KR20240060469A - 광 검출 모듈 및 이를 구비하는 타깃 분석물 검출 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 광 검출 모듈은, 복수의 광섬유가 일 측에 구비되는 광섬유 장착부; 상기 광섬유 장착부의 타 측으로부터 이격되어 배치되며, 복수의 필터가 구비된 필터휠; 상기 필터휠을 회전시키는 구동부; 상기 필터휠을 통과하는 여기 광을 생성하는 광원부; 및 상기 필터휠을 통과하는 방출 광을 검출하는 검출부;를 포함하고, 상기 복수의 필터는, 상기 여기 광을 필터링하는 복수의 여기 광 필터 및 상기 방출 광을 필터링하는 복수의 방출 광 필터를 포함한다.
Description
관련 출원에 대한 상호참조
본 출원은 2022년 10월 28일에 미국 특허청에 출원된 미국 특허출원 제17/976,161호의 우선권을 주장하며, 이의 개시내용은 그 전체가 참조로 본원에 포함되어 있다.
본 발명은 광 검출 모듈 및 이를 구비하는 타깃 분석물 검출 장치에 관한 것이다.
현대인의 건강에 대한 관심이 높아지고, 기대 수명이 연장되고 있다. 이에, 병원균의 정확한 분석 및 환자의 유전자 분석 등 핵산 기반의 체외 분자 진단에 대한 중요성이 높아지고 있으며, 그 수요가 증가하고 있는 실정이다. 핵산 기반의 분자진단은 검체 샘플로부터 핵산을 추출한 후, 추출된 핵산 중 타깃 핵산의 존재 유무를 확인하는 방식으로 이루어진다.
중합효소 연쇄반응(Polymerase chain reaction: PCR)은 가장 널리 사용되는 핵산 증폭 반응으로서, 이중가닥 DNA의 변성, DNA 주형에로의 올리고뉴클레오타이드 프라이머의 어닐링, 및 DNA 중합효소에 의한 프라이머 연장을 포함하는 반복된 사이클에 의해 PCR 과정이 수행된다(Mullis 등, 미국 특허 제4,683,195호, 제4,683,202호 및 제4,800,159호; Saiki et al., (1985) Science 230, 1350-1354).
최근 핵산 증폭 반응을 수행하기 위한 핵산 증폭 장치가 다양하게 개발되고 있다. 핵산 증폭 장치의 일 예는 하나의 반응 챔버에 주형 핵산을 포함하는 샘플 용액을 포함하는 용기를 장착하고, 이 용기를 반복적으로 가열 및 냉각하여 핵산 증폭 반응을 수행한다.
DNA의 변성은 약 95℃에서 진행되고, 어닐링 및 프라이머의 연장은 95℃ 보다 낮은 온도인 55℃ 내지 75℃에서 진행된다. 광원은 샘플들에 여기 광을 방출하고, 여기 광에 의해 여기된 샘플들에 포함된 형광 물질은 형광을 방출한다. 그리고 검출기가 형광 물질에서 방출된 방출 광을 감지하도록 구성되어 증폭 반응을 분석한다. 이와 같은 광학 신호 검출 방식의 장치에서는 샘플에 정확하게 여기 광을 제공하고 검출기에 정확하게 방출광을 제공할 필요가 있다.
샘플에 포함된 광학 표지 중 검출하려는 특정 광학 표지만을 여기시키기 위해, 광원에서 조사되는 광 중 특정 파장영역의 광만을 선택적으로 통과시키도록 광원과 샘플 사이의 여기 광 경로에는 광원 측 필터가 배치된다.
마찬가지로, 여기된 특정 광학 표지에서 방출되는 방출 광을 검출하기 위해, 샘플에서 조사되는 광 중 특정 광학 표지에서 방출되는 방출 광을 선택적으로 통과시키도록 샘플과 검출기 사이의 방출광 경로에는 검출기측 필터가 배치된다.
따라서, 목적하는 광학 표지에 상응하는 필터를 여기 광 경로 및 방출 광 경로에 각각 배치함으로써 노이즈를 낮추고 정밀하게 형광을 검출할 수 있게 된다.
한편, 샘플 내의 여러 광학 표지 중 서로 다른 광학 표지를 검출하기 위해서는 검출 채널 개수와 동일한 수의 필터가 광원 측 필터 및 검출기 측 필터 각각에 필요하다. 이에 적어도 둘 이상의 서로 다른 광학 표지 검출을 위해서는 하나의 광원 및 검출기를 기준으로 검출 채널 개수에 대응하는 적어도 둘 이상의 필터를 포함하는 필터셋이 각각 배치되어야 하고, 필터셋별 복수의 각 필터는 교대로 이동하면서 채널별 필터링을 수행한다. 광학 신호 검출 장치는 광원측 및 검출기측 각각의 필터셋별 필터들을 교대로 이동시키기 위한 구동장치를 포함한다.
그런데, 이와 같은 종래의 검출 방법에 의하면, 필터들을 교대로 이동시키면서 필터링을 수행하는 데에 소요되는 시간의 단축이 어렵다. 즉, 더 신속하게 검출 결과를 제공하는 데에는 한계가 있다.
또한, 필터들과 이외 다른 구성들도 함께 이동시키기 위한 구동장치에 의해 전반적으로 광 검출 모듈의 제작 비용이 증가하며, 부피도 커지면서 공간 효율성이 떨어지게 된다.
따라서, 빠른 진단이 필요한 상황에서 결과가 나오기까지 기다리는 시간을 단축시킬 수 있으며, 경제적이며 공간 효율적인 광 검출 모듈 및 이를 구비하는 타깃 분석물 검출 장치의 개발이 필요한 실정이다.
전술한 배경에서, 본 발명은 광 검출 모듈 및 이를 구비하는 타깃 분석물 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제가 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 복수의 광섬유가 일 측에 구비되는 광섬유 장착부; 상기 광섬유 장착부의 타 측으로부터 이격되어 배치되며, 복수의 필터가 구비된 필터휠; 상기 필터휠을 회전시키는 구동부; 상기 필터휠을 통과하는 여기 광을 생성하는 광원부; 및 상기 필터휠을 통과하는 방출 광을 검출하는 검출부;를 포함하고, 상기 복수의 필터는, 상기 여기 광을 필터링하는 복수의 여기 광 필터 및 상기 방출 광을 필터링하는 복수의 방출 광 필터를 포함하는, 광 검출 모듈을 제공한다.
또한, 상기 광원부 및 상기 검출부는 하나의 인쇄 회로 기판(Printed circuit board, PCB)에 구비될 수 있다.
또한, 상기 필터휠은 상기 인쇄 회로 기판과 상기 광섬유 장착부 사이에서 회전 가능할 수 있다.
또한, 상기 필터휠은 상기 복수의 여기 광 필터 및 상기 복수의 방출 광 필터 사이에 돌출 형성된 돌출부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 구동부는 구동축 및 상기 구동축을 회전시키는 모터를 포함하며, 상기 필터휠은 상기 구동축과 대응되는 위치에 형성된 중심축을 포함하며, 상기 필터휠은 상기 중심축을 중심으로 회전할 수 있다.
