KR20230025056A - 광원이 개선된 마이크로플레이트 형광측정장치 - Google Patents

광원이 개선된 마이크로플레이트 형광측정장치 Download PDF

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Abstract

마이크로플레이트 형광측정 장치는 다양한 물질의 성분을 측정하기 위하여 다양한 파장의 광을 선택적으로 마이크로플레이트에 조사함으로써 발생하는 형광을 측정하여 물질의 종류와 농도를 측정하는 장치이다. 그러나, 측정을 위한 광 파장을 다양하게 선택하기 위해서는 많은 종류의 필터를 구비하고 이를 교체하면서 사용하여야 한다. 이를 위하여 일반적으로 사용하는 방법이 도2에 도시된 바와 같이 회전하는 휠에 광학필터를 고정하고, 휠을 회전시켜 광 파장을 선택하도록 하고 있다.
이렇게 구성된 측정장치는 실험실과 같이 움직이지 않는 곳에서 사용하는 경우에는 문제가 없었으나, 차량, 선박 등에서 사용하기에는 진동과 충격에 취약할 수 밖에 없다. 본 출원 발명은 이러한 문제를 해결하고자 오목거울; 및 상기 오목거울의 원주 둘레를 따라 복수개의 서로 다른 파장을 가지는 단일파장 광원이 상기 오목거울에 평행하게 조사될 수 있도록 상기 오목거울의 원주면 안쪽으로 상기 원주면 둘레로 일정 간격으로 구비되는 광원모듈로 구성되며, 상기 오목거울의 초점에서 상기 개선된 광원의 광이 광섬유번들로 입사될 수 있도록 상기 광섬유번들의 광입구를 상기 오목거울의 초점에 위치시키는 것을 특징으로 하는 마이크로프레이트 형광측정 장치를 제공한다.
본 출원 발명의 상기와 같은 구성에 의하여 광원부에 구비되는 회전 광학필터휠의 구성이 없이 다양한 파장의 광을 공급하는 마이크로플레이트 형광측정 장치를 제공한다.

Description

광원이 개선된 마이크로플레이트 형광측정장치{.}
본 출원 발명은 마이크로플레이트 웰에 있는 물질의 형광특성을 측정하고자하는 장치에 관한 기술이다. 더욱 자세하게는 형광, 흡광 및 인광을 모두 측정하는 복합측정 장치에 관한 것이다.
본 출원 발명의 출원 이전의 선행기술로 형광 스캐닝 광학장치에 관한 발명이 개시되어 있다(도 4 참조) 이 기술에서는 마이크로플레이트 웰의 위쪽과 아래쪽에서 광을 공급하고 상기 마이크로플레이트 웰에 있는 물질에서 공급된 상기 광에 의하여 발생하는 형광을 필터를 통하여 측정하는 기술이 개시되어 있다.
또 다른 선행기술로 마이크로 플레이트용 광원 장치에 관한 기술이 개시되어 있다(도 5 참조) 이 기술에서는 마이크로 플레이트의 시료들에 대해 한번에 촬영된 이미지로 각각의 pH, O2 농도, CO2 농도 등의 정보를 얻을 수 있도록, 마이크로 플레이트의 각각의 웰에 대해 균일한 광을 동시에 조사하는 광원 장치에 대한 기술이 개시되어 있다. 이 기술에서는 내부에 공동이 형성되고, 마이크로 플레이트의 각 웰에 대응되는 영역에 형성된 복수의 통공을 포함하는 광원 플레이트, 상기 통공의 내부로 연장되고, 상기 광원 플레이트의 내부 방향으로 벌어지는 형상의 캡 및 상기 광원 플레이트의 적어도 하나의 일측 변에 부착된 측부광원을 포함하고, 상기 복수의 통공 각각을 통해 발산되는 각각의 광을 균일하게 한 기술이다.
