KR20210071211A - 연속 광학 분석 시스템 및 광학 분석 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 플로우셀의 광학 분석을 위한 연속 광학 분석 시스템에 있어서, 상기 플로우셀을 로딩하는 적어도 하나의 스테이지; 상기 스테이지에 로딩된 플로우셀에 대한 광학 분석을 위한 적어도 둘의 광학 분석부; 및 상기 스테이지 또는 상기 광학 분석부 중 적어도 하나를 이송하여 상기 스테이지와 상기 광학 분석부의 위치를 정렬하는 이송부를 포함하는 연속 광학 분석 시스템 및 이를 이용한 연속 광학 분석 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 연속 광학 분석 시스템 및 방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는, 유전자 등의 생물학적 또는 화학적 분석을 위한 연속 광학 분석 시스템 및 방법에 대한 것이다.
최근 과학 기술이 발전함에 따라 환자의 유전자나 단백질 등의 발현량 또는 유전자의 돌연변이 등을 검사하고 이를 바탕으로 환자의 치료 방법을 선택하는 개인 맞춤 의료기술이 발달하고 있다.
차세대 염기서열분석(Next Generation Sequencing, NGS)은 유전자 분석에 새로운 전기를 마련하고 있다. 차세대 염기서열분석은 하나의 유전체를 무수히 많은 단편으로 분해하여 각 단편의 염기서열을 동시에 읽어낸 뒤, 컴퓨터 기술을 이용하여 조합함으로써 방대한 유전체 정보를 빠르게 해독하는 방법이다.
NGS의 일례를 설명하면 다음과 같다. 먼저 DNA를 단편으로 자른 뒤 단편의 양끝에 어댑터(adaptor)를 부착하여 라이브러리(library)를 준비한다. 준비된 DNA 라이브러리는 어댑터와 상보적인 올리고(oligo)가 붙어있는 플로우셀(flowcell)에 분주(奔注)되고, 어댑터가 올리고에 결합하여 증폭된다. 이 과정에서 DNA 단편의 어댑터가 플로우셀의 표면에 부착하여 브리지(bridge)를 형성하고, 브리지 주위에 DNA 클러스터가 형성된다. 그 후, DNA를 합성시킬 때 염기가 끼어들면서 나타나는 형광을 측정하는 sequencing by synthesis 기법을 이용하여 염기서열을 해독한다. 염기서열 해독은 클러스터 단위로 이루어지며, 상보적인 염기와 반응이 일어나면 형광 물질에 의해 빛이 발산된다. A, G, C, T 염기마다 다른 색의 빛이 발산될 수 있고, 각 반응에 따른 이미지를 분석하여 염기의 순서를 파악함으로써 염기서열이 해독된다.
그런데, 종래 NGS 시스템에서는 복수의 염기에 의한 신호를 동시에 취득하도록 구성되어 있어, 여기광을 조사하는 광원, 각각의 염기에 의한 신호를 분리하기 위한 광학 필터와 이미지 센서, 그리고 광 신호를 전달하기 위한 광학 요소의 배치가 복잡하다는 문제가 존재한다. 또한, 특정 염기로부터의 광 신호를 취득함에 있서 광 경로가 길게 형성됨에 따라 검출 정확도가 떨어지는 문제가 존재한다. 또한, 시퀀싱 속도를 향상시키는 것은 NGS에서 지속적으로 개선되어야 할 사항이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 광 신호 검출을 위한 구성을 단순화하고 노이즈를 감소시켜 검출 정확도를 향상시키는 연속 광학 분석 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 복수의 광학 분석부를 연속하여 배치하여 복수의 플로우셀에 대한 동시 분석을 가능하게 함으로써 분석 속도(throughput)를 향상시킬 수 있는 연속 광학 분석 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 플로우셀의 광학 분석을 위한 연속 광학 분석 시스템에 있어서, 상기 플로우셀을 로딩하는 적어도 하나의 스테이지; 상기 스테이지에 로딩된 플로우셀에 대한 광학 분석을 위한 적어도 둘의 광학 분석부; 및 상기 스테이지 또는 상기 광학 분석부 중 적어도 하나를 이송하여 상기 스테이지와 상기 광학 분석부의 위치를 정렬하는 이송부를 포함하는 연속 광학 분석 시스템을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 스테이지는 제 1 스테이지와 제 2 스테이지를 포함하고, 상기 제 1 스테이지가 상기 광학 분석부의 제 1 광학 분석부에 위치하여 제 1 광학 분석을 수행하는 동안, 상기 제 2 스테이지는 상기 광학 분석부의 제 2 광학 분석부에 위치하여 제 2 광학 분석을 수행할 수 있다.
또한, 상기 이송부는, 상기 스테이지를 회전 구동하여 상기 스테이지를 상기 광학 분석부로 이송하는 제 1 이송부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 스테이지는 리니어 모터 방식 또는 피에조 방식으로 적어도 하나의 직선 방향으로 이동가능하거나 회전하여 미소한 위치 이동이 가능하게 구비될 수 있다.
또한, 상기 스테이지 또는 상기 광학 분석부 중 적어도 하나는 수직 방향으로 이동하여 상기 스테이지에 로딩된 상기 플로우셀과 상기 광학 분석부의 갭(gap) 조정이 가능할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 이송부는, 상기 광학 분석부를 회전 구동하여 상기 광학 분석부를 상기 스테이지 측으로 이송하는 제 2 이송부를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 이송부는 이송 트랙과, 상기 이송 트랙을 따라 이동하며 상기 스테이지 또는 상기 광학 분석부를 이동시키는 무빙 이송부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 연속 광학 분석 시스템은, 상기 스테이지에 상기 플로우셀을 로딩 또는 언로딩하거나, 상기 플로우셀에 시약을 공급하는 분석 지원부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 분석 지원부는, 상기 스테이지 중 상기 광학 분석부에 위치하지 않은 유휴 스테이지에 대하여 상기 플로우셀의 로딩 또는 언로딩, 또는 상기 플로우셀에 대한 시약 공급을 수행할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 광학 분석부는, 광을 조사하는 광원, 특정 파장 대역의 광 신호를 투과시키는 광학 필터, 상기 광 신호를 검출하는 광 검출기를 포함하고, 상기 광학 분석부에는 상기 스테이지가 이동되어 위치될 수 있는 이격 공간이 구비될 수 있다.
또한, 상기 이격 공간은 상기 광원과 상기 광학 필터의 사이에 형성될 수 있다.
또한, 상기 적어도 둘의 광학 분석부는 상기 광원의 파장 대역, 상기 광학 필터의 투과 파장 대역, 및 상기 광원의 광 출력 측에 구비되는 광원 필터의 투과 파장 대역 중 적어도 하나가 서로 다르게 설정될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 광학 분석부는, 상기 광 검출기의 전단에 상기 광 검출기의 검출 소자에 대응되게 관통 형성되거나 광 투과 가능하게 형성된 마스크 홀을 구비하는 광학 마스크를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 마스크 홀의 크기는 상기 검출 소자의 크기보다 작고, 상기 플로우셀의 반응 영역의 크기보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 검출 소자의 픽셀 크기는 상기 반응 영역의 간격과 동일하게 설정될 수 있다.