또한, 상기 광원부는 복수의 광원을 포함하며, 상기 검출부는 복수의 검출기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 광원은 각각 상기 중심축으로부터 제1 방사상 거리만큼 이격되어 배치되며, 상기 복수의 검출기는 각각 상기 중심축으로부터 제2 방사상 거리 만큼 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 필터휠에서, 상기 복수의 여기 광 필터는 상기 중심축으로부터 상기 제1 방사상 거리만큼 이격되어 배치되며, 상기 복수의 방출 광 필터는 상기 중심축으로부터 상기 제2 방사상 거리 만큼 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수의 광원은 각각이 다른 광원으로부터 격리될 수 있다.
또한, 상기 복수의 광원은 LED일 수 있다.
또한, 상기 복수의 검출기는 각각이 다른 검출기로부터 격리될 수 있다.
또한, 상기 복수의 광원은 상기 복수의 검출기로부터 격리될 수 있다.
또한, 상기 복수의 광원과 상기 복수의 검출기 사이에는 격벽부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 광원과 상기 복수의 검출기 및 상기 격벽부는 하나의 인쇄 회로 기판(Printed circuit board, PCB)에 배치될 수 있다.
또한, 상기 필터휠은 상기 복수의 여기 광 필터 및 상기 복수의 방출 광 필터 사이에 돌출 형성된 돌출부를 포함하며, 상기 돌출부는 적어도 일부가 상기 복수의 광원의 광을 차단하도록 상기 격벽부의 적어도 일부와 겹쳐질 수 있다.
또한, 상기 격벽부는 상기 인쇄 회로 기판으로부터 돌출 형성된 제1 격벽 및 제2 격벽을 포함할 수 있으며, 상기 제1 격벽 및 상기 제2 격벽은 미리 결정된 간격만큼 이격되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 돌출부는 상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽 사이에 적어도 일부가 삽입되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 광 검출 모듈은 복수의 반응 용기를 수용하는 샘플 홀더; 및 상기 샘플 홀더의 상측을 커버하는 덮개부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 반응 용기는 복수의 샘플 영역으로 구분될 수 있으며, 상기 검출부에 포함된 복수의 검출기는 상기 복수의 샘플 영역 중 지정된 샘플 영역으로부터 방출되는 신호를 검출할 수 있다.
또한, 상기 복수의 광섬유는 각각 일단이 상기 광섬유 장착부에 연결되고, 타단이 상기 덮개부에 연결될 수 있다.
또한, 상기 복수의 광섬유의 상기 타단은 각각이 광 스플리터(fiber splitter)에 의해 복수의 가닥으로 나뉘어져서 연장될 수 있다.
또한, 상기 필터휠은 상부판, 하부판 및 상기 상부판과 상기 하부판 사이에 고정되는 가스켓을 더 포함하며, 상기 복수의 여기 광 필터 및 상기 복수의 방출 광 필터는 상기 가스켓에 의해 상기 필터휠에 수용될 수 있다.
또한, 상기 필터휠은 본체 및 상기 본체에 스레드-형성된(threaded) 통공을 포함하며, 상기 통공을 통해 상기 복수의 여기 광 필터 및 상기 복수의 방출 광 필터가 끼워맞춰질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 광 검출 모듈을 구비하는 타깃 분석물 검출 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 필터휠에 여기 광 필터 및 방출 광 필터가 함께 배치되어 있다. 기존 장치들은 여기 광 필터와 방출 광 필터가 서로 상이한 필터휠에 배치되고, 서로 상이한 액추에이터에 의해 회전한다. 따라서, 각각을 구동하는 액추에이터의 동작이 원할하게 동기화 되지 못하면 검출과정에 문제가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 각각의 필터가 정위치에 도달하였음을 감지하는 부품 및 알고리즘을 추가할 수 있으나, 이러한 과정은 검출하는 데에 걸리는 시간을 증가시키는 원인이 된다. 반면에, 본 발명의 장치는 여기광 필터와 방출광 필터가 하나의 휠에 고정되어 동작한다. 다시 말해, 여기광 필터와 방출광 필터의 상대적인 위치가 고정되어 있으므로, 하나의 타겟을 검출하기 위한 여기/방출 필터쌍의 동기화된 이동이 언제나 보장되며, 이로서 신속한 연속 검출이 가능하다.
또한, 본 발명은 하나의 모터만으로 필터휠을 회전시킴으로써 연속적인 광 조사 및 검출이 가능하며, 스캔 타임(scan time)을 단축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 일부를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 종단면을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 일부가 확대된 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 필터휠의 일부 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 필터휠의 일부 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 인쇄 회로 기판을 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 인쇄 회로 기판과 필터휠의 배치 관계를 나타내는 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈을 나타내는 개략 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 일부를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 종단면을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 일부가 확대된 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 필터휠의 일부 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 필터휠의 일부 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 인쇄 회로 기판을 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 인쇄 회로 기판과 필터휠의 배치 관계를 나타내는 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈을 나타내는 개략 측면도이다.
이하, 본 발명을 실시예와 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명하고자 한다. 이들 실시 예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
또한, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b), (ⅰ), (ⅱ) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명은 샘플 내 타깃 분석물질을 검출하기 위한 검출 장치에 관한 것이다.
본 명세서에서 "샘플"은 생물학적 샘플 (예를 들어, 세포, 조직 및 생물학적 소스(biological source)에서 나온 유체) 및 비생물학적 샘플 (예를 들어, 음식, 물 및 토양)을 포함할 수 있다. 상기 생물학적 샘플은 바이러스, 세균, 조직, 세포, 혈액 (예를 들어 전혈, 혈장 및 혈청), 림프, 골수액, 타액, 객담(sputum), 스왑(swab), 흡인액(aspiration), 젖, 소변, 분변, 안구액, 정액, 뇌 추출물, 척수액, 관절액, 흉선액, 기관지 세척액, 복수 및 양막액일 수 있다. 또한, 샘플은 생물학적 공급원으로부터 단리된 자연 핵산 분자 및 합성 핵산 분자를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 의하면, 상기 샘플은 물, 탈 이온수, 식염수, pH 완충액, 산성 용액, 염기성 용액과 같은 추가 물질을 포함할 수 있다.
타깃 분석물질은 분석 대상이 되는 분석물질(analyte)을 말한다. 상기 분석은 예를 들어, 샘플 내 분석물질의 존부, 함량, 농도, 서열, 활성 또는 특성에 대한 정보를 수득하는 것을 의미할 수 있다. 분석물질은 다양한 물질(예를 들어, 생물학적 물질 및 화합물과 같은 비생물학적 물질)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 분석물질은 핵산 분자(예를 들어, DNA 및 RNA), 단백질, 펩타이드, 탄수화물, 지질, 아미노산, 생물학적 화합물, 호르몬, 항체, 항원, 대사산물 또는 세포와 같은 생물학적 물질을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 분석물질은 핵산 분자일 수 있다.
