KR20220026993A

KR20220026993A - 다파장 광원에 기반한 pcr 진단을 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20220026993A
Application number: KR1020200187926A
Authority: KR
Inventors: 서홍석; 이원경; 박정원; 허철
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2020-08-26
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2022-03-07
Also published as: KR102559634B1

Abstract

본 개시의 실시 예에 따른 PCR 진단을 위한 장치는 서로 다른 파장을 갖는 제 1 광원 신호 및 제 2 광원 신호를 출력하는 다파장 광원을 포함하고, DNA 샘플로 상기 제 1 광원 신호 및 제 2 광원 신호를 인가하는 송신부, 상기 제 1 광원 신호 및 상기 제 2 광원 신호에 각각 대응하는 제 1 코드 신호 및 제 2 코드 신호를 생성하는 코드 발생기, 상기 제 1 코드 신호 및 제 2 코드 신호에 각각 대응하는 제 1 지연 신호 및 제 2 지연 신호를 생성하는 지연 제어기, 및 상기 DNA 샘플로부터 발산되는 제 1 형광 신호 및 제 2 형광 신호와, 제 1 지연 신호 및 제 2 지연 신호를 비교하고, 상기 비교 결과에 기반하여 상기 제 1 형광 신호 또는 상기 제 2 형광 신호를 누적 적분하는 수신부를 포함하되, 상기 제 1 형광 신호는 상기 제 1 광원 신호에 응답하여 상기 DNA 샘플로부터 발산되고, 상기 제 2 형광 신호는 상기 제 2 광원 신호에 응답하여 상기 DNA 샘플로부터 발산된다.

Description

다파장 광원에 기반한 PCR 진단을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PCR DIAGNOSIS BASED ON MULTIWAVELENGTH LIGHT SOURCE}

본 개시는 진단 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 다파장 광원에 기반한 PCR 진단을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

분자 진단 기술은 바이러스에 의한 질환, 기타 유전적 질환 등 신체 내에서 질병을 일으키는 분자를 분석하는 기술이다. 분자 진단 기술을 이용하면 DNA의 증폭을 통해 질병을 일으키는 DNA가 포함되어 있는지 여부를 매우 정확하게 분석할 수 있다. 분자 진단 기술은 측정의 대상이 되는 바이오 샘플을 전처리하여 DNA를 추출하고, 중합효소 연쇄 반응(Polymerase Chain Reaction; PCR)을 이용하여 추출한 DNA의 원하는 부분을 복제 및 증폭시키는 과정을 거친다. 증폭된 DNA에 형광체(예를 들어, SYBR green)를 부착한 후, 광학적인 방법으로 발산하는(emission) 형광 신호의 세기를 측정한다. 부착된 형광체에 대응하는 형광의 발산이 있는 경우 샘플에 질병을 일으키는 DNA가 포함되어 있는 것으로 판단한다.

DNA를 많이 증폭시킬수록 형광체가 많이 부착될 수 있고 형광의 세기가 커질 수 있다. 일반적인 PCR의 경우, 증폭 과정은 30사이클이 진행되고, 2³⁰개의 DNA 사슬이 복제된다. 기존의 PCR을 이용하면 바이오 샘플을 준비하는 시간 및 30사이클의 증폭을 진행하기까지 약 4시간이 소요된다. 또한, 하나의 샘플 내에서 다수의 DNA들을 한 번에 검출하는 것도 가능하다. 이를 위해 2개 이상의 형광체를 구성하고 다파장(multi wavelength)의 광원을 사용하는 것이 일반적이다. 기존의 PCR에 이용되는 다파장 광원은 연속광(백색광)이다.

그러나 다수의 DNA들을 한 번에 검출하기 위해 연속광을 이용하는 경우 다수의 형광체에서 발생하는 신호뿐만 아니라 DNA 사슬에 부착되지 않은 형광체에서 발생하는 신호가 섞여 노이즈가 발생하는 문제가 있다. 또한, 시간이 지남에 따라 형광체의 연속광에 대한 형광 세기가 감소하는 문제(photo bleaching)가 있다. 따라서, PCR의 증폭 사이클을 최소화하면서도 형광체에서 발생하는 신호를 정확하고 효율적으로 감지할 수 있는 기술이 필요하다.

