KR20220005179A

KR20220005179A - 스테인드 글라스 방식의 다중채널 형광 검출 장치

Info

Publication number: KR20220005179A
Application number: KR1020200082681A
Authority: KR
Inventors: 김종대; 박찬영; 구슬빛나
Original assignee: 한림대학교 산학협력단
Priority date: 2020-07-06
Filing date: 2020-07-06
Publication date: 2022-01-13
Also published as: KR102376680B1

Abstract

다중 채널 형광 검출 장치에 관한 것으로서, 다중 채널 형광 검출 장치는, 시료를 수용하기 위한 챔버가 구비된 PC 칩, 전면의 적어도 일부에 광투과부가 형성되는 하우징, 상기 하우징의 내부에 배치되어 각각이 광을 조사하는 복수의 여기 유닛 및 여기를 통해 방출된 복수의 형광 중 검출되어야 하는 특정 형광만을 투과시키는 복수의 방출 필터를 포함하되, 상기 PCR 칩은 상기 광투과부와 대향하도록 하우징의 전방에 배치될 수 있다.

Description

다중 채널 형광 검출 장치{MULTI-CHANNEL FLUORESCENCE DETECTION DEVICE USING STAINED GLASS}

본원은 다중 채널 형광 검출 장치에 관한 것이다.

분자진단은 세포 내에서 일어나는 분자 수준의 변화를 수치나 영상으로 평가하는 진단법으로 유전자의 발현 및 질병 유전자를 연구함으로써 유전과 감염성 질환에 대해 예방과 치료적 방향성을 제시한다.

중합효소 연쇄반응(Polymerase Chain Reaction; PCR)은 검출을 원하는 소량의 특정 표적 유전물질을 증폭하는 기술로서 분자진단 분야에 가장 핵심적인 기술이라 볼 수 있다.

생화학적 분석을 위한 검출 기술로는 광학적 검색이 바람직하다. 비침습적이고 유전자의 증폭과 양을 동시에 측정 가능한 실시간 PCR을 하기 위한 방법으로 형광 화학 검출법이 이용된다.

형광 화학 검출을 하기 위해 특정 파장의 빛 에너지를 흡수하였다가 고유파장으로 빛을 발산하는 용해 상태의 리포터 형광 물질(reporter fluorochrome)을 사용한다. 이는 RT-PCR에 의해 발전된 PCR 칩, 미세 유체 채널 칩 내에 형광 물질의 바이오 반응(FRET: fluorescence resonance energy transfer) 통한 형광신호 또는 변화량을 가지고 분석할 수 있다. 바이오 반응을 위해 형광 염료로 표지된 샘플에 대한 고유 여기 광을 조사하고, 여기 파장 필터에 의해 여기된 형광 염료로부터 방출되는 형광을 검출분석 하기 위한 방사 파장 필터 및 검출기와 같은 광 검출 광학계가 필요하다.

현재 실시간 PCR은 다중 형광 검출 장치로 개발되고 있다. 복합 반응물 (multiplex reaction) 내에 각각의 분석을 위해서는 스펙트럼에 해당되는 형광색소가 이용되며 이를 구별할 수 있어야 하는 개별 광학적 검출계들이 필요하다. 다중화 검출 시 생겨나는 인접 파장대로 인한 크로스토크 현상 또한 광원에서의 여기광과 칩에서의 여기광의 간섭 현상을 줄여야 할 복잡한 설계가 필요하다. 복잡한 구성 및 광학계를 위한 부속 기기의 부피 차지와 같은 기능적 제한 그리고 값비싼 가격에 대한 비용적 제한의 문제점이 있다.

셔틀 매커니즘을 기원하는 경우 샘플에 순차적으로 위치하는 방법을 사용하기 위해서 스테퍼 모터를 이용해 원형 커리우절 필터 휠을 회전하여 특정 형광단을 방출 및 여기한다. 위의 경우 여러 방법으로 검출할 수 있는데 방출 및 여기를 각각의 필터 휠을 통한 검출 또는 하나의 필터 휠에서 반사 미러와 검출기를 포함한 각각의 cube 형태의 관을 사용하는 방법이 있다. 이러한 시스템은 필터 휠을 회전하는데 진동 방해로 인해 낮은 신뢰도 및 전력 소비와 같은 몇 개의 결점이 있다. 또한, 다중 검출 조사 방식에 따라서 lens, fold mirror, beam splitter 그리고 scanner가 필요하며 검출 부분에서 광전자 증배관을 부가적으로 설치하는 경우도 있다. 이러한 부가적 요소들은 시스템의 비용 및 유지 요구 조건인 결점을 가지게 된다.

