WO2014109501A1 - 내부 전반사기를 이용한 형광 검출 장치 - Google Patents

내부 전반사기를 이용한 형광 검출 장치 Download PDF

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WO2014109501A1
WO2014109501A1 PCT/KR2013/012332 KR2013012332W WO2014109501A1 WO 2014109501 A1 WO2014109501 A1 WO 2014109501A1 KR 2013012332 W KR2013012332 W KR 2013012332W WO 2014109501 A1 WO2014109501 A1 WO 2014109501A1
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light
fluorescence detection
detection device
light source
reflector
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English (en)
French (fr)
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유재천
장대호
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Sungkyunkwan University
Toshiba Samsung Storage Technology Korea Corp
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Sungkyunkwan University
Toshiba Samsung Storage Technology Korea Corp
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence

Definitions

  • the present invention relates to a fluorescence detection apparatus using a total internal reflector (hereinafter referred to as TIR), and more particularly, to reflect a fluorescence emitted from a target object by incident light obtained by total reflection from a light source using a TIR.
  • TIR total internal reflector
  • the present invention relates to an invention for condensing and reaching a spectroscope by minimizing mutual interference between incident light and divergent light by detecting incident light and divergent light spatially vertically.
  • microfluidic device platform such as a microfluidics chip or a lab on a chip, which can perform a large amount of inspection in a short time even with a small amount of sample, is drawing attention.
  • microfluidic device platforms have been used primarily for fluorescence detection for qualitative or quantitative analysis of bioreaction results.
  • the present invention constitutes an internal total reflector (TIR) and a reflecting mirror that totally reflects light on a microfluidic device platform, such as an analytical device for diagnosing and detecting a small amount of material in a fluid, so that the fluorescence emitted from the fluorescent material is spatially emitted from incident light
  • TIR total reflector
  • the present invention aims to provide a fluorescence detection device that minimizes interference between them by mutually perpendicular to each other, and condenses fluorescence lost to the outside by the reflection mirror to double the fluorescence detection capability.
  • the present invention provides a reagent chamber for storing a material required for a bioprocess, a preparation chamber for performing pre_processing for a biochemical reaction, a cuvette chamber including a fluorescent material, And an internal total reflector (TIR) that totally reflects light;
  • a light source providing incident light to the cuvette chamber through the internal total reflector
  • a first reflecting mirror positioned in a direction perpendicular to a direction in which the light totally reflected from the internal total reflector travels and coated and disposed on one surface of the cuvette chamber;
  • a photo detector positioned opposite the first reflecting mirror
  • the fluorescent material in the cuvette chamber is excited by the totally reflected light to emit fluorescence, and the emitted fluorescence is collected by the first reflecting mirror to spatially perpendicular to the incident light.
  • a fluorescence detection device is provided, characterized by reaching.
  • the substrate is preferably a rotatable disk.
  • the fluorescence detection device includes an optical lens positioned between the light source and the internal total reflector; Or it may further comprise an auto focusing actuator equipped with an optical lens for automatically adjusting the focal length between the light source and the total internal reflector.
  • the first reflecting mirror is characterized by coating one side of the cuvette chamber with a material having a reflectance of at least 1% or more.
  • the fluorescence detection device further includes a second reflection mirror inside the disk, and further includes an optical sensor for receiving light reflected therefrom,
  • a central control unit configured to feedback control the auto focusing actuator by measuring the amount of light reflected by the second reflection mirror after the light from the light source passes through the internal total reflector or the cuvette chamber. It is characterized by one.
  • the fluorescence detection device further includes a second reflection mirror inside the disk, and further includes an optical sensor for receiving light reflected therefrom,
  • the optical sensor After the light from the light source passes through the total internal reflector or the cuvette chamber, the optical sensor measures the amount of light reflected by the second reflection mirror.
  • a central control unit for detecting an azimuth angle with respect to the internal total reflector by detecting an angle at which the intensity of light exceeds a certain upper limit.
  • the azimuth search can determine the position of the total internal reflector during the rotation of the disc.
  • the fluorescence detection device further includes a second reflecting mirror inside the disk, and further includes an optical sensor for receiving light reflected therefrom, such that light from the light source is propagated from the inside.
  • the light sensor measures the amount of light reflected by the second reflection mirror after passing through the porcelain or cuvette chamber and uses the calibration reference signal for the emitted fluorescence intensity.
  • Another aspect of the invention is characterized in that it further comprises a slider which is movable in the radial direction of the disk, and mounted with any one selected from the light detector, the light source and the light sensor.
  • the slider is preferably driven by a step motor.
  • the reagent chambers preferably carry out biological or biochemical reactions or store chemical materials and enzymes required for various nucleic acid hybrid assay devices or immunological assay devices.
  • the preparation chamber is preferably subjected to a process for separating serum from blood.