본 개시는 다수의 DNA들을 동시에 분석하기 위해 DNA 증폭 사이클을 최소화하고 검출의 정확도를 향상시킬 수 있는 PCR 진단을 위한 장치 및 방법을 제공한다.

본 개시의 실시 예에 따른 PCR 진단을 위한 방법은 복수의 코드 신호들을 생성하는 단계, 상기 복수의 코드 신호들에 기반하여 DNA 샘플로 서로 다른 파장을 갖는 복수의 광원 신호들을 서로 다른 시간에 인가하는 단계, 상기 복수의 코드 신호들에 각각 대응하는 복수의 지연 신호들을 생성하는 단계, 상기 DNA 샘플로부터 발산되는 형광 신호 및 상기 복수의 지연 신호들을 비교하는 단계, 및 상기 비교 결과에 기반하여 상기 형광 신호를 누적 적분하는 단계를 포함한다.

본 개시의 실시 예에 따르면, 시간이 지남에 따라 형광체의 연속광에 대한 형광 세기가 감소하는 문제가 개선될 수 있다.

또한, 본 개시의 실시 예에 따르면 별도의 형광 필터 없이 원하는 형광만 검출하는 것이 가능하므로 PCR 진단의 검출 정확도가 향상될 수 있다.

도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 PCR 진단을 위한 장치를 나타낸다.
도 2는 도 1의 코드 발생기가 생성하는 코드 신호의 예를 나타낸다.
도 3은 도 1의 장치가 포함하는 광섬유의 구조를 나타낸다.
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 PCR 진단을 위한 장치의 동작을 개념적으로 나타낸다.
도 5는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 PCR 진단을 위한 장치의 동작을 개념적으로 나타낸다.

아래에서는, 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시를 쉽게 실시할 수 있을 정도로, 본 개시의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.

상세한 설명에서 사용되는 부 또는 유닛(unit), 모듈(module), 블록(block), ~기(~or, ~er) 등의 용어들을 참조하여 설명되는 구성 요소들 및 도면에 도시된 기능 블록들은 소프트웨어, 또는 하드웨어, 또는 그것들의 조합의 형태로 구현될 수 있다. 예시적으로, 소프트웨어는 기계 코드, 펌웨어, 임베디드 코드, 및 애플리케이션 소프트웨어일 수 있다. 예를 들어, 하드웨어는 전기 회로, 전자 회로, 프로세서, 컴퓨터, 집적 회로, 집적 회로 코어들, 압력 센서, 관성 센서, 멤즈 (microelectromechanical system; MEMS), 수동 소자, 또는 그것들의 조합을 포함할 수 있다.

도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 PCR 진단을 위한 장치(100)를 나타낸다. 장치(100)는 형광체(phosphor)가 부착된 복수의 DNA들을 포함하는 DNA 샘플(10)로 광원 신호(LS)를 인가할 수 있다. DNA 샘플(10)의 각 DNA들에 부착된 형광체는 입력 받은 광원 신호(LS)에 응답하여 형광 신호(FS)를 발산할 수 있다. 장치(100)는 DNA 샘플(10)로부터 발산된 형광 신호(FS)를 수신할 수 있고, 분석의 대상이 되는 DNA를 검출할 수 있다. 장치(100)는 송신부(110), 코드 발생기(120), 지연 제어기(130), 및 수신부(140)를 포함할 수 있다.

송신부(110)는 DNA 샘플(10)로 인가하기 위한 복수의 다파장(multi wavelength) 광원들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 광원들 각각은 LD(laser diode), 또는 파장폭이 제한된 LED(light emitting diode) 중 어느 하나일 수 있다. 이하 명확한 설명을 위해 본 개시의 복수의 광원들은 LD인 것으로 가정하나, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 또한, 이하 본 개시의 광원은 다파장 광원을 의미하는 것으로 한다. 복수의 광원들의 개수는 DNA 샘플(10)의 복수의 DNA들에 부착된 서로 다른 형광체의 개수와 같을 수 있다.

