KR20220073649A - The platform that rapidly and accurately generates big data of optical signals for material analyses and enables pattern recognitions, storage, and sharing of such data - Google Patents

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KR20220073649A
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Abstract

본 발명은 분석용 샘플 내 미량으로 존재하는 물질의 광학 신호를 다량의 물질의 광학 신호에서 분리해 내고, 정확하게 샘플 내 모든 물질의 종류와 양을 측정할 수 있게 하는 물질 분석 플랫폼이다. 분석 샘플 물질을 측정하고자 하는 미량의 물질 광학 신호가 분별될 수 있는 수준으로 많은 영역으로 나누고, 광학 신호 추출 시에 각 분석 영역 간 경계선에서 물질의 출입이 안되게 하여, 각 영역에서 광학 신호를 병렬로 추출하게 하는 방식의 분석 플랫폼이다. 따라서, 신속하게 각 분석 영역의 광학 신호 추출에 이용된 물질간 중복이 없고 누락이 없이 분석 샘플 내 모든 물질에 대해 광학 신호를 추출하여 분석 할 수 있게 한다. 또한 본 발명의 분석 플랫폼은 광학 신호와 패턴 빅데이터의 공유를 가능하게 한다. 본 발명은 라만 신호 및 각종 광학 신호 추출용 마이크로 사이즈 이상의 셀 (본 발명자는 이 셀의 이름을 람셀 또는 RamCell 이라 지칭함)이 반복적으로 분포되어 있는 기판 (본 발명자는 이 기판을 람셀 기판이라 지칭함)과 이들의 제조 방법, 각 람셀 내부의 광학 신호 증폭용 패턴, 모듈 및 물질, 각 람셀에서 광학 신호를 추출할 모듈과 운영방법, 분석용 물질을 획득, 가공, 정제하고, 각 람셀에 분석용 물질을 분배하는 모듈과 운영방법, 광학 신호 빅데이터 저장, 분석, 공유 모듈과 운영방법을 포함한다. 각 모듈은 미세전자기계시스템 (Micro-Electro Mechanical Systems, 일명 MEMS)기술에 의해 만들어질 수 있다. 특히, 병렬 광학신호 추출 및 분석 모듈 (본 발명자는 이 모듈을 람셀처리장치 또는 RamCell Processing Unit, 일명 RPU라 지칭함)을 통해 신속하고 정확한 레이저 발생, 광학신호 추출과 분석 등이 가능하다. 본 발명은 각종 광학 신호 추출에 쓰일 수 있으나, 본 발명을 설명하기 위해 여러 광학 신호 중 라만 신호을 중점으로 한다. 때문에 모든 청구서, 구체적인 내용, 도면에 라만 신호를 언급한 부분은 라만 신호에 국한되지 아니한다.
본 발명은 분석용 샘플 내 미량의 물질 뿐만 아니라 수많은 물질의 라만 신호를 규격화 된 람셀을 통해 재현성이 높은 라만 신호 생성과 증폭, 신속하고 정밀한 라만 신호 추출 및 분석을 가능하게 한다. 본 발명을 통해 각 온도, 압력, 샘플의 조성, 레이저 및 LED의 특성, 람셀의 구조에 따라 각 물질을 대변하는 라만 스펙트럼 peak의 진동 수와 그의 범위, 그리고 각 물질의 농도 (또는 샘플내 분자 수)를 대변하는 peak의 크기와 범위를 규격화하는 라만 스펙트럼의 빅데이터를 모집하여 라이브러리를 형성할 수 있다. 물질과 관련된 다른 변수 들도 빅데이터화가 가능하다. 예를 들어, 분석용 샘플이 혈액인 경우, 그 혈액이 추출되어 나온 신체에 대한 각종 정보와 신체의 주체와 관련한 심리적, 사회적, 경제적, 지리적 요소 등도 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 신체의 주체의 나이, 몸무게, 인종, 가족 병력, 스트레스 레벨, 사는 위치, 직업 등이 스펙트럼과 관련된 독립변수가 될 수 있다. 각 순수 물질과 혼합물의 광학신호 스펙트럼의 빅데이터 라이브러리를 이용하여 각 스펙트럼 패턴 인식 모델을 형성할 수 있다. 본 발명은 라만 신호의 라이브러리, 라만 신호 패턴 인식 머신러닝 소프트웨어, 그리고 라만 신호를 서버에 송수신하는 모듈과 방법을 포함한다. 본 발명에 의해 만들어진 기기의 사용자들이 서버에 각 물질에 관한 광학 신호 데이터를 업데이트하여 각 물질에 대한 신호 패턴과 라이브러리를 실시간 업데이트 가능하게 하며, 사용자들이 업데이트 된 광학 신호 패턴과 관련 모델들을 공유할 수 있다.
본 발명은 람셀과 람셀 기판, 그리고 이를 활용한 모듈 및 운영방법을 표면플라즈몬공명 (Surface Plasmonic Resonance, 일명 SPR), 중합효소 연쇄반응 (Polymerase Chain Reaction, 일명 PCR), 효소면역검사 (Enzyme-Linked Immunosorbent/Immunospecific Assay, 일명 ELISA)에 적용하는 것을 포함한다.
본 발명은 질병 진단 및 제약에 필요한 약물 분석, 그리고 그 외 다양한 물질 분석용 장비, 부품 그리고 소재로 사용될 수 있다. 본 발명의 RPU는, 피부의 재생치료, 체내 기관의 이미지 추출, 음식의 영양분석 등에 쓰일 수 있다. 본 발명을 통해, 신체의 상태를 신체의 물질 분석을 통해 판단하고, 예측할 수 있다. 또한 신체의 물질과 신체의 주체와 관련된 심리적, 인종, 성별, 사회적, 경제적, 지리적 요소와의 상관관계를 판단하게 해준다. 본 발명을 통해 샘플이 포함하고 있는 대부분의 물질들의 광학신호를 신속하게 추출할 수 있게 하여 샘플의 조성과 특징을 최대한 정확하고 신속하게 측정가능하게 한다. 때문에 미량의 물질을 찾고 분석하는데 용이 할 수 있다. 그리고 본 발명은 물질 데이터의 빅데이터 수집과 이를 통한 모델 최적화와 이런 빅데이터 및 모델의 공유를 하게 해주는 플랫폼이다.
The present invention is a material analysis platform that separates the optical signal of a material present in a trace amount in a sample for analysis from the optical signal of a large amount of material, and accurately measures the types and amounts of all materials in the sample. The optical signal of a trace material to be measured is divided into many regions at a level where the optical signal of a trace material to be measured can be discerned, and when the optical signal is extracted, the material is not allowed to enter and exit at the boundary between each analysis region, so that the optical signal in each region is parallelized It is an analysis platform that allows extraction. Therefore, it is possible to quickly extract and analyze optical signals for all substances in the analysis sample without overlapping and omission between substances used for optical signal extraction of each analysis area. In addition, the analysis platform of the present invention enables the sharing of optical signals and pattern big data. The present invention relates to a substrate on which micro-sized or larger cells for extracting Raman signals and various optical signals (the present inventor calls the cell name Ramcell or RamCell) are repeatedly distributed (the present inventor refers to this substrate as a Ramcell substrate) and Their manufacturing methods, patterns, modules and materials for optical signal amplification inside each Ramcell, modules and operating methods for extracting optical signals from each Ramcell, acquiring, processing, and purifying analytes, and adding analytes to each Ramcell It includes the distribution module and operation method, optical signal big data storage, analysis, sharing module and operation method. Each module may be made by micro-electro-mechanical systems (aka MEMS) technology. In particular, rapid and accurate laser generation, optical signal extraction and analysis, etc. are possible through the parallel optical signal extraction and analysis module (the present inventor refers to this module as a RamCell processing unit or RamCell Processing Unit, also known as RPU). The present invention can be used for extracting various optical signals, but for the purpose of explaining the present invention, a Raman signal among various optical signals is focused on. Therefore, all bills, specific contents, and parts that mention the Raman signal in the drawings are not limited to the Raman signal.
The present invention enables the generation and amplification of Raman signals with high reproducibility, and rapid and precise Raman signal extraction and analysis through standardized Ramcells for Raman signals of numerous substances as well as trace substances in samples for analysis. Through the present invention, the frequency and range of the Raman spectrum peak representing each material according to each temperature, pressure, composition of the sample, characteristics of laser and LED, and Ramcell structure, and the concentration of each material (or the number of molecules in the sample) ), it is possible to form a library by collecting big data of the Raman spectrum that standardizes the size and range of the peaks. Other variables related to substances can also be made into big data. For example, when the sample for analysis is blood, various information about the body from which the blood is extracted and psychological, social, economic, geographical factors related to the subject of the body may also be included. More specifically, the age, weight, race, family history, stress level, living location, occupation, etc. of the subject of the body may be the independent variables related to the spectrum. Using the big data library of optical signal spectra of each pure substance and mixture, each spectral pattern recognition model can be formed. The present invention includes a library of Raman signals, Raman signal pattern recognition machine learning software, and a module and method for transmitting and receiving Raman signals to and from a server. Users of the device made by the present invention update optical signal data for each material on the server, enabling real-time update of signal patterns and libraries for each material, and users can share updated optical signal patterns and related models have.
The present invention provides a Ramcell and a Ramcell substrate, and a module and operating method using the same, including Surface Plasmonic Resonance (SPR), Polymerase Chain Reaction (PCR), and Enzyme-Linked Immunosorbent. /Immunospecific Assay, aka ELISA).
The present invention can be used as equipment, parts, and materials for drug analysis required for disease diagnosis and pharmaceuticals, and other various material analysis. The RPU of the present invention can be used for skin regeneration treatment, image extraction of internal organs, nutritional analysis of food, and the like. Through the present invention, the state of the body can be determined and predicted through analysis of the material of the body. It also allows us to judge the correlation between the material of the body and the psychological, racial, gender, social, economic, and geographical factors related to the subject of the body. Through the present invention, it is possible to quickly extract the optical signals of most materials included in the sample, so that the composition and characteristics of the sample can be measured as accurately and quickly as possible. Therefore, it can be easy to find and analyze trace substances. And the present invention is a platform that allows big data collection of material data, model optimization through it, and sharing of such big data and models.

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Description

신속하고 정확한 물질 분석용 광학 신호 빅데이터 추출, 패턴인식, 저장, 공유 플랫폼 {The platform that rapidly and accurately generates big data of optical signals for material analyses and enables pattern recognitions, storage, and sharing of such data}The platform that rapidly and accurately generates big data of optical signals for material analyzes and enables pattern recognitions, storage, and sharing of such data}

본 발명은 분석용 샘플 내 물질들의 라만 신호나 SPR 신호를 정확하고 신속하게 추출할 수 있게 하는 마이크로 사이즈의 셀 (발명자는 이러한 셀을 람셀이라 지칭함)을 포함한 기판, 람셀의 디자인, 제조 및 배열에 관한 것과 이를 활용하기 위해 필요한 분석용 샘플 정제, 가공, 분배 모듈과 라만 신호 추출용 광학 모듈을 포함한 플랫폼과 방법, 라만 신호 패턴을 저장한 라이브러리, 람셀에서 추출된 라만 신호 패턴과 라이브러리와의 매칭과 새로운 패턴에 대한 인식에 대한 머신러닝 프로그램, 그리고 라이브러리와 새로운 패턴을 저장할 수 있는 서버와 관련 송수신 시스템에 대한 것이다. 이를 통해 샘플이 포함하고 있는 물질들의 조성을 최대한 정확하고 신속하게 측정가능하게 한다. 때문에 미량의 물질을 찾고 분석하는데 용이 할 수 있다.The present invention relates to the design, manufacture and arrangement of a substrate including a micro-sized cell (the inventor refers to such a cell as a Ramcell), which enables accurate and rapid extraction of Raman signals or SPR signals of materials in a sample for analysis, and Ramcell. platform and method, including a sample purification, processing and distribution module for analysis and an optical module for Raman signal extraction, a library storing Raman signal patterns, and matching and matching of Raman signal patterns and libraries extracted from Ramcell It is about a machine learning program for recognizing new patterns, a library and a server that can store new patterns, and related transmission and reception systems. This makes it possible to measure the composition of the substances contained in the sample as accurately and quickly as possible. Therefore, it can be easy to find and analyze trace substances.

라만 신호의 초기 발견 이후, 라만 신호의 미세한 시그널을 극복하기 위해, 다양한 기법의 기술이 발전되어 왔다. 라만 신호의 신호 증폭의 대표적 기술인 표면증강라만증강법 (Surfaced Enhanced Raman Scattering, 일명 SERS)기술은 대부분 금속기판이나 금속나노입자를 이용한 핫스팟에 의한 플라즈모닉 시그널 증폭으로, 이에 관한 기술의 진전이 있음에도 불구하고 실제 진단키트로 사용하기에는 많은 어려움이 있다. 때문에, 질병유무를 판단하거나 효율적 약물 검출에 대부분 PCR이나 ELIZA 같은 기법을 활용한 기기를 사용하는 상황이다. 하지만, PCR이나 ELIZA 같은 경우는 사용방법이 일반인들에게 어렵고 분석 시간이 긴 단점이 존재한다. 그 뿐만 아니라 PCR이나 ELISA는 특정 타겟의 물질이 존재하는지 검출하는 방법으로 검출하고자 하는 물질의 종류는 정해져있다. 근적외선, 가시광선, 그리고 자외선에 의한 분자의 진동수 변화를 통해 분자의 구조를 파악하게 해주는 SERS는 분석용 샘플 내의 다양한 물질을 한번에 추출해 주고, 전처리 과정이 다소 간단하여 많은 장점을 가짐에도 불구하고, 의학용 진단 기기나 제약용 약물 검출 기기에 사용하는데 한계가 있다. Since the initial discovery of the Raman signal, various techniques have been developed to overcome the fine signal of the Raman signal. The surface-enhanced Raman Scattering (SERS) technology, which is a representative technology for signal amplification of Raman signals, is mostly plasmonic signal amplification by hot spots using metal substrates or metal nanoparticles. And there are many difficulties in using it as an actual diagnostic kit. For this reason, most of the devices using techniques such as PCR or ELIZA are used to determine the presence of disease or to efficiently detect drugs. However, in the case of PCR or ELIZA, there is a disadvantage that the method is difficult for the general public and the analysis time is long. In addition, PCR or ELISA is a method of detecting the presence of a specific target substance, and the type of substance to be detected is determined. SERS, which allows us to understand the structure of molecules through changes in the molecular frequency by near-infrared, visible, and ultraviolet, extracts various substances from the sample for analysis at once, and despite the fact that the pre-treatment process is rather simple, it has many advantages. There is a limit to its use in diagnostic devices for pharmaceuticals or drug detection devices for pharmaceuticals.

기존의 대부분의 라만 신호 강도를 증강 시키는 방법은 금속 기판위에 금속 나노입자를 도포하거나 다양한 방법으로 위치하게 하는 것이 대부분이다. 이러한 방법으로, 같은 물질에 대해 일관적인 라만 신호을 추출하는데 문제가 존재한다. 우선적으로 라만 신호 증폭용 금속나노입자간의 상대적 모양과 크기, 그리고 금속나노입자 간, 분석용 샘플 내부의 분자 간, 금속나노입자와 분석용 샘플 내 분자 간의 상대적 위치의 편차가 같은 시스템 내와 각 실험에 적용되는 시스템 간에 존재하여, 기준이 되어야 할 증폭용 기판 시스템의 부재가 큰 문제이다. 이로인해, 기존 SERS 시스템으로 매번 같은 종류의 샘플의 라만 신호을 추출 할 때, 스펙트럼의 각 피크 (peak)의 진동수와 강도의 변화로 인하여 SERS에 대해 다소 신뢰성이 떨어지게 된다. 실험간 라만 신호의 재현성의 부족이 SERS를 의학용 진단키트 적용하기 힘든 대표적 이유 중 하나이다. Most of the existing methods for enhancing the Raman signal intensity are to apply metal nanoparticles on a metal substrate or to position them in various ways. In this way, there is a problem in extracting a consistent Raman signal for the same material. First, the relative shape and size of metal nanoparticles for Raman signal amplification, and the relative position deviations between metal nanoparticles, between molecules in the sample for analysis, and between metal nanoparticles and molecules in the sample for analysis, within the same system and in each experiment The absence of a substrate system for amplification, which should be a standard, exists between systems applied to . For this reason, when the Raman signal of the same type of sample is extracted every time with the existing SERS system, the reliability of the SERS decreases somewhat due to the change in the frequency and intensity of each peak of the spectrum. The lack of reproducibility of the Raman signal between experiments is one of the main reasons why it is difficult to apply SERS as a medical diagnostic kit.

신뢰할 만한 라만 신호의 추출이 어려운 다른 이유로는, 분석용 샘플내의 고분자 및 나노 입자의 확산 작용에 의한 레이저 빔 영역 내 물질의 조성 변화에 따른 라만패턴 변화와 금속나노의 빛의 흡수에 의한 바이오 샘플 변화 등이 있다. 더구나, 비슷한 진동수를 가진 물질의 스펙트럼 분리가 힘들고, 그리고 찾고자 하는 바이오마커나 물질이 타 물질대비 미량일 경우, 타겟 물질의 라만 신호가 미약하여, 스펙트럼에 묻혀있어 드러나지 않는 경우가 많다.Another reason that it is difficult to extract a reliable Raman signal is the change in the Raman pattern due to the change in the composition of the material in the laser beam region due to the diffusion action of polymers and nanoparticles in the sample for analysis and the change in the bio sample due to the absorption of light by metal nanoparticles. etc. Moreover, it is difficult to separate the spectrum of a material having a similar frequency, and when the biomarker or material to be found is traced compared to other materials, the Raman signal of the target material is weak, so it is often hidden because it is buried in the spectrum.

이에 더불어 분석용 샘플 내의 수 많은 물질이 있을 경우, 이들의 라만 신호가 서로의 간섭에 의해 눈으로 해석하기 힘든 수준의 스펙트럼이 형성되는데, 이의 해석을 극복하기 위해 많은 AI 기법이 적용되어 왔으나, 분석하고자 하는 샘플내 수많은 종류의 미량의 고분자 및 나노 입자의 상대적으로 약한 신호와 비슷한 진동수를 가진 물질들의 공존에 의해, 각 라만 신호의 분리가 매우 힘든 상황이다. 그리고 초기 암 진단을 위해 혈액의 플라즈마의 라만 신호 패턴을 인식하고자 하는 시도는 많으나, 다른 암의 같은 표지자 존재로 인해 정확한 판별 능력이 떨어지고, 암 표지자의 농도 변화는 이미 어느 정도 암이 진행된 상태에서 이루어 지므로 조기 진단으로 기존 기술로는 한계가 존재한다. 또한 바이러스나 박테리아 감염 또한 혈중 표지자 농도 변화를 통해 유무와 종류를 판단하고자 하나, 이는 감염이 어느 정도 진전이 되야 알 수 있다. 한 예로, 코로나 바이러스 감염의 증상은 초기 감염 후 2주 정도 지나야 증상이 나타나며, 이는 어느 정도 바이러스 번식을 거쳐야 이에 따른 호르몬과 면역체계 반응 변화로 혈중 표지자의 변화를 측정함을 의미한다. 때문에 PCR로 직접 바이러스 인체 내 존재 여부를 판단하는 수준이다. 때문에 조기진단을 위해 라만을 사용하기 위해서는 미량의 암, 박테리아, 바이러스의 유무를 판단할 수 있는 기술이 뒷받침이 되어야 한다.In addition, when there are many substances in the sample for analysis, their Raman signals interfere with each other to form a spectrum that is difficult to interpret with the eye, and many AI techniques have been applied to overcome this interpretation. Separation of each Raman signal is very difficult due to the coexistence of substances with a relatively weak signal and a similar frequency to the relatively weak signals of numerous types of trace polymers and nanoparticles in the desired sample. In addition, there are many attempts to recognize the Raman signal pattern of blood plasma for early cancer diagnosis, but the ability to accurately discriminate is reduced due to the presence of the same marker of other cancers. Therefore, there are limitations with existing technologies due to early diagnosis. In addition, the presence and type of viral or bacterial infection can also be determined by changing the concentration of markers in the blood, but this can only be known when the infection progresses to some extent. As an example, the symptoms of coronavirus infection appear about two weeks after the initial infection, which means that the change in blood markers is measured by changes in hormones and immune system responses after the virus propagates to some extent. Therefore, it is at the level that directly determines whether the virus exists in the human body by PCR. Therefore, in order to use Raman for early diagnosis, technology that can determine the presence or absence of trace amounts of cancer, bacteria, and viruses must be supported.

접근성의 문제 또한 존재한다. 기존의 라만 신호의 추출하기 위해 필요한 기기의 가격과 사용방법은 일반인들의 접근하기에 무리가 있다. 현재로선, 라만분광기는 일부 전문가들에게만 유용하며, 상용화가 되기 힘든 상황이다. There is also the issue of accessibility. The price and method of use of the equipment required to extract the existing Raman signal is difficult for the general public to access. At present, Raman spectroscopy is useful only to some experts, and it is difficult to commercialize it.

재현성과 정확성이 높은 라만 신호의 부재와 다양한 형태의 SERS칩과 광학 기기로 인해, 레퍼런스가 될 수 있는 라만 신호의 부재도 문제이다.The absence of a Raman signal with high reproducibility and accuracy and the absence of a Raman signal that can be a reference is also a problem due to the various types of SERS chips and optical devices.

위의 문제를 해결하고자, 본 발명자들은 분석대상 물질의 라만 및 SPR 신호의 재현성, 민감도, 및 특이도를 높일 수 있는 마이크로 이상 사이즈의 셀, 일명 람셀에 대한 디자인, 제조 및 배열에 관한 기술을 제공하기 위한 것이다. In order to solve the above problem, the present inventors provide a technology for designing, manufacturing and arranging a cell with a micro or larger size that can increase the reproducibility, sensitivity, and specificity of the Raman and SPR signals of the analyte material, aka Ramcell it is to do

본 발명의 다른 목적은 람셀에 위치할 분석대상 물질의 가공, 정제, 분배 해주 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다. Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for processing, purifying, and dispensing an analyte to be located in Ramsell.

본 발명의 다른 목적은 람셀에 위치한 물질의 신속한 광학 신호 추출을 가능하게 하는 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method that enable rapid optical signal extraction of materials located in Ramsel.

본 발명의 다른 목적은 람셀에서 추출된 광학 신호를 저장한 라이브러리, 광학 신호 패턴 인식 머신러닝 프로그램, 광학 신호를 저장하는 서버 및 관련 송수신 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a library storing optical signals extracted from Ramsell, an optical signal pattern recognition machine learning program, a server for storing optical signals, and a related transmission/reception system and method.

본 발명의 다른 목적은 일반 사용자가 자가 진단 및 분석용 물질의 조성을 판단할 수 있게 도와주는 플랫폼을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a platform that helps general users to determine the composition of substances for self-diagnosis and analysis.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 람셀을 포함하는 기판의 특성, 디자인 및 제조 방법을 제공된다. In order to achieve the above object, the present invention provides a method for characterizing, designing and manufacturing a substrate comprising a Ramcell.

본 발명의 람셀의 크기는 분석하고자 하는 샘플 내부의 물질의 크기를 고려해서 정해진다. 하지만 라만 또는 SPR 신호 (일명, 광학 신호랑 지칭함)을 추출하기 위해 최소 적용하는 레이저 파장 이상이어야 한다. 때문에 람셀의 최소 크기는 적용하는 레이저 파장 크기와 샘플 내부의 분석 타겟 물질의 크기 중 최대값이어야 한다. 람셀의 크기는 레이저에 의한 람셀 내 물질의 온도 상승을 최소화하고 람셀 내 샘플 내 최대한 모든 물질에 대한 스펙트럼을 추출할 수 있게 디자인 되어야한다. The size of the Ramcell of the present invention is determined in consideration of the size of the material inside the sample to be analyzed. However, it must be above the minimum laser wavelength applied to extract Raman or SPR signals (also called optical signals). Therefore, the minimum size of Ramcell should be the maximum value among the applied laser wavelength and the size of the analysis target material inside the sample. The size of the Ramcell should be designed to minimize the increase in the temperature of the material in the Ramcell by the laser and to extract the spectrum of all materials as much as possible in the sample in the Ramcell.

람셀의 개수는 측정하고자 하는 미량의 타겟물질이 샘플내 존재하는 개수보다 많을수록 타겟물질의 라만 신호가 명확히 추출될 가능성이 높다.As for the number of Ramcells, as the number of trace target substances to be measured is greater than the number of traces in the sample, there is a high possibility that the Raman signal of the target substance is clearly extracted.

람셀 A 분자 하나가 평균 차지하는 용액의 부피가 1mL, B 분자 하나가 평균 차지하는 용액의 부피가 0.0001mL이면, 평균적으로 1mL의 람셀 당 A 분자가 한개, B 분자가 10000개가 존재한다. 때문에 람셀의 부피가 1mL 보다 작을 경우, A 분자를 1개라도 포함한 람셀 내에 존재하는 B 분자의 개수는 평균적으로 10000개 미만이다. 때문에, 1mL 이상 부피의 람셀이나 초기 샘플보다 1mL 미만의 람셀 내 B 분자의 라만 신호 대비 A 분자의 라만 신호가 더 두드러질 수 있다. 극단적으로 만약 샘플 내 모든 물질의 크기가 비슷하고, 각 람셀의 부피가 매우 작아서, 한 람셀당 들어가는 분자가 평균 하나 정도 일때, 샘플 내 분자의 모든 종류와 양의 측정 정확도가 매우 높아질 수 있다. If the average volume of solution occupied by one Ramsel A molecule is 1 mL and the average volume of solution occupied by one B molecule is 0.0001 mL, on average, there is one A molecule and 10,000 B molecules per 1 mL of Ramcell. Therefore, when the volume of the Ramcell is less than 1 mL, the number of B molecules present in the Ramcell including even one A molecule is less than 10,000 on average. Therefore, the Raman signal of the A molecule may be more pronounced compared to the Raman signal of the B molecule in the Ramcell of less than 1 mL than the Ramcell with a volume of 1 mL or more or the initial sample. In the extreme, if all the substances in the sample are similar in size and the volume of each Ramcell is very small, so that there is on average about one molecule per Ramcell, the measurement accuracy of all kinds and amounts of molecules in the sample can be very high.

분자가 플라즈모닉 표면에 어떻게 위치하고 어떤 빛을 어떻게 받냐에 따라 라만 스펙트럼이 다르게 나올 수 있다. 때문에, 규격화된 람셀에서 각 물질에 대한 라만 스펙트럼을 여러 파장과 방향의 빛을 통해 추출하여 라이브러리화 하는 것이 본 발명에 포함된다.Depending on how molecules are positioned on the plasmonic surface and how they receive light, the Raman spectrum may be different. Therefore, it is included in the present invention to extract the Raman spectrum for each material through light of various wavelengths and directions in a standardized Ramcell and form a library.

또한 물질의 농도는 라만 신호의 강도와 연관이 있으므로, 람셀들에서 추출된 스펙트럼을 통해 물질의 농도를 역으로 추정할 수 있다. 일반 라만 신호 추출과 달리 SERS를 이용하여 얻은 라만 신호의 강도는 간단하게 물질의 농도와 비례하지 않을 수 있다. 때문에, 규격화된 람셀 내의 각 물질의 양을 달리하여 라만 스펙트럼을 추출하여 라이브러리화 해야한다. Also, since the concentration of the substance is related to the intensity of the Raman signal, the concentration of the substance can be inversely estimated through the spectrum extracted from Ramcells. Unlike general Raman signal extraction, the intensity of the Raman signal obtained using SERS may simply not be proportional to the concentration of the material. Therefore, it is necessary to extract the Raman spectrum by varying the amount of each material in the standardized Ramcell and form a library.

람셀의 부피가 줄면, 각 물질이 받는 플라즈몬 증강 효과는 커질 수 있다. 본 발명을 미약한 신호를 증강시키기 위해 여러 종류의 물질을 기반으로 한 나노 입자, 전자기장, 그리고 빛을 활용하는 것을 포함한다. If the volume of Ramcell is reduced, the plasmon enhancement effect that each material receives can be increased. The present invention includes utilizing nanoparticles, electromagnetic fields, and light based on various types of materials to enhance weak signals.

또한 라만 스펙트럼에서 anti-stokes에 해당하는 신호의 크기는 온도가 증가하면 상대적으로 커지는 경향이 있으므로, 샘플의 온도를 역으로 추정이 가능하다.각 온도에 따른 라만 스펙트럼을 추출하여 라이브러리화 해야 한다. In addition, since the magnitude of the signal corresponding to anti-stokes in the Raman spectrum tends to increase relatively as the temperature increases, it is possible to estimate the sample temperature inversely. The Raman spectrum according to each temperature should be extracted and libraryd.

본 발명의 람셀의 재질과 내부 나노입자는 레이저의 회전방향과 입사각을 고려하여 적용하는 레이저에 의해 광학 신호 강도를 증폭할 수 있는 것으로 구성된다. 람셀은 샘플의 특성과 분석 목적에 따라, 양각이나 음각의 나노입자를 구성할 수 있다. 또한 나노입자에 의한 핫스팟으로 온도 상승을 낮출수 있는 반도체나 그래핀과 같은 재질이나, 냉각기와 같은 모듈의 사용을 포함한다. The material and internal nanoparticles of the Ramcell of the present invention are configured to be capable of amplifying the optical signal intensity by a laser applied in consideration of the rotation direction and incident angle of the laser. Ramsel can form embossed or engraved nanoparticles according to the characteristics of the sample and the purpose of analysis. It also includes the use of materials such as semiconductors or graphene, or modules such as coolers, that can lower the temperature rise by hotspots caused by nanoparticles.

본 발명의 규격화된 람셀을 포함한 기판을 신속하게 양산하기 위해 반도체 공정에 쓰이는 노광, 식각, 증착, 세정 장비와 운영, 그리고 이러한 장비를 쓰기 위한 소재와 부품을 포함한다. 그 외 기판에 모양을 새길 수 있는 3D 프린터나 각 종 몰딩 기술 또한 포함한다.It includes exposure, etching, deposition, cleaning equipment and operation used in a semiconductor process to rapidly mass-produce a substrate including a standardized Ramcell of the present invention, and materials and components for using such equipment. In addition, 3D printers and various molding technologies that can engrave shapes on the substrate are also included.

본 발명은 람셀 내 분석용 샘플로부터 신속한 광학 신호을 추출하는 모듈과 운영방식을 포함한다. 가장 신속하게 모든 람셀의 스펙트럼을 추출하기 위해서, 각 람셀에서 라만 신호을 추출할 수 있는 각 람셀에 대응하는 레이저, 렌즈, 분광기 또는 TERS 를 포함한 마이크로 사이즈의 모듈을 포함한다. 각 셀에 대응할 만한 사이즈의 모듈이 불가한 경우나 여러 람셀을 대응할 수 있는 모듈이 있는 경우, 최대한 많이 람셀을 대응 할 수 있도록, 레이저, 렌즈, 분광기 또는 TERS 를 포함한 마이크로 사이즈의 모듈의 구성과 배열이 이루어지는 것을 포함한다. 모듈이나 람셀을 포함한 기판의 상대적 이동에 의해 단계적으로 또는 연속적으로 모든 람셀에서 라만 신호을 추출하는 방식으로 최대한 신속하게 라만 신호을 추출하도록 최적화된 운영방식과 모듈의 배열을 포함한다. The present invention includes a module and an operating method for rapidly extracting optical signals from a sample for analysis in a Ramcell. In order to extract the spectrum of all Ramcells most quickly, a micro-sized module including a laser, lens, spectrometer or TERS corresponding to each Ramcell that can extract Raman signals from each Ramcell is included. Configuration and arrangement of micro-sized modules including lasers, lenses, spectrometers, or TERS to cope with as many Ramcells as possible when it is not possible to have a module with a size suitable for each cell or there are modules that can respond to multiple Ramcells including this being done. It includes an operation method and module arrangement optimized to extract Raman signals as quickly as possible by extracting Raman signals from all Ramcells step by step or successively by the relative movement of the module or the substrate including the Ramcell.

본 발명의 람셀에 배분되는 분석용 샘플은 람셀에 효율적으로 배분되기 위해 배분 전에 가공이 되거나 정제 될 수 있는 방법과 모듈을 포함한다. 일 실시예에서, 필터 모듈에 의해 물질 사이즈에 의해 정제 될 수 있고, 마이크로 노즐과 마이크로 플루이딕과 같은 모듈에 의해 효율적으로 분배될 수 있다. 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠는 구조체와 믹서기를 통해 형광물질, 라만 신호 증강 물질 등과 같은 광학 신호 증강 물질과 결합한 DNA/RNA 등의 핵산, 항체, 항원 등의 특정 물질과 결합한 각종 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠는 구조체를 포함한 혼합물이 생성하여 자성을 지닌 물질이 람셀 근처에 존재하거나 전자기장을 람셀에 생성시켜 자성을 지닌 물질을 람셀에 위치시키는 모듈과 운영방식을 포함한다.The sample for analysis distributed to the Ramcell of the present invention includes a method and module that can be processed or purified before distribution in order to be efficiently distributed to the Ramcell. In one embodiment, the material can be purified by the size of the filter module and can be efficiently distributed by modules such as micro nozzles and micro fluidics. Various diamagnetism and paramagnetism combined with specific substances such as nucleic acids, antibodies, antigens, such as DNA/RNA combined with optical signal enhancing materials such as fluorescent materials and Raman signal enhancing materials through a diamagnetic, paramagnetic, and ferromagnetic structure and a mixer , It includes a module and operation method for creating a mixture containing a structure with ferromagnetic magnetism so that a magnetic material is present in the vicinity of the Ramcell or by generating an electromagnetic field in the Ramcell to place the magnetic material in the Ramcell.

