KR20230064510A - 형광분석모듈 및 그를 가지는 형광분석시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 형광분석시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분석대상인 시료에 여기광을 조사하고 시료에서 방출되는 방출광을 분석하는 형광분석모듈 및 그를 가지는 형광분석시스템에 관한 것이다.
본 발명은 2개의 광경로(L1, L2)로 분기하는 빔스플릿터(210)와; 여기광이 조사된 시료에서 방출되어 상기 빔스플릿터(210)를 거친 방출광을 상기 2개의 광경로(L1, L2) 중 어느 하나의 광경로 방향으로 수광하는 수광부(220)와; 상기 여기광을 상기 2개의 광경로(L1, L2) 중 나머지 하나의 광경로 방향으로 조사하는 광원부(230)와; 상기 빔스프릿터(210)를 투과한 여기광 중 일부를 상기 수광부(220)로 향하도록 반사시키는 여기광반사부(240)와; 상기 빔스프릿터(210) 및 상기 수광부(220) 사이에 설치되어 미리 설정된 파장대의 상기 방출광 만을 투과시키는 방출광필터부(251) 및 상기 여기광을 투과시키는 여기광투과부(252)를 가지는 복합광필터부(250)를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광분석모듈을 개시한다.
본 발명은 2개의 광경로(L1, L2)로 분기하는 빔스플릿터(210)와; 여기광이 조사된 시료에서 방출되어 상기 빔스플릿터(210)를 거친 방출광을 상기 2개의 광경로(L1, L2) 중 어느 하나의 광경로 방향으로 수광하는 수광부(220)와; 상기 여기광을 상기 2개의 광경로(L1, L2) 중 나머지 하나의 광경로 방향으로 조사하는 광원부(230)와; 상기 빔스프릿터(210)를 투과한 여기광 중 일부를 상기 수광부(220)로 향하도록 반사시키는 여기광반사부(240)와; 상기 빔스프릿터(210) 및 상기 수광부(220) 사이에 설치되어 미리 설정된 파장대의 상기 방출광 만을 투과시키는 방출광필터부(251) 및 상기 여기광을 투과시키는 여기광투과부(252)를 가지는 복합광필터부(250)를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광분석모듈을 개시한다.
Description
본 발명은 형광분석시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분석대상인 시료에 여기광을 조사하고 시료에서 방출되는 방출광을 분석하는 형광분석모듈 및 그를 가지는 형광분석시스템에 관한 것이다.
형광분석시스템(spectrofluorometer)는, 분석대상인 시료에 여기광을 조사하고 시료에서 방출되는 방출광을 분석하여 시료에 대한 농도 및 화학적 농도 등을 파악하는 장치를 말하며, 실시간 중합효소 연쇄 반응 검사 (real-time PCR), 화합물의 특성 검사 등을 수행한다.
그리고 형광분석시스템을 구성하는 형광분석모듈은, 특허문헌 1, 2 등과 같이 구성될 수 있다.
구체적으로, 특허문헌 1에 제시된 광원모듈의 경우 광원에서 발생되는 빛의 일부를 광검출기(특허문헌 1의 도 7의 25)를 사용하여 모니터링함으로써 광원의 출력 변화를 보정하는 기술을 적용하였다.
그러나 특허문헌 1의 광학계를 구성할 경우 광검출기를 위치시키기 위한 추가적인 공간 및 기구물 구성이 필요하며 소형의 광학계 구성을 어렵게 한다.
또한, 광검출기에서 출력된 전기 신호를 광원 출력 제어 신호로 사용하기 위한 일련의 회로를 추가로 구성하여야 하며 그만큼 구성이 복잡해지는 단점이 있다.
다른 방식으로는 특허문헌 2와 같이 여기광에 도달하는 지점에 형광 신호를 방출하는 참조 형광체(특허문헌 2의 도 1의 4)를 위치시켜 방출되는 형광 신호를 이미지 센서(특허문헌 2의 도 1의 78)로 측정함으로써 DNA의 농도 검출의 정확도를 높이는 기술을 적용하였다.
그러나 이러한 방식으로 시스템을 구성할 경우 여기광원 파장에 맞는 형광체를 여기광이 입사되는 영역에 위치시켜야 하며 이는 추가적인 공간과 기구물 구성이 적용됨에 따라 소형화된 광학계 구성을 어렵게 한다.
또한, 참조 형광체의 수명이 한정적이므로 이에 대한 유지 및 관리를 필요로 하여 구성이 더욱 복잡해지는 문제점이 있다.
(특허문헌 1) US 20130040396 A
(특허문헌 2) US 20160178512 A
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 형광분석모듈의 크기를 최소화할 수 있는 형광분석모듈 및 그를 가지는 형광분석시스템을 제공하는데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 2개의 광경로(L1, L2)로 분기하는 빔스플릿터(210)와; 여기광이 조사된 시료에서 방출되어 상기 빔스플릿터(210)를 거친 방출광을 상기 2개의 광경로(L1, L2) 중 어느 하나의 광경로 방향으로 수광하는 수광부(220)와; 상기 여기광을 상기 2개의 광경로(L1, L2) 중 나머지 하나의 광경로 방향으로 조사하는 광원부(230)와; 상기 광원부(230) 및 상기 빔스플릿터(210) 사이에 설치되는 제2광학계(310)와; 상기 수광부(220) 및 빔스플릿터(210) 사이에 설치되는 제1광학계(320)를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광분석모듈을 개시한다.
상기 광원부(230) 및 상기 제2광학계(310)가 고정되는 제1지그(410)와; 상기 제1지그(420)와 결합되며, 상기 수광부(220) 및 상기 제1광학계(320)가 고정되는 제2지그(420)를 포함하며, 상기 빔스플릿터(210)는, 상기 제1지그(410) 및 상기 제2지그(420) 사이에 설치될 수 있다.