또한, 상기 광 검출기에 의해 1회 촬영 가능한 영역 내에 존재하는 상기 플로우셀의 반응 영역은, 상기 검출 소자와 상기 마스크 홀의 조합보다 더 많게 구성될 수 있다.
또한, 상기 플로우 셀의 반응 영역은 적어도 제 1 클러스터 그룹과 상기 제 1 클러스터 그룹에 인접한 제 2 클러스터 그룹으로 구분되고, 상기 광 검출기와 상기 광학 마스크의 조립체는, 상기 제 1 클러스터 그룹에 대한 형광 신호를 검출한 후 상기 플로우셀에 대해 상대적으로 미소 쉬프트되어 상기 제 2 클러스터 그룹에 대한 형광 신호의 검출을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은, 적어도 하나의 스테이지와, 제 1 광학 분석부 및 제 2 광학부를 구비하는 광학 분석부를 포함하는 연속 광학 분석 시스템을 이용한 연속 광학 분석 방법에 있어서, (a) 상기 스테이지에 플로우셀을 로딩하는 단계; (b) 상기 스테이지 또는 상기 제 1 광학 분석부 중 적어도 하나를 이송하여 상기 스테이지를 상기 제 1 광학 분석부에 위치시키는 단계; (c) 상기 제 1 광학 분석부에서 상기 스테이지에 로딩된 상기 플로우셀에 대한 제 1 광학 분석을 수행하는 단계; (d) 상기 스테이지 또는 상기 제 2 광학 분석부 중 적어도 하나를 이송하여 상기 스테이지를 상기 제 2 광학 분석부에 위치시키는 단계; 및 (e) 상기 제 2 광학 분석부에서 상기 스테이지에 로딩된 상기 플로우셀에 대한 제 2 광학 분석을 수행하는 단계;를 포함하는 연속 광학 분석 방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 스테이지는 제 1 스테이지와 제 2 스테이지를 포함하고, 상기 제 1 광학 분석부에서 상기 제 1 스테이지에 대한 제 1 광학 분석을 하는 동안 상기 제 2 광학 분석부에서는 상기 제 2 스테이지에 대한 제 2 광학 분석을 수행할 수 있다.
또한, 상기 스테이지는 복수로 구비되고, 광학 분석이 수행되지 않는 유휴 스테이지에 대하여 상기 플로우셀의 로딩 또는 언로딩, 또는 상기 플로우셀에 대한 시약 공급이 이루어질 수 있다.
또한, 상기 광학 분석부는, 제 3 광학 분석을 위한 제 3 광학 분석부와 제 4 광학 분석을 위한 제 4 광학 분석부를 더 포함하고, 상기 스테이지에 로딩된 상기 플로우셀에 대하여 제 1 내지 제 4 광학 분석을 순차적으로 수행한 후, 상기 플로우셀에 새로운 시약을 공급할 수 있다.
본 발명에 따르면, 광 신호 검출 구성이 단순화되고 노이즈를 감소시켜 검출 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 플로우셀에 대한 광학 분석을 연속적으로 수행될 수 있게 됨에 따라 분석 속도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 플로우셀의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 분석 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 분석 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 분석 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 시스템에 있어서 광학 분석부와 스테이지(플로우셀)의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 시스템에 있어서 광학 분석부와 플로우셀의 상세 구성을 도시한 도면(도 6의 B 부분의 확대 단면도)이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 시스템에 있어서, 광학 분석부의 다른 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 시스템에 있어서 광학 분석부의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 시스템에 있어서, 광학 분석부의 광학 마스크와 플로우셀의 웰(클러스터)의 위치 관계를 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 시스템에서의 다른 형태의 광학 분석부와 플로우셀의 상세 구성을 도시한 도면(도 6의 B 부분의 확대 단면도)이다.
도 12는 도 11에 도시된 구성에서의 광학 마스크와 플로우셀의 웰(클러스터)의 위치 관계를 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 분석 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 분석 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 분석 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 시스템에 있어서 광학 분석부와 스테이지(플로우셀)의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 시스템에 있어서 광학 분석부와 플로우셀의 상세 구성을 도시한 도면(도 6의 B 부분의 확대 단면도)이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 시스템에 있어서, 광학 분석부의 다른 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 시스템에 있어서 광학 분석부의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 시스템에 있어서, 광학 분석부의 광학 마스크와 플로우셀의 웰(클러스터)의 위치 관계를 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 시스템에서의 다른 형태의 광학 분석부와 플로우셀의 상세 구성을 도시한 도면(도 6의 B 부분의 확대 단면도)이다.
도 12는 도 11에 도시된 구성에서의 광학 마스크와 플로우셀의 웰(클러스터)의 위치 관계를 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 광학 분석 장치 및 방법은, 생물학적 또는 화학적 광학 분석을 위한 것으로서, 일례로 DNA(데옥시리보핵산)의 시퀀싱에 활용될 수 있다. 이하에서는 DNA 시퀀싱을 중심으로 본 발명을 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상이 DNA 시퀀싱에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 플로우셀의 일례를 도시한 도면이고, 도 1의 A 부분의 확대 단면도가 함께 도시된다.
플로우셀(10)은 적어도 하나의 유체 채널(12)을 구비하고, 유체 채널(12)에는 반응 영역으로서 기능하는 복수의 웰(well, 18)이 형성된다. 복수의 웰(18)에는 DNA 단편이 클러스터를 이루며 부착될 수 있다. 복수의 웰들(18)은 격자 형태 또는 지그재그 형태 등 다양한 패턴으로 형성될 수 있다. 유체 채널(12)은 DNA 클러스터들과의 상보적으로 결합하는 염기를 포함하는 시약을 공급하기 위한 유입구(14)와, 시약을 배출하기 위한 유출구(16)와 연결된다.
이러한 플로우셀(10)은 하부 구조를 이루는 베이스 패널(11b)과 유체 채널(12)의 상부를 덮는 커버(11a)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 베이스 패널(11b)과 유체 채널(12)은 광투과성 물질로 이루어질 수 있다. DNA 시퀀싱을 위하여, 플로우셀(10)의 웰(18)에는 DNA 클러스터가 부착된 상태로 준비될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 플로우셀(10)에는 얼라인 마크(M)가 형성될 수 있다. 얼라인 마크(M)는 광학 분석시 플로우셀(10)을 정렬하기 위한 기준이 될 수 있다. 도 1에 도시한 얼라인 마크(M)는 일례일 뿐이며, 필요에 따라 얼라인 마크(M)의 위치가 변경되거나 개수를 증가시키는 것도 가능하다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2의 (a)는 스테이지(200)가 광학 분석부(100) 측에 위치하지 않은 상태를 나타내고, 도 2의 (b)는 스테이지(200)가 광학 분석부(100) 측에 위치한 상태를 나타낸다.