송신부(110)의 복수의 광원들에서 출력되는 신호는 코드 발생기(120)로부터 수신된 코드 신호(CODE)에 기반하여 변조될 수 있다. 송신부(110)는 코드 신호(CODE)에 기반하여 복수의 광원들에서 출력되는 신호를 변조하기 위한 회로, 소프트웨어, 또는 펌웨어 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

예를 들어, 복수의 광원들에서 출력되는 신호의 레벨은, 코드 신호(CODE)의 레벨이 로직 하이 값을 유지하는 동안에는 원래 레벨과 같고, 코드 신호(CODE)의 레벨이 로직 로우 값을 유지하는 동안에는 0이 되도록 변조될 수 있다. 예를 들어, 복수의 광원들에서 출력되는 신호는 코드 신호(CODE)에 기반하여 펄스 진폭 변조(pulse amplitude modulation; PAM) 방식에 의해 변조될 수 있다.

송신부(110)는 변조된 광원 신호(LS)들을 DNA 샘플(10)로 인가하기 위한 복수의 광섬유 다발들을 포함할 수 있다. 서로 다른 파장을 갖는 각 광원 신호(LS)는 대응하는 광섬유 다발을 통해 전달될 수 있고, 파장 분할 다중화(wavelength division multiplexing; WDM)를 이용하여 하나의 출력 광섬유에서 결합될 수 있다. 출력 광섬유는 끝단에 스플리터(splitter)를 포함할 수 있고, 서로 다른 파장을 갖는 각 광원 신호(LS)는 스플리터를 통해 복수의 DNA들로 인가될 수 있다.

코드 발생기(120)는 송신부(110)의 복수의 광원들로부터 출력되는 신호들을 변조하기 위한 코드 신호(CODE)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 코드 신호(CODE)는 로직 하이 값 또는 로직 로우 값을 갖는 펄스 신호일 수 있다. 코드 발생기(120)는 서로 다른 파장을 갖는 각 광원에 대해 코드 신호(CODE)를 인가하여 광원들로부터 출력되는 신호들을 변조할 수 있다.

구체적으로, 변조된 광원 신호(LS)의 레벨은, 대응하는 코드 신호(CODE)의 레벨이 로직 하이 값으로 유지되는 동안에는 원래 광원으로부터 출력되었던 신호의 레벨과 같고, 대응하는 코드 신호(CODE)의 레벨이 로직 로우 값으로 유지되는 동안에는 0일 수 있다. 다시 말해, 변조된 각 광원 신호(LS)는 코드 신호(CODE)의 레벨이 로직 하이 값으로 유지되는 동안 DNA 샘플(10)로 인가될 수 있다.

예를 들어, 코드 신호(CODE)의 레벨이 로직 하이 값으로 유지되는 시간은 미리 정해진 기준 시간의 길이와 같을 수 있다. 예를 들어, 정해진 기준 시간의 길이는 인가하고자 하는 DNA에 부착된 형광체의 수명과 같거나 더 길 수 있다. 또한, 신호 레벨이 로직 로우 값에서 로직 하이 값으로 상승하기 시작하는 시간은, 서로 다른 파장을 갖는 각 광원에 인가되는 코드 신호(CODE)마다 서로 다를 수 있다.

결과적으로, 서로 다른 파장을 갖는 각 광원 신호(LS)는 시간적으로 분산되어 DNA 샘플(10)로 인가될 수 있다. 나아가, 코드 발생기(120)는 생성한 코드 신호(CODE)를 지연 제어기(130)로 전송할 수 있다. 코드 신호(CODE)에 대해서는 도 2를 참조하여 더 상세히 설명된다.

DNA 샘플(10)의 복수의 DNA들 각각에는 서로 다른 형광체가 부착될 수 있다. 서로 다른 형광체는 서로 다른 파장을 갖는 광원 신호(LS)를 흡수할 수 있다. 각 DNA에 부착된 형광체는 관련된 광원 신호(LS)를 흡수하여 형광 신호(FS)를 발산할 수 있다. 예를 들어, 형광체는 530nm 이하의 파장을 갖는 광원을 흡수하여 550nm 이상의 파장을 갖는 형광 신호를 발산하는 사이버 그린(SYBR green) 형광체일 수 있다.