상기 제1지그(410) 및 상기 제2지그(420)는, 상기 빔스플릿터(210)의 설치방향에 대응되어 사선으로 분할된 구조를 가질 수 있다.
본 발명은, 또한 2개의 광경로(L1, L2)로 분기하는 빔스플릿터(210)와; 여기광이 조사된 시료에서 방출되어 상기 빔스플릿터(210)를 거친 방출광을 상기 2개의 광경로(L1, L2) 중 어느 하나의 광경로 방향으로 수광하는 수광부(220)와; 상기 여기광을 상기 2개의 광경로(L1, L2) 중 나머지 하나의 광경로 방향으로 조사하는 광원부(230)와; 상기 빔스프릿터(210)를 투과한 여기광 중 일부를 상기 수광부(220)로 향하도록 반사시키는 여기광반사부(240)와; 상기 빔스프릿터(210) 및 상기 수광부(220) 사이에 설치되어 미리 설정된 파장대의 상기 방출광 만을 투과시키는 방출광필터부(251) 및 상기 여기광을 투과시키는 여기광투과부(252)를 가지는 복합광필터부(250)를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광분석모듈을 개시한다.
상기 수광부(220), 상기 빔스플릿터(210) 및 상기 시료(10)가 직선의 제1광경로(L1) 방향으로 배치되며, 상기 광원부(230)는, 상기 제1광경로(L1)와 상기 빔스플릿터(210)에 의해 분기되는 제2광경로(L2) 방향으로 배치될 수 있다.
상기 여기광투과부(252)는, 상기 방출광필터부(251)를 형성하는 방출광필터부재에 형성된 홀 및 절개부 중 적어도 하나, 또는 상기 방출광필터부재에 인접한 빈 공간으로 형성될 수 있다.
상기 여기광투과부(252)는, 상기 방출광필터부(251)와 동심구조를 이룰 수 있다.
상기 여기광투과부(252)는, 상기 방출광필터부(251)의 가장자리 중 적어도 일부에 형성될 수 있다.
상기 여기광반사부(240)는, 상기 여기광투과부(252)에 대응되는 영역으로만 광이 반사되도록 반사면이 형성될 수 있다.
상기 여기광반사부(240)에 입사되는 광은 평행광을 이루며, 상기 여기광반사부(240)에 의하여 반사되는 반사광은 상기 방출광필터부(251)의 가장자리 중 적어도 일부에 형성된 상기 여기광투과부(252)를 향하도록 하는 광경로변환수단이 설치될 수 있다.
상기 광경로변환수단은, 상기 여기광반사부(240)의 반사면이 볼록면을 이루는 것을 포함할 수 있다.
본 발명은, 또한, 서로 다른 파장대의 여기광을 발광하는 복수의 형광분석모듈(21, 22, 23)들과; 시료(10)가 담긴 복수의 용기(11)들을 상기 복수의 형광분석모듈(21, 22, 23)들의 분석위치로 순차적으로 이동시키는 이동지그(600)와; 상기 이동지그(600)를 선형이동 및 회전이동 중 적어도 하나의 이동을 구동하는 구동부를 포함하며, 상기 복수의 형광분석모듈(21, 22, 23)은, 상기와 같은 구성을 가지는 형광분석모듈인 것을 특징으로 하는 형광분석시스템을 개시한다.
본 발명에 따른 형광분석모듈 및 그를 가지는 형광분석시스템은, 광원부, 수광부, 빔스플릿터 및 광학계를 지그를 이용하여 고정시킴으로써, 형광분석모듈의 크기를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
특히, 본 발명에 따른 형광분석모듈 및 그를 가지는 형광분석시스템은, 2개의 지그로 분할하고, 분할부분에 빔스플릿터를 위치시킴으로써, 보다 정밀한 형광분석모듈을 제조할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 형광분석모듈 및 그를 가지는 형광분석시스템은, 광원에서 발생된 여기광을 방출광 수광을 위한 수광부에 함께 수광하도록 함으로써 형광분석모듈의 크기를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
즉, 본 발명에 따른 형광분석모듈 및 그를 가지는 형광분석시스템은, 수광부, 즉 이미지 센서 앞에 위치한 형광 필터(방출광필터부) 주위에 공간적으로 여기광원의 일부 빛이 이미지 센서 특정 영역에 검출될 수 있도록 배치함으로써 추가적인 광검출기나 참조 형광체 없이 광원 세기를 모니터링하고 DNA 의 농도 측정 정확도를 높일 수 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 형광분석모듈 및 그를 가지는 형광분석시스템은, 빔 분배에 사용되는 빔스플리터 이후에 여기광을 공간적으로 분리하는 반사 거울과 이를 이미지 센서(수광부)에 입사시킬 수 있는 채널을 확보하는 방식으로 참조 여기광과 이에 대비 발광 신호를 하나의 이미지 센서에서 동시에 측정함으로써 광원 세기 모니터링 및 형광 신호 세기 기반의 바이오 샘플 농도 측정 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 형광분석모듈 및 그를 가지는 형광분석시스템은, 기존의 추가적인 광검출기 구성 또는 참조 형광체를 사용하여 광원 세기를 모니터링하거나 형광 신호 세기 정밀도를 높이는 기술과 달리 빔스플리터와 여기광 반사 거울을 사용하여 광원에서 출력되는 여기광의 일부를 이미지 센서 특정 영역에 입사시키는 기술로서, 여기광과 형광이 동시에 이미지 센서에 입사시킬 수 있도록 함으로써 광학계 구성을 간단하게 하여 광학계를 소형화할 수 있고 이를 통해 실시간 중합효소 연쇄 반응 검사 (real-time PCR) 시스템의 구성 및 제조 비용을 낮출 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1실시예에 따른 형광분석시스템을 보여주는 개념도이다.
도 2는, 도 1의 형광분석시스템의 지그를 보여주는 사시도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 형광분석시스템의 예를 보여주는 개념도이다.
