KR20210069201A - 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 시스템 및 방법 - Google Patents

표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 시스템은, 광학현미경에 기계적으로 결합되어 상기 광학현미경에 광학계 조건 변경을 소프트웨어적으로 수행하는 현미경 조작부; 상기 광학현미경에 장착된 시료의 검출 위치를 자동으로 이동시키는 검출위치 조정부; 및 상기 현미경 조작부 및 상기 검출위치 조정부와 연동하여 검출과정을 자동화하여 수행하는 검출 자동화 소프트웨어가 탑재된 프로세싱 장치를 포함할 수 있다.

Description

표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 시스템 및 방법 {Automation System and Method for SERS Detection}
본 출원은 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
빛이 분자에 조사되는 상황에서 분자 내에서는 결합기의 진동모드(vibrational mode)의 특성을 나타낼 수 있는 비탄성 산란(inelastic scattering)이 일어나는데 이를 라만 산란광(Raman scattering)이라고 한다. 분자의 진동모드는 분자 내 결합기들의 특성에 따라 나타나므로 분자에서 나타나는 라만 산란광 신호는 분자의 지문 정보로 사용될 수 있다. 하지만 라만 산란의 빈도는 100만개의 광자 중 1개 꼴로 나타날 정도로 신호 감도가 매우 낮은 단점이 있다.
표면 증강 라만 분광법(SERS; Surface Enhanced Raman Spectroscopy)은 일반적인 라만 분광법의 약한 신호세기 문제를 해결한 방법으로, 플라즈모닉 나노구조체 사이의 나노갭에서 나타나는 강한 전자기장을 기반으로 분자의 라만 신호를 약 107-108배 이상 증폭할 수 있다. 기술적으로 이 방법은 펨토(Femto) 몰 농도 수준의 분자에서 단일 분자 수준의 검출까지도 가능하다고 소개되고 있다.
이와 같은 SERS는 단백질의 구조에 의해 나타나는 고유의 라만 산란 특성을 검출하는 데에도 응용 가능하며, 다양한 플라즈모닉 나노구조체에 폭넓게 응용되고 있다.
그러나, 소량의 생물학적 시료의 검출 시, SERS 기판에 시료가 인접하게 하여 신호 증폭을 이루기 위한 시료의 건조 과정이 필요하며, 이 경우 커피링 효과에 의해 기판 내 검출 위치에 따라 신호의 양상이 이질적이게 되므로 기판마다 동일한 기준으로 검출하여 신뢰도를 확보하는 방법이 필요하다.
또한, 일반적인 광학현미경을 이용하는 경우 시료의 장착 단계부터 시작하여, 장착된 시료의 검출 위치 이동, 광학계의 조건 변경, 초점 조절, 영상 획득, 신호 검출 등의 과정이 수동으로 반복적으로 진행되어야 하므로 데이터 획득을 위해 많은 시간과 노력이 소요되고, 시험자에 따라 오차가 발생할 수 있다는 한계가 있다.
따라서, 당해 기술분야에서는 표면 증강 라만 분광학 기반의 신호 분석에 있어서 시료의 장착 단계부터 검출 신호를 제공하는 단계를 자동화하여 다량의 데이터를 신속하고 정확하게 획득하기 위한 방안이 요구되고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 시스템을 제공한다.
상기 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 시스템은, 광학현미경에 기계적으로 결합되어 상기 광학현미경에 광학계 조건 변경을 소프트웨어적으로 수행하는 현미경 조작부; 상기 광학현미경에 장착된 시료의 검출 위치를 자동으로 이동시키는 검출위치 조정부; 및 상기 현미경 조작부 및 상기 검출위치 조정부와 연동하여 검출과정을 자동화하여 수행하는 검출 자동화 소프트웨어가 탑재된 프로세싱 장치를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예는 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 방법을 제공한다.
