 형상을 결정하는 것으로 설명되지만, 본 개시의 예는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 입자를 이미징하는 단계는 입자의 다른 물리적 특성을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
단계(326)에 도시된 바와 같이, 방법(320)은 검출기에서, 검출기의 복수의 위치에서의 복수의 형광 신호의 복수의 스펙트럼 컬러 성분을 평면 회절 렌즈 또는 평면 반사 렌즈의 경사 초점으로부터 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 평면 회절 렌즈를 통해 전파되거나 평면 반사 렌즈로부터 반사된 후에, 복수의 입자 중 하나의 입자의 형광 신호의 스펙트럼 컬러 성분은 검출기의 경사 위치(예를 들어, 도 1 및 2와 관련하여 각각 설명된 경사 위치(118-1, 118-2, 118-3, 248-1, 248-2, 248-3))에서 수신될 수 있다.
스펙트럼 컬러 성분은 평면 회절 렌즈 또는 평면 반사 렌즈의 경사 위상 프로파일로부터 검출기의 경사 위치에서 수신될 수 있다. 예를 들어, 여기 광은 입자의 형광 신호를 조사(예를 들어, 여기)한 후, 평면 회절 렌즈의 경사 위상 프로파일을 통해 전파되거나, 평면 반사 렌즈의 경사 위상 프로파일로부터 반사될 수 있다. 평면 회절 렌즈 또는 평면 반사 렌즈의 경사 위상 프로파일은 스펙트럼 컬러 성분을 검출기에서의 경사 위치로 향하게 한다.
검출기에서 복수의 스펙트럼 컬러 성분을 수신하는 단계는 검출기 상의 상이한 위치에서 복수의 스펙트럼 컬러 성분의 상이한 스펙트럼 컬러 성분을 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 상이한 입자는 고유한 스펙트럼 컬러 성분에 대응할 수 있는 상이한 형광 신호를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 스펙트럼 컬러 성분을 갖는 제 1 입자는 제 2 스펙트럼 컬러 성분을 갖는 제 2 입자와 상이한 형광 신호를 가질 수 있다. 제 1 입자의 제 1 스펙트럼 컬러 성분은 검출기의 제 1 경사 위치에서 수신될 것이고, 제 2 입자의 제 2 스펙트럼 컬러 성분은 검출기의 제 2 경사 위치에서 수신될 것이며, 여기서 검출기의 제 1 경사 위치는 검출기의 제 2 경사 위치와 상이하다.
검출기 상의 상이한 위치는 복수의 형광 신호의 상이한 파장에 대응할 수 있다. 예를 들어, 제 1 경사 위치에서 수신된 제 1 입자의 제 1 스펙트럼 컬러 성분은 635 나노미터(nm)의 파장에 대응할 수 있다. 제 2 경사 위치에서 수신된 제 2 입자의 제 2 스펙트럼 컬러 성분은 645nm의 파장에 대응할 수 있다.
검출기의 제 1 경사 위치 및 검출기의 제 2 경사 위치는 각각 635㎚ 및 645㎚의 파장에 대응하는 것으로서 설명되었지만, 본 개시의 예는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 검출기 상의 상이한 위치는 임의의 다른 파장에 대응할 수 있다.
단계(328)에 도시된 바와 같이, 방법(320)은 검출기에 의해 복수의 형광 신호의 파장을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 복수의 형광 신호의 파장은 평면 회절 렌즈 또는 평면 반사 렌즈의 축 초점으로부터 수신된 여기 광과, 평면 회절 렌즈 또는 평면 반사 렌즈의 경사 초점으로부터 복수의 스펙트럼 컬러 성분의 각각이 수신되는 검출기의 해당 위치를 이용하여 결정될 수 있다.
입자의 형광 신호의 파장은 입자의 형광 신호의 스펙트럼 컬러 성분이 검출기에서 수신되는 위치를 결정함으로써 결정될 수 있다. 예를 들어, 입자의 스펙트럼 컬러 성분이 황색 스펙트럼 컬러 성분에 대응하는 검출기의 경사 위치에서 수신되고, 황색 스펙트럼 컬러 성분에 대응하는 검출기의 경사 위치가 635nm의 파장에 대응하면, 검출기는 입자의 형광 신호의 파장이 635nm인 것을 결정할 수 있다. 다른 예로서, 입자의 스펙트럼 컬러 성분이 청색 스펙트럼 컬러 성분에 대응하는 검출기의 경사 위치에서 수신되고, 청색 스펙트럼 컬러 성분에 대응하는 검출기의 경사 위치가 645nm의 파장에 대응하면, 검출기는 입자의 형광 신호의 파장이 645nm인 것을 결정할 수 있다.
몇몇 예에서, 검출기는 평면 회절 렌즈 또는 평면 반사 렌즈의 축 초점으로부터 수신된 여기 광을 이용하여 입자의 위치의 측 방향 시프트를 보정할 수 있다. 예를 들어, 마이크로 유체 채널의 중심에 대해 측 방향 시프트를 갖는 입자로부터의 스펙트럼 컬러는 예상치 않은 검출기의 경사 위치에서 수신될 수 있다. 검출기는 축 초점으로부터의 여기 광을 이용하여 스펙트럼 컬러 성분의 시프트를 보정할 수 있다.
복수의 입자의 복수의 형광 신호의 파장은 유체가 채널을 통해 통과할 때 결정될 수 있다. 예를 들어, 광원으로부터의 여기 광이 복수의 입자의 형광 신호를 여기시키는 동안 복수의 입자를 포함하는 유체가 채널을 통해 흐를 수 있다.
복수의 입자의 복수의 형광 신호의 파장은 검출기가 투명 칩을 지나 이동할 때 결정될 수 있다. 예를 들어, 검출기 및 광원이 투명 칩을 지나 이동하는 동안 투명 칩이 고정되어 광원으로부터의 여기 광이 복수의 입자의 형광 신호를 여기시킬 수 있다.
본 명세서에 설명되는 바와 같이, 방법은 광원에 의해 여기 광을 생성하여 복수의 입자의 복수의 형광 신호를 여기시키는 단계를 포함할 수 있다. 검출기는 평면 회절 렌즈 또는 평면 반사 렌즈의 축 초점으로부터 여기 광을 수신하고, 평면 회절 렌즈 또는 평면 반사 렌즈의 경사 초점으로부터 복수의 형광 신호의 복수의 스펙트럼 컬러 성분을 수신할 수 있다. 검출기는 평면 회절 렌즈 또는 평면 반사 렌즈의 축 초점으로부터 수신된 여기 광과, 복수의 스펙트럼 컬러 성분 각각이 평면 회절 렌즈 또는 평면 반사 렌즈의 경사 초점으로부터 수신되는 검출기의 해당 위치에 기초하여 복수의 형광 신호의 파장을 추가로 결정할 수 있다. 이 방법을 사용하면 컴팩트한 스펙트럼 현미경 내의 통합된 부품을 사용하여 입자 이미징 및 검출이 가능하므로 복잡하고/복잡하거나 섬세한 정렬 구성을 갖는 대형 광학 부품을 갖는 시스템이 필요하지 않게 된다.
도 4는 본 개시에 따른 스펙트럼 현미경(예를 들어, 도 1 및 2와 관련하여 각각 설명된 스펙트럼 현미경(100, 238))에 대한 검출기(431)(예를 들어, 도 1 및 2와 관련하여 각각 설명된 검출기(114, 247))의 일례의 도면을 도시한다. 검출기(431)는 메모리 리소스(432) 및 프로세싱 리소스(436)를 포함할 수 있다.
검출기(431)는 도 1 내지도 3과 관련하여 설명된 요소를 수행하기 위해, 하드웨어, 비일시적 머신 판독가능 매체 상의 머신 판독가능 명령, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
예를 들어, 하드웨어는 프로세싱 리소스(436) 및/또는 메모리 리소스(432)(예를 들어, 컴퓨터 판독가능 매체(CRM), 머신 판독가능 매체(MRM), 데이터베이스 등)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 프로세싱 리소스(436)는 메모리 리소스(432)에 의해 저장된 명령을 실행할 수 있는 임의의 수의 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세싱 리소스(436)는 단일 디바이스로 구현되거나 다중 디바이스에 분산될 수 있다. 머신 판독가능 명령(예를 들어, 컴퓨터 판독가능 명령(CRI))은 메모리 리소스(432) 상에 저장되고 프로세싱 리소스(436)에 의해 실행 가능한 명령을 포함하여, 원하는 요소(예를 들어, 평면 렌즈의 축 초점으로부터 수신된 여기 광과, 복수의 스펙트럼 컬러 성분의 각각이 평면 렌즈의 경사 초점으로부터 수신되는 검출기(431)의 각 위치 등에 기초하여 복수의 형광 신호의 파장을 결정하는 검출기(431))를 구현할 수 있다.
메모리 리소스(432)는 프로세싱 리소스(436)와 통신할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 메모리 리소스(432)는 프로세싱 리소스(436)에 의해 실행될 수 있는 명령을 저장할 수 있는 임의의 수의 메모리 구성요소를 포함할 수 있다. 이러한 메모리 리소스(432)는 비일시적 CRM 또는 MRM일 수 있다. 메모리 리소스(432)는 단일 디바이스에 통합되거나 다중 디바이스에 분산될 수 있다. 또한, 메모리 리소스(432)는 프로세싱 리소스(436)와 동일한 디바이스에 완전히 또는 부분적으로 통합되거나 이들 디바이스 및 프로세싱 리소스(436)에 액세스 가능하도록 분리될 수도 있다. 따라서, 검출기(431)가 참가자 디바이스, 서버 디바이스, 서버 디바이스 모음 및/또는 참가자 디바이스와 서버 디바이스의 조합상에 구현될 수 있음을 알아야 한다.
메모리 리소스(432)은 통신 링크(예를 들어, 경로)(434)를 통해 프로세싱 리소스(436)와 통신할 수 있다. 통신 링크(434)는 프로세싱 리소스(436)와 연관된 머신(예를 들어, 검출기(431))에 로컬이거나 원격일 수 있다. 로컬 통신 링크(434)의 예는 머신(예를 들어, 검출기) 내부의 전자 버스를 포함할 수 있는데, 여기서 메모리 리소스(432)는 전자 버스를 통해 프로세싱 리소스(436)와 통신하는 휘발성, 비휘발성, 고정 및/또는 착탈식 저장 매체 중 하나이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "로직"은 본 명세서에서 설명된 특정 동작 및/또는 요소를 수행하기 위한 대안적인 또는 추가적인 프로세싱 리소스이다. 로직은 하드웨어를 포함할 수 있다. 하드웨어는 머신 판독가능 매체상의 머신 판독가능 명령과 별개인 회로와 같은 프로세싱 리소스를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "한(하나의)" 또는 "복수의" 무언가는 하나 이상의 그 무언가를 지칭할 수 있다. 예를 들어 "복수의 위젯"은 하나 이상의 위젯을 지칭할 수 있다.
상기 명세서, 실시예 및 데이터는 방법 및 응용에 대한 설명을 제공하고 본 개시의 시스템 및 방법의 사용을 제공한다. 다수의 예가 본 개시의 시스템 및 방법의 진의 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있으므로, 본 명세서는 단지 다수의 가능한 예시 구성 및 구현 중 일부만을 설명한다.

Claims (15)

  1. 스펙트럼 현미경으로서,
    평면 렌즈를 갖는 기판 - 상기 평면 렌즈는 축 초점 및 경사 초점을 포함하는 위상 프로파일을 포함함 - 과,
    복수의 입자 중에서 입자의 신호를 여기시키기 위한 광원과,
    검출기를 포함하되,
    상기 검출기는,
    상기 광원에서 생성된 광을 상기 평면 렌즈의 상기 축 초점으로부터 수신하고,
    상기 입자의 여기된 신호의 스펙트럼 컬러 성분을 상기 평면 렌즈의 상기 경사 초점으로부터 수신하는
    스펙트럼 현미경.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 입자는 유체 내에 위치하는
    스펙트럼 현미경.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사 초점의 상기 스펙트럼 컬러 성분은 상기 여기된 신호의 파장에 대응하는
    스펙트럼 현미경.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 평면 렌즈의 상기 위상 프로파일은,
    상기 평면 렌즈의 축 초점에 기초한 축 위상 프로파일과,
    상기 평면 렌즈의 경사 초점에 기초한 경사 위상 프로파일을 포함하는
    스펙트럼 현미경.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 평면 렌즈는 회절 렌즈인
    스펙트럼 현미경.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 소스는 발광 다이오드인
    스펙트럼 현미경.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 소스는 레이저인
    스펙트럼 현미경.
  8. 유체의 복수의 입자 중에서 복수의 형광 신호를 여기시키기 위한 여기 광을 광원에 의해 생성하는 단계 - 상기 유체는 투명 칩의 채널 내에 위치함 - 와,
    검출기에서, 여기 광을 평면 렌즈의 축 초점으로부터 수신하는 단계와,
    상기 검출기에서, 상기 검출기의 복수의 위치에서의 상기 복수의 형광 신호의 복수의 스펙트럼 컬러 성분을 상기 평면 렌즈의 경사 초점으로부터 수신하는 단계와,
    상기 검출기에 의해,
    상기 평면 렌즈의 축 초점으로부터 수신된 여기 광과,
    상기 복수의 스펙트럼 컬러 성분의 각각이 상기 평면 렌즈의 경사 초점으로부터 수신되는 상기 검출기에서의 각 위치에 기초하여
    상기 복수의 형광 신호의 파장을 결정하는 단계를 포함하는
    방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 검출기 상의 상이한 위치에서 상기 복수의 스펙트럼 컬러 성분의 상이한 스펙트럼 컬러 성분을 수신하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 검출기 상의 상이한 위치는 상기 복수의 형광 신호의 상이한 파장에 대응하는
    방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 입자의 상기 복수의 형광 신호의 파장은 상기 유체가 상기 채널을 통해 흐를 때 결정되는
    방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 입자의 상기 복수의 형광 신호의 파장은 상기 검출기가 상기 투명 칩을 지나 이동할 때 결정되는
    방법.
  13. 스펙트럼 현미경으로서,
    투명 칩 내의 복수의 채널 - 상기 복수의 채널의 각각은 유체를 포함하고, 상기 복수의 채널의 각 유체는 복수의 입자를 포함함 - 과,
    복수의 평면 렌즈를 갖는 기판 - 상기 복수의 평면 렌즈의 각각은 축 초점 및 경사 초점을 포함함 - 과,
    상기 복수의 채널의 각 유체에 포함된 상기 복수의 입자의 형광 신호를 여기시키기 위한 여기 광을 생성하는 광원과,
    복수의 검출기를 포함하되,
    상기 복수의 검출기는,
    상기 복수의 평면 렌즈 각각의 해당 축 초점으로부터의 여기 광과,
    상기 복수의 평면 렌즈 각각의 해당 경사 초점으로부터의 상기 복수의 입자의 해당 형광 신호의 스펙트럼 컬러 성분 중
    각각의 개별적인 하나를 수신하는
    스펙트럼 현미경.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 평면 렌즈의 각각은 개별적인 위상 프로파일을 포함하는
    스펙트럼 현미경.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 평면 렌즈의 상기 개별적인 위상 프로파일의 각각은 검출될 입자의 유형에 기초하여 결정되는
    스펙트럼 현미경.
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