본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 제10-1037790호에 개시되어 있다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, PCR의 형광 검출 부분인 광 검출기를 간단하게 배치하고, 여기 광을 통한 광혼합물의 여기와 방사광을 통한 형광 검출방식을 더욱 개선하여 종래 기술의 제한(복잡한 구성과 값비싼 부품)점을 해결할 수 있는 다중 채널 형광 검출 장치를 제공하려는 것을 목적으로 한다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 넓은 챔버를 사용하여 다중 검출 장치의 기술 해결이 필요한 광학적 한계를 줄이고 다중채널로 형성하여 복수의 혼합물을 검출할 수 있는 다중 채널 형광 검출 장치를 제공하려는 것을 목적으로 한다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 방출필터를 하나로 모아 검출함으로써 부가적 광학계가 필요하지 않으며, 검출부분의 광학계의 면적과 부피가 많이 줄어 palmtop형 기기로 가능한 다중 채널 형광 검출 장치를 제공하려는 것을 목적으로 한다.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 다중 채널 형광 검출 장치는, 시료를 수용하기 위한 챔버가 구비된 PCR 칩, 전면의 적어도 일부에 광투과부가 형성되는 하우징, 상기 하우징의 내부에 배치되어 각각이 광을 조사하는 복수의 여기 유닛 및 여기를 통해 방출된 복수의 형광 중 검출되어야 하는 특정 형광만을 투과시키는 복수의 방출 필터를 포함하되, 상기 PCR 칩은 상기 광투과부와 대향하도록 하우징의 전방에 배치될 수 있다.

또한, 상기 광투과부의 면적은 상기 복수의 여기 유닛으로 조사된 광이 상기 광투과부를 통과해 상기 챔버에 도달할 수 있도록 설정될 수 있다.

또한, 상기 복수의 여기 유닛은, 복수의 파장대로 서로 다른 형광 물질에 대응하여 상기 챔버를 향해 광을 조사하는 복수의 광원 및 상기 복수의 광원 각각에 대응하여 특정 파장 대역의 여기광 만을 통과시키는 복수의 여기 필터를 포함할 수 있다.

또한, 상기 복수의 여기 유닛은, 제1여기 유닛 및 제2여기 유닛을 포함하고, 상기 제1여기 유닛 및 상기 제2여기 유닛 각각은 광 조사 방향과 상기 PCR칩의 면 방향 사이의 각도가 45°가 되도록 배치되되, 상기 제1여기 유닛의 광 조사 방향과 상기 제2 여기 유닛의 광 조사 방향 사이의 각도는 90°가 되도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 복수의 여기 유닛은, 제3여기 유닛 및 제4 여기 유닛을 더 포함하되, 상기 제1여기 유닛 내지 상기 제4 여기 유닛은 하우징의 둘레방향을 따라 일정 간격을 두고 배치되고, 상기 제3여기 유닛 및 상기 제4여기 유닛 각각은 광 조사 방향과 상기 PCR칩의 면 방향 사이의 각도가 45°가 되도록 배치되되, 상기 제3여기 유닛의 광 조사 방향과 상기 제4여기 유닛의 광 조사 방향 사이의 각도는 90°가 되도록 배치될 수 있다.

또한, 다중 채널 형광 검출 장치는, 상기 복수의 방출 필터에서 특정 파장을 필터링한 형광을 검출하는 검출부를 더 포함하되, 상기 방출 필터는, 소정의 영역을 구분하여 서로 다른 형광 물질이 검출되도록 스테인드 글라스 방식으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 복수의 방출 필터는, 상기 PCR 칩에 포함된 챔버로부터 방출된 광을 복수의 분석적인 항목으로 검출하기 위해 복수개의 파장 필터를 모아둔 집합체일 수 있다.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 광원 길이의 균일성을 가지고 있기 때문에 서로 다른 광원에 일정한 검출결과를 얻을 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 넓은 챔버를 사용하여 다중 검출 장치의 기술 해결이 필요한 광학적 한계를 줄이고 다중채널로 형성하여 복수의 혼합물을 검출할 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 방출필터를 하나로 모아 검출함으로써 부가적 광학계가 필요하지 않으며, 검출부분의 광학계의 면적과 부피가 많이 줄어 palmtop형 기기로 제작 가능하다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 간단하고 저렴한 광학 장치로 여러 개의 검출결과를 알 수 있으므로 시스템의 가격 면에서 유리하다.