본 발명에 따른 연속 광학 분석 시스템(1)은, 순차적으로 배치된 적어도 둘의 광학 분석부(100)와, 플로우셀(10)을 로딩하는 복수의 스테이지(200)와, 상기 복수의 스테이지(200)와 광학 분석부(100)의 상대 위치를 조정하기 위한 제 1 이송부(300)를 포함한다.
도 2에 도시된 연속 광학 분석 시스템(1)에서는 4개의 광학 분석부(100a, 100b, 100c, 100d)가 원형으로 배치된 것으로 예시된다. 그러나, 본 발명의 실시에 있어서 광학 분석부(100)의 개수는 2개, 3개 또는 그 이상인 것도 가능하다. 또한, 복수의 광학 분석부(100a, 100b, 100c, 100d)의 배치는 원형이 아니라, 직선 또는 곡선 형태로 순차 배치되는 것도 가능할 수 있다.
광학 분석부(100)는 플로우셀(10)에 대한 광학 분석을 수행한다. 일 실시예에 있어서, 각각의 광학 분석부(100)는 플로우셀(10)에 구비된 DNA 클러스터에 상보적으로 결합하는 염기에 의해 발생하는 특정 형광 신호를 취득하도록 설정된다. 구체적으로, 제 1 광학 분석부(100a)는 아데닌(A)을, 제 2 광학 분석부(100b)는 시토신(C)을, 제 3 광학 분석부(100c)는 구아닌(G)을, 그리고 제 4 광학 분석부(100d)는 티민(T)에 의한 광 신호를 취득하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 제 1 내지 제 4 광학 분석부들(100a, 100b, 100c, 100d) 각각은 해당 광 신호를 취득하기 위한 광원과 광학 필터를 구비할 수 있다.
스테이지(200)는 플로우셀(10)을 로딩하도록 구성된다. 스테이지(200)는 광학 분석부(100)의 개수에 따라 제 1 내지 제 4 스테이지(200a, 200b, 200c, 200d)의 복수로 구비될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시에 있어서, 스테이지(200)의 개수는 이에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 증감될 수 있다. 또한, 도 2에서는 광학 분석부들(100a, 100b, 100c, 100d)와 스테이지들(200a, 200b, 200c, 200d)이 90도의 각도를 이루며 원형으로 배치되는 것을 예시하였으나, 이러한 각도 배치는 필요에 따라 변경될 수 있다.
이러한 스테이지(200)는 플로우셀(10)을 로딩한 상태에서, 플로우셀(10)을 분석부(100)와의 관계에서 위치 정렬하기 위하여 적어도 1축 방향으로 구동될 수 있도록 구성될 수 있다. 스테이지(200)는 리니어 모터를 포함하거나, 피에조 방식으로 미소 구동되는 것일 수 있다.
광학 분석부(100)에 구비되어 플로우셀(10)을 광을 조사하는 광원이 스테이지(200)의 상부에 위치하는 경우 스테이지(200)는 플로우셀(10)을 하부에서 지지하는 플레이트 형태로 구성될 수 있다.
다른 실시예로서, 플로우셀(10)에 광을 조사하는 광원이 스테이지(200)의 하부에 위치하는 경우, 스테이지(200)는 광을 플로우셀(10)로 전달할 수 있는 구성을 갖는 것이 바람직하다. 일례로 스테이지(200)는 Physik Instrumente (PI) GmbH & Co.의 P-541, P-542 모델과 같이 개구(aperture)가 형성되고 XY 포지셔닝이 가능한 피에조 스테이지를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 스테이지(200)는 높이 방향(Z축)으로 구동되어 플로우셀(10)의 높이를 조정할 수 있도록 구성되어도 좋다. 또한 피에조 방식의 미소 구동 스테이지는 회전을 통해 XYZ 축중 적어도 하나의 축을 중심으로 회전 가능하게 구성되어 평면상에서의 각도 조정이 가능하도록 구성되어도 좋다.
다른 실시예에서 스테이지(200)에 플로우셀(10)이 지지된 상태에서 광학 분석부(100)로 이송되고, 광학 분석부(100)에서 플로우셀(10)의 위치를 확인한 후 광학 분석부(100)의 일부 구성이 플로우셀(10)의 위치에 맞추어 위치 조절되도록 구성되는 것도 가능할 수 있다. 이 경우, 광학 분석부(100)는 리니어 모터 또는 피에조 방식의 미소 구동 수단을 추가로 구비하여 적어도 1축 방향으로 직선 또는 회전 구동되도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 광학 분석부(100)와 플로셀(10)의 위치 정렬은 앞서 설명한 바와 같이 플로우셀(10)에 형성된 얼라인마크(M)를 인식하여 수행될 수 있다.
도 2의 실시예에서, 제 1 이송부(300)는 스테이지(200)를 광학 분석부(100)로 이송하도록 구성된다. 일 실시예에 있어서, 제 1 이송부(300)는 제 1 회전 구동부(310)와, 일측이 상기 제 1 회전 구동부(310)에 연결되고 타측은 스테이지(200)에 연결된 제 1 지지 프레임(320)을 포함할 수 있다. 제 1 회전 구동부(310)에 의해 제 1 지지 프레임(320)에 연결된 스테이지(200)는 (반시계 방향으로) 회전하여 순차적으로 제 1 광학 분석부(100a)에서 제 4 광학 분석부(100d)로 이동될 수 있다.
플로우셀(10)에 대한 광학 분석을 수행하는 과정을 설명하면, DNA 클러스터가 부착된 플로우셀(10)은 제 1 스테이지(200a)에 로딩되고, 제 1 이송부(300)가 구동되어 제 1 스테이지(200a)가 제 1 광학 분석부(100a)로 이동된다. 제 1 광학 분석부(100a)에서는 제 1 염기(예를 들면, 아데닌(A))에 따른 광 신호를 검출한다. 제 1 광학 분석부(100a)에서의 광학 분석이 완료된 후, 제 1 이송부(300)가 구동되어 제 1 스테이지(200a)는 제 2 광학 분석부(100b)로 이동하여, 제 2 염기(예를 들면, 시토신(C))에 대한 광 신호를 검출한다. 이러한 방식으로 제 1 스테이지(200a)는 제 3 광학 분석부(100c)와 제 4 광학 분석부(100d)로 순차 이동하며 제 3 염기(예를 들면, 구아닌(G))과 제 4 염기(예를 들면, 티민(T)에 따른 광 신호 검출이 진행된다.