따라서, 본 개시의 각 DNA에 부착된 형광체는, 코드 신호(CODE)에 기반하여 정해진 서로 다른 시간에 서로 다른 파장을 갖는 광원 신호(LS)를 흡수할 수 있고, 흡수한 광원 신호(LS)의 파장에 대응하는 형광 신호(FS)를 발산할 수 있다. 각 형광체로부터 발산된 형광 신호(FS)들은 수신부(140)로 제공될 수 있다.

지연 제어기(130)는 코드 발생기(120)에서 생성한 코드 신호(CODE)를 입력 받을 수 있고, 코드 신호(CODE)에 대응하는 지연 신호(DELAY)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 지연 신호(DELAY)는 코드 신호(CODE)가 기준 시간만큼 지연된 신호일 수 있다. 지연 제어기(130)는 지연 신호(DELAY)를 수신부(140)로 전송할 수 있다.

수신부(140)는 DNA 샘플(10)의 각 DNA에 부착된 형광체로부터 발산되는 형광 신호(FS)들을 수신할 수 있다. 수신부(140)는 형광 신호(FS)를 수신하기 위해 복수의 광섬유 다발들을 포함할 수 있다. 복수의 광섬유 다발들의 끝단에는 형광 신호(FS)를 전기적 신호로 변환하기 위한 검출 어레이(예를 들어, 실리콘 검출 어레이)가 위치할 수 있다. 따라서, DNA 샘플(10)로부터 제공된 형광 신호는 복수의 광섬유 다발들을 통해 검출 어레이에서 전기적인 신호로 변환될 수 있다. 또한, 수신부(140)는 지연 제어기(130)로부터 지연 신호(DELAY)를 수신할 수 있다.

수신부(140)는 형광 신호(FS) 및 지연 신호(DELAY)에 대해 상관 적분(correlation integral)을 수행할 수 있다. 먼저, 수신부(140)는 형광 신호(FS)와 지연 신호(DELAY) 사이의 상관 함수(correlation function)를 계산할 수 있다. 형광 신호(FS)와 지연 신호(DELAY) 사이의 상관 함수를 계산함으로써, 수신부(140)는 입력되는 형광 신호(FS)와 지연 신호(DELAY)의 코딩이 일치하는지(즉, 형광 신호(FS)와 지연 신호(DELAY)가 동일한 코드 신호(CODE)에 대응하는지) 여부를 알 수 있다.

다음으로, 입력되는 형광 신호(FS)와 지연 신호(DELAY)의 코딩이 일치하는 경우, 수신부(140)는 지연 신호(DELAY)의 레벨이 로직 하이 값으로 유지되는 구간들에 대하여 형광 신호(FS)를 누적 적분할 수 있다. 이로써, 지연 신호(DELAY)의 레벨이 로직 하이 값으로 유지되는 동안 대응하는 형광 신호(FS)의 레벨이 누적될 수 있다. 수신부(140)는 형광 신호(FS)와 지연 신호(DELAY) 사이의 상관 함수를 계산하고, 형광 신호(FS)를 누적 적분하기 위한 회로, 소프트웨어, 또는 펌웨어 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

형광 신호(FS)가 누적 적분되기 때문에 이득(gain)이 증가할 수 있고, DNA 복제 사이클을 최소화할 수 있다. 또한, 지연 신호(DELAY)는 코드 신호(CODE)가 정해진 기준 시간만큼 지연된 신호이기 때문에, 형광 신호(FS)를 누적 적분한 신호는 대응하는 형광체에 인가되었던 광원 신호(LS)가 제거된 신호일 수 있다. 따라서, 본 개시의 수신부(140)는 별도로 형광체에 인가되었던 광원 신호(LS)를 제거하기 위한 필터를 포함하지 않을 수 있고, 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio; SNR)가 개선될 수 있다.