본 발명의 타깃 분석물 검출 장치는 타깃 핵산 검출 장치일 수 있다. 타깃 핵산 검출 장치는 샘플 내 핵산 반응이 진행되도록 하며, 이를 통하여 타깃 핵산을 검출한다.
핵산 반응은 샘플 내 특정 서열의 핵산의 존재 여부 또는 그 양에 의존적으로 신호를 발생시키는 일련의 물리적, 화학적 반응을 의미한다. 상기 핵산 반응은 샘플 내 특정 서열의 핵산과 다른 핵산 또는 물질과의 결합, 상기 샘플 내 특정 서열의 핵산의 복제, 절단 또는 분해를 포함하는 반응일 수 있다. 상기 핵산 반응은 핵산 증폭 반응을 수반하는 반응일 수 있다. 상기 핵산 증폭 반응은 타깃 핵산의 증폭을 포함할 수 있다. 상기 핵산 증폭 반응은 타깃 핵산을 특이적으로 증폭하는 반응일 수 있다.
상기 핵산 반응은 샘플 내 타깃 핵산의 존재/부존재 또는 양에 의존적으로 신호를 발생시킬 수 있는 반응인 신호-발생 반응일 수 있다. 이러한 신호-발생 반응은 PCR, 실시간 PCR, 마이크로어레이와 같은 유전적 분석 과정일 수 있다.
핵산 반응을 이용하여 타깃 핵산의 존재를 나타내는 광학적 신호를 발생시키는 다양한 방법이 알려져 있다. 대표적인 예는 다음을 포함한다: TaqManTM 프로브 방법(미국특허 제5,210,015호), 분자 비콘 방법(Tyagi 등, Nature Biotechnology v.14 MARCH 1996), 스콜피온(Scorpion) 방법(Whitcombe 등, Nature Biotechnology 17:804-807(1999)), 선라이즈(Sunrise 또는 Amplifluor) 방법(Nazarenko 등, 2516-2521 Nucleic Acids Research, 25(12):2516-2521(1997), 및 미국특허 제6,117,635호), 럭스(Lux) 방법(미국특허 제7,537,886호), CPT(Duck P, 등. Biotechniques, 9:142-148(1990)), LNA 방법 (미국특허 제6,977,295호), 플렉서(Plexor) 방법(Sherrill CB, 등, Journal of the American Chemical Society, 126:4550-4556(2004)), HybeaconsTM (D. J. French, et al., Molecular and Cellular Probes (2001) 13, 363-374 및 미국특허 제7,348,141호), 이중표지된 자가-퀀칭된 프로브(Dual-labeled, self-quenched probe; 미국특허 제5,876,930호), 혼성화 프로브(Bernard PS, et al., Clin Chem 2000, 46, 147-148), PTOCE(PTO cleavage and extension) 방법(WO 2012/096523), PCE-SH(PTO Cleavage and Extension-Dependent Signaling Oligonucleotide Hybridization) 방법(WO 2013/115442), PCE-NH(PTO Cleavage and Extension-Dependent Non-Hybridization) 방법(PCT/KR2013/012312) 및 CER 방법(WO 2011/037306).
본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈은, 핵산 검출 장치와 같은 타깃 분석물 검출 장치에 채용되어 사용 가능한 장치일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈을 통해 타깃 핵산 존재에 의존적으로 발생하는 신호를 검출할 수 있다. 핵산 검출 장치는 핵산 증폭을 동반하거나, 또는 동반하지 않고, 신호를 증폭하여 검출할 수 있다. 바람직하게는 핵산 증폭을 동반하여 신호를 검출한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출 장치는 핵산 증폭 장치를 포함할 수 있다.
핵산 증폭 장치는 특정 뉴클레오타이드 서열을 갖는 핵산을 증폭하는 핵산 증폭 반응을 수행할 수 있는 기기를 의미한다. 상기 핵산의 증폭을 위한 방법으로는 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction (PCR)), 리가아제 연쇄반응(ligase chain reaction (LCR)) (미국특허 제4,683,195호 및 제4,683,202호; PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications (Innis et al., eds, 1990)), 가닥 치환 증폭(strand displacement amplification (SDA)) (Walker, et al. Nucleic Acids Res. 20(7):1691-6 (1992); Walker PCR Methods Appl 3(1):1-6 (1993)), 전사 매개 증폭(transcription-mediated amplification) (Phyffer, et al., J. Clin. Microbiol. 34:834-841 (1996); Vuorinen, et al., J. Clin. Microbiol. 33:1856-1859 (1995)), 염기순서기반증폭(nucleic acid sequence-based amplification (NASBA)) (Compton, Nature 350(6313):91-2 (1991)), 롤링서클 증폭(rolling circle amplification, RCA) (Lisby, Mol. Biotechnol. 12(1):75-99 (1999); Hatch et al., Genet. Anal. 15(2):35-40 (1999)), Q-beta 레플리카제(Q-Beta Replicase) (Lizardi et al., BiolTechnology 6:1197 (1988)) 및 루프매개 등온 증폭법(loop-mediated isothermal amplification assay, LAMP)(Notomi, T et al., Nucleic Acids Res. 28(12):E63 (2000)) 등이 있다.
일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출 장치는 온도의 변화를 수반하면서 핵산 증폭 반응을 수행하는 장치일 수 있다. 예를 들어, 특정 뉴클레오타이드 서열을 갖는 DNA(deoxyribonucleic acid)를 증폭하기 위해 핵산 증폭 장치는 변성 단계(denaturing step), 어닐링 단계(annealing step), 연장 (혹은 증폭) 단계(extension step)를 실시할 수 있다.
변성 단계는 주형 핵산인 이중 가닥의 DNA를 포함하는 시료 및 시약을 포함하는 용액을 특정 온도, 예를 들어 약 95℃로 가열하여 이중 가닥의 DNA를 단일 가닥의 DNA로 분리하는 단계이다. 어닐링 단계는 증폭하고자 하는 핵산의 뉴클레오타이드 서열과 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 갖는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide) 프라이머를 제공하고, 분리된 단일 가닥의 DNA와 함께 특정 온도, 예를 들어 60℃로 냉각하여 단일 가닥의 DNA의 특정 뉴클레오타이드 서열에 프라이머를 결합시켜 부분적인 DNA-프라이머 복합체를 형성하는 단계이다. 연장 단계는, 어닐링 단계 이후 상기 용액을 특정 온도, 예를 들어 72℃로 유지하여 DNA 중합효소(polymerase)에 의해 부분적인 DNA-프라이머 복합체의 프라이머를 기초로 이중 가닥의 DNA를 형성하는 단계를 수행한다.
전술한 3 단계들을 예를 들어 10회 내지 50회로 반복함으로써 상기 특정 뉴클레오타이드 서열을 갖는 DNA를 기하급수적으로 증폭할 수 있다. 경우에 따라, 핵산 증폭 장치는 어닐링 단계와 연장 단계를 동시에 수행할 수 있다. 이 경우 핵산 증폭 장치는 변성 단계와 어닐링/연장 단계로 구성된 2 단계들을 수행함으로써 한 사이클을 완성할 수도 있다.