복수의 스테이지(200)가 구비됨에 따라, 복수의 광학 분석부(100)에서 각각의 광학 분석이 수행될 수 있고, 광학 분석 속도를 향상시킬 수 있다. 후술하는 바와 같이, 각각의 광학 분석부(100)에서 특정 염기에 대한 광학 분석이 수행될 수 있도록, 각각의 광학 분석부(100)는 특정 파장의 광을 방사하는 광원 또는 특정 파장 대역의 광을 투과 또는 차단하는 광학 필터를 구비할 수 있다. 또한 각각의 광학 분석부(100)에서의 광원과 광학 필터는 서로 다르게 설정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 분석 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3의 기본적인 구성들은 도 2에 도시된 구성들과 동일하다. 다만, 도 3의 실시예에 따른 연속 광학 분석 시스템(1A)에 있어서는 스테이지(200)가 아니라 광학 분석부(100)가 이동하여 스테이지(200)가 광학 분석부(100) 내에 위치하도록 한다는 점에서 도 2의 실시예와 차이가 있다. 이를 위하여, 광학 분석부(100)를 구동하기 위한 제 2 이송부(330)가 구비된다. 제 2 이송부(330)는 제 2 회전 구동부(332)와, 일측이 상기 제 2 회전 구동부(332)에 연결되고 타측은 스테이지(200)에 연결된 제 2 지지 프레임(334)을 포함할 수 있다.
도 2와 도 3에서 설명한 실시예들에 대하여 요약하면, 본 발명에 따른 연속 광학 분석 시스템은 복수의 광학 분석부(100)와 복수의 스테이지(200)를 포함하고, 광학 분석부(100) 또는 스테이지(200) 중 어느 하나를 구동하여 상대적인 위치를 조정함으로써 스테이지(200)가 광학 분석부(100) 내에 위치하도록 하여 광학 분석을 수행한다. 여기에서, 스테이지(200)가 제 1 이송부(300)에 의해 이송되거나, 광학 분석부(100)가 제 2 이송부(330)에 의해 이송된다.
또한, 본 발명의 실시에 있어서, 제 1 이송부(300)와 제 2 이송부(330)가 모두 구비되어 스테이지(200)와 광학 분석부(100)가 모두 이동 가능하게 구성되는 것도 가능할 수 있다. 또한, 보다 세밀한 위치 조정을 위하여, 제 1 이송부(300)와 제 2 이송부(330) 중 어느 하나는 보다 큰 위치 이동을 가능하게 하고, 다른 하나는 미소한 위치 조정을 가능하게 하도록 구성되는 것도 가능할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제 2 이송부(330)에 의해 광학 분석부(100)가 스테이지(200)로 이동된 후, 제 1 이송부(300)의 미소 구동(회전)에 의해 스테이지(200)의 미소한 위치 조정이 이루어질 수 있다. 이 경우, 제 1 이송부(300)의 회전과 더불어 리니어모터 또는 피에조 방식을 이용한 스테이지(200) 자체 미소 구동 또는 광학 분석부(100)의 미소 구동에 의해 광학 분석부(100)와 플로우셀(10) 간의 위치가 추가적으로 정렬되는 것도 가능하다.
다른 실시예에서, 광학 분석부(100)에 스테이지(200)가 위치된 후, 제 2 이송부(330)의 미소 구동(회전)에 의해 광학 분석부(100)와 플로우셀(10) 간의 위치가 정렬될 수 있다. 또한, 이 경우에도 제 1 이송부(300)의 회전과 더불어 리니어모터 또는 피에조 방식을 이용한 스테이지(200) 자체 미소 구동 또는 광학 분석부(100)의 미소 구동에 의해 광학 분석부(100)와 플로우셀(10) 간의 위치가 추가적으로 정렬되는 것도 가능할 수 있다.
또한, 도 2와 도 3의 예시에서는, 제 1 이송부(300)와 제 2 이송부(330)를 회전 구동 방식을 채용한 것으로 설명하였으나, 스테이지(200) 또는 광학 분석부(100)를 이송하는 방식이라면 회전 구동 방식이 아니라 리니어 이동 방식, 또는 크램프나 척을 이용하여 이동시키는 방식 등 다양한 방식이 적용될 수 있을 것이다.
또한, 도 2와 도 3의 예시에서는 제 1 이송부(300)에 의해 모든 스테이지(200)가 함께 이송되고, 제 2 이송부(330)에 의해 모든 광학 분석부(100)가 함께 이송되는 것으로 설명하였다. 그러나 본 발명의 실시에 있어서, 제 1 이송부(300)는 각각의 스테이지(200)마다 개별 이송이 가능하도록 구성되고, 제 2 이송부(330)도 각각의 광학 분석부(100)마다 개별 이송이 가능하도록 구성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 분석 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 실시예에서의 광학 분석 시스템(1B)은, 4개의 광학 분석부(100a, 100b, 100c, 100d)와, 5개의 스테이지(200a, 200b, 200c, 200d, 200e) 및 이송부(300)가 구비된 것을 예시한다. 5개의 스테이지(200a, 200b, 200c, 200d, 200e)는 72도의 각도를 이루며 배치되고, 광학 분석부(100a, 100b, 100c, 100d)는 5개의 스테이지(200a, 200b, 200c, 200d, 200e) 중 4개의 스테이지(200a, 200b, 200c, 200d, 200e)에 대하여 동시에 광학 분석을 수행하도록 배치된다. 이러한 구성에서, 나머지 제 5 스테이지(200e)는 유휴 상태이다. 제 5 스테이지(200e)에는 새로운 플로우셀(10)을 로딩하거나, 제 5 스테이지(200e)에 이미 로딩된 플로우셀(10)에 대하여 새로운 시약을 공급하는 등 광학 분석을 위한 준비 작업이 진행될 수 있다. 이를 위하여 광학 분석 시스템(1B)은 분석 지원부(400)를 추가로 포함할 수 있다. 분석 지원부(400)는, 스테이지(200)에 대하여 플로우셀(10) 로딩 또는 언로딩하는 플로우셀 로딩부 및/또는 플로우셀(10)에 시약을 공급하는 시약 공급부를 포함할 수 있다.
도 4에 따른 구성에서는, 어느 하나의 플로우셀(10)에 대한 분석 준비 작업을 진행하고, 다른 플로우셀들에 대해서는 광학 분석을 수행함으로써 광학 분석을 보다 빠르게 진행할 수 있다. 또한, 도 4의 실시예에서는 제 1 이송부(300)에 의해 스테이지(200)를 이송하는 것으로 도시하였으나, 도 3의 실시예와 같이 제 2 이송부(330)를 구비하여 광학 분석부(100)를 이송하거나, 제 1 이송부(300)와 제 2 이송부(330)를 모두 구비하는 것도 가능할 수 있다.
또한, 위의 설명에서는, 4개의 광학 분석부(100a, 100b, 100c, 100d)와 5개의 스테이지(200a, 200b, 200c, 200d, 200e)를 예시하였으나, 광학 분석부(100)의 개수는 2개 또는 3개일 수 있고, 스테이지(200)의 개수는 광학 분석부(100)보다 적어도 한 개 이상 많게 구비되는 것도 가능하다. 또한, 특정 유휴 스테이지(200)가 2개 이상인 경우, 어느 하나의 유휴 스테이지에 대해서는 플로우셀의 로딩/언로딩을, 다른 유휴 스테이지에 대해서는 새로운 시약의 공급을 수행하도록 하는 것도 가능할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 분석 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 광학 분석 시스템(1C)에서는 복수의 광학 분석부(100a, 100b, 100c, 100d)가 일렬로 배치되어 있다. 복수의 스테이지(200a, 200b, 200c, 200d)는 일렬로 이송되어 상기 광학 분석부(100a, 100b, 100c, 100d)에 순차적으로 이송될 수 있다.
스테이지(200)의 이송은 이송 트랙(340)과, 상기 스테이지(200)를 고정하고 상기 이송 트랙(340)을 따라 이동하는 무빙 이송부(350)에 의해 이루어질 수 있다. 무빙 이송부(350)는 스테이지(200)를 제 1 내지 제 4 광학 분석부(100a, 100b, 100c, 100d)에 순차적으로 이송하고, 이송 트랙(340)을 따라 이동하여 다시 제 1 광학 분석부(100a)로 복귀하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 무빙 이송부(350)는 리니어 모터를 이용하여 구성될 수 있다.
또한, 도 5에 예시된 실시예에 있어서, 스테이지(200)는 고정된 상태에서 광학 분석부(100)가 무빙 이송부(350)에 의해 이송 트랙(340)을 따라 이송되는 것도 가능할 수 있다.
다음으로 광학 분석부(100)의 구성 및 광학 분석부(100)에서의 광학 분석을 위한 스테이지(200)와의 관계에 대하여 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 시스템에 있어서 광학 분석부와 스테이지(플로우셀)의 관계를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 시스템에 있어서 광학 분석부와 플로우셀의 상세 구성을 도시한 도면(도 6의 B 부분의 확대 단면도)이다. 또한, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 시스템에 있어서, 광학 분석부의 다른 구성을 나타내는 도면이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 스테이지(200)는 플로우셀(10)을 로딩한 상태이고, 스테이지(200)가 광학 분석부(100)의 이격 공간(60)으로 이동되지 않은 상태이다.
스테이지(200)는 개구(210)가 형성될 수 있고, 개구(210)를 통해 플로우셀(10)이 상하 방향으로 노출된다.
광학 분석부(100)는, 상기 플로우셀(10)에 부착된 DNA 클러스터의 형광 분석을 위한 광을 조사하는 광원(20)과, 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광 검출기(50)를 포함한다. 또한, 광학 분석부(100)는 특정 파장 대역의 광 신호만을 투과시키기 위한 광학 필터(30)를 더 포함할 수 있다. 또한, 광학 분석부(100)는 광 신호 획득시 노이즈를 저감하기 위한 광학 마스크(40)를 포함할 수 있다. 광학 분석부(100)의 광원(20)과 광 검출기(50)의 사이(광학 필터(30)가 구비되는 경우에는 광원(20)과 광학 필터(30)의 사이)에는 스테이지(10)가 위치될 수 있는 이격 공간(60)이 형성된다.
전술한 바와 같은 제 1 이송부(300)에 의해 스테이지(200)가 이송되거나, 제 2 이송부(330)에 의해 광학 분석부(100)가 이송되거나, 무빙 이송부(350)에 의해 스테이지(200) 또는 광학 분석부(100)가 이송되면, 도 6의 (b)와 같이 스테이지(200)는 광학 분석부(100)의 이격 공간(60)에 위치하게 된다. 스테이지(200)에 로딩된 플로우셀(10)와 광 검출부(50) 또는 광학 마스크(40)는 서로 정렬된다. 일 실시예에 있어서, 스테이지(200)가 피에조 방식으로 XY 평면의 적어도 일 방향 또는 Z축 방향으로 이동가능하게 구성된 경우, 스테이지(200)의 구동에 의해 플로우셀(10)의 위치가 조정될 수 있다. 형광 신호 검출을 위해 제 1 이송부(300) 또는 제 2 이송부(330)에 의해 스테이지 (200) 또는 광학 분석부(100) 가 신호 검출 위치로 이동하여 정열된 후, 스테이지(200) 또는 광학 분석부(100) 사이의 갭(gap)을 조정할 수 있도록 스테이지(200)와 광학 분석부(100) 중 적어도 어느 하나를 수직방향으로 이동시킬 수 있다. 이를 통해 신호 검출시, 스테이지(200) 와 광학분석부(100) 사이 간격을 가장 효율적인 신호 검출이 가능한 간격으로 조정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 광원(20)은 이격 공간(60)을 사이에 두고 광 검출기(50)의 반대편에 위치된다. 광원(20)이 광 검출기(50)의 측부 또는 광 검출기(50)와 동축으로 배치되는 것도 가능할 수 있으나, 도 6에 도시된 바와 같이 광원(20)을 배치하는 경우 광원(20)의 배치 구조를 단순화할 수 있는 장점이 있다. 일 실시예에 있어서 광원(20)은 면 광원으로 구비될 수 있다. 또한, 일 실시예에 있어서, 광원(20)은 광도파로(optical waveguide) 형태로 구비되고, 별도의 광 발생기로부터 발생된 광이 광도파로를 통해 전달되어 플로우셀(10)에 광이 조사될 수 있다. 다만, 본 발명의 실시에 있어서, 광원(20)은 면 광원에 한정되는 것은 아니며, 선 광원 또는 점 광원으로 구성되는 것도 가능할 수 있다. 이러한 광원(20)은 특정 파장 대역의 광을 발생하거나 복수의 파장 대역의 광을 발생하거나, 백색광일 수 있다. 광원(20)에서 발생하는 광의 파장 대역에 따라 또는 광원(20)과 광학 필터(30)의 조합에 따라 각각의 광학 분석부(100)는 특정 광 신호의 검출 및 분석이 가능할 수 있다.
또한, 도 8을 참조하면, 광원(20)에는 특정 파장 대역의 광만을 선택적으로 전달하기 위한 광원 필터(22)가 광원(20)의 광 출력 측에 구비될 수 있다.
도 7을 참조하면, 광 검출기(50)는 기판(54)과 기판(54)에 형성된 복수의 검출 소자(52)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 검출 소자(52)는 형광 신호를 검출하는 것으로서, 형광 신호를 전기적 신호로 변환한다. 이러한 검출 소자(52)는 CCD 또는 CMOS 방식으로 구현되어 하나의 픽셀을 형성할 수 있다. 또한, 광 검출기(50)는 복수의 검출 소자(즉, 픽셀)가 어레이 형태로 배열된 이미지 센서로 구현될 수 있다. 복수의 픽셀이 어레이 형태로 배열된 이미지 센서로 광 검출기(50)로 구현하는 경우, 각각의 픽셀에 의해 형광 신호가 검출되고, 하나 이상의 이미지로서 형광 신호의 검출 결과를 획득할 수 있다.
