KR20230048931A - 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치를 개시한다. 본 발명은 광원에서 시간차를 두고 출력된 여기광과 그에 대응하여 발생된 형광을 1개의 광센서를 이용하여 수신하되, 여기광에 의해 발생된 형광신호를 여기광의 시간차 정보와 동기화하여 수신함으로써, 1개의 광센서를 이용하여 2차원의 공간 분해능을 갖는 형광 데이터로 제공한다.
Description
본 발명은 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 광원에서 시간차를 두고 출력된 여기광과 그에 대응하여 발생된 형광을 1개의 광센서를 이용하여 수신하되, 여기광에 의해 발생된 형광신호를 여기광의 시간차 정보와 동기화하여 수신함으로써, 1개의 광센서를 이용하여 2차원의 공간 분해능을 갖는 형광 데이터로 제공하는 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치에 관한 것이다.
개인 맞춤형 의료(Point of Care) 시대가 도래함에 따라 유전자 분석 및 체외 진단, 그리고 유전자 염기 서열 분석 등의 중요성이 부각되고 있으며, 또한 그에 대한 수요가 점차 증가하고 있다.
이에 따라, 적은 양의 샘플로도 빠른 시간 내에 많은 양의 검사를 수행할 수 있는 시스템이 개발 및 출시되고 있다.
또한, 이러한 시스템을 구현하기 위하여, 미세유체칩(microfluidics)이나 랩온어칩(Lab on a Chip)과 같은 미세 유체 소자가 주목을 받고 있다.
복수의 미세 유로와 미세 챔버를 포함하는 미세 유체 소자는 미량의 유체(예를 들어, 수 nl ~ 수 ml)를 제어하고 조작이 가능하도록 설계된 것이 특징이다. 미세 유체 소자를 이용함으로써, 미세 유체의 반응 시간을 최소화 할 수 있으며, 미세 유체의 반응과 그 결과의 측정이 동시에 이루어질 수 있다.
이러한 미세 유체 소자는 다양한 방법으로 제작될 수 있으며, 그 제작 방법에 따라 다양한 재료가 이용되고 있다
한편, 유전자 분석시, 샘플에서 특정 DNA의 존재 여부 또는 DNA의 양을 정확히 알기 위해서는, 실제 샘플을 정제/추출한 후 측정 가능하도록 충분히 증폭하는 과정이 요구된다.
다양한 유전자 증폭 방법 중에서 예를 들어 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction; PCR)이 가장 널리 쓰인다.
그리고, PCR을 통해 증폭한 DNA를 검출하기 위한 방법으로 형광 검출법이 주로 이용되고, 실시간 PCR(real-time PCR; qPCR)은 타깃 샘플(target sample)의 증폭 및 실시간 검출/측정을 위해 다수의 형광 염료/프로브 및 프라이머 세트(primer set)를 이용한다.
도1은 종래 기술에 따른 형광 광학계를 나타낸 예시도로서, 도1을 참조하면, 형광 광학계는 광을 방출하는 광원(10)과, 광원(10)에서 방출된 발산하는 광을 평행광으로 만드는 콜리메이팅 렌즈(11)와, 샘플(20)의 측정시료(21)를 향해 여기광을 반사하고, 측정시료(21)에서 발생한 형광 신호를 투과시키는 빔스플리터(12)와, 여기광을 측정시료(21)에 결상시키는 대물렌즈(13)와, 형광 신호를 광검출기(15) 상에 결상시키는 결상 렌즈(focusing lens)(14)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 광검출기(15)는 예를 들어 다수의 포토 다이오드들의 어레이를 포함하거나, CCD(charge-coupled device) 이미지 센서 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서로 구성된다.
그러나, 종래 기술에 따른 형광 광학계는 고민감도를 갖는 다수의 이미지 센서 어레이 또는 이미지 센서로 이루어진 광검출기를 사용함으로써, 높은 제조비용이 발생하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 광원에서 시간차를 두고 출력된 여기광과 그에 대응하여 발생된 형광을 1개의 광센서를 이용하여 수신하되, 여기광에 의해 발생된 형광신호를 여기광의 시간차 정보와 동기화하여 수신함으로써, 1개의 광센서를 이용하여 2차원의 공간 분해능을 갖는 형광 데이터로 제공하는 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예는 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치로서, 여기광을 일정 시간차 간격으로 출력하는 광원; 상기 출력된 여기광을 상기 시간차에 따라 각도를 조절하여 반사하는 갈바노 미러; 상기 반사된 여기광을 집광하는 스캔 렌즈; 상기 스캔 렌즈에서 집광된 여기광을 평행광으로 출력하는 콜리메이션 렌즈; 상기 콜리메이션 렌즈로부터 평행광으로 출력되는 여기광을 샘플의 측정 시료로 반사하고, 상기 측정 시료에서 발생되는 형광을 투과시켜 1차원 광센서로 출력하는 빔 스플리터; 상기 빔 스플리터에서 반사된 여기광을 집광시켜 초점이 상기 측정 시료에 맺히게 하고, 상기 측정 시료에서 발생된 형광을 평행광으로 변환하여 상기 빔 스플리터로 출력하는 집광 렌즈; 상기 빔 스플리터와 1차원 광센서 사이에 설치되어 상기 빔 스플리터에서 1차원 광센서로 입사되는 여기광을 차단하는 형광 필터; 및 상기 형광을 순차적으로 수신하는 1차원 광센서;를 포함한다.