도 4a는, 도 3에 도시된 형광분석시스템의 변형예를 보여주는 개념도이고, 도 4b는, 도 4a의 형광분석시스템을 보여주는 평면도이다.
도 5은, 본 발명의 제2실시예에 따른 형광분석시스템을 보여주는 개념도이다.
도 6는, 도 5의 형광분석시스템의 수광부의 예들을 보여주는 평면도이다.
도 7은, 도 6의 수광패턴을 형성하기 위한 방출광필터부의 예들을 보여주는 단면도이다.
도 8는, 여기광 및 방출광의 파장대를 보여주는 그래프이다.
도 9는, 도 5의 형광분석시스템의 다른 예를 보여주는 개념도이다.
도 2는, 도 1의 형광분석시스템의 지그를 보여주는 사시도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 형광분석시스템의 예를 보여주는 개념도이다.
도 4a는, 도 3에 도시된 형광분석시스템의 변형예를 보여주는 개념도이고, 도 4b는, 도 4a의 형광분석시스템을 보여주는 평면도이다.
도 5은, 본 발명의 제2실시예에 따른 형광분석시스템을 보여주는 개념도이다.
도 6는, 도 5의 형광분석시스템의 수광부의 예들을 보여주는 평면도이다.
도 7은, 도 6의 수광패턴을 형성하기 위한 방출광필터부의 예들을 보여주는 단면도이다.
도 8는, 여기광 및 방출광의 파장대를 보여주는 그래프이다.
도 9는, 도 5의 형광분석시스템의 다른 예를 보여주는 개념도이다.
이하 본 발명에 따른 형광분석모듈 및 그를 가지는 형광분석시스템에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 형광분석모듈은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 광경로(L1, L2)로 분기하는 빔스플릿터(210)와; 여기광이 조사된 시료에서 방출되어 상기 빔스플릿터(210)를 거친 방출광을 상기 2개의 광경로(L1, L2) 중 어느 하나의 광경로 방향으로 수광하는 수광부(220)와; 상기 여기광을 상기 2개의 광경로(L1, L2) 중 나머지 하나의 광경로 방향으로 조사하는 광원부(230)와; 상기 광원부(230) 및 상기 빔스플릿터(210) 사이에 설치되는 제2광학계(310)와; 상기 수광부(220) 및 빔스플릿터(210) 사이에 설치되는 제1광학계(320)를 포함한다.
상기 빔스플릿터(210)는, 시료(10)에 조사되는 여기광을 2개의 광경로(L1, L2)로 분기하는 구성으로서, 프리즘, 반투과경 등 광을 2개의 광경로(L1, L2)로 분기하는 구성이면 어떠한 구성도 가능하다.
여기서 상기 여기광(excitation light)은, 분석대상인 시료가 방출광(emission light)을 방출하도록 시료에 조사되는 광으로서, 분석대상인 시료의 종류에 따라서 특정 파장대의 단색광, 백색광 등 다양한 광이 선택될 수 있다.
그리고 상기 시료(10)는, 여기광 조사에 따른 방출광 방출에 의하여 그 특성이 분석되는 분석대상으로서, 중합효소 연쇄 반응검사, 분자 검사 등 형광분석에 의한 분석이 가능한 물질이면 모두 가능하다.
특히 상기 시료(10)는, 용액 내에 담긴 상태에서 분석되는 경우가 대다수인바 도 1에 도시된 바와 같이, 용기(11) 내에 담겨질 수 있다.
한편, 상기 빔스플릿터(210)는, 후술하는 수광부(220) 및 광원부(230)의 배치에 따라서 광의 반사 및 투과 기능을 수행할 수 있다.
예로서, 도 5와 같은 배치의 경우 상기 빔스플릿터(210)는, 후술하는 광원부(230)로부터 제2광경로(L2)로 조사되는 광의 일부를 제2광경로(L2)로 반사시켜 여기광으로서 시료(10)를 향하도록 반사시킬 수 있다.
그리고 제1광경로(L1)를 따라 여기광이 조사된 시료(10)는, 특정 파장의 방출광을 발생시키며 상기 빔스플릿터(210)는, 상기 시료(10)에서 방출된 방출광을 투과시켜 후술하는 수광부(220)를 향하도록 투과시킨다.
다른 예로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 광원부(230) 및 상기 수광부(220)의 위치가 서로 바뀔 수 있으며, 이 경우 상기 빔스플릿터(210)는, 후술하는 광원부(230)로부터 직선방향으로 조사되는 광을 여기광으로서 시료(10)로 향하도록 투과시킨다.
그리고 상기 제1광경로(L1)를 따라 여기광이 조사된 시료(10)는, 특정 파장의 방출광을 발생시키며 상기 빔스플릿터(210)는, 후술하는 수광부(220)를 향하도록 방출광을 제2광경로(L2)로 반사시킨다.
상기 수광부(220)는, 여기광이 조사된 시료에서 방출되어 상기 빔스플릿터(210)를 거친 방출광을 상기 2개의 광경로(L1, L2) 중 어느 하나의 광경로 방향으로 수광하는 구성으로서, CCD 카메라 등 광을 획득하여 여기광(R) 및 방출광(E)에 대한 분석을 수행할 수 있는 구성이면 어떠한 구성도 가능하다.
한편, 상기 수광부(220)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 빔스플릿터(210) 및 시료(10)를 연결하는 방향, 예들 들면 제1광경로(L1)에 대하여 직선을 이루거나, 수직을 이루는 등 광경로에 따라서 다양한 배치가 가능하다.
그리고 상기 수광부(220) 및 빔스플릿터(210) 사이에는, 방출광이 빔스플릿터(210)를 투과(도 5와 유사)하거나, 빔스플릿터(210)에 반사(도 1 및 도 9)된 후 수광부(220)의 화소영역에 집광되도록 렌즈 등으로 구성된 제1광학계(320)가 설치될 수 있다.