본 발명의 람셀에서 추출된 광학 신호의 패턴과 각 종 광학 신호를 저장한 라이브러리와의 비교를 통해 패턴을 매칭하고 새로운 패턴을 찾는 머신러닝 프로그램과 광학 신호를 대량 저장하는 서버와 관련 송수신 시스템을 포함한다. 서버를 통해 업데이트 된 광학 신호와 관련 모델을 본 발명의 사용자들간에 공유될 수 있다. It includes a machine learning program that matches the pattern and finds a new pattern by comparing the pattern of the optical signal extracted from the Ramcell of the present invention with a library storing various optical signals, a server for mass storage of optical signals, and a related transmission/reception system do. The updated optical signal and related model can be shared among users of the present invention through the server.

본 발명의 분석용 샘플 내 물질들의 라만이나 SPR 신호을 정확하고 신속하게 추출할 수 있는 모듈을 포함한 플랫폼을 통하여 분석용 샘플내의 미량의 물질을 포함하여 대부분 물질에 대하여 관련 스펙트럼을 추출할 수 있다. 이를 통해 분석용 샘플 내의 미량의 물질과 기타 물질의 종류와 양을 신속하고 정확하게 측정할 수 있다. 이를 적용할 수 있는 한 예는 각 질병에 대한 조기 진단이다. Through a platform including a module that can accurately and quickly extract Raman or SPR signals of substances in a sample for analysis of the present invention, relevant spectra can be extracted for most substances, including trace substances, in a sample for analysis. This makes it possible to quickly and accurately measure the types and amounts of trace substances and other substances in samples for analysis. One example where this can be applied is the early diagnosis of each disease.

도 1은 본 발명의 통합적인 라만 신호의 분석 플랫폼의 작동 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 람셀을 포함하는 기판의 구성에 대한 것이다. 람셀의 크기, 디자인, 배열, 람셀 내의 나노입자를 나타낸 사시도이다.
도 3은 람셀과 나노입자가 반도체 공법이나 그 외 3D 프린터, 몰딩등을 포함한 미세 공정에 의해 양각이나 음각을 포함한 다양한 형태로 구성될 수 있음을 보여준다.
도 4는 여러개의 람셀에서 동시에 라만 신호 추출을 하는 모듈 한 종류의 구성과 배열을 나타낸 사시도이다.
도 5는 광학렌즈와 분광기을 포함한 모듈의 배열과 작동원리를 나타낸 사시도이다.
도 6(a) 내지 6(c)는 광학렌즈와 분광기를 포함한 모듈의 구성요소와 작동원리를 나타낸 사시도이다. 도 6d는 광학렌즈와 분광기를 포함한 모듈의 구성요소와 작동원리를 나타낸 사시도이다.
도 6(e) 내지 6(g)는 TERS, 광학렌즈, 분광기를 포함한 모듈의 구성요소과 작동원리를 나타낸 사시도이다.
도 6(h)는 TERS 모듈이 포함된 람셀과 광학렌즈와 분광기를 포함한 모듈의 구성요소와 작동원리를 나타낸 사시도이다.
도 6(i) 내지 6k는 광검출기에 분석물질을 담는 공간이 경우, 광학렌즈와 분광기를 포함한 모듈의 구성요소와 작동원리를 나타낸 사시도이다.
도 7(a)는 라만분광기나 TERS 모듈, 또는 레이저 모듈의 사이즈나 방식이 람셀기판의 모든 람셀에서 라만 신호을 동시에 추출하는 사시도이고, 7(b)는 라만분광기나 TERS 모듈, 또는 레이저 모듈의 사이즈나 방식이 람셀기판의 모든 람셀에서 라만 신호을 동시에 추출하지 못하는 경우, 각 모듈이나 람셀기판이 이동하여 라만 신호을 추출하는 방식에 대한 사시도이다.
도 8(a)는 마이크로나 나노 사이즈 필터 모듈을 통해 분석용 샘플을 정제하고, 마이크로나 나노 사이즈 노즐을 통해 각 람셀에 분석용 샘플은 배분하는 방식에 대한 사시도이다.
도 8(b)는 마이크로나 나노 사이즈 필터 모듈을 통해 분석용 샘플을 정제하고, 마이크로 플루이딕 시스템을 통해 람셀에 분석용 샘플은 배분하는 방식에 대한 사시도이다.
도 8(c)는 마이크로나 나노 사이즈 팁의 피펫이 각 람셀 상부에 위치하여, 마이크로나 나노 사이즈 컨트롤러로 분석용 샘플을 람셀영역에 위치시켜 주는 방식에 대한 사시도이다.
도 8(d)는 유연한 마이크로나 나노 사이즈 팁의 피펫이 각 람셀로 이동하면서 분석용 샘플을 람셀영역에 위치시켜 주는 방식에 대한 사시도이다.
도 8(e)는 마이크로나 나노 사이즈 필터 모듈을 통해 분석용 샘플을 정제하고, 반자성, 상자성, 강자성의 물질을 포함하거나 자기장을 생성하는 부품이나 영역이 람셀이나 근처에 존재하여 자성을 띤 입자를 모을 수 있는 방식에 대한 사시도이다. 각종 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띤 물질이 람셀에 모이면, 람셀에 모이지 않은 자성을 띠지 않은 물질들을 세척액으로 제거 할 수 있다.
도 8(f)는 샘플 투입관을 통해 분석용 샘플을 람셀 기판에 올려 놓고 로테이터를 통해 샘플을 람셀 기판 전 영역에 분산시키고 반자성, 상자성, 강자성의 물질을 포함하거나 자기장을 생성하는 부품이나 영역이 람셀이나 근처에 존재하여 자성을 띤 입자를 모을 수 있는 방식에 대한 사시도이다.
도 9는 각 람셀 밑에 위치한 SPR용 프리즘이나 각종 분광기를 포함한 모듈과 SPR용 광원에서 나온 빛을 받아 반사시킨 빛(270)을 프리즘이나 분광기에서 나온 광선 수신기를 포함한 모듈(290)에 보내는 사시도이다.
도 10은 람셀 기판 밑에서 바라보았을 때, SPR용 프리즘이나 각종 분광기를 포함한 모듈, SPR용 광원, 그리고 프리즘이나 분광기에서 나온 광선 수신기를 포함한 모듈들의 배열과 작동원리를 나타낸 사시도이다.
도 11 (a)는 프리즘이나 분광기에서 나온 광선 수신기와 SPR용 광원을 포함한 모듈과 SPR용 프리즘이나 각종 분광기를 포함한 모듈의 구성요소와 작동원리를 나타낸 사시도이다. (b)는 프리즘이나 분광기에서 나온 광선 수신기 모듈, SPR용 광원을 포함한 모듈과 SPR용 프리즘이나 각종 분광기를 포함한 모듈의 구성요소와 작동원리를 나타낸 사시도이다. (c)는 프리즘이나 분광기에서 나온 광선 수신기, SPR용 광원, SPR용 프리즘이나 각종 분광기를 모두 포함한 모듈 구성요소와 작동원리를 나타낸 사시도이다.
도 12는 람셀을 통해 각 람셀에 분배 되기전의 분석용 샘플의 수 많은 분자에 의한 생성 될 수 있는 복잡한 라만신호를 분리해낸 효과를 나타낸 것이다. 비록 이 그림은 라만신호를 예로 들었으나, SPR 신호나 라만영상 또는 이미지 또한 각 람셀을 통해 분리될 수 있는 효과가 있다.
도 13은 도 1의 과정을 거쳐서 검증된 타겟 신호가 있다고 판단되는 람셀에서 샘플을 추출하여 람셀기판의 모든 람셀에 다시 넣을 수 있는 양의 용액과 섞는 과정을 포함해, 도 1의 과정을 거치는 과정을 보여주는 사시도이다. 이러한 과정은 사용자가 원하는 라만스펙트럼의 분리까지 만족할 수 있도록 반복될 수 있다.
도 14은 각 람셀에서 추출된 스펙트럼을 참조용 물질의 스펙트럼과 비교하여 매칭하는 과정에 대한 사시도이다. 그림의 스펙트럼은 라만 스펙트럼을 예시로 하였으나, SPR 신호 등 각 종 신호가 적용될 수 있다.
도 15는 제1항 내지 제24항에 있어서, 각 항에 속하는 청구범위의 기술을 부분적으로 또는 통합적으로 사용하여 만들어진 분석 플랫폼 기기나 부품.
도 17은 람셀이 미량의 물질에 대한 라만 신호를 추출하는 방법에 대한 사시도이다.
도 18은 날숨을 통해 체내 호흡기 질환이나 감염의 요인이 되는 인자를 물이나 기타 용액에 농축시켜주는 모듈에 대한 사시도이다.
도 19는 람셀 내 빔의 이동경로 패턴을 나타낸 사시도이다.
도 20는 RamCell Processing Unit (일명, RPU)에 대한 구성 요소와 작동원리에 대한 사시도이다.
도 21은 본 특허의 제1항 내지 제24항에 있어서, 각 순수 물질과 혼합 물질에 대한 빅데이터 추출, 람셀과 람셀 기판의 디자인 최적화, 모델 테스트, 샘플 물질 분석 및 진단, 광학 신호 빅데이터 라이브러리와 모델 업데이트에 대한 순서도와 본 특허의 물질 분석 플랫폼의 빅데이터 추출, 패턴인식, 저장, 공유 모듈과 운영 방식을 나타낸 시사도이다.
도 22는 본 특허의 제20항과 제26항에 있어서, RPU가 광학필터를 이용하여 광학신호 추출하는 모듈의 구성과 방식에 대한 사시도이다.
도 23는 RPU를 포함한 기판(880)의 이동과 기판 내 RPU 이동을 해주는 모듈과 방법에 대한 사시도이다.
도 24는 RPU의 구성요소를 나타낸 사시도이다.
도 25는 각 람셀에서 나온 광학신호를 동시에 추출하거나 시간별로 추출하게 하는 분광기 시스템 중 하나의 회절발로 구성된 시스템을 나타낸 사시도이다.
도 26은 본 특허의 광학 신호 추출 모듈과 물질 분배 모듈, 그리고 람셀 기판 또는 SERS 기판을 사용하여 만들수 있는 휴대용 물질 분석 플랫폼 기기의 구성과 운영 방법에 관한 사시도이다.
도 27 (a)는 분석 샘플의 특정 물질들을 모을 수 있는 특정 구조체에 대한 사시도이다. 분석 샘플 내 물질과 결합하는 물질과 이들이 표면에 도포된 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠거나 그러지 아니한 구조체에 대한 사시도이다. 사시도에 있는 모양은 결합 물질과 구조체에 따라 매우 다양할 수 있다. (b)는 분석 샘플 내 타겟 물질, 이들과 결합하는 물질, 타겟 물질의 광학 신호를 증강 시키는 형광이나 라만 신호 신호 증강 물질을 포함한 물질 간의 결합을 나타내는 사시도이다. (c)는 분석 샘플 내 타겟 물질, 타겟 물질의 광학 신호를 증강 시키는 형광이나 라만 신호 신호 증강 물질을 포함한 물질, 타겟 물질과 결합하는 물질이 표면에 도포된 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠거나 그러지 아니한 구조체 간의 결합을 나타내는 사시도이다.
도 28은 제5항의 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠는 구조체와 믹서기, 제8항과 26항의 광학 신호 추출 모듈, 제13항의 전자기 생성 모듈을 통해 미량의 타겟물질을 검출하는 과정에 대한 사시도이다. 도식도의 각 물질의 모양과 개수는 다양하다.
도 28(a)는 분석 샘플 내 물질과 결합하는 물질과 이들이 표면에 도포된 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠는 구조체와 이러한 구조체가 검출하고자 하는 핵산, 단백질 등의 종류를 포함하는 물질 검출하고자 하는 타겟 물질과 이러한 타겟 물질의 광학 신호를 증강 시키는 형광이나 라만 신호 신호 증강 물질을 포함한 물질(1080)과 결합한 물질에 대한 사시도이다.
도 28(b)는 분석 샘플 내 형광물질, 라만 신호 증강 물질 등과 같은 광학 신호 증강 물질과 이들과 결합하거나 결합하지 아니한 DNA/RNA 등의 핵산, 항체, 항원 등의 특정 물질과 이들과 결합하는 물질이 표면에 도포된 각종 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠는 구조체의 혼합물이 물질 반응기 또는 믹서기를 통해 분석 샘플 내 형광물질, 라만 신호 증강 물질 등과 같은 광학 신호 증강 물질과 이들과 결합한 DNA/RNA 등의 핵산, 항체, 항원 등의 특정 물질과 결합한 각종 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠는 구조체를 포함한 혼합물의 형성 과정에 대한 사시도이다.
도 28(c)는 28(b) 형광물질, 라만 신호 증강 물질 등과 같은 광학 신호 증강 물질과 결합한 DNA/RNA 등의 핵산, 항체, 항원 등의 특정 물질과 결합한 각종 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠는 구조체를 포함한 혼합물이 도8((f)의 모듈에 투입되는 과정에 대한 사시도이다.
도 28(d)는 도 28(c)의 도8(f)의 모듈 내의 혼합물이 로테이터(690)를 통해 람셀기판에 고루 분포되도록 하는 과정에 대한 사시도이다.
도 28(e)는 자성을 지닌 물질이 람셀 근처에 존재하거나 전자기장을 람셀에 생성시켜 자성을 지닌 물질을 람셀에 위치시키는 과정에 대한 사시도이다.
도 28(f)는 세척액(1110)을 통해 자성을 통해 람셀에 위치한 물질 외의 물질을 제거하는 과정에 대한 사시도이다.
1 is a flowchart showing the operation method of the integrated Raman signal analysis platform of the present invention.
2 is about the configuration of a substrate including a Ramcell. It is a perspective view showing the size, design, arrangement, and nanoparticles of Ramcell.
FIG. 3 shows that Ramcell and nanoparticles can be formed in various shapes including embossing or engraving by semiconductor methods or other microprocesses including 3D printers and moldings.
4 is a perspective view showing the configuration and arrangement of one type of module for simultaneously extracting Raman signals from multiple Ramcells.
5 is a perspective view showing the arrangement and operating principle of a module including an optical lens and a spectrometer.
6(a) to 6(c) are perspective views showing the components and operating principle of a module including an optical lens and a spectrometer. 6D is a perspective view showing the components and operating principle of a module including an optical lens and a spectrometer.
6(e) to 6(g) are perspective views showing the components and operating principle of the module including the TERS, the optical lens, and the spectrometer.
6(h) is a perspective view showing the components and operating principle of the module including the Ramcell including the TERS module and the optical lens and spectrometer.
6(i) to 6k are perspective views illustrating the components and operating principle of a module including an optical lens and a spectrometer in the case of a space containing an analyte in the photodetector.
7(a) is a perspective view of simultaneously extracting Raman signals from all Ramcells on a Ramcell substrate in which the size or method of the Raman spectrometer, TERS module, or laser module is, and 7(b) is the size of the Raman spectrometer, TERS module, or laser module. It is a perspective view of a method for extracting Raman signals by moving each module or Ramsel substrate when the method B fails to extract Raman signals from all Ramcells of the Ramsel substrate at the same time.
8( a ) is a perspective view illustrating a method of purifying a sample for analysis through a micro or nano size filter module and distributing a sample for analysis to each Ramcell through a micro or nano size nozzle.
8 (b) is a perspective view of a method of purifying a sample for analysis through a micro or nano size filter module and distributing the sample for analysis to Ramcell through a micro-fluidic system.
FIG. 8(c) is a perspective view illustrating a method in which a micro- or nano-sized tip pipette is positioned above each Ramcell, and a sample for analysis is positioned in a Ramcell region with a micro- or nano-size controller.
8( d ) is a perspective view illustrating a method in which a flexible micro- or nano-sized tip pipette moves to each Ramcell and places a sample for analysis in the Ramcell region.
FIG. 8(e) shows that a sample for analysis is purified through a micro or nano size filter module, and magnetic particles are detected because parts or regions containing diamagnetic, paramagnetic, or ferromagnetic materials or generating a magnetic field exist in or near Ramcell. It is a perspective view of how it can be collected. When various diamagnetic, paramagnetic and ferromagnetic substances are gathered in Ramcell, non-magnetic substances that are not gathered in Ramcell can be removed with a cleaning solution.
8(f) shows that the sample for analysis is placed on the Ramcell substrate through the sample inlet tube, the sample is dispersed over the entire area of the Ramcell substrate through the rotator, and parts or regions containing diamagnetic, paramagnetic, ferromagnetic materials or generating a magnetic field It is a perspective view of a method that can collect magnetic particles that exist in or near Ramsel.
9 is a perspective view of sending a module including a prism or various spectrometers for SPR located under each Ramcell and a module 290 including a light receiver from a prism or a spectrometer to receive and reflect light 270 from a light source for SPR.
10 is a perspective view showing the arrangement and operating principle of modules including a module including a prism or various spectrometers for SPR, a light source for SPR, and a light receiver from a prism or a spectrometer when viewed from under a Ramsel substrate.
11 (a) is a perspective view showing the components and operating principle of a module including a light receiver and a light source for SPR from a prism or a spectrometer, and a module including a prism or various spectrometers for SPR. (b) is a perspective view showing the components and operating principle of a module including a light receiver module from a prism or spectrometer, a module including a light source for SPR, and a module including a prism or various spectrometers for SPR. (c) is a perspective view showing the module components and operation principle including the light receiver from the prism or spectrometer, the light source for SPR, and the prism or various spectrometers for SPR.
12 shows the effect of isolating a complex Raman signal that may be generated by a large number of molecules in a sample for analysis before being distributed to each Ramcell through the Ramcell. Although this figure uses a Raman signal as an example, there is an effect that the SPR signal, Raman image, or image can also be separated through each Ramcell.
13 is a process through the process of FIG. 1 , including a process of extracting a sample from a Ramcell determined to have a verified target signal through the process of FIG. 1 and mixing it with a solution in an amount that can be put back into all Ramcells on a Ramsel substrate is a perspective view showing This process may be repeated to satisfy the user's desired separation of the Raman spectrum.
14 is a perspective view illustrating a process of comparing and matching a spectrum extracted from each Ramcell with a spectrum of a reference material. The spectrum in the figure is a Raman spectrum as an example, but various signals such as an SPR signal can be applied.
15 is an analysis platform device or component according to any one of claims 1 to 24 made using, in part or integrally, the technology of the claims within each claim.
17 is a perspective view illustrating a method for Ramsell to extract a Raman signal for a trace material.
18 is a perspective view of a module for concentrating factors that cause internal respiratory diseases or infections in water or other solutions through exhalation.
19 is a perspective view illustrating a movement path pattern of a beam in a Ramsell.
20 is a perspective view of components and an operating principle of a RamCell Processing Unit (aka, RPU).
21 is a view showing big data extraction for each pure substance and mixed substance, design optimization of Ramcell and Ramcell substrate, model test, sample material analysis and diagnosis, optical signal big data library according to claims 1 to 24 of this patent It is a flow chart for model update and a suggested diagram showing the big data extraction, pattern recognition, storage, and sharing module and operation method of the material analysis platform of this patent.
22 is a perspective view of the configuration and method of the module according to claim 20 and 26 of the present patent, wherein the RPU extracts an optical signal using an optical filter.
23 is a perspective view of a module and method for moving the substrate 880 including the RPU and moving the RPU within the substrate.
24 is a perspective view showing the components of the RPU.
25 is a perspective view showing a system composed of one diffraction foot among the spectrometer systems for extracting optical signals from each Ramcell simultaneously or for each time.
26 is a perspective view of the configuration and operation method of a portable material analysis platform device that can be made using the optical signal extraction module and material distribution module of the present patent, and a Ramcell substrate or a SERS substrate.
27 (a) is a perspective view of a specific structure capable of collecting specific substances of an analyte sample. It is a perspective view of a substance that binds to a substance in an analysis sample and a structure with or without diamagnetic, paramagnetic, or ferromagnetic magnetism applied to the surface. The shape in the perspective view can vary widely depending on the bonding material and structure. (b) is a perspective view showing the binding between the target material in the analyte sample, a material binding to them, and a material including a fluorescence or Raman signal enhancing material that enhances the optical signal of the target material. (c) indicates that the target material in the analysis sample, a material containing a fluorescent or Raman signal enhancing material that enhances the optical signal of the target material, or a material binding to the target material has diamagnetic, paramagnetic, or ferromagnetic magnetism applied to the surface It is a perspective view showing the coupling between the structures that have not been done.
28 is a perspective view of a process of detecting a trace amount of a target material through the diamagnetic, paramagnetic, and ferromagnetic magnetic structure and mixer of claim 5, the optical signal extraction module of claims 8 and 26, and the electromagnetic generation module of claim 13 to be. The shape and number of each substance in the schematic varies.
Figure 28 (a) shows a substance that binds to a substance in an analysis sample, a structure having diamagnetic, paramagnetic, and ferromagnetic magnetism applied to the surface thereof, and a substance including the type of nucleic acid, protein, etc. to be detected by the structure. It is a perspective view of a material combined with a material 1080 including a fluorescence or Raman signal enhancing material that enhances the optical signal of the target material and the target material.
Figure 28 (b) shows an optical signal enhancing material such as a fluorescent material and a Raman signal enhancing material in the analysis sample, and a specific material such as a nucleic acid such as DNA/RNA that binds or does not bind to them, an antibody, and an antigen, and a material that binds them A mixture of various diamagnetic, paramagnetic, and ferromagnetic magnetic structures applied to the surface is mixed with optical signal enhancing materials such as fluorescent materials and Raman signal enhancing materials in the analysis sample through a material reactor or mixer, and DNA/RNA combined with them It is a perspective view of the formation process of a mixture including various diamagnetic, paramagnetic, and ferromagnetic structures bound to specific substances such as nucleic acids, antibodies, and antigens.
28(c) shows various diamagnetic, paramagnetic, and ferromagnetic magnetisms combined with specific substances such as nucleic acids, antibodies, and antigens such as DNA/RNA combined with optical signal enhancing materials such as 28(b) fluorescent materials and Raman signal enhancing materials. The band is a perspective view of the process in which the mixture including the structure is put into the module of FIG. 8(f).
FIG. 28( d ) is a perspective view illustrating a process in which the mixture in the module of FIG. 8( f ) of FIG. 28( c ) is evenly distributed on the Ramsel substrate through the rotator 690 .
FIG. 28(e) is a perspective view illustrating a process in which a magnetic material is present near a Ramcell or an electromagnetic field is generated in the Ramcell to place the magnetic material in the Ramcell.
FIG. 28(f) is a perspective view illustrating a process of removing materials other than those located in the Ramsell through magnetism through the cleaning solution 1110. Referring to FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들에 대해서만 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경,균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Since the present invention may have various changes and may have various forms, only specific embodiments will be described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

도 1은, 본 발명의 라만 신호의 플랫폼의 작동 순서도이다. 1 is an operation flowchart of the Raman signal platform of the present invention.

도 1을 참조하면, 우선, 분석용 샘플을 획득을 하고 이를 정제할 수 있다. 정제하는 방법에는 물질간의 물리적 화학적 특성의 차이를 고려하여 매우 다양한 기법이 존재한다. 예를 들어, B형 간염 바이러스 감염의심자의 혈액 내의 관련 바이러스 존재여부와 농도를 측정하기 위하여 바이러스나 관련 물질 라만 신호을 추출하기 위해서, 우선 혈액을 체취 한 후에, 원심분리기로 플라즈마용액을 따로 분리해 낼 수 있다. 추가적으로 특정한 크기 이상의 물질을 제거하기 위한 필터 모듈을 도 8에서와 같이 사용할 수 있다. 예를 들어 추출한 플라즈마용액 내, 1 μm이상의 물질을 걸러내기 위해, 1μm 미만 사이즈 구멍으로 이루어진 필터모듈을 사용할 수 있다. 라만 신호을 추출 대상 샘플의 획득 및 정제 용 모듈은 본 발명의 플랫폼의 일부이다. Referring to FIG. 1 , first, a sample for analysis may be obtained and purified. There are very various techniques for the purification method in consideration of the difference in physical and chemical properties between substances. For example, to extract the Raman signal of a virus or a related substance to measure the presence and concentration of a related virus in the blood of a person suspected of having hepatitis B virus infection, first collect the blood, and then separate the plasma solution with a centrifuge. can Additionally, a filter module for removing substances having a specific size or larger may be used as shown in FIG. 8 . For example, in order to filter out substances larger than 1 μm in the extracted plasma solution, a filter module with pores of less than 1 μm in size may be used. A module for extracting the Raman signal, acquiring and purifying the target sample is part of the platform of the present invention.

분석용 샘플 가공은 본 발명의 람셀에 올바르게 분배하기 위한 과정이다. 분석용 샘플의 화학적 특성을 변화시켜 분배의 효율성을 높일 수 있다. 예를 들어 점성이 높은 분석용 샘플인 경우, 점성을 낮추는 용액 첨가 할 수 있고, 샘플내 물질 파괴를 초래하지 않는 수준으로 온도 상승을 통해 점성을 낮출 수 있다. 또한 반대로, 점성이 낮은 물질을 잉크젯 형식으로 분배 시킬 경우 점성과 람셀 표면 접착력을 증가 시킬 수 있다. 피 한방울을 물에 희석시킬 수 있다. 초기 암 바이오마커의 농도가 10-12M 인 경우, 바이오마커가 차지하는 부피는 약 1661μm3이다. 피 한방울의 부피는 약 20μL이므로, 한 방울에 바이오마커는 약 12x106개가 존재 할 수 있다. 때문에 물에 충분히 희석 시켜, 한개 이상의 람셀기판으로 충분히 암 바이오마커에 관한 광학 신호를 추출할 수 있다. Sample processing for analysis is a process for correctly dispensing the Ramsel of the present invention. The efficiency of distribution can be improved by changing the chemical properties of the sample for analysis. For example, in the case of a sample for analysis with high viscosity, a solution to lower the viscosity may be added, and the viscosity may be lowered by increasing the temperature to a level that does not cause destruction of the material in the sample. Also, conversely, when a low-viscosity material is dispensed in an inkjet format, the viscosity and adhesion to the Ramsel surface can be increased. A drop of blood can be diluted in water. When the concentration of the initial cancer biomarker is 10 -12 M, the volume occupied by the biomarker is about 1661 μm3. Since the volume of one drop of blood is about 20 μL, about 12x10 6 biomarkers can exist in one drop. Therefore, by sufficiently diluting in water, it is possible to sufficiently extract optical signals related to cancer biomarkers using one or more Ramsel substrates.

샘플 분배 과정은 샘플 분배를 위한 모듈에 의한 분배 과정이거나 단순히 인위적으로 분배되는 과정일 수 있다. 예를 들어, 도 8에서와 같이 노즐에 의한 분배, 또는 마이크로 플루이딕 시스템에 의한 분배되는 경우이거나, 용기에 담긴 샘플이 사용자의 손에 의해 뿌려져 분배된 경우 일 수 있다. The sample dispensing process may be a dispensing process by a module for sample dispensing or a simple artificial dispensing process. For example, as in FIG. 8 , it may be a case of dispensing by a nozzle or a microfluidic system, or a case in which a sample contained in a container is sprayed and dispensed by a user's hand.

스펙트럼 추출은 도 6과 도7에서와 같이 스펙트럼 추출을 위한 모듈과 동작이 수반되는 과정이다.Spectrum extraction is a process accompanied by a module and operation for spectrum extraction as shown in FIGS. 6 and 7 .

스펙트럼 분석은 스펙트럼을 통해 조성을 판단하는 시각적 분석, AI 기술이 포함되거나 포함되지 않는 프로그램을 통한 분석과정이다. Spectral analysis is a visual analysis that judges composition through a spectrum, an analysis process through a program with or without AI technology.

도 2는 람셀을 포함하는 기판의 구성에 대한 것이다. 람셀(10)의 크기, 디자인, 배열, 람셀 내의 나노입자를 나타낸 사시도이다.2 is about the configuration of a substrate including a Ramcell. It is a perspective view showing the size, design, arrangement, and nanoparticles in the Ramcell 10 .

본 발명의 람셀의 크기는 분석하고자 하는 샘플 내부의 물질의 크기를 고려해서 정해진다. 하지만 라만 신호을 추출하기 위해 최소 1 μm 이상이어야 한다. 때문에 람셀의 크기는 1 μm와 샘플 내부의 분석 타겟 물질의 크기 중 최대값이어야 한다. 예를 들어 혈액 내의 유해한 박테리아의 존재 여부를 판단하기 위해 람셀 내에 혈액의 샘플이 분배되어야 하는 경우, 람셀의 크기는 적어도 1 μm 이상이나, 박테이라의 크기보다 커야한다. 대부분의 박테리아는 0.2 μm에서 2 μm의 사이즈의 크기를 가지고 있으므로, 가능한 모든 혈중 박테리아의 검출을 위해서는 람셀의 크기는 적어도 2 μm 이상이어야 한다. 그리고 람셀의 최대사이즈는 한계가 없으나, 앞서 설명한 것처럼, 샘플의 온도 상승 및 효율적 샘플의 스펙트럼 추출을 고려하여 디자인 되어야 한다.The size of the Ramcell of the present invention is determined in consideration of the size of the material inside the sample to be analyzed. However, it must be at least 1 μm to extract the Raman signal. Therefore, the size of Ramcell should be the maximum value between 1 μm and the size of the analyte material inside the sample. For example, when a sample of blood is to be distributed in a ramcell to determine the presence of harmful bacteria in the blood, the size of the ramcell must be at least 1 μm, but larger than the size of the bacterium. Since most bacteria have a size of 0.2 μm to 2 μm, the size of Ramcell must be at least 2 μm for the detection of all possible blood bacteria. And, there is no limit to the maximum size of the Ramcell, but as described above, it should be designed in consideration of the temperature rise of the sample and efficient sample spectral extraction.

초기 박테리아 감염인 경우, 박테리아의 혈중 농도는 1CFU/mL로 매우 낮을 수 있다. 박테리아가 적어도 하나의 람셀에 들어가 있으려면, 희석시키지 않은 샘플 혈액이 모든 람셀 내로 배분된다고 가정하면, 람셀 당 0.0001 mL인 경우, 10000개 이상의 람셀이 필요할 것이다. 하지만, 희석시키지 않은 혈액 샘플은 강한 형광을 일으켜, 라만 스펙트럼 추출에 방해가 된다. 때문에, 희석을 시키커나, 파장이 긴 라만분광기가 필요할 수 있다. 때문에, 희석을 시킬 경우, 한 람셀 기판 당 10000개의 람셀이 있다면, 한개 이상의 람셀 기판이 필요할 것이다.In the case of an early bacterial infection, the blood level of the bacteria can be as low as 1 CFU/mL. For bacteria to enter at least one Ramcell, more than 10000 Ramcells would be required for 0.0001 mL per Ramcell, assuming that the undiluted sample blood is distributed into all Ramcells. However, undiluted blood samples produce strong fluorescence, which interferes with Raman spectral extraction. Therefore, dilution may be required or a Raman spectrometer with a long wavelength may be required. Therefore, in case of dilution, if there are 10000 Ramcell substrates per one Ramcell substrate, more than one Ramcell substrate will be required.

도 2의 람셀을 포함한 기판의 모양은 사각형 (도 2a) 및 원형 (도 2b) 등, 사용자가 원하는 플랫폼의 형태에 따라 달라질 수 있다. 또한 람셀의 모양 또한 람셀에 분배되는 샘플의 특성 및 효율적인 라만 신호 추출을 위해 다양해 질 수 있다. 도 2의 기판에는 위치를 파악과 조정을 위한 위치 마커(400)이 위치하여 있다. 이 위치 마커는 기판의 정확한 위치 파악을 위해 각 종 센서에 의해 이용될 수 있고, 센서의 종류와 민감도 및 각 종 목적에 의해 디자인 되고 위치 될 수 있다. 기판의 크기가 커지면, 각 기판의 부분이 다른 영역에 비교하여 높이가 달라 질 수 있다. 때문에 기판 내부에 기판의 높이를 측정할 수 있는 위치 마커가 위치할 수 있다. The shape of the substrate including the Ramcell of FIG. 2 may vary depending on the shape of the platform desired by the user, such as a square ( FIG. 2A ) and a circular shape ( FIG. 2B ). In addition, the shape of the Ramcell can also be varied for the characteristics of the sample distributed to the Ramcell and for efficient Raman signal extraction. A position marker 400 for locating and adjusting a position is positioned on the substrate of FIG. 2 . This position marker can be used by various types of sensors to accurately locate the substrate, and can be designed and positioned according to the type and sensitivity of the sensor and various purposes. As the size of the substrate increases, the height of each portion of the substrate may be different compared to other regions. Therefore, a position marker capable of measuring the height of the substrate may be positioned inside the substrate.