광 검출기(50)는 복수의 이미지 센서가 연속하여 배치되어 플로우셀(10)의 모든 웰들(18)을 한꺼번에 커버할 수 있도록 구성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시에 있어서, 광 검출기(50)는 플로우셀(10)의 일부 영역만을 커버할 수 있는 면적을 갖고, 광 검출기(50)를 포함하는 요소가 이동하면서 플로우셀(10)의 웰들(18)에 대한 광 신호 검출을 수행하는 것도 가능할 수 있다.
광학 마스크(40)는 검출 소자(52)에 대응되게 관통 형성되거나 광 투과 가능하게 형성된 마스크 홀(42)을 포함하고, 마스크 홀(42)을 제외한 부분은 광이 투과하지 않는 재질로 이루어진다. 광학 마스크(40)는 복수의 마스크 홀(42)이 형성된 평판 형태로 구성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 광학 마스크(40)의 마스크 홀(42)은 검출 소자(52)의 픽셀 크기보다 작게 형성될 수 있다. 마스크 홀(42)에 의해 검출 소자(52)의 중앙을 중심으로 특정 웰(18)에서의 형광 신호가 입사될 수 있다. 마스크 홀(42)은 사각형으로 형성될 수 있으나, 원형, 삼각형 등 사각형이 아닌 형상으로 구비되는 것도 가능하다. 광학 마스크(40)는 특정 웰(18)에서의 형광 신호가 대응되는 검출 소자(52)로 전달될 수 있도록 하고, 주변 웰(18)로부터의 형광 신호가 입사되는 것을 방지한다. 일 실시예에 있어서, 마스크 홀(42)의 크기는 웰(18)의 크기보다 작게 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 광 검출기(50)와 광학 마스크(40)는, 검출 소자(52)와 마스크 홀(42)이 매칭되게 배치된 상태로 서로 결합되어 준비될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 있어서, 광 검출기(50)와 광학 마스크(40)는, 검출 소자(52)와 마스크 홀(42), 필터(30)이 매칭되게 배치된 상태로 서로 결합되어 준비될 수 있다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 시스템에 있어서 광학 분석부의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 9에 도시한 실시예에서는, 광 검출기(50)의 검출 범위는 플로우셀(10)의 크기보다 작다. 이에 따라 광 검출기(50)는 플로우셀(10)을 이동하며 광 신호를 검출한다.
도 9를 참조하면, 광학 분석부(100)는, 헤드 유닛(70)과 상기 헤드 유닛(70)을 구동하기 위한 구동 유닛(80)을 포함할 수 있다. 헤드 유닛(70)에는 광학 필터(30), 광학 마스크(40) 및 광 검출기(50)가 구비된다. 구동 유닛(80)은 헤드 유닛(70)을 적어도 일 방향으로 구동하기 위한 요소로서, 리니어 모터와 같은 구동 수단에 의해 구성될 수 있다. 구동 유닛(80)은 헤드유닛 지지부(82)를 통해 헤드 유닛(70)과 연결될 수 있다. 구동 유닛(80)은 헤드 유닛(70)을 수평 방향 또는 수직 방향(Z축 방향)의 적어도 일 방향으로 이동시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 구동유닛(80)은 도 3을 참조하여 설명한 제2 이송부(330)에 연결될 수 있다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 시스템에 있어서, 광학 분석부의 광학 마스크와 플로우셀의 웰(클러스터)의 위치 관계를 설명하는 도면이다.
도 10의 (a)는 마스크 홀(42)이 형성된 광학 마스크(40)를 나타낸다. 광학 마스크(40)의 각각의 마스크 홀(42)에는, 마스크 홀(42)과 대응되는 검출 소자(52)가 위치한다. 도 10의 (a)에서 검출 소자(52)의 픽셀 크기는 w1이고, 마스크 홀(42)의 크기(마스크 홀(42)이 원형인 경우에는 지름)는 w2이다. w2는 w1보다 작다. 마스크 홀(42)에 의해 특정 웰(18) 주변으로부터의 형광 신호가 특정 검출 소자(52)로 번지는 것이 방지될 수 있다. 마스크 홀(42)의 중심은 검출 소자(52)의 중심과 일치되게 배치될 수 있다.
도 10의 (b)는 플로우셀(10)에 형성된 복수의 웰들(18)의 배치를 나타낸다. 인접하는 웰들(18) 간의 간격은 d1이고, 웰(18)의 크기(또는 직경)은 d2이다. 웰들(18) 간의 간격(d1)은 인접하는 웰들(18)의 중심 사이의 거리로 정의될 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 픽셀 크기(w1)는 웰들(18) 간의 간격(d1)과 같거나 대략 동일할 수 있다. 마스크 홀(42)의 크기(w2)는 웰(18)의 크기(d2)보다 작을 수 있다. 마스크 홀(42)의 크기(w2)가 웰(18)의 크기(d2)보다 작게 형성되는 경우, 특정 웰(18)로부터의 형광 신호 외의 노이즈의 유입을 더욱 방지할 수 있다.
도 10의 (c)는 광학 마스크(40)가 플로우셀(10)의 웰들(18)의 상부에 배치된 상태를 나타낸다.
도 10의 (a) 내지 (c)에서는 7x7의 형태로 마스크 홀(42)이 형성된 것을 예시하였으나, 실제 광학 마스크(40)의 크기에 따라 마스크 홀(42)의 개수는 증가될 수 있고, 마스크 홀(42)의 배치도 다양하게 변경될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이 광학 분석부(100)가 구성되는 경우, 광 검출기(50)의 촬영 가능 영역에 해당하는 플로우셀(10)의 영역에 대하여 형광 신호의 검출이 완료된 후, 헤드 유닛(40)이 촬영되지 않은 플로우셀(10)의 영역으로 이동한 후 그 영역에서의 형광 신호의 검출이 수행될 수 있다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 시스템에서의 다른 형태의 광학 분석부와 플로우셀의 상세 구성을 도시한 도면(도 6의 B 부분의 확대 단면도)이고, 도 12는 도 11에 도시된 구성에서의 광학 마스크와 플로우셀의 웰(클러스터)의 위치 관계를 설명하는 도면이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 검출 소자(52)와 마스크 홀(42)의 개수보다 웰(18)의 개수가 더 많다는 점에서 도 7 및 도 10의 구성과 차이가 있다. 도 10과 도 11에서는 광 검출기(50)가 커버하는 영역에서 웰(18)의 개수가 검출 소자(52) 및 마스크 홀(42)의 개수의 2배인 것으로 예시하였다. 다만 본 발명의 실시에 있어서, 웰(18)의 개수는 광 검출기(50)와 마스크 홀(42) 개수보다 더 많을 수 있다. 일례로 광 검출기(50)는 마스크 홀(42)의 개수의 3배 또는 4배 이상일 수도 있다.