다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 다중 채널 형광 검출 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 다중 채널 형광 검출 장치의 개략적인 블록도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 다중 채널 형광 검출 장치의 챔버 및 방출필터를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 다중 채널 형광 검출 장치의 배치도 및 방출광의 조사 각도를 나타낸 도면이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 다중 채널 형광 검출 장치의 여기 유닛의 광원 및 여기 필터를 포함하는 원형 하우징을 나타낸 도면이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 다중 채널 형광 검출 장치의 하우징 내부에 수용된 복수의 여기 유닛 및 방출필터를 나타낸 도면이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 다중 채널 형광 검출 장치의 검출부 및 여기 유닛 및 방출필터가 수용된 하우징이 결합된 형상을 나타낸 도면이다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 다중 채널 형광 검출 장치의 완성된 palmtop형 시스템을 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 DNA 증폭 과정에서 측정을 수행하기 위한 방법인 광학적 검출 시스템에 관한 것이다. 특히, 챔버 내에 샘플에서 복수의 상이한 성분을 검출하기 위한 다중 채널 형광 검출 시스템에 관한 것이다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 다중 채널 형광 검출 장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본원의 일 실시예에 따른 다중 채널 형광 검출 장치의 개략적인 블록도이고, 도 3은 본원의 일 실시예에 따른 다중 채널 형광 검출 장치의 챔버 및 방출필터를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 본원의 일 실시예에 따른 다중 채널 형광 검출 장치의 배치도 및 방출광의 조사 각도를 나타낸 도면이고, 도 5는 본원의 일 실시예에 따른 다중 채널 형광 검출 장치의 여기 유닛의 광원 및 여기 필터를 포함하는 원형 하우징을 나타낸 도면이고, 도 6은 본원의 일 실시예에 따른 다중 채널 형광 검출 장치의 하우징 내부에 수용된 복수의 여기 유닛을 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 다중 채널 형광 검출 장치(1)는 PCR칩 (10), 하우징(20), 복수의 여기 유닛(331 내지 334), 방출 필터(40), 검출부(50)를 포함할 수 있다. 다만, 다중 채널 형광 검출 장치(1)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 검출부(50)에서 검출된 복수의 분석 항목을 제공받기 위한 사용자 단말(미도시)을 포함할 수 있다. 사용자 단말(미도시)은 노트북, 데스크탑 등의 연산처리 장치를 탑재한 단말일 수 있다. 일예로, 사용자 단말(미도시)은 PCR 칩(10)의 온도를 조절할 수 있다.

본원의 일 실시예에 따르면 다중 채널 형광 검출 장치(1)는 형광물질 여기광을 방출하는 광원과 특정 파장 대역의 여기광 만을 통과시키는 여기 필터 및 여기를 통해 방출된 형광들 중 검출되어야 하는 특정 형광만 투과시키는 방출 필터와 검출기를 포함할 수 있다. 또한, 다중 채널 형광 검출 장치(1)는 RT-PCR에서 많이 사용되는 4가지 형광물질(예를 들어, FAM, HEX, ROX, CY5)의 검출이 가능하도록 여기 필터 및 방출 필터를 각 파장대에 맞는 bandpass filter로 설계될 수 있다.