상기 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 방법은, 광학현미경에 기계적으로 결합된 현미경 조작부 및 상기 광학현미경에 장착된 시료의 검출 위치를 이동시키는 검출위치 조정부와 연동하는 검출 자동화 소프트웨어에 의해 수행되는 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 방법에 있어서, 상기 검출 자동화 소프트웨어에서 검출 자동화를 위해 필요한 파라미터를 설정하는 단계; 설정된 파라미터에 따라 상기 검출위치 조정부를 제어하여 검출 위치를 이동시키는 단계; 상기 현미경 조작부를 제어하여 자동 초점 조절을 수행하는 단계; 마스크 패턴 인식을 통해 검출 위치를 특정하는 단계; 및 특정된 위치에서 신호를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 일반적인 광학현미경에 광학계 조건 변경 및 자동초점기능을 부여할 수 있다. 즉, 소프트웨어적 연동 기능이 없는 일반적인 광학현미경에도 스테핑 모터를 체결함으로써 소프트웨어에 의한 자동 제어가 가능하도록 할 수 있다.
또한, 기판마다 동일한 규칙에 의해 신호를 자동으로 획득할 수 있으므로 신뢰도를 확보할 수 있고, 시료의 건조 이후 커피링 효과에 의해 발생할 수 있는 분석체의 농도 이질성의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 분광학 신호 검출 과정에서 오랜 시간이 소요되는 번거로운 반복 작업을 자동화함에 따라 정확성, 신속성, 생산성 및 편의성을 확보할 수 있으며, 이를 토대로 다양한 시료의 분광학 신호 빅데이터를 구축하는 데 널리 활용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 자동화 소프트웨어의 일 구현예를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 위치 이동 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 패턴이 부여된 기판을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 중앙부의 세부 조정 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일반적인 광학현미경에 결합되는 스테핑 모터의 일 구현예를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 초점 스캔 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 초점 스캔 범위에 따른 오퍼레이터의 결과값 및 최적 초점 지점으로 판단한 지점을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 결정계수를 통한 초점 보정 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 정초점 영역으로의 이동을 도시하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
표면 증강 라만 분광학 기반의 신호 분석을 위해 신호 검출을 자동화하여 다량의 데이터를 신속하게 획득하기 위해서는, 광학현미경의 초점 정도를 정확하게 계산할 수 있어야 하고, 시료 표면의 패턴을 인식하여 검출 위치를 특정할 수 있어야 하며, 다량의 데이터를 신속하게 확보할 수 있는 자동화된 신호 검출 시스템이 필요하다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따르면, 일반적인 광학현미경에 광학계의 조건을 변경할 수 있는 기능과 자동초점기능을 부여하고, 패턴 인식을 통해 검출위치를 특정할 수 있으며, 신속하게 다량의 데이터를 확보할 수 있도록 소프트웨어적으로 일원화된 검출 자동화 시스템을 제안한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 자동화 시스템(100)은, 현미경 조작부(110), 검출위치 조정부(120) 및 프로세싱 장치(130)를 포함하여 구성될 수 있으며, 프로세싱 장치(130)에 탑재된 검출 자동화 소프트웨어(140)는 현미경 조작부(110) 및 검출위치 조정부(120)와 연동하여 검출과정을 자동화하여 수행하도록 할 수 있다.
현미경 조작부(110)는 일반적인 광학현미경(미도시)에 기계적으로 결합되어 광학현미경에 광학계 조건 변경을 소프트웨어적으로 수행하도록 하기 위한 것이다.
일 실시예에 따르면, 현미경 조작부(110)는 스테핑 모터로 구현되어 광학현미경의 조명부, 빛 방향 조절부 및 초점 조절부에 기계적으로 결합될 수 있다. 또한, 현미경 조작부(110)는 검출 자동화 소프트웨어(140)와 연동하여 광학현미경의 광학계 조건을 소프트웨어적으로 변경할 수 있다.
검출위치 조정부(120)는 광학현미경에 장착된 시료의 검출 위치를 자동으로 이동하기 위한 것이다.
일 실시예에 따르면, 검출위치 조정부(120)는 스테이지 컨트롤러(stage controller) 등으로 구현될 수 있으며, 검출 자동화 소프트웨어(140)와 연동하여 검출 위치를 순차적으로 이동시키면서 검출 위치를 특정하도록 할 수 있다.
프로세싱 장치(130)는 현미경 조작부(110) 및 검출위치 조정부(120)와 통신으로 연결되며, 탑재된 검출 자동화 소프트웨어(140)를 실행시켜서 현미경 조작부(110) 및 검출위치 조정부(120)와 연동하여 검출과정을 자동화하여 수행하도록 한다.