한편, 상기 수광부(220)는, 수광되는 방출광과 비교하기 위하여 별도로 설치된 레퍼런스광발생부(미도시)에 조사된 광을 수광할 수 있다.
상기 레퍼런스광발생부는, 후술하는 지그(410, 420)의 내부에 선택에 따라서 다양한 위치에 위치시킬 수 있다.
상기 제1광학계(320)는, 상기 수광부(220) 및 빔스플릿터(210) 사이에 설치되어 수광부(220)의 화소영역에 집광되도록 렌즈 등으로 구성되는 등 다양한 구성이 가능하다.
상기 광원부(230)는, 상기 여기광을 상기 2개의 광경로(L1, L2) 중 나머지 하나의 광경로 방향으로 조사하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
특히 상기 광원부(230)는, 여기광의 광특성에 따라서 특정 파장대의 단색광, 백색광 등을 발생시키도록 구성될 수 있으며, LED소자가 사용될 수 있다.
한편, 상기 광원부(230) 및 상기 빔스플릿터(210) 사이에는, 상기 광원부(230)에서 발생된 광을 시료(10)에 조사되는데 원활한 광패턴, 예를 들면 평행광 등으로 변환하기 위하여 제2광학계(310)가 설치될 수 있다.
상기 제2광학계(310)는, 상기 광원부(230) 및 상기 빔스플릿터(210) 사이에 설치되어 상기 광원부(230)에서 발생된 광을 시료(10)에 조사되는데 원활한 광패턴, 예를 들면 평행광 등으로 변환하기 위한 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
또한, 상기 광원부(230) 및 상기 빔스플릿터(210) 사이에는, 상기 광원부(230)에서 발생된 광 중 여기광으로서 시료 분석에 맞는 파장대의 광만을 투과시킬 수 있도록 여기광필터부(미도시)가 설치될 수 있다.
상기 여기광필터부는, 상기 광원부(230) 및 상기 빔스플릿터(210) 사이에 설치되어 상기 광원부(230)에서 발생된 광 중 여기광으로서 시료 분석에 맞는 파장대의 광만을 투과시키는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
한편, 상기 여기광필터부는, 앞서 설명한 상기 제2광학계(310)를 구성하는 렌즈의 표면에 코팅되거나 부착되는 등 상기 제2광학계(310)와 하나로 구성될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 여기광필터부는, 앞서 설명한 빔스플릿터(210)의 표면에 코팅될 수도 있음은 물론이다.
한편, 본 발명의 제1실시예에 따른 형광분석모듈은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 광원부(230), 제2광학계(310), 상기 빔스플릿터(210), 상기 수광부(220) 및 제1광학계(320)의 고정을 위한 지그(400)를 포함한다.
상기 지그(400)는, 상기 광원부(230), 제2광학계(310), 상기 빔스플릿터(210), 상기 수광부(220) 및 제1광학계(320)의 고정을 위한 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 지그(400)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 광원부(230) 및 상기 제2광학계(310)가 고정되는 제1지그(410)와; 상기 제1지그(420)와 결합되며, 상기 수광부(220) 및 상기 제1광학계(320)가 고정되는 제2지그(420)를 포함할 수 있다.
상기 제1지그(410)는, 상기 광원부(230) 및 상기 제2광학계(310)가 고정되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 제1지그(410)는, 사출, 기계 가공 등을 통하여 형성될 수 있으며, 제1방향, 예를 들면 Y축방향으로 연장되는 관통공(418)이 형성된 블록으로 구성될 수 있다.
상기 관통공(418)은, 제1방향, 예를 들면 Y축방향으로 연장되어 형성되는 관통공으로 후술하는 제2지그(420)에 형성된 제3관통공(427)과 일직선을 이루도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 관통공(418)은, 상기 제2광학계(310)를 이루는 렌즈가 안착되는 렌즈안착부(415)가 형성되고, 렌즈의 고정을 위한 렌즈고정링(311)이 결합되는 링결합부(416)가 형성될 수 있다.
상기 링결합부(416)는, 렌즈고정을 위한 렌즈고정링(311)이 결합되는 부분으로서 나사결합 등 결합구조에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
상기 제2지그(420)는, 상기 제1지그(420)와 결합되며, 상기 수광부(220) 및 상기 제1광학계(320)가 고정되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 제2지그(420)는, 사출, 기계 가공 등을 통하여 형성될 수 있으며, 제1방향과 수직을 이루는 제2방향, 예를 들면 X축방향으로 연장되는 제1관통공(428)과, 상기 제1관통공(428)과 수직을 이루며 앞서 설명한 관통공(418)과 일직선을 이루는 제2관통공(427)이 형성된 블록으로 구성될 수 있다.
상기 제1관통공(428)은, 제1방향과 수직을 이루는 제2방향, 예를 들면 X축방향으로 연장되어 형성된다.
상기 제2관통공(427)은, 상기 제1관통공(428)과 수직을 이루며 앞서 설명한 관통공(418)과 일직선을 이루는 관통공으로 시료(10)를 향하는 광경로에 대응된다.
한편, 상기 제2관통공(427)은, 빔스플릿터(210) 및 시료(10) 사이에 대물렌즈(330)가 설치될 수 있다.
상기 대물렌즈(330)는, 빔스플릿터(210) 및 시료(10) 사이에 설치되는 렌즈로서, 다양한 구성이 가능하다.
한편, 상기 제2관통공(427)은, 대물렌즈(330)가 설치될 때, 대물렌즈(330)의 안착을 위한 대물렌즈안착부(424)가 형성될 수 있다.
그리고 상기 제1관통공(428) 및 제2관통공(427)은, 렌즈가 안착되는 렌즈안착부(425, 424)가 형성되고, 렌즈의 고정을 위한 렌즈고정링(321, 333)이 고정되는 링결합부(426, 332)가 형성될 수 있다.