또한, 다중 채널 형광 검출 장치(1)는 여기 광원을 통한 복수의 빛(예를 들어, 4개의 광원)이 같은 거리로 챔버 중앙에 비추어 지도록 조사 각도를 설정되었으며, 조사 각도를 잡을 시 소정의 크기(예를 들어, 1mm*1mm)로 방출 필터와 겹쳐지지 않도록 설계될 수 있다. 예시적으로, 도 1을 참조하면, PCR 칩(10)은 PCR 칩(10)을 구동하기 위한 칩 커넥터(미도시)에 연결되어 구비될 수 있다. 복수의 여기 유닛(30)을 포함하는 하우징(20)은 PCR 칩(10)에 대향하도록 배치될 수 있다. 달리 말해, PCR 칩(10)의 중심과 광투과부(21)의 중심이 대향하도록 배치될 수 있다. 검출부(50)는 복수의 여기 유닛(30)에서 PCR 칩(10)에 광을 조사하여 복수의 방출필터(40)로 방출광을 투과시켜 전기적 신호로 변환하여 검출한다.

본원의 일 실시예에 따르면 PCR 칩(10)은 시료를 수용하기 위한 챔버(11)를 구비할 수 있다. 챔버(11)는 액체로 되어 있는 샘플을 수납하는 것이 가능한 임의의 용기를 의미할 수 있다. PCR 칩(10)은 미량의 시료와 반응 시약을 수용하기 위해, 커버 필름, 제1양면 테이프, 박스 테이프, PCR 칩(10) 내에 열을 전달하기 위해 히터 패턴이 새겨진 PCB(Printed Circuit Board), 제2양면 테이프 및 하우징을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1을 참조하면, PCR 칩(10)은 광투과부(21)와 대향하도록 하우징(20)의 전방에 배치될 수 있다. PCR 칩(10)을 구동하기 위하여 PCR 칩(10)을 칩 커넥터(미도시)에 연결할 수 있다. PCR 칩(10) 내의 형광 물질은 여기 광을 흡수하여 방출 광을 방출하게 된다. 방출 필터(40)는 형광 물질이 방출한 방출 광을 투과시키며, 검출부(50)와 방출 광을 전기적 신호로 변환하여 형광 검출을 실시할 수 있다.

예시적으로 도 3을 참조하면, 도 3의 (a)와 같이 검출 면적을 높이기 위해 넓은 면적의 챔버(11)를 사용할 수 있다. 또한, 도 3의 (b)는 스테인 글라스 방식의 방출 필터(40)를 나타내는 것으로 필터 휠을 사용하지 않더라도 복수의 형광물질 검출이 가능하도록 설계될 수 있다. 즉, 도 3의(a) 및 (b)와 같은 설계는 부가적인 요소없이 하나의 검출기를 통해서 (c)와 같이 챔버(11)가 4채널처럼 보이도록 설정될 수 있다.

기존의 PCR 기기들은 대부분 샘플을 튜브라는 챔버에 넣어 사용하는 것을 기본으로 한다. 하지만, 기존에 제공되는 챔버는 플랫하며 형광 검출의 면적이 좁고 깊은 튜브이기 때문에 검출하는데 어려움을 겪는다. 본원에서 사용되는 챔버(11)는 형광의 검출 면적이 좁은 튜브가 아닌 폴리프로필렌을 사용하여 광학 투명도를 갖는 넓게 펴진 챔버를 사용하며, 이는 광학적 많은 해결점을 줄 수 있다. 넓게 펴진 챔버는 검출이 가능한 면적이 넓어지며, 검출 면적이 넓어지면 혼합 샘플에 해당되는 여기 광을 구별하는 파장구역으로 나눠서 검출 가능해진다. 여기 광 별 챔버의 공간을 분할해도 여러 파장대별 검출이 가능하기 때문에 이는 모터를 사용한 필터 휠이 필요 없는 다중 형광 검출이 가능한 시스템이 된다. 또한, 좁은 면적의 포커싱을 위한 렌즈 및 부가적인 요소들이 필요 없어지므로 간단한 구성으로 이루어진 시스템은 광학적 길이도 일정하게 되어 더 높은 신뢰성을 갖는 검출 결과를 얻을 수 있다.

본원의 일 실시예에 따르면, 하우징(20)은 전면의 적어도 일부에 광투과부(21)가 형성될 수 있다. 도 6을 참조하면, 광투과부(21)는 단순한 홀의 형상으로 형성될 수 있다 또한, 광투과부(21)의 면적은 복수의 여기 유닛으로 조사된 광이 광투과부(21)를 통과해 챔버(11)에 도달할 수 있도록 설정될 수 있다. 또한, 하우징(20)의 단면은 원형으로 형성될 수 있다. 한편 하우징(20)의 후면의 적어도 일부에는 복수의 형광물질(예를 들어, 4가지 형광물질)이 구분되어 검출될 수 있도록 방출 필터(40)가 구비되는 공간을 포함할 수 있다.