도 12의 (a)는 마스크 홀(42)이 형성된 광학 마스크(40)를 나타내며, 도 12의 (b)는 플로우셀(10)에 형성된 복수의 웰들(18)의 배치로서 가로 방향으로 웰(18)이 14열로 배치된 것을 나타낸다.
도 12의 (b)를 참조하면, 좌측 열로부터, 제 1 클러스터 그룹(18A)과 제 2 클러스터 그룹(18B)이 교번하여 배치되고 있다. 이 때, 제 1 클러스터 그룹(18A)과 제 2 클러스터 그룹(18B) 간의 거리는 d3이고 d3=(w1)/2일 수 있다.
도 12의 (c)는 제 1 클러스터 그룹(18A)에 대한 형광 신호의 검출을 나타내고, 도 12의 (d)는 제 2 클러스터 그룹(18B)에 대한 형광 신호의 검출을 나타낸다.
도 12의 (c)를 참조하면, 마스크 홀(42)을 통해 제 1 클러스터 그룹(18A)의 형광 신호가 통과하도록 헤드 유닛(40)이 플로우셀(10)에 대해 상대적으로 위치한다. 도 12의 (c)의 상태에서 광 검출기(50)는 제 1 클러스터 그룹(18A)에 대한 형광 신호를 검출한다.
도 12의 (d)를 참조하면, 마스크 홀(42)을 통해 제 2 클러스터 그룹(18B)의 형광 신호가 통과하도록 헤드 유닛(40)이 플로우셀(10)에 대해 상대적으로 위치한다. 도 12의 (d)의 상태에서 광 검출기(50)는 제 1 클러스터 그룹(18A)에 대한 형광 신호를 검출한다.
광학 마스크(40)의 마스크 홀(42)에 의해 해당 웰(18)로부터의 형광 신호 외의 인접 웰(18)로부터의 신호가 해당 검출 소자(52)로 유입되는 것이 방지 또는 최소화된다. 또한, 도 10와 도 11의 실시예에 따르면, 검출 소자(52)보다 더욱 집적화된 패턴을 갖는 클러스터에 대해서도 효과적이고 빠른 형광 신호의 검출이 수행될 수 있게 된다.
다음으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 방법을 설명한다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 광학 분석 방법을 나타내는 순서도이다.
먼저, 연속 광학 분석 시스템(1, 1A, 1B, 1C)을 준비한다(S1000).
제 1 스테이지(200a)에 플로우셀(10)을 로딩한다(S1100).
제 1 스테이지(200a) 또는 제 1 광학 분석부(100a) 중 적어도 하나를 이송하여 제 1 스테이지(200a)를 제 1 광학 분석부(100a) 내에 위치시켜 정렬한다(S1200).
제 1 광학 분석부(100a)는 제 1 스테이지(200a)에 로딩된 플로우셀(10)에 대한 제 1 광학 분석을 수행한다(S1300). 일례로서, 제 1 광학 분석은 아데닌(A)에 의한 형광 신호를 검출하는 것일 수 있다.
S1300 단계가 완료되면, 제 1 스테이지(200a) 또는 제 2 광학 분석부(100b) 중 적어도 하나를 이송하여 제 1 스테이지(200a)를 제 2 광학 분석부(100b) 내에 위치시켜 정렬한다(S1400).
제 2 광학 분석부(100b)는 제 1 스테이지(200a)에 로딩된 플로우셀(10)에 대한 제 2 광학 분석을 수행한다(S1300). 제 2 광학 분석은 제 1 광학 분석과 다른 것일 수 있다. 일례로서, 제 1 광학 분석에서 아데닌(A)에 의한 형광 신호를 검출한 경우, 제 2 광학 분석은 시토신(C)에 의한 형광 신호를 검출하는 것일 수 있다.
만약, 제 3 광학 분석부(100c)와 제 4 광학 분석부(100d)가 더 구비되고, 제 3 광학 분석부(100c)와 제 4 광학 분석부(100d)에서의 제 3 광학 분석과 제 4 광학 분석이 더 요구되는 경우, S1200 내지 S1500 단계와 유사한 단계가 제 3 광학 분석부(100c)와 제 4 광학 분석부(100d)에서 더 진행될 수 있다.
또한, 이러한 과정은 추가되는 다른 플로우셀(10)에 대해서도 동일한 방식으로 진행될 수 있다. 이 경우, 다른 플로우셀(10)은 제 2 스테이지(200a)에 로딩되어 연속적인 광학 분석이 수행될 수 있다.
일례로서, 도 2 또는 도 3에 도시된 실시예에서, 제 1 내지 제 4 스테이지(200a, 200b, 200c, 200d)에 각각 플로우셀(10)이 로딩되고, 제 1 스테이지(200a)는 제 1 광학 분석부(100a)에서 제 4 광학 분석부(100d) 순으로, 제 2 스테이지(200b)는 제 2 광학 분석부(100b)에서 제 1 광학 분석부(100a) 순으로, 제 3 스테이지(200c)는 제 3 광학 분석부(100c)에서 제 2 광학 분석부(100b) 순으로, 제 4 스테이지(200d)는 제 4 광학 분석부(100d)에서 제 3 광학 분석부(100c) 순으로, 반시계방향으로 회전하며 광학 분석이 순차적으로 진행될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제 1 내지 제 4 스테이지(200a, 200b, 200c, 200d)에 플로우셀이 순차적으로 로딩되며 연속적인 광학 분석이 진행되는 것도 가능할 수 있다.