또한, 상기 실시 예에 따른 2차원 형광 데이터 측정 장치는 스캔 렌즈와 빔 스플리터 사이에 설치되어 여기광을 투과시키는 여기광 필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실시 예는 형광 필터와 1차원 광센서 사이에 설치되어 상기 형광 필터를 투과한 일부의 여기광을 차단하는 보조 형광 필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실시 예에 따른 보조 형광 필터는 형광 필터와 보조 형광 필터 사이에 여기광의 무한 반사를 방지하도록 상기 형광 필터와 일정 각도로 틸팅된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실시 예에 따른 스캔 렌즈(130)는 에프세타 렌즈(F-theta lens) 또는 텔레센트릭 렌즈(Telecentric lens) 중 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 광원에서 시간차를 두고 출력된 여기광과 그에 대응하여 발생된 형광을 1개의 광센서를 이용하여 수신하되, 여기광에 의해 발생된 형광신호를 여기광의 시간차 정보와 동기화하여 수신함으로써, 1개의 광센서를 이용하여 2차원의 공간 분해능을 갖는 형광 데이터로 제공할 수 있는 장점이 있다.
도1은 종래 기술에 따른 형광 광학계를 나타낸 예시도.
도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치를 나타낸 예시도.
도3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치의 동작 설명하기 위해 나타낸 입사광 그래프.
도4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치의 동작을 설명하기 위해 나타낸 1차원 광센서의 수신 그래프.
도5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치의 공간 정보와 동기화시키는 과정을 설명하기 위해 나타낸 예시도.
도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치를 나타낸 예시도.
도3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치의 동작 설명하기 위해 나타낸 입사광 그래프.
도4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치의 동작을 설명하기 위해 나타낸 1차원 광센서의 수신 그래프.
도5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치의 공간 정보와 동기화시키는 과정을 설명하기 위해 나타낸 예시도.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예 및 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하되, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭함을 전제하여 설명하기로 한다.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하기에 앞서, 본 발명의 기술적 요지와 직접적 관련이 없는 구성에 대해서는 본 발명의 기술적 요지를 흩뜨리지 않는 범위 내에서 생략하였음에 유의하여야 할 것이다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 발명자가 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 적절한 용어의 개념을 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다는 표현은 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, "‥부", "‥기", "‥모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 그 둘의 결합으로 구분될 수 있다.
또한, "적어도 하나의" 라는 용어는 단수 및 복수를 포함하는 용어로 정의되고, 적어도 하나의 라는 용어가 존재하지 않더라도 각 구성요소가 단수 또는 복수로 존재할 수 있고, 단수 또는 복수를 의미할 수 있음은 자명하다 할 것이다.
또한, 각 구성요소가 단수 또는 복수로 구비되는 것은, 실시 예에 따라 변경가능하다 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치를 나타낸 예시도이고, 도3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치의 동작 설명하기 위해 나타낸 입사광 그래프이며, 도4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치의 동작을 설명하기 위해 나타낸 1차원 광센서의 수신 그래프이다.
도2 내지 도4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치(100)는 시간차를 두고 출력된 입사광을 1개의 광센서를 이용하여 수신하고, 입력광에 의해 발생된 형광신호를 입사광의 시간정보와 동기화하여 2차원의 공간 분해능을 갖는 형광 데이터로 제공할 수 있도록 광원(110)과, 갈바노 미러120, 121)와, 스캔 렌즈(130)와, 빔 스플리터(140)와, 집광 렌즈(150)와, 형광 필터(160)와, 1차원 광센서(170)와, 여기광 필터(180)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 광원(110)은 일정 파장을 갖는 여기광을 출력하는 구성으로서, 예를 들어 400㎚ ~ 800㎚의 파장을 출력하는 LED(Light Emitting Diode), LD(Laser Diode) 또는 자외선 파장을 출력하는 UV LED 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
또한, 상기 광원(110)은 여기광을 일정 시간차 간격으로 순차 출력하여 각 여기광에 대하여 구분될 수 있도록 구성할 수 있다.
상기 갈바노 미러(120, 121)는 광원(110)에서 출력된 여기광을 상기 시간차에 따라 각도를 조절하며 반사한다.
상기 스캔 렌즈(130)는 갈바노 미러(120, 121)에서 반사된 여기광을 입사 각도에 관계없이 하나의 평면에 초점이 형성되도록 집광하여 출력하는 구성으로서, 에프세타 렌즈(F-theta lens) 또는 하나의 평면에 직각으로 초점을 구성하는 텔레센트릭 렌즈(Telecentric lens) 중 하나로 이루어질 수 있다.
상기 콜리메이션 렌즈(131)는 스캔 렌즈(131)에서 집광된 여기광을 평행광으로 변환하여 빔 스플리터(140)로 출력한다.
상기 빔 스플리터(140)는 콜리메이션 렌즈(131)로부터 출력되는 평행광, 즉 여기광이 샘플(200)의 측정 시료(210)로 반사되도록 한다.
또한, 상기 빔 스플리터(140)는 갈바노 미러(120, 121)에서 조절된 각도에 기반하여 변환된 평행광을 시간차 간격에 따라 순차적으로 반사함으로써, 2차원 패턴을 형성하며 측정 시료(210)에 반사될 수 있도록 한다.
또한, 상기 빔 스플리터(140)는 측정 시료(210)에서 발생되는 형광을 투과시켜 1차원 광센서(170)로 출력하는 구성으로서, 다이크로익 미러(Dichroic mirror)로 이루어질 수 있다.
상기 집광 렌즈(150)는 빔 스플리터(140)에서 반사된 여기광을 집광시켜 샘플(200)의 측정 시료(210)에 출력하되, 초점이 상기 측정 시료(210)에 맺히게 한다.
또한, 상기 집광 렌즈(150)는 초점, 즉 상기 측정 시료(210)에서 발생되어 발산되는 형광을 집광하여 평행광으로 변환시켜 빔 스플리터(140)로 출력한다.
상기 형광 필터(160)는 빔 스플리터(140)와 1차원 광센서(170) 사이에 설치되고, 측정 시료(210)에서 발생된 형광은 상기 1차원 광센서(170)로 투과시키며, 광원(110)에 출력된 여기광 또는 측정 시료(210)에서 반사된 여기광이 상기 1차원 광센서(170)로 투과되는 것을 차단하는 구성으로서, 밴드 패스 필터 또는 롱패스 필터로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 형광 필터(160)와 1차원 광센서(170) 사이에는 형광 필터(160)와 일정 거리 이격되어 보조 형광 필터(161)가 추가 설치될 수도 있다.
상기 보조 형광 필터(161)는 형광 필터(160)를 통해 대부분의 여기광이 차단되지만, 상기 형광 필터(160)를 투과한 일부의 여기광이 1차원 광센서(170)로 투과되는 것을 차단한다.
또한, 상기 보조 형광 필터(161)는 형광 필터(160)와 평행하게 설치될 수도 있고, 상기 형광 필터(160)와 일정 각도를 갖도록 틸팅되어 설치될 수도 있다.
그러나, 상기 보조 형광 필터(161)가 형광 필터(160)와 평행하게 설치될 경우, 상기 형광 필터(160)를 투과한 여기광이 보조 형광 필터(161)에 의해 차단되어 무한 반사가 발생할 수 있어서, 상기 보조 형광 필터(161)는 형광 필터(160)와 일정 각도로 틸팅되어 설치되는 것이 바람직하다.
상기 1차원 광센서(170)는 형광 필터(160)와 보조 형광 필터(161)를 투과한 형광을 순차적으로 수신하는 구성으로서, 다수의 포토 다이오드들의 어레이 및 광전자증배관(Photomultiplier Tube, PMT)로 구성될 수 있다.
즉, 상기 1차원 광센서(170)는 도3과 같이, 광원(110)에서 시간차 간격으로 순차 출력된 여기광(O1, O2, O3 …)에 대응하여 도4와 같이, 측정 시료(210)에서 발생된 형광(R1, R2, R3 …)을 순차적으로 수신한다.
또한, 상기 1차원 광센서(170)는 형광에 의해 발생되는 신호를 일정 시간차 간격으로 발생되는 여기광의 시간 정보와 동기화시켜 도5와 같이 개별 2차원 맵으로 변환함으로써, 각 신호에 대한 구분을 통해 공간 분해능을 가질 수 있게 하고, 2차원 형광 데이터의 측정이 가능할 수 있도록 한다.