상기 링결합부(426, 332)는, 렌즈고정을 위한 렌즈고정링(321, 333)이 결합되는 부분으로서 나사결합 등 결합구조에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
한편, 상기 빔스플릿터(210)는, 상기 제1지그(410) 및 상기 제2지그(420) 사이에 설치될 수 있다.
그리고 상기 제1지그(410) 및 상기 제2지그(420)는, 상기 빔스플릿터(210)의 설치방향에 대응되어 사선으로 분할된 구조를 가질 수 있다.
이때, 상기 제1지그(410) 및 상기 제2지그(420) 중 적어도 하나는, 서로 결합되는 면(419, 429)에 빔스플릿터(210)가 정밀하게 안착될 수 있도록 빔스플릿터안착부(219)가 형성될 수 있다.
상기 빔스플릿터안착부(219)는, 상기 제1지그(410) 및 상기 제2지그(420) 중 적어도 하나에 서로 결합되는 면(419, 429)에 빔스플릿터(210)가 정밀하게 안착될 수 있도록 형성되는 요홈으로서 다양한 방식에 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1지그(410) 및 상기 제2지그(420) 중 적어도 하나는, 상호 결합을 위하여, 측면에서 다른 지그로 연장되고 볼트(미도시)에 의하여 다른 지그와 결합되는 지그결합부(413)가 연장되어 형성될 수 있다.
상기 지그결합부(413)는, 측면에서 연장되어 형성되는 부분으로서, 볼트 결합을 위한 결합공(413a)가 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1지그(410) 및 상기 제2지그(420)는, 블록화된 상태로 볼트에 의하여 서로 결합되어, 상기 광원부(230), 제2광학계(310), 상기 빔스플릿터(210), 상기 수광부(220) 및 제1광학계(320)가 정밀하게 설치될 수 있다.
그리고 상기 제1지그(410)에 결합되는 상기 광원부(230) 및 제2광학계(310)와, 상기 제2지그(420)에 결합되는 상기 수광부(220) 및 제1광학계(320)는, 도 5에 도시된 배치와 같이 서로 위치가 바뀔 수 있음은 물론이다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 광원에서 발생된 여기광을 방출광 수광을 위한 수광부에 함께 수광하도록 함으로써 형광분석모듈의 크기를 최소화하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2실시예에 따른 형광분석모듈은, 도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 2개의 광경로(L1, L2)로 분기하는 빔스플릿터(210)와; 여기광이 조사된 시료에서 방출되어 상기 빔스플릿터(210)를 거친 방출광을 상기 2개의 광경로(L1, L2) 중 어느 하나의 광경로 방향으로 수광하는 수광부(220)와; 상기 여기광을 상기 2개의 광경로(L1, L2) 중 나머지 하나의 광경로 방향으로 조사하는 광원부(230)와; 상기 빔스프릿터(210)를 투과한 여기광 중 일부를 상기 수광부(220)로 향하도록 반사시키는 여기광반사부(240)와; 상기 빔스프릿터(210) 및 상기 수광부(220) 사이에 설치되어 미리 설정된 파장대의 상기 방출광 만을 투과시키는 방출광필터부(251) 및 상기 여기광을 투과시키는 여기광투과부(252)를 가지는 복합광필터부(250)를 포함한다.
상기 빔스플릿터(210)는, 시료(10)에 조사되는 여기광을 2개의 광경로(L1, L2)로 분기하는 구성으로서, 프리즘, 반투과경 등 광을 2개의 광경로(L1, L2)로 분기하는 구성이면 어떠한 구성도 가능하다.
여기서 상기 여기광(excitation light)은, 분석대상인 시료가 방출광(emission light)을 방출하도록 시료에 조사되는 광으로서, 분석대상인 시료의 종류에 따라서 백색광, 단색광 등 다양한 광이 선택될 수 있다.
그리고 상기 시료(10)는, 여기광 조사에 따른 방출광 방출에 의하여 그 특성이 분석되는 분석대상으로서, 중합효소 연쇄 반응검사, 분자 검사 등 형광분석에 의한 분석이 가능한 물질이면 모두 가능하다.
특히 상기 시료(10)는, 용액 내에 담긴 상태에서 분석되는 경우가 대다수인바 도 5에 도시된 바와 같이, 용기(11) 내에 담겨질 수 있다.
한편, 상기 빔스플릿터(210)는, 후술하는 수광부(220) 및 광원부(230)의 배치에 따라서 광의 반사 및 투과 기능을 수행할 수 있다.
예로서, 도 5에 도시된 바와 같이 배치된 경우, 상기 빔스플릿터(210)는, 후술하는 광원부(230)로부터 제2광경로(L2)로 조사되는 광의 일부를 제2광경로(L2)로 반사시켜 여기광으로서 시료(10)를 향하도록 반사시킬 수 있다.
그리고 제1광경로(L1)를 따라 여기광이 조사된 시료(10)는, 특정 파장의 방출광을 발생시키며 상기 빔스플릿터(210)는, 상기 시료(10)에서 방출된 방출광을 투과시켜 후술하는 수광부(220)를 향하도록 투과시킨다.
다른 예로서, 도 9에 도시된 바와 같이 배치된 경우, 상기 빔스플릿터(210)는, 후술하는 광원부(230)로부터 직선방향으로 조사되는 광을 여기광으로서 시료(10)로 향하도록 투과시킨다.
그리고 제1광경로(L1)를 따라 여기광이 조사된 시료(10)는, 특정 파장의 방출광을 발생시키며 상기 빔스플릿터(210)는, 후술하는 수광부(220)를 향하도록 방출광을 제2광경로(L2)로 반사시킨다.
상기 수광부(220)는, 여기광이 조사된 시료에서 방출되어 상기 빔스플릿터(210)를 거친 방출광을 상기 2개의 광경로(L1, L2) 중 어느 하나의 광경로 방향으로 수광하는 구성으로서, CCD 카메라 등 광을 획득하여 여기광(R) 및 방출광(E)에 대한 분석을 수행할 수 있는 구성이면 어떠한 구성도 가능하다.