특히, 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출 장치는 온도의 변화를 수반하면서 핵산 증폭 반응 및 핵산의 존재에 의존적으로 광학 신호를 발생시키는 반응을 수행하고 발생되는 광학 신호를 검출하는 장치일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈은, 필터휠 어셈블리, 구동부, 광섬유 및 샘플 홀더를 포함한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 필터휠 어셈블리의 주요 구성을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 필터휠 어셈블리(100)는 광섬유 장착부(110), 필터휠(120), 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB)(130), 및 모터 장착부(140)를 주요 구성으로서 포함한다.
광섬유 장착부(110)의 일 측에는 복수의 광섬유(도 9 참조)가 구비된다. 광섬유 장착부(110)의 타 측에는 복수의 필터가 구비된 필터휠(120)이 배치된다. 인쇄 회로 기판(130)은 광을 생성하는 광원부 및 광을 검출하는 검출부를 포함한다. 광원부는 복수의 광원(131)을 포함하며, 검출부는 복수의 검출기(132)를 포함한다(도 8 참조).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광원부 및 상기 검출부가 하나의 인쇄 회로 기판(130)에 구비될 수 있다. 이에 의하면, 매우 컴팩트한 형태의 광 검출 모듈이 제조 가능하다. 필터휠(120)은 이러한 인쇄 회로 기판(130)과 광섬유 장착부(110) 사이에서 구동부(200)에 의해 회전 가능하게 구성될 수 있다.
구동부(200)는 필터휠(120)을 회전시키는 동력을 제공하는 구성으로서, 모터 장착부(140)에 의해 구동부(200)의 위치가 고정된다. 모터 장착부(140)는 인쇄 회로 기판(130)과 인접하게 배치된다. 여기서 구동부(200)는 필터휠(120)을 회전시키기 위한 모터(예를 들어, 스텝 모터), 구동축, 인코더, 등을 포함할 수 있다.
다음은 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈을 더 상세하게 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 일부를 나타내는 분해 사시도이다.
광섬유 장착부(110)는 광섬유를 미리 결정된 위치에 고정시키기 위한 구성이다. 광섬유 장착부(110)는 다양한 형태로 제조될 수 있으나, 일 예로서 도 2에 도시된 바와 같은 구성을 가진다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 장착부(110)는 광섬유 커넥터(111) 및 광섬유 장착판(112)을 포함할 수 있다. 광섬유 커넥터(111)는 광섬유를 직접적으로 광섬유 장착판(112)에 고정시키는 커넥터로서, 광 소실을 최소화하는 기능을 가진다. 광섬유 커넥터(111)는 예를 들어, SMA(SubMiniature version A) 커넥터와 같은 종래에 사용되는 커넥터일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 광섬유 장착판(112)은 광섬유 장착부(110)의 몸체를 구성하는 판으로서, 미리 결정된 패턴으로 통공이 형성된 사각형 판 또는 원형 디스크일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 광섬유 커넥터(111)는 광섬유 장착판(112)에 형성된 각각의 상기 통공에 장착될 수 있다.
다른 일 실시예에서 광섬유 커넥터(111)는 광섬유 장착판(112)에 형성된 통공에 끼워맞춰질 수 있다. 또 다른 일 실시예에서 광섬유 커넥터(111)는 나사산 형태를 갖는 것으로, 광섬유 장착판(112)에 형성된 통공에 나사 결합되도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 장착부(110)는 렌즈(113) 및 차광부(114)를 포함할 수 있다. 렌즈(113)는 콘덴서 렌즈(condenser lens)일 수 있다. 차광부(114)는 각각의 광섬유(300)를 통과한 광 사이에 의도하지 않은 간섭이 생기는 것을 방지할 수 있는 구성이다. 더 상세하게, 차광부(114)는 각각의 렌즈(113)를 둘러싸는 수용 공간을 포함할 수 있으며, 상기 수용 공간은 하나의 렌즈(113)를 통과하는 광이 다른 렌즈(113)를 통과하는 광과 간섭하지 않도록 서로로부터 차단하는 복수의 칸막이에 의해 형성된 것일 수 있다.
이러한 차광부(114)와 광섬유 장착판(112) 사이에 렌즈(113)가 배치될 수 있다. 광섬유 장착판(112)의 일 측에는 광섬유 커넥터(111)가 구비될 수 있으며, 타 측에는 렌즈(113)가 배치 및/또는 결합될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 장착부(110)는 베어링(115)을 포함할 수 있다. 베어링(115)은 필터휠(120)의 안정적인 회전을 돕도록 구비될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 베어링(115)은 광섬유 장착판(112) 중앙에 형성된 통공 내에 안착되어 위치될 수 있으며, 필터휠(120)의 중심축(124)을 둘러싸도록 장착될 수 있다. 여기서 필터휠(120)의 중심축(124)은 필터휠(120)의 중앙으로부터 돌출 형성된 기둥 형태의 축일 수 있으며, 구동부(200)에 의해 회전될 수 있다.
필터휠(120)은 여기 광 필터부(121) 및 방출 광 필터부(122)가 장착된 디스크형 판일 수 있다. 중심축(124)으로부터 제1 방사상 거리(d1) 및 제2 방사상 거리(d2)(도 3 참조) 만큼 떨어진 위치에서, 여기 광 필터 및 방출 광 필터가 각각 여기 광 필터부(121) 및 방출 광 필터부(122)에 배치된다.
또한, 필터휠(120)에는 여기 광 필터부(121)와 방출 광 필터부(122) 사이에 돌출부(123)가 돌출 형성되어, 여기 광 필터부(121)와 방출 광 필터부(122) 각각을 통과하는 광이 서로 간섭하지 않도록 차광한다.
본 발명의 일 실시예에서 돌출부(123)는 도 2에 도시된 바와 같이 돌출 형성된 격벽 형태일 수 있다. 이와 같이 형성된 돌출부(123)는 차광부(114)의 적어도 일부와 겹쳐질 수 있다. 돌출부(123) 및 차광부(114)의 적어도 일부가 겹침으로써, 특히 여기 광 필터부(121)를 통과하는 여기 광과, 방출 광 필터부(122)를 통과하는 방출 광이 서로 섞이지 않아, 정확한 검출 결과를 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈은 또한, 광섬유 장착부(110)와, 인쇄 회로 기판(130)과, 모터 장착부(140)를 흔들림 없이 고정시킬 수 있는 고정 프레임(150)을 더 포함할 수 있다. 여기서 고정 프레임(150)은 슬라이딩 레일(예를 들어, 더브테일 레일(dovetail rail)), 슬라이딩 마운트(sliding mount), 및 마운팅 브래킷(mounting bracket)을 포함할 수 있다.
추가로, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈은 호밍 센서(homing sensor)(160)를 더 포함할 수 있다. 호밍 센서(160)는 고정 프레임(150)에 장착되어, 광 검출 모듈에서 필터휠(120)의 정위치 센싱을 가능하게 한다. 즉, 필터휠(120)이 미리 설정된 기준 위치로 이동하기 위한 호밍 주행 시, 호밍 센서(160)는 상기 기준 위치를 감지한다. 필터휠(120)에는 복수의 서로 다른 파장영역을 필터하기 위한 여기 광 필터부(121) 및 방출 광 필터부(122)가 배치되므로, 상기 필터부(121, 122)를 구분하기 위한 기준이 되는 위치를 설정하고 감지하기 위해 호밍 센서(160)가 구비된다.