  • the preparation chamber preferably comprises a chamber for preparing a DNA sample from the sample.
  • the preparation chamber preferably includes a lysis buffer for lysing cells and magnetic beads or silica beads that bind by affinity to the DNA exposed from the crushed cells.
  • the cuvette chamber is preferably a chamber for performing a DNA amplification process of the sample including a fluorescent material.
  • the output of the DNA amplification process is characterized by quantitative analysis of the amount of fluorescence in real time by the photo detector.
  • the cuvette chamber preferably comprises granules in which enzymes selected from primers including fluorescent material, polymerase, dNTP, etc. for the DNA amplification process are freeze dried. do.
  • the fluorescent material is preferably an interchelator that binds to double helix DNA, a fluorescently labeled oligonucleotide or a cycling probe that binds to a quencher.
  • a biological or biochemical reaction refers to a specific binding reaction or a ligand-receptor reaction or an antigen-antibody reaction or an immunological reaction or hybridization between two biomaterials. It is the change in three-dimensional structure following a reaction or biochemical reaction or material reaction.
  • the DNA amplification step is to perform nucleic acid amplification by heating DNA, and specifically includes a reaction for analysis of DNA or RNA contained in a sample such as blood, virus, biomaterial or bacteria.
  • the fluorescence assay device of the present invention is food poisoning test, residual antibiotic test, residual pesticide test, heavy metal test in polluted water, genetically modified food test, food allergy test, pollutant test, bacteria test such as E. coli and Salmorella, paternity identification It is suitable for analytical devices for diagnosing and detecting small amounts of biomaterials or chemicals in fluids, such as lab-on-a-chip for testing meat types and origin identification.
  • the bacterium test is preferably E. coli, O157, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Vibrio, Salmonella.
  • the residual pesticide test is preferably to examine the organophosphorus, carbamate-based pesticides with the highest amount of pesticides contained in vegetables, vegetables, fruits.
  • the biomaterial is DNA, oligonucleotide, RNA, PNA, ligand, receptor, antigen, antibody, milk, urine, saliva, hair, crop and vegetable samples, meat samples, fish samples, algal samples , Sewage (contaminated water), livestock samples, foodstuffs, food samples, oral cells, tissue samples, saliva, semen or protein (Protein) or biomaterials are characterized in that at least one selected from.
  • the food material refers to a material for making food, and more specifically, a food material for stew, a food material for noodles and noodles, a food material for making kimchi, a food material for making soup or a soup, a food material including soup, and the like. .
  • the fluorescence assay device is preferably performed with Leucocyte, Blood, Protein, Nitrite, pH, Specific gravity, Glucose, Ketone, Ascorbic acid, Urobilinogen, and bilirubin analysis.
  • hair (hair) samples When compared to blood or urine analysis, hair (hair) samples have the advantage of accurately measuring the historical record due to the accumulation of nutrients and toxic substances in the body, including minerals. It can also accurately identify long term mineral excesses and deficiencies and serve as a sample for determining the amount of toxic heavy metals, which are known to those skilled in the art.
  • the disk has a diameter of 19 mm, 90 mm, 60 mm or 32 mm and a thickness of 1 mm to 10 mm.
  • the substrate is made of plastic such as polycarbonate (PC), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), cyclic olefin copolymer (COC), and the like.
  • plastic such as polycarbonate (PC), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), cyclic olefin copolymer (COC), and the like.
  • the light source is a laser diode or a light emitting diode.
  • the light source is preferably connected in parallel with two or more laser diodes or light emitting diodes having different wavelengths for the simultaneous measurement of several fluorescent materials.
  • the fluorescent material is preferably labeled with a fluorescent material of any one selected from Fluorescein, Cy3, Cy5 to be detected or bound to the target DNA.
  • the incident light and the fluorescence excited by the incident light are spatially perpendicular to each other, thereby minimizing interference, thereby doubling the fluorescence measurement capability without the use of a separate optical device. It is suitable for fabricating lab on a chip and lab on a disc that diagnose and detect small amounts of material in the fluid.
  • FIG. 1 is a perspective conceptual view and side cross-sectional view for explaining the components and operation of the fluorescence detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 illustrates an embodiment in which the fluorescence detection device is applied to a lab on disk 800 including a chamber, a valve, and a channel capable of diagnosing a disease.
  • Figures 3a to 3c further comprises a temperature-sensitive fluorescent dye for performing the DNA amplification process in the cuvette chamber, several embodiments for performing PCR thermo cycle to isothermal amplification by heating means.
  • FIG. 4 is a side view of a drive control unit according to an embodiment of the present invention for driving and controlling the disc of FIG.
  • FIG. 5 shows an embodiment of the top view of a slider on which a light detector, a light sensor and a light source are installed.