도 3은 람셀(10) 내의 나노입자(20)의 다양한 노광, 증착, 식각방식을 통한 구성을 나타낸 사시도이다. 3 is a perspective view showing the configuration of the nanoparticles 20 in the Ramcell 10 through various exposure, deposition, and etching methods.

도 3은 람셀(10)과 나노입자(20)가 반도체 공법이나 그 외 3D 프린터, 몰딩등을 포함한 미세 공정에 의해 양각이나 음각을 포함한 다양한 형태로 구성될 수 있음을 보여준다. 3 shows that the Ramcell 10 and the nanoparticles 20 can be configured in various shapes including embossing or engraving by a semiconductor method or other microprocesses including 3D printers and moldings.

본 발명의 람셀의 구조와 나노입자는 레이저의 편광방향과 입사각을 고려하여 디자인 될 수 있다. 예를 들어, 레이저의 입사각을 고려하여 레이저가 람셀 내부의 물질에 투과하도록 람셀이 디자인 되어야 한다. 람셀 내부의 라만 신호 강도를 증폭시키기 위한 재질과 나노패턴은 매우 다양하다. 서로 가장 가까이 위치하는 람셀간의 중간 영역(410)과 람셀(10)의 테두리가 일치할 수 있다. 이는 람셀기판의 서로 가장 가까이 위치하는 람셀이 서로 접해서 람셀기판에 람셀만 존재할 수 있다. 람셀의 표면(420)은 다양한 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 친수성, 소수성의 물질로 도포될 수 있다. 그리고, 항체, 항원, 압토머와 같은 물질로도 도포 될 수 있다. 항체와 항원 또는 압토머의 결합에 의해 생성된 라만 신호나 SPR 신호는 채액내 병원균이나 항체의 형성 유무 판단, 그리고 효과적인 약물 추출에 중요한 단서를 줄 수 있다. 도 3에 나타난 람셀, 내부 나노입자의 사이즈, 모양, 개수, 배열 등과 표면처리용 물질등은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.The structure and nanoparticles of the Ramcell of the present invention can be designed in consideration of the polarization direction and the incident angle of the laser. For example, considering the incident angle of the laser, the Ramcell should be designed so that the laser penetrates the material inside the Ramcell. Materials and nanopatterns to amplify the Raman signal strength inside the Ramcell are very diverse. The middle region 410 between the Ramcells located closest to each other and the edge of the Ramcell 10 may coincide. In this case, Ramcells located closest to each other of the Ramsel substrate may be in contact with each other, so that only the Ramcell may exist in the Ramsel substrate. The surface 420 of the Ramcell may be made of various materials. For example, it may be coated with a hydrophilic, hydrophobic material. In addition, it may be applied with materials such as antibodies, antigens, and aptomers. The Raman signal or SPR signal generated by the binding of an antibody to an antigen or aptomer can give important clues to determining whether pathogens or antibodies are formed in bodily fluids, and effective drug extraction. Ramsel, the size, shape, number, arrangement, etc. of the internal nanoparticles shown in FIG. 3, and the like, a material for surface treatment, etc. can be formed in various forms by those of ordinary skill in the art without departing from the technical spirit of the present invention. Substitutions, modifications, and alterations may be made and are also within the scope of the present invention.

도 3(a)는 람셀의 모양이 다양하게 디자인 될 수 있음을 나타낸 시사도이다. 효율적인 광학 신호 추출에 맞게 디자인 되어야 한다.Figure 3 (a) is a schematic view showing that the shape of the ram cell can be designed in various ways. It should be designed for efficient optical signal extraction.

도 3(b)는 람셀 내 나노입자가 다양하게 디자인 될 수 있음을 나타낸 시사도이다. 효율적인 광학 신호 증강에 맞게 디자인 되어야 한다.3(b) is a schematic diagram showing that nanoparticles in Ramcell can be designed in various ways. It should be designed for efficient optical signal augmentation.

도 4는 여러개의 람셀에서 동시에 라만 신호 추출을 하는 모듈 한 종류의 구성과 배열을 나타낸 사시도이다. 4 is a perspective view showing the configuration and arrangement of one type of module for simultaneously extracting Raman signals from multiple Ramcells.

도 4(a)는 모노크로메이터 형태의 광학계이다. 각 람셀 위에 위치한 렌즈(80), 격자(90)와 CCD/CMOS(100)를 포함한 모듈(70)이 레이저 기기(50)에서 나온 레이저 (60)를 받아서, 각 람셀 내 분석물질의 라만 신호을 추출하는 것을 나타낸 사시도이다. 도 4에선 3개의 라만분광기를 포함한 모듈(70)이 있지만, 한 면의 모든 람셀의 수만큼의 모듈이 나란히 배열되어, 한번에 동시에 한명의 모든 람셀의 라만 신호을 추출할 수 있다. 만약 모듈의 크기가 람셀보다 큰 경우에는 한 모듈이 여러 람셀의 라만 신호을 추출 할 수도 있고 모듈이나 람셀을 포함한 기판이 이동하여, 라만 신호을 추출할 수 있다. Czerny Turner 모노크로메이터 형태 외 다양한 모노크로메이터 형태가 가능하다. 라만 이미징을 위해 라만분광기를 포함한 모듈(70)는 CMOS 카메라를 포함한 각 종 영상기를 포함할 수 있다.Figure 4 (a) is a monochromator type optical system. A module 70 including a lens 80 , a grating 90 , and a CCD/CMOS 100 positioned on each Ramcell receives the laser 60 emitted from the laser device 50 , and extracts the Raman signal of the analyte in each Ramcell. It is a perspective view showing what In FIG. 4 , there is a module 70 including three Raman spectrometers, but as many modules as the number of all Ramcells on one side are arranged side by side, it is possible to extract Raman signals of all one Ramcell at the same time. If the size of the module is larger than that of the Ramcell, one module may extract Raman signals of several Ramcells, or the module or the substrate including the Ramcell may move to extract Raman signals. In addition to the Czerny Turner monochromator type, various types of monochromator are possible. For Raman imaging, the module 70 including a Raman spectrometer may include various types of imagers including a CMOS camera.

도 4(b)는 간섭계를 기반으로 한 광학계이다. 분석 샘플에서 scattering 되어나온빛이 빔 분리기(750)을 거쳐 분리되어 각각 고정거울(710)과 이동거울(720)에 반사된 후, 다시 합쳐서 간섭된 빔의 강도를 이용하여 FT 감지기를 통해 스펙트럼 계산이 된다.4(b) is an optical system based on an interferometer. The light scattered from the analysis sample is separated through the beam splitter 750 and reflected on the fixed mirror 710 and the moving mirror 720, respectively, and then combined again to calculate the spectrum through the FT detector using the intensity of the interfered beam becomes this

도 4(c)는 투과 회절발을 사용한 광학계이다. 투과 회절발의 형태는 Volume Phase Holography Diffraction Grating (일명, VPH 회절발) 또는 Digital Planar Holography Diffraction Grating (일명, DPH 회절발) 등과 같이 다양할 수 있다.Fig. 4(c) is an optical system using a transmission diffraction foot. The shape of the transmission diffraction grating may be various, such as Volume Phase Holography Diffraction Grating (aka, VPH diffraction grating) or Digital Planar Holography Diffraction Grating (aka, DPH diffraction grating).

도 5는 레이저 모듈과, 레이저 반사기, 광학렌즈와 분광기을 포함한 모듈의 배열과 작동원리를 나타낸 사시도이다.5 is a perspective view showing the arrangement and operating principle of a module including a laser module, a laser reflector, an optical lens, and a spectrometer.

도 5는 도 4의 모습을 위에서 아래로 본 모습과 각 람셀 위의 레이저 반사기를 통해 모듈에 레이저를 전달하는 모습을 포함한다. 도 5에서 5개의 반사기와 각 반사기에 상응하는 5개의 라만분광기와 같은 라만 신호 추출 기기를 포함한 모듈(70)이 있지만, 한 면의 모든 람셀의 수만큼의 반사기가 나란히 배열되어, 한번에 동시에 한명의 모든 람셀의 라만 신호을 추출할 수 있다. 만약 반사기의 크기가 람셀보다 큰 경우에는 한 반사기가 여러 람셀의 라만 신호을 동시에 추출 할 수도 있고, 반사기와 라만분광기를 포함한 모듈이나 람셀을 포함한 기판이 이동하여, 라만 신호을 추출할 수 있다. 반사기와 라만 신호 추출 모듈의 수와 위치는 매우 다양할 수 있기에, 도 5에 나타난 모듈의 사이즈, 모양, 갯수, 배열 등은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.FIG. 5 includes a top-down view of the state of FIG. 4 and a state in which a laser is delivered to a module through a laser reflector on each Ramsel. In Fig. 5, there is a module 70 comprising a Raman signal extraction device such as 5 reflectors and 5 Raman spectrometers corresponding to each reflector, but the number of reflectors as many as all the Ramsels on one side is arranged side by side, so that all one at a time at a time It is possible to extract the Raman signal of Ramsel. If the size of the reflector is larger than that of the Ramcell, one reflector may simultaneously extract the Raman signals of several Ramcells, or the module including the reflector and the Raman spectrometer or the substrate including the Ramcell may move to extract the Raman signals. Since the number and position of the reflector and the Raman signal extraction module can be very diverse, the size, shape, number, arrangement, etc. of the modules shown in FIG. 5 are common knowledge in the art without departing from the technical spirit of the present invention. Substitution, modification and change of various forms will be possible by those having, this also falls within the scope of the present invention.

도 6(a) 내지 6(c)는 광학렌즈와 분광기를 포함한 모듈의 구성요소와 작동원리를 나타낸 사시도이다. 이 모듈은 RPU의 일부를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다.6(a) to 6(c) are perspective views showing the components and operating principle of a module including an optical lens and a spectrometer. This module may contain a part of the RPU, or may be replaced by an RPU.

도 6(a)에 따르면, 람셀 밑에 레이저나 그 외 각 종의 빛이 통과하는 기판이나 물질이 위치하고, 그 밑에 레이저 다이오드나 마이크로 LED를 포함한 모듈이 위치한다. 람셀 위에 광학 렌즈와 분광기 (격자 및 CCD 수신기) 를 포함한 모듈이 위치한다. 람셀과 렌즈가 접할 수 있다. 이 모듈은 RPU의 일부를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다.According to FIG. 6( a ), a substrate or material through which a laser or other types of light passes is positioned under the Ramcell, and a module including a laser diode or a micro LED is positioned under it. Above the Ramsel is placed the module containing the optical lens and the spectrometer (the grating and the CCD receiver). Ramsell and lenses can come into contact. This module may contain a part of the RPU, or may be replaced by an RPU.

도 6(b)에 의하면, 람셀 밑에 레이저 다이오드나 마이크로 LED를 포함한 모듈이 위치한다. 람셀 위에 광학 렌즈와 분광기 (격자 및 CCD 수신기) 를 포함한 모듈이 위치한다. 이 모듈은 RPU의 일부를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다. 도 6(c)에 의하면, 람셀 밑에 레이저 다이오드나 마이크로 LED를 포함한 모듈이 위치한다. 람셀 위에 광학 렌즈와 분광기 (격자 및 CCD 수신기) 를 포함한 모듈과 SERS용 레이저 및 각종 광원 기기가 위치한다. 람셀과 렌즈가 접할 수 있다.According to FIG. 6(b), a module including a laser diode or a micro LED is positioned under the Ramcell. Above the Ramsel is placed the module containing the optical lens and the spectrometer (the grating and the CCD receiver). This module may contain a part of the RPU, or may be replaced by an RPU. According to FIG. 6( c ), a module including a laser diode or a micro LED is positioned under the Ramcell. Modules including optical lenses and spectrometers (lattice and CCD receiver), lasers for SERS, and various light sources are located on Ramsell. Ramsell and lenses can come into contact.

도 6(d)는 광학렌즈와 분광기를 포함한 모듈의 구성요소와 작동원리를 나타낸 사시도이다. 이 모듈은 RPU의 일부를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다. CCD를 포함한 분광기는 FT 라만 디텍터와 관련 모듈로 대체될 수 있다. 레이저와 기판 사이에 빛이 통과하는 물질이 존재할 수 있다.Figure 6 (d) is a perspective view showing the components and operating principle of the module including the optical lens and the spectrometer. This module may contain a part of the RPU, or may be replaced by an RPU. The spectrometer including the CCD can be replaced with an FT Raman detector and related modules. There may be a material through which light passes between the laser and the substrate.

도 6(e) 내지 6(g)는 TERS, 광학렌즈, 분광기를 포함한 모듈의 구성요소과 작동원리를 나타낸 사시도이다. 람셀과 렌즈가 접할 수 있다. 이 모듈은 RPU의 일부를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다.6(e) to 6(g) are perspective views showing the components and operating principle of the module including the TERS, the optical lens, and the spectrometer. Ramsell and lenses can come into contact. This module may contain a part of the RPU, or may be replaced by an RPU.

도 6(e)에 의하면, 람셀 위에 TERS 신호 수신 시스템을 포함한 TERS 모듈(350)이 위치한다. 람셀과 렌즈가 접할 수 있다. 이 모듈은 RPU의 일부를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다.According to FIG. 6(e), the TERS module 350 including the TERS signal receiving system is located on the Ramsel. Ramsell and lenses can come into contact. This module may contain a part of the RPU, or may be replaced by an RPU.

도 6(f)에 의하면, 람셀 위에 광학 렌즈와 분광기 (격자 및 CCD 수신기)과 레이저 다이오드나 마이크로 LED를 포함한 모듈(340)과 TERS 신호 수신 시스템이 부재한 TERS 모듈(150)이 위치한다. 람셀과 렌즈가 접할 수 있다. 이 모듈은 RPU의 일부를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다.According to FIG. 6(f), a module 340 including an optical lens, a spectrometer (a grating and a CCD receiver), a laser diode or a micro LED, and a TERS module 150 without a TERS signal receiving system are located on the Ramcell. Ramsell and lenses can come into contact. This module may contain a part of the RPU, or may be replaced by an RPU.

도 6(g)에 의하면, 람셀 위에 광학 렌즈와 분광기 (격자 및 CCD 수신기) 를 포함한 모듈, 팁 강화 라만 분광 (Tip Enhanced Raman Spectroscopy, 일명 TERS) 모듈들이 위치한다. 람셀과 렌즈가 접할 수 있다. 이 모듈은 RPU의 일부를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다. 람셀 밑에 레이저 다이오드나 마이크로 LED를 포함한 모듈이 위치한다.According to FIG. 6( g ), a module including an optical lens and a spectrometer (a grating and a CCD receiver), and a Tip Enhanced Raman Spectroscopy (TERS) module are positioned on the Ramsel. Ramsell and lenses can come into contact. This module may contain a part of the RPU, or may be replaced by an RPU. A module containing a laser diode or micro LED is located under the Ramsel.

도 6(h)는 TERS 모듈이 포함된 람셀과 광학렌즈와 분광기를 포함한 모듈의 구성요소와 작동원리를 나타낸 사시도이다. 람셀 위에 광학 렌즈와 분광기 (격자 및 CCD 수신기)과 레이저 다이오드나 마이크로 LED를 포함한 모듈(340)이 위치한다. 람셀과 렌즈가 접할 수 있다. 이 모듈은 RPU의 일부를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다.6(h) is a perspective view showing the components and operating principle of the module including the Ramcell including the TERS module and the optical lens and spectrometer. A module 340 including an optical lens, a spectrometer (a grating and a CCD receiver) and a laser diode or micro LED is positioned on the Ramsel. Ramsell and lenses can come into contact. This module may contain a part of the RPU, or may be replaced by an RPU.

도 6(i)는 광검출기(70)에 분석물질을 담는 공간이 있고, 상단에 광학신호 증폭 기판이 있다. 때문에 광검출기가 람셀의 역할을 한다. 기판 상단에 레이저가 통과하는 렌즈가 있고, 렌즈 상단에 발광기(140)이 존재한다. In FIG. 6(i), the photodetector 70 has a space for storing the analyte, and there is an optical signal amplifying substrate at the top. Therefore, the photodetector acts as a Ramsel. There is a lens through which the laser passes on the upper part of the substrate, and the light emitter 140 is present on the upper part of the lens.

도 6(j)는 광검출기(70)에 분석물질을 담는 공간이 있고, 상단에 광학신호 증폭 기판이 있다. 때문에 광검출기가 람셀의 역할을 한다. 기판 상단에 발광기(140)이 존재한다. In FIG. 6( j ), the photodetector 70 has a space for storing the analyte, and there is an optical signal amplifying substrate at the top. Therefore, the photodetector acts as a Ramsel. A light emitter 140 is provided on the top of the substrate.

도 6(k)는 광검출기(70)에 분석물질을 담는 공간이 있고, 상단에 광학신호 증폭 기판이 있다. 때문에 광검출기가 람셀의 역할을 한다. In FIG. 6(k) , the photodetector 70 has a space for storing the analyte, and there is an optical signal amplifying substrate at the top. Therefore, the photodetector acts as a Ramsel.

도 7(a)는 라만분광기나 TERS 모듈, 그리고 레이저 모듈의 사이즈나 방식이 람셀기판의 모든 람셀에서 라만 신호을 동시에 추출하는 사시도이고, 7(b)는 라만분광기나 TERS 모듈 또는 레이저 모듈의 사이즈나 방식의 한계로 람셀기판의 모든 람셀에서 라만 신호을 동시에 추출하지 못하는 경우, 각 모듈이나 람셀 기판이 이동하여 라만 신호을 추출하는 방식에 대한 사시도이다. 람셀과 렌즈가 접할 수 있다. 각 모듈은 RPU의 일부를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다.이와 비슷한게 SPR용 모듈들도 람셀 기판과 상대적으로 이동하여 SPR 신호를 추출할 수 있다.7(a) is a perspective view of the Raman spectrometer, TERS module, and the size or method of the laser module simultaneously extracting Raman signals from all Ramcells on the Ramcell substrate, and 7(b) is the size or method of the Raman spectrometer, TERS module, or laser module. It is a perspective view of a method of extracting a Raman signal by moving each module or a Ramcell substrate when it is impossible to simultaneously extract a Raman signal from all Ramcells of the Ramcell substrate due to a limitation of the method. Ramsell and lenses can come into contact. Each module includes a part of the RPU or can be replaced with an RPU. Similarly, SPR modules can extract SPR signals by moving relative to the Ramcell substrate.

도 8(a)는 마이크로나 나노 사이즈 필터 모듈(160)을 통해 분석용 샘플을 정제하고, 마이크로나 나노 사이즈 노즐(170)을 통해 각 람셀에 분석용 샘플은 배분하는 방식에 대한 사시도이다. 효율적인 정제를 위해 필터 입구(180)는 고압, 출구(210)는 저압일 수 있다. 고압은 가스의 압축 또는 물리적인 압축을 통해 달성할 수 있다. 하지만 람셀에 분석용 물질이 올바르게 위치하도록 하는 압력과 온도여야 한다. 8( a ) is a perspective view illustrating a method of purifying a sample for analysis through the micro or nano size filter module 160 and distributing the sample for analysis to each Ramcell through the micro or nano size nozzle 170 . For efficient purification, the filter inlet 180 may have a high pressure, and the outlet 210 may have a low pressure. High pressure can be achieved through compression or physical compression of the gas. However, it must be at the pressure and temperature that ensures the correct positioning of the analyte in the Ramsel.

도 8(b)는 마이크로나 나노 사이즈 필터 모듈(160)을 통해 분석용 샘플을 정제하고, 마이크로 플루이딕 시스템(190)을 통해 람셀에 분석용 샘플은 배분하는 방식에 대한 사시도이다. 8( b ) is a perspective view illustrating a method of purifying a sample for analysis through the micro or nano size filter module 160 , and distributing the sample for analysis to Ramcell through the micro-fluidic system 190 .

도 8(c)는 마이크로나 나노 사이즈 팁의 피펫(360)이 각 람셀 상부에 위치하여, 마이크로나 나노 사이즈 컨트롤러(370)로 분석용 샘플을 람셀영역에 위치시켜 주는 방식에 대한 사시도이다. FIG. 8(c) is a perspective view illustrating a method in which a micro- or nano-sized tip pipette 360 is positioned above each Ramcell, and a micro- or nano-size controller 370 places a sample for analysis in a Ramcell region.

도 8(d)는 유연한 마이크로나 나노 사이즈 팁의 피펫(390)이 각 람셀로 이동 (380)하면서 분석용 샘플을 람셀영역에 위치시켜 주는 방식에 대한 사시도이다. 유연한 마이크로나 나노 사이즈 팁의 피펫(390) 모듈은 원자간력 현미경 (atomic force microscope, 일명 AFM)이나 각 종 센서가 설치되어 팁이 각 람셀 영역에 올바르게 위치하면 분석용 샘플을 람셀영역에 위치시켜 주는 방식이 가능하다. 8( d ) is a perspective view illustrating a method in which a flexible micro- or nano-sized tip pipette 390 moves to each Ramcell while positioning a sample for analysis in the Ramcell region. The flexible micro or nano-sized tip pipette 390 module is equipped with an atomic force microscope (aka AFM) or various sensors so that when the tip is correctly positioned in each Ramcell area, the sample for analysis is placed in the Ramcell area. giving way is possible.

도 8(e)는 마이크로나 나노 사이즈 필터 모듈(160)을 통해 분석용 샘플을 정제하고, 반자성, 상자성, 강자성의 물질을 포함하거나 자기장을 생성하는 부품이나 영역(1060)이 람셀이나 근처에 존재하여 자성을 띤 입자를 모을 수 있는 방식에 대한 사시도이다. 분석 샘플 내 특정 물질과 결합하는 물질이 표면에 도포된 각종 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띤 물질이 람셀에 모이면, 람셀에 모이지 않은 자성을 띠지 않은 물질들은 세척액으로 제거 할 수 있다. 광학 신호 추출 모듈이 포함 되거나 연결 될 수 있다. 8(e) shows that a sample for analysis is purified through the micro or nano size filter module 160, and a component or region 1060 containing a diamagnetic, paramagnetic, or ferromagnetic material or generating a magnetic field exists in or near the Ramcell. This is a perspective view of a method that can collect magnetic particles. When various diamagnetic, paramagnetic, and ferromagnetic substances with a substance that bind to a specific substance in the analyte sample are applied to the surface of the analysis sample, the non-magnetic substances that are not collected in the Ramcell can be removed with a cleaning solution. An optical signal extraction module may be included or connected.

도 8(f)는 샘플 투입관(660)을 통해 분석용 샘플을 람셀 기판에 올려 놓고 로테이터(690)를 통해 샘플을 람셀 기판 전 영역에 분산시키고 반자성, 상자성, 강자성의 물질을 포함하거나 자기장을 생성하는 부품이나 영역(1060)이 람셀이나 근처에 존재하여 자성을 띤 입자를 모을 수 있는 방식에 대한 사시도이다. 람셀에 모이지 않은 자성을 띠지 않은 물질들은 세척액으로 제거 할 수 있다. 광학 신호 추출 모듈이 포함 되거나 연결 될 수 있다.8(f) shows that a sample for analysis is placed on a Ramcell substrate through the sample input tube 660, the sample is dispersed over the entire area of the Ramcell substrate through a rotator 690, and contains a diamagnetic, paramagnetic, or ferromagnetic material or a magnetic field is applied. It is a perspective view of a way in which the generating part or region 1060 can collect magnetic particles by being present in or near the Ramsel. Non-magnetic substances that do not collect in the Ramsel can be removed with a cleaning solution. An optical signal extraction module may be included or connected.

도 9는 각 람셀 밑에 위치한 SPR용 프리즘이나 각종 분광기를 포함한 모듈(300)과 SPR용 광원(280)에서 나온 빛을 받아 반사시킨 빛(270)을 프리즘이나 분광기에서 나온 광선 수신기를 포함한 모듈(290)에 보내는 사시도이다. 도 9에선 프리즘이나 각종 분광기를 포함한 모듈이 보이지는 않지만 도 10에서 보면 각 람셀 밑에 위치하는 것을 알 수 있다. 도 9에는 3개의 프리즘이나 분광기에서 나온 광선 수신기를 포함한 모듈(290)이 있지만, 한 면의 모든 람셀의 수만큼의 모듈이 나란히 배열되어, 한번에 동시에 한명의 모든 람셀의 SPR 신호을 추출할 수 있다. 만약 모듈의 크기가 람셀보다 큰 경우에는 한 모듈이 여러 람셀의 SPR 신호을 추출 할 수도 있고 모듈이나 람셀을 포함한 기판이 이동하여, SPR 신호을 추출할 수 있다.9 shows a module 300 including a prism or various spectrometers for SPR located under each Ramsell, and a module 290 including a light receiver that receives light from a light source 280 for SPR and reflects light 270 from a prism or a spectrometer. ) is a perspective view sent to Although a module including a prism or various spectrometers is not visible in FIG. 9 , it can be seen that they are located under each Ramsell in FIG. 10 . 9 shows a module 290 including a light receiver from three prisms or spectrometers, but as many modules as the number of all Ramcells on one side are arranged side by side, it is possible to extract SPR signals of all one Ramcell at the same time. If the size of the module is larger than that of the Ramcell, one module can extract the SPR signal of several Ramcells, or the module or the substrate including the Ramcell can move to extract the SPR signal.

도 10은 람셀 기판 밑에서 바라보았을 때SPR용 프리즘이나 각종 분광기를 포함한 모듈 (300), SPR용 광원(280), 그리고 프리즘이나 분광기에서 나온 광선 수신기를 포함한 모듈(290)들의 배열과 작동원리를 나타낸 사시도이다.10 is a module 300 including a prism or various spectrometers for SPR, a light source 280 for SPR, and a module 290 including a light receiver from a prism or a spectrometer when viewed from under the Ramsel substrate. is a perspective view.

도 11(a)는 프리즘이나 분광기에서 나온 광선 수신기와 SPR용 광원을 포함한 모듈(320)과 SPR용 프리즘이나 각종 분광기를 포함한 모듈 (300)의 구성요소와 작동원리를 나타낸 사시도이다. (b)는 프리즘이나 분광기에서 나온 광선 수신기 모듈 (290), SPR용 광원을 포함한 모듈 (280)과 SPR용 프리즘이나 각종 분광기를 포함한 모듈 (300)의 구성요소와 작동원리를 나타낸 사시도이다. (c)는 프리즘이나 분광기에서 나온 광선 수신기, SPR용 광원, SPR용 프리즘이나 각종 분광기를 모두 포함한 모듈 구성요소와 작동원리를 나타낸 사시도이다.11 (a) is a perspective view showing the components and operating principle of the module 320 including a light receiver for SPR and a light source for SPR and a module 300 including a prism or various spectrometers for SPR or spectrometer. (b) is a perspective view showing the components and operating principle of a module 300 including a light receiver module 290 from a prism or a spectrometer, a module 280 including a light source for SPR, and a module 300 including a prism or various spectrometers for SPR. (c) is a perspective view showing the module components and operation principle including the light receiver from the prism or spectrometer, the light source for SPR, and the prism or various spectrometers for SPR.

도 12는 람셀을 통해 각 람셀에 분배 되기전의 분석용 샘플의 수 많은 분자에 의한 생성 될 수 있는 복잡한 라만신호를 분리해낸 효과를 나타낸 것이다. 비록 이 그림은 라만신호를 예로 들었으나, SPR 신호나 라만영상 또는 이미지 또한 각 람셀을 통해 분리될 수 있는 효과가 있다. 도 12의 좌측의 그림은 분석용 샘플 내에 9개의 분자가 존재한다는 가정하에, 이들의 9개의 라만신호가 있다. 1000개의 분자가 존재하면, 더욱 복잡해 질 것이다. 9개의 라만신호가 분석하기 용이하도록 우측의 그림(440)처럼 각 람셀에서 한 두개의 신호가 추출 됨을 보여준다.12 shows the effect of isolating a complex Raman signal that may be generated by a large number of molecules in a sample for analysis before being distributed to each Ramcell through the Ramcell. Although this figure uses a Raman signal as an example, there is an effect that the SPR signal, Raman image, or image can also be separated through each Ramcell. In the figure on the left of FIG. 12 , there are 9 Raman signals of 9 molecules under the assumption that there are 9 molecules in the sample for analysis. If there are 1000 molecules, it will get even more complicated. It shows that one or two signals are extracted from each Ramcell as shown in the figure 440 on the right so that the nine Raman signals can be easily analyzed.

도 13은 도 1의 과정을 거쳐서 검증된 타겟 신호가 있다고 판단되는 람셀에서 샘플을 추출하여 람셀기판의 모든 람셀에 다시 넣을 수 있는 양의 용액과 섞는 과정을 포함해, 도 1의 과정을 거치는 과정을 보여주는 사시도이다. 자성을 띤 물질을 자기장이 적용되거나 자성을 띤 물질이 근처에 존재한 람셀에 위치 했다가, 자기장 적용 안하거나 자성을 띤 물질을 람셀에서 멀리한 후에 람셀 외로 이동가능한 자성을 띤 물질들은 모아서 다시 람셀 기판에 분배 시킬 수 있다. 이러한 과정은 사용자가 원하는 라만스펙트럼의 분리까지 만족할 수 있도록 반복될 수 있다. 타겟 신호가 있다고 판단되는 람셀내에서 PCR 및 ELISA를 진행 할 수 있고, 또는, 람셀내의 샘플을 PCR과 ELISA 모듈로 이동하여 분석을 진행 할 수 있다.13 is a process through the process of FIG. 1 , including a process of extracting a sample from a Ramcell determined to have a verified target signal through the process of FIG. 1 and mixing it with a solution in an amount that can be put back into all Ramcells on a Ramsel substrate is a perspective view showing A magnetic material is placed in a Ramcell to which a magnetic field is applied or a magnetic material is located nearby, and after no magnetic field is applied or the magnetic material is moved away from the Ramcell, the magnetic materials that can move out of the Ramcell are collected and re-ramcelled. It can be distributed on the substrate. This process may be repeated to satisfy the user's desired separation of the Raman spectrum. PCR and ELISA can be performed in the Ramcell determined to have the target signal, or the sample in the Ramcell can be moved to the PCR and ELISA module for analysis.

도 14은 각 람셀에서 추출된 스펙트럼(440)을 참조용 물질의 스펙트럼(450)과 비교하여 매칭하는 과정에 대한 사시도이다. 그림의 스펙트럼은 라만 스펙트럼을 예시로 하였으나, SPR 신호 등 각 종 신호가 적용될 수 있다.14 is a perspective view illustrating a process of comparing and matching a spectrum 440 extracted from each Ramcell with a spectrum 450 of a reference material. The spectrum in the figure is a Raman spectrum as an example, but various signals such as an SPR signal can be applied.

도 14의 참조용 물질의 스펙트럼은 이미 발견된 각 물질에 대한 스펙트럼이나 새롭게 발견된 각 물질의 스펙트럼의 라이브러리로서, 각 람셀에서 추출된 스펙트럼의 패턴과 매칭되어, 분석용 샘플내의 물질의 종류와 양을 분석할 수 있다. 매칭을 위해 주성분분석 (Principal Component Analysis, 일명 PCA), 부분최소자승법 (Partial Least Squares, 일명 PLS), 합성곱신경망 (Convolutional Neural Network, 일명 CNN), 서포트벡터머신 (Support Vector Machine, 일명 SVM) 등과 같은 각종 머신러닝 기법이 활용 될 수 있다.The spectrum of the reference material in FIG. 14 is a library of spectra of each material already discovered or a spectrum of each newly discovered material, and is matched with the pattern of the spectrum extracted from each Ramcell, and the type and amount of the material in the sample for analysis can be analyzed. For matching, Principal Component Analysis (aka PCA), Partial Least Squares (PLS), Convolutional Neural Network (aka CNN), Support Vector Machine (aka SVM), etc. Various machine learning techniques can be utilized.

도 15는 제1항 내지 제24항에 있어서, 각 항에 속하는 청구범위의 기술을 부분적으로 또는 통합적으로 사용하여 만들어진 분석 플랫폼 기기나 부품. 15 is an analysis platform device or component according to any one of claims 1 to 24 made using, in part or integrally, the technology of the claims within each claim.

기기의 부품을 이용하여, 람셀의 분석용 샘플내의 물질의 종류와 양을 분석할 수 있다. Using the components of the instrument, it is possible to analyze the type and amount of substances in the sample for analysis of Ramsel.

도 16는 제5항에 있어서, 샘플의 물질을 고루 섞어서 혼합시키는 믹서기16 is a mixer according to claim 5, wherein the material of the sample is evenly mixed and mixed.

믹서기를 통해 물질들의 고른 혼합과 물질간의 반응을 촉진시킨다. It promotes the even mixing of substances and the reaction between substances through the mixer.