미국등록특허공보 US 6,316,774 B1 대한민국등록특허공보 제10-0942438호
본 출원 발명 이전의 마이크로 플레이트 형광 측정기의 기본 구조는 도 4와 같다. 형광 측정을 위해서는 2 부분에서 선택적 광학필터가 필요하다. 하나는 광원부이고, 하나는 측정부이다. 광원부의 광원 파장 선택필터는 상기 마이크로 플레이트 표면에 형성된 웰이라는 바이오 또는 식품 등의 약품 또는 물질을 측정을 위하여 샘플을 로딩하는 작은 홈이 형성되어 있다. 이 웰에서 측정하고자 하는 물질의 종류에 따라 파장을 선택하여 광을 조사하여야 그 조사된 광과 상기 측정 대상물질이 반응을 하여 형광을 발생시킨다. 이를 측정하기 위해서는 상기 조사된 광의 파장과는 다른 파장 대역의 형광이 발생하는데 이 형광만을 측정하기 위해서는 다른빛의 통과는 막고 측정하고자 하는 형광에 해당하는 파장의 빛만을 통과 시키는 측정광 파장 선택 필터가 필요하다.
다양한 목적으로 다양한 물질의 파장을 선택하여 광을 조사하고, 측정하기위해서는 많은 종류의 필터를 구비하는 것이 필수적이다. 이러한 목적을 만족시키기 위하여 도2에 도시된 바와 같이 회전하는 휄에 광학필터를 고정하여, 파장을 선택하도록 하였다. 이러한 장치는 실험실과 같이 움직이지 않는 곳에서 사용하는 경우에는 문제가 없었으나, 차량, 선박 등에서 사용하기에는 진동과 충격에 취약할 수 밖에 없다. 본 출원 발명은 이러한 회전식 광학필터휠 없이 형광측정에 필요한 다양한 광을 선택적으로 제공할 수 있는 광원부가 개선된 마이크로 플레이트 형광측정장치를 제공하고자 한다.
상기와 같은 문제를 해결하고자 다음의 과제해결 수단을 제공한다.
마이크로프레이트 형광측정 장치에 있어서,
개선된 광원은
오목거울; 및
상기 오목거울의 원주 둘레를 따라 복수개의 서로 다른 파장을 가지는 단일파장 광원이 상기 오목거울에 평행하게 조사될 수 있도록 상기 오목거울의 원주면 안쪽으로 상기 원주면 둘레로 일정 간격으로 구비되는 광원모듈로 구성되며,
상기 오목거울의 초점에서 상기 개선된 광원의 광이 광섬유번들로 입사될 수 있도록 상기 광섬유번들의 광입구를 상기 오목거울의 초점에 위치시키는 것을 특징으로 하는 마이크로프레이트 형광측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 마이크로플레이트 형광측정 장치를 이용한 개선된 광원의 제어방법에 있어서,
상기 광원모듈을 구성하는 복수개의 단일파장 광원 중 하나를 측정하고자 하는 물질의 종류에 따라 선택하는 단일파장 광원 선택단계; 및
선택된 상기 단일파장 광원을 측정을 위하여 동작시키는 광원동작단계; 및
상기 단일파장 광원의 동작에 의하여 발생한 형광을 측정하는 형광측정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로플레이트 형광측정 장치를 이용한 개선된 광원의 제어방법을 제공한다.
또한, 상기 마이크로플레이트 형광측정 장치를 이용한 개선된 광원의 제어방법에 있어서,
상기 광원모듈을 구성하는 복수개의 단일파장 광원 중 2개 이상의 광을 측정하고자 하는 물질의 종류에 따라 선택하는 단일파장 광원 다선택단계; 및
선택된 복수개의 단일파장 광원을 측정을 위하여 동시에 동작시키는 다광원동작단계; 및
상기 복수개의 단일파장 광원의 동작에 의하여 발생한 형광을 측정하는 형광측정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로플레이트 형광측정 장치를 이용한 개선된 광원의 제어방법을 제공한다.
또한, 상기 마이크로플레이트 형광측정 장치를 이용한 개선된 광원의 제어방법에 있어서,
상기 광원모듈을 구성하는 복수개의 단일파장 광원 중 2개 이상의 광을 측정하고자 하는 물질의 종류에 따라 선택하는 단일파장 광원 다선택단계; 및
선택된 복수개의 단일파장 광원을 측정을 위하여 설정된 순서로 동작시키는 순차다광원동작단계; 및
상기 복수개의 단일파장 광원의 순차적인 동작에 의하여 순차적으로 발생하는 형광을 순차적으로 측정하는 형광순차측정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로플레이트 형광측정 장치를 이용한 개선된 광원의 제어방법을 제공한다.