  • 1 illustrates the components and operation of the fluorescence detection device 50 according to an embodiment of the present invention.
  • 1 (a) is a top view of the fluorescence detection device 50 according to the above, and (b) shows a side sectional view of the fluorescence detection device 50 according to the present invention.
  • the fluorescence detection device 50 includes a light source 600, an internal total reflector 200, a cuvette chamber 500, a substrate 100 on which the first reflection mirror 300 is disposed, a photo detector 400, and the like.
  • the light from the light source 600 is totally reflected by the internal total reflector 200 and is incident on the cuvette chamber 500, and the internal total reflector 200 is inclined with respect to one surface of the substrate 100. Any angle at which can occur is possible but according to one example of the invention it is preferred to have a 45 degree tilt.
  • the light of the light source 600 must move from a medium having a high refractive index to a medium having a lower refractive index, and the incident angle should be larger than the critical angle. Therefore, as an example of the present invention, the substrate 100 made of a polycarbonate material having a refractive index of 1.58 was incident into air having a refractive index of 1.
  • the internal total reflector 200 is characterized by being configured by the inclined surface 121 formed by the air chamber 120 and the substrate 100.
  • the substrate 100 may further include a sealing sheet 140.
  • the incident light reflected by the internal total reflector (TIR) 200 and incident into the cuvette chamber 500 excites the fluorescent dye in the cuvette chamber 500, whereby the fluorescent dye emits fluorescence and the cuvette chamber
  • TIR total reflector
  • the first reflective mirror 300 is preferably formed by coating with aluminum of 100nm to 500nm thickness.
  • the photo detector 400 is preferably a spectrometer or a fluorescence sensor.
  • the light source 600 provides light energy for exciting fluorescent dyes in the cuvette chamber 600.
  • the light source 600 is preferably a laser diode or a light emitting diode, and a blue light emitting diode (LED) is more preferable.
  • Reference numeral 700 is an optical lens positioned between the light source 600 and the internal total reflector 200, and focuses the light of the light source 600 on the internal total reflector 200.
  • Reference numeral 103 denotes an auto focusing actuator capable of varying the focal length of the optical lens 700.
  • the substrate may also be a rotatable disk.
  • the auto focusing actuator 103 may further include a means for varying an incident angle of the light source 600.
  • the light detector 400 measures the amount of light reflected by the first reflection mirror 300 after the light of the light source 600 passes through the cuvette chamber 500.
  • Feedback control of the auto focusing actuator 103 to adjust the focal length between the optical lens 700 and the internal total reflector 200, or the intensity of light received by the photo detector 400 during the disk rotation is preset.
  • Perform azimuth search for the internal total reflector 200 by detecting a position that is equal to or higher than a set upper limit value, or incidence of the light source 600 on the internal total reflector 200 by the auto focusing actuator 103.
  • the apparatus for detecting fluorescence may further include a central controller configured to perform a search for the total reflection angle by measuring the intensity of light received by the photo detector 400 while varying the angle. Balls to.
  • the position of the valve may be spatially addressed based on the spatial position on the disk with respect to the internal total reflector 200.
  • the valve is preferably opened by melting the adhesive blocking the pores by the heat of the laser beam.
  • the incident angle of the light source 600 in which the intensity of the light received by the photo detector 400 is the maximum, becomes the angle causing total reflection in the internal total reflector 200.
  • the light sensor 201 measures the amount of light reflected by the second reflection mirror 301 after the light of the light source 600 passes through the internal total reflector 200 and the cuvette chamber 500.
  • the focal length between the optical lens 700 and the internal total reflector 200 is adjusted, or the intensity of the light received by the optical sensor 201 during the disk rotation.
  • Azimuth search for the internal total reflector 200 by detecting a position that is equal to or greater than a preset upper limit, or the light source 600 for the internal total reflector 200 by the auto focusing actuator 103.
  • a central control unit for performing the search of the total reflection angle by measuring the intensity of the light received by the optical sensor 201 while varying the angle of incidence of the fluorescence detection device, To provide.
  • Feedback control of the auto focusing actuator 103 enters the optical sensor 201 while slowly moving the optical lens 700 up and down by the auto focusing actuator 103 while irradiating a laser beam of the light source 600. This is accomplished by observing the amount of light and capturing the moment when the intensity of light reaches its maximum.
  • the auto focusing actuator 103 may include an electromagnet coil to move the optical lens 700 up and down by magnetic force.
  • the autofocusing actuator 103 may further include an angle adjusting means for changing an illumination angle of the internal reflector 200 of the light source 600.
  • the auto focusing actuator 103 may include a piezo element to move the optical lens 700 up and down.
  • the diameter of the light received by the optical sensor 201 is minimal and the intensity of light
  • the point at which is maximized is calculated as the focused distance.
  • the point at which the intensity of light received by the optical sensor 201 is maximized during the search for the total reflection angle is calculated as the angle causing the total reflection.