일 실시예에 따르면, 프로세싱 장치(130)는 PC, 노트북, 스마트폰, 태블릿 등과 같이 프로세서를 포함하는 다양한 하드웨어 수단으로 구현될 수 있다.
검출 자동화 소프트웨어(140)는 도 2를 참조하여 후술하는 검출 자동화 방법에 따라 검출과정을 자동화하여 수행하도록 하기 위한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 방법의 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 우선 준비 과정으로 광학현미경 및 시스템을 초기화하고 광학현미경에 시료를 장착할 수 있다(S21).
이후, 광학현미경에 기계적으로 결합된 현미경 조작부(110)와 검출위치 조정부(120)를 검출 자동화 소프트웨어(140)와 통신으로 연결하고, 검출 자동화 소프트웨어(140)에서 검출 자동화를 위해 필요한 각종 파라미터를 설정하도록 할 수 있다(S22). S22 단계는 도 3을 참조하여 구체적으로 후술한다.
이후, 설정된 파라미터에 따라 검출위치 조정부(120)를 제어하여 검출 위치를 이동시키고(S23), 해당 위치에서 현미경 조작부(110)를 제어하여 자동 초점 조절을 수행하며(S24), 마스크 패턴 인식을 통해 검출 위치를 특정한 후(S25), 신호를 검출할 수 있다(S26). S23 단계는 도 4를 참조하여 구체적으로 후술하고, S24는 도 8 내지 도 11을 참조하여 구체적으로 후술하며, S25는 도 5 내지 도 6을 참조하여 구체적으로 후술한다.
상술한 S23 내지 S26 단계는 신호 검출이 종료될 때까지 반복하여 수행될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 자동화 소프트웨어의 일 구현예를 도시하는 도면으로, 도 3에 도시된 바와 같은 인터페이스를 통해 검출 자동화를 위한 각종 파라미터를 설정하고 검출 결과를 확인하도록 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 자동화 소프트웨어(140)는 광학현미경의 기계적 조작을 위한 현미경 조작부(110) 및 검출 위치 조정을 위한 검출위치 조정부(120)와 통신으로 연결 가능하도록 구현되며, 예를 들어 인터페이스 화면에 구비된 통신 연결 영역(1)에 의해 광학현미경과의 직렬통신 연결이 되도록 할 수 있다.
또한, 각도 설정 영역(2)을 통해 광학현미경의 기계적 조작을 위한 각도값을 설정하도록 할 수 있다. 예를 들어, 현미경 조작부(110)가 스테핑 모터로 구현되는 경우 스테핑 모터의 회전 각도값을 설정할 수 있으며, 설정된 각도값으로 스테핑 모터가 회전하도록 하여 광학현미경의 기계적 조작을 자동으로 수행할 수 있다.
또한, 초점 조절 간격 설정 영역(3) 및 오퍼레이터 설정 영역(4)을 통해 각각 초점을 조절할 측정 간격과 정초점을 설정하기 위한 오퍼레이터를 설정하도록 할 수 있다.
또한, 결과 화면 영역(5)을 통해 광학현미경의 이미지와 초점 레벨을 각각 모니터링하도록 할 수 있다.
또한, 검출 위치 설정 영역(6)을 통해 X축 및 Y축 방향으로의 검출 위치의 개수 및 복수의 검출 위치를 설정하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 검출 자동화 소프트웨어는 도 2를 참조하여 상술한 검출과정을 자동화하여 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 위치 이동 방식을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 검출 과정은 신호 검출을 수행할 검출 지점 및 간격을 설정함에 따라 개시될 수 있다.
검출 지점은 도 4에 도시된 바와 같이 사각형 배열로 설정된 X축 및 Y축 방향으로의 검출 위치의 개수와 복수의 검출 위치(즉, 사각형 배열의 세 꼭지점에 해당하는 #1, #2, #3)가 설정됨에 따라 자동으로 계산될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 패턴이 부여된 기판을 도시하는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 중앙부의 세부 조정 방식을 설명하기 위한 도면이다.