본 출원 발명은 상기와 같은 구성에 의하여 광원부에 구비되는 회전 광학필터휠의 구성이 없이 다양한 파장의 단일 LED 광을 구성함으로써 측정 속도를 높이고, 고장률을 낮추며, 생산 단가를 낮추는 효과가 있는 마이크로플레이트 형광측정 리더를 제공한다.
또한, 기존에는 하나의 광원에서 광을 선택하는 필터를 1개만 사용할 수 있었기 때문에 선택된 필터를 통과한 단일 파장의 광만을 형광측정에 이용할 수 있었으나, 본 출원 발명은 여러개의 파장을 가지는 광을 한번에 켜서나 순차적으로 켬으로써 다양한 파장의 광을 이용한 순간적인 측정이 가능하다.
특히, 긴 주파수의 파장을 가지는 광에서부터 짧은 파장의 주파수를 가지는 광을 이용하여 다단계로 여기광을 사용함으로써 새로운 형광측정방법을 개발할 수 있음은 물론이다.
도 1은 일반적인 마이크로플레이트 형광측정장치의 측정 장치 개념설명도이다.
도 2는 기존의 회전식 휠 필터의 동작 개념도 이다.
도 3은 본 출원 발명의 개선된 광원의 구성 개념도 이다.
도 4는 본 발명의 출원 이전의 마이크로플레이트 형광 측정 장치의 대략 구성도이다.
도 5는 본 발명의 출원 이전의 멀티 측정을 위한 광원에 관한 기술이다.
본 출원 발명의 작용효과를 도면을 활용하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 마이크로플레이트 형광측정장치의 측정 장치 개념설명도이다. 광원에서 나온 광 중에 형광측정에 필요한 광만을 마이크로플레이트 웰에 구비된 샘플에 조사하기위하여 광을 선택하는 광원 파장 선택 필터를 거친 광은 형광측정에 필요한 광만이 상기 필터를 투과하여 설정된 광경로를 통하여 측정 샘플이 있는 마이크로 프레이트 웰로 조사된다. 이렇게 조사된 광은 상기 측정 샘플과 반응하여 형광을 발생 시킨다. 이때 상기 조사된 광과 상기 측정 샘플에서 발생한 광이 혼합되어 있기 때문에 이 혼합된 광에서 상기 측정 샘플에서 발생한 형광만을 측정하기위해서는 다시 광필터(광통과필터)를 사용하게된다. 이때도 역시 다양한 파장의 광을 선택할 수 있도록 회전형 필터휠을 많이 사용하게된다.
이렇게 형광에 의하여 발생한 광만을 통과시켜 포토다이오드, 또는 PMT 센서에서 상기 형광에 의한 광량을 측정하여 물질의 종류와 농도를 계산한다.
도 2는 기존의 회전식 휠 필터의 동작 개념도 이다. 측정하는 방법과 대상에 따라 광학필터의 종류와 개수가 달라질 뿐 기본 개념은 동일하다. 광이 지나가는 광경로상에 광학필터 또는 광필터가 회전에 의하여 위치시키는 방법으로 광학필터를 선택하여 위치시켜 측정에 사용한다.
도 3은 본 출원 발명의 개선된 광원의 구성 개념도 이다. 이 개선된 광원의 원리는 2가지 기본적인 원리를 사용한다. 하나는 광학거울의 원리를 사용하고, 다른 하나는 형광측정의 원리이다. 먼저 형광측정 원리를 설명하면, 광원에서 나오는 광이 형광을 일으키기 좋은 광을 조사해야하는데, 반드시 100% 일치하는 파장의 광을 조사하지 않아도 형광이 발생한다. 따라서, 정확하게 일치하는 광을 광원으로 사용할 필요가 없기 때문에 복수개의 단일광을 여러개 구비하여 가장 적합한 광원으로 서택하여 사용함으로써 측정대상 물질의 형광을 측정할 수 있다. 또한 기존의 방법과는 본 출원 발명에서는 달리 2개 이상의 광을 각각 독립적으로 제어할 수 있기 때문에 동시에 또는 빠른 시간으로 광원들을 제어함으로써 기존에 사용할 수 없었던 다양한 광 조사 측정기법이 사용될 수 있음은 물론이다.