한편, 상기 수광부(220)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 빔스플릿터(210) 및 시료(10)를 연결하는 방향, 예들 들면 제1광경로(L1)에 대하여 직선을 이루거나, 도 9에 도시된 바와 같이, 수직을 이루는 등 광경로에 따라서 다양한 배치가 가능하다.
그리고 상기 수광부(220) 및 빔스플릿터(210) 사이에는, 빔스플릿터(210)를 투과(도 5)되거나, 빔스플릿터(210)에 반사(도 9)된 후 수광부(220)의 화소영역에 집광되도록 렌즈 등으로 구성된 제1광학계(320)가 설치될 수 있다.
상기 제1광학계(320)는, 상기 수광부(220) 및 빔스플릿터(210) 사이에 설치되어 수광부(220)의 화소영역에 집광되도록 렌즈 등으로 구성되는 등 다양한 구성이 가능하다.
상기 광원부(230)는, 상기 여기광을 상기 2개의 광경로(L1, L2) 중 나머지 하나의 광경로 방향으로 조사하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
특히 상기 광원부(230)는, 여기광의 광특성에 따라서 백색광, 단색광 등을 발생시키도록 구성될 수 있으며, LED소자가 사용될 수 있다.
한편, 상기 광원부(230) 및 상기 빔스플릿터(210) 사이에는, 상기 광원부(230)에서 발생된 광을 시료(10)에 조사되는데 원활한 광패턴, 예를 들면 평행광 등으로 변환하기 위하여 제2광학계(310)가 설치될 수 있다.
상기 제2광학계(310)는, 상기 광원부(230) 및 상기 빔스플릿터(210) 사이에 설치되어 상기 광원부(230)에서 발생된 광을 시료(10)에 조사되는데 원활한 광패턴, 예를 들면 평행광 등으로 변환하기 위한 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
또한, 상기 광원부(230) 및 상기 빔스플릿터(210) 사이에는, 상기 광원부(230)에서 발생된 광 중 여기광으로서 시료 분석에 맞는 파장대의 광만을 투과시킬 수 있도록 여기광필터부(270)가 설치될 수 있다.
상기 여기광필터부(270)는, 상기 광원부(230) 및 상기 빔스플릿터(210) 사이에 설치되어 상기 광원부(230)에서 발생된 광 중 여기광으로서 시료 분석에 맞는 파장대의 광만을 투과시키는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
한편, 상기 여기광필터부(270)는, 앞서 설명한 상기 제2광학계(310)를 구성하는 렌즈의 표면에 코팅되거나 부착되는 등 상기 제2광학계(310)와 하나로 구성될 수 있음은 물론이다.
상기 여기광반사부(240)는, 본 발명의 주요 특징으로서, 상기 빔스프릿터(210)를 투과한 여기광 중 일부를 상기 수광부(220)로 향하도록 반사시키는 구성으로서, 광경로 및 수광부(220)의 수광면 상의 여기광 패턴에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 여기광 패턴(222)이 방출광 패턴(221)의 양측 또는 일측에 형성(도 6a 및 도 6c), 방출광 패턴(221)과 동심으로 형성(도 6b)되는 경우, 상기 여기광반사부(240)는, 수광부(220)의 수광면 상의 여기광 패턴에 대응되는 위치 및 패턴으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 여기광반사부(240)는, 상기 여기광투과부(252)에 대응되는 영역으로만 광이 반사되도록 반사면이 형성될 수 있다.
또한, 상기 여기광반사부(240)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 방출광 패턴(221)과 간격을 두고 형성되는 등 광경로변환수단에 의하여 광경로가 변환될 수 있다.
상기 광경로변환수단은, 상기 여기광반사부(240)에 입사되는 광은 평행광을 이룰 때 상기 여기광반사부(240)에 의하여 반사되는 반사광이 상기 방출광필터부(251)의 가장자리 중 적어도 일부에 형성된 상기 여기광투과부(252)를 향하도록 하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 광경로변환수단은, 반사광이 상기 방출광필터부(251)의 가장자리 중 적어도 일부에 형성된 상기 여기광투과부(252)를 향하도록 상기 반사면이 경사면 또는 볼록한 곡면으로 형성되는 것으로 구현될 수 있다.
상기 복합광필터부(250)는, 상기 빔스프릿터(210) 및 상기 수광부(220) 사이에 설치되어 미리 설정된 파장대의 상기 방출광 만을 투과시키는 방출광필터부(251) 및 상기 여기광을 투과시키는 여기광투과부(252)를 포함하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
상기 방출광필터부(251)는, 상기 빔스프릿터(210) 및 상기 수광부(220) 사이에 설치되어 빔스플릿터(210)를 투과(도 5)되거나, 빔스플릿터(210)에 반사(도 9)된 방출광(E)에 대하여 미리 설정된 파장영역(도 8 찬조)의 방출광 만을 투과시키는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
한편, 상기 방출광필터부(251)는, 앞서 설명한 제1광학계(320)를 구성하는 렌즈의 표면에 코팅되거나 부착되는 등 상기 제1광학계(320)와 하나로 구성될 수 있음은 물론이다.
상기 여기광투과부(252)는, 여기광을 투과시키는 구성으로서, 상기 수광부(220)에 수광되는 방출광(E)의 분석을 위하여 방출광(E)과 함께 수광부(220)에 의하여 수광되도록 방출광(E)과 별도로 여기광(R)을 투과시키는 구성으로서 여기광 투과 구조, 방출광필터부(251)과의 조합 구성에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 여기광투과부(252)는, 상기 방출광필터부(251)를 형성하는 방출광필터부재에 형성된 홀(도 7b) 및 절개부 중 적어도 하나, 또는 상기 방출광필터부재에 인접한 빈 공간(도 7c)으로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 여기광투과부(252)는, 도 7a에 도시된 바와 같이, 상기 방출광필터부(251)를 형성하는 부재의 표면에서 방출광필터가 코팅된 부분을 제외하여 투명하게 형성되거나, 여기광이 투과되도록 한 필터부재가 별도로 코팅될 수 있다.