호밍 센서(160)는 예를 들어, 광 센서로서 광을 송신하는 송신부와 상기 송신부에서 송신되는 광을 수신하기 위한 수신부를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 필터휠(120)의 에지(edge) 일부에는, 송신부와 수신부 사이를 이동 가능하게 배치되는 부재가 구비될 수 있다. 상기 부재가 송신부와 수신부의 사이를 이동하면서, 수신부로 광이 수신되는 신호 또는 수신부로 광이 수신되지 않는 신호가 발생하여, 이로부터 상기 기준위치가 감지될 수 있다.
다음은, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 간의 결합 관계를 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 종단면을 나타내는 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 구동부(200)는 상측으로 돌출된 축을 포함하는 모터를 포함할 수 있으며, 상기 축은 필터휠(120)의 중심축(124)에 삽입 결합될 수 있다. 중심축(124)은 광섬유 장착부(110)의 베어링(115)에 의해 안정적으로 지지될 수 있다. 베어링(115)에 의해 안정적으로 지지되는 중심축(124)을 중심으로 필터휠(120)은 회전할 수 있다.
광섬유 장착판(112)은 전술한 바와 같이, 일 측에 광섬유 커넥터(111)가 구비되며, 타 측에는 렌즈(113)가 배치 및/또는 결합될 수 있다. 여기서 광섬유 커넥터(111) 및 이와 대응되게 배치된 렌즈(113)는 중심축(124)으로부터 제1 방사상 거리(d1) 또는 제2 방사상 거리(d2) 만큼 떨어진 위치에 위치할 수 있다.
더 상세하게는, 제1 방사상 거리(d1) 만큼 떨어진 위치에 배치된 광섬유 커넥터(111) 및 렌즈(113)에는 여기 광이 통과하며, 제2 방사상 거리(d2)만큼 떨어진 위치에 배치된 광섬유 커넥터(111) 및 렌즈(113)에는 방출 광이 통과한다. 즉, 여기 광 경로 및 방출 광 경로는 서로 다른 거리로 중심축(124)으로부터 이격되어 형성될 수 있다. 여기서 제1 방사상 거리(d1)와 제2 방사상 거리(d2)는 서로 상이한 거리이다. 바람직하게는, 제1 방사상 거리(d1)가 제2 방사상 거리(d2)보다 크다.
도 4를 더 참조하여, 광섬유 장착부(110), 필터휠(120) 및 인쇄 회로 기판(130) 각각의 세부 구성의 상대적인 배치 관계를 상세하게 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 일부가 확대된 부분 단면도이다.
도 3에서 도시된 제1 방사상 거리(d1) 만큼 떨어진 위치에 배치된 광섬유 커넥터(111) 및 필터휠(120)을 사이에 두고 배치된 렌즈(113)는, 도 4에 도시된 바와 같이 여기 광 필터부(121) 및 광원(131)과 같은 수직 선상에 배치될 수 있다. 이 구성요소들은 중심축(124)으로부터 제1 방사상 거리(d1) 만큼 떨어진 위치에 정렬될 수 있다.
이때, 광섬유 장착부(110)와 인쇄 회로 기판(130)은 고정되어 있는 상태로, 필터휠(120)만이 구동부(200)에 의해 회전하도록 구성될 수 있다. 필터휠(120)이 회전할 때, 광원(131), 인쇄 회로 기판(130) 상의 렌즈(135a), 여기 광 필터부(121)의 여기 광 필터, 광섬유 장착부(110) 상의 렌즈(113a), 및 광섬유 커넥터(111)가 중심축(124)으로부터 제1 방사상 거리(d1) 만큼 떨어진 수직 선상에서 일렬로 정렬될 수 있다.
따라서, 광원(131)으로부터 방출되는 광이 여기 광 필터에 의해 연속적으로 필터링될 수 있다. 필터링된 광은 광섬유 커넥터(111)에 연결된 광섬유를 통해 샘플에 전달되어, 샘플에 포함된 광학표지를 여기시킬 수 있다.
마찬가지로, 중심축(124)으로부터 제2 방사상 거리(d2) 만큼 떨어진 위치에 배치된 광섬유 커넥터(111) 및 필터휠(120)을 사이에 두고 배치된 렌즈(135b)는, 방출 광 필터부(122)와 검출기(132)와 같은 수직 선상에 배치될 수 있다. 이 구성요소들은 중심축(124)으로부터 제2 방사상 거리(d2) 만큼 떨어진 위치에 정렬될 수 있다.
필터휠(120)이 회전할 때, 검출기(132), 인쇄 회로 기판(130) 상의 렌즈(135b), 방출 광 필터부(122)의 방출 광 필터, 광섬유 장착부(110) 상의 렌즈(113b) 및 광섬유 커넥터(111)가 중심축(124)으로부터 제2 방사상 거리만큼 떨어진 수직 선상에서 일렬로 정렬될 수 있다.
따라서, 샘플로부터 방출되는 신호, 예를 들어 샘플로부터 방출되는 방출 광이 방출 광 필터에 의해 연속적으로 필터링될 수 있다. 필터링된 광은 인쇄 회로 기판에 고정된 검출기(132)를 통해 검출될 수 있다.
고정된 광섬유 장착부(110)와 인쇄 회로 기판(130) 사이에서 회전하는 필터휠(120) 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터휠 어셈블리(100)에 의하면, 단일 필터휠(120)의 회전에 의해 연속적인 여기 광 필터링 및 방출 광 필터링이 수행될 수 있다. 또한, 하나의 모터만으로 필터휠(120)을 회전시킴으로써 연속적인 광 조사 및 검출이 가능하여, 스캔 타임(scan time)을 단축시킬 수 있다.
필터휠(120)은 구동부(200)에 의해 회전되되, 광섬유 장착부(110)와 인쇄 회로 기판(130)과 소정의 간격으로 이격되어 마찰 없이 회전이 가능하다. 이때, 광섬유 장착부(110) 및 인쇄 회로 기판(130)은 각각 차광부(114) 및 격벽부(133)가 구비되어, 필터휠(120)의 돌출부(123)의 적어도 일부와 겹쳐질 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 돌출부(123)는 광섬유 장착부(110) 측으로 돌출 형성된 상측 돌출부(123a)와, 인쇄 회로 기판(130) 측으로 돌출 형성된 하측 돌출부(123b)를 포함할 수 있다. 이때, 차광부(114)와 격벽부(133)는 각각 상측 돌출부(123a)와 하측 돌출부(123b)를 수용할 수 있도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 여기 광 필터부(121)를 통과하는 여기 광과, 방출 광 필터부(122)를 통과하는 방출 광이 서로 간섭하지 않는 분리된 상태로 정확한 광 조사와 광 검출이 가능하다.
다음은 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 필터휠(120)의 세부 구성을 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 필터휠의 일부 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터휠(120)의 본체는 세 개의 디스크형 판이 서로 고정되어 형성된 것일 수 있다. 세 개의 디스크형 판은 상부판, 하부판(126), 및 상부판과 하부판(126) 사이에 고정되는 가스켓(125)을 포함할 수 있다.
더 상세하게는, 각각의 상부판, 가스켓(125) 및 하부판(126)은 여기 광 필터부(121) 및 방출 광 필터부(122)가 형성된 디스크인 것이 바람직하다. 중심축(124)으로부터 제1 방사상 거리(d1) 및 제2 방사상 거리(d2) 만큼 떨어진 위치에서, 여기 광 필터 및 방출 광 필터가 각각 여기 광 필터부(121) 및 방출 광 필터부(122)에 배치된다.
이때, 상부판에는 돌출부(123)가 격벽 형태로 돌출 형성되어, 여기 광 필터부(121) 및 방출 광 필터부(122)의 영역을 분리하는 역할을 한다. 돌출부(123)는 중심축(124)을 중심으로하여 상기 제1 방사상 거리(d1)보다 짧고 상기 제2 방사상 거리(d2)보다 긴 반경을 갖는 원형 형태를 가질 수 있다.
중심축(124)은 상부판의 중앙으로부터 돌출 형성되어, 베어링(115)에 삽입될 수 있다. 또한, 중심축(124) 일부에는 수용 공간이 형성되어, 구동부(200)의 구동축(210)이 삽입 및 고정될 수 있도록 형성될 수 있다.
가스켓(125)은 복수의 필터 및 렌즈를 수용하며 각각의 위치를 고정시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 가스켓(125)은 가요성 재질, 예를 들어 실리콘, 고무, 합성수지 등의 재질로 제조될 수 있다. 하부판(126)은 고정 부재(127)에 의해 상부판과 결합될 수 있다. 가스켓(125)은 하부판(126)과 상부판 사이에서 각각과 밀접하게 고정되는 것이 바람직하다. 고정 부재(127)는 예를 들어, 고정 핀 또는 나사와 같은 부재일 수 있으며, 상부판, 가스켓(125) 및 하부판(126)에는 복수의 통공이 형성되어, 고정 부재(127)가 삽입 및 고정될 수 있다.
다음은 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터휠(120)의 세부 구성을 설명한다. 도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 필터휠의 일부 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터휠(120)은 본체 및 본체에 스레드-형성된 통공을 포함할 수 있으며, 상기 통공을 통해 복수의 여기 광 필터(121a) 및 복수의 방출 광 필터(122a)가 끼워맞춰질 수 있다.
하나의 디스크형 판인 본체에 여기 광 필터부(121) 및 방출 광 필터부(122)가 형성될 수 있다. 중심축(124)으로부터 제1 방사상 거리(d1) 및 제2 방사상 거리(d2) 만큼 떨어진 위치에서, 여기 광 필터 및 방출 광 필터가 각각 여기 광 필터부(121) 및 방출 광 필터부(122)에 배치된다.
더 상세하게는, 필터휠(120)은 여기 광 필터(121a) 및 방출 광 필터(122a)가 고정 링(128)에 의해 직접 고정되도록 구성될 수 있다. 고정 링(128)은 각각의 여기 광 필터(121a) 및 방출 광 필터(122a)를 필터휠(120)에 더 단단하게 고정시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 필터휠(120)에는 고정 링(128)이 삽입, 끼워 맞춤, 및/또는 스크류 결합될 수 있는 복수의 통공이 형성될 수 있다. 이에 의하면, 여기 광 필터(121a) 및 방출 광 필터(122a)로서 서로 다른 두께를 갖는 필터가 사용될 수 있으며, 즉, 다양한 종류의 필터를 적용시킬 수 있다.
이때, 도 5에 도시된 일 실시예와 유사하게, 필터휠(120)에는 돌출부(123)가 격벽 형태로 돌출 형성되어, 여기 광 필터부(121) 및 방출 광 필터부(122)의 영역을 분리하는 역할을 한다. 돌출부(123)는 중심축(124)을 중심으로 하여 상기 제1 방사상 거리(d1)보다 짧고 상기 제2 방사상 거리(d2)보다 긴 반경을 갖는 원형 형태를 가질 수 있다.
중심축(124)은 필터휠(120)의 중앙으로부터 돌출 형성되어, 베어링(115)에 삽입될 수 있다. 또한, 중심축(124) 일부에는 수용 공간이 형성되어, 구동부(200)의 구동축(210)이 삽입 및 고정될 수 있도록 형성될 수 있다.
도 7을 더 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 회로 기판(130)의 세부 구성을 설명한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 인쇄 회로 기판(130)을 나타내는 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 회로 기판(130)은 광원(131), 검출기(132), 격벽부(133) 및 측벽(134)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 광원(131)과 복수의 검출기(132), 격벽부(133) 및 측벽(134)은 하나의 인쇄 회로 기판(130)에 구비될 수 있다. 도 7은 일부 구성만 표시된 간략한 도면으로서, 모든 광원(131) 및 검출기(132)가 표시된 도면이 아니다. 실제 광원(131) 및 검출기(132)의 개수는 필요에 따라 달라질 수 있다.
여기서 복수의 광원(131)은 LED일 수 있으며, 복수의 광원(131)은 다른 광원(131)으로부터 격리되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 광원(131) 주변으로 원뿔형 차광 부재가 구비될 수 있다.
또한, 광원(131)으로부터의 광이 직접 검출기(132)로 전달되지 않도록, 인쇄 회로 기판(130) 상에서 광원(131)이 복수의 검출기(132)로부터 격리되어 설치될 수 있다. 더 상세하게는, 인쇄 회로 기판(130)은 복수의 광원(131)과 복수의 검출기(132) 사이에 격벽부(133)가 형성될 수 있다.
격벽부(133)는 복수의 광원(131)과 복수의 검출기(132) 사이에 형성된 것으로, 인쇄 회로 기판(130)으로부터 돌출 형성된 제1 격벽(133a) 및 제2 격벽(133b)을 포함할 수 있다. 제1 격벽(133a) 및 제2 격벽(133b)은 미리 결정된 간격만큼 이격되어 형성될 수 있다.
필터휠(120)의 돌출부(123)의 적어도 일부가 복수의 광원(131)의 광을 차단하도록 격벽부(133)의 적어도 일부와 겹쳐질 수 있다. 돌출부(123)의 상기 적어도 일부는 제1 격벽(133a) 및 제2 격벽(133b) 사이에 삽입될 수 있다.
복수의 검출기(132)는 각각이 다른 검출기(132)로부터 격리되어 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 회로 기판(130)에서, 복수의 검출기(132) 사이에는 검출기(132)들을 서로 격리시키도록 측벽(134)이 형성될 수 있다.
도 8을 더 참조하여 인쇄 회로 기판(130)과 필터휠(120)의 배치 관계를 더 상세하게 설명한다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 인쇄 회로 기판과 필터휠의 배치 관계를 나타내는 부분 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 필터휠(120)의 돌출부(123)는 제1 격벽(133a)과 제2 격벽(133b) 사이에 일부가 겹쳐지게 배치됨에 따라, 필터휠(120)이 회전하면서도 광원(131)으로부터의 광이 검출기(132)에 직접 전달되지 않고 차단된다. 광원(131)으로부터의 광은 여기 광 필터(121a)를 통과할 수 있도록 인쇄 회로 기판(130)과 필터휠(120)이 배치될 수 있다. 또한, 샘플로부터 방출되는 방출 광은 방출 광 필터(122a)를 통과하여 검출기(132)에 도달할 수 있도록 인쇄 회로 기판(130)과 필터휠(120)이 배치될 수 있다.
다음은 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈의 광섬유(300) 및 샘플 홀더(400)를 더 설명한다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 광 검출 모듈은 필터휠 어셈블리(100), 구동부 (200), 광섬유(300) 및 샘플 홀더(400)를 포함한다.
복수의 광섬유(300)는 여기 광섬유(310) 및 방출 광섬유(320)를 포함한다. 각각의 여기 광섬유(310) 및 방출 광섬유(320)는 일단이 광섬유 장착부(110)에 연결되고, 타단이 샘플 홀더(400)에 연결된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 광섬유(300)는 각각이 광 스플리터(fiber splitter)에 의해 타단이 복수의 가닥으로 나뉘어져서 연장될 수 있다. 예를 들어, 하나의 여기 광섬유(310)는 광 스플리터에 의해 4개의 가닥으로 나뉘어져서 연장될 수 있다. 따라서, 하나의 광원(131)으로부터의 광이 4개의 가닥으로 전달될 수 있다. 또한, 하나의 방출 광섬유(320)도 마찬가지로 광 스플리터에 의해 4개의 가닥으로 연장될 수 있다. 따라서, 하나의 검출기(410)에 의해 4개의 가닥으로 전달된 신호를 검출할 수 있다.
샘플 홀더(400)는 복수의 반응 용기(410)를 수용하는 구성으로서, 상측이 덮개부(420)에 의해 커버될 수 있다. 덮개부(420)는 각 반응 용기(410) 당 2개의 광섬유가 연결될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 반응 용기(410)에 여기 광섬유(310) 및 방출 광섬유(320)가 모두 연결될 수 있도록, 덮개부(420)는 각 광섬유를 가이드하는 개구, 및 서로로부터의 광에 영향받지 않도록 구성된 차광 칸막이를 포함할 수 있다.
복수의 반응 용기(410)는 복수의 샘플 영역으로 구분될 수 있다. 검출부에 포함된 복수의 검출기(132)는 복수의 샘플 영역 중 지정된 샘플 영역으로부터 방출되는 신호를 검출할 수 있다. 샘플 영역이 구분되는 기준은 필요에 따라 달라질 수 있다.
도 10을 더 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 광섬유(300)의 배치 형태를 설명한다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈을 나타내는 개략 측면도이다.
도 10은 설명의 편리성을 위해 복수의 광섬유(300) 중 일부만 표시된 것으로, 실질적으로는 각각의 반응 용기(410)(예: 웰)에 여기 광섬유(310) 및 방출 광섬유(320)가 연결되는 것이 바람직하다.
인쇄 회로 기판(130)에서 광원(131)으로부터 조사되는 광은, 회전하는 필터휠(120)의 여기 광 필터(121a)에 의해 필터링되어, 광섬유 장착부(110)에 장착된 여기 광섬유(310)에 의해 샘플 홀더(400)의 반응 용기(410)로 전달된다. 전달된 여기 광에 의해 반응 용기(410) 내의 샘플이 여기되고, 샘플이 방출하는 광은 방출 광섬유(320)에 의해 다시 광섬유 장착부(110)를 지나, 회전하는 필터휠(120)의 방출 광 필터(122a)에 의해 필터링되어, 인쇄 회로 기판(130)에서 검출기(132)에 의해 신호가 검출된다.
본 발명에 따른 타깃 분석물 검출 장치는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈을 포함하는 타깃 분석물 검출 장치로서, 샘플홀더(400)에 수용된 샘플을 분석하기 위해 샘플에서 발생하는 광학 신호를 검출한다.
샘플에서 발생하는 광학 신호는 예를 들어, 타깃 분석 물질의 특성(properties), 예컨대 활성, 양 또는 존재(또는 부존재), 구체적으로 존재(또는 부존재)에 의존적으로 발생하는 광학 신호일 수 있다. 광학 신호의 크기, 변화 등은 타깃 분석물질의 특성, 구체적으로 존재 또는 부존재를 정성적으로 또는 정량적으로 지시하는 지시자 역할을 한다. 타깃 분석물질은 예를 들어 타깃 핵산 서열 또는 이를 포함하는 타깃 핵산 분자일 수 있다. 따라서, 본 발명의 타깃 분석물 검출 장치는 타깃 핵산서열 검출 장치일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출 장치는, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 모듈을 제어하기 위한 제어부, 하우징하고 지지하기 위한 프레임과 케이스, 디스플레이 유닛, 샘플의 온도를 조절하기 위한 써멀모듈 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 광 검출 모듈의 광원부는 샘플 홀더(400)에 수용된 샘플에 적절한 광학 자극을 공급하며, 검출부는 이에 반응하여 샘플로부터 발생하는 광학 신호를 감지한다.
광학 신호(optical signal)는 발광(luminescence), 인광(phosphorescence), 화학발광(chemiluminescence), 형광(fluorescence), 편광형광(polarized fluorescence) 또는 다른 유색 신호(colored signal)일 수 있다. 상기 광학 신호는 샘플에 광학 자극을 주고, 이에 반응하여 발생하는 광학 신호일 수 있다.
샘플 홀더(400)는 복수의 샘플 영역으로 구분되며, 샘플 영역 각각은 샘플을 수용한다. 본 발명의 샘플은, 본 발명의 타깃 분석물 검출 장치에 수용되어 광학 신호 검출 반응의 대상이 되는 모든 물질을 포함된다.
샘플 홀더(400)는 샘플을 직접 수용할 수 있도록 형성되거나, 샘플이 담긴 반응 용기(410)를 수용할 수 있도록 형성된다. 상기 반응 용기(410)는 하나의 샘플을 담을 수 있는 반응 용기 및 복수의 샘플을 각각 구분하여 담을 수 있는 반응용기를 포함한다.
샘플 홀더(400)는 샘플을 미리 정해진 위치에 위치시켜, 광학 자극이 샘플에 도달하며, 샘플로부터 발생하는 광학 신호가 검출부에 도달하도록 한다. 또한, 샘플 홀더(400)는 필요에 따라 샘플의 온도 조절 등 샘플로부터 광학 신호를 검출하기 위한 프로세스를 수행할 수 있다.
100: 필터휠 어셈블리
110: 광섬유 장착부
111: 광섬유 커넥터
112: 광섬유 장착판
113, 113a, 113b: 렌즈
114: 차광부
115: 베어링
120: 필터 휠
121: 여기 광 필터부
121a: 여기 광 필터
122: 방출 광 필터부
122a: 방출 광 필터
123: 돌출부
124: 중심축
125: 가스켓
126: 하부판
127: 고정 부재
128: 고정 링
130: 인쇄 회로 기판
131: 광원
132: 검출기
133: 격벽부
133a: 제1 격벽
133b: 제2 격벽
134: 측벽
135a, 135b: 렌즈
140: 모터 장착부
150: 고정 프레임
160: 호밍 센서
200: 구동부
210: 구동축
300: 광섬유
310: 여기 광섬유
320: 방출 광섬유
400: 샘플 홀더
410: 반응 용기
420: 덮개부
110: 광섬유 장착부
111: 광섬유 커넥터
112: 광섬유 장착판
113, 113a, 113b: 렌즈
114: 차광부
115: 베어링
120: 필터 휠
121: 여기 광 필터부
121a: 여기 광 필터
122: 방출 광 필터부
122a: 방출 광 필터
123: 돌출부
124: 중심축
125: 가스켓
126: 하부판
127: 고정 부재
128: 고정 링
130: 인쇄 회로 기판
131: 광원
132: 검출기
133: 격벽부
133a: 제1 격벽
133b: 제2 격벽
134: 측벽
135a, 135b: 렌즈
140: 모터 장착부
150: 고정 프레임
160: 호밍 센서
200: 구동부
210: 구동축
300: 광섬유
310: 여기 광섬유
320: 방출 광섬유
400: 샘플 홀더
410: 반응 용기
420: 덮개부
Claims (24)
- 복수의 광섬유가 일 측에 구비되는 광섬유 장착부;
상기 광섬유 장착부의 타 측으로부터 이격되어 배치되며, 복수의 필터가 구비된 필터휠;
상기 필터휠을 회전시키는 구동부;
상기 필터휠을 통과하는 여기 광을 생성하는 광원부; 및
상기 필터휠을 통과하는 방출 광을 검출하는 검출부;를 포함하고,
상기 복수의 필터는, 상기 여기 광을 필터링하는 복수의 여기 광 필터 및 상기 방출 광을 필터링하는 복수의 방출 광 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 광원부 및 상기 검출부는 하나의 인쇄 회로 기판(Printed circuit board, PCB)에 구비되는 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 2 항에 있어서,
상기 필터휠은 상기 인쇄 회로 기판과 상기 광섬유 장착부 사이에서 회전 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 필터휠은 상기 복수의 여기 광 필터 및 상기 복수의 방출 광 필터 사이에 돌출 형성된 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 구동부는 구동축 및 상기 구동축을 회전시키는 모터를 포함하며,
상기 필터휠은 상기 구동축과 대응되는 위치에 형성된 중심축을 포함하며, 상기 필터휠은 상기 중심축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 5 항에 있어서,
상기 광원부는 복수의 광원을 포함하며, 상기 검출부는 복수의 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 6 항에 있어서,
상기 복수의 광원은 각각 상기 중심축으로부터 제1 방사상 거리만큼 이격되어 배치되며,
상기 복수의 검출기는 각각 상기 중심축으로부터 제2 방사상 거리만큼 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 7 항에 있어서,
상기 필터휠에서,
상기 복수의 여기 광 필터는 상기 중심축으로부터 상기 제1 방사상 거리만큼 이격되어 배치되며,
상기 복수의 방출 광 필터는 상기 중심축으로부터 상기 제2 방사상 거리만큼 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 6 항에 있어서,
상기 복수의 광원은 각각이 다른 광원으로부터 격리된 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 6 항에 있어서,
상기 복수의 광원은 LED인 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 6 항에 있어서,
상기 복수의 검출기는 각각이 다른 검출기로부터 격리된 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 6 항에 있어서,
상기 복수의 광원은 상기 복수의 검출기로부터 격리된 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 8 항에 있어서,
상기 복수의 광원과 상기 복수의 검출기 사이에는 격벽부가 형성된 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 13 항에 있어서,
상기 복수의 광원과 상기 복수의 검출기 및 상기 격벽부는 하나의 인쇄 회로 기판(Printed circuit board, PCB)에 배치되는 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 14 항에 있어서,
상기 필터휠은 상기 복수의 여기 광 필터 및 상기 복수의 방출 광 필터 사이에 돌출 형성된 돌출부를 포함하며,
상기 돌출부는 적어도 일부가 상기 복수의 광원의 광을 차단하도록 상기 격벽부의 적어도 일부와 겹쳐지는 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 15 항에 있어서,
상기 격벽부는 상기 인쇄 회로 기판으로부터 돌출 형성된 제1 격벽 및 제2 격벽을 포함하며,
상기 제1 격벽 및 상기 제2 격벽은 미리 결정된 간격만큼 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 16 항에 있어서,
상기 돌출부는 상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽 사이에 적어도 일부가 삽입되어 배치되는 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 1 항에 있어서,
복수의 반응 용기를 수용하는 샘플 홀더; 및
상기 샘플 홀더의 상측을 커버하는 덮개부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 18 항에 있어서,
상기 복수의 반응 용기는 복수의 샘플 영역으로 구분되고,
상기 검출부에 포함된 복수의 검출기는 상기 복수의 샘플 영역 중 지정된 샘플 영역으로부터 방출되는 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 18 항에 있어서,
상기 복수의 광섬유는 각각 일단이 상기 광섬유 장착부에 연결되고, 타단이 상기 덮개부에 연결되는 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 광섬유는 각각이 광 스플리터(fiber splitter)에 의해 상기 타단이 복수의 가닥으로 나뉘어져서 연장되는 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 필터휠은 상부판, 하부판 및 상기 상부판과 상기 하부판 사이에 고정되는 가스켓을 더 포함하며,
상기 복수의 여기 광 필터 및 상기 복수의 방출 광 필터는 상기 가스켓에 의해 상기 필터휠에 수용되는 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 필터휠은 본체 및 상기 본체에 스레드-형성된(threaded) 통공을 포함하며,
상기 통공을 통해 상기 복수의 여기 광 필터 및 상기 복수의 방출 광 필터가 끼워맞춰지는 것을 특징으로 하는, 광 검출 모듈. - 제 1 항에 따르는 광 검출 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 타깃 분석물 검출 장치.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US17/976,161 | 2022-10-28 | ||
| US17/976,161 US20240142376A1 (en) | 2022-10-28 | 2022-10-28 | Light detection module and apparatus for detecting target analyte comprising the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240060469A true KR20240060469A (ko) | 2024-05-08 |
Family
ID=90834607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230143789A KR20240060469A (ko) | 2022-10-28 | 2023-10-25 | 광 검출 모듈 및 이를 구비하는 타깃 분석물 검출 장치 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240142376A1 (ko) |
| KR (1) | KR20240060469A (ko) |
-
2022
- 2022-10-28 US US17/976,161 patent/US20240142376A1/en active Pending
-
2023
- 2023-10-25 KR KR1020230143789A patent/KR20240060469A/ko unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20240142376A1 (en) | 2024-05-02 |
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