두 번째로 광학측정 원리는 원형의 곡면을 가지는 오목거울이 지면에 수직하게 고정된 경우 지면과 수평으로 입사되는 입사광은 상기 오목거울의 초점에 모이게된다. 따라서, 여러개의 독립된 광을 상기 오목거울의 원주면에 설치하고 상기 광이 수평으로 오목거울에 입사되면 모두 오목거울의 초점에 모이게된다.
만약 상기 초점에 광섬유번들(광섬유 뭉치)의 광입사부를 위치시키면, 상기 광섬유번들의 타측면에서 광을 이용할 수 있다. 이러한 성질을 이용하여 상기 오목거울의 원주면에 위치한 서로다른 파장의 광을 제어함으로써 광원에서 나오는 광을 필터링한 것과 같은 기능을 할 수 있는 개선된 광원이 만들어졌다.
도 4는 본 발명의 출원 이전의 마이크로플레이트 형광 측정 장치의 대략 구성도이다. 왼쪽 상단의 광원에서 발생한 광이 광원 파장 선택 필터에서 형광측정에 필요한 광을 선택하여 투과시키면 상기 투과된 광을 광섬유에 입사시켜 이를 측정하고자 하는 마이크로 플레이트 등에서 측정에 이용하게되는 원리이다.
도 5는 본 발명의 출원 이전의 멀티 측정을 위한 광원에 관한 기술이다. 이술은 종래의 기술로써 측부광원을 광원의 크기가 일정하도록 하여 외부에 공급하는 기술에 관한 것이다.
상기와 같은 본 출원 발명의 작용효과를 나타내기 위한 발명의 구성은 다음과 같다.
마이크로프레이트 형광측정 장치에 있어서,
개선된 광원은
오목거울; 및
상기 오목거울의 원주 둘레를 따라 복수개의 서로 다른 파장을 가지는 단일파장 광원이 상기 오목거울에 평행하게 조사될 수 있도록 상기 오목거울의 원주면 안쪽으로 상기 원주면 둘레로 일정 간격으로 구비되는 광원모듈로 구성되며,
상기 오목거울의 초점에서 상기 개선된 광원의 광이 광섬유번들로 입\사될 수 있도록 상기 광섬유번들의 광입구를 상기 오목거울의 초점에 위치시키는 것을 특징으로 하는 마이크로프레이트 형광측정 장치를 제공한다.
또한, 상기 마이크로플레이트 형광측정 장치를 이용한 개선된 광원의 제어방법에 있어서,
상기 광원모듈을 구성하는 복수개의 단일파장 광원 중 하나를 측정하고자 하는 물질의 종류에 따라 선택하는 단일파장 광원 선택단계; 및
선택된 상기 단일파장 광원을 측정을 위하여 동작시키는 광원동작단계; 및
상기 단일파장 광원의 동작에 의하여 발생한 형광을 측정하는 형광측정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로플레이트 형광측정 장치를 이용한 개선된 광원의 제어방법을 제공한다.
또한, 상기 마이크로플레이트 형광측정 장치를 이용한 개선된 광원의 제어방법에 있어서,
상기 광원모듈을 구성하는 복수개의 단일파장 광원 중 2개 이상의 광을 측정하고자 하는 물질의 종류에 따라 선택하는 단일파장 광원 다선택단계; 및
선택된 복수개의 단일파장 광원을 측정을 위하여 동시에 동작시키는 다광원동작단계; 및
상기 복수개의 단일파장 광원의 동작에 의하여 발생한 형광을 측정하는 형광측정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로플레이트 형광측정 장치를 이용한 개선된 광원의 제어방법을 제공한다.
또한, 상기 마이크로플레이트 형광측정 장치를 이용한 개선된 광원의 제어방법에 있어서,
상기 광원모듈을 구성하는 복수개의 단일파장 광원 중 2개 이상의 광을 측정하고자 하는 물질의 종류에 따라 선택하는 단일파장 광원 다선택단계; 및
선택된 복수개의 단일파장 광원을 측정을 위하여 설정된 순서로 동작시키는 순차다광원동작단계; 및
상기 복수개의 단일파장 광원의 순차적인 동작에 의하여 순차적으로 발생하는 형광을 순차적으로 측정하는 형광순차측정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로플레이트 형광측정 장치를 이용한 개선된 광원의 제어방법을 제공한다.
본 출원 발명은 상기 광원들의 광 파장의 차이에 의하여 발생하는 색수차를 해결하기 위하여 상기 오목거울을 색수차 보정된 타원형의 거울을 사용할 수도 있다.
상기 단일파장 광원은 중심 광파장에 광원의 70% 이상의 에너지가 모여있는 바람지하지만, 50% 이상이면 사용가능하다. 또한 상기 단일파장 광원의 전단에 광을 모아주는 렌즈를 더 장착할 수 있다. 이때 색수차를 조절하기위한 입사각을 수평에서 1도 이내의 범위에서 조절할 수 있다.
100 : 다파장 광모듈
110 : 단일파장 광원
120 : 오목렌즈
130 : 광섬유 번들

Claims (4)

  1. 마이크로프레이트 형광측정 장치에 있어서,
    개선된 광원은
    오목거울; 및
    상기 오목거울의 원주 둘레를 따라 복수개의 서로 다른 파장을 가지는 단일파장 광원이 상기 오목거울에 평행하게 조사될 수 있도록 상기 오목거울의 원주면 안쪽으로 상기 원주면 둘레로 일정 간격으로 구비되는 광원모듈로 구성되며,
    상기 오목거울의 초점에서 상기 개선된 광원의 광이 광섬유번들로 입사될 수 있도록 상기 광섬유번들의 광입구를 상기 오목거울의 초점에 위치시키는 것을 특징으로 하는 마이크로프레이트 형광측정 장치.
  2. 제1항의 마이크로플레이트 형광측정 장치를 이용한 개선된 광원의 제어방법에 있어서,
    상기 광원모듈을 구성하는 복수개의 단일파장 광원 중 하나를 측정하고자 하는 물질의 종류에 따라 선택하는 단일파장 광원 선택단계; 및
    선택된 상기 단일파장 광원을 측정을 위하여 동작시키는 광원동작단계; 및
    상기 단일파장 광원의 동작에 의하여 발생한 형광을 측정하는 형광측정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로플레이트 형광측정 장치를 이용한 개선된 광원의 제어방법.
  3. 제1항의 마이크로플레이트 형광측정 장치를 이용한 개선된 광원의 제어방법에 있어서,
    상기 광원모듈을 구성하는 복수개의 단일파장 광원 중 2개 이상의 광을 측정하고자 하는 물질의 종류에 따라 선택하는 단일파장 광원 다선택단계; 및
    선택된 복수개의 단일파장 광원을 측정을 위하여 동시에 동작시키는 다광원동작단계; 및
    상기 복수개의 단일파장 광원의 동작에 의하여 발생한 형광을 측정하는 형광측정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로플레이트 형광측정 장치를 이용한 개선된 광원의 제어방법.
  4. 제1항의 상기 마이크로플레이트 형광측정 장치를 이용한 개선된 광원의 제어방법에 있어서,
    상기 광원모듈을 구성하는 복수개의 단일파장 광원 중 2개 이상의 광을 측정하고자 하는 물질의 종류에 따라 선택하는 단일파장 광원 다선택단계; 및
    선택된 복수개의 단일파장 광원을 측정을 위하여 설정된 순서로 동작시키는 순차다광원동작단계; 및
    상기 복수개의 단일파장 광원의 순차적인 동작에 의하여 순차적으로 발생하는 형광을 순차적으로 측정하는 형광순차측정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로플레이트 형광측정 장치를 이용한 개선된 광원의 제어방법.
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