또한, 하우징(20)은 복수의 여기 유닛을 수용할 수 있다. 도 4 및 도 6을 참조하면, 복수의 여기 유닛은 제1 여기 유닛(331) 내지 제4 여기 유닛(334)을 포함할 수 있다. 제1 여기 유닛(331) 내지 제4 여기 유닛(334)은 하우징(20)의 둘레 방향을 따라 일정 간격을 두고 배치될 수 있다.

본원의 일 실시예에 따르면, 제1 여기 유닛(331) 및 제2 여기 유닛(332) 각각은 광 조사 방향과 PCR 칩(10)의 면 방향 사이의 각도가 45°가 되도록 배치될 수 있다. 또한, 제3 여기 유닛(333) 및 제4 여기 유닛(334) 각각은 광 조사 방향과 PCR 칩(10)의 면 방향 사이의 각도가 45°가 되도록 배치될 수 있다. 달리 말해, 도 4를 참조하면, 복수의 여기 유닛이 PCR 칩(10)에 45°각도로 조사될 수 있도록 배치될 수 있다.

또한, 도 4를 참조하면, 제1여기 유닛(331)의 광 조사 방향과 제2 여기 유닛(332)의 광 조사 방향 사이의 각도는 90°가 되도록 배치될 수 있다. 또한, 제3여기 유닛(333)의 광 조사 방향과 제4 여기 유닛(334)의 광 조사 방향 사이의 각도는 90°가 되도록 배치될 수 있다.

도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 하우징(20)의 내부에 복수의 여기 유닛이 45° 기울기의 조사 각도로 90°씩 같은 각도로 고정되어 구비됨으로써 물리적으로 안정적이며 각 광원 길이의 균일성을 가져오는 효과가 있다.

본원의 일 실시예에 따르면, 여기 유닛(30)은 하우징(20)의 내부에 배치되어 각각이 광을 조사할 수 있다. 여기 유닛(30)은 반응 혼합물로 여기 광을 전송하는 복수의(예를 들어, 4개) 파장 대 광원을 포함하고, 각각의 여기 광을 필터링하는 복수의(예를 들어, 4개) 필터의 집합체일 수 있다.

예시적으로 도 5를 참조하면, 반응 혼합물로부터 형광체를 여기하기 위해 활성화되며 후면부(도 5의 (b) 참조)여기의 광원을 통하여 정면부(도 5의 (a) 참조) 필터로 특정 파장을 내보내는 각각의 여기부들은 원형 하우징에 고정되어 있다. 달리 말해, 여기 유닛(30)은 원형 하우징에 광원(31)과 여기 필터(32)를 포함하는 하나의 유닛으로 형성될 수 있다.

본원의 일 실시예에 따르면, 광원(31)은 복수의 파장대로 서로 다른 형광 물질에 대응하여 챔버(11)에 향해 광을 조사할 수 있다. 형광으로 되어 있는 분석 항목을 분석하기 위해서 전자기장을 여기하는 것이 가능한 디바이스를 광원이라 할 수 있다. 또한, 광원(31)은 LED, 광 벌브, 할로겐 램프 및 레이저를 포함할 수 있다. 비교적 크기가 큰 할로겐 램프 및 좁은 대역폭을 사용하는 레이저는 다중화에 제한이 많으므로 본원에서는 광원(31)을 LED로 선택할 수 있다.

본원의 일 실시예에 따르면, 여기 필터(32)는 광원 각각에 대응하여 특정 파장 대역의 여기광 만을 통과시킬 수 있다. 여기 필터(32)는 광원(31)의 일단에 부착될 수 있다. 광원(31)의 일단에 부착되는 여기 필터(32)는 광원(31)에서 방출되는 광의 특정 파장 영역(여기 파장 영역)만 통과하도록 필터링하여 PCR 칩(10)에 여기 광이 조사되도록 할 수 있다. PCR 칩(10) 내의 형광 물질은 광원(31)으로부터 제공되는 여기 광을 흡수하여 더 긴 파장 영역(방출 파장 영역)의 광(방출 광)을 방출할 수 있다. 검출부(50)는 PCR 칩(10) 내의 형광 물질이 방출하는 방출 광을 검출할 수 있다.