SERS 기판마다 동일한 기준의 검출 규칙을 부여하기 위해 시료 표면상의 나노구조체에 특정 패턴을 도입하고, 해당 패턴으로부터의 신호를 검출하고자 하는 경우, 관측자는 패턴을 인식하여 검출 위치를 수동으로 특정해야 한다. 그러나, 이 경우, 패턴상의 검출 위치를 정확히 특정하기 어려워 시험자에 따라 오차가 발생할 수 있고, 기계적인 자동화가 어렵다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 카메라 장치로부터 얻은 영상을 디지털 이미지로 변환하고, SERS 기판상에 특정하고자 하는 패턴을 마스크로 사용하여 검출 부위의 이미지 전체를 스캐닝하면, 마스크와의 디지털 값의 차이가 최소가 되는 지점을 검출 위치로 특정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 패턴이 교차하는 직선들로 이루어진 격자 형태일 경우, 라돈 변환(Radon transform) 방법을 이용하여 직선 성분을 추출하고, k-평균 군집화(k-means clustering) 방법을 이용하여 추출된 직선 성분을 군집화하면 패턴상의 검출 위치를 특정할 수 있다. 이와 같이 패턴 인식을 통해 신호 검출 위치를 특정함으로써 시험자에 의한 오차를 줄이고 기계적인 자동화를 가능하도록 할 수 있다.
일단 검출 지점에 위치하면 소프트웨어적으로 광학계 조건 변경을 통해 초점을 맞추고 신호를 측정할 수 있으며, 상술한 바에 따라 장착된 시료의 검출 위치를 자동으로 이동하면서 자동 초점 조절, 검출 위치 특정 및 신호 검출 단계를 반복적으로 수행할 수 있다.
도 7은 일반적인 광학현미경에 결합되는 스테핑 모터의 일 구현예를 도시하는 도면으로, 도 7에 도시된 바와 같이 광학현미경의 기계적 조작을 위한 현미경 조작부(110)를 스테핑 모터로 구현함으로써 광학현미경의 조명, 빛 방향 조절 및 초점 조절이 스테핑 모터에 의해 소프트웨어적으로 자동 수행되도록 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 초점 스캔 방식을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 카메라 장치로부터 획득한 영상을 다차원 배열로 변환하고, 이를 다차원 필터를 통해 필터링한 결과로부터 초점 정도를 수치화하여 최적의 초점 위치를 찾도록 구현될 수 있다.
다차원 필터는 기판의 종류에 따라서 다양한 오퍼레이터 중에서 어느 하나를 선택하여 사용하도록 할 수 있으며, 사용하는 오퍼레이터에 따라 필터의 크기를 사전에 지정하도록 구성될 수도 있다. 여기서, 오퍼레이터의 종류는 절대 중심 모멘트(Absolute central moment), 이미지 대비(Image contrast), 이미지 곡률(Image curvature), DCT 에너지 비율(DCT energy ratio), DCT 감소 에너지 비율(DCT reduced energy ratio), 가우시안 미분(Gaussian derivative), 그레이 레벨 분산(Gray-level variance), 그레이 레벨 로컬 분산(Gray-level local variance), 정규화된 그레이 레벨 로컬 분산(Normalized gray-level local variance), 임계 값 기울기(Thresholded gradient), Helmli의 평균 방법(Helmli's mean method), 라플라시안 에너지(Energy of laplacian), 수정 라플라시안(Modified Laplacian), 분산 라플라시안(Variance of laplacian), 대각선 라플라시안(Diagonal laplacian), 조정 가능 필터(Steerable filters), 공간 주파수(Spatial frequency), Vollath의 상관 관계(Vollath's correlation) 등을 포함할 수 있으나, 반드시 이로 제한되는 것은 아니다.
또한, 초점의 이동은 상술한 바와 같이 광학현미경에 기계적으로 결합된 스테핑 모터를 소프트웨어적으로 제어함으로써 수행할 수 있다.
예를 들어, 매 측정시에, 스테핑 모터의 최소 제어각에 인터페이스를 통해 사전 설정된 값을 곱한 각도만큼 제1 방향(반시계 방향)으로 회전시켜 Z 축 방향으로 대물렌즈를 내리고, 제2 방향(시계 방향)으로 최소 제어각만큼 회전시키면서 대물렌즈를 복수회에 걸쳐 올리면서 수치화된 초점 정도를 스캔할 수 있다.
