KR20210083489A - 현장형 분자진단 장치 및 기기에 사용 가능한 소형이며 저가의 형광 광학 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 현장형 분자진단 장치 및 기기에 사용가능한 저가의 소형 형광광학장치에 관한 것으로, 광원인 엘이디, 1차 bandpass filter인 excitation filter, dichroic mirror, 대물렌즈 및 2차 bandpass filter 인 emission filter, 튜브렌즈 및 수광부로 구성된다.
엘이디와 두개의 bandpass filter는 사용하는 형광염료의 종류에 따라 용이하게 변경하여 선택할 수 있다.

Description

현장형 분자진단 장치 및 기기에 사용 가능한 소형이며 저가의 형광 광학 장치 {small and low-cost fluorescent optic module for Point-of-Care Molecular diagnostic system}

본 발명은 분자진단 과정에서 활용되는 것으로서, 타겟유전자 증폭의 양을

형광분자의 농도 변화에 다른 밝기측정을 통해 판별하는 장치에 관한 것으로, 엘이디(LED) 광원과 콜리메이터 렌즈(collimator lens), 익사이테이션 필터 (Excitation filter), 다이크로믹 미러 (Dichromic mirror), 에미션 필터 (Emission filter) 및 수광부 센서와 대물렌즈로 구성된다. 수광부센서는 포토다이오드나 광전증폭관 (Photo Multiplier Tube, PMT) 또는 소형 이미지 센서 (CMOS sensor)를 사용할 수 있다.

최근에는 신종 바이러스 출현 등과 같은 보다 신속한 진단이 요구되는 경우가 늘어나고 있으며, 질환예방 목적의 유전자 검사에 대한 수요가 증가되고 있다. 이에 대한 솔루션으로 미량의 핵산을 이용한 분자진단 시장이 유망 분야로 부상하고 있다.

분자진단이란 디옥시 리보 핵산(deoxyribonucleic acid)(DNA), 리보 핵산(ribonucleic acid)(RNA), 단백질이나 메타볼라이트를 계측함으로써 지노타입을 포착하거나 신체상의 유전자 변인, 생화학 변화 등을 측정하는 것으로, 대표적인 분자진단방법으로는 중합효소 연쇄반응(PCR(polymerase chain reaction), 이하, 'PCR'이라 한다.)을 이용하는 방법이 있다.

분자진단 장치나 기기에 사용되는 형광광학장치는 민감도가 중요한 핵심부품으로써 주로 선진국의 제품을 수입하여 사용하고 있어 국산화가 절실하다.

PCR 반응의 특정 단계인 Extension 후반부에서 형광을 측정하게 되는데, 그림 (a)와 같이 형광 염료 (fluorescence dye) 에 붙어 있던 quencher 가 떨어져 나가면서 reporter 가 형광을 발하게 된다. 따라서 핵산증폭의 매 사이클마다 extension 반응이 완료되는 시점에서 특정 파장의 빛을 인가하면 증폭된 핵산의 상대적인 양에 해당하는 emission 값을 반사하게 된다.

대표적인 형광염료인 FAM 을 예로 들면, 그림 (b)와 같이 495nm 파장의 빛을 받아 들여서 520nm 파장의 빛을 반사한다.

본 발명은 상술한 문제점 등을 해결하기 위한 것으로서, 엘이디광원과 각종 필터 및 수광센서를 간단하면서 소형화된 구조로 배열함으로서, 현장형 분자진단 장비나 기기에 폭 넓게 활용할 수 있는 형광광학장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 광학모듈 내부의 필터를 교체함으로써, 단일 파장이 아니라 다양한 종류의 파장을 분석할 수 있게 하여 적용군에 제한이 없는 형광광학장치를 제공하는 것을 복적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 형광광학장치에 있어서, 발광부인 엘이디광원과 광원에서 방출된 빛을 수평으로 조사하는 콜리메이터 미러,

특정 파장의 빛을 통과시키는 Excitation filter, 원치 않는 파장을 반사하고 원하는 파장의 빛만 투과시키는 Dichroic filter 와 대물렌즈를 지난 빛이 핵산 증폭이 이루어지는 PCR 튜브로 들어가고, 증폭된 핵산에서 방출되는 형광 빛이 다시 Dichroic filter 와 Emission filer를 거쳐 수광부인 포토다이오드나 전광증폭관 또는 CMOS 이미지센서에 입사되며, 이는 전압으로 출력된다.

본 발명에 따른 형광광학장치는 고가의 광학부품이 아니라 일반적으로 쉽게 구할 수 있는 광학부품을 사용함으로써, 소형화 및 저가제조가 가능한 장점이 있다.

또한 내부의 필터를 변경하여 분석하고자 하는 파장을 다양하게 선택할 수 있어 적용군에 대한 확장성이 크다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광광학장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광광학장치의 정면도 및 사시도이다..

첨부 그림과 같이 광원인 엘이디에서 나온 빛을 두 개의 콜리메이터 렌즈를 사용하여 수평방향으로 빛이 넓게 퍼지면서 직진하게 하고, excitation filter (bandpass filter)와 dichroic filter 및 대물렌즈를 통해서 핵산증폭이 이루어지고 있는 PCR 튜브로 입사된다. 핵산증폭의 특정 단계인 extension 후반부에 형광분자가 발광하게 되고, 여기서 여기된 빛이 다시 대물렌즈 및 dichroic mirror를 통해 또 다른 bandpass filter (Emission filter)를 통해 수광부인 포토다이오드, 광전증폭관 및 CMOS 이미지센서로 입사되고, 결과값은 전압으로 출력된다. Emission filter와 수광부센서 사이에는 입사되는 빛을 균일하게 만들어주는 튜브 렌즈를 사용할 수 있다.

Claims (1)

1. 엘이디에서 나온 빛을 두 개의 콜리메이터 렌즈를 사용하여 짧은 거리에서 충분히 빛이 퍼지면서 수평으로 입사하게 하는 구조
   광학장치 내부로 유도된 빛을 bandpass filter 인 excitation filter 와 하프미러 역할을 하는 dichroic mirror 및 대물렌즈를 통해 핵산 증폭 튜브 내부로 조사하는 구조
   핵산증폭 과정에서 발생하는 형광신호를 대물렌즈와 dichroic mirror 및 두 번째 bandpass filter 인 emission filter 를 통해 수광부로 입사하게 하는 구조
   

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