또한, 상기 여기광투과부(252)는, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 방출광필터부(251)를 형성하는 방출광필터부재에 형성된 홀로서 구성될 수 있다.
또한, 상기 여기광투과부(252)는, 도 7c에 도시된 바와 같이, 상기 방출광필터부재에 인접한 빈 공간으로 형성될 수 있다. 이때 상기 방출광필터부(251)는 직사각형으로 형성되어 대향되는 두 변의 가장자리는 도 7c에 도시된 바와 같이, 하우징(1)의 내벽과 간격을 두고 형성되고 다른 두 변의 가장자리는 하우징(1)의 내벽에 결합되어 고정될 수 있다.
상기 여기광투과부(252)는, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같은, 여기광 패턴에 대응되어 형성될 수 있다.
예를 들면 상기 여기광 패턴(222)이 도 6b에 도시된 바와 같이, 동심원 등 동심구조를 이루는 경우 상기 여기광투과부(252)는, 상기 방출광필터부(251)와 동심구조를 이룰 수 있다.
다른 예로서, 상기 여기광 패턴이 도 6a 및 도 6c에 도시된 바와 같이, 방출광 패턴(221)의 일측 또는 양측에 형성되는 등 방출광 패턴의 가장자리 중 적어도 일부에 형성되는 경우, 상기 여기광투과부(252)는, 또한 이에 대응되어 상기 방출광필터부(251)의 가장자리 중 적어도 일부에 형성될 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 형광분석모듈은, 상기 빔스플릿터(210)를 기준으로 상기 수광부(220) 및 상기 광원부(230)는 다양한 방식에 의하여 배치될 수 있다.
여기서 본 발명의 주요지는, 광원부(230)에서 발생된 여기광 중 일부가 수광부(220)로 향하도록 반사시키는 여기광반사부(240)를 구비함에 특징이 있으며, 상기 빔스플릿터(210)를 기준으로 상기 수광부(220) 및 상기 광원부(230)의 배치에 따라서 상기 여기광반사부(240)가 적소에 배치될 수 있음은 물론이다.
예로서, 본 발명에 따른 형광분석모듈은, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 수광부(220), 상기 빔스플릿터(210) 및 상기 시료(10)가 직선의 제1광경로(L1) 방향으로 배치되며, 상기 광원부(230)는, 상기 제1광경로(L1)와 상기 빔스플릿터(210)에 의해 분기되는 제2광경로(L2) 방향으로 배치될 수 있다.
다른 예로서, 본 발명에 따른 형광분석모듈은, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 광원부(230), 상기 빔스플릿터(210) 및 상기 시료(10)가 직선의 제1광경로(L1) 방향으로 배치되며, 상기 수광부(220)는, 상기 제1광경로(L1)와 상기 빔스플릿터(210)에 의해 분기되는 제2광경로(L2) 방향으로 배치될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 형광분석모듈은, 분석대상인 시료에 특화되어 형광분석시스템의 일부로 구성될 수 있다.
이때 본 발명에 따른 형광분석시스템은, 앞서 설명한 형광분석모듈을 포함하여, 광원부(230)에서 나온 광은 여기 필터(270)를 통과함으로써 도 8의 형광체의 여기 스펙트럼에 해당하는 빛만 투과하게 되고 빔스플릿터(210)에 반사된 빔은 바이오 샘플 시료(10)에 입사되어 형광체를 발광시키며 방출광(E)은 빔스플릿터(210)를 투과하여 이미지 센서(수광부(220))에 입사되어 방출광(E)의 세기가 측정된다.
상기 빔스플릿터(210)를 투과한 여기광은 빔스플릿터(210) 반대편에 위치한 여기광 반사 거울(240)에 반사되고 다시 빔스플릿터(210)에 반사되어 여기광 모니터링 채널(여기광투과부(252)의 일예)로 입사되어 도 6에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(수광부(220))의 특정 영역에 입사된다. 이미지 센서(수광부(220))에 방출광(E)과 동시에 입사된 여기광(R)은 그 세기 측정을 통해 참조 데이터(reference data)로 광원을 모니터링할 수 있게 되고 바이오 샘플의 농도 및 측정 파라미터의 정밀도를 높이게 된다.
한편, 본 발명에 따른 형광분석시스템은, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 서로 다른 파장대의 여기광을 발광하는 복수의 형광분석모듈(21, 22, 23)들과; 시료(10)가 담긴 복수의 용기(11)들을 상기 복수의 형광분석모듈(21, 22, 23)들의 분석위치로 순차적으로 이동시키는 이동지그(600)와; 상기 이동지그(600)를 선형이동 및 회전이동 중 적어도 하나의 이동을 구동하는 구동부를 포함할 수 있다.
여기서 상기 복수의 형광분석모듈(21, 22, 23)들은, 여기광의 파장을 제외하면 앞서 설명한 형광분석모듈로 구성될 수 있는바, 자세한 설명은 생략한다.
한편, 상기 복수의 형광분석모듈(21, 22, 23)들은, 분석대상인 시료(10)가 담긴 용기(11)가 이동되는 방향에 따라서 배치될 수 있다.
상기 이동지그(600)는, 시료(10)가 담긴 복수의 용기(11)들을 상기 복수의 형광분석모듈(21, 22, 23)들의 분석위치로 순차적으로 이동시키는 구성으로서, 상기 복수의 형광분석모듈(21, 22, 23)들의 배치와 연계된다.