도 16(a)는 임펠러를 통해 샘플을 고루 섞어주는 모듈을 나타낸 사시도이다. 샘플 투입관(660)이 믹서기 내부로 관통하여 물질들이 믹서기 내부로 이동할 수 있도록 도와준다. 믹서기의 임펠러 (670)는 섞는 물질의 특성에 따라 다양한 형태로 존재할 수 있다. 예를 들어, 믹서기 상부에서 들어오는 물질은 환자에서 추출된 혈액이 될 수 있고, 믹서기 하부에서 들어오는 물질은 혈액 내부의 바이러스나 박테리아와 결합할 수 있는 나노금속을 지닌 물질이나 형광이 결합되 항체일 수 있다.Figure 16 (a) is a perspective view showing a module for evenly mixing the sample through the impeller. The sample input tube 660 passes through the inside of the mixer to help materials to move into the mixer. The impeller 670 of the mixer may exist in various forms depending on the characteristics of the material to be mixed. For example, the material coming in from the top of the mixer may be blood extracted from a patient, and the material coming in from the bottom of the mixer may be a substance with nanometals that can bind to viruses or bacteria in the blood, or an antibody that binds fluorescence. have.

도 16(b)은 샘플이 든 용기를 홀더(680)가 잡은 상태에서 로테이터(690)를 돌리거나 흔들어서 섞어주고 혼합하는 형태의 믹서기를 나타낸 사시도이다.Figure 16 (b) is a perspective view showing a mixer in the form of mixing and mixing by rotating or shaking the rotator 690 in a state in which the holder 680 holds the container containing the sample.

도 17은 람셀이 미량의 물질에 대한 라만 신호를 추출하는 방법에 대한 사시도이다.17 is a perspective view illustrating a method for Ramsell to extract a Raman signal for a trace material.

도 17(a)는 초기 샘플에 두개의 A 분자와 20개의 B 분자가 존재하고 이에 대한 라만 스펙트럼에 대한 사시도이다. A 분자의 픽이 보이지 않는 것을 보여준다. 17( a ) is a perspective view of a Raman spectrum with two A molecules and 20 B molecules present in the initial sample. It shows that the pick of molecule A is not visible.

도 17(b)는 초기 샘플을 두 영역으로 나누었을 때의 라만 스펙트럼에 대한 사시도이다. A 분자와 B 분자의 라만 스펙트럼 peak이 모두 감소함을 보여 준다.17( b ) is a perspective view of a Raman spectrum when an initial sample is divided into two regions. It shows that the Raman spectral peaks of molecules A and B are both reduced.

도 17(c)는 초기 샘플을 세 영역으로 나누었을 때의 라만 스펙트럼에 대한 사시도이다. A 분자의 라만 신호가 좀더 두드러져 보인다.17( c ) is a perspective view of a Raman spectrum when an initial sample is divided into three regions. The Raman signal of molecule A is more prominent.

도 18은 날숨을 통해 체내 호흡기 질환이나 감염의 요인이 되는 인자를 물이나 기타 용액에 농축시켜주는 모듈에 대한 사시도이다.18 is a perspective view of a module for concentrating factors that cause internal respiratory diseases or infections in water or other solutions through exhalation.

도 18(a)는 날숨 빨대(760)를 통해 호흡기 질환이나 감염의 요인이 물이나 기타 용액에 농축이 되면, 샘플 추출관을 통해 오프너(800)를 움직여 샘플을 추출할 수 있게하는 모듈이다. 샘플 추출관의 개수와 위치는 다양할 수 있다.18 (a) is a module for extracting a sample by moving the opener 800 through the sample extraction tube when a factor of respiratory disease or infection is concentrated in water or other solution through the exhalation straw 760. The number and location of the sampling tubes may vary.

도 18(b)는 날숨 빨대(760)를 통해 호흡기 질환이나 감염의 요인이 물이나 기타 용액에 농축이 되면, 샘플 추출관을 통해 오프너(800)를 움직여 샘플을 추출할 수 있게하는 모듈이다. 이 모듈은 또한 샘플 추출관(790)을 통해 샘플 용기 위의 물질을 제거 후에 샘플 용기(780)만 떼어 낼 수 있는 구조를 가지고 있다. 샘플 용기는 다양한 형태일 수 있다. 샘플 추출관의 개수와 위치는 다양할 수 있다.18( b ) is a module for extracting a sample by moving the opener 800 through the sample extraction tube when a factor of respiratory disease or infection is concentrated in water or other solution through the exhalation straw 760 . This module also has a structure in which only the sample container 780 can be removed after the material on the sample container is removed through the sample extraction tube 790 . The sample container may have various shapes. The number and location of the sampling tubes may vary.

도 19는 람셀 내 빔의 이동경로 패턴을 나타낸 사시도이다.19 is a perspective view illustrating a movement path pattern of a beam in a Ramsell.

도 19(a)는 빔이 람셀 내 중심에서 시작해 람셀의 가장자리로 회오리 모양의 경로로 이동한 후에, 가장자리에서 다시 중심으로 오는 경로로 이동하는 것을 나타낸 사시도이다. 시작과 끝의 지점과 경로 패턴 크기는 사용자에 의해 정해 질 수 있다. 19 (a) is a perspective view showing that the beam moves from the center in the Ramcell to the edge of the Ramcell in a whirlpool-shaped path, and then moves to the path coming back to the center from the edge. The starting and ending points and the path pattern size can be set by the user.

도 19(b)는 빔이 람셀 내 한 쪽 면에서부터 지그재그로 이동하여, 다른 면까지 도착하면, 다시 지그재로로 다른 면까지 이동하는 것을 나타낸 사시도이다. 시작과 끝의 지점과 경로 패턴의 크기는 사용자에 의해 정해 질 수 있다.19( b ) is a perspective view showing that the beam moves from one side of the Ramsell in a zigzag manner and arrives at the other side in a zigzag manner again to the other side. The starting and ending points and the size of the path pattern can be determined by the user.

도 19(c)는 빔이 람셀 내에서 같은 패턴으로 도는 것을 나타낸 사시도이다. 같은 경로의 방향으로 돌다가 반대방향으로 돌 수 있다. 도는 패턴은 원형, 사각형, 그 외의 기하학적 모양으로 가능하다. 시작과 끝의 지점과 경로 패턴의 크기는 사용자에 의해 정해 질 수 있다.19( c ) is a perspective view showing that the beam rotates in the same pattern in the Ramsel. You can turn in the same direction and then in the opposite direction. The rotating pattern is available in circles, squares, and other geometric shapes. The starting and ending points and the size of the path pattern can be determined by the user.

도 20는 RamCell Processing Unit (일명, RPU)에 대한 구성 요소와 작동원리에 대한 사시도이다. 20 is a perspective view of components and an operating principle of a RamCell Processing Unit (aka, RPU).

RPU의 LED를 포함한 발광모듈을 통해 나온 빛이 람셀 영역에 들어가 산란된 나온 빛을 CCD와 같은 광검출기를 포함한 모듈에서 받아들여, transform과 딥러닝 연산의 핵심 연산기인 MAC, CPU, SRAM을 통해 광학 신호를 푸리에 또는 라플라스 transform과 DNN과 같은 AI 기법을 통해 디지털 신호로 바꾸어 주는 유닛이다. 여기서 광검출기는 본 특허의 반사 및 투과 회절발과 렌즈 및 반사 거울을 포함할 수 있다. 여기서 LED는 레이저 다이오드, CCD는 CMOS나 그외 본 특허에 나온 대체 기술로 변경이 가능하다. RPU 내 데이터 라이브러리 또는 모델등을 저장할 DRAM과 NAND등의 메모리칩의 설치가 가능하다. The light emitted through the light emitting module including the LED of the RPU enters the Ramcell region and the scattered light is received by the module including the photodetector such as CCD, and optically through the MAC, CPU, and SRAM, which are the core operators of transform and deep learning operations. It is a unit that converts a signal into a digital signal through AI techniques such as Fourier or Laplace transform and DNN. Here, the photodetector may include a reflection and transmission diffraction foot, a lens, and a reflection mirror of the present patent. Here, LED is a laser diode, CCD is CMOS, or other alternative technologies described in this patent can be changed. It is possible to install memory chips such as DRAM and NAND to store data libraries or models in the RPU.

도 21은 본 특허의 제1항 내지 제24항에 있어서, 각 순수 물질과 혼합 물질에 대한 빅데이터 추출, 람셀과 람셀 기판의 디자인 최적화, 모델 테스트, 샘플 물질 분석 및 진단, 광학 신호 빅데이터 라이브러리와 모델 업데이트에 대한 순서도와 본 특허의 물질 분석 플랫폼의 빅데이터 추출, 패턴인식, 저장, 공유 모듈과 운영 방식을 나타낸 시사도이다.21 is a view showing big data extraction for each pure substance and mixed substance, design optimization of Ramcell and Ramcell substrate, model test, sample material analysis and diagnosis, optical signal big data library according to claims 1 to 24 of this patent It is a flow chart for model update and a suggested diagram showing the big data extraction, pattern recognition, storage, and sharing module and operation method of the material analysis platform of this patent.

도 21(a)는 각 순수 물질과 혼합 물질에 대한 빅데이터 추출 및 람셀과 람셀 기판 디자인 최적화에 대한 순서도이다.21(a) is a flowchart for big data extraction and optimization of Ramcell and Ramcell substrate design for each pure substance and mixed substance.

우선 제1항 내지 제4항에 따라 람셀과 람셀 기판을 디자인한다. 그리고 제5항에 따라 모델링용 샘플을 가공한 후, 제18항의 분석 플랫폼을 통해 빅데이터를 추출한다. 제19항와 제22항의 소프트웨어와 하드웨어를 바탕으로 라이브러리화 하고, 제20항의 소프트웨어를 통해 각 순수물질과 혼합물질을 대변하는 광학신호 패턴을 모델화한다. 그리고 이런 라이브러리와 모델을 제18항과 제22항의 플랫폼이나 서버에 저장한다.First, according to claims 1 to 4, a Ramcell and a Ramcell substrate are designed. And after processing the modeling sample according to claim 5, big data is extracted through the analysis platform of claim 18. A library is created based on the software and hardware of claims 19 and 22, and optical signal patterns representing each pure substance and mixture are modeled through the software of clause 20. And these libraries and models are stored in the platform or server of the 18th and 22nd paragraphs.

도 21(b)는 21(a)에서 가공된 모델을 테스트하는 순서도이다. 제5항에 따라 모델 테스트용 샘플을 가공한다. 각 순수 물질과 혼합 물질을 조성과 특징을 미리 파악한 후, 이를 제18항의 분석 플랫폼을 통해 빅데이트를 추출한다. 추출된 빅데이터는 제19항와 제22항의 소프트웨어와 하드웨어를 바탕으로 만들어진 라이브러리에 더해져서 기존 라이브러리를 업데이트한다. 추출된 빅데이터를 통해 도 21(a)와 같이 만들어진 모델에 적용시켜서 테스트용 물질의 조성과 특징을 어느수준으로 파악할 수 있는지 검증한다. 사용자가 원하는 수준으로 모델 결과가 정확하면, 업데이트된 라이브러리로 기존의 모델을 업데이트하고, 플랫폼과 서버에 저장할 수 있다. 모델의 정확도가 떨어지는 경우, 도 21(a)의 람셀과 람셀 기판 디자인 및 최적화, 모델링용 샘플 가공, 또는 모델 가공 순서로 돌아간다. 21 (b) is a flowchart for testing the model processed in 21 (a). Process the sample for model testing according to claim 5. After identifying the composition and characteristics of each pure substance and mixed substance in advance, the big date is extracted through the analysis platform of claim 18. The extracted big data is added to the library created based on the software and hardware of Articles 19 and 22 to update the existing library. Through the extracted big data, it is applied to the model made as shown in FIG. 21(a) to verify to what level the composition and characteristics of the test material can be grasped. If the model result is accurate to the level desired by the user, the existing model can be updated with the updated library and stored on the platform and server. If the accuracy of the model is low, the order of designing and optimizing the Ramcell and Ramcell substrate, processing the sample for modeling, or processing the model of FIG. 21(a) is returned.

도 21(c)는 21(b)에서 검증된 모델을 통해 분석용 샘플을 분석하고, 조기진단을수행하는 순서도이다. 분석용 샘플을 확보하고, 제5항에 따라 가공한다. 이를 제18항의 분석 플랫폼에 적용한다. 적용시에 제23항과 같이 분석 플랫폼에 정보를 입력할 수 있다. 입력된 정보와 분석용 샘플을 통해 분석 플랫폼은 빅데이트를 추출한다. 추출된 빅데이터는 제19항와 제22항의 소프트웨어와 하드웨어를 바탕으로 만들어진 라이브러리에 더해져서 기존 라이브러리를 업데이트하고 제18항과 제22항의 플랫폼이나 서버에 저장된다. 추출된 빅데이터를 통해 도 21(b)에서 검증된 모델에 적용시켜, 제21항의 모듈을 통해 분석 결과를 사용자에게 제공한다.21(c) is a flowchart of analyzing a sample for analysis through the model verified in 21(b) and performing early diagnosis. A sample for analysis is obtained and processed according to claim 5 . This applies to the analysis platform of claim 18. When applied, information may be entered into the analytics platform as in clause 23. Through the input information and samples for analysis, the analysis platform extracts big data. The extracted big data is added to the library made based on the software and hardware of paragraphs 19 and 22, updates the existing library, and is stored in the platform or server of paragraphs 18 and 22. By applying the extracted big data to the model verified in FIG. 21( b ), the analysis result is provided to the user through the module of claim 21 .

도 21(d)는 본 특허의 물질 분석 플랫폼의 빅데이터 추출, 패턴인식, 저장, 공유 모듈을 나타낸 사시도이다.Figure 21 (d) is a perspective view showing the big data extraction, pattern recognition, storage, and sharing module of the material analysis platform of the present patent.

도 21(e)는 본 특허의 물질 분석 플랫폼의 운영방식을 나타낸 사시도이다.Figure 21 (e) is a perspective view showing an operating method of the material analysis platform of the present patent.

도 22는 본 특허의 제20항과 제26항에 있어서, RPU가 광학필터를 이용하여 광학신호 추출하는 모듈의 구성과 방식에 대한 사시도이다. 22 is a perspective view of the configuration and method of the module according to claim 20 and 26 of the present patent, wherein the RPU extracts an optical signal using an optical filter.

도 22(a)는 RPU의 어레이를 나타낸 사시도이다.22( a ) is a perspective view showing an array of RPUs.

도 22(b)는 광학필터 어레이를 나타낸 사시도이다. EUV, NUV, NIR, MIR, FIR, 가시광선의 특정 파장 (예를 들어, RGB 컬러)을 필터할 수 있는 소자의 어레이(860)이다. 각 색상은 각 특정 파장을 받아 들일 수 있는 필터의 종류를 나타낸다. 사시도에는 일곱가지 필터 소자를 반복적으로 배열한 예를 들었다. 하지만, 필터 가능한 파장의 범위, 필터 종류의 수, 그리고 어레이 구성은 매우 다얄 할 수 있다. 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.22B is a perspective view illustrating an optical filter array. An array 860 of elements capable of filtering EUV, NUV, NIR, MIR, FIR, and specific wavelengths of visible light (eg, RGB colors). Each color represents the type of filter that can accept each specific wavelength. An example in which seven filter elements are repeatedly arranged is given in the perspective view. However, the range of filterable wavelengths, the number of filter types, and the array configuration can be very different. Various substitutions, modifications, and changes will be possible by those skilled in the art within the scope not departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, and this also falls within the scope of the present invention.

도 22(c)는 광학필터를 포함한 RPU 소자 하나를 나타낸 사시도이다. 레이저의 출구(840)를 통해 나온 레이저가 분석물질에 의해 산란되어 나와, 특정 파장 필터 어레이들로 구성된 모듈(85)을 통과할 수 있다.Figure 22 (c) is a perspective view showing one RPU element including an optical filter. The laser emitted through the exit 840 of the laser is scattered by the analyte and may pass through the module 85 composed of specific wavelength filter arrays.

도 22(d)는 RPU가 다양한 형태로 가능함을 나타낸 사시도이다. 본 특허는 사시도에 나타난 형태 이외의 형태도 포함한다.Figure 22 (d) is a perspective view showing that the RPU is possible in various forms. This patent also includes forms other than those shown in the perspective view.

도 22(e)는 레이저 출구 모듈과 레이저 출력 방식의 다양함을 나타낸 사시도이다. 좌편의 그림은 빔 분리기를 통해 레이저 출구에 나온 빛이 산란되어 다시 들어오는 후방 산란(Back Scattering) 빛을 받아들여, 빔 분리기를 통해 후단으로 넘어가는 형태이고, 우편은 빔 분리기가 없는 형태이다. 빔 분리기는 특정 파장의 빛은 반사시키고, 특정 파장은 통과 시킬 수 있다. 레이저의 출구(840)는 빛의 나갈 때 방향과 들어 올 때 방향의 투과 할 수 있는 빛의 파장은 같거나 다르게 할 수 있는 소자로 구성될 수 있다.Figure 22 (e) is a perspective view showing the variety of the laser exit module and laser output method. In the figure on the left, the light emitted from the laser exit through the beam splitter is scattered, and the back scattering light is received and passed through the beam splitter to the rear end, and the right figure is the form without the beam splitter. A beam splitter can reflect light of a specific wavelength and pass a specific wavelength. The exit 840 of the laser may be composed of an element in which the wavelength of the light that can be transmitted in the exit direction and the incoming direction is the same or different.

도 23는 RPU를 포함한 기판(880)의 이동과 기판 내 RPU 이동을 해주는 모듈과 방법에 대한 사시도이다. 23 is a perspective view of a module and method for moving the substrate 880 including the RPU and moving the RPU within the substrate.

RPU를 포함한 기판(880) 내, RPU는 기판 평면을 기준으로 상하좌우 미세이동(910)이 가능하고 공초점 깊이 조준을 위해 위아래로 미세이동(910)이 가능하다. 정확한 입사각이 가능하게 회전(920) 또한 가능하다. RPU를 포함한 기판의 위치를 변경시켜 주기 위해, RPU 기판과 연결된 길이 조절 모듈(890) 사이에 회전(920)이 가능하다. 서로 연결된 길이 조절 모듈 사이 상하좌우 방향으로 회전이 가능하다. In the substrate 880 including the RPU, the RPU is capable of fine movement 910 up, down, left, and right relative to the substrate plane, and fine movement 910 up and down for confocal depth aiming. Rotation 920 is also possible to allow for an accurate angle of incidence. In order to change the position of the substrate including the RPU, the rotation 920 between the RPU substrate and the length adjustment module 890 connected to it is possible. Rotation is possible in the up, down, left, and right directions between the length adjustment modules connected to each other.

도 24는 RPU의 구성요소를 나타낸 사시도이다. 24 is a perspective view showing the components of the RPU.

RPU는 여러 람셀의 광학신호를 동시에 병렬로 추출한 후 생성된 광학신호 데이터를 처리하는 모듈(970)이나 송수신 하는 모듈(950) 중 하나라도 포함한 프로세싱 유닛이다.The RPU is a processing unit including at least one of a module 970 for processing optical signal data generated after simultaneously extracting optical signals of several Ramcells in parallel or a module 950 for transmitting and receiving data.

도 24는 발광기나 광출기를 포함한 모듈(980), 광학신호 데이터를 해석해거나 변경하는 데이터 처리 모듈(970), 광학신호 라이브러리와 같은 메모리성 데이터나 그외 비메모리성 데이터를 저장하는 모듈(960), 그리고 데이터를 송수신하는 모듈(950)로 구성된 RPU를 나타낸 사시도이다.24 is a module 980 including a light emitter or a light emitter, a data processing module 970 for interpreting or changing optical signal data, a module 960 for storing memory data such as an optical signal library or other non-memory data; And it is a perspective view showing the RPU composed of a module 950 for transmitting and receiving data.

도 25는 각 람셀에서 나온 광학신호를 동시에 추출하거나 시간별로 추출하게 하는 분광기 시스템 중 하나의 회절발로 구성된 시스템을 나타낸 사시도이다.25 is a perspective view showing a system composed of one diffraction foot among the spectrometer systems for extracting optical signals from each Ramcell simultaneously or for each time.

도 25(a)는 각 람셀(940) 상단에 위치한 발광기가 람셀의 분석 샘플에 레이저를 쏘아 산란되어 나온 빛을 빔분리기와 렌즈 모듈(940)를 거쳐 반사 회절발과 반사거울 포함 모듈로 들어가, 각 람셀에서 산란되어 나온 빛을 반사시키는 병렬로 구성된 반사거울을 통해 빛들이 하나의 반사 회절발에 의해 분산회절되어 병렬로 구성된 반사거울에 의해 병렬로 구성된 광검출기로 들어가는 방법에 대한 사시도이다.25 (a) shows that the light emitter located at the top of each Ramcell 940 emits a laser to the analysis sample of the Ramcell, and the scattered light passes through the beam splitter and the lens module 940 into the module including the reflective diffraction foot and the reflective mirror, It is a perspective view of a method in which light is diffusely diffracted by a single reflective diffraction beam through parallel reflective mirrors that reflect light scattered from each Ramcell, and enters a photodetector configured in parallel by reflective mirrors configured in parallel.

도 25(b)는 각 람셀(940) 상단에 위치한 발광기가 람셀의 분석 샘플에 특정 시간25 (b) shows that the light emitter located at the top of each Ramcell 940 is applied to the analysis sample of the Ramcell for a specific time.

별로 레이저를 쏘아 산란되어 나온 빛을 빔분리기와 렌즈 모듈(940)를 거쳐 빔 수집 및 경로변환기 (렌즈/거울 포함)에 의해 반사 회절발과 반사거울 포함 모듈로 보내져, 반사거울을 통해 하나의 반사 회절발에 의해 분산회절되어 다시 반사거울에 의해 광검출기로 들어가는 방법에 대한 사시도이다.The scattered light by shooting a laser is sent to the module including the reflective diffraction foot and the reflective mirror by the beam collector and path converter (including the lens/mirror) through the beam splitter and the lens module 940, and is reflected as one through the reflective mirror. It is a perspective view of a method of being diffusely diffracted by the diffraction foot and then entering the photodetector by the reflective mirror.

도 26은 본 특허의 광학 신호 추출 모듈과 물질 분배 모듈, 그리고 람셀 기판 또는 SERS 기판을 사용하여 만들수 있는 휴대용 물질 분석 플랫폼 기기의 구성과 운영 방법에 관한 사시도이다.26 is a perspective view of the configuration and operation method of a portable material analysis platform device that can be made using the optical signal extraction module and material distribution module of the present patent, and a Ramcell substrate or a SERS substrate.

광학 신호 추출 모듈 (500), 람셀 기판 (460) 또는 물질을 담지 않는 SERS 기판 (1020)을 포함한 모듈, 물질 분배 모듈 (490)이 모두 합쳐져 하나의 기기로 휴대할 수 있다. 광학 신호 추출 모듈 (500), 람셀 기판 (460) 또는 SERS 기판 (1020)을 포함한 모듈은 연결 축으로 연결될 수 있고, 물질 분석 시, 이들을 펼칠 수 있다. 물질 분석 모듈을 위해서 물질 분배 모듈의 샘플 투입구에 샘플을 넣는다. 광학 신호 추출 모듈이 물질을 담는 용기를 포함한 경우, 물질 분배 모듈을 광학 신호 추출 모듈에 부착시켜, 물질을 분배 시킨다. 그리고 SERS 기판을 포함한 모듈을 광학 신호 추출 모듈 위에 부착시킨 후, 물질 분석을 한다. 광학 신호 추출 모듈이 물질을 담는 용기가 없는 경우, 람셀 기판을 포함한 모듈에 물질 분배 모듈을 부착시켜, 물질을 분배한다. 그리고 광학 신호 추출 모듈을 람셀 기판을 포함한 모듈 위에 부착시킨 후, 물질 분석을 한다.The optical signal extraction module 500 , the module including the Ramsel substrate 460 or the SERS substrate 1020 that does not contain a material, and the material distribution module 490 are all combined and can be carried as a single device. Modules including the optical signal extraction module 500 , the Ramsel substrate 460 , or the SERS substrate 1020 may be connected to each other by a connecting shaft, and may be unfolded during material analysis. For the material analysis module, place the sample into the sample inlet of the material dispensing module. When the optical signal extraction module includes a container containing a substance, the substance dispensing module is attached to the optical signal extraction module to dispense the substance. And after attaching the module including the SERS substrate on the optical signal extraction module, material analysis is performed. When the optical signal extraction module does not have a container for containing the material, the material is dispensed by attaching the material dispensing module to the module including the Ramsel substrate. Then, after attaching the optical signal extraction module on the module including the Ramcell substrate, material analysis is performed.

도 27(a)는 분석 샘플의 특정 물질들을 모을 수 있는 특정 구조체에 대한 사시도이다. 분석 샘플 내 물질과 결합하는 물질(1040)과 이들이 표면에 도포된 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠거나 그러지 아니한 구조체 (1050)에 대한 사시도이다. 사시도에 있는 모양은 결합 물질과 구조체에 따라 매우 다양할 수 있다.27( a ) is a perspective view of a specific structure capable of collecting specific substances of an analyte sample. It is a perspective view of the material 1040 binding to the material in the analyte sample and the structure 1050 with or without diamagnetic, paramagnetic, or ferromagnetic magnetism applied to the surface thereof. The shape in the perspective view can vary widely depending on the bonding material and structure.

도 27(b)는 분석 샘플 내 물질과 결합하는 물질(1040)과 검출하고자 하는 핵산, 단백질 등의 종류를 포함하는 물질 검출하고자 하는 타겟 물질(1070)과 이러한 타겟 물질의 광학 신호를 증강 시키는 형광이나 라만 신호 신호 증강 물질을 포함한 물질(1080) 간의 결합을 나타내는 사시도이다. 27 (b) shows a substance 1040 binding to a substance in an analysis sample, a substance including a nucleic acid, a protein, etc. to be detected, a target substance 1070 to be detected, and a fluorescence enhancing optical signal of the target substance. It is a perspective view showing the coupling between the materials 1080 including the Raman signal enhancement material.

도 27(c)는 분석 샘플 내 물질과 결합하는 물질(1040)과 검출하고자 하는 핵산, 단백질 등의 종류를 포함하는 물질 검출하고자 하는 타겟 물질(1070)과 이러한 타겟 물질의 광학 신호를 증강 시키는 형광이나 라만 신호 신호 증강 물질을 포함한 물질(1080), 분석 샘플 내 물질과 결합하는 물질(1040)과 이들이 표면에 도포된 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠거나 그러지 아니한 구조체 (1050) 간의 결합을 나타내는 사시도이다.FIG. 27(c) shows a substance 1040 binding to a substance in an analysis sample, a substance including a nucleic acid, a protein, etc. to be detected, a target substance 1070 to be detected, and a fluorescence enhancing optical signal of the target substance. A material including a Raman signal enhancing material 1080, a material 1040 that binds to a material in the analyte sample, and a structure 1050 with or without diamagnetic, paramagnetic, or ferromagnetic magnetism applied to the surface thereof. is a perspective view.

도 28은 제5항의 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠는 구조체와 믹서기, 제8항과 26항의 광학신호 추출 모듈, 제13항의 전자기 생성 모듈을 통해 미량의 타겟물질을 검출하는 과정에 대한 사시도이다.28 is a perspective view of a process of detecting a trace amount of a target material through the diamagnetic, paramagnetic, and ferromagnetic magnetic structure and mixer of claim 5, the optical signal extraction module of claims 8 and 26, and the electromagnetic generation module of claim 13 to be.

도 28(a)는 분석 샘플 내 물질과 결합하는 물질(1040)과 이들이 표면에 도포된 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠는 구조체(1090)와 이러한 구조체가 검출하고자 하는 핵산, 단백질 등의 종류를 포함하는 물질 검출하고자 하는 타겟 물질(1070)과 이러한 타겟 물질의 광학 신호를 증강 시키는 형광이나 라만 신호 신호 증강 물질을 포함한 물질(1080)과 결합한 물질(1100)에 대한 사시도이다. 28 (a) shows a material 1040 binding to a material in the analysis sample, a structure 1090 having diamagnetic, paramagnetic, and ferromagnetic magnetism applied to the surface thereof, and the type of nucleic acid, protein, etc., to be detected by the structure It is a perspective view of a material 1100 combined with a target material 1070 to be detected and a material 1080 including a fluorescence or Raman signal enhancing material that enhances the optical signal of the target material.

도 28(b)는 분석 샘플 내 형광물질, 라만 신호 증강 물질 등과 같은 광학 신호 증강 물질과 이들과 결합하거나 결합하지 아니한 DNA/RNA 등의 핵산, 항체, 항원 등의 특정 물질과 이들과 결합하는 물질이 표면에 도포된 각종 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠는 구조체의 혼합물이 물질 반응기 또는 믹서기를 통해 분석 샘플 내 형광물질, 라만 신호 증강 물질 등과 같은 광학 신호 증강 물질과 결합한 DNA/RNA 등의 핵산, 항체, 항원 등의 특정 물질과 결합한 각종 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠는 구조체를 포함한 혼합물의 형성 과정에 대한 사시도이다. 28 (b) shows an optical signal enhancing material such as a fluorescent material and a Raman signal enhancing material in the analysis sample, and a specific material such as a nucleic acid such as DNA/RNA that binds or does not bind to them, an antibody, and an antigen, and a material that binds them Nucleic acids such as DNA/RNA in which a mixture of structures having various diamagnetic, paramagnetic, and ferromagnetic magnetic properties applied to the surface is combined with an optical signal enhancing material such as a fluorescent material or a Raman signal enhancing material in the analysis sample through a material reactor or a mixer , a perspective view of the formation process of a mixture including various diamagnetic, paramagnetic, and ferromagnetic structures bound to specific substances such as antibodies and antigens.

도 28(c)는 28(b) 형광물질, 라만 신호 증강 물질 등과 같은 광학 신호 증강 물질과 결합한 DNA/RNA 등의 핵산, 항체, 항원 등의 특정 물질과 결합한 각종 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠는 구조체를 포함한 혼합물이 도8((f)의 모듈에 투입되는 과정에 대한 사시도이다. 28(c) shows various diamagnetic, paramagnetic, and ferromagnetic magnetisms combined with specific substances such as nucleic acids, antibodies, and antigens such as DNA/RNA combined with optical signal enhancing materials such as 28(b) fluorescent materials, Raman signal enhancing materials, etc. The band is a perspective view of the process in which the mixture including the structure is put into the module of FIG. 8(f).

도 28(d)는 도 28(c)의 도8(f)의 모듈 내의 혼합물이 로테이터(690)를 통해 람셀기판에 고루 분포되도록 하는 과정에 대한 사시도이다.FIG. 28( d ) is a perspective view illustrating a process of uniformly distributing the mixture in the module of FIG. 8( f ) of FIG. 28( c ) to the Ramsel substrate through the rotator 690 .

도 28(e)는 자성을 지닌 물질이 람셀 근처에 존재하거나 전자기장을 람셀에 생성시켜 자성을 지닌 물질을 람셀에 위치시키는 과정에 대한 사시도이다.28( e ) is a perspective view illustrating a process in which a magnetic material is present near a Ramcell or an electromagnetic field is generated in the Ramcell to place the magnetic material in the Ramcell.

도 28(f)는 세척액(1110)을 통해 자성을 통해 람셀에 위치한 물질 외의 물질을 제거하는 과정에 대한 사시도이다.28( f ) is a perspective view illustrating a process of removing materials other than those located in the Ramsell through magnetism through the cleaning solution 1110 .