  • Another aspect of the present invention further includes a second reflecting mirror 301, and further includes an optical sensor 201, wherein the light of the light source 600 is the internal total reflector 200 and the cuvette chamber ( After passing through 500, the light sensor 201 measures the intensity of light reflected by the second reflection mirror 301 and uses it as a calibration reference signal for the emitted fluorescence intensity. It is done.
  • Another aspect of the invention is to arrange a plurality of internal total reflectors having different total reflection angles on a disc, and by the auto focusing actuator 103 of the light source 600 to the internal total reflector 200 Central control for performing individual spatial addressing of the plurality of internal total reflectors by calculating the total reflection angle by measuring the intensity of light received by the optical sensor 201 or the photodetector 400 while varying the incident angle. It further comprises a device.
  • FIG. 2 illustrates an embodiment in which the fluorescence detection device is applied to a lab-on-a-disk 800 including a chamber, a valve, and a channel capable of diagnosing a disease.
  • a sample for whole blood, preculture or disease diagnosis is injected into the preparation chamber 811.
  • the injected sample is subjected to centrifugal force in accordance with the rotation of the motor connected to the lab-on-a-disk (800), and thus is separated into a solid phase and a liquid phase.
  • the separated liquid material first fills the metering chamber 824 through the moving channel 822 and then the rest flows to the waste treatment chamber 813. Then, all the samples of the metering chamber 824 are introduced into the cuvette chamber 500 by the disk rotation.
  • the reagents previously injected into the reagent chambers 817 and 818 are introduced into the cuvette chamber 500 after the valves 28a and 28b are opened, and the sample and the reagent are mixed to perform the biological or biochemical reaction.
  • the result of performing the biological or biochemical reaction is to excite the fluorescent material in the cuvette chamber 500 by the incident light passing through the internal total reflector 200, thereby releasing the emitted fluorescence at a position spatially perpendicular to the incident light.
  • the heating means 303 is preferably a light illumination heating device comprising a near infrared lamp or a laser beam generator.
  • Reference numeral 303a denotes a collimator for making the light generated from the light irradiation heater 303 into parallel light.
  • the liquid in the cuvette chamber 500 is heated by the heating means 303 where
  • the photodetector measures the intensity of the fluorescent light emitted from the temperature sensitive fluorescent dye 712 to feedback control the heating means 303 to heat the cuvette chamber 500 to a desired temperature.
  • the light of the first light source 600 passes through the optical lens 700 and is reflected by the internal total reflector (TIR) 200 to be incident into the cuvette chamber 500, and the incident light is incident in the cuvette chamber 500.
  • TIR total reflector
  • the fluorescent dye excites the fluorescent dye, and thus the fluorescent dye emits fluorescence, and these fluorescences are condensed by the first reflecting mirror 300 installed on one surface of the cuvette chamber 500 to be disposed spatially perpendicular to the incident light. Detected by the first photodetector 400.
  • the temperature sensitive fluorescent dye 712 and the first reflective mirror 300 are disposed on the upper and lower surfaces of the cuvette chamber 500, and FIG. 3B illustrates one side of the temperature sensitive fluorescent dye 712. In the embodiment, the first reflective mirror 300 is coated.
  • the second light source 600a is used to excite the temperature-sensitive fluorescent dye 712
  • FIG. 3C the temperature-sensitive fluorescent dye 712 and the cuvette are driven by the first light source 600.
  • the embodiment used to excite the fluorescent dye in chamber 500 is shown.
  • 3A and 3C illustrate embodiments in which the first photodetector 400 detects the fluorescence emitted from the temperature sensitive fluorescent dye 712 and the fluorescence emitted from the liquid in the cuvette chamber 500, and FIG. 3B.
  • the fluorescence emitted from the liquid in the cuvette chamber 500 is sensed by the first photodetector 400 and the fluorescence from the temperature sensitive fluorescent dye 712 is the embodiment using the second photodetector 400a.
  • the first reflective mirror 300 covers the entire area of the cuvette chamber 500 while the temperature sensitive fluorescent dye 712 is coated in a “C” shape, thereby reflecting from the first reflective mirror 300.
  • An embodiment in which interference between the fluorescence and the fluorescence from the temperature sensitive fluorescent dye 712 is minimized is shown.
  • the temperature sensitive fluorescent dye 712 is preferably excited at about wavelength 550 nm to emit fluorescence light at 630 nm wavelength, while the fluorescent dye in the cuvette chamber 500 is at about wavelength 465 nm. It is preferred to be excited to emit fluorescent light of 520 nm wavelength.
  • the first light source 600 is preferably near wavelength 465 nm, and the second light source is preferably near 550 nm.
  • the first light source 600 is preferably a multi-wavelength light source, and the fluorescent dye measurