KR20200011673A - Ultra compact on-chip multi-fluorescence imaging system and manufacturing method thereof - Google Patents

Ultra compact on-chip multi-fluorescence imaging system and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20200011673A
KR20200011673A KR1020180086410A KR20180086410A KR20200011673A KR 20200011673 A KR20200011673 A KR 20200011673A KR 1020180086410 A KR1020180086410 A KR 1020180086410A KR 20180086410 A KR20180086410 A KR 20180086410A KR 20200011673 A KR20200011673 A KR 20200011673A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
guide plate
light guide
light
image sensor
sample
Prior art date
Application number
KR1020180086410A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102229731B1 (en
Inventor
조일주
최낙원
신효근
최웅선
윤준보
윤건욱
Original Assignee
한국과학기술연구원
한국과학기술원
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 한국과학기술연구원, 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020180086410A priority Critical patent/KR102229731B1/en
Publication of KR20200011673A publication Critical patent/KR20200011673A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102229731B1 publication Critical patent/KR102229731B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
    • G01N21/6458—Fluorescence microscopy
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6486—Measuring fluorescence of biological material, e.g. DNA, RNA, cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
    • G02B21/362—Mechanical details, e.g. mountings for the camera or image sensor, housings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0066—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form characterised by the light source being coupled to the light guide
    • G02B6/0068—Arrangements of plural sources, e.g. multi-colour light sources
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/02—Mechanical
    • G01N2201/022—Casings
    • G01N2201/0221—Portable; cableless; compact; hand-held

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

A multi-fluorescence imaging system comprises: a light guide plate having the upper surface including a number of spherical projections and the bottom surface formed of a flat plane; an image sensor having a smaller area than the light guide plate and spaced and attached under the bottom surface of the light guide plate; and a plurality of light sources disposed on at least a part of a side surface unit of the light guide plate. A fluorescent sample applied onto the upper surface of the light guide plate receives light irradiated into the light guide plate from the plurality of light sources through the spherical projections.

Description

초소형 온칩 다중 형광 이미징 시스템 및 그 제작방법{ULTRA COMPACT ON-CHIP MULTI-FLUORESCENCE IMAGING SYSTEM AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Ultra-small on-chip multi-fluorescence imaging system and its manufacturing method {ULTRA COMPACT ON-CHIP MULTI-FLUORESCENCE IMAGING SYSTEM AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 초소형 온칩 다중 형광 이미징 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도광판(light guide plate)을 이용하여 초소형으로 제작 가능하고 다중 형광 이미징이 가능한 무렌즈(lensless) 형광 이미징 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an ultra-small on-chip multi-fluorescence imaging system, and more particularly to a lensless fluorescence imaging system that can be manufactured in a very small size using a light guide plate and capable of multi-fluorescence imaging.

물리, 바이오, 화학 분야 등에서 미세 크기의 시료를 관찰하기 위해 광학 이미징 기술이 널리 사용되고 있다. 특히, 형광 현미경은 일반 광학 현미경에 비해 선명한 영상을 얻을 수 있어 바이오 칩과 같은 시료를 관찰하는 데에 보편적으로 쓰이고 있다. Optical imaging techniques are widely used in physics, biotechnology and chemistry to observe microscopic samples. In particular, the fluorescence microscope can obtain a clearer image than the general optical microscope, and is widely used for observing a sample such as a biochip.

최근 이미지 센서 기술의 발달로, 기존의 형광 시료 관찰이 가능한 소형 형광 이미징 시스템이 소개되었다.Recently, with the development of image sensor technology, a small fluorescent imaging system capable of observing a conventional fluorescent sample was introduced.

형광 이미징 시스템은, 형광체가 특정 파장의 빛을 흡수하면 형광을 발하는 원리를 이용하여, 시료에 형광 물질(형광 색소)을 처리한 후 시료에 형광 물질의 흡수 파장의 여기광을 조사하고 시료로부터 발산되는 방출광을 통해 시료를 관찰할 수 있도록 이미지화하는 시스템이다. 이 때, 형광 물질에 조사하는 여기광이 방출광과 함께 관찰되는 경우 관찰 결과의 정확성 및 신뢰성을 저하시키므로 이를 제거할 필요가 있다. 이를 위해, 종래의 형광 이미징 시스템은 대체로 특정 파장의 빛을 차단하는 필터를 포함하여 광원, 렌즈 등을 필요로 하고 있다. The fluorescence imaging system uses a principle that fluoresces when a phosphor absorbs light of a specific wavelength, and after treating the sample with a fluorescent substance (fluorescent dye), irradiates the sample with excitation light of the absorption wavelength of the fluorescent substance and emits it from the sample. It is an imaging system that can observe the sample through the emitted light. At this time, when the excitation light irradiated to the fluorescent material is observed together with the emission light, it is necessary to remove it because it lowers the accuracy and reliability of the observation result. To this end, conventional fluorescent imaging systems generally require a light source, a lens, or the like, including a filter that blocks light of a specific wavelength.

따라서, 종래의 형광 이미징 시스템은 특정 파장의 빛을 차단하는 필터의 필요성으로 인해 여러 파장의 형광 신호를 동시에 측정해야 하는 다중 형광 이미징에 적합하지 않으며, 이를 가능하게 하기 위해서는 복잡한 구조의 비교적 큰 크기와 무게를 가지게 되어 휴대하기에 적합하지 않다. 또한, 고가의 장비로서 폭넓게 활용되기에 적합하지 않고, 렌즈를 이용한 형광 이미징 시스템은 관측 시야(field of view, FOV)가 좁다는 제약이 있다. 무렌즈 형광 이미징 시스템은 비교적 단순한 구조로 휴대하기 적합하고 상대적으로 넓은 관측 시야(FOV)를 가지나, 위와 마찬가지로 특정 파장의 빛을 차단하는 필터의 필요성으로 인해 다중 형광 이미징에 적합하지 않다.Thus, conventional fluorescence imaging systems are not suitable for multiple fluorescence imaging, which requires simultaneous measurement of fluorescence signals of multiple wavelengths due to the need for filters to block light of a particular wavelength, and to enable this, It has weight and is not suitable for carrying. In addition, it is not suitable to be widely used as expensive equipment, and the fluorescence imaging system using a lens has a limitation in that the field of view (FOV) is narrow. Lensless fluorescence imaging systems are relatively simple to carry and have a relatively wide field of view (FOV), but as above, they are not suitable for multiple fluorescence imaging due to the need for filters to block light of a particular wavelength.