10: 마이크로 사이즈 셀 (일명, 람셀. 내부에 나노입자를 포함할 수 있음)
20: 람셀 내부의 나노입자
30: 람셀을 포함한 기판
40: 람셀의 배열
50: SERS용 또는 TERS, SPR, IR등 광학 신호 추출용 레이저 및 각종 광원 기기
60: 레이저 및 각종 광선
70: 광학 렌즈와 분광기 (격자 및 CCD 수신기)를 포함한 모듈.
이 모듈은 필터를 포함 할 수도 있다. 또한 CCD 대신 CMOS를 쓸 수 있다.
광학기 대신 간섭계를 쓸 수 있다. RPU의 일부를 포함하거나, RPU로 대체 될
수 있다. 빔 분리기 (Beam Splitter)를 포함할 있다.
80: 렌즈와 빔 분리기 포함한 모듈
90: 격자, 반사 회절발 (Dispersive Grating)
100: CCD/CMOS 수신기 같은 광검출기 (전자증강 CCD, 일명 EM-CCD 포함)
110: 반사기
120: 레이저나 그 외 각 종의 빛이 통과하거나 빛에 반응하여 광자를 생성하는
람셀
130: 레이저나 그 외 각 종의 빛이 통과하는 기판이나 물질
140: 레이저 다이오드나 마이크로 LED를 포함한 모듈
150: 팁 강화 라만 분광 (Tip Enhanced Raman Spectroscopy, 일명 TERS) 모듈
160: 마이크로 필터 (나노 사이즈 포함)
170: 마이크로 노즐 (나노 사이즈 포함, 잉크젯 노즐 포함)
180: 필터의 입구 온도 압력.
190: 람셀 상부 온도 압력
200: 마이크로 플루이딕 시스템의 유체 특성 및 운동
210: 마이크로 플루이딕 시스템의 출구 온도 압력
220: 람셀 포함한 기판 내 모든 람셀에 동시 적용가능한 광학렌즈와 분광기를
포함한 모듈. 레이저 및 TERS 모듈을 포함 가능. RPU를 포함하거나, RPU로
대체 될 수 있다.
230: 람셀 포함한 기판 내 모든 람셀에 동시 적용가능한 레이저나 TERS이 포함한
모듈. RPU를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다.
240: 람셀 포함한 기판 내 부분적으로 동시 적용가능한 광학렌즈와 분광기를
포함한 모듈. 레이저 및 TERS 모듈을 포함 가능. RPU를 포함하거나, RPU로
대체 될 수 있다.
250: 람셀 포함한 기판 내 부분적으로 동시 적용가능한 레이저나 TERS이 포함한
모듈. RPU를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다.
260: 람셀 내 라만 신호 추출을 위한 각 모듈의 운동
270: 반사된 레이저
280: SPR용 광원
290: 프리즘이나 분광기에서 나온 광선 수신기를 포함한 모듈
300: SPR용 프리즘이나 각종 분광기
310: 프리즘이나 분광기에서 나온 광선 반사기
320: 프리즘이나 분광기에서 나온 광선 수신기와 SPR용 광원을 포함한 모듈
330: 프리즘이나 분광기, 그리고 이들에서 나온 광선 수신기와 SPR용 광원을
포함한 모듈
340: 광학 렌즈와 분광기 (격자 및 CCD 수신기)와 레이저 다이오드나 마이크로
LED를 포함한 모듈. 내부에 빔 분리기 (Beam Splitter) 포함할 수 있고,
이를 통해 후방산란 (Back Scattering)이 가능하다. RPU를 포함하거나,
RPU로 대체 될 수 있다.
350: TERS 신호 수신 시스템을 포함한 TERS 모듈. RPU를 포함하거나, RPU로 대체
될 수 있다.
360: 마이크로 또는 나노 사이즈 팁 피펫
370: 마이크로 또는 나노 컨트롤러
380: 유연한 마이크로 또는 나노 사이즈 팁 피펫의 이동
390: 유연한 마이크로 또는 나노 사이즈 팁 피펫
400: 기판의 위치를 파악과 조정을 위한 위치 마커
410: 서로 가장 가까이 위치하는 람셀간의 중간 영역
420: 우측 람셀의 가운데 단면 모양의 위치선
430: 타겟 신호가 추출된 람셀
440: 각 람셀에서 추출된 스펙트럼
450: 참조용 물질의 스펙트럼
460: 람셀 기판
470: 람셀에 분배되는 분석용 샘플을 가공하는 모듈
480: 람셀에 분배되고자 하는 분석용 샘플을 정제 하는 모듈
490: 분석용 샘플을 람셀에 분배하는 모듈
500: 람셀에 분배된 분석용 물질에서 라만 신호을 추출하고 처리하기 위한 모듈
510: 람셀에 분배된 분석용 물질에서 SPR 신호을 추출하고 처리하기 위한 모듈
520: 타겟 신호가 있다고 판단되는 람셀에서 샘플을 추출하여 새로운 람셀
기판의 람셀에 다시 넣을 수 있는 용액과 섞는 과정을 포함하여. 람셀에
분배되어 라만 및 SPR 신호를 다시 추출할 수 있는 모듈
530: 람셀 기판은 각 부위의 좌표와 높이를 측정할 수 있게 하는 마크를 통해
마크의 위치를 광학적 또는 물리적인 기법으로 측정할 모듈
540: 람셀 기판은 각 부위의 좌표와 높이를 측정을 통해 람셀 기판의 위치를
변경시켜 주는 모듈
550: 람셀 구조에 자기장 또는 전기장 생성 및 조절 모듈과 방법.
560: 샘플과 접하는 람셀 표면의 반대 표면에 빛을 쏘아 광학신호를 증강 시키는
모듈
570: 람셀 기판의 온도와 압력을 일정하게 유지 시켜주는 모듈과 방법.
580: 라만 기판을 여러개 포함한 카트리지.
590: 람셀이나 람셀표면에 극성 생성 및 조절 모듈과 방법.
600: 각 람셀에서 추출된 신호 패턴이 참조가 되는 물질의 스펙트럼의
라이브러리 내 특정 패턴과 유사한지 판단 할 수 있는 머신러닝이 가능한
프로그램과 머신러닝을 수행하는 칩이 저장된 모듈
610: 람셀의 샘플내의 물질의 종류와 양에 대한 분석결과를 통해 샘플의 조성과
특성을 사용자에게 알려주는 모듈.
620: 각 람셀에서 추출된 신호 패턴과 패턴 인식 모델이 저장되는 서버와 관련
데이터의 송수신 시스템.
630: 사용자가 샘플의 종류, 샘플의 온도, 압력과 같은 분석 환경 조건, 샘플의
주체에 관한 정보를 입력하는 모듈.
640: 사용자가 입력한 샘플의 종류가 실제로 샘플의 종류와 일치하는지 판단하는
모듈
650: 샘플 투입구
660: 샘플 투입관
670: 임펠러
680: 샘플용기 홀더
690: 홀더 로테이터
700: 로테이팅 방향
710: 고정거울
720: 이동거울
730: FT 감지기
740: 필터
750: 빔 분리기
760: 날숨 빨대
770: 샘플 추출관
780: 샘플 용기
790: 용액 추출관
800: 마이크로 컨트롤러 오프너
810: 람셀 가장자리
820: 빔의 이동 경로
830: 투과 회절발 (Transmission Grating)
840: 레이저 출구 및 입구 모듈. 렌즈와 필터를 포함할 수 있다.
850: 특정 파장 필터 어레이들로 구성된 모듈
860: 필터 어레이
870: 빔 수집 및 경로변환기 (렌즈/거울 포함)
880: RPU를 포함한 기판
890: RPU를 포함한 기판의 위치를 변경을 위한 길이 변경 모듈
900: RPU를 포함한 기판의 위치를 변경을 위한 회전 모듈
910: RPU 기판내 RPU 이동 방향
920: RPU를 기판 위치 변경 모듈의 이동 방향
930: 반사 회절발과 반사거울 포함 모듈
940: 분석 샘플을 담은 람셀 기판과 빔 분리기와 렌즈 포함 모듈
950: RPU의 데이터 송수신 모듈
960: RPU의 데이터 저장 모듈
970: RPU의 데이터 처리 모듈
980: RPU의 발광기나 광검출기포함한 모듈
990: 광학 렌즈와 분광기 (격자 및 CCD 수신기)를 포함한 모듈. 샘플 물질을
담을 수 있는 용기가 존재한다.이 모듈은 필터를 포함 할 수도 있다. 또한
CCD 대신 CMOS를 쓸 수 있다. 광학기 대신 간섭계를 쓸 수 있다. RPU의
일부를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다. 빔 분리기 (Beam Splitter)를
포함할 있다.
1000: 광학 렌즈와 분광기 (격자 및 CCD 수신기)와 레이저 다이오드나 마이크로
LED를 포함한 모듈. 샘플 물질을 담을 수 있는 용기가 존재한다. 내부에
빔 분리기 (Beam Splitter) 포함할 수 있고, 이를 통해 후방산란 (Back
Scattering)이 가능하다. RPU를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다.
1010: RPU
1020: 분석용 샘플을 담지 않는 SERS 기판
1030: 광학 신호 추출 모듈과 SERS 기판 연결 축
1040: 분석 샘플 내 형광물질, 라만 신호 증강 물질 등과 결합하거나 결합하지 아니한 DNA/RNA 등의 핵산, 항체, 항원 등의 특정 물질과 결합하는 물질
1050: 분석 샘플 내 특정 물질과 결합하는 물질이 표면에 도포된 각종 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠거나 자성이 없는 구조체
1060: 반자성, 상자성, 강자성의 물질을 포함하거나 자기장을 생성하는 부품이나 영역
1070: 검출하고자 하는 핵산, 단백질 등의 종류를 포함하는 물질
1080: 검출하고자 하는 타겟 물질의 광학 신호를 증강 시키는 형광이나 라만 신호 신호 증강 물질 등의 종류를 포함하는 물질
1090: 분석 샘플 내 형광물질, 라만 신호 증강 물질 등과 같은 광학 신호 증강 물질과 결합하거나 결합하지 아니한 DNA/RNA 등의 핵산, 항체, 항원 등의 특정 물질과 결합하는 물질이 표면에 도포된 각종 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠는 구조체
1100: 분석 샘플 내 형광물질, 라만 신호 증강 물질 등과 같은 광학 신호 증강 물질과 결합한 DNA/RNA 등의 핵산, 항체, 항원 등의 특정 물질과 결합한 각종 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠는 구조체
1110: 분석 샘플 내 형광물질, 라만 신호 증강 물질 등과 같은 광학 신호 증강 물질과 결합한 DNA/RNA 등의 핵산, 항체, 항원 등의 특정 물질과 결합한 각종 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠는 구조체가 전자기장을 생성하거나 자성을 지닌 물질이 근처에 존재하는 람셀에 위치하는데 방해 되지 아니하고 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠는 구조체와 결합하지 아니한 물질들을 제거하는 세척액
1120: 샘플 내 검출하고자 하는 물질 외의 물질
10: Micro-sized cell (aka Ramcell. It may contain nanoparticles therein)
20: Nanoparticles inside Ramcell
30: substrate including Ramsel
40: Ramsel's Array
50: Laser and various light source devices for SERS or TERS, SPR, IR, etc. optical signal extraction
60: laser and various rays
70: Module with optical lens and spectrometer (grid and CCD receiver).
This module may contain filters. Also, CMOS can be used instead of CCD.
An interferometer can be used instead of the optics. to contain a portion of the RPU, or to be replaced by an RPU
can It may include a beam splitter.
80: module including lens and beam splitter
90: grating, reflective grating (Dispersive Grating)
100: A photodetector such as a CCD/CMOS receiver (including electron-enhanced CCD, aka EM-CCD)
110: reflector
120: Laser or other types of light passing through or in response to light to generate photons
Ramsel
130: a substrate or material through which a laser or other types of light pass
140: module with laser diode or micro LED
150: Tip Enhanced Raman Spectroscopy (aka TERS) module
160: micro filter (including nano size)
170: micro nozzle (including nano size, including inkjet nozzle)
180: inlet temperature pressure of the filter.
190: Ramsell upper temperature pressure
200: Fluid properties and motion of a microfluidic system
210: outlet temperature pressure of the microfluidic system
220: An optical lens and a spectrometer that can be simultaneously applied to all Ram cells in the substrate including the Ram cell
module including. May include laser and TERS modules. with or with RPU
can be replaced
230: Laser or TERS that can be simultaneously applied to all Ramcells on the substrate including Ramcell
module. It may include an RPU or be replaced with an RPU.
240: a partially co-applicable optical lens and a spectrometer in a substrate including Ramsel
module including. May include laser and TERS modules. with or with RPU
can be replaced
250: partially co-applicable laser or TERS in the substrate including Ramcell
module. It may include an RPU or be replaced with an RPU.
260: motion of each module for Raman signal extraction in Ramcell
270: reflected laser
280: light source for SPR
290: module containing a light receiver from a prism or spectrometer
300: SPR prism or various spectrometers
310: a ray reflector from a prism or spectrometer
320: a module including a light receiver for a prism or a spectrometer and a light source for SPR
330: a prism or a spectrometer, and a light receiver from them and a light source for SPR
module including
340: optical lens and spectrometer (grating and CCD receiver) and laser diode or micro
Modules with LEDs. A beam splitter may be included therein,
This enables back scattering. contains RPU, or
It can be replaced by RPU.
350: TERS module with TERS signal receiving system. Include or replace RPU
can be
360: micro or nano size tip pipette
370: micro or nano controller
380: movement of flexible micro- or nano-sized tip pipettes
390: Flexible micro or nano size tip pipette
400: position marker for positioning and adjusting the position of the substrate
410: an intermediate region between the Ramsels located closest to each other
420: location line of the middle section shape of the right Ramsell
430: Ramsell target signal is extracted
440: spectrum extracted from each Ramcell
450: spectrum of reference material
460: Ramsel substrate
470: Module for processing samples for analysis distributed to Ramsell
480: Module for purifying the sample for analysis to be distributed to Ramsell
490: module for dispensing samples for analysis into Ramsell
500: Module for extracting and processing Raman signals from analytes distributed in Ramcell
510: module for extracting and processing SPR signal from analyte distributed in Ramcell
520: A new Ramcell by extracting a sample from the Ramcell determined to have a target signal
including mixing with a solution that can be put back into the Ramsel on the substrate. in Ramsell
Modules that can be distributed and re-extract Raman and SPR signals
530: Ramsel substrate through a mark that allows to measure the coordinates and height of each part
Module to measure the position of the mark by optical or physical technique
540: The Ramcell substrate determines the position of the Ramcell substrate by measuring the coordinates and height of each part.
module to change
550: A module and method for generating and modulating a magnetic or electric field in a Ramsel structure.
560: to enhance the optical signal by irradiating light on the surface opposite to the surface of the Ramcell in contact with the sample
module
570: A module and method for maintaining a constant temperature and pressure of a Ramcell substrate.
580: A cartridge containing multiple Raman substrates.
590: A module and method for generating and controlling polarity on a Ramcell or Ramcell surface.
600: The signal pattern extracted from each Ramcell is the spectrum of the reference material.
Machine learning capable of judging whether a specific pattern in the library is similar
A module that stores programs and chips that perform machine learning
610: Through the analysis result of the type and amount of the substance in the sample of Ramsel, the composition and
A module that informs the user of an attribute.
620: associated with a server in which signal patterns and pattern recognition models extracted from each Ramsel are stored
A system for sending and receiving data.
630: The user determines the type of the sample, the analysis environment conditions such as the temperature and pressure of the sample, and the
A module for entering information about the subject.
640: Determining whether the type of the sample input by the user actually matches the type of the sample
module
650: sample inlet
660: sample inlet tube
670: impeller
680: sample container holder
690: holder rotator
700: Rotating direction
710: fixed mirror
720: moving mirror
730: FT detector
740: filter
750: beam splitter
760: exhalation straw
770: sample extraction tube
780: sample container
790: solution extraction tube
800: microcontroller opener
810: ramsel edge
820: movement path of the beam
830: Transmission Grating
840: laser exit and inlet modules. It may include lenses and filters.
850: module composed of specific wavelength filter arrays
860: filter array
870: Beam Collector and Path Transformer (with Lens/Mirror)
880: substrate including RPU
890: length change module for changing the position of the board including the RPU
900: rotation module for changing the position of the substrate including the RPU
910: RPU movement direction within the RPU board
920: the direction of movement of the RPU board position change module
930: module including a reflective diffraction foot and a reflective mirror
940: Ramcell substrate containing analysis sample and module with beam splitter and lens
950: RPU data transmission/reception module
960: data storage module of RPU
970: data processing module of RPU
980: Module including emitter or photodetector of RPU
990: Module with optical lens and spectrometer (grid and CCD receiver). sample material
There is a container to hold it. This module may also include a filter. In addition
CMOS can be used instead of CCD. An interferometer can be used instead of the optics. RPU's
It may include some or be replaced by RPU. Beam Splitter
can include
1000: optical lens and spectrometer (grid and CCD receiver) and laser diode or micro
Modules with LEDs. A container capable of containing sample material is present. inside
It may include a beam splitter, through which backscattering (Back
Scattering) is possible. It may include an RPU or be replaced with an RPU.
1010: RPU
1020: SERS substrate without sample for analysis
1030: optical signal extraction module and SERS board connection axis
1040: A substance that binds to a specific substance, such as a nucleic acid, antibody, antigen, etc., such as DNA/RNA that is not bound to or is not bound to a fluorescent substance, a Raman signal enhancing substance, etc. in the analysis sample
1050: A structure with various diamagnetic, paramagnetic, and ferromagnetic magnetism or no magnetism applied to the surface of a substance binding to a specific substance in the analysis sample
1060: Parts or regions containing diamagnetic, paramagnetic, ferromagnetic materials or generating magnetic fields
1070: Substance containing the type of nucleic acid, protein, etc. to be detected
1080: A material containing a type of fluorescence or Raman signal enhancing material that enhances the optical signal of the target material to be detected
1090: Various diamagnetic materials coated on the surface of a substance that binds to a specific substance, such as nucleic acids, antibodies, antigens, such as DNA/RNA, which binds or does not bind with an optical signal enhancer such as a fluorescent substance or a Raman signal enhancer in the analysis sample, Paramagnetic and ferromagnetic structures
1100: A structure having various diamagnetic, paramagnetic, and ferromagnetic magnetisms combined with specific substances such as nucleic acids, antibodies, antigens, such as DNA/RNA, combined with optical signal enhancing substances such as fluorescent substances and Raman signal enhancing substances in the analysis sample
1110: Various diamagnetic, paramagnetic, and ferromagnetic magnetic structures bound to specific substances such as nucleic acids, antibodies, and antigens, such as DNA/RNA, combined with optical signal enhancing substances such as fluorescent substances and Raman signal enhancing substances in the analysis sample, electromagnetic fields A cleaning solution that removes materials that are not bound to structures with diamagnetic, paramagnetic, or ferromagnetic magnetism without interfering with the generation of
1120: Substance other than the substance to be detected in the sample

Claims (29)