예로서, 상기 이동지그(600)는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 시료(10)가 담긴 복수의 용기(11)들을 선형이동시키도록 구성될 수 있다. 이때 상기 복수의 형광분석모듈(21, 22, 23)들은, 용기(11)들의 선형이동방향을 따라서 배치된다.
다른 예로서, 상기 이동지그(600)는, 도 3b에 도시된 바와 같이, 시료(10)가 담긴 복수의 용기(11)들을 회전이동시키도록 구성될 수 있다. 이때 상기 복수의 형광분석모듈(21, 22, 23)들은, 용기(11)들의 회전이동방향을 따라서 배치된다.
구체적으로 상기 이동지그(600)는, 도 3b에 도시된 바와 같이, 복수의 용기(11)들이 안착되는 턴테이블 구조를 가질 수 있다.
상기 구동부는, 상기 이동지그(600)를 선형이동 및 회전이동 중 적어도 하나의 이동을 구동하는 구성으로서, 이동지그(600)의 이동방식에 따라서, 회전모터, 스크류잭, LM가이드 등 다양한 구성이 가능하다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
210 : 빔스플릿터
220 : 수광부
230 : 광원부 240 : 여기광반사부
250 : 방출광필터부
230 : 광원부 240 : 여기광반사부
250 : 방출광필터부
Claims (12)
- 2개의 광경로(L1, L2)로 분기하는 빔스플릿터(210)와;
여기광이 조사된 시료에서 방출되어 상기 빔스플릿터(210)를 거친 방출광을 상기 2개의 광경로(L1, L2) 중 어느 하나의 광경로 방향으로 수광하는 수광부(220)와;
상기 여기광을 상기 2개의 광경로(L1, L2) 중 나머지 하나의 광경로 방향으로 조사하는 광원부(230)와;
상기 광원부(230) 및 상기 빔스플릿터(210) 사이에 설치되는 제2광학계(310)와;
상기 수광부(220) 및 빔스플릿터(210) 사이에 설치되는 제1광학계(320)를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광분석모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 광원부(230) 및 상기 제2광학계(310)가 고정되는 제1지그(410)와;
상기 제1지그(420)와 결합되며, 상기 수광부(220) 및 상기 제1광학계(320)가 고정되는 제2지그(420)를 포함하며,
상기 빔스플릿터(210)는, 상기 제1지그(410) 및 상기 제2지그(420) 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 형광분석모듈. - 청구항 2에 있어서,
상기 제1지그(410) 및 상기 제2지그(420)는, 상기 빔스플릿터(210)의 설치방향에 대응되어 사선으로 분할된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 형광분석모듈. - 2개의 광경로(L1, L2)로 분기하는 빔스플릿터(210)와;
여기광이 조사된 시료에서 방출되어 상기 빔스플릿터(210)를 거친 방출광을 상기 2개의 광경로(L1, L2) 중 어느 하나의 광경로 방향으로 수광하는 수광부(220)와;
상기 여기광을 상기 2개의 광경로(L1, L2) 중 나머지 하나의 광경로 방향으로 조사하는 광원부(230)와;
상기 빔스프릿터(210)를 투과한 여기광 중 일부를 상기 수광부(220)로 향하도록 반사시키는 여기광반사부(240)와;
상기 빔스프릿터(210) 및 상기 수광부(220) 사이에 설치되어 미리 설정된 파장대의 상기 방출광 만을 투과시키는 방출광필터부(251) 및 상기 여기광을 투과시키는 여기광투과부(252)를 가지는 복합광필터부(250)를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광분석모듈. - 청구항 4에 있어서,
상기 수광부(220), 상기 빔스플릿터(210) 및 상기 시료(10)가 직선의 제1광경로(L1) 방향으로 배치되며, 상기 광원부(230)는, 상기 제1광경로(L1)와 상기 빔스플릿터(210)에 의해 분기되는 제2광경로(L2) 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 형광분석모듈. - 청구항 4에 있어서,
상기 여기광투과부(252)는, 상기 방출광필터부(251)를 형성하는 방출광필터부재에 형성된 홀 및 절개부 중 적어도 하나, 또는 상기 방출광필터부재에 인접한 빈 공간으로 형성된 것을 특징으로 하는 형광분석모듈. - 청구항 4에 있어서,
상기 여기광투과부(252)는,
상기 방출광필터부(251)와 동심구조를 이루는 것을 특징으로 하는 형광분석모듈. - 청구항 4에 있어서,
상기 여기광투과부(252)는, 상기 방출광필터부(251)의 가장자리 중 적어도 일부에 형성된 것을 특징으로 하는 형광분석모듈. - 청구항 4에 있어서,
상기 여기광반사부(240)는, 상기 여기광투과부(252)에 대응되는 영역으로만 광이 반사되도록 반사면이 형성된 것을 특징으로 하는 형광분석모듈. - 청구항 4에 있어서,
상기 여기광반사부(240)에 입사되는 광은 평행광을 이루며, 상기 여기광반사부(240)에 의하여 반사되는 반사광은 상기 방출광필터부(251)의 가장자리 중 적어도 일부에 형성된 상기 여기광투과부(252)를 향하도록 하는 광경로변환수단이 설치된 것을 특징으로 하는 형광분석모듈. - 청구항 4에 있어서,
상기 광경로변환수단은,
상기 여기광반사부(240)의 반사면이 경사면 또는 볼록한 곡면을 이루는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광분석모듈. - 서로 다른 파장대의 여기광을 발광하는 복수의 형광분석모듈(21, 22, 23)들과;
시료(10)가 담긴 복수의 용기(11)들을 상기 복수의 형광분석모듈(21, 22, 23)들의 분석위치로 순차적으로 이동시키는 이동지그(600)와;
상기 이동지그(600)를 선형이동 및 회전이동 중 적어도 하나의 이동을 구동하는 구동부를 포함하며,
상기 복수의 형광분석모듈(21, 22, 23)은, 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 하나의 항에 따른 형광분석모듈인 것을 특징으로 하는 형광분석시스템.
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