또한, 제1여기 유닛(331)은 제1광원 및 제1여기 필터를 포함하고, 제1파장 대역의 여기광 만을 통과시킬 수 있다. 또한, 제2여기 유닛(332)은 제2광원 및 제2여기 필터를 포함하고, 제2파장 대역의 여기광 만을 통과시킬 수 있다. 또한, 제3여기 유닛(333)은 제3광원 및 제3여기 필터를 포함하고, 제3파장 대역의 여기광 만을 통과시킬 수 있다. 또한, 제4여기 유닛(334)은 제4광원 및 제4여기 필터를 포함하고, 제4파장 대역의 여기광 만을 통과시킬 수 있다.

본원의 일 실시예에 따르면, 방출 필터(40)는 여기를 통해 방출된 복수의 형광 중 검출되어야 하는 특정 형광만을 투과시킬 수 있다. 방출 필터(40)는 소정의 영역을 구분하여 서로 다른 형광 물질이 검출되도록 스테인드 글라스 방식으로 구성될 수 있다. 방출 필터(40)는 챔버(11)를 통해 방출된 광을 다수의 방출 파장으로 검출하기 위해 다수의 필터가 하나의 유닛으로 형성될 수 있다. 일례로, 방출 필터(40)는 4가지 형광물질의 검출이 가능하도록 4개의 필터를 하나의 유닛으로 형성할 수 있다. 여기서 4가지 형광물질은 FAM, HEX, ROX, CY5을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일예로, 방출 필터(40)는 여기 광을 차단하고 형광 물질이 방출하는 방출 광만을 통과시킬 수 있다. 방출 필터(40)를 통과하는 방출 광은 검출부(50)에 전달될 수 있다. 방출 필터(40)는 챔버(11)로부터 방출된 광을 4개의 분석적인 항복으로 검출하는 4개 파장 필터를 모아둔 집합체일 수 있다. 방출 필터(40)는 검출부(50)의 시야각에 4채널이 정확히 나누어 비추어 지는 거리에 구비될 수 있다.

일예로, 도 6의 (b)와 같이 방출 필터(40)는 일체형 하우징 모듈에서 하나의 광학계 가운데 모아 챔버(11)와 같은 높이상에 고정되어 여기로 통한 방출 형광 빛을 받을 수 있다.

본원의 일 실시예에 따르면, 검출부(50)는 방출 필터(40)에서 특정 파장을 필터링한 형광을 검출할 수 있다. 형광을 검출하기 위한 검출기는 CCD, CMOS 검출기, 포토다이오드, 광증 배관 등을 포함할 수 있다. 본원에서는 크기가 작은 open platform인 CMOS pi cam을 검출부(50)로 선택하여 형광 물질을 검출할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일예로, 검출부(50)에 포함된 CMOS 이미지 센서는 광을 전기적 신호로 변환할 수 있다. 검출부(50)는 방출 필터에서 방출된 방출 광을 전기적 신호로 변환하여 형광 물질을 검출할 수 있다.

도 7은 본원의 일 실시예에 따른 다중 채널 형광 검출 장치의 검출부 및 여기 유닛과 방출필터가 수용된 하우징이 결합된 형상을 나타낸 도면이다.

일예로, 도 7의 (a)를 참조하면, 검출부(50)의 일면은 방출 필터(40)와 접촉될 수 있다. 달리 말해, 하우징(20)과 검출부(50) 사이에는 방출 필터(40)가 배치될 수 있다. 도 7의 (a)는 방출 필터로 특정을 파장을 필터링 한 형광을 하나의 검출기로 통해 검출될 수 있도록 설계된 검출부(검출로 및 검출기 지지대)이다. 검출부의 검출로는 형광의 빛이 새어나가지 않고 오직 검출 센서로만 보이도록 검출 센서의 시야각에 맞추어 원형 경로로 내부 설계하였다. (b)는 광학계와 검출부의 광학 일체형을 보여준다.