기판;
라만 신호 및 각종 광학 신호를 추출할 수 있는 최소의 사이즈 (~레이저의 파장) 이상 크기의 동일한 디자인과 크기의 셀을 여러개 포함한 기판. 여기서 각 셀은 제8항의 각 광학 신호 추출 모듈의 광학 신호 추출의 대상인 분석 샘플이 있는 영역을 뜻한다. 제3항 처럼 셀이 특정 구조를 가지지 아니할 수 있고, 평면의 형태를 가진 경우, 람셀 기판은 평면 기판이다. 본 발명은 주어진 샘플의 부피를 나눌수록 각 부피 당 들어가는 물질의 종류와 양이 줄어 드는 효과를 고려하여, 각 부피당 들어있는 미량의 물질의 광학 신호를 효율적으로 추출하고, 이러한 단위 부피들에서 추출된 모든 광학 신호를 토대로 주어진 샘플의 전반적 물질의 종류와 양을 측정할 수 있게 한다.
상기에 언급된 셀을 발명자는 람셀이라 지칭한다.
상기에 언급된 람셀을 포함한 기판을 람셀 기판이라 지칭한다.
광학 신호 추출 모듈의 렌즈와 분석 물질이 접하게 되면, 광학 신호 추출 모듈의 렌즈 표면이 람셀의 역할을 할 수 있다.
상기에 언급된 라만 신호는 라만 스펙트럼 또는 라만 이미징을 지칭한다.
람셀 기판은 각 부위의 좌표와 높이를 측정할 수 있게 하는 마크가 포함될 수 있다.
람셀 내부에 라만 신호 크기를 증강 시킬 수 있는 나노 입자를 포함 할 수 있다.
람셀 자체가 금속, 반도체 물질을 인력으로 끌어 당길 수 있는 각종 반자성, 상자성, 강자성의 물질일 수 있고, 각종 반자성, 상자성, 강자성의 물질을 포함하거나 자기장을 생성하는 부품과 연계 될 수 있다.
람셀은 라만 신호이 추출되는 최소한의 크기로서 분석하고자 하는 분석용 샘플을 포함한다.
기판에 있는 람셀의 수는 분석하고자 하는 샘플의 종류와 특성 (농도, 점도, 표면장력 등)에 따라 결정될 수 있다.
람셀의 크기 또한 분석하고자 하는 물질의 종류와 특성 (검출하고자 하는 내부 세포나 고분자의 크기, 샘플의 점도나 표면장력 등)에 따라 결정될 수 있다.
상기 람셀의 수와 크기는 분석하고자 하는 샘플과 목적에 따라 디자인 될 수 있다.
람셀의 크기는 레이저에 의한 람셀 내 물질의 온도 상승을 최소화하고 람셀 내 샘플 내 최대한 모든 물질에 대한 스펙트럼을 추출할 수 있게 디자인 되어야한다. 특히 바이오샘플은 온도가 상승함에 따라 손상이 되고, 라만 신호가 달라질 수 있다. 때문에 람셀의 물질 표면과 만나는 레이저의 강도(예를 들어, mW/μm2), 빔 사이즈, 레이저 입사 지속시간, 물질의 비열을 고려하여, 레이저에 의한 물질의 초기 온도 상승을 예측할 수 있다. 람셀 내의 물질과 접하는 람셀 기판과 기체의 열전도율, 비열과 접촉면에 따라, 온도의 평형상태까지 걸리는 시간과 평형상태의 온도를 예측할 수 있다. 람셀 내 물질의 온도 상승의 최고치와 평형 상태의 온도까지의 범위를 측정 후에, 이 범위내에 온도에 따라 달라지는 스펙트럼이 제 19항에의 라이브러리 내 샘플의 측정시 초기 온도에 예상되는 스펙트럼과의 매칭률과 특정 수준 이상이 되게 디자인 될 수 있다. 물론 람셀 기판 주위에 열교환기가 있을 경우 열교환 효율을 추가 고려하여 디자인 되어야 한다. 람셀의 크기는 적어도 람셀에 배분될 샘플 내 가장 큰 입자보다 커야 한다. 예를 들어, 혈액의 내부 조성을 분석 할 때, 크게 혈액 세포, 플라즈마, 병원균 등의 사이즈를 토대로, 람셀의 크기를 결정할 수 있다. 과립구, 대식세포, 림프구, 수지상세포와 같은 백혈구를 포함해 적혈구나 혈소판과 같은 혈액 세포와 박테이아 등은 보통μm 단위이고, 글로불린, 알부민과 같은 플라즈마, 암 바이오마커, 바이러스 등은 nm 단위이다. 때문에, 필터링으로 혈액에서 플라즈마 부분만 람셀에 배분 시킬 때와 필터링 없이 혈액의 모든 조성을 람셀에 배분 시킬 때, 람셀의 최소 사이즈는 달리 될 수 있다.
분석 샘플의 총량이 정해지고 이들을 분석에 람셀에 분배 시켜, 광학 신호를 추출 할 때, 람셀의 개수는 많아질수록, 측정하고자 하는 미량의 타겟물질의 라만 신호가 타물질 대비 신호가 두드러져서 더 명확히 추출될 가능성이 높아진다. 예를 들어, 람셀 한개의 미량 물질 A의 갯수가 한개, 그리고 다량 물질 B의 갯수가 만개일때, 람셀 한개를 람셀 두개로 늘리고 물질의 최대한 같은 양으로 분배하면, 람셀 한개에 다량 물질 B가 오천개 존재하고, 물질 A는 존재하지 아니하나, 다른 한개의 람셀에는 물질 B의 개수가 오천개, 그리고 물질 A 한개가 존재한다. 때문에 물질 B의 광학 신호 대비 물질 A의 광학 신호가 상대적으로 커진다. 비슷한 예로, 만약 람셀의 개수를 만개로 늘리고, 최대한 같은 양으로 분배하면, 어느 한 람셀에는 물질 B 한개와 물질 A 한개가 동등하게 존재한다. 물질 A의 광학 신호가 물질 B의 광학 신호에서 두드러지게 나타나게 하는 최소 람셀의 개수는 각 물질의 광학 신호 패턴, 레이저 파장과 파워, 람셀의 크기, 재질과 패턴에 따라 달라질 수 있다. 때문에, 전자기장 시뮬레이션을 통해 적정한 최소 람셀 개수를 추측한 다음 실제 실험을 통해 적정 개수를 결정하거나, 실험만을 통해 적정 개수를 결정할 수 있다. 이와 마찬가지로, 미량의 물질을 수 많은 종류의 다량 물질에서 분리해 내기 위해, 미량 물질의 신호가 두드러지게 나타날 수 있게 하는 최소한의 람셀 개수를 시뮬레이션과 실험을 통해 측정한다.
람셀에 투입되는 샘플량이 정해지면, 분석 샘플이 희석을 시켜 농도를 낮추어 주어진 크기의 람셀에 들어가는 분자의 수를 줄일 수 있으나, 총 람셀의 수는 물질의 희석 배수 만큼 증가 해야 한다. 람셀에 투입되는 물질 분자들의 부피를 무시 될 수 있다고 가정하면, 한 람셀에 들어가는 분석 샘플의 특정 물질의 평균 개수는 분석에 동원된 총 분석 샘플 내에 있던 특정 물질의 총량에서 총 람셀 개수로 나눈 값이나, 한 람셀 당 특정 물질의 개수는 푸아송 분포에 따라 달라 질 수 있다. 각 람셀에서 다르게 나오는 광학 신호는 물질의 종류와 농도와 같은 특성 분석에 도움이 된다.
각 람셀 내의 물질에 대한 광학 신호들을 라이브러리화 할 수 있다. 광학 신호는 물질의 종류와 특성 (농도, 점도 등)에 따라 변화될 수 있다. 각 순수 물질과 혼합물에 대해 각 실험 조건에서 추출된 광학 신호 데이터를 통해 머신러닝을 통해 모델링할 수 있다. 유효한 모델을 얻기까지 충분한 데이터를 확보하기 위해 분석에 필요한 총 람셀의 수를 정할 수 있다.
위의 람셀의 총 개수와 람셀의 크기의 조건을 고려하여 총 개수와 크기가 정해지면, 람셀 기판의 크기와 람셀 기판당 람셀의 개수를 정한 후, 필요한 람셀 기판의 총 개수도 정해진다.
Board;
A substrate containing several cells of the same design and size with a minimum size (~ laser wavelength) that can extract Raman signals and various optical signals. Here, each cell refers to an area in which an analysis sample, which is an object of optical signal extraction of each optical signal extraction module of claim 8, is located. As in claim 3, when the cell may not have a specific structure and has a planar shape, the Ramcell substrate is a planar substrate. The present invention efficiently extracts the optical signal of a trace material contained in each volume in consideration of the effect that the type and amount of the material contained in each volume decreases as the volume of a given sample is divided, and extracted from these unit volumes. Based on all optical signals, it is possible to determine the type and amount of the overall substance in a given sample.
The above-mentioned cell is referred to by the inventor as Ramcell.
A substrate including the above-mentioned Ramcell is referred to as a Ramcell substrate.
When the lens of the optical signal extraction module and the analyte come into contact with each other, the lens surface of the optical signal extraction module may serve as a Ramcell.
The Raman signal mentioned above refers to the Raman spectrum or Raman imaging.
The Ramsel substrate may include a mark that allows the coordinates and height of each part to be measured.
Nanoparticles capable of enhancing the Raman signal size may be included inside the Ramcell.
Ramcell itself may be a variety of diamagnetic, paramagnetic, and ferromagnetic materials that can attract metals and semiconductor materials with attraction, and may contain various diamagnetic, paramagnetic and ferromagnetic materials or be associated with components that generate magnetic fields.
Ramcell is the minimum size from which the Raman signal is extracted and includes a sample for analysis to be analyzed.
The number of Ramcells on the substrate may be determined according to the type and characteristics of the sample to be analyzed (concentration, viscosity, surface tension, etc.).
The size of Ramcell can also be determined according to the type and characteristics of the material to be analyzed (size of internal cells or polymers to be detected, viscosity or surface tension of the sample, etc.).
The number and size of the Ramcell may be designed according to the sample to be analyzed and the purpose.
The size of the Ramcell should be designed to minimize the increase in the temperature of the material in the Ramcell by the laser and to extract the spectrum of all materials as much as possible in the sample in the Ramcell. In particular, the biosample is damaged as the temperature rises, and the Raman signal may vary. Therefore, the initial temperature rise of the material by the laser can be predicted by considering the laser intensity (eg, mW/μm2), the beam size, the laser incident duration, and the specific heat of the material that meets the Ramsel material surface. Depending on the thermal conductivity, specific heat, and contact surface of the Ramcell substrate and the gas in contact with the material in the Ramcell, the time required to reach the equilibrium state and the temperature at the equilibrium state can be predicted. After measuring the range from the maximum temperature rise of the substance in Ramsel to the equilibrium temperature, the temperature-dependent spectrum within this range matches the spectrum expected at the initial temperature at the time of measurement of the sample in the library according to claim 19 . and can be designed to be above a certain level. Of course, if there is a heat exchanger around the Ramsell substrate, it should be designed in consideration of heat exchange efficiency. The size of the Ramsel must be at least larger than the largest particle in the sample to be distributed in the Ramsel. For example, when analyzing the internal composition of blood, the size of the Ramcell can be largely determined based on the size of blood cells, plasma, pathogens, and the like. Blood cells such as red blood cells and platelets, including leukocytes such as granulocytes, macrophages, lymphocytes, and dendritic cells, and bacteria are usually in the micrometer unit, while plasma such as globulin and albumin, cancer biomarkers, and viruses are in the nm unit. Therefore, the minimum size of the Ramcell may be different when only the plasma portion of the blood is distributed to the Ramcell by filtering and when all the composition of the blood is distributed to the Ramcell without filtering.
When the total amount of sample to be analyzed is determined and the optical signal is extracted by distributing them to the Ramcell for analysis, as the number of Ramcells increases, the Raman signal of a trace amount of the target material to be measured becomes more pronounced compared to other materials, making it more clear more likely to be extracted. For example, if the number of trace substances A in one Ramcell is one and the number of large substances B is ten thousand, if one Ramsel is increased to two Ramsels and the amount of substances is distributed as much as possible, then there are 5,000 substances B in one Ramsel. , and there is no substance A, but in the other Ramcell, there are five thousand substances B and one substance A. Therefore, the optical signal of material A is relatively large compared to the optical signal of material B. As a similar example, if the number of Ramcells is increased to ten thousand and distributed in the same amount as possible, one substance B and one substance A exist equally in any one Ramcell. The minimum number of Ramcells that makes the optical signal of material A stand out from the optical signal of material B may vary depending on the optical signal pattern, laser wavelength and power, Ramcell size, material and pattern of each material. Therefore, after estimating an appropriate minimum number of Ramsells through electromagnetic field simulation, an appropriate number may be determined through an actual experiment, or an appropriate number may be determined through an experiment alone. Likewise, in order to separate trace substances from many types of large substances, the minimum number of Ramsells that allow the trace substances to appear conspicuously is measured through simulations and experiments.
When the amount of sample to be injected into Ramcell is determined, the number of molecules entering the Ramcell of a given size can be reduced by diluting the analyte sample to lower the concentration, but the total number of Ramcells must increase by the dilution factor of the substance. Assuming that the volume of substance molecules injected into a Ramcell can be neglected, the average number of specific substances in an analyte sample entering a Ramcell is the total amount of specific substances in the total analyte sample mobilized for analysis divided by the total number of Ramcells , the number of specific substances per one Ramsell may depend on the Poisson distribution. Different optical signals from each Ramcell are helpful for characterization, such as the type and concentration of substances.
It is possible to library optical signals for substances in each Ramcell. The optical signal may be changed according to the type and properties of the material (concentration, viscosity, etc.). For each pure substance and mixture, it can be modeled through machine learning through optical signal data extracted from each experimental condition. To obtain sufficient data to obtain a valid model, we can determine the total number of Ramsels required for the analysis.
When the total number and size are determined in consideration of the above conditions of the total number of Ramcells and the size of Ramcells, the size of the Ramcell substrate and the number of Ramcells per Ramcell substrate are determined, and then the total number of required Ramcell substrates is also determined.
제1항에 있어서, 람셀의 재질과 표면 구성 및 표면 처리.
람셀의 재질과 표면은 라만 신호를 효율적으로 증폭시킬수 있거나 분석 샘플의 람셀 내로 이동을 도와주는 재질이나 표면. 일반적으로 SERS에 쓰이는 플라즈모닉 재질인 Au, Ag와 같은 귀금속 뿐 아니라, 절연체인 SiO2, Si3N4 등과 반도체 성질을 지닌 Si, GaAs 등의 재질을 포함한다. 반도체 성질을 지닌 재료는 귀금속 처럼 전기장 증강을 유도 할 뿐아니라, 추가적으로 자기장 증강을 유도하며, 핫스팟에 의한 온도 상승을 저해하는데 쓰일 수 있다. 예를 들어, 같은 크기, 모양, 배열의 Au 나노입자로 생긴 핫스팟에 의한 온도 상승에 비해 Si 나노입자에 의한 온도 상승이 낮은 것으로 알려졌다. 이는 온도에 민감한 세포나 고분자 등을 포함한 샘플 분석에 용이할 수 있다. 또한 반도체 재질에 산소를 첨가하면, 표면 증강 효과가 있기에, 산소나 그 외 다양한 화학물질을 첨가한 반도체 재질과 표면 또한 청구범위에 속한다.
람셀은 각종 반자성, 상자성, 강자성의 물질일 수 있다.
람셀의 재질의 종류는 각종 반자성, 상자성, 강자성의 물질을 포함한다. 자기장을 생성하는 부품이 금속이나 반도체 성질의 나노 또는 마이크론 사이즈의 입자를 인력을 통해 람셀에 위치할 수 있도록 할 경우, 인력 감소를 최소화하는 물질을 포함한다.
상기 람셀은 단순히 금속이나 반도체 성질의 재질로 구성된 나노입자나 기판 재질로 되어있을 수 있다. 금속의 재질에 국한되지 않고 그래핀을 포함하여 각종 유기물 및 무기물의 화학물질로 구성될 수 있다. 그래핀에 질소나 붕소같은 원소를 넣어, 자유전자나 홀을 증가 시켜, 광학신호 증폭에 도움을 줄 수 있다. 또한 그래핀에 구리나 금과 같은 도체의 나노입자를 넣어도 광학신호 증폭에 도움을 줄 수 있다. 그래핀에 각종 화학물질 추가는 CVD 기법을 통해 실현될 수 있다.
표면장력이나 점도를 고려하여, 소수성 및 친수성을 가진 물질이 람셀 표면에 도포되거나, 람셀 자체를 소수성 및 친수성을 지닌 물질로 구성할 수 있다. 목적에 따라, 람셀 영역에 위치하는 샘플 내 물질과 결합하는 항체 (antibody), 항원 (antigen), 압토머 (aptomer), 또는 그 외 다양한 화학물질로 람셀 표면을 처리할 수 있다.
람셀의 재료 및 표면 구성 및 처리 방법은 매우 다양하다. 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
The material and surface composition and surface treatment of Ramsel according to claim 1 .
Materials and surfaces of Ramcell are materials or surfaces that can efficiently amplify the Raman signal or help the analysis sample move into the Ramcell. In general, plasmonic materials such as Au and Ag are used for SERS, as well as noble metals such as SiO2 and Si3N4, which are insulators, and other materials such as Si and GaAs with semiconductor properties. Materials with semiconductor properties not only induce electric field enhancement like noble metals, but also induce magnetic field enhancement and can be used to inhibit temperature rise due to hot spots. For example, it is known that the temperature rise caused by Si nanoparticles is lower than that caused by hot spots generated by Au nanoparticles of the same size, shape, and arrangement. This may be easy to analyze samples containing temperature-sensitive cells or polymers. In addition, when oxygen is added to the semiconductor material, since there is a surface enhancement effect, the semiconductor material and surface to which oxygen or various other chemical substances are added also fall within the scope of the claims.
Ramsel may be a variety of diamagnetic, paramagnetic, and ferromagnetic materials.
The types of materials of Ramcell include various diamagnetic, paramagnetic, and ferromagnetic materials. When a component that generates a magnetic field allows nano- or micron-sized particles of metallic or semiconductor properties to be positioned in the Ramsel through attraction, it contains a material that minimizes the reduction in attraction.
The Ramcell may be simply made of nanoparticles or a substrate material made of a material having a metal or semiconductor property. It is not limited to the material of the metal and may be composed of various organic and inorganic chemicals including graphene. By adding elements such as nitrogen or boron to graphene, free electrons or holes can be increased, which can help amplify optical signals. In addition, adding conductive nanoparticles such as copper or gold to graphene can help amplify optical signals. Various chemical additions to graphene can be realized through CVD techniques.
In consideration of surface tension or viscosity, a material having hydrophobicity and hydrophilicity may be applied to the surface of Ramcell, or Ramcell itself may be composed of a material having hydrophobicity and hydrophilicity. Depending on the purpose, the Ramcell surface may be treated with an antibody, antigen, aptomer, or other various chemicals that bind to substances in the sample located in the Ramcell region.
Ramsell's materials and surface composition and treatment methods vary widely. Various substitutions, modifications and changes will be possible by those skilled in the art within the scope not departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, and this also falls within the scope of the present invention.
제1항에 있어서, 람셀과 람셀 내 나노 입자의 디자인.
람셀과 람셀 내의 나노 입자의 디자인 람셀에 분배되는 분석용 샘플의 특성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 분석용 샘플이 유동성이 있는 물질인 경우, 람셀이 음각으로 파여, 마이크로웰 형태로 될수 있고, 마이크로웰 내부의 나노 입자는 양각이나 음각으로 형성될 수 있다. 언급된 마이크로웰은 마이크론 사이즈에 국한되지 않고 다양한 사이즈일 수 있지만 음각의 람셀을 지칭하기 위해 사용된 단어이다. 언급된 나노입자도 나노 사이즈에 국한되지 않고 다양한 사이즈일 수 있지만 람셀보다는 작은 사이즈이다. 또한 분석용 샘플이 유동성이 적은 물질인 경우, 람셀이 평면 또는 양각으로 구성되고, 이러한 람셀 영역 내에 있는 나노 입자는 음각 및 양각으로 형성될 수 있다. 람셀과 람셀 내의 나노 입자의 디자인은 양각과 음각 외의 다른 형태로도 가능하다. 람셀 자체가 물질을 담기 위한 용기의 형태이면, cubic, bowl, 삼각뿔 등 모양이 다양할 수 있다. 반자성, 상자성, 강자성의 지닌 나노 또는 마이크론 사이즈의 입자의 크기와 모양에 따라 이러한 입자를 람셀에 위치할 수 있게 람셀이 디자인 되어야 한다. 입자를 레이저가 람셀 내 각 물질에 잘 타겟할 수 있도록 람셀은 디자인 되어야하고, 산란된 빛이 최대한 광학 신호 추출 모듈의 렌즈에 유입되도록 위치하고 디자인 되어야 한다. 나노 입자는 광학 신호를 증폭할 수 있도록 디자인 되어야 한다. 실험을 통해 증폭효과를 검증할 수 있으나, 전자기장 시뮬레이션 (예를 들어, finite-difference time-domain, 일명 FDTD)이나 기존 데이터나 이론을 통해 초기 디자인과 디자인 방향을 설정할 수 있다. 각 람셀과 람셀 내 나노입자의 크기와 모양을 대변하는 특성 길이 (characteristic length)를 설정하고, 이들의 구성하는 요소들의 크기를 제19항의 라이브러리에 저장되고, 업데이트 되어 광학신호의 증폭효과와 각 요소들의 크기와의 상관관계를 구할 수 있다. 분석 물질이 람셀에 분배 시, 용액일 경우, 람셀이 음각이어야 분석 물질을 담을 수 있다. 때문에, 만약 광학 신호 추출 모듈의 렌즈가 분석 물질을 담을 경우 렌즈의 형태가 오목한 것이 좋다. 광학 신호 추출 모듈이 없는 일반 전도체, 반도체의 기판은 식각이나 박막을 통해 람셀이 오목하게 디자인 될 수 있다. 그리고 나노입자는 둥근 것보다 모가 난 삼각뿔, 사각기둥, 원기둥, 교차된 나노와이어 형태가 증폭효과에 좋다. 나노입자 사이즈가 너무 작아도 증폭효과에 좋지 않고, characteristic length가 60nm에서 100nm가 범위에서 각 나노입자 형태에 대해 증폭 효과 가장 큰 사이즈를 정할 수 있다. 나노입자와 분석 물질 간 간격은 3nm 이하가 되게 디자인 되어야 증폭효과가 좋으나 간격은 충분한 광학 신호가 나오는 범위에서 매우 다양할 수 있다. 때문에 최대한 분석 물질들이 나노입자에서 충분히 근접하게 되도록, 람셀의 나노 입자 형태가 디자인 되고 람셀 당 분석 물질의 양과 분배 방법이 정해져야 한다. 람셀이 여러번 재생할 수 있게 디자인 될 수 있다. 때문에 재생 용액이나 가스에 의해 람셀이 변형이 되지 않게 재생 용액이나 가스의 종류, 양, 유속, 그리고 람셀이 디자인이 결정되어야 한다. 때문에 교차된 나노와이어나 aspect ratio가 큰 기둥 모양보다 aspect ratio가 작은 기둥이나 뿔 모양이 재생 기판의 나노입자로 적합하다.
람셀과 람셀 내의 나노 입자의 디자인은 매우 다양하다. 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
The design of claim 1 , wherein the Ramcell and the nanoparticles within the Ramcell are.
Ramcell and the design of nanoparticles in Ramcell may vary depending on the characteristics of the sample for analysis distributed in Ramcell. For example, when the sample for analysis is a fluid material, the Ramcell may be engraved to form a microwell, and nanoparticles inside the microwell may be embossed or engraved. The mentioned microwells are not limited to the micron size and may be of various sizes, but are a word used to refer to the engraved Ramcell. The mentioned nanoparticles are also not limited to nano size and may have various sizes, but are smaller than Ramsel. In addition, when the sample for analysis is a material with low fluidity, the Ramcell is configured in a flat or embossed shape, and nanoparticles in the Ramcell region may be formed in a negative or embossed shape. Ramcell and the design of nanoparticles within Ramcell are possible in shapes other than embossed and engraved. If the Ramsel itself is in the form of a container for containing substances, it may have various shapes, such as cubic, bowl, and triangular pyramid. According to the size and shape of nano- or micron-sized particles with diamagnetic, paramagnetic, and ferromagnetic properties, the Ramcell must be designed so that these particles can be placed in the Ramcell. The Ramcell should be designed so that the laser can target the particles well to each material in the Ramcell, and the scattered light should be positioned and designed so that the scattered light enters the lens of the optical signal extraction module as much as possible. Nanoparticles should be designed to amplify optical signals. The amplification effect can be verified through experiments, but the initial design and design direction can be established through electromagnetic field simulation (eg, finite-difference time-domain, so-called FDTD) or existing data or theory. The characteristic length representing the size and shape of each Ramcell and the nanoparticles in Ramcell is set, and the size of their constituent elements is stored in the library of claim 19 and updated to determine the amplification effect of optical signals and each element correlations with their size can be found. When an analyte is dispensed into a Ramcell, if it is a solution, the Ramcell must be engraved to contain the analyte. Therefore, if the lens of the optical signal extraction module contains the analyte, the shape of the lens is preferably concave. A general conductor or semiconductor substrate without an optical signal extraction module can be designed with a concave Ramcell through etching or thin film. In addition, the shape of a triangular pyramid, square pillar, cylinder, and crossed nanowires are better for the amplification effect of nanoparticles than round ones. Even if the nanoparticle size is too small, it is not good for the amplification effect, and the largest size of the amplification effect can be determined for each type of nanoparticles in the characteristic length of 60 nm to 100 nm. The distance between the nanoparticles and the analyte should be designed to be 3 nm or less to have good amplification effect, but the gap can be very diverse in the range where a sufficient optical signal is emitted. Therefore, in order for the analytes to be sufficiently close to the nanoparticles as much as possible, the nanoparticle form of Ramcell should be designed, and the amount and distribution method of the analyte per Ramcell should be determined. Ramsell can be designed to play multiple times. Therefore, the type, amount, flow rate, and Ramcell design of the regeneration solution or gas must be determined so that the Ramcell is not deformed by the regeneration solution or gas. Therefore, crossed nanowires or pillars or cones with a small aspect ratio are more suitable as nanoparticles for the reproduction substrate than a pillar shape with a large aspect ratio.
Ramcell and the design of nanoparticles within Ramcell vary widely. Various substitutions, modifications and changes will be possible by those skilled in the art within the scope not departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, and this also falls within the scope of the present invention.
제3항에 있어서, 규격화된 람셀과 내부 나노 입자의 제조 방법.
규격화된 람셀과 내부 나노 입자는 노광, 식각, 그리고 증착에 의해 구성될 수 있다. 람셀을 포함한 기판을 양산하기 위해서, 반도체 공정에 쓰이는 각종 노광, 식각, 증착 공법을 적용하여 디자인 될 수 있다. 람셀의 디자인을 고려하여 Optical Proximity Correction (OPC)을 통해 최적화되어 만들어진 마스크와 노광설비를 통해 감광액이 발린 기판위에 패턴을 노광하고 현상을 한뒤, 식각장비를 통해 식각을 하고 세정을 하며, 다음 패턴을 새기기 위해 물질을 증착하고 노광과 식각등을 반복하여 양각 및 음각의 람셀과 나노패턴을 새길 수 있다. 정교한 람셀과 나노패턴을 구현하기 위하여, DUV, EUV 등의 광원을사용하는 노광장비, Atomic Layer Deposition용 증착장비, High Aspect Ratio 에처장비를 사용할 수 있다. 물론, 목적에 따라, 그 이상 및 그 이하의 스펙을 가진 노광장비, 증착장비, 에처장비 사용할 수 있다. 그리고, 각 장비의 사용에 필요한 모든 소재와 부품을 포함한다. 규격화된 람셀 제조의 방법은 반도체 공정에 국한되지 않는다. 반도체 공정 이외, 람셀의 규격화를 달성시킬 수 있는 각종 제조방법도 포함한다. 예를 들어 3D 프린터 또한 람셀의 규격화를 달성시킬 수 있다. 메탈과 고분자 재료를 바탕으로 모형을 만드는 3D 프린터 사용 그 외 각종 몰딩 기술 또한 청구서 범위에 속한다. 여기서의 규격화된 람셀이란 람셀의 디자인과 사이즈에 있어서 반복적으로 제조 재현 가능한 람셀을 뜻한다. 나노와이어와 그 외 다양한 모양의 나노입자를 쌓아올린 후에 금속이나 반도체, 절연체 등으로 박막하여 람셀 내 나노 입자를 구성할 수 있다.
[Claim 4] The method of claim 3, wherein standardized Ramsel and internal nanoparticles are prepared.
Normalized Ramcell and internal nanoparticles can be constructed by exposure, etching, and deposition. In order to mass-produce a substrate including Ramcell, it can be designed by applying various exposure, etching, and deposition methods used in the semiconductor process. The pattern is exposed and developed on the substrate coated with photoresist through a mask and exposure equipment optimized through Optical Proximity Correction (OPC) in consideration of Ramsell’s design. It is possible to engrave embossed and engraved Ramcell and nanopatterns by depositing a material for engraving and repeating exposure and etching. In order to realize sophisticated Ramcell and nanopatterns, exposure equipment using light sources such as DUV and EUV, deposition equipment for atomic layer deposition, and high aspect ratio etching equipment can be used. Of course, depending on the purpose, exposure equipment, deposition equipment, and etching equipment having higher or lower specifications may be used. And, it includes all materials and parts necessary for the use of each equipment. The standardized Ramcell manufacturing method is not limited to the semiconductor process. In addition to the semiconductor process, various manufacturing methods that can achieve standardization of Ramcell are also included. For example, 3D printers can also achieve standardization of Ramsell. The use of 3D printers to create models based on metal and polymer materials and other molding technologies are also included in the bill. Here, the standardized Ramcell refers to a Ramcell that can be repeatedly manufactured and reproduced in terms of the design and size of the Ramcell. After stacking nanowires and other nanoparticles of various shapes, they can be thinned with metal, semiconductor, or insulator to form nanoparticles in Ramcell.
제1항에 있어서, 람셀에 분배되는 분석용 샘플을 획득하거나 가공하는 모듈, 물질과 방법.
분석용 샘플 내 물질이 람셀에 올바로 위치시키거나, 효과적 광학신호 추출을 위해, 처음 획득했을 당시의 분석용 샘플의 특성이 변화 될 수 있다. 예를 들어 샘플의 표면 장력이 큰 경우, 마이크웰의 형태의 람셀 내부로 투입이 힘들수 있어서 각종 화학 및 물리적 기법으로 표면 장력을 약화시켜 줄수 있다. 각종 계면활성제가 표면장력을 약화시킬수 있는 화학물질일 수 있다. 또한 람셀에 분석용 물질을 고르게 분포 시키고 정착될 수 있도록 분석용 샘플의 점성과 접착력을 각종 화학 및 물리적 기법으로 변화 시킬 수 있다. 분석용 샘플을 고루 섞기 위해 각종 진동 및 회전을 포한함 물리적 방법과 각 분석용 샘플내 물질의 소수성 친수성 작용기와의 인력을 도와 주는 화학 물질과 섞어 주는 방법을 포함한 각 종 화학적 방법 등을 사용 할 수 있다. 샘플 내의 물질에 극성을 부여하기 위해 물질을 반응 시켜, 음이온이나 양이온으로 가공 시킬 수 있다. 샘플 내의 물질에 반자성, 상자성, 강자성의 물질과 결합시켜, 자기장을 띤 람셀 표면에 인력이 작용하게 할 수 있고, 표면플라즈몬의 세기를 강하게 할 수 있다. 물질을 젤 형태로 만들거나, 젤 내부에 투입시킬 수 있다. 람셀에서 다시 샘플을 추출하여, 람셀 기판의 람셀에 다시 분배될 수 있는 용액과 고루 섞어서 다시 람셀에 분배될 수 있다. 샘플의 농도를 줄이기 위해 증류수나 증발이 빠른 아세톤과 같은 물질에 샘플 용액을 희석 시킬 수 있다. 예를 들어, 피 한방울을 증류수에 희석 시킬 수 있다. 희석은 물질의 농도를 낮추어, 람셀 내 분자의 수를 줄일 수 있다. 또한 색을 지닌 물질을 희석 시키면 Rayleigh 빛의 강도를 줄여, 효율적 광학 신호 추출에 도움을 줄 수 있다. 희석 배수 만큼 증가한 샘플 부피와 감소한 농도를 고려하여, 총 람셀 수와 각 람셀의 크기가 정해져야 한다. 호흡기질환과 관련한 바이오마커 샘플 농축을 위해, 증류수나 그 외 바이오마커 샘플을 용해시키는 물질이 담긴 용기에 환자로 의심되는 자가 빨대나 각종 관을 통해 기침을 하거나 날숨을 내쉬어, 바이오마커를 획득할 수 있다. 여러번 기침과 날숨을 통해, 용해 물질 내 바이오마커의 농도를 증가 시킬 수 있다. 혈액인 경우, 사람이나 타동물의 고통을 최소화하는 마이크로주사기로 획득이 가능하다.
본항은 분석 샘플 물질과 결합하여 효율적 광학 신호 추출에 도움이 되는 물질을 포함한다. 람셀에 분배되는 샘플 내 물질 중 특정 물질과 결합하는 물질이 표면에 도포된 작은 구형을 포함한 각 종 모양과 재질의 구조체를 사용할 수 있다. 분석 물질과 이들을 모을 수 있고 광학 신호를 증폭 시킬 수 있는 작은 구조체들이 람셀에 분배 이전에 섞여 있을 수도 있고, 동시에 또는 다른 순서로 람셀에 분배 될 수 있다. 그 외 특정 물질과 결합하여, 전자기장적 또는 화학적으로 광학 신호를 증폭 시키는 물질을 포함한다.
분석 샘플 내 물질과 결합하는 물질과 이들이 표면에 도포된 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띠거나 그러지 아니한 구조체를 통해 타겟 물질을 이러한 구조체에 모을 수 있다. 모양은 결합 물질과 구조체에 따라 매우 다양할 수 있다. 검출하고자 하는 타겟 물질과 이러한 타겟 물질의 광학 신호를 증강 시키는 형광이나 라만 신호 신호 증강 물질을 포함한 물질, 분석 샘플 내 물질과 결합하는 물질과 이들이 표면에 도포된 반자성, 상자성, 강자성의 자성을 띤 구조체 간의 결합을 통해 람셀의 전자기장과 자성 물질로 타겟 물질과 결합한 자성을 띤 구조체를 람셀로 모을 수 있다.
물질간의 효율적 혼합은 임펠러가 있는 작은 믹서기나, 용기를 흔들거나 반복적으로 뒤집는 방법으로 가능하다. 믹서기의 온도는 조절 될 수 있다. 원래 샘플 내의 핵산들이 서로 결합된 경우, 다른 종류의 핵산과 결합 할 수 있도록 온도를 조절해야 할 수 있다. 그 외 static mixer와 같이 여러 믹서기에 의해서도 가능하다. 샘플에 광학 신혹 증폭을 위해 금속나노 입자나 형광물질을 결합시킬 수 있다. 초기 샘플 물질이 기체이거나 고체인 경우 이들이 용해 되는 용액에 녹여서 분석이 가능하다.
기판의 람셀에 분석용 물질을 획득하거나 가공하는 모듈과 방법은 매우 다양하다. 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
The module, material and method of claim 1 , for obtaining or processing a sample for analysis that is dispensed into a Ramsel.
In order to correctly locate the material in the sample for analysis or to effectively extract the optical signal, the characteristics of the sample for analysis at the time of initial acquisition may be changed. For example, if the surface tension of the sample is large, it may be difficult to insert the sample into the ramcell in the form of a microphone well, and thus the surface tension may be weakened by various chemical and physical techniques. Various surfactants may be chemicals that can weaken the surface tension. In addition, the viscosity and adhesion of the sample for analysis can be changed with various chemical and physical techniques so that the analyte can be evenly distributed and settled in Ramcell. Various types of chemical methods including physical methods including vibration and rotation to evenly mix the samples for analysis and methods of mixing with chemicals that help the hydrophobic and hydrophilic functional groups of the materials in each sample for analysis can be used. have. In order to give polarity to the material in the sample, it can be processed into an anion or a cation by reacting the material. By combining the material in the sample with a diamagnetic, paramagnetic, or ferromagnetic material, an attractive force can be applied to the Ramcell surface with a magnetic field, and the strength of the surface plasmon can be strengthened. The substance can be made into a gel form or injected into the gel. By extracting a sample from Ramcell again, it can be evenly mixed with a solution that can be redistributed to Ramcell on a Ramcell substrate and then distributed to Ramcell again. To reduce the concentration of the sample, the sample solution can be diluted in distilled water or a substance such as acetone that evaporates quickly. For example, a drop of blood can be diluted in distilled water. Dilution can lower the concentration of a substance, reducing the number of molecules in the Ramsel. In addition, diluting the colored material reduces the intensity of Rayleigh light, which can help in efficient optical signal extraction. The total number of Ramcells and the size of each Ramcell should be determined, taking into account the sample volume increased by the dilution factor and the decreased concentration. To concentrate biomarker samples related to respiratory diseases, a person suspected of being a patient coughs or exhales through a straw or various tubes in a container containing distilled water or other substances that dissolve the biomarker sample to obtain the biomarker. can By coughing and exhaling several times, the concentration of the biomarker in the dissolved substance can be increased. In the case of blood, it can be obtained with a micro-syringe that minimizes the suffering of humans or other animals.
This section includes materials that combine with an analyte sample material to aid in efficient optical signal extraction. It is possible to use structures of various bell shapes and materials, including small spheres in which a substance binding to a specific substance is applied to the surface of the substance in the sample dispensed to the Ramsel. Analytes and small structures capable of collecting them and amplifying the optical signal may be mixed prior to distribution to the Ramcell, or may be distributed to the Ramcell simultaneously or in a different order. In combination with other specific substances, it includes substances that amplify optical signals electromagnetically or chemically.
A target material can be collected in such a structure through a material that binds to a material in the analyte sample and a structure with or without diamagnetic, paramagnetic, or ferromagnetic magnetism applied to the surface thereof. The shape can vary greatly depending on the bonding material and structure. A target material to be detected, a material containing a fluorescent or Raman signal enhancing material that enhances the optical signal of the target material, a material binding to the material in the analysis sample, and a diamagnetic, paramagnetic, or ferromagnetic magnetic structure coated on the surface Through the coupling between the electromagnetic field of the Ramcell and the magnetic material, the magnetic structure combined with the target material can be collected into the Ramcell.
Efficient mixing of substances can be achieved in a small mixer with an impeller or by shaking or repeatedly inverting the container. The temperature of the mixer can be adjusted. When the nucleic acids in the original sample are bound to each other, the temperature may need to be adjusted so that they can bind to different types of nucleic acids. It is also possible by several mixers like other static mixers. Metal nanoparticles or fluorescent materials can be bound to the sample for optical belief amplification. If the initial sample material is a gas or a solid, it can be analyzed by dissolving them in a solution.