스캔하는 범위에 최적 초점 지점이 있을 경우, 오퍼레이터의 결과값은 도 8에 도시된 바와 같이 가우시안 그래프 형태를 보인다. 이 경우, 결과값이 최대값인 대물렌즈의 z축 위치를 최적 초점 위치로 설정하고 해당 위치로 대물렌즈를 이동시켜 정초점을 맞출 수 있다.
도 9는 초점 스캔 범위에 따른 오퍼레이터의 결과값 및 최적 초점 지점으로 판단한 지점을 도시하는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 스캔하는 범위가 정초점 범위를 벗어난 경우, 오퍼레이터의 결과값의 최대값이 정초점 영역이 아닌 곳에 위치할 수 있다.
이 경우에는 최적 초점 지점으로 판단한 지점이 실제 정초점 지점과 상이하므로 비정상적인 신호를 검출할 수 있다.
따라서, 수치화된 점들을 선형 피팅한 결과값의 결정계수(R2) 및 기울기를 통해 현재 스캔하는 범위가 정초점을 포함하고 있는지 여부를 판단할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 결정계수를 통한 초점 보정 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 스캔 범위가 정초점을 포함하고 있는 경우, 전체 그래프의 형태가 선형 피팅 결과로 표현되기 어려우므로 결정계수의 값이 매우 낮게 측정될 수 있다. 따라서, 결정계수가 기 설정된 임계값(예를 들어, 0.5) 미만인 경우 해당 스캔 범위가 최적 초점을 포함한 것으로 인식하고 최대값의 Z축 위치로 초점을 조절할 수 있다.
또한, 스캔 범위가 정초점보다 아래에 위치하는 경우, Z축을 올리면서 기록된 값이 선형적으로 상승하는 형태를 보이므로 결정계수는 높게 나타나고 기울기는 양의 값을 가지게 된다. 이 경우는 초점을 덜 맞추고 있는 상황으로 마지막 초점 지점으로 대물렌즈를 이동시키고 스캔 과정을 반복한다.
또한, 스캔 범위가 정초점보다 위에 위치하는 경우, Z축을 올리면서 기록된 값이 선형적으로 하강하는 형태를 보이므로 결정계수는 높게 나타나고 기울기는 음의 값을 가지게 된다. 이 경우는 초점이 점점 틀어지고 있는 상황으로 처음 초점 지점으로 대물렌즈를 이동시키고 스캔 과정을 반복한다.
한편, 측정시에 소프트웨어적인 오류 등으로 인해 기록된 값에 노이즈가 발생하는 경우, 노이즈에 의해 발생한 피크값을 정초점 지점으로 잘못 인식할 수 있다. 따라서, 결정계수가 기 설정된 범위(예를 들어, 0.5 이상 0.9 미만) 내에 포함되면 노이즈가 발생한 것으로 판단하여 해당 스캔 범위를 다시 측정하도록 할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 정초점 영역으로의 이동을 도시하는 도면으로, 상술한 과정에 따라 스캔 범위를 지속적으로 수정해가면서 반복적인 스캔을 통해서 결과적으로 정초점 영역에서 초점을 맞출 수 있게 된다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
100: 검출 자동화 시스템
110: 현미경 조작부
120: 검출위치 조정부
130: 프로세싱 장치
140: 검출 자동화 소프트웨어

Claims (12)

  1. 광학현미경에 기계적으로 결합되어 상기 광학현미경에 광학계 조건 변경을 소프트웨어적으로 수행하는 현미경 조작부;
    상기 광학현미경에 장착된 시료의 검출 위치를 자동으로 이동시키는 검출위치 조정부; 및
    상기 현미경 조작부 및 상기 검출위치 조정부와 연동하여 검출과정을 자동화하여 수행하는 검출 자동화 소프트웨어가 탑재된 프로세싱 장치를 포함하는 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 현미경 조작부는 스테핑 모터로 구현되며, 상기 광학현미경의 조명부, 빛 방향 조절부 및 초점 조절부에 기계적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출위치 조정부는 스테이지 컨트롤러로 구현되며, 기 설정된 파라미터에 따라 검출 위치를 순차적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 시스템.