도 2는 도 1의 코드 발생기(120)가 생성하는 코드 신호의 예를 나타낸다. 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 개시의 코드 신호(CODE)는 로직 하이 값(도 2에서 “1”로 나타냄) 또는 로직 로우 값(도 2에서 “0”으로 나타냄)을 갖는 펄스 신호일 수 있다. 도 2에서 가로축은 시간을 나타낼 수 있고, 세로축은 신호의 레벨을 나타낼 수 있다. 이하 도 2와 함께, 도 1을 참조하여 설명한다.

명확한 설명을 위해, 송신부(110)는 서로 다른 파장을 갖는 6개의 광원들(LD1~LD6)을 포함하는 것으로 가정하고, 6개의 광원들(LD1~LD6)은 각각 제 1 내지 제 6 광원 신호들(LS1~LS6)을 출력하는 것으로 가정한다. 그리고, 코드 발생기(120)는 6개의 광원 신호들(LS1~LS6)에 각각 대응하는 6개의 코드 신호들(CODE1~CODE6)을 생성하는 것으로 가정한다. 그러나 본 개시는 이에 한정되지 않으며, 광원들의 개수 또는 코드 신호들의 개수는 달라질 수 있다.

설명의 편의를 위해, 제 1 코드 신호(CODE1)을 예로 들어 설명한다. 제 1 코드 신호(CODE1)는 세 개의 구간(T1~T3)으로 나누어질 수 있다. 제 1 구간(T1)은 신호 레벨이 로직 하이(“1”) 값인 구간으로, 제 1 구간(T1)의 길이는 도 1을 참조하여 설명한 기준 시간의 길이에 따라 정해질 수 있다. 제 1 코드 신호(CODE1)는 제 1 광원(LD1)에 인가되어, 제 1 광원 신호(LS1)가 제 1 구간(T1) 동안 DNA에 부착된 대응하는 형광체에 인가되도록 한다.

도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 신호 레벨이 로직 하이(“1”) 값으로 유지되는 기준 시간의 길이는 제 1 광원 신호(LS1)에 대응하는 형광체의 형광 수명과 같거나 더 길 수 있다. 또한, 신호 레벨이 로직 하이(“1”) 값인 구간은 기준 시간보다 긴 시간 동안 연속될 수 없다. 따라서, 제 1 코드 신호(CODE1)의 신호 레벨이 기준 동안 로직 하이(“1”) 값으로 유지된 이후, 신호 레벨이 로직 로우(“0”) 값인 구간이 이어질 수 있다. 제 1 구간(T1) 동안 제 2 내지 제 6 코드 신호(CODE2~CODE6)의 신호 레벨은 로직 로우(“0”) 값으로 유지될 수 있다. 이로써, 오직 제 1 광원 신호(LS1)만 DNA 샘플(10)로 인가될 수 있고, 제 2 내지 제 6 광원 신호(LS2~LS6)는 DNA 샘플(10)로 인가되지 않을 수 있다.

도 2에 나타난 바와 같이 제 2 구간(T2)은 신호 레벨이 로직 로우(“0”) 값인 구간이며, 제 2 구간(T2)의 길이는 제 1 구간(T1)의 길이(즉, 기준 시간의 길이)와 같다. 제 1 구간(T1) 동안 인가된 제 1 광원 신호(LS1)에 응답하여, 제 2 구간(T2) 동안 DNA에 부착된 형광체는 제 1 형광 신호(FS1)를 발산할 수 있다. 도 2의 빗금이 칠해진 영역에 제 1 형광 신호(FS1)의 일부가 나타나 있다.

나아가, 제 1 코드 신호(CODE1)에 기반하여 지연 제어기(130)로부터 출력되는 제 1 지연 신호(도시되지 않음)는 제 2 구간(T2)에서 신호 레벨이 로직 하이(“1”)일 수 있다. 제 2 구간(T2)에서 제 1 지연 신호와 제 1 형광 신호(FS1)는 수신부(140)에 의해 비교될 수 있고(예를 들어, 상관 함수가 계산될 수 있고), 제 1 형광 신호(FS1)는 누적 적분될 수 있다.

제 3 구간(T3)은 제 2 내지 제 6 코드 신호들(CODE2~CODE6) 중 어느 하나의 신호 레벨이 로직 하이(“1”) 값으로 유지되는 구간이기 때문에, 제 1 광원 신호(LS1)가 인가되지 않도록 제 1 코드 신호(CODE1)의 신호 레벨은 로직 로우(“0”) 값으로 유지될 수 있다. 제 2 내지 제 6 코드 신호들(CODE2~CODE6)의 시간에 따른 신호 레벨의 변화도 제 1 코드 신호(CODE1)에 대하여 설명한 바와 같다.

그러나 본 개시는 상술한 것에 한정되지 않으며, 코드 발생기(120)에서 생성하는 코드 신호는 서로 다른 파장을 갖는 광원 신호들이 서로 다른 시간에 인가될 수 있도록 하되, 도 2에 나타난 제 1 내지 제 6 코드 신호들(CODE1~CODE6)과는 다르게 로직 하이(“1”) 및 로직 로우(“0”) 값이 번갈아 나타나는 펄스 신호일 수 있다.

도 3은 도 1의 장치(100)가 포함하는 광섬유의 구조를 나타낸다. 송신부(110)의 광원으로부터 출력되는 광원 신호(LS)는 광섬유 다발의 중심부 광섬유를 통해 DNA 샘플(10)로 인가될 수 있다. 광원 신호(LS)에 응답하여 DNA 샘플(10)의 DNA에 부착된 형광체로부터 발산되는 형광 신호(FS)는 광섬유 다발의 외곽 광섬유들을 통해 수신부(140)의 검출 어레이로 제공될 수 있고, 검출 어레이에서 형광 신호(FS)는 전기적인 신호로 변환될 수 있다.

따라서 본 개시의 실시 예에 따르면, DNA에 부착된 형광체로부터 발산되는 약한 세기의 형광 신호(FS)가 복수의 광섬유 다발들을 통해 전송될 수 있고, 이로 인해 형광 신호(FS)의 손실은 최소화될 수 있다.

도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 PCR 진단을 위한 장치(100)의 동작을 개념적으로 나타낸다.

도 4에 나타난 DNA 샘플(10)은 복수의 DNA들(s1~s19)을 포함할 수 있고, 각 DNA들(s1~s19)에는 형광체가 부착될 수 있다. 각 DNA들(s1~s19)에 부착된 형광체는 대응하는 파장을 갖는 광원 신호를 흡수하여 형광 신호를 발산할 수 있다. 도 4의 각 DNA들(s1~s19)에 부착된 서로 다른 형광체의 개수는 6개인 것으로 가정하며, 송신부(110)는 서로 다른 6개의 형광체들에 각각 대응하는 제 1 내지 제 6 광원(LD1~LD6)을 포함하는 것으로 가정한다. 제 1 내지 제 6 광원(LD1~LD6)은 각각 서로 다른 제 1 내지 제 6 파장(λ1~λ6)을 가질 수 있다. 그러나 본 개시는 이에 한정되지 않으며, DNA 샘플(10)에 포함된 DNA의 개수, 형광체의 개수, 및 광원의 개수는 도 4에 나타난 바와 다르게 설정될 수 있다.

제 1 내지 제 6 광원(LD1~LD6)은 각각 광섬유 다발과 연결되어 있고, 제 1 내지 제 6 광원 신호(LS1~LS6)는 대응하는 광섬유 다발을 통해 출력될 수 있다. 제 1 내지 제 6 광원 신호(LS1~LS6)는 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 코드 발생기(120)로부터 출력되는 제 1 내지 제 6 코드 신호(CODE1~CODE6)에 의해 변조될 수 있다.

도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 제 1 내지 제 6 광원 신호(LS1~LS6)는 파장 분할 다중화(WDM)을 이용하여 하나의 출력 광섬유에서 결합될 수 있다. 출력 광섬유는 끝단에 스플리터를 포함할 수 있고, 서로 다른 파장들(λ1~λ6)을 갖는 제 1 내지 제 6 광원 신호들(LS1~LS6)은 스플리터를 통해 복수의 DNA들(s1~s19)로 서로 다른 시간에 인가될 수 있다.

복수의 DNA들(s1~s19)에 부착된 형광체는 복수의 광섬유 다발들을 통해 제 1 내지 제 6 광원 신호들(LS1~LS6)을 각각 서로 다른 시간에 인가받을 수 있고, 대응하는 제 1 내지 제 6 형광 신호들(FS1~FS6)을 발산할 수 있다. DNA 샘플(10)로부터 발산된 제 1 내지 제 6 형광 신호들(FS1~FS6)은 복수의 광섬유 다발들을 통해 수신부(140)의 검출 어레이에서 전기적 신호로 변환될 수 있다. 또한, 지연 제어기(130)는 제 1 내지 제 6 코드 신호(CODE1~CODE6)에 기반하여 제 1 내지 제 6 지연 신호(DELAY1~DELAY6)를 생성할 수 있고, 수신부(140)로 전송할 수 있다.

수신부(140)는 제 1 내지 제 6 형광 신호들(FS1~FS6)과 대응하는 제 1 내지 제 6 지연 신호들(DELAY1~DELAY6)을 비교할 수 있고, 각 형광 신호들(FS1~FS6)을 누적 적분할 수 있다. 이로써, 장치(100)는 복수의 DNA들(s1~s19)을 검출할 수 있다.

도 5는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 PCR 진단을 위한 장치(100)의 동작을 개념적으로 나타낸다.

도 4에서 제 1 내지 제 6 광원 신호들(LS1~LS6)이 복수의 광섬유 다발을 통해 DNA 샘플(10)로 제공되고, 제 1 내지 제 6 형광 신호들(FS1~FS6)이 복수의 광섬유 다발을 통해 수신부(140)로 제공되는 것으로 나타난 것에 반해, 도 5에서 제 1 내지 제 6 광원 신호들(LS1~LS6)은 크기가 작은 하나의 단일 모드 광섬유(single-mode fiber)를 통해 DNA 샘플(10)에 각각 제공되고, 제 1 내지 제 6 형광 신호들(FS1~FS6)은 크기가 큰 하나의 다중 모드 광섬유(multi-mode fiber)를 통해 수신부(140)로 제공되는 것으로 나타나 있다. 이하, 도 4와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 5에 나타난 바와 같이, 단일 모드 광섬유 및 다중 모드 광섬유는 서로 부착될 수 있다. 단일 모드 광섬유의 끝단은, DNA 샘플(10)의 중심부로 제 1 내지 제 6 광원 신호(LS1~LS6)를 제공하기 위해 임의의 각도로 기울어져 있다. 이로 인해, 입사한 제 1 내지 제 6 광원 신호(LS1~LS6)는 휘어질 수 있고, DNA 샘플(10)의 중심부로 인가될 수 있다. 제 1 내지 제 6 형광 신호(FS1~FS6)는 다중 모드 광섬유를 통해 수광될 수 있고, 수신부(140)의 검출 어레이로 제공되어 전기적 신호로 변환될 수 있다.

상술된 내용은 본 개시를 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 개시는 상술된 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 개시는 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 개시의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 본 개시의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

100: PCR 진단을 위한 장치 110: 송신부
120: 코드 발생기 130: 지연 제어기
140: 수신부

Claims

서로 다른 파장을 갖는 제 1 광원 신호 및 제 2 광원 신호를 출력하는 다파장 광원을 포함하고, DNA 샘플로 상기 제 1 광원 신호 및 제 2 광원 신호를 인가하는 송신부;
상기 제 1 광원 신호 및 상기 제 2 광원 신호에 각각 대응하는 제 1 코드 신호 및 제 2 코드 신호를 생성하는 코드 발생기;
상기 제 1 코드 신호 및 제 2 코드 신호에 각각 대응하는 제 1 지연 신호 및 제 2 지연 신호를 생성하는 지연 제어기; 및
상기 DNA 샘플로부터 발산되는 제 1 형광 신호 및 제 2 형광 신호와, 제 1 지연 신호 및 제 2 지연 신호를 비교하고, 상기 비교 결과에 기반하여 상기 제 1 형광 신호 또는 상기 제 2 형광 신호를 누적 적분하는 수신부를 포함하되,
상기 제 1 형광 신호는 상기 제 1 광원 신호에 응답하여 상기 DNA 샘플로부터 발산되고, 상기 제 2 형광 신호는 상기 제 2 광원 신호에 응답하여 상기 DNA 샘플로부터 발산되는 PCR 진단을 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 광원 신호 및 상기 제 2 광원 신호는 각각 상기 제 1 코드 신호 및 상기 제 2 코드 신호에 기반하여 결정된 서로 다른 시간에 상기 DNA 샘플로 인가되는 PCR 진단을 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 코드 신호 및 상기 제 2 코드 신호는 로직 하이 값을 갖는 제 1 구간, 로직 로우 값을 갖는 제 2 구간, 및 로직 로우 값을 갖는 제 3 구간으로 구성되고, 상기 제 1 구간은 연속하지 않고, 상기 제 1 구간 및 상기 제 2 구간의 길이는 같은 PCR 진단을 위한 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 광원 신호 및 상기 제 2 광원 신호는 각각 상기 제 1 코드 신호 및 상기 제 2 코드 신호가 로직 하이 값을 갖는 구간 동안 상기 DNA 샘플로 인가되고,
상기 제 1 코드 신호의 상기 제 1 구간의 길이는 상기 제 1 형광 신호를 발산하는 형광체의 형광 수명과 같거나 또는 더 길고, 상기 제 2 코드 신호의 상기 제 1 구간의 길이는 상기 제 2 형광 신호를 발산하는 형광체의 형광 수명과 같거나 또는 더 긴 PCR 진단을 위한 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 코드 신호가 로직 하이 값을 갖는 구간과 상기 제 2 코드 신호가 로직 하이 값을 갖는 구간은 서로 다른 PCR 진단을 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 지연 신호 및 상기 제 2 지연 신호는 상기 제 1 코드 신호 및 상기 제 2 코드 신호에 비하여, 상기 코드 신호의 레벨이 로직 하이 값을 갖는 시간만큼 지연된 신호인 PCR 진단을 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 수신부는 상기 제 1 형광 신호 및 상기 제 2 형광 신호와, 상기 제 1 지연 신호 및 상기 제 2 지연 신호 사이의 상관 함수를 계산하고, 상기 계산된 상관 함수의 값에 기반하여 상기 제 1 형광 신호 또는 상기 제 2 형광 신호를 누적 적분하는 PCR 진단을 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 광원 신호 및 상기 제 2 광원 신호는 복수의 광섬유 다발들 중 중심 다발을 통해 상기 DNA 샘플로 인가되고, 상기 제 1 형광 신호 및 상기 제 2 형광 신호는 상기 복수의 광섬유 다발들 중 외곽 다발들을 통해 상기 수신부로 제공되는 PCR 진단을 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 광원 신호 및 상기 제 2 광원 신호는 단일 모드 광섬유를 통해 상기 DNA 샘플로 인가되고, 상기 제 1 형광 신호 및 상기 제 2 형광 신호는 다중 모드 광섬유를 통해 상기 수신부로 제공되는 PCR 진단을 위한 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 단일 모드 광섬유는 상기 제 1 광원 신호 및 상기 제 2 광원 신호가 상기 DNA 샘플의 중심부로 인가될 수 있도록 미리 정해진 각도로 기울어진 PCR 진단을 위한 장치.
복수의 코드 신호들을 생성하는 단계;
상기 복수의 코드 신호들에 기반하여 DNA 샘플로 서로 다른 파장을 갖는 복수의 광원 신호들을 서로 다른 시간에 인가하는 단계;
상기 복수의 코드 신호들에 각각 대응하는 복수의 지연 신호들을 생성하는 단계;
상기 DNA 샘플로부터 발산되는 형광 신호 및 상기 복수의 지연 신호들을 비교하는 단계; 및
상기 비교 결과에 기반하여 상기 형광 신호를 누적 적분하는 단계를 포함하는 PCR 진단을 위한 방법.