Modules and methods for obtaining or processing analytes in Ramcell on a substrate are very diverse. Various substitutions, modifications and changes will be possible by those skilled in the art within the scope not departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, and this also falls within the scope of the present invention.
제1항에 있어서, 람셀에 분배되고자 하는 분석용 샘플을 정제 하는 모듈과 방법.
람셀에 분배되는 분석용 물질의 이전 형태의 샘플 안에 물질 간의 밀도, 점도, 크기, 끓는점, 녹는점, 어는점, 친수성, 소수성, 자성 등의 물리적 및 화학적 특성에 따른 차이에 의한 정제가 가능하다. 샘플을 정제하는 모듈은 밀도 차에 의한 정제를 가능케하는 원심분리기와 사이즈 차에 의한 정제를 가능케하는 필터 시스템을 포함할 수 있다. 필터 시스템은 나노 사이즈나 마이크로 사이즈의 bead로 구성하여 만들 수 있고, 나노와이어들을 쌓아서 만들 수 있다. 작은 물질의 통로를 지닌 인공 및 천연 고중합물질과 나노 사이즈 및 마이크로 사이즈의 구멍으로 지닌 기판을 통해서 필터 시스템을 형성할 수 있다.
람셀에 분배시키는 모듈에는 필터 시스템을 포함 할 수 있다. 도 8은 이에 대한 예시를 반영한다.
람셀에 분배되는 분석용 물질이 면이나 각종 섬유질 또는 고분자 화학 물질에 흡수된 경우, 이들을 물리적으로 압축하여 물질을 추출할 수 있다.
기판의 분석용 물질을 정제하는 모듈과 방법은 매우 다양하다. 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
The module and method according to claim 1, for purifying the sample for analysis to be distributed to Ramsel.
It is possible to purify by differences according to physical and chemical properties such as density, viscosity, size, boiling point, melting point, freezing point, hydrophilicity, hydrophobicity, and magnetism between substances in the sample of the previous type of analyte distributed in Ramsel. The module for purifying the sample may include a centrifuge enabling purification by a difference in density and a filter system enabling purification by a difference in size. A filter system can be made by composing nano-size or micro-sized beads, and can be made by stacking nanowires. A filter system can be formed through artificial and natural high-polymer materials with small passageways and substrates with nano- and micro-sized pores.
The module for distributing to Ramsell may include a filter system. Figure 8 reflects an example of this.
When the analyte distributed in Ramsell is absorbed by cotton or various fibrous or polymeric chemicals, the material can be extracted by physically compressing them.
Modules and methods for purifying a substrate for analysis are very diverse. Various substitutions, modifications and changes will be possible by those skilled in the art within the scope not departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, and this also falls within the scope of the present invention.
제1항에 있어서, 분석용 샘플, 광학 신호 증강용 나노입자 콜로이드, 형광물질 또는 라만 신호 증강 물질, 자성 물질, 특정 샘플 물질과 결합할 수 있는 물질을 람셀에 분배하거나, 분배 후 타겟 람셀의 물질을 재획득하여 재분배하는 모듈과 방법.
람셀에 분배시키는 방법은 나노 및 마이크로 사이즈 플루이딕 (microfluidic) 형식, 잉크젯 노즐 형식. 나노 및 마이크로 사이즈 피펫, 젤 커팅, 압축, 전자기장과 자성을 지닌 물질을 통한 인력 등을 포함한다. 도 8은 이에 대한 예시를 반영한다. 효율적 광학 신호를 추출하기 위해 물질과 람셀의 표면과의 흡착 강화가 필요할 수 있다. 때문에 분배 후에 람셀의 용액을 증발 시킬 수 있다. 자연적 증발이나 기체의 흐름, 또는 온도나 압력의 변화에 의한 강압적 증발에 의해 람셀내의 가벼운 물질을 손실되지 않게 하여야한다.
샘플이 나노 및 마이크로 플루이딕 시스템을 이동하면서 샘플 내 타겟물질의 특성에 따라 전자기장이 생성되거나 샘플과 결합하는 항체, 항원 및 aptomer 등과 같은 물질이 도포된 람셀에 위치할 수 있다.
본 항은 타겟 물질이 발견된 람셀에서 람셀의 물질을 재획득하여 재분배하는 나노 및 마이크로 사이즈 피펫을 포함한다. 또한 본 항의 모듈을 통해 신호 증폭을 위해 금속 나노입자 콜로이드나 형광물질을 분배 시킬 수 있다.
기판의 분석용 물질을 분배하는 모듈과 방법은 매우 다양하다. 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의
지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
The method according to claim 1, wherein the sample for analysis, the colloid of nanoparticles for optical signal enhancement, a fluorescent material or a Raman signal enhancement material, a magnetic material, or a material capable of binding to a specific sample material is distributed to the Ramcell, or the material of the target Ramcell after dispensing Modules and methods for reacquiring and redistributing
The method of dispensing to Ramsell is nano- and micro-size fluidic (microfluidic) format, and inkjet nozzle format. These include nano- and micro-size pipettes, gel cutting, compression, and attraction through electromagnetic fields and materials with magnetism. Figure 8 reflects an example of this. In order to extract an efficient optical signal, it may be necessary to enhance the adsorption of the material to the surface of Ramsel. Therefore, the Ramsel solution can be evaporated after dispensing. It should be ensured that the light substances in the Ramsell are not lost by natural evaporation, gas flow, or forced evaporation due to changes in temperature or pressure.
As the sample moves through the nano- and micro-fluidic system, an electromagnetic field may be generated depending on the characteristics of the target material in the sample, or it may be located in a Ramcell coated with a material such as an antibody, antigen, and aptomer that binds to the sample.
This section includes nano- and micro-sized pipettes for re-acquisition and redistribution of Ramcell material from which the target material has been found. In addition, metal nanoparticles colloids or fluorescent materials can be distributed for signal amplification through the module of this section.
There are many different modules and methods for dispensing the analyte of the substrate. Those of ordinary skill in the art within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims
Various types of substitution, modification, and change will be possible by those skilled in the art, and this also falls within the scope of the present invention.
제1항에 있어서, 람셀에 분배된 분석용 물질에서 라만 신호을 추출하고 처리하기 위한 모듈과 방법.
한번에 두개 이상의 람셀에서 라만 신호을 추출 할 수 있는 모듈들이 신속하게 여러 람셀의 라만 신호를 추출 할 수 있게 배열 될 수 있다. 이 모듈은 제 20항에 언급된 RPU를 포함할 수 있다. 제1항에서 언급된 것처럼, 주어진 샘플의 부피를 단위 부피로 나누어 광학 신호를 추출하는데, 많은 단위 부피의 광학 신호를 효율적으로 신속하게 추출하기 위한 모듈이다. 이러한 라만 신호을 추출 할 수 있는 모듈은 반사 회절발이나 투과 회절발 같은 격자, 빔 분리기, 필터, 렌즈, 그리고 CCD나 CMOS를 포함한 분광시스템, Fourier Transform (일명, FT) 시스템, 레이저, LED나 TERS를 포함한다. 그 외, 투과라만 (Transmission Raman Spectroscopy, 일명 TRS)와 Spatially Offset Raman spectroscopy (일명, SORS)와 같은 분광기법에 필요한 모듈을 포함한다. 레이저의 파장의 범위나 종류는 제한이 없다. Argon, Krypton, CO2와 같은 가스를 활용한 레이저나 Neodymium-doped yttrium aluminum garnet (NeYAG)와 같은 반도체를 활용한 다이오드 레이저를 모두 포함한다. 각 원하는 파장을 생성시키는 각종 반도체 재료를 포함한 다이오드 레이저가 한개 또는 여러개가 레이저 모듈에 포함될 수 있다. InGaN, AlGaInP, GaAlAs, InGaAsP, GaInAsSb와 같은 반도체를 활용하여 적외선 및 가시광선의 레이저 다이오드를 만들 수 있다. FT 라만분석기에 활용되는 indium-gallium-arsenide (InGaAs) detector 외 다른 물질을 활용하여, 다양한 파장대의 빛 에너지를 전기 에너지로 바꾸어 줄 수 있는 포토다이오드를 포함한다.
여러 종류의 레이저 파장을 쓰기 위해 각 파장에 해당하는 레이저와 통과에 맞는 필터가 자동으로 교체 될 수 있다. 각 레이저 파장에 대해 파워가 조절 될 수 있다. 형광을 최대한 줄이기 위해 1064nm나 1280nm와 같은 파장이 긴 레이저가 필요한데, stokes 스펙트럼 세기를 강하게 하기 위해, 바이오샘플이 파괴되지 않는 범위에서 파워를 증가시키거나 샘플 온도를 높일 수 있다. 본 항의 모듈은 Tunable 또는 pulse 형태의 레이저를 포함한다. 레이저의 모듈의 개수에 제한이 없다. 레이저 필터는 notch 필터 또는 edge 필터를 포함한다. 이러한 장치를 만들 수 있는 방법은 도 4 내지 7과 같이 다양하다.
빛의 회전 방향에 따라 람셀 내의 물질의 카이랄리티 (chirality)에 따라 광학 신호가 다르게 나올 수 있다. 때문에 본 라만 신호 추출 모듈은 빛의 회전을 유도하는 모듈도 포함할 수 있다.
궁극적으로 모든 람셀에서 동시에 광학신호를 추출할 수 있도록, 모든 람셀 영역에 레이저가 동시에 들어가서, 람셀 내 샘플에 의해 나온 모든 광학 신호를 처리할 수 있는 시스템이어야 한다. 람셀의 크기나 광학 모듈의 크기가 이를 허용치 못할 경우, 한개나 그 이상의 람셀들의 라만 신호를 추출하고 처리하는 모듈이나 람셀 기판이 이동하면서 라만 신호를 추출하고 처리할 수 있다. 이동하는 방식은 각 종 Scanner나 Stepper 방식을 포함한다. 이러한 광학신호 추출 모듈은 한개의 유닛이나 한개 이상의 유닛들이 특정 부위에 고정으로 위치하거나, 이동 모듈에 의해 단계적으로 이동하거나 연속적으로 이동하면서 이미지나 스펙트럼을 추출할 수 있다. 레이저 모듈, 레이저 반사기 모듈, 광학렌즈와 분광기을 포함한 모듈이 분리 되어, 레이저 반사기를 통해 레이저 경로를 바꾸어 특정 광학렌즈와 분광기를 포함한 모듈로 레이저가 이동하게 하는 배열과 작동원리를 포함한다. 그리고 서버나 제18항의 기기에 유선이나 무선으로 송수신 가능한 모듈을 포함할 수 있다.
본 청구항은 람셀 밑에 레이저나 그 외 각 종의 빛이 통과하는 기판이나 물질이 위치하고, 그 밑에 레이저 다이오드나 마이크로 LED를 포함한 모듈을 포함한다. 람셀 위에 광학 렌즈와 분광기 (격자 및 CCD 수신기) 를 포함한 모듈이 위치한다. 람셀과 렌즈가 접할 수 있다. 이 모듈은 RPU의 일부를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다.
본 청구항은 람셀 밑에 레이저 다이오드나 마이크로 LED를 포함한 모듈을 포함한다. 람셀 위에 광학 렌즈와 분광기 (격자 및 CCD 수신기) 를 포함한 모듈이 위치한다. 이 모듈은 RPU의 일부를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다. 람셀 밑에 레이저 다이오드나 마이크로 LED를 포함한 모듈이 위치한다. 람셀 위에 광학 렌즈와 분광기 (격자 및 CCD 수신기) 를 포함한 모듈과 SERS용 레이저 및 각종 광원 기기가 위치한다. 람셀과 렌즈가 접할 수 있다. 레이저와 기판 사이에 빛이 통과하는 물질이 존재할 수 있다.
본 청구항은 TERS, 광학렌즈, 분광기를 포함한 모듈을 포함한다. 람셀과 렌즈가 접할 수 있다. 이 모듈은 RPU의 일부를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다.
본 청구항은 람셀 위에 TERS 신호 수신 시스템을 포함한 TERS 모듈이 위치한 모듈을 포함한다. 람셀과 렌즈가 접할 수 있다. 이 모듈은 RPU의 일부를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다.
본 청구항은 람셀 위에 광학 렌즈와 분광기 (격자 및 CCD 수신기)과 레이저 다이오드나 마이크로 LED를 포함한 모듈과 TERS 신호 수신 시스템이 부재한 TERS 모듈이 위치한 모듈을 포함한다. 람셀과 렌즈가 접할 수 있다. 이 모듈은 RPU의 일부를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다.
본 청구항은 람셀 위에 광학 렌즈와 분광기 (격자 및 CCD 수신기)를 포함한 모듈을 포함한다. 팁 강화 라만 분광 (Tip Enhanced Raman Spectroscopy, 일명 TERS) 모듈들이 위치한다. 람셀과 렌즈가 접할 수 있다. 이 모듈은 RPU의 일부를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다. 람셀 밑에 레이저 다이오드나 마이크로 LED를 포함한 모듈이 위치한다.
본 청구항은 TERS 모듈이 포함된 람셀과 광학렌즈와 분광기를 포함한 모듈을 포함한다. 람셀 위에 광학 렌즈와 분광기 (격자 및 CCD 수신기)과 레이저 다이오드나 마이크로 LED를 포함한 모듈이 위치한다. 람셀과 렌즈가 접할 수 있다. 이 모듈은 RPU의 일부를 포함하거나, RPU로 대체 될 수 있다.
광검출기에 분석물질을 담는 공간이 있고, 상단에 광학신호 증폭 기판이 있을 수 있다. 때문에 이런 경우, 광검출기가 람셀의 역할을 한다. 기판 상단에 레이저가 통과하는 렌즈가 있고, 렌즈 상단에 발광기이 존재한다.
각 람셀에서 나온 광학 신호를 동시에 추출하거나 시간별로 추출하게 하는 하나의 회절발로 구성된 광학 신호 추출 모듈을 구성할 수 있다. 각 람셀 상단에 위치한 발광기가 람셀의 분석 샘플에 레이저를 쏘아 산란되어 나온 빛을 빔분리기와 렌즈 모듈를 거쳐 반사 회절발과 반사거울 포함 모듈로 들어가, 각 람셀에서 산란되어 나온 빛을 반사시키는 병렬로 구성된 반사거울을 통해 빛들이 하나의 반사 회절발에 의해 분산회절되어 병렬로 구성된 반사거울에 의해 병렬로 구성된 광검출기로 들어가는 방법을 포함한다. 또한, 각 람셀 상단에 위치한 발광기가 람셀의 분석 샘플에 특정 시간 별로 레이저를 쏘아 산란되어 나온 빛을 빔분리기와 렌즈 모듈를 거쳐 빔 수집 및 경로변환기 (렌즈/거울 포함)에 의해 반사 회절발과 반사거울 포함 모듈로 보내져, 반사거울을 통해 하나의 반사 회절발에 의해 분산회절되어 다시 반사거울에 의해 광검출기로 들어가는 방법을 포함한다.
람셀 내 샘플 표면 상 레이저 빔의 위치는 고정 되어있을 수 있고, 이동할 수 있다. 고정되면, 람셀 내 샘플에 열에 의한 변화를 고려하여, 레이저 파워, 지속시간, 레이저 재발사까지 걸리는 시간을 조절해야 한다. 지속시간은 제1항에 언급된 람셀 내 샘플에게 허용되는 최고 온도 보다 낮게 하도록 제한되어야 하고, 람셀 내 샘플의 최대한 모든 물질이 확산에 의해 빔의 범위에 들어 올때 까지 걸리는 시간 보다 크게 되도록 범위를 정할 수 있다. 람셀 내 물질이 빔의 범위까지 들어오는 최고 확산 시간은 람셀 가장자리에서 빔의 위치까지의 거리의 제곱에서 확산계수로 나눈 값으로 예측할 수 있다. 상승 람셀 내 레이저 빔의 이동은 국소적인 온도 상승을 피할 수 있게하며, 람셀 내 샘플의 최대한 많은 조성에 대한 빛의 산란을 유도 할 수 있으므로, 빔의 이동이 필요하게 디자인 되는 것도 본 청구범위에 속한다. 빔의 이동은 레이저 모듈 내부 렌즈나 반사유리의 이동 또는 모듈 자체의 이동으로 가능하다. 이동 범위와 이동 패턴은 매우 다양 할 수 있다. 빔의 이동이 반복적으로 람셀 내 테두리 모양으로 돌 수 있고, 람셀 중앙에서 시작해 테두리로 회오리 모양으로 이동하거나 반대로 테두리에서 시작해 람셀 중앙으로 이동할 수 있고, 람셀 한 면에서 다른 면으로 지그재그로 이동할 수 있다. 시작 지점과 끝의 지점은 매우 다양할 수 있다. 정해진 패턴이 아니라 람셀 내 임의적인 패턴으로 이동할 수 있다.
라만 신호 추출 모듈은 한개 이상의 람셀의 샘플에 대한 광학 신호를 동시에 추출할 수 있다.
라만 신호을 추출하고 처리하기 위한 모듈은 제7항의 분배 모듈과 결합되거나 분배 모듈내에 포함될 수 있다.
포함한 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정될 수 있다. 이에 따라, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
The module and method according to claim 1, for extracting and processing a Raman signal from the analyte distributed in Ramcell.
Modules that can extract Raman signals from two or more Ramcells at once can be arranged to quickly extract Raman signals from multiple Ramcells. This module may include the RPU mentioned in claim 20 . As mentioned in claim 1, an optical signal is extracted by dividing the volume of a given sample by a unit volume, and it is a module for efficiently and quickly extracting an optical signal of a large unit volume. Modules that can extract these Raman signals include gratings, beam splitters, filters, lenses, and spectroscopic systems including CCD and CMOS, Fourier Transform (aka, FT) systems, lasers, LEDs or TERS such as reflection and transmission diffraction fields. include In addition, it includes modules necessary for spectroscopic techniques such as Transmission Raman Spectroscopy (aka TRS) and Spatially Offset Raman spectroscopy (aka, SORS). There is no limitation on the range or type of the wavelength of the laser. It includes both lasers using gases such as Argon, Krypton, and CO2, and diode lasers using semiconductors such as neodymium-doped yttrium aluminum garnet (NeYAG). A laser module may contain one or several diode lasers comprising various semiconductor materials generating each desired wavelength. Infrared and visible laser diodes can be made by utilizing semiconductors such as InGaN, AlGaInP, GaAlAs, InGaAsP, and GaInAsSb. It includes a photodiode that can convert light energy of various wavelengths into electrical energy by using materials other than the indium-gallium-arsenide (InGaAs) detector used in the FT Raman analyzer.
In order to use several types of laser wavelengths, the laser corresponding to each wavelength and the filter suitable for the pass can be automatically replaced. The power can be adjusted for each laser wavelength. Long-wavelength lasers such as 1064 nm or 1280 nm are required to reduce fluorescence as much as possible. In order to intensify the stokes spectral intensity, the power can be increased within a range that does not destroy the biosample or the sample temperature can be increased. Modules in this section include tunable or pulse type lasers. There is no limit to the number of modules of the laser. Laser filters include notch filters or edge filters. There are various methods for making such a device as shown in FIGS. 4 to 7 .
Depending on the rotation direction of light, the optical signal may be different depending on the chirality of the material in the Ramcell. Therefore, this Raman signal extraction module may also include a module for inducing rotation of light.
Ultimately, so that optical signals can be simultaneously extracted from all Ramcells, the system must be capable of processing all optical signals emitted by samples in Ramcells by allowing lasers to enter all Ramcell regions at the same time. When the size of the Ramcell or the size of the optical module does not allow this, a module that extracts and processes Raman signals of one or more Ramcells or a Ramcell substrate can extract and process Raman signals while the substrate moves. The movement method includes various types of Scanner or Stepper methods. Such an optical signal extraction module may extract an image or spectrum while one unit or one or more units are fixedly located in a specific area, or moved step by step or continuously moved by a movement module. The laser module, the laser reflector module, and the module including the optical lens and the spectrometer are separated, and the laser path is changed through the laser reflector to make the laser move to the module including the specific optical lens and the spectrometer. And the server or the device of claim 18 may include a module that can transmit and receive wired or wireless.
This claim includes a module including a laser diode or micro LED under which a substrate or material through which a laser or other types of light passes is located under the Ramcell. Above the Ramsel is placed the module containing the optical lens and the spectrometer (the grating and the CCD receiver). Ramsell and lenses can come into contact. This module may contain a part of the RPU, or may be replaced by an RPU.
This claim includes modules containing laser diodes or micro LEDs under the Ramsel. Above the Ramsel is placed the module containing the optical lens and the spectrometer (the grating and the CCD receiver). This module may contain a part of the RPU, or may be replaced by an RPU. A module containing a laser diode or micro LED is located under the Ramsel. Modules including optical lenses and spectrometers (lattice and CCD receiver), lasers for SERS, and various light sources are located on Ramsell. Ramsell and lenses can come into contact. There may be a material through which light passes between the laser and the substrate.
This claim includes modules including TERS, optical lenses and spectrometers. Ramsell and lenses can come into contact. This module may contain a part of the RPU, or may be replaced by an RPU.
This claim includes a module in which a TERS module including a TERS signal receiving system is located above the Ramcell. Ramsell and lenses can come into contact. This module may contain a part of the RPU, or may be replaced by an RPU.
This claim includes modules in which optical lenses and spectrometers (lattice and CCD receivers) and modules including laser diodes or micro LEDs are located on the Ramsel, as well as the TERS module without the TERS signal receiving system. Ramsell and lenses can come into contact. This module may contain a part of the RPU, or may be replaced by an RPU.
This claim includes a module comprising an optical lens and a spectrometer (a grating and a CCD receiver) on a Ramsel. Tip Enhanced Raman Spectroscopy (TERS) modules are located there. Ramsell and lenses can come into contact. This module may contain a part of the RPU, or may be replaced by an RPU. A module containing a laser diode or micro LED is located under the Ramsel.
This claim includes a Ramcell including a TERS module and a module including an optical lens and a spectrometer. Above the Ramsel are placed optical lenses and spectrometers (grids and CCD receivers) and modules containing laser diodes or micro LEDs. Ramsell and lenses can come into contact. This module may contain a part of the RPU, or may be replaced by an RPU.
There may be a space for storing an analyte in the photodetector, and there may be an optical signal amplifying substrate on the top. Therefore, in this case, the photodetector acts as a Ramsel. There is a lens through which the laser passes on the top of the substrate, and there is a light emitter on top of the lens.
An optical signal extraction module composed of a single diffraction foot that simultaneously extracts optical signals from each Ramcell or extracts them by time can be configured. The light emitter located at the top of each Ramcell shoots a laser on the Ramcell analysis sample, and the scattered light passes through the beam splitter and lens module, enters the module including the reflective diffraction foot and the reflective mirror, and reflects the scattered light from each Ramcell. and a method in which light is diffusely diffracted by a single reflective diffraction foot through a reflective mirror and enters a photodetector configured in parallel by a reflective mirror configured in parallel. In addition, the light emitter located at the top of each Ramcell shoots a laser at a specific time to the analysis sample of the Ramcell, and the scattered light passes through the beam splitter and lens module, collects the beam and uses the path converter (including the lens/mirror) to reflect the diffraction foot and the reflection mirror. It is sent to the containment module, is diffusely diffracted by one reflective grating through the reflective mirror, and then enters the photodetector by the reflective mirror again.
The position of the laser beam on the sample surface in the Ramcell can be fixed or can be moved. Once fixed, it is necessary to adjust the laser power, duration, and the time it takes to re-radiate the laser in consideration of the change due to heat in the sample in the Ramcell. The duration shall be constrained to be lower than the maximum temperature allowed for the sample in the Ramcell as mentioned in paragraph 1 and shall be ranged to be greater than the time it takes for as much as possible all material in the sample in the Ramcell to enter the range of the beam by diffusion. can The maximum diffusion time for the material in the Ramcell to enter the beam range can be estimated as the square of the distance from the edge of the Ramcell to the beam position divided by the diffusion coefficient. Since the movement of the laser beam in an ascending Ramcell avoids a local temperature rise and can induce scattering of light for as many compositions as possible of the sample in the Ramcell, it is also within the scope of the claims that the movement of the beam is designed to be necessary. . The movement of the beam is possible by movement of the inner lens or reflective glass of the laser module or movement of the module itself. Movement ranges and movement patterns can vary widely. The movement of the beam can be repeatedly rotated around the frame in the Ramsel, starting from the center of the Ramsel and moving to the frame in a whirlpool, or vice versa, starting from the frame and moving to the center of the Ramsel, and moving in a zigzag from one side of the Ramsel to the other. The starting point and the ending point can be very different. It is possible to move to an arbitrary pattern in Ramsell rather than a fixed pattern.
The Raman signal extraction module may simultaneously extract optical signals for one or more samples of Ramcell.
The module for extracting and processing the Raman signal may be combined with the distribution module of claim 7 or included in the distribution module.
It is not limited by the above-described embodiments including and the accompanying drawings, but may be defined by the appended claims. Accordingly, various types of substitution, modification and change will be possible by those skilled in the art within the scope not departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, and this also falls within the scope of the present invention .
제1항에 있어서, 람셀에 분배된 분석용 물질에서 SPR 신호을 추출하고 처리하기 위한 모듈과 방법.
한번에 두개 이상의 람셀에서 SPR 신호을 추출 할 수 있는 모듈들이 신속하게 여러 람셀의 SPR 신호를 추출 할 수 있게 배열 될 수 있다. SPR 신호을 추출 할 수 있는 모듈을 포함한다. 이러한 장치를 만들 수 있는 방법은 도 10 내지 11과 같이 다양하다. 동시에 여러 람셀의 SPR 신호를 추출하고 처리하는 모듈이나 람셀 기판이 이동하면서 SPR 신호를 추출하고 처리할 수 있다. 포함한 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정될 수 있다. 이에 따라, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
The module and method according to claim 1, for extracting and processing the SPR signal from the analyte dispensed in Ramsel.
Modules capable of extracting SPR signals from two or more Ramcells at once can be arranged to quickly extract SPR signals from multiple Ramcells. It includes a module that can extract SPR signals. Methods for making such a device are various as shown in FIGS. 10 to 11 . At the same time, a module that extracts and processes SPR signals from multiple Ramcells or a Ramcell substrate can extract and process SPR signals while moving. It is not limited by the above-described embodiments including and the accompanying drawings, but may be defined by the appended claims. Accordingly, various types of substitution, modification and change will be possible by those skilled in the art within the scope not departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, and this also falls within the scope of the present invention .
제8항과 제9항에 있어서, 타겟 신호가 있다고 판단되는 람셀에서 샘플을 추출하여 새로운 람셀 기판의 람셀에 다시 넣을 수 있는 용액과 섞는 과정을 포함하여. 람셀에 분배되어 라만 및 SPR 신호를 다시 추출할 수 있는 모듈과 방법.
이러한 과정은 사용자가 원하는 타겟 물질의 신호 추출까지 만족할 수 있도록 반복될 수 있다. 타겟 신호가 있다고 판단되는 람셀내에서 PCR 및 ELISA를 진행 할 수 있고, 또는, 람셀내의 샘플을 PCR과 ELISA 모듈로 이동하여 분석을 진행 할 수 있다. 포함한 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정될 수 있다. 이에 따라, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
10. The method of claim 8 and 9, comprising the process of extracting a sample from a Ramcell determined to have a target signal and mixing it with a solution that can be put back into the Ramcell on a new Ramcell substrate. Modules and methods that can be distributed to Ramsel and re-extract Raman and SPR signals.
This process may be repeated so that the user is satisfied with signal extraction of the desired target material. PCR and ELISA can be performed in the Ramcell determined to have the target signal, or the sample in the Ramcell can be moved to the PCR and ELISA module for analysis. It is not limited by the above-described embodiments including and the accompanying drawings, but may be defined by the appended claims. Accordingly, various types of substitution, modification and change will be possible by those skilled in the art within the scope not departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, and this also falls within the scope of the present invention .
제1항에 있어서, 람셀 기판은 각 부위의 좌표와 높이를 측정할 수 있게 하는 마크를 통해 마크의 위치를 광학적 또는 물리적인 기법으로 측정할 모듈.
The module according to claim 1, wherein the Ramsel substrate measures the position of the mark by an optical or physical technique through a mark that allows to measure the coordinates and height of each part.
제11항에 있어서, 람셀 기판은 각 부위의 좌표와 높이를 측정을 통해 람셀 기판의 위치를 변경시켜 주는 모듈
레이저의 빔이 람셀 내의 샘플 표면에 올바르게 위치하도록 람셀의 위치를 변경시켜 줄 수 있다.
The module according to claim 11, wherein the Ramcell substrate changes the position of the Ramcell substrate by measuring the coordinates and height of each part.
The position of the Ramcell can be changed so that the laser beam is correctly positioned on the sample surface in the Ramcell.
제1항에 있어서, 람셀 구조에 자기장 또는 전기장 생성 및 조절 모듈과 방법.
자기장 또는 자기장을 통해 라만 신호나 각 종 플라즈몬 신호를 증강 시킬 수 있다. 반자성, 상자성, 강자성의 지닌 나노 또는 마이크론 사이즈의 입자 등을 인력으로 람셀에 위치하도록 전류를 통해 자기장을 생성 및 세기를 조절할 수 있다.
나노사이즈나 마이크론 사이즈의 와이어에 감긴 코일을 통한 자기장 생성을 가능케하는 모듈이 람셀에 포함되거나 접하거나, 근처에 존재할 수 있다. 전류를 강하게 흘리거나 코일의 수를 증가하여 자기장의 세기를 강화 시킬 수 있다. 자기장과 더불어 생기는 전기장도 신호 증폭에 도움이 될 수 있다. 특정 주파수의 강도가 약한 광학신호를 동일 주파수의 전자기장을 통해 증폭시켜 광학 신호의 존재 여부와 강도를 측정할 수 있다. 각종 반자성, 상자성, 강자성의 물질을 지닌 모듈이 사용 될 수 있다. 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
The module and method of claim 1 , wherein a magnetic or electric field generation and regulation module and method in a Ramcell structure.
A Raman signal or various plasmon signals can be enhanced through a magnetic field or a magnetic field. The magnetic field can be generated and the strength can be adjusted through electric current so that diamagnetic, paramagnetic, and ferromagnetic nanoparticles or micron-sized particles, etc., are placed in the Ramcell by attraction.
A module capable of generating a magnetic field through a coil wound around a nano- or micron-sized wire may be included in, in contact with, or exist in the vicinity of the Ramcell. The strength of the magnetic field can be strengthened by flowing a strong current or increasing the number of coils. In addition to magnetic fields, electric fields can also help to amplify the signal. By amplifying an optical signal having a weak intensity of a specific frequency through an electromagnetic field of the same frequency, the existence and intensity of the optical signal can be measured. Modules with various diamagnetic, paramagnetic and ferromagnetic materials can be used. Various substitutions, modifications and changes will be possible by those skilled in the art within the scope not departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, and this also falls within the scope of the present invention.
제1항에 있어서, 샘플과 접하는 람셀 표면의 반대 표면에 특정 주파수의 전자기장과 빛을 쏘아 광학신호를 증강 시키는 모듈과 방법.
람셀의 표면플라즈몬을 증강시키기 위해 샘플과 접하는 람셀 표면의 반대 표면에 광자가 쏘이거나, 광자를 침투시킬 수 있다. 보통 금속의 플라즈몬의 파장은 가시광선 및 자외선에 가깝다. 솔리드스테이트의 AlGaN UV LED나 스마트폰 플래쉬에 쿼츠나 Fluorite와 같은 필터를 써서 형성한 UV 레이저, 또는 그외 가스를 이용하여 만들어진 UV 레이저로 플라즈몬 표면에 쏘아 플라즈몬 공명 증강을 가능케 할 수 있다. 뿐만 아니라 그 외 적외선, 가시광선 등을 InGaN, AlGaInP, GaAlAs, InGaAsP, GaInAsSb와 같은 반도체를 활용한 레이저 다이오드를 통해 생성할 수 있고, 이들을 광학신호 증강을 위해 쓰일 수 있다.
라만 스펙트럼의 특정 주파수의 파장의 강도가 약할 경우, 검출하기 힘들 수 있다. 때문에, 특정 주파수를 가진 광자의 생성 여부와 세기를 판단하기 위해, 동일한 주파수의 전자기장을 적용하여, 공명으로 증폭시킬 수 있다. 전자기장을 적용하는 방법은 매우 다양하다. 솔레노이드나 자성이나 반자성을 지닌 물체, 그리고 반도체의 FN 터널링 (일명, Fowler Nordheim Tunneling) 기법을 통해 전자기장의 발생을 유발 시킬 수 있다. 전자기장의 주파수와 세기를 조절하여, 특정 광학 신호의 증폭을 유도한다.
The module and method according to claim 1, wherein the optical signal is enhanced by irradiating an electromagnetic field and light of a specific frequency to the surface opposite to the surface of the Ramcell in contact with the sample.
In order to enhance the surface plasmon of the Ramcell, a photon may be shot on the surface opposite to the surface of the Ramcell in contact with the sample, or the photon may be penetrated. In general, the wavelength of plasmon of metal is close to visible light and ultraviolet light. It is possible to enhance plasmon resonance by shooting solid-state AlGaN UV LEDs, UV lasers formed by using filters such as quartz or fluorite in smartphone flashes, or UV lasers made using other gases at the plasmon surface. In addition, infrared and visible light can be generated through a laser diode using semiconductors such as InGaN, AlGaInP, GaAlAs, InGaAsP, and GaInAsSb, and these can be used to enhance optical signals.
When the intensity of the wavelength of a specific frequency of the Raman spectrum is weak, it may be difficult to detect. Therefore, in order to determine whether a photon having a specific frequency is generated and the intensity thereof, an electromagnetic field of the same frequency may be applied and amplified by resonance. There are many different ways to apply an electromagnetic field. Electromagnetic fields can be induced through solenoids, magnetic or diamagnetic objects, and FN tunneling of semiconductors (aka, Fowler Nordheim Tunneling). By controlling the frequency and strength of the electromagnetic field, it induces amplification of a specific optical signal.
제1항에 있어서, 람셀 기판의 온도와 압력을 일정하게 유지 시켜주고 변화시켜 주는 모듈과 방법.
물질은 온도와 압력의 영향을 받는다. 사용자가 원하는 형태의 물질에 대한 광학 신호를 추출하기 위해 람셀 기판의 온도와 압력을 유지시켜 주는 모듈이 람셀 기판 내에 있거나 상부 또는 하부에 접하거나 위치할 수 있다. 온도의 상승에 따라 anti-stokes의 신호가 강해 질 수 있다. 때문에 온도의 변화에 따른 여러 스펙트럼 추출은 샘플 내 물질 파악의 단서가 될 수 있다. 샘플이 위치하는 람셀 기판의 각 표면이나 근처에 미세 냉각기 및 히터를 포함한 MEMS 열교환기가 위치할 수 있다. 물질은 대기압의 상온에서 측정이 이루어 지는 경우가 많으므로, 대기압과 상온의 조건을 기기 내에서 유지 시킬 수 있도록 한다.
The module and method according to claim 1, wherein the temperature and pressure of the Ramsel substrate are constantly maintained and changed.
Matter is affected by temperature and pressure. A module for maintaining the temperature and pressure of the Ramcell substrate in order to extract an optical signal for a material of a user's desired shape may be in, in contact with, or positioned above or below the Ramcell substrate. As the temperature rises, the signal of anti-stokes may become stronger. Therefore, multiple spectral extractions according to changes in temperature can be a clue to identify substances in a sample. MEMS heat exchangers including microcoolers and heaters may be located on or near each surface of the Ramsel substrate on which the sample is placed. Since materials are often measured at room temperature of atmospheric pressure, the conditions of atmospheric pressure and room temperature should be maintained in the device.
제1항에 있어서, 라만 기판을 한개나 여러개 포함한 카트리지.
카트리지 내 여러 라만 기판을 저장하여, 특정 샘플의 전반적 물질 분석을 위해 여러 라만 기판이 실시간 연속적으로 사용될 수 있고, 다음 분석을 위해 라만 기판이 여러개 저장될 수 있다. 찾고자 하는 분석 물질이 나올때까지 카트리지의 라만 기판들이 분석장비에 투입될 수 있고, 찾고자 하는 분석 물질이 나오면, 라만 기판의 분석장비로의 투입이 중단될 수 있다. 본 항은 분석이 끝난 라만 기판을 저장하는 카트리지와 이들을 세척하는 카트리지를 포함된다. 세척 후 드라이 할 수 있다. 세척 후에 다시 재생하여 사용할 수 있다. 재생을 위해 세척에 사용하는 용액이나 기체의 종류, 유속, 양은 재생용 람셀 기판의 디자인과 크기에 따라 다를 수 있으나, 람셀의 기판의 디자인 변형을 주지 않는 범위에서 정해져야 한다. 보통 유속과 관의 내경과 비례하고 유체의 동점성계수와 반비례하는 Reynold 수가 증가할 수 록 난류에 가까워지고, 람셀 기판의 변형을 유발 할 수 있다. 하지만, 람셀의 물질의 효율적 세척을 위해 난류가 도움이 될 수 있으므로, 람셀 기판의 디자인에 변형을 최소화하는 최대의 Reynold 수를 찾는 것이 디자인에 도움이 된다.
The cartridge according to claim 1, comprising one or more Raman substrates.
By storing multiple Raman substrates in the cartridge, multiple Raman substrates can be used continuously in real time for general material analysis of a specific sample, and multiple Raman substrates can be stored for subsequent analysis. The Raman substrates of the cartridge may be input to the analysis equipment until the analyte to be found is released, and when the analyte to be found is released, the input of the Raman substrate into the analysis equipment may be stopped. This section includes a cartridge for storing the analyzed Raman substrate and a cartridge for cleaning them. It can be dried after washing. It can be recycled and used again after washing. The type, flow rate, and amount of the solution or gas used for cleaning for regeneration may vary depending on the design and size of the Ramcell substrate for regeneration, but should be determined within a range that does not change the design of the Ramcell substrate. In general, as the Reynold number, which is proportional to the flow rate and the inner diameter of the tube and inversely proportional to the dynamic viscosity of the fluid, increases, the turbulence approaches and may cause deformation of the Ramsel substrate. However, since turbulence can be helpful for efficient cleaning of materials in Ramcell, it is helpful in design to find the maximum Reynold number that minimizes deformation in the design of Ramcell substrates.