또한, 도 4와 같은 실시예를 예로 들면, 다른 스테이지(200a~200d)에 로딩된 플로우셀(10)에 대한 광학 분석이 진행되는 동안 유휴 스테이지(200e)에의 플로우셀(10)의 로딩 또는 시약 공급을 진행하는 것도 가능할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1, 1A, 1B, 1C : 연속 광학 분석 시스템
10 : 플로우셀 20 : 광원
30 : 광학 필터 40 : 광학 마스크
50 : 광 검출기 60 : 이격 공간
70 : 헤드 유닛 80 : 구동 유닛
100 : 광학 분석부 200 : 스테이지
210 : 개구 300 : 제 1 이송부
330 : 제 2 이송부 340 : 이송 트랙
350 : 무빙 이송부 400 : 분석 지원부
10 : 플로우셀 20 : 광원
30 : 광학 필터 40 : 광학 마스크
50 : 광 검출기 60 : 이격 공간
70 : 헤드 유닛 80 : 구동 유닛
100 : 광학 분석부 200 : 스테이지
210 : 개구 300 : 제 1 이송부
330 : 제 2 이송부 340 : 이송 트랙
350 : 무빙 이송부 400 : 분석 지원부
Claims (21)
- 플로우셀의 광학 분석을 위한 연속 광학 분석 시스템에 있어서,
상기 플로우셀을 로딩하는 적어도 하나의 스테이지;
상기 스테이지에 로딩된 플로우셀에 대한 광학 분석을 위한 적어도 둘의 광학 분석부; 및
상기 스테이지 또는 상기 광학 분석부 중 적어도 하나를 이송하여 상기 스테이지와 상기 광학 분석부의 위치를 정렬하는 이송부
를 포함하는 연속 광학 분석 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 스테이지는 제 1 스테이지와 제 2 스테이지를 포함하고, 상기 제 1 스테이지가 상기 광학 분석부의 제 1 광학 분석부에 위치하여 제 1 광학 분석을 수행하는 동안, 상기 제 2 스테이지는 상기 광학 분석부의 제 2 광학 분석부에 위치하여 제 2 광학 분석을 수행하는 것을 특징으로 하는 연속 광학 분석 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 이송부는, 상기 스테이지를 회전 구동하여 상기 스테이지를 상기 광학 분석부로 이송하는 제 1 이송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 광학 분석 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 스테이지는 리니어 모터 방식 또는 피에조 방식으로 적어도 하나의 직선 방향으로 이동가능하거나 회전하여 미소한 위치 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 연속 광학 분석 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 스테이지 또는 상기 광학 분석부 중 적어도 하나는 수직 방향으로 이동하여 상기 스테이지에 로딩된 상기 플로우셀과 상기 광학 분석부의 갭(gap) 조정이 가능한 것을 특징으로 하는 연속 광학 분석 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 이송부는, 상기 광학 분석부를 회전 구동하여 상기 광학 분석부를 상기 스테이지 측으로 이송하는 제 2 이송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 광학 분석 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 이송부는 이송 트랙과, 상기 이송 트랙을 따라 이동하며 상기 스테이지 또는 상기 광학 분석부를 이동시키는 무빙 이송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 광학 분석 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 스테이지에 상기 플로우셀을 로딩 또는 언로딩하거나, 상기 플로우셀에 시약을 공급하는 분석 지원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 광학 분석 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 분석 지원부는, 상기 스테이지 중 상기 광학 분석부에 위치하지 않은 유휴 스테이지에 대하여 상기 플로우셀의 로딩 또는 언로딩, 또는 상기 플로우셀에 대한 시약 공급을 수행하는 것을 특징으로 하는 연속 광학 분석 시스템. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 분석부는,
광을 조사하는 광원,
특정 파장 대역의 광 신호를 투과시키는 광학 필터,
상기 광 신호를 검출하는 광 검출기를 포함하고,
상기 광학 분석부에는 상기 스테이지가 이동되어 위치될 수 있는 이격 공간이 구비된 것을 특징으로 하는 연속 광학 분석 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 이격 공간은 상기 광원과 상기 광학 필터의 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 연속 광학 분석 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 적어도 둘의 광학 분석부는 상기 광원의 파장 대역, 상기 광학 필터의 투과 파장 대역, 및 상기 광원의 광 출력 측에 구비되는 광원 필터의 투과 파장 대역 중 적어도 하나가 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 연속 광학 분석 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 광학 분석부는, 상기 광 검출기의 전단에 상기 광 검출기의 검출 소자에 대응되게 관통 형성되거나 광 투과 가능하게 형성된 마스크 홀을 구비하는 광학 마스크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 광학 분석 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 마스크 홀의 크기는 상기 검출 소자의 크기보다 작고, 상기 플로우셀의 반응 영역의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 연속 광학 분석 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 검출 소자의 픽셀 크기는 상기 반응 영역의 간격과 동일한 것을 특징으로 하는 연속 광학 분석 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 광 검출기에 의해 1회 촬영 가능한 영역 내에 존재하는 상기 플로우셀의 반응 영역은, 상기 검출 소자와 상기 마스크 홀의 조합보다 더 많은 것을 특징으로 하는 연속 광학 분석 시스템. - 제 16 항에 있어서,
상기 플로우 셀의 반응 영역은 적어도 제 1 클러스터 그룹과 상기 제 1 클러스터 그룹에 인접한 제 2 클러스터 그룹으로 구분되고,
상기 광 검출기와 상기 광학 마스크의 조립체는, 상기 제 1 클러스터 그룹에 대한 형광 신호를 검출한 후 상기 플로우셀에 대해 상대적으로 미소 쉬프트되어 상기 제 2 클러스터 그룹에 대한 형광 신호의 검출을 수행하는 것을 특징으로 하는 연속 광학 분석 시스템. - 적어도 하나의 스테이지와, 제 1 광학 분석부 및 제 2 광학부를 구비하는 광학 분석부를 포함하는 연속 광학 분석 시스템을 이용한 연속 광학 분석 방법에 있어서,
(a) 상기 스테이지에 플로우셀을 로딩하는 단계;
(b) 상기 스테이지 또는 상기 제 1 광학 분석부 중 적어도 하나를 이송하여 상기 스테이지를 상기 제 1 광학 분석부에 위치시키는 단계;
(c) 상기 제 1 광학 분석부에서 상기 스테이지에 로딩된 상기 플로우셀에 대한 제 1 광학 분석을 수행하는 단계;
(d) 상기 스테이지 또는 상기 제 2 광학 분석부 중 적어도 하나를 이송하여 상기 스테이지를 상기 제 2 광학 분석부에 위치시키는 단계; 및
(e) 상기 제 2 광학 분석부에서 상기 스테이지에 로딩된 상기 플로우셀에 대한 제 2 광학 분석을 수행하는 단계;
를 포함하는 연속 광학 분석 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 스테이지는 제 1 스테이지와 제 2 스테이지를 포함하고, 상기 제 1 광학 분석부에서 상기 제 1 스테이지에 대한 제 1 광학 분석을 하는 동안 상기 제 2 광학 분석부에서는 상기 제 2 스테이지에 대한 제 2 광학 분석을 수행하는 것을 특징으로 하는 연속 광학 분석 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 스테이지는 복수로 구비되고, 광학 분석이 수행되지 않는 유휴 스테이지에 대하여 상기 플로우셀의 로딩 또는 언로딩, 또는 상기 플로우셀에 대한 시약 공급이 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속 광학 분석 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 광학 분석부는, 제 3 광학 분석을 위한 제 3 광학 분석부와 제 4 광학 분석을 위한 제 4 광학 분석부를 더 포함하고,
상기 스테이지에 로딩된 상기 플로우셀에 대하여 제 1 내지 제 4 광학 분석을 순차적으로 수행한 후, 상기 플로우셀에 새로운 시약을 공급하는 것을 특징으로 하는 연속 광학 분석 방법.
Priority Applications (2)
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Family Applications (1)
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Citations (6)
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- 2019-12-06 KR KR1020190161154A patent/KR102278015B1/ko active IP Right Grant
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