도 8은 본원의 일 실시예에 따른 다중 채널 형광 검출 장치의 완성된 palmtop형 시스템을 나타낸 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이 본 다중 채널 형광 검출 장치는 간단하면서 콤팩트한 시스템을 보여준다. 이 시스템은 고정되어 있는 일체형으로서 안정성 및 신뢰성을 가져온다. 또한, 부가 광학계가 필요 없어지므로 도 8의 (a)와 같이 매우 palmtop형한 결과를 제공할 수 있다.

본원의 일 실시예에 따르면, 복수의 여기 유닛에 포함된 광원(31)에서 발생된 광을 여기 필터(32)가 여기하여 PCR 칩(10)에 포함된 챔버(11)를 향해 여기 광을 조사할 수 있다. 챔버(11)에 포함된 물질이 여기 광을 반사하고, 챔버(11)로부터 반사된 여기 광을 스테인 글라스 방식처럼 하나의 집합체로 모아 형성된 방출 필터(40)를 통과하는 방출 광을 검출부(50)가 전기적 신호로 변환하여 형광 물질을 검출할 수 있다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 다중 채널 형광 검출 장치
10: PCR 칩
11: 챔버
20: 하우징
21: 광투과부
331: 제1여기 유닛
332: 제2여기 유닛
333: 제3여기 유닛
334: 제4여기 유닛
40: 방출 필터
50: 검출부

Claims

다중 채널 형광 검출 장치로서,
시료를 수용하기 위한 챔버가 구비된 PCR 칩;
전면의 적어도 일부에 광투과부가 형성되는 하우징;
상기 하우징의 내부에 배치되어 각각이 광을 조사하는 복수의 여기 유닛; 및
여기를 통해 방출된 복수의 형광 중 검출되어야 하는 특정 형광만을 투과시키는 복수의 방출 필터,
를 포함하되,
상기 PCR 칩은 상기 광투과부와 대향하도록 하우징의 전방에 배치되는 것인, 다중 채널 형광 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 광투과부의 면적은 상기 복수의 여기 유닛으로 조사된 광이 상기 광투과부를 통과해 상기 챔버에 도달할 수 있도록 설정되는 것인, 다중 채널 형광 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 여기 유닛은,
복수의 파장대로 서로 다른 형광 물질에 대응하여 상기 챔버를 향해 광을 조사하는 복수의 광원; 및
상기 복수의 광원 각각에 대응하여 특정 파장 대역의 여기광 만을 통과시키는 복수의 여기 필터,
를 포함하는 다중 채널 형광 검출 장치.
제3항에 있어서,
상기 복수의 여기 유닛은,
제1여기 유닛 및 제2여기 유닛을 포함하고,
상기 제1여기 유닛 및 상기 제2여기 유닛 각각은 광 조사 방향과 상기 PCR 칩의 면 방향 사이의 각도가 45°가 되도록 배치되되,
상기 제1여기 유닛의 광 조사 방향과 상기 제2여기 유닛의 광 조사 방향 사이의 각도는 90°가 되도록 배치되는 것인, 다중 채널 형광 검출 장치.
제4항에 있어서,
상기 복수의 여기 유닛은
제3여기 유닛 및 제4여기 유닛을 더 포함하되,
상기 제1여기 유닛 내지 상기 제4여기 유닛은 하우징의 둘레방향을 따라 일정 간격을 두고 배치되고,
상기 제3여기 유닛 및 상기 제4여기 유닛 각각은 광 조사 방향과 상기 PCR 칩의 면 방향 사이의 각도가 45°가 되도록 배치되되,
상기 제3여기 유닛의 광 조사 방향과 상기 제4여기 유닛의 광 조사 방향 사이의 각도는 90°가 되도록 배치되는 것인, 다중 채널 형광 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 방출 필터에서 특정 파장을 필터링한 형광을 검출하는 검출부를 더 포함하되,
상기 방출 필터는,
소정의 영역을 구분하여 서로 다른 형광 물질이 검출되도록 스테인드 글라스 방식으로 구성된 것인, 다중 채널 형광 검출 장치.
제6항에 있어서,
상기 복수의 방출 필터는,
상기 PCR 칩에 포함된 챔버로부터 방출된 광을 복수의 분석적인 항목으로 검출하기 위해 복수개의 파장 필터를 모아둔 집합체인 것인, 다중 채널 검출 장치.