  4. 광학현미경에 기계적으로 결합된 현미경 조작부 및 상기 광학현미경에 장착된 시료의 검출 위치를 이동시키는 검출위치 조정부와 연동하는 검출 자동화 소프트웨어에 의해 수행되는 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 방법에 있어서,
    상기 검출 자동화 소프트웨어에서 검출 자동화를 위해 필요한 파라미터를 설정하는 단계;
    설정된 파라미터에 따라 상기 검출위치 조정부를 제어하여 검출 위치를 이동시키는 단계;
    상기 현미경 조작부를 제어하여 자동 초점 조절을 수행하는 단계;
    마스크 패턴 인식을 통해 검출 위치를 특정하는 단계; 및
    특정된 위치에서 신호를 검출하는 단계를 포함하는 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 검출 위치를 특정하는 단계는,
    획득한 영상을 디지털 이미지로 변환하고, 기판상에 기 설정된 패턴을 마스크로 사용하여 검출 부위의 이미지를 스캐닝하며, 상기 마스크와의 디지털 값의 차이가 최소가 되는 지점을 검출 위치로 특정하는 것을 특징으로 하는 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 검출 위치를 특정하는 단계는,
    상기 패턴이 격자 형태인 경우, 라돈 변환(Radon transform) 방법을 이용하여 직선 성분을 추출하고, k-평균 군집화(k-means clustering) 방법을 이용하여 추출된 직선 성분을 군집화하여 상기 패턴 상의 검출 위치를 특정하는 것을 특징으로 하는 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 자동 초점 조절을 수행하는 단계는,
    카메라 장치로부터 획득한 영상을 다차원 배열로 변환하고, 다차원 필터를 통해 필터링한 결과로부터 초점 정도를 수치화하여 최적의 초점 위치를 찾는 것을 특징으로 하는 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 자동 초점 조절을 수행하는 단계는,
    대물렌즈의 각 스캔 범위마다, 상기 현미경 조작부에 의해 상기 광학현미경의 대물렌즈를 Z축 방향으로 내린 후 상기 대물렌즈를 순차적으로 올리면서 수치화된 초점 정도를 스캔하는 것을 특징으로 하는 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 자동 초점 조절을 수행하는 단계는,
    대물렌즈의 현재 스캔 범위에서 상기 다차원 필터로 사용되는 오퍼레이터의 결과값들을 선형 피팅한 결과값의 결정계수가 기 설정된 제1 임계값 미만인 경우 현재 스캔 범위가 최적 초점을 포함한 것으로 판단하고,
    상기 오퍼레이터의 결과값이 최대값인 대물렌즈의 z축 위치를 최적 초점 위치로 설정하고 설정된 위치로 대물렌즈를 이동시키는 것을 특징으로 하는 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 방법
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 자동 초점 조절을 수행하는 단계는,
    상기 결정계수가 기 설정된 제2 임계값 이상이고 기울기가 양의 값을 가지는 경우 현재 스캔 범위가 정초점보다 아래에 위치하는 것으로 판단하고,
    마지막 초점 지점으로 상기 대물렌즈를 이동시킨 후 스캔 과정을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 자동 초점 조절을 수행하는 단계는,
    상기 결정계수가 기 설정된 제2 임계값 이상이고 기울기가 음의 값을 가지는 경우 현재 스캔 범위가 정초점보다 위에 위치하는 것으로 판단하고,
    초기 초점 지점으로 상기 대물렌즈를 이동시킨 후 스캔 과정을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 자동 초점 조절을 수행하는 단계는,
    상기 결정계수가 상기 제1 임계값 이상이고 상기 제2 임계값 미만인 경우 노이즈가 발생한 것으로 판단하고,
    상기 현재 스캔 범위를 다시 측정하는 것을 특징으로 하는 표면 증강 라만 분광학 신호 분석을 위한 검출 자동화 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170056132A (ko) * 2015-11-13 2017-05-23 고려대학교 산학협력단 산란 강도, 국소 표면 플라즈몬 공명 및 표면 증강 라만 산란을 이용한 단일 분자에서의 rna 스플라이싱을 검지하는 광학 현미경
JP2017120339A (ja) * 2015-12-28 2017-07-06 キヤノン株式会社 顕微鏡システム、顕微鏡システムの制御方法およびプログラム

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