제1항에 있어서, 람셀이나 람셀표면에 극성 생성 및 조절 모듈과 방법.
분석용 샘플 내의 양이온과 음이온 등의 극성을 띤 물질을 극성을 띤 람셀 내로 끌여 들여 분석의 정확성과 민감도를 높힐 수 있다. 람셀 내 전자를 증가 또는 감소를 유발 시키는 모듈이 필요하다. 반도체를 이용하여 FN 터널링 기법처럼 전압을 통한 전자의 이동으로 이를 달성할 수 있다. 또는 전자나 양자가 많은 물질을 람셀 표면에 도포할 수 있다. 뿐만 아니라, 람셀의 자유전자에 의해 플라즈몬 증강이 가능하므로, 람셀의 인위적 극성 생성을 통해 자유전자 양을 늘릴 수 있다.
The module and method for generating and controlling polarity on a Ramcell or Ramcell surface according to claim 1 .
The accuracy and sensitivity of analysis can be improved by drawing polar substances such as cations and anions in the sample for analysis into the polar Ramcell. A module that causes an increase or decrease of electrons in Ramcell is required. Using a semiconductor, this can be achieved by the movement of electrons through voltage, such as the FN tunneling technique. Alternatively, a material rich in electrons or protons can be applied to the Ramsel surface. In addition, since plasmon enhancement is possible by the free electrons of the Ramcell, the amount of free electrons can be increased through the artificial polarity generation of the Ramcell.
제1항 내지 제17항에 있어서, 각 항에 속하는 청구범위의 기술을 부분적으로 또는 통합적으로 사용하여 만들어진 분석 플랫폼 기기나 부품.
기기의 부품을 이용하여, 람셀의 분석용 샘플내의 물질의 종류와 양을 분석할 수 있다. 분석용 샘플 내 미량으로 존재하는 물질의 광학 신호를 다량의 물질의 광학 신호에서 분리해 내고, 정확하게 샘플내 모든 물질의 종류와 양을 측정할 수 있게 하는 물질 분석용 플랫폼이다. 각 물질에 대해 각 온도, 농도 등의 실험 조건에서 얻어진 광학 신호 빅데이터와 이들은 대변하는 모델을 통해, 샘플내 물질의 종류와 양을 측정을 할 수 있다.
광학 신호 추출 모듈, 람셀 기판 또는 물질을 담지 않는 SERS 기판을 포함한 모듈, 물질 분배 모듈이 모두 합쳐져 하나의 기기로 휴대할 수 있다. 광학 신호 추출 모듈, 람셀 기판 또는 SERS 기판 을 포함한 모듈은 연결 축으로 연결될 수 있고, 물질 분석 시, 이들을 펼칠 수 있다. 물질 분석 모듈을 위해서 물질 분배 모듈의 샘플 투입구에 샘플을 넣는다. 광학 신호 추출 모듈이 물질을 담는 용기를 포함한 경우, 물질 분배 모듈을 광학 신호 추출 모듈에 부착시켜, 물질을 분배 시킨다. 그리고 SERS 기판을 포함한 모듈을 광학 신호 추출 모듈 위에 부착시킨 후, 물질 분석을 한다. 광학 신호 추출 모듈이 물질을 담는 용기가 없는 경우, 람셀 기판을 포함한 모듈에 물질 분배 모듈을 부착시켜, 물질을 분배한다. 그리고 광학 신호 추출 모듈을 람셀 기판을 포함한 모듈 위에 부착시킨 후, 물질 분석을 한다.
18. The assay platform device or component according to any one of claims 1 to 17 made using, in part or integrally, the technology of each of the claims.
Using the components of the instrument, it is possible to analyze the type and amount of substances in the sample for analysis of Ramsel. It is a platform for material analysis that separates the optical signal of a substance present in a trace amount in the sample for analysis from the optical signal of a large amount of material, and accurately measures the type and amount of all substances in the sample. For each material, the type and amount of the material in the sample can be measured through the optical signal big data obtained under experimental conditions such as temperature and concentration and the model they represent.
An optical signal extraction module, a module including a Ramsel substrate or a material-free SERS substrate, and a material distribution module are all combined and can be carried as a single device. A module including an optical signal extraction module, a Ramcell substrate or a SERS substrate can be connected by a connecting shaft, and can be unfolded during material analysis. For the material analysis module, place the sample into the sample inlet of the material dispensing module. When the optical signal extraction module includes a container containing a substance, the substance dispensing module is attached to the optical signal extraction module to dispense the substance. And after attaching the module including the SERS substrate on the optical signal extraction module, material analysis is performed. When the optical signal extraction module does not have a container for containing the material, the material is dispensed by attaching the material dispensing module to the module including the Ramsel substrate. Then, after attaching the optical signal extraction module on the module including the Ramcell substrate, material analysis is performed.
제18항에 있어서, 각 람셀의 분석용 샘플의 물질의 종류와 양을 판단하기 위해, 각 람셀에서 추출된 신호 패턴과 비교분석이 되는 참조가 되는 물질에 대한 광학 신호 데이터와 모델의 라이브러리 소프트웨어와 저장 장치.
청구항 18에 있어서, 각 람셀에서 추출된 신호 패턴과 비교분석이 되는 참조가 되는 물질 스펙트럼의 라이브러리 형태의 소프트웨어가 설치될 수 있다. 이 라이브러리가 저장된 모듈이 제18항의 분석 플랫폼 기기나 제22항의 서버에 하나 이상로 존재할 수 있고, 각 람셀 표면 위에 마이크로 사이즈 이상의 형태로 parallel로 존재할 수 있다. 스펙트럼은 람셀 내 물질의 플라즈모닉 표면 상 오리엔테이션, 빛의 종류와 입사각, 그리고 온도, 압력, 물질의 농도 등에 영향을 받는데, 이런 인자의 값을 변화시켜 각 람셀에서 추출한 스펙트럼을 바탕으로 각 물질을 대변하는 레퍼런스 용 빅데이터를 확보 및 라이브러리화 할 수 있다. 각 물질에 대한 빅데이터 광학신호를 람셀에서 추출할 수 있다. 빅데이터의 내용에는 물질의 특성 (화학성분과 조성), 람셀 기판에 대한 정보 (예를 들어, 크기, 람셀개수 등), 분석 조건 (예를 들어, 물질의 질량, 온도, 압력, 레이저 파장 등), 물질의 주체에 대한 정보 (예를 들어, 신체 조건, 인종, 나이, 기존 병력, 직업, 소득, 사는 위치 등 신체적, 사회적, 경제적, 환경적 정보), 람셀 디자인 (예를 들어, 람셀의 크기, 모양, 재질과 나노입자의 크기, 모양, 배열 등), 람셀 기판 디자인 (예를 들어, 기판 크기와 재질, 람셀 개수, 람셀 배열 등)에 대해 각 람셀에서 추출된 광학 신호 데이터를 저장하고, 이들을 통해 각 물질에 대해 광학 신호 패턴을 모델화 할 수 있다.
19. The method of claim 18, wherein in order to determine the type and amount of the material of the sample for analysis of each Ramcell, the optical signal data and model library software for the reference material to be analyzed and compared with the signal pattern extracted from each Ramcell; storage device.
The method according to claim 18, wherein software in the form of a library of material spectra serving as a reference for comparative analysis with the signal pattern extracted from each Ramcell may be installed. One or more modules in which this library is stored may exist in the analysis platform device of claim 18 or the server of claim 22, and may exist in parallel in the form of micro-sized or larger on each Ramcell surface. The spectrum is affected by the orientation of the material on the plasmonic surface of the material in the Ramcell, the type and angle of incidence, temperature, pressure, and the concentration of the material. It is possible to secure and library big data for reference. Big data optical signals for each material can be extracted from Ramsell. The content of big data includes material properties (chemical composition and composition), information on Ramcell substrates (eg size, number of Ramcells, etc.), analysis conditions (eg mass of material, temperature, pressure, laser wavelength, etc.) ), information about the subject of the substance (e.g., physical, social, economic, environmental information such as physical condition, race, age, pre-existing medical history, occupation, income, location of residence), Ramsell design (e.g., Ramsel's Store the optical signal data extracted from each Ramcell for size, shape, material and nanoparticle size, shape, arrangement, etc.) , through which it is possible to model the optical signal pattern for each material.
제18항에 있어서, 각 람셀에서 추출된 신호 패턴이 참조가 되는 물질의 광학 신호의 라이브러리 내 특정 패턴과 유사한지 판단 하고, 신호 패턴 빅데이터를 바탕으로 패턴 모델을 형성 할 수 있는 머신러닝이 가능한 프로그램과 이를 수행할 수 있는 칩 모듈. 제 22항의 서버 내에 같은 머신러닝 프로그램이나 라이브러리가 존재할 경우 이를 접속할 수 있는 소프트웨어를 포함한다.
참조용 물질의 스펙트럼은 이미 발견된 각 물질에 대한 스펙트럼이나 새롭게 발견된 각 물질의 스펙트럼의 라이브러리로서, 각 람셀에서 추출된 스펙트럼의 패턴과 매칭되어, 분석용 샘플내의 물질의 종류와 양을 분석할 수 있다. 매칭을 위해 주성분분석 (Principal Component Analysis, 일명 PCA), 부분최소자승법 (Partial Least Squares, 일명 PLS), 합성곱신경망 (Convolutional Neural Network, 일명 CNN), 서포트벡터머신 (Support Vector Machine, 일명 SVM) 등과 같은 각종 머신러닝 기법이 활용 될 수 있다. 이 프로그램이 저장된 모듈이 하나로 존재할 수 있고, 이러한 모듈은 각 람셀 표면 위에 마이크로 이상의 사이즈로 존재할 수 있다. 이렇게 자체적으로 병렬 컴퓨팅 (parallel computing)을 가능케하거나 병렬 컴퓨팅을 할 수 있는 분석 처리 장치나 병렬 컴퓨팅을 위해 광학 신호 송수신 하는 처리 장치를 포함한 모듈을 람셀 프로세스 유닛 또는 RamCell Processing Unit (일명, RPU)라고 지칭한다. 또한 제19항의 람셀 표면 위의 마이크로 사이즈 이상의 라이브러리 모듈이 RPU내에 존재할 수 있다. 제8항의 광학 신호 처리 장치를 RPU가 포함할 수 있다. RPU와 특정 샘플 종류의 전반적 조성 라이브러리를 통해, 사용자가 입력한 샘플 종류와 매칭하는지 판단할 수 있다. 각 RPU를 통해 각 람셀의 물질의 종류와 양, 그리고 특성을 파악할 수 있다. 때문에 RPU는 병렬 컴퓨팅을 가능케하는 광학신호 추출 모듈, 데이터 저장, 처리, 송수신 용 하드웨어 및 소프트웨어를 모두 포함할 경우, 각 RPU를 통해 각 람셀의 물질의 종류와 양, 그리고 특성을 파악할 수 있다.
The method of claim 18, wherein machine learning capable of determining whether a signal pattern extracted from each Ramcell is similar to a specific pattern in a library of optical signals of a reference material, and forming a pattern model based on signal pattern big data is possible A program and a chip module that can do it. If the same machine learning program or library exists in the server of claim 22, it includes software that can access it.
The spectrum of a reference substance is a library of spectra of each substance that has already been discovered or a spectrum of each newly discovered substance. can For matching, Principal Component Analysis (aka PCA), Partial Least Squares (PLS), Convolutional Neural Network (aka CNN), Support Vector Machine (aka SVM), etc. Various machine learning techniques can be utilized. One module in which this program is stored may exist, and such a module may exist in a size of micro or larger on each Ramcell surface. A module including an analysis processing unit that enables parallel computing or that can perform parallel computing or a processing unit that transmits and receives optical signals for parallel computing is called a RamCell Processing Unit or RamCell Processing Unit (aka, RPU) do. In addition, a library module having a micro size or larger on the Ramcell surface of claim 19 may be present in the RPU. The RPU may include the optical signal processing device of claim 8 . Through the RPU and the overall composition library of a specific sample type, it can be determined whether it matches the sample type input by the user. Through each RPU, the type, amount, and characteristics of each Ramsel substance can be identified. Therefore, if the RPU includes an optical signal extraction module that enables parallel computing, and hardware and software for data storage, processing, and transmission/reception, the type, amount, and characteristics of each Ramcell material can be identified through each RPU.
제18항에 있어서, 람셀의 샘플내의 물질의 종류와 양에 대한 분석결과를 통해 샘플의 조성과 특성을 사용자에게 알려주고, 사용자가 입력한 샘플의 종류가 실제로 샘플의 종류와 일치하는지 판단하고 알려주는 모듈.
제18항의 기기 내의 람셀에서 추출된 신호 패턴을 제19항의 라이브러리의 패턴과 비교하여 제20항의 머싱러닝 프로그램을 통해, 샘플 내 물질의 조성과 특성 (온도 등)의 결과를 사용자에게 알려줄 수 있다. 제18항의 기기가 내부에 저장된 라이브러리를 통해 샘플 내부의 물질의 조합을 통해서 실제로 사용자가 입력한 샘플의 종류가 맞는지 판단해 줄 수 있다.
19. The method of claim 18, wherein the composition and characteristics of the sample are informed to the user through the analysis result of the type and amount of the substance in the Ramsel sample, and the user determines and informs whether the type of the sample input by the user actually matches the type of the sample module.
The result of the composition and characteristics (temperature, etc.) of the material in the sample may be informed to the user through the machining learning program of claim 20 by comparing the signal pattern extracted from the Ramcell in the device of claim 18 with the pattern of the library of claim 19 . The device of claim 18 may determine whether the type of the sample actually input by the user is correct through the combination of materials in the sample through the library stored therein.
제18항에 있어서, 제 19항, 제 20항의 광학신호 라이브러리와 머신러닝 프로그램이 설치된 서버와 관련 데이터의 송수신 시스템.
제18항의 기기에서 송신된 신호 패턴인 서버에 저장되고, 서버에 업데이트 된 신호 패턴이 제18항의 기기로 송신될 수 있다. 모뎀과 같은 송수신 시스템을 포함한다.
The system according to claim 18, wherein the optical signal library and the machine learning program of claim 19 and 20 are installed on a server and related data transmission/reception system.
The signal pattern transmitted from the device of claim 18, which is stored in the server, and the updated signal pattern in the server may be transmitted to the device of claim 18. Includes transmit/receive systems such as modems.
제18항에 있어서, 사용자가 샘플의 종류와 온도, 압력, 습기, 편광의 방향, 광학신호 추출 횟수와 측정간 시간과 샘플의 주체 대한 정보를 입력하는 모듈.
제18항의 기기에 사용자는 본인이 투입한 샘플의 종류를 기기에 입력할 수 있다. 예를 들어 사용자가 샘플이 혈액인지 침인지 기기에 입력할 수 있다. 또한 각 온도, 압력, 습기, 편광의 방향에 따른 스펙트럼을 추출하기 위해 사용자가 원하는 모드와 입력값을 설정할 수 있다. 모드는 각 온도, 압력, 습기, 편광에 대하여 자동으로 입력값이 일정한 패턴이나 랜덤으로 변하여, 각 값에 대한 스펙트럼을 추출할 수 있다.
위의 각 모드 별 광학신호 추출 횟수와 측정간 시간을 지정하여 자동으로 반복적인 광학신호 추출을 할 수 있다. 특정 시간 별로 광학신호를 추출하여, 물질의 변화를 측정할 수 있다. 측정 횟수를 늘릴 수록, 평형상태의 물질 간의 결합과 분리의 상대적인 속도와 각 상태별 지속시간을 더 정확하게 측정 할 수 있고, 각 측정간 시간차이가 짧을 수록 시간에 따른 물질간의 반응속도에 대해 더 정확한 측정이 가능하다. 이를 통해 효율적 약물 추출과 물질간의 반응에 대한 정확한 분석을 할 수 있다.
샘플의 주체에 대한 정보를 입력할 수 있다. 예를 들어, 분석용 샘플이 혈액인 경우, 그 혈액이 추출되어 나온 신체에 대한 각종 정보와 신체의 주체와 관련한 심리적, 사회적, 경제적, 지리적 요소 등도 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 신체의 주체의 나이, 몸무게, 인종, 개인 또는 가족 병력, 스트레스 레벨, 사는 위치, 직업, 소득 등에 대한 정보를 입력할 수 있다. 샘플의 주체에 대한 정보의 범위는 본 항에 명시된것에 국한되지 아니한다. 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
The module according to claim 18, wherein the user inputs information about the type of sample, temperature, pressure, moisture, direction of polarization, the number of times of optical signal extraction, time between measurements, and the subject of the sample.
In the device of claim 18, the user may input the type of the sample input by the user into the device. For example, a user may enter into the device whether the sample is blood or saliva. In addition, in order to extract a spectrum according to each temperature, pressure, moisture, and direction of polarization, a desired mode and input value can be set by the user. In the mode, input values are automatically changed in a constant pattern or randomly for each temperature, pressure, moisture, and polarization, and a spectrum for each value can be extracted.
By designating the number of times of optical signal extraction for each mode and the time between measurements, it is possible to automatically and repeatedly extract optical signals. By extracting the optical signal for each specific time, the change of the material can be measured. As the number of measurements increases, the relative speed of bonding and separation between substances in equilibrium and the duration of each state can be measured more accurately. The shorter the time difference between measurements, the more accurate the reaction rate between substances over time. measurement is possible. This enables efficient drug extraction and accurate analysis of the reaction between substances.
You can enter information about the subject of the sample. For example, when the sample for analysis is blood, various information about the body from which the blood is extracted and psychological, social, economic, geographical factors related to the subject of the body may also be included. More specifically, information on the subject's age, weight, race, personal or family history, stress level, living location, occupation, income, and the like may be input. The scope of information about the subject of the sample is not limited to that specified in this section. Various substitutions, modifications and changes will be possible by those skilled in the art within the scope not departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, and this also falls within the scope of the present invention.
제19항 내지 제23항에 있어서 추출된 광학신호, 분석결과, 빅데이터 라이브러리, 모델과 제18항의 분석 플랫폼을 이용해 사용자가 입력한 정보를 암호화 할 수 있는 소프트웨어와 이를 저장하는 하드웨어.
본 특허는 개인정보의 유출을 방지하기 위해 개인정보를 암호화 할 수 있는 모든 소프트웨어와 하드웨어 기술을 포함한다.
The software and hardware for storing the extracted optical signal, analysis result, big data library, model and information input by the user using the analysis platform according to claim 19 to claim 23 according to claim 19 to claim 23 .
This patent includes all software and hardware technologies that can encrypt personal information to prevent leakage of personal information.
제1항에 있어서, 람셀 내 물질의 유동과 혼합을 증진시키기 위한 장치.
람셀 기판에 특정 전자기장, 초음파, 온도 상승, 진동을 적용하여 물질의 유동과 혼합을 증진시킬 수 있다. 온도 상승은 밀도 차에 의한 대류현상 촉진과 물질의 운동에너지를 증가 시킬 수 있다. 대류현상과 운동에너지 증가를 통해 물질들의 확산운동이 활발해져서 혼합을 증진 시킨다.
The apparatus of claim 1 for enhancing the flow and mixing of substances in the Ramsel.
A specific electromagnetic field, ultrasound, temperature rise, and vibration can be applied to a Ramcell substrate to enhance the flow and mixing of materials. The increase in temperature can promote convection due to the density difference and increase the kinetic energy of the material. Through the convection phenomenon and increase in kinetic energy, the diffusion movement of materials becomes active, which promotes mixing.
제8항과 제20항에 언급된 광학신호 처리 장치를 포함한 RPU의 구성요소와 작동방식.
RPU는 여러 람셀의 광학신호를 동시에 병렬로 추출한 후 생성된 광학신호 데이터를 처리하는 모듈이나 송수신 하는 모듈 중 하나라도 포함한 프로세싱 유닛이다.
RPU는 발광기나 광출기를 포함한 모듈, 광학신호 데이터를 해석해거나 변경하는 데이터 처리 모듈, 광학신호 라이브러리와 같은 메모리성 데이터나 그외 비메모리성 데이터를 저장하는 모듈, 그리고 데이터를 송수신하는 모듈로 구성될 수 있다.
광학신호 처리 장치를 포함한 RPU는 광학신호 추출을 위해 제20항에 언급된 레이저 모듈과 같은 발광 모듈과 포토다이오드, CCD (일명, 전하결합소자), CMOS (일명, 상보성 금속 산화막 반도체), PMT (일명, 광전자배증관)와 같은 광검출기로 구성된다. 각 RPU의 발광 소자에 나온 광학신호를 일대일로 각각 처리하는 광검출기 소자로 구성될 될 수 있고, 각 발광 소자의 광학신호를 동시에 처리하거나, 시간별로 나누어 처리하는 광검출기 모듈로 따로 구성 될 수 있다. 이러한 RPU는 라만신호와 같은 광학신호 스펙트럼과 이미징을 구현하게 위해 특정 파장을 흡수하거나 통과시키는 필터 소자를 포함 할 수 있다.
각 람셀에서 나온 광학신호를 동시에 추출하거나 시간별로 추출하게 하는 분광기 시스템 중 하나의 회절발로 구성된 시스템을 구성할 수 있다. 각 람셀 상단에 위치한 발광기가 람셀의 분석 샘플에 레이저를 쏘아 산란되어 나온 빛을 빔분리기와 렌즈 모듈를 거쳐 반사 회절발과 반사거울 포함 모듈로 들어가, 각 람셀에서 산란되어 나온 빛을 반사시키는 병렬로 구성된 반사거울을 통해 빛들이 하나의 반사 회절발에 의해 분산회절되어 병렬로 구성된 반사거울에 의해 병렬로 구성된 광검출기로 들어가는 방법을 포함한다.
각 물질에 대한 이미징은 물질의 종류와 양을 분별 할 수 있게 도와줄 수 있다.이미징을 구현하기 위해선, 공초점 (confocal) 레이저 현미경 모듈이 RPU에 포함된다. 이러한 모듈은 빛을 모아주는 렌즈와 아웃포커스 광자를 제거하기 위해 핀 홀 (pinhole)을 포함 할 수 있다. 핀 홀을 사용하면, 이미징의 대조 (contrast) 효과는 증가하나 빛의 강도는 약화될 수 있으므로, PMT와 같이 광전자 시그널 증폭 소자가 필요하다. 이미지의 분해능 (resolution) 향상은 보통 파장의 길이에 비례하고 개구수 (일명, numerical aperture)와 반비례한다. 때문에, 바이오분자와 같은 작은 사이즈의 물체의 이미지를 추출을 위해 짧은 파장의 레이저와 높은 개구수가 필요하다. 짧은 파장의 다소 높은 광자의 에너지로 인해 바이오샘플의 파괴가 가능하므로, 적당한 수준의 파장을 선별해 주고, 제8항에 언급된 이동 가능한 레이저 빔을 활용할 수 있다. 개구수를 늘리기 위해 렌즈의 디자인과 배열의 최적화를 하거나 렌즈와 물체 사이에 빛의 굴절을 유도하는 물과 같은 액체를 적용할 수 있다. 신속한 3D 구현을 위해 초점의 심도 (depth of focus, 일명 DoF)를 향상 시킬 수 있다. 이를 실현하는 방법에는 여러가지가 있다. 한 예로, 다중파장을 이용하여 구현이 가능한데, 이를 실현하기 위해 다양한 파장의 레이저 다이오드로 구성될 수 있다. 이미징 구현을 위해 공초점 레이저 현미경 모듈 외 다양한 현미경 모듈을 사용 적용 가능하다.
스펙트럼을 구현하기 위해선, 각 RPU는 제8항에 언급된 각종 모듈을 포함할 수 있다. 하지만, RPU의 소형화를 위해서, 회절격자와 핀 홀을 활용한 분산적 (dispersive) 라만 분광기 모듈 그리고 이동 거울을 포함한 간섭계 (interferometer) 모듈 없이 각 광검출기 소자 근처에 특정 파장을 필터 할 수 있는 소자를 설치하여 스펙트럼을 추출할 수 있다. UV, IR, 가시광선 필터 소자들은 특정 범위의 파장만 필터하고, 필터된 광자 에너지를 전자에너지로 변환시키는 광검출기를 통해 빛의 강도를 센싱할 수 있다. 필터와 광검출기 소자의 선택과 배열은 매우 다양할 수 있으나, 이미지시그널프로세싱 (일명, ISP)를 통해 스펙트럼 구현을 효과적으로 할 수 있게 최적화 되어야한다. 예를 들어, IR 필터 소자는 IR파장이나 IR파장에 근접한 광자를 통과시키고 가시광선 파장의 광자를 대부분 통과시키지 않게 하는 소자 이어야 한다. IR 필터의 광검출기를 통해 IR 파장 강도 측정이 가능하나, 그 외 파장의 세기와 존재는 파악하기 어렵다. 하지만, 물질에서 산란되어 특정 IR 필터에 도달한 빛은 다양한 파장의 혼합일 수 있다. 산란된 광자들의 전반적인 주파수와 강도를 파악하여 스펙트럼을 추출하려면, 주어진 필터 소자와 광검출기를 기반으로 획득한 데이터를 통해 추론할 수 있는 알고리즘이 필요하다. IR 필터 소자 근처에 UV나 가시광선 필터 소자를 위치하게 하면, UV나 가시광선 필터 소자를 통과한 광자들의 파장대와 양을 통해 IR 필터 소자에 도달한 UV나 가시광선 파장의 광자의 조합의 유추해 볼 수 있다. 이는 특정 영역에서 발생한 특정 파장의 빛이 나아가는 방향에서 강도가 가장 크게 나오는축을 중심으로 정규 분포가 존재 한다는 가정에서 근처에 IR 필터 소자 근처에 존재하는 파장과 공간상관관계를 유추해 볼 수 있다. 가장 간단한 예로는 IR 필터에 가장 근접한 필터의 종류가 적색 필터와 녹색 필터가 하나씩 존재할 때, IR 필터에 도달한 파장들의 평균 값을 대변하는 파장은 IR 필터와 이와 근접한 적색 필터, 녹색 필터의 광검출기 신호의 세기를 통해 각 IR, 적색, 녹색의 상대적 강도를 유추하여, 이들의 혼합에 의해 대변될 수 있는 파장과 강도를 유추해 볼수 있다. 이렇게 각 필터에 도달한 빛의 혼합을 대변하는 파장과 강도를 유추하여 이들의 값을 바탕으로 분석 물질에서 산란된 빛의 스펙트럼을 얻을 수 있다. 이러한 스펙트럼은 필터가 되는 파장의 구간의 종류가 다양할 수록, 필터와 검출기 소자의 사이즈가 작을 수록, 필터가 균일하게 분포될 수록, 광학신호 검출 횟수를 늘릴 수록 분석 물질에서 산란된 빛의 스펙트럼을 더욱 정확하게 획득할 수 있다. 각종 이미지 내 픽셀 상관관계를 추출하는 Demosaicing 기법들이 알고리즘으로 사용될 수 있다.
각 람셀에서 나온 광학 신호를 동시에 추출하거나 시간별로 추출하게 하는 하나의 회절발로 구성된 광학 신호 추출 모듈을 구성할 수 있다. 각 람셀 상단에 위치한 발광기가 람셀의 분석 샘플에 레이저를 쏘아 산란되어 나온 빛을 빔분리기와 렌즈 모듈를 거쳐 반사 회절발과 반사거울 포함 모듈로 들어가, 각 람셀에서 산란되어 나온 빛을 반사시키는 병렬로 구성된 반사거울을 통해 빛들이 하나의 반사 회절발에 의해 분산회절되어 병렬로 구성된 반사거울에 의해 병렬로 구성된 광검출기로 들어가는 방법을 포함한다.
RPU는 제20항에 언급된 스펙트럼 라이브러리, 머신러닝 프로그램이 저장된 메모리와 연산장치, 그리고 서버나 제18항의 기기에 유선이나 무선으로 송수신 가능한 모듈을 포함할 수 있다.
이러한 RPU는 한개의 유닛이나 한개 이상의 유닛들이 특정 표면에 고정으로 위치하거나, 이동 모듈에 의해 단계적으로 이동하거나 연속적으로 이동하면서 이미지나 스펙트럼을 추출할 수 있다.
21. Components and mode of operation of the RPU, including the optical signal processing device referred to in claims 8 and 20.
The RPU is a processing unit including either a module for processing optical signal data generated after simultaneously extracting optical signals from multiple Ramcells in parallel or a module for transmitting and receiving.
The RPU may be composed of a module including a light emitter or light emitter, a data processing module that interprets or changes optical signal data, a module that stores memory data such as an optical signal library or other non-memory data, and a module that transmits and receives data. have.
The RPU including the optical signal processing device includes a light emitting module such as the laser module mentioned in claim 20 for optical signal extraction, a photodiode, CCD (aka, charge-coupled device), CMOS (aka, complementary metal oxide semiconductor), PMT ( It is composed of a photodetector such as a so-called photomultiplier tube). It can be composed of a photodetector device that processes optical signals from the light emitting devices of each RPU on a one-to-one basis, and can be configured with a photodetector module that processes the optical signals of each light emitting device at the same time or divides them by time . Such an RPU may include a filter element that absorbs or passes a specific wavelength to implement an optical signal spectrum and imaging, such as a Raman signal.
It is possible to construct a system composed of one diffraction foot among the spectrometer systems that simultaneously extract the optical signals from each Ramcell or extract them by time. The light emitter located at the top of each Ramcell shoots a laser on the Ramcell analysis sample, and the scattered light passes through the beam splitter and lens module, enters the module including the reflective diffraction foot and the reflective mirror, and reflects the scattered light from each Ramcell. and a method in which light is diffusely diffracted by a single reflective diffraction foot through a reflective mirror and enters a photodetector configured in parallel by a reflective mirror configured in parallel.
Imaging of each material can help to distinguish the type and amount of material. To implement imaging, a confocal laser microscope module is included in the RPU. These modules may include a lens that collects light and a pinhole to remove out-of-focus photons. If a pinhole is used, the contrast effect of imaging may be increased but the light intensity may be weakened, so an optoelectronic signal amplifying device such as a PMT is required. Image resolution improvement is usually proportional to the length of the wavelength and inversely proportional to the numerical aperture. Therefore, a laser with a short wavelength and a high numerical aperture are required to extract images of small-sized objects such as biomolecules. Since the destruction of the biosample is possible due to the rather high energy of the photon of a short wavelength, a suitable wavelength can be selected and the movable laser beam mentioned in claim 8 can be utilized. To increase the numerical aperture, the lens design and arrangement can be optimized, or a liquid such as water can be applied to induce the refraction of light between the lens and the object. Depth of focus (aka DoF) can be improved for rapid 3D implementation. There are several ways to achieve this. As an example, it can be implemented using multiple wavelengths, and in order to realize this, it can be composed of laser diodes of various wavelengths. Various microscope modules other than confocal laser microscope module can be used for imaging implementation.
To implement the spectrum, each RPU may include various modules mentioned in claim 8 . However, for miniaturization of the RPU, a device capable of filtering a specific wavelength near each photodetector device without a dispersive Raman spectrometer module using a diffraction grating and pinholes and an interferometer module including a moving mirror It can be installed to extract the spectrum. UV, IR, and visible light filter elements filter only a specific range of wavelengths, and the intensity of light can be sensed through a photodetector that converts filtered photon energy into electronic energy. The selection and arrangement of filters and photodetector elements can be very diverse, but they must be optimized to effectively implement the spectrum through image signal processing (aka, ISP). For example, the IR filter element should be a device that allows photons of IR wavelength or close to IR wavelength to pass and most photons of visible light wavelength do not pass through. It is possible to measure the intensity of IR wavelengths through the photodetector of the IR filter, but it is difficult to determine the intensity and existence of other wavelengths. However, the light that is scattered from the material and reaches a specific IR filter can be a mixture of various wavelengths. In order to extract the spectrum by grasping the overall frequency and intensity of the scattered photons, an algorithm that can be inferred from the data obtained based on a given filter element and photodetector is required. If a UV or visible light filter element is placed near the IR filter element, the combination of photons of UV or visible light wavelength that reached the IR filter element can be inferred through the wavelength band and amount of photons passing through the UV or visible light filter element. can see. This can be inferred from the spatial correlation with the wavelength existing near the IR filter element on the assumption that a normal distribution exists around the axis where the intensity of the light of a specific wavelength generated in a specific area is the largest. In the simplest example, when the type of filter closest to the IR filter is a red filter and a green filter, the wavelength representing the average value of the wavelengths reaching the IR filter is the IR filter and the adjacent red filter and green filter photodetector. By inferring the relative intensity of each IR, red, and green through the intensity of the signal, the wavelength and intensity that can be represented by mixing them can be inferred. In this way, the wavelength and intensity representing the mixing of light reaching each filter can be inferred, and the spectrum of light scattered from the analyte can be obtained based on these values. The spectrum of the light scattered from the analyte is reduced as the number of wavelength ranges used as the filter is diversified, the size of the filter and detector element is small, the filter is uniformly distributed, and the number of times of optical signal detection is increased. can be obtained more accurately. Demosaicing techniques that extract pixel correlations in various images can be used as algorithms.
An optical signal extraction module composed of a single diffraction foot that simultaneously extracts optical signals from each Ramcell or extracts them by time can be configured. The light emitter located at the top of each Ramcell shoots a laser on the Ramcell analysis sample, and the scattered light passes through the beam splitter and lens module, enters the module including the reflective diffraction foot and the reflective mirror, and reflects the scattered light from each Ramcell. and a method in which light is diffusely diffracted by a single reflective diffraction foot through a reflective mirror and enters a photodetector configured in parallel by a reflective mirror configured in parallel.
The RPU may include the spectrum library mentioned in claim 20, a memory and arithmetic unit in which a machine learning program is stored, and a module that can transmit and receive wire or wirelessly to a server or the device of claim 18.
Such an RPU may extract an image or spectrum while one unit or one or more units are fixedly positioned on a specific surface, moved stepwise by a moving module, or moved continuously.
제26항의 RPU를 활용한 피부 재생 치료 장치.
RPU를 안면 형태의 표면에 부착시켜, 안면의 각종 상처나 질병에 의해 특정 부위가 정상 부위 표면에 비해 낮거나 높은 부위, 조직과 색이 다른 부분을 이미지와 스펙트럼을 바탕으로 검출하고, 이런 비정상적인 부위 위치를 파악하여, 주위의 정상 표면에 가까운 상태가 되도록 적절한 RPU의 레이저 파장을 통해 치료하는 장치이다.
A skin regeneration treatment device using the RPU of claim 26.
By attaching the RPU to the surface of the face, it detects, based on the image and spectrum, that a specific part is lower or higher than the normal part surface due to various wounds or diseases of the face, and a part with a different tissue and color based on the image and spectrum. It is a device that detects the location and treats it through an appropriate RPU laser wavelength so that it becomes close to the surrounding normal surface.
제26항의 RPU를 포함한 신체 내 기관 이미징 및 치료 시스템.
RPU를 구형태의 신호 송수신 모듈 표면에 부착시켜, 신체 내 기관에서 다양한 각도에서 이미지와 스펙트럼을 추출하여, 무선으로 컴퓨터와 서버로 데이터를 보낼 수 있다. 신체 내 기관으로 투입되어, 비정상 조직을 이미지와 스펙트럼을 통해 발견하고, 이를 레이저로 치료할 수 있는 장치이다.
A system for imaging and treating organs in the body comprising the RPU of claim 26 .
By attaching the RPU to the surface of the spherical signal transmission/reception module, images and spectra can be extracted from various angles from organs in the body, and data can be wirelessly transmitted to computers and servers. It is a device that can be injected into an organ in the body, detect abnormal tissue through images and spectrum, and treat it with a laser.
제8항, 제20항, 제26항의 광학신호 추출 모듈과 RPU를 포함한 모듈의 위치와 방향을 제어하는 모듈
각 광학신호 추출 모듈이나 RPU의 위치와 방향, 그리고 이들을 포함한 모듈의 위치와 방향을 미세하게 제어할 수 있음으로서, 레이저가 분석하고자 하는 샘플에 정확히 쏘아지고, 광학신호가 효율적으로 병렬로 추출 될 수 있다. 또한 각 광학신호 추출 모듈과 RPU가 이들을 포함한 모듈에서 단계적으로 또는 연속적으로 이동할 수 있다.
본 청구항은 RPU를 포함한 기판의 이동과 기판 내 RPU 이동을 해주는 모듈과 방법을 포함한다. RPU를 포함한 기판 내, RPU는 기판 평면을 기준으로 상하좌우 미세이동이 가능하고 공초점 깊이 조준을 위해 위아래로 미세이동이 가능하다. 정확한 입사각이 가능하게 회전 또한 가능하다. RPU를 포함한 기판의 위치를 변경시켜 주기 위해, RPU 기판과 연결된 길이 조절 모듈 사이에 회전이 가능하다. 서로 연결된 길이 조절 모듈 사이 상하좌우 방향으로 회전이 가능하다.


A module for controlling the position and direction of the module including the optical signal extraction module and RPU of claim 8, 20, and 26
As the position and direction of each optical signal extraction module or RPU and the position and direction of the module including them can be finely controlled, the laser is accurately shot on the sample to be analyzed, and optical signals can be efficiently extracted in parallel. have. In addition, each optical signal extraction module and RPU can move stepwise or sequentially in the module containing them.
The claims include modules and methods for moving a substrate including an RPU and for moving an RPU within a substrate. Within the substrate including the RPU, the RPU can be moved up, down, left, and right with respect to the substrate plane, and can be moved up and down for confocal depth aiming. It can also be rotated to allow precise angles of incidence. In order to change the position of the substrate including the RPU, rotation is possible between the RPU substrate and the connected length adjustment module. Rotation is possible in the up, down, left, and right directions between the length adjustment modules connected to each other.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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