상기 여기광 필터(180)는 스캔 렌즈(130)와 빔 스플리터(140) 사이에 설치되고, 광원(110)에서 출력된 측정 시료(210)에 포함된 형광 염료를 여기시키기 위한 파장을 갖는 여기광만을 투과시키는 구성으로서, 밴드 패스 필터로 구성될 수 있다.
따라서, 광원에서 시간차를 두고 출력된 여기광과 그에 대응하여 발생된 형광을 1개의 광센서를 이용하여 수신하되, 여기광에 의해 발생된 형광신호를 여기광의 시간차 정보와 동기화하여 수신함으로써, 1개의 광센서를 이용하여 2차원의 공간 분해능을 갖는 형광 데이터로 제공할 수 있게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 도면번호는 설명의 명료성과 편의를 위해 기재한 것일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 명시적으로 도시되거나 설명되지 아니하였다 하여도 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 본 발명에 의한 기술적 사상을 포함하는 다양한 형태의 변형을 할 수 있음은 자명하며, 이는 여전히 본 발명의 권리범위에 속한다.
또한, 첨부하는 도면을 참조하여 설명된 상기의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 기술된 것이며 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예에 국한되지 아니한다.
100 : 2차원 형광 데이터 측정장치
110 : 광원
120, 121 : 갈바노 미러
130 : 스캔 렌즈
131 : 콜리메이션 렌즈
140 : 빔스플리터
150 : 집광 렌즈
160 : 형광 필터
161 : 보조 형광 필터
170 : 1차원 광센서
180 : 여기광 필터
200 : 샘플
210 : 측정 시료
110 : 광원
120, 121 : 갈바노 미러
130 : 스캔 렌즈
131 : 콜리메이션 렌즈
140 : 빔스플리터
150 : 집광 렌즈
160 : 형광 필터
161 : 보조 형광 필터
170 : 1차원 광센서
180 : 여기광 필터
200 : 샘플
210 : 측정 시료
Claims (5)
- 여기광을 일정 시간차 간격으로 출력하는 광원(110);
상기 출력된 여기광을 상기 시간차에 따라 각도를 조절하여 반사하는 갈바노 미러(120, 121);
상기 반사된 여기광을 집광하는 스캔 렌즈(131);
상기 스캔 렌즈(131)에서 집광된 여기광을 평행광으로 출력하는 콜리메이션 렌즈(131);
상기 콜리메이션 렌즈(131)로부터 평행광으로 출력되는 여기광을 샘플(200)의 측정 시료(210)로 반사하고, 상기 측정 시료(210)에서 발생되는 형광을 투과시켜 1차원 광센서(170)로 출력하는 빔 스플리터(140);
상기 빔 스플리터(140)에서 반사된 여기광을 집광시켜 초점이 상기 측정 시료(210)에 맺히게 하고, 상기 측정 시료(210)에서 발생된 형광을 평행광으로 변환하여 상기 빔 스플리터(140)로 출력하는 집광 렌즈(150);
상기 빔 스플리터(140)와 1차원 광센서(170) 사이에 설치되어 상기 빔 스플리터(140)에서 1차원 광센서(170)로 입사되는 여기광을 차단하는 형광 필터(160); 및
상기 형광을 순차적으로 수신하는 1차원 광센서(170);를 포함하는 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 2차원 형광 데이터 측정 장치는 스캔 렌즈(130)와 빔 스플리터(140) 사이에 설치되어 여기광을 투과시키는 여기광 필터(180);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 형광 필터(160)와 1차원 광센서(170) 사이에 설치되어 상기 형광 필터(160)를 투과한 일부의 여기광을 차단하는 보조 형광 필터(161);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 보조 형광 필터(161)는 형광 필터(160)와 보조 형광 필터(161) 사이에 여기광의 무한 반사를 방지하도록 상기 형광 필터(160)와 일정 각도로 틸팅된 것을 특징으로 하는 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 스캔 렌즈(130)는 에프세타 렌즈(F-theta lens) 또는 텔레센트릭 렌즈(Telecentric lens) 중 하나인 것을 특징으로 하는 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치.
Priority Applications (1)
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| KR1020210131921A KR102609881B1 (ko) | 2021-10-05 | 2021-10-05 | 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210131921A KR102609881B1 (ko) | 2021-10-05 | 2021-10-05 | 1차원 광센서를 이용한 2차원 형광 데이터 측정 장치 |
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ID=85984087
Family Applications (1)
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| KR (1) | KR102609881B1 (ko) |
Citations (9)
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2021
- 2021-10-05 KR KR1020210131921A patent/KR102609881B1/ko active IP Right Grant
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102609881B1 (ko) | 2023-12-05 |
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