미국 등록 특허 공보 제9057702호(2015. 6. 16)United States Registered Patent Publication No. 9057702 (June 16, 2015)

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 도광판을 사용하여 초소형으로 제작 가능하고, 이미지 센서를 이용해 간단하게 구현이 가능한 무렌즈 다중 형광 이미징 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a lensless multi-fluorescence imaging system that can be manufactured in a very small size using a light guide plate, and can be easily implemented using an image sensor.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 다중 형광 이미징 시스템으로서, 상면은 다수의 구형 돌기를 포함하고, 저면은 평평한 평면으로 이루어진 도광판, 상기 도광판보다 좁은 면적을 갖고, 상기 도광판의 저면 아래에 간격을 가지고 이격되어 부착되는 이미지 센서, 및 상기 도광판의 측면부의 적어도 일부에 배치되는 복수 개의 광원을 포함하고, 상기 도광판의 상면에 도포되는 형광 시료는 구형 돌기를 통해 상기 복수 개의 광원으로부터 상기 도광판 내로 조사되는 빛을 전달받는다.In order to achieve the above object, according to an aspect of the present invention, a multi-fluorescence imaging system, the top surface includes a plurality of spherical projections, the bottom surface is a light guide plate made of a flat plane, has a smaller area than the light guide plate, And a plurality of light sources disposed on at least a portion of the side surface portion of the light guide plate, wherein the image sensor is spaced apart from the bottom surface and attached to the light guide plate, and the fluorescent sample applied to the top surface of the light guide plate is separated from the plurality of light sources through spherical protrusions. The light irradiated into the light guide plate is received.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 도광판은 공기보다 빛의 굴절률이 큰 물질로 이루어질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the light guide plate may be made of a material having a larger refractive index than air.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 도광판은 PDMS(polydimethylsiloxane) 도광판일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the light guide plate may be a polydimethylsiloxane (PDMS) light guide plate.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 복수 개의 광원은 서로 다른 여기 파장의 빛을 도광판 내로 조사하는 복수 개의 LED를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the plurality of light sources may include a plurality of LEDs that irradiate light having different excitation wavelengths into the light guide plate.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 복수 개의 광원은 상기 도광판 내부로 빛을 조사하여, 상기 빛의 일부는 상기 도광판의 평평한 면에서 투과되어 상기 도광판 외부로 방출되고, 상기 빛의 나머지 일부가 도광판의 평평한 면에서 전반사되어 상기 도광판 내부로 진행하도록 하고, 상기 이미지 센서는 상기 도광판 내부로 진행한 빛을 상기 구형 돌기를 통해 전달받은 상기 형광 시료로부터 방출 파장의 빛을 감지하여 이미지화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plurality of light sources irradiate light into the light guide plate so that a portion of the light is transmitted from the flat surface of the light guide plate to be emitted to the outside of the light guide plate, and the remaining part of the light is guided by the light guide plate. The total reflection is performed on a flat surface of the light guide plate, and the image sensor may sense light of the emission wavelength from the fluorescent sample received through the spherical protrusion.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 복수 개의 광원은 미리 설정된 주기 또는 제어 명령에 따라 상기 도광판 내로 빛을 조사할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the plurality of light sources may emit light into the light guide plate according to a preset period or control command.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 도광판의 상면 위에 집적되는 시료 칩을 더 포함하고, 상기 시료 칩은 상기 형광 시료를 담을 수 있는 구조로 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the light emitting device may further include a sample chip integrated on the upper surface of the light guide plate, and the sample chip may be formed in a structure capable of containing the fluorescent sample.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 시료 칩은 세포 배양 칩 또는 미세 유체 칩일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the sample chip may be a cell culture chip or a microfluidic chip.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 이미지 센서는 CCD 이미지 센서 또는 CMOS 이미지 센서일 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the image sensor may be a CCD image sensor or a CMOS image sensor.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 복수 개의 광원은, 상기 복수 개의 광원으로부터 상기 도광판 내로 조사되는 빛 중 상기 도광판 외부로 투과되는 빛이 상기 이미지 센서에 의해 감지되지 않도록, 상기 이미지 센서로부터 일정 거리 이상 떨어진 상기 도광판의 측면에 배치될 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the plurality of light sources may have a predetermined distance from the image sensor so that light transmitted to the outside of the light guide plate of the light irradiated into the light guide plate from the plurality of light sources is not detected by the image sensor. The light guide plate may be disposed at a side surface of the light guide plate that is far apart.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 다중 형광 이미징 시스템의 제작 방법에 있어서, 상면은 다수의 구형 돌기를 포함하고 저면은 평평한 평면으로 구성되며, 측면부에 복수 개의 광원을 부착할 수 있는 형태로 도광판을 형성하는 단계, 상기 도광판보다 좁은 면적을 갖는 이미지 센서 위에 간격을 가지고 이격되도록 상기 도광판의 저면을 부착하는 단계, 및 상기 도광판의 상면에 시료 칩을 부착하는 단계를 포함하고, 상기 시료 칩은 형광 시료를 담을 수 있는 구조로 형성되고, 상기 형광 시료는 구형 돌기를 통해 상기 측면부에 부착된 광원으로부터 상기 도광판 내로 조사되는 빛을 전달받는다.According to another aspect of the invention, in the manufacturing method of the multiple fluorescence imaging system, the upper surface comprises a plurality of spherical protrusions and the bottom surface is composed of a flat plane, the light guide plate in the form that can be attached to a plurality of light sources in the side portion Forming a bottom surface of the light guide plate so as to be spaced apart from each other on the image sensor having a smaller area than the light guide plate, and attaching a sample chip to an upper surface of the light guide plate, wherein the sample chip is a fluorescent sample. Is formed into a structure that can contain, the fluorescent sample receives the light irradiated into the light guide plate from a light source attached to the side portion through a spherical projection.

본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 다중 형광 이미징 시스템은, 도광판이 필터 요소의 역할을 대체할 수 있어서 필터의 교체가 필요 없고 다중 형광 이미징이 가능하다. 또한, 본 발명에서 제안하는 다중 형광 이미징 시스템은, 도광판과 이미지 센서를 이용하여 간단하게 초소형으로 제작이 가능하며, 관측 시야(FOV)가 넓고 휴대가 용이하다. 뿐만 아니라, 도광판 상부에 시료 칩을 포함하여, 실험과 동시에 실시간으로 시료의 변화를 관찰할 수 있고 POC(point of care)를 가능하게 한다. In the multiple fluorescence imaging system according to various embodiments of the present disclosure, the light guide plate may replace the role of the filter element so that the filter does not need to be replaced and multiple fluorescence imaging is possible. In addition, the multi-fluorescence imaging system proposed in the present invention can be manufactured in a very small size using a light guide plate and an image sensor, and has a wide field of view (FOV) and is easy to carry. In addition, by including a sample chip on the light guide plate, it is possible to observe the change of the sample in real time at the same time as the experiment and to enable a point of care (POC).

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effect obtained in the present invention is not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art from the following description. will be.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 형광 이미징 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 여기 파장과 방출 파장의 경로를 도시한다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 형광 이미징 시스템의 동작 원리를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 형광 이미징 시스템의 제작 방법을 도시한다.
도 5a 내지 5d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 배양액에서 시간의 흐름에 따라 획득된 이미지 변화를 도시한다.1 illustrates a multiple fluorescence imaging system according to an embodiment of the present invention.
2 illustrates a path between an excitation wavelength and an emission wavelength according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B illustrate an operating principle of a multiple fluorescence imaging system according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates a method of manufacturing a multiple fluorescence imaging system according to an exemplary embodiment.
5a to 5d show image changes obtained over time in the cell culture according to one embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용은 제한되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this will be described as an example, whereby the technical idea of the present invention and its core configuration and operation are not limited.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 형광 이미징 시스템(100)을 도시한다. 1 illustrates a multiple fluorescence imaging system 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 다중 형광 이미징 시스템(100)은 시료 칩(110), 광원을 포함하는 도광판(120) 및 이미지 센서(140)를 포함한다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 도광판(120)을 중심으로 이미지 센서(140)와 시료 칩(110)은 서로 반대 방향에 배치된다. 바람직하게는, 이미지 센서(140)는 도광판(120)의 저면 아래에 위치하고 시료 칩(110)은 도광판(120)의 상부에 위치할 수 있다. 또한, 도광판(120)은 이미지 센서(140)보다 크게 제작된다.Referring to FIG. 1, the multiple fluorescence imaging system 100 includes a sample chip 110, a light guide plate 120 including a light source, and an image sensor 140. According to an embodiment of the present disclosure, the image sensor 140 and the sample chip 110 are disposed in opposite directions with respect to the light guide plate 120. Preferably, the image sensor 140 may be located under the bottom of the light guide plate 120, and the sample chip 110 may be positioned above the light guide plate 120. In addition, the light guide plate 120 is made larger than the image sensor 140.

시료 칩(110)은 형광 시료를 가두어 관찰할 수 있는 형태로 도광판(120) 상부에 고정될 수 있다. 예를 들어, 시료 칩(110)은 세포 배양 칩 또는 미세 유체 칩일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 시료 칩(110)은 생략될 수 있으며, 도광판(120)에 탈부착이 가능하도록 조립될 수 있다. 시료 칩(110)의 형태는 제한이 없으며, 유체 시료를 가두고 관찰이 가능한 어떠한 형태로도 변형될 수 있다.The sample chip 110 may be fixed to the upper part of the light guide plate 120 in a form in which the fluorescent sample is confined and observed. For example, the sample chip 110 may be a cell culture chip or a microfluidic chip, but is not limited thereto. The sample chip 110 may be omitted and may be assembled to be detachably attached to the light guide plate 120. The shape of the sample chip 110 is not limited, and the sample chip 110 may be modified into any shape that can be trapped and observed.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따라 세포 배양 칩(110)과의 집적을 통해 온칩 형광 이미징 시스템(100)의 구현이 가능하다. 이 경우, 세포 배양액의 동적 세포 활동을 관찰하기 위해 시료를 이동시킬 필요가 없으며, 오염 등의 우려 없이 실시간으로 동적 세포 활동을 관찰할 수 있다. As shown in FIG. 1, the on-chip fluorescence imaging system 100 may be implemented through integration with the cell culture chip 110 according to an exemplary embodiment. In this case, it is not necessary to move the sample in order to observe the dynamic cell activity of the cell culture, and the dynamic cell activity can be observed in real time without fear of contamination.

도광판(120)은 측면부에 위치한 광원으로부터 빛이 진행하는 경로를 제공하는 판으로서, 판의 너비에 비해 두께(예: 100㎛ 내외)가 매우 얇은 형태를 갖는다. 도광판(120)은 광원에서 이미지 센서로 직접 조사되는 빛과 전반사 이외의 각도의 빛을 차단하기 위해 이미지 센서보다 크게 제작되어 광원과 이미지 센서 간에 충분한 거리(예: 10 mm 내외)를 제공한다. 도광판(120)은 서로 다른 여기 파장을 제공하는 복수 개의 광원을 측면부에 포함할 수 있으며, 이를 통해 다중 형광 이미징을 가능하도록 할 수 있다. 예를 들어, 광원은 다이오드(diode), 레이저(laser) 또는 LED(light emitting diode)와 같이 여기 파장의 빛을 제공할 수 있는 다양한 수단이 이용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 복수 개의 광원은 녹색 LED(131), 파랑 LED(133)를 포함할 수 있다. The light guide plate 120 is a plate that provides a path for the light to travel from a light source positioned at the side portion, and has a thickness that is very thin (for example, about 100 μm) or less than the width of the plate. The light guide plate 120 is made larger than the image sensor to block light irradiated directly from the light source to the image sensor and light at an angle other than total reflection to provide a sufficient distance (eg, about 10 mm) between the light source and the image sensor. The light guide plate 120 may include a plurality of light sources providing different excitation wavelengths on the side surface thereof, thereby enabling multiple fluorescence imaging. For example, the light source may use various means capable of providing light of an excitation wavelength, such as a diode, a laser, or a light emitting diode (LED). As shown in FIG. 1, the plurality of light sources may include a green LED 131 and a blue LED 133.

도광판(120)은 평평한 상면에 다수의 구형 돌기(121)를 포함하고, 저면은 평평한 평면으로 구성된다. 도광판(120)의 구형 돌기(121)는 후술하는 바와 같이 형광 시료로만 여기 파장의 빛을 전달해주는 역할을 한다. 구형 돌기(121)가 형광 시료로 빛을 전달하기 위해 형광 시료에 충분히 가깝게 위치해야 하나, 복수의 구형 돌기(121) 간 거리가 지나치게 좁은 경우 형광 시료가 구형 돌기(121)가 없는 평평한 면에 제대로 도포되지 못할 수 있다. 따라서, 다수의 구형 돌기(121)는 빛의 굴절과 시료 물질의 크기(예를 들어, 세포의 크기)를 고려하여 일정한 간격을 갖는 패턴으로 배치될 수 있다. The light guide plate 120 includes a plurality of spherical protrusions 121 on a flat top surface, and the bottom surface is configured as a flat plane. The spherical protrusion 121 of the light guide plate 120 serves to transmit light of the excitation wavelength only to the fluorescent sample, as will be described later. The spherical protrusion 121 should be located close enough to the fluorescent sample to transmit light to the fluorescent sample, but if the distance between the plurality of spherical protrusions 121 is too narrow, the fluorescent sample may be properly placed on a flat surface without the spherical protrusion 121. It may not be applied. Therefore, the plurality of spherical protrusions 121 may be arranged in a pattern having a predetermined interval in consideration of the refraction of the light and the size of the sample material (for example, the size of the cells).

도광판(120)은 빛의 굴절률이 공기(n=1)보다 큰 어떠한 물질로도 제작이 가능하다. 예를 들어, 도광판(120)은 PDMS(polydimethylsiloxane) 도광판일 수 있다.The light guide plate 120 may be made of any material having a refractive index of light greater than that of air (n = 1). For example, the light guide plate 120 may be a polydimethylsiloxane (PDMS) light guide plate.

이미지 센서(140)는 시료 칩(110)에서 형광 시료로부터 발생하는 방출 파장의 빛을 전달받아 디지털 영상 데이터로 변환하는 요소이다. 예를 들어, 이미지 센서(140)는 CCD(charge coupled device) 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서일 수 있다. 도광판(120)의 상면에 시료 칩(110)이 위치 하고, 이미지 센서(140)는 시료 칩(110)에서 형광 시료로부터 발생하는 방출 파장의 빛을 전달받기 위해 도광판(120)의 저면 아래에 위치할 수 있다. 이 때, 도광판(120)의 저면과 이미지 센서(140) 사이에 렌즈를 필요로 하지 않는다. 렌즈를 사용할 경우 시료를 관찰하기 위해 배율을 확대하는 만큼 관측 시야(FOV)가 좁아지게 되나, 렌즈 없이 이미지 센서(140)를 사용하는 본 발명의 경우 이미지 센서(140)의 크기가 관측 시야(FOV)에 해당하며 일반적으로 렌즈에 비해 넓은 관측 시야(FOV)를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 도광판(120)의 광원에서 이미지 센서(140)로 직접 조사되는 빛과 전반사 이외의 각도의 빛이 이미지 센서(140)에 전달되는 것을 차단하기 위해 이미지 센서(1400는 도광판(120)보다 작은 면적을 갖도록 제작될 수 있다. The image sensor 140 is an element that receives the light of the emission wavelength generated from the fluorescent sample in the sample chip 110 and converts the light into digital image data. For example, the image sensor 140 may be a charge coupled device (CCD) or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor. The sample chip 110 is positioned on the upper surface of the light guide plate 120, and the image sensor 140 is positioned below the bottom surface of the light guide plate 120 to receive light of the emission wavelength generated from the fluorescent sample in the sample chip 110. can do. In this case, a lens is not required between the bottom surface of the light guide plate 120 and the image sensor 140. When the lens is used, the field of view (FOV) is narrowed as much as the magnification is enlarged to observe the sample. However, in the present invention using the image sensor 140 without the lens, the size of the image sensor 140 is the field of view (FOV). ) And can generally provide a wider field of view (FOV) than a lens. According to one embodiment of the present invention, the light emitted from the light source of the light guide plate 120 directly to the image sensor 140 and the light of the angle other than the total reflection to the image sensor 140 to block the transmission to the image sensor 140 May be manufactured to have an area smaller than that of the light guide plate 120.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 여기 파장의 경로(201)와 방출 파장의 경로(203)를 도시한다.2 illustrates a path 201 of an excitation wavelength and a path 203 of an emission wavelength according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 도광판(120)의 측면에 위치한 광원(예: 파랑 LED(133))으로부터 여기 파장의 빛이 경로(201)를 따라 진행한다. 여기 파장의 빛은 도광판(120)의 평평한 저면과 만나는 경우 전반사되도록 조사되고, 이미지 센서(140)로는 여기 파장이 전달되지 않는다. 반면, 여기 파장의 빛이 도광판(120)의 구형 돌기(121)에 전달되면, 구형 표면에서 빛의 굴절을 통해 형광 시료로 빛이 전달된다. 형광 시료에 전달된 빛은 방출 파장의 경로(203)를 따라 이미지 센서(140)로 방출된다. 이를 통해, 이미지 센서(140)로 전달되는 여기 파장의 빛을 최소화하여 도광판(120) 자체가 필터의 역할을 하게 되며, 다중 형광 시료로부터의 방출되는 다중 파장을 동시에 이미지화할 수 있다. Referring to FIG. 2, light of an excitation wavelength travels along a path 201 from a light source (eg, a blue LED 133) positioned at a side of the light guide plate 120. The light having the excitation wavelength is irradiated so as to totally reflect when it meets the flat bottom surface of the light guide plate 120, and the excitation wavelength is not transmitted to the image sensor 140. On the other hand, when the light of the excitation wavelength is transmitted to the spherical protrusion 121 of the light guide plate 120, the light is transmitted to the fluorescent sample through the refraction of the light on the spherical surface. Light transmitted to the fluorescent sample is emitted to the image sensor 140 along the path 203 of the emission wavelength. Through this, the light guide plate 120 itself serves as a filter by minimizing light of an excitation wavelength transmitted to the image sensor 140, and simultaneously image multiple wavelengths emitted from multiple fluorescent samples.

도 3a 내지 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 형광 이미징 시스템(100)의 동작 원리를 구체적으로 도시한다.3A to 3B illustrate the operating principle of the multiple fluorescence imaging system 100 according to an embodiment of the present invention.

도광판(120)의 측면부에 복수 개의 다른 광원을 포함할 수 있다. 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 녹색 LED(131)와 파랑 LED(133) 등이 서로 다른 측면부에 배치될 수 있으나, 동일 측면부에 나란히 배치될 수도 있다. 복수 개의 광원이 배치될 수 있는 위치에는 제한이 없다.The side surface of the light guide plate 120 may include a plurality of different light sources. As shown in FIGS. 3A and 3B, the green LED 131 and the blue LED 133 may be disposed on different side parts, but may be disposed side by side on the same side part. There is no limitation in the position where a plurality of light sources can be arranged.

도 3a 및 3b를 참조하면, 도광판(120)의 측면부에 배치된 광원으로부터의 여기 파장의 빛은 전반사가 일어나지 않는(투과되는) 각도의 빛과 전반사가 일어나는 각도의 빛으로 나뉜다. 녹색 LED(131)와 파랑 LED(133)로부터 각각 조사되는 여기 파장의 빛 중 전반사가 일어나지 않는(투과되는) 각도의 빛은 광원과 이미지 센서(140) 간에 충분한 거리(예: 10 mm 내외)로 인해 외부로 방출되고 이미지 센서(140)로 전달되지 않는다. 전반사가 일어나는 각도의 빛은 도광판(120) 내로 조사되고, 도광판(120) 내의 상/하 평평한 면에 대해서 전반사가 일어난다. 따라서, 도광판(120)의 측면부에 배치된 광원으로부터의 도광판 내부로 전달되는 여기 파장의 빛이 도광판(120)의 평평한 면에 대해서 전반사가 일어나도록 설계되어, 필터가 없이도 이미지 센서(140)로 여기 파장의 빛이 제한되도록 할 수 있다. 이 때, 여기 파장의 빛이 도광판(120) 저면에서 전반사하도록 하기 위해 이미지 센서(140)와 도광판(120)은 적절하게 간격(301)을 가지고 이격되어야 한다. 간격(301)은 공기와 도광판(120)의 굴절률 차이에 의해 전반사가 일어날 수 있을 정도로 충분히 이격되어야 하나, 이미지 센서에서 획득하는 이미지의 해상도를 고려하여 최소의 간격(301)으로 이격되는 것이 바람직하다(예: 20㎛ 내외). 이를 위해, 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(140)와 대면하는 도광판(120) 부분은 간격(301)만큼 도광판(120) 내측으로 오목한 형태로 제작될 수 있다. 본 발명의 다른 일 실시 예에 따라, 도광판(120)은 평평한 저면을 갖고 이미지 센서(140)와 간격(301)만큼 이격되도록 부착되어 제작될 수 있다. 3A and 3B, light of an excitation wavelength from a light source disposed at a side portion of the light guide plate 120 is divided into light at an angle at which total reflection does not occur (transmitted) and light at an angle at which total reflection occurs. The light at the angle at which total reflection does not occur (transmitted) among the light of the excitation wavelength irradiated from the green LED 131 and the blue LED 133, respectively, is provided at a sufficient distance (for example, about 10 mm) between the light source and the image sensor 140. Is emitted to the outside and is not transmitted to the image sensor 140. The light of the angle at which total reflection occurs is irradiated into the light guide plate 120, and total reflection occurs on the upper and lower flat surfaces of the light guide plate 120. Accordingly, the light of the excitation wavelength transmitted from the light source disposed at the side of the light guide plate 120 to the inside of the light guide plate is designed so that total reflection occurs on the flat surface of the light guide plate 120, thereby exciting the image sensor 140 without a filter. It is possible to limit the light of the wavelength. At this time, the image sensor 140 and the light guide plate 120 should be spaced appropriately at intervals 301 so that the light having the excitation wavelength is totally reflected at the bottom of the light guide plate 120. The interval 301 should be spaced apart enough to cause total reflection due to the difference in refractive index between the air and the light guide plate 120. However, the interval 301 is preferably spaced apart from the minimum interval 301 in consideration of the resolution of the image acquired by the image sensor. (E.g. around 20 μm). To this end, as shown in FIGS. 3A and 3B, a portion of the light guide plate 120 facing the image sensor 140 may be manufactured to be concave inside the light guide plate 120 by a distance 301. According to another embodiment of the present invention, the light guide plate 120 may have a flat bottom surface and be attached to be spaced apart from the image sensor 140 by a distance 301.

도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따라 시료 칩(110)에 포함된 세포 배양액에서 녹색 형광으로 염색된 세포(101)는 파랑 LED(133) 광원으로부터의 여기 파장의 빛을 구형 돌기(121)를 통해 전달 받아 녹색 파장의 빛을 방출한다. 또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 빨강 형광으로 염색된 세포(103)는 녹색 LED(131) 광원으로부터의 여기 파장의 빛을 구형 돌기(121)를 통해 전달 받아 빨강 파장의 빛을 방출한다. 본 발명의 일 실시 예에 따라 도광판(120)의 측면부를 따라 다양한 파장의 빛을 조사하는 광원(예: LED)을 배치할 수 있으므로, 동시에 다중 형광 염색된 세포로부터 다중 형광 이미지를 획득하는 것이 가능하고, 이를 통해 세포의 동적 활동을 실시간으로 관찰하는 것이 가능하다. As shown in FIG. 3A, the cells 101 stained with green fluorescence in the cell culture solution included in the sample chip 110 may emit light having an excitation wavelength from the blue LED 133 light source. Received through the spherical protrusion 121 emits light of the green wavelength. In addition, as shown in FIG. 3B, the cells 103 stained with red fluorescence receive light of the excitation wavelength from the green LED 131 light source through the spherical protrusion 121 and emit light of the red wavelength. According to an embodiment of the present invention, since a light source (for example, an LED) for irradiating light of various wavelengths may be disposed along the side surface of the light guide plate 120, it is possible to simultaneously obtain multiple fluorescent images from multiple fluorescently stained cells. Through this, it is possible to observe the dynamic activity of the cell in real time.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 형광 이미징 시스템(100)의 제작 방법을 도시한다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 제안하는 제작 방법을 통해 초소형 온칩 다중 형광 이미징 시스템(100)을 제작할 수 있다. 4 illustrates a method of fabricating a multiple fluorescence imaging system 100 according to an embodiment of the present invention. According to an embodiment of the present invention, the ultra-compact on-chip multi-fluorescence imaging system 100 can be manufactured by the proposed fabrication method.

도 4를 참조하면, 먼저, 상면에 구형 돌기의 패턴을 포함하고 저면은 평평한 형태의 도광판(120)을 제작한다. 도광판(120)은 빛의 굴절률이 공기보다 큰 물질로 제작된다. 예를 들어, 도광판(120)은 PDMS 도광판일 수 있다. 도광판의 구형 돌기 패턴은 빛의 굴절과 시료 물질의 크기(예: 세포의 크기)를 고려하여 구형 돌기간 거리가 적절한 간격을 갖도록 설계될 수 있다. 도광판(120)은 판의 너비에 비해 두께(예: 100㎛ 내외)가 매우 얇은 형태를 갖도록 제작되며 측면부에 다수의 광원을 부착할 수 있는 형태로 제작된다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 다수의 광원은 LED 광원일 수 있으며, 서로 다른 파장의 빛을 내는 복수 개의 LED가 도광판(120)의 측면부를 따라 배치될 수 있다. 도광판(120)의 측면마다 서로 다른 파장의 빛을 내는 복수 개의 LED 광원이 배치될 수 있고, 서로 다른 파장의 빛을 내는 복수 개의 LED가 도광판(120)의 동일한 측면에 교대로 배치될 수도 있다. 다수의 광원의 배치 형태는 제한되지 않으며, 다중 형광 이미징 시스템(100)의 조립 중 또는 사용 중에도 다른 LED 광원으로 교체가 가능한 형태로 부착될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 도광판(120)은 이미지 센서(140)보다 크게 제작될 수 있다. 이를 통해, 도광판(120)은 광원에서 이미지 센서(140)로 직접 조사되는 빛과 전반사 이외의 각도의 빛을 차단 하기 위해 광원과 이미지 센서(140) 간에 충분한 거리(예: 10 mm 내외)를 제공할 수 있다.Referring to FIG. 4, first, a light guide plate 120 including a pattern of a spherical protrusion on a top surface and a flat surface thereof is manufactured. The light guide plate 120 is made of a material having a refractive index greater than air. For example, the light guide plate 120 may be a PDMS light guide plate. The spherical protrusion pattern of the light guide plate may be designed such that the spherical protrusion distance is appropriately spaced in consideration of the refraction of light and the size of the sample material (eg, the size of the cell). The light guide plate 120 is manufactured to have a very thin thickness (for example, about 100 μm) compared to the width of the plate, and is manufactured in a form in which a plurality of light sources can be attached to the side part. According to an embodiment of the present disclosure, the plurality of light sources may be LED light sources, and a plurality of LEDs emitting light having different wavelengths may be disposed along side surfaces of the light guide plate 120. A plurality of LED light sources emitting light of different wavelengths may be disposed on each side of the light guide plate 120, and a plurality of LEDs emitting light of different wavelengths may be alternately disposed on the same side of the light guide plate 120. The arrangement of the plurality of light sources is not limited and may be attached in a form that is interchangeable with other LED light sources during assembly or use of the multiple fluorescence imaging system 100. According to one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, the light guide plate 120 may be made larger than the image sensor 140. In this way, the light guide plate 120 provides a sufficient distance (eg, about 10 mm) between the light source and the image sensor 140 to block light emitted directly from the light source to the image sensor 140 and light at an angle other than total reflection. can do.

다음으로, 이미지 센서(140) 위에 도광판(120)을 부착한다. 도광판(120)은 평평한 상면에 구형 돌기의 패턴을 포함하고 저면은 평평한 형태로 제작한다. 도광판(120)을 이미지 센서(140) 위에 고정할 때, 도광판(120)의 평평한 저면이 이미지 센서(140)의 상면에 부착되도록 한다. 다수의 광원으로부터의 여기 파장의 빛이 도광판(120)의 저면에서 전반사하여 이미지 센서(140)로 전달되지 않도록, 이미지 센서(140)와 도광판(120)의 저면은 간격을 가지고 이격되게 부착되어야 한다. 예를 들어, 이미지 센서(140)와 도광판(120) 저면과의 간격은 20㎛ 내외로 설정될 수 있으며, 공기와 도광판(120)의 굴절률 차이에 의해 전반사가 일어날 수 있을 정도로 충분히 이격되고, 이미지 센서에서 획득하는 이미지의 해상도를 고려하여 최소의 간격으로 설정될 수 있다.Next, the light guide plate 120 is attached on the image sensor 140. The light guide plate 120 includes a pattern of spherical protrusions on a flat upper surface and a bottom surface of the light guide plate 120 in a flat shape. When the light guide plate 120 is fixed onto the image sensor 140, the flat bottom surface of the light guide plate 120 is attached to the top surface of the image sensor 140. The bottom of the image sensor 140 and the light guide plate 120 should be spaced apart from each other so that light of excitation wavelengths from a plurality of light sources is not totally reflected at the bottom of the light guide plate 120 and transmitted to the image sensor 140. . For example, the distance between the image sensor 140 and the bottom surface of the light guide plate 120 may be set to about 20 μm, spaced apart enough to cause total reflection due to the difference in refractive index between the air and the light guide plate 120. It may be set at the minimum interval in consideration of the resolution of the image acquired by the sensor.

그 다음, 도광판(120)의 상부에 시료 칩(110)을 부착한다. 이미지 센서(140) 위에 도광판(120)을 부착하는 단계와 도광판(120)의 상부에 시료 칩(110)을 부착하는 단계는 순서가 서로 바뀔 수 있고, 시료 칩(110)을 부착하는 단계는 생략될 수도 있다. 시료 칩(110)은 도광판(120)에 탈부착이 가능하도록 조립될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따라 세포 배양 칩 또는 미세 유체 칩과의 집적을 통해 온칩 형광 이미징 시스템을 구현할 수 있다. Next, the sample chip 110 is attached to the upper portion of the light guide plate 120. Attaching the light guide plate 120 to the image sensor 140 and attaching the sample chip 110 to the upper portion of the light guide plate 120 may be reversed, and the step of attaching the sample chip 110 is omitted. May be The sample chip 110 may be assembled to be detachably attached to the light guide plate 120. According to an embodiment of the present invention, an on-chip fluorescence imaging system may be implemented through integration with a cell culture chip or a microfluidic chip.

본 발명의 일 실시 예에 따라, 도 1 내지 도 4에서는 사각 형태의 시료 칩(110), 도광판(120), 이미지 센서(140)가 예시되고 있으나, 그 형태는 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있으며 제한이 없다.According to an embodiment of the present invention, in FIGS. 1 to 4, the square shape sample chip 110, the light guide plate 120, and the image sensor 140 are illustrated, but the shape may be variously modified as necessary. There is no limit.

도 5a 내지 5d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 세포 배양액에서 시간의 흐름에 따라 획득된 이미지 변화를 도시한다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 세포 배양 칩이 집적된 초소형 온칩 다중 형광 시스템(100)에서 형광 염색된 세포 배양액의 시간의 흐름에 따른 변화가 도시된다. 5a to 5d show image changes obtained over time in the cell culture according to an embodiment of the present invention. According to an embodiment of the present invention, the change over time of the fluorescently stained cell culture in the micro-on-chip multiple fluorescent system 100 in which the cell culture chip is integrated is shown.

도 1에 도시된 바와 같이, 세포 배양 칩에 형광 염색된 세포 배양액을 직접 도포하고, 세포를 배양하면서 주기적으로 LED 광원이 빛을 조사하여 형광 염색된 세포의 변화를 관찰할 수 있다. 이 경우, 도광판(120) 상에 집적된 세포 배양 칩에서 직접 세포 배양을 하면서 관찰이 가능하므로, 세포 배양 상태를 관찰하기 위해 이동을 시킬 필요가 없고, 따라서 오염 등의 위험을 최소화할 수 있다. LED 광원의 조사 주기는 관찰 주기에 따라 미리 설정된 주기에 따르거나, 유/무선으로 연결된 외부의 제어 장치(미도시)로부터 수신한 명령에 따라 제어될 수 있다. As shown in FIG. 1, the fluorescently stained cell culture solution may be directly applied to the cell culture chip, and the LED light source may be periodically irradiated with light to observe the change of the fluorescently stained cells while culturing the cells. In this case, since the cell culture chip can be observed while directly culturing the cell culture chip integrated on the light guide plate 120, there is no need to move to observe the cell culture state, thus minimizing the risk of contamination and the like. The irradiation period of the LED light source may be controlled according to a preset period according to the observation period or according to a command received from an external control device (not shown) connected by wire / wireless.

도 5a를 참조하면, 녹색 형광으로 염색된 세포와 빨강 형광으로 염색된 세포를 포함하는 세포 배양액에 각각 파랑 LED와 녹색 LED 광원의 빛을 조사하여 획득된 이미지가 도시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 세포 1 및 세포 2는 녹색 형광으로 염색된 세포로서 파랑 LED의 빛이 전달되면 녹색 파장의 빛을 방출한다. 또한, 세포 3 및 세포 4는 빨강 형광으로 염색된 세포로서 녹색 LED의 빛이 전달되면 빨강 파장의 빛을 방출한다. 본 발명에서 제안하는 다중 형광 이미징 시스템(100)의 도광판(120)의 구조를 통해 필터가 없어도 LED(131, 133) 광원으로부터 조사되는 빛은 이미지 센서(140)로 전달되지 않으므로, 다중 LED(131, 133) 광원의 빛을 동시에 조사하여, 다중 형광 염색된 시료의 이미지를 동시에 획득할 수 있다. Referring to FIG. 5A, an image obtained by irradiating light of a blue LED and a green LED light source to a cell culture solution including cells stained with green fluorescence and cells stained with red fluorescence is shown. According to an embodiment of the present invention, cells 1 and 2 are cells that are stained with green fluorescence and emit light of a green wavelength when light of a blue LED is transmitted. In addition, cells 3 and 4 are cells that are stained with red fluorescence and emit light of a red wavelength when light of a green LED is transmitted. Through the structure of the light guide plate 120 of the multi-fluorescence imaging system 100 proposed in the present invention, since light emitted from the light sources of the LEDs 131 and 133 is not transmitted to the image sensor 140 without a filter, the multiple LEDs 131 , 133) Simultaneously irradiate light from a light source, and simultaneously obtain an image of a multi-fluorescence stained sample.

도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 녹색 형광으로 염색된 세포와 빨강 형광으로 염색된 세포를 포함하는 세포 배양액에 각각 0분, 80분, 160분, 240분에 파랑 LED와 녹색 LED 광원의 빛을 조사하여 획득된 이미지가 도시된다. 도 5a 내지 도 5d에 도시된 바와 같이, 세포 배양 칩과 결합하여 구현된 온칩 다중 형광 이미징 시스템을 통해 형광 염색된 세포의 동적 현상(이동(migration), 증식(proliferation), 퍼짐(spreading) 등)을 시간의 흐름에 따라 관찰할 수 있다. 5a to 5d, the light of the blue LED and the green LED light source is 0, 80, 160, and 240 minutes in a cell culture medium containing cells stained with green fluorescence and cells stained with red fluorescence, respectively. The image obtained by searching is shown. As shown in FIGS. 5A-5D, dynamic phenomena (migration, proliferation, spreading, etc.) of fluorescently stained cells through an on-chip multiple fluorescence imaging system implemented in conjunction with a cell culture chip Can be observed over time.

이와 같이, 상면이 다수의 구형 돌기 패턴으로 이루어진 도광판의 측면부에 다중 광원을 일정하게 배치하고, 저면에 이미지 센서를 간격을 두고 결합하여 다중 형광 이미징 시스템을 구현할 수 있다. 이를 통해, 저렴하면서 휴대가 용이한 초소형의 형광 이미징 시스템의 제작이 가능하고, 필터가 불필요하여 다중 형광 이미징 시스템을 구현할 수 있다. 또한, 렌즈 없이 이미지 센서를 사용하여 넓은 관측 시야(FOV)를 가능하게 하고, 시료 칩이 집적된 온칩 다중 형광 이미징 시스템을 구현함으로써 세포 배양 등의 실시간 시료 관찰이 가능하도록 할 수 있다. As such, the multiple light sources may be uniformly disposed on the side surface of the light guide plate formed of a plurality of spherical protrusion patterns, and the image sensors may be spaced apart from each other on the bottom surface to implement a multi-fluorescence imaging system. Through this, it is possible to manufacture a compact and inexpensive ultra-fluorescence imaging system, and it is possible to implement a multi-fluorescence imaging system because no filter is required. In addition, by using an image sensor without a lens to enable a wide field of view (FOV), it is possible to enable real-time sample observation, such as cell culture by implementing an on-chip multi-fluorescence imaging system integrated with a sample chip.

상술한 구체적인 실시예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.In the above-described specific embodiments, the components included in the invention are expressed in the singular or plural according to the specific embodiments shown. However, the singular or plural expressions are selected to suit the circumstances presented for convenience of description, and the above-described embodiments are not limited to the singular or plural elements, and the singular or plural elements may be composed of the singular or the plural. However, even a component expressed in the singular may be configured in plural.

한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.On the other hand, in the description of the invention has been described with respect to specific embodiments, various modifications are possible without departing from the scope of the technical spirit implied by the various embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims below and equivalents thereof.

Claims (11)

다중 형광 이미징 시스템으로서,
상면은 다수의 구형 돌기를 포함하고, 저면은 평평한 평면으로 이루어진 도광판;
상기 도광판보다 좁은 면적을 갖고, 상기 도광판의 저면 아래에 간격을 가지고 이격되어 부착되는 이미지 센서; 및
상기 도광판의 측면부의 적어도 일부에 배치되는 복수 개의 광원;을 포함하고,
상기 도광판의 상면에 도포되는 형광 시료는 구형 돌기를 통해 상기 복수 개의 광원으로부터 상기 도광판 내로 조사되는 빛을 전달받는, 다중 형광 이미징 시스템. A multiple fluorescence imaging system,
The top surface includes a plurality of spherical protrusions, the bottom surface is a light guide plate made of a flat plane;
An image sensor that has a smaller area than the light guide plate and is spaced apart from and spaced below a bottom of the light guide plate; And
Includes; a plurality of light sources disposed on at least a portion of the side portion of the light guide plate,
The fluorescent sample applied to the upper surface of the light guide plate receives the light irradiated into the light guide plate from the plurality of light sources through a spherical projection. 제1항에 있어서,
상기 도광판은 공기보다 빛의 굴절률이 큰 물질로 이루어진, 다중 형광 이미징 시스템. The method of claim 1,
The light guide plate is made of a material having a refractive index greater than that of air. 제1항에 있어서,
상기 도광판은 PDMS(polydimethylsiloxane) 도광판인, 다중 형광 이미징 시스템. The method of claim 1,
Wherein the light guide plate is a polydimethylsiloxane (PDMS) light guide plate. 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 광원은 서로 다른 여기 파장의 빛을 도광판 내로 조사하는 복수 개의 LED를 포함하는, 다중 형광 이미징 시스템.The method of claim 1,
And the plurality of light sources comprises a plurality of LEDs for irradiating light of different excitation wavelengths into the light guide plate. 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 광원은 상기 도광판 내부로 빛을 조사하여, 상기 빛의 일부는 상기 도광판의 평평한 면에서 투과되어 상기 도광판 외부로 방출되고, 상기 빛의 나머지 일부가 도광판의 평평한 면에서 전반사되어 상기 도광판 내부로 진행하도록 하고,
상기 이미지 센서는 상기 도광판 내부로 진행한 빛을 상기 구형 돌기를 통해 전달받은 상기 형광 시료로부터 방출 파장의 빛을 감지하여 이미지화하는, 다중 형광 이미징 시스템.The method of claim 1,
The plurality of light sources irradiate light into the light guide plate, and a part of the light is transmitted from the flat surface of the light guide plate to be emitted to the outside of the light guide plate, and the remaining part of the light is totally reflected on the flat surface of the light guide plate so that the inside of the light guide plate To proceed,
The image sensor detects and images the light of the emission wavelength from the fluorescent sample received through the spherical protrusion to the light that has advanced into the light guide plate. 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 광원은 미리 설정된 주기 또는 제어 명령에 따라 상기 도광판 내로 빛을 조사하는, 다중 형광 이미징 시스템.The method of claim 1,
And the plurality of light sources emit light into the light guide plate according to a preset period or control command. 제1항에 있어서,
상기 도광판의 상면 위에 집적되는 시료 칩을 더 포함하고,
상기 시료 칩은 상기 형광 시료를 담을 수 있는 구조로 형성되는, 다중 형광 이미징 시스템. The method of claim 1,
Further comprising a sample chip integrated on the upper surface of the light guide plate,
The sample chip is formed of a structure capable of containing the fluorescent sample, multiple fluorescence imaging system. 제7항에 있어서,
상기 시료 칩은 세포 배양 칩 또는 미세 유체 칩인, 다중 형광 이미징 시스템. The method of claim 7, wherein
Wherein said sample chip is a cell culture chip or a microfluidic chip. 제1항에 있어서,
상기 이미지 센서는 CCD 이미지 센서 또는 CMOS 이미지 센서인, 다중 형광 이미징 시스템.The method of claim 1,
And the image sensor is a CCD image sensor or a CMOS image sensor. 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 광원은, 상기 복수 개의 광원으로부터 상기 도광판 내로 조사되는 빛 중 상기 도광판 외부로 투과되는 빛이 상기 이미지 센서에 의해 감지되지 않도록, 상기 이미지 센서로부터 일정 거리 이상 떨어진 상기 도광판의 측면에 배치되는, 형광 이미징 시스템.The method of claim 1,
The plurality of light sources may be disposed on a side surface of the light guide plate that is separated from the image sensor by a predetermined distance so that the light transmitted to the outside of the light guide plate from the light emitted from the plurality of light sources into the light guide plate is not detected by the image sensor. , Fluorescence imaging system. 다중 형광 이미징 시스템의 제작 방법에 있어서,
상면은 다수의 구형 돌기를 포함하고 저면은 평평한 평면으로 구성되며, 측면부에 복수 개의 광원을 부착할 수 있는 형태로 도광판을 형성하는 단계;
상기 도광판보다 좁은 면적을 갖는 이미지 센서 위에 간격을 가지고 이격되도록 상기 도광판의 저면을 부착하는 단계; 및
상기 도광판의 상면에 시료 칩을 부착하는 단계;를 포함하고,
상기 시료 칩은 형광 시료를 담을 수 있는 구조로 형성되고,
상기 형광 시료는 구형 돌기를 통해 상기 측면부에 부착된 광원으로부터 상기 도광판 내로 조사되는 빛을 전달받는, 다중 형광 이미징 시스템의 제작 방법.In the manufacturing method of a multiple fluorescence imaging system,
The upper surface includes a plurality of spherical protrusions and the bottom surface is formed of a flat plane, forming a light guide plate in the form that can be attached to a plurality of light sources in the side portion;
Attaching a bottom surface of the light guide plate to be spaced apart from each other over an image sensor having a smaller area than the light guide plate; And
Attaching a sample chip to an upper surface of the light guide plate;
The sample chip is formed in a structure capable of containing a fluorescent sample,
The fluorescent sample is a method of manufacturing a multiple fluorescence imaging system receives the light irradiated into the light guide plate from a light source attached to the side portion through a spherical projection.
KR1020180086410A 2018-07-25 2018-07-25 Ultra compact on-chip multi-fluorescence imaging system and manufacturing method thereof KR102229731B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180086410A KR102229731B1 (en) 2018-07-25 2018-07-25 Ultra compact on-chip multi-fluorescence imaging system and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180086410A KR102229731B1 (en) 2018-07-25 2018-07-25 Ultra compact on-chip multi-fluorescence imaging system and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200011673A true KR20200011673A (en) 2020-02-04
KR102229731B1 KR102229731B1 (en) 2021-03-22

Family

ID=69571025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180086410A KR102229731B1 (en) 2018-07-25 2018-07-25 Ultra compact on-chip multi-fluorescence imaging system and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102229731B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230050909A (en) 2021-10-08 2023-04-17 한국과학기술연구원 High resolution fluorescence imaging device and method for manufacturing the same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006126715A (en) * 2004-11-01 2006-05-18 Terumo Corp Optical waveguide and fluorescence sensor using the optical waveguide
JP2013101160A (en) * 2013-03-05 2013-05-23 Hamamatsu Photonics Kk Light measurement device
KR20140096060A (en) * 2011-11-28 2014-08-04 소니 주식회사 Chemical sensor, chemical sensor module, chemical substance detector, and chemical substance detection method
US9057702B2 (en) 2010-12-21 2015-06-16 The Regents Of The University Of California Compact wide-field fluorescent imaging on a mobile device
JP2018091737A (en) * 2016-12-05 2018-06-14 国立大学法人 東京大学 Fluorescence observation device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006126715A (en) * 2004-11-01 2006-05-18 Terumo Corp Optical waveguide and fluorescence sensor using the optical waveguide
US9057702B2 (en) 2010-12-21 2015-06-16 The Regents Of The University Of California Compact wide-field fluorescent imaging on a mobile device
KR20140096060A (en) * 2011-11-28 2014-08-04 소니 주식회사 Chemical sensor, chemical sensor module, chemical substance detector, and chemical substance detection method
JP2013101160A (en) * 2013-03-05 2013-05-23 Hamamatsu Photonics Kk Light measurement device
JP2018091737A (en) * 2016-12-05 2018-06-14 国立大学法人 東京大学 Fluorescence observation device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230050909A (en) 2021-10-08 2023-04-17 한국과학기술연구원 High resolution fluorescence imaging device and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR102229731B1 (en) 2021-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230175948A1 (en) Fluidic flow cytometry devices and particle sensing based on signal-encoding
US20190323944A1 (en) Image forming cytometer
JP5059882B2 (en) Optical fluid microscope
KR102217008B1 (en) Flow cytometry system and method
KR102304495B1 (en) Solid Inspection Apparatus And Method Of Use
US9258536B2 (en) Imaging systems with plasmonic color filters
US20030138208A1 (en) Grating optical waveguide structure for multi-analyte determinations and the use thereof
US20080056950A1 (en) Device for the detection of fluorescence emitted by chromophoric elements in the wells of a multiwell plate
JP2008501999A (en) Optical fluid microscope
CN105556280A (en) Micro-textured surface with integrated micro-mirrors for 3D multi-scale microscopy
JP6603403B2 (en) Spectroscopic microscope and method thereof
CN106053402B (en) Detection device for sample
CN106537116B (en) Optical plate, light irradiation device, light measurement device, light irradiation method, and light measurement method
US10634890B1 (en) Miniaturized microscope for phase contrast and multicolor fluorescence imaging
CN107850542B (en) Light detection device
CN106568746B (en) Detection device for sample
US10429629B1 (en) Imaging and side-scatter photon detection using a single immersion objective
KR102229731B1 (en) Ultra compact on-chip multi-fluorescence imaging system and manufacturing method thereof
CN116438438A (en) Method and apparatus for flow-based single particle and/or single molecule analysis
Balsam et al. Modeling and design of micromachined optical Söller collimators for lensless CCD-based fluorometry
KR20100091839A (en) Integrated bio-chip and method of fabricating the integrated bio-chip
CN108779423B (en) PCR container
CN110888228A (en) Fluorescent microscopic illumination method adopting deep ultraviolet light source
KR102624827B1 (en) High resolution fluorescence imaging device and method for manufacturing the same
KR101569833B1 (en) Integrated bio-chip and method of fabricating the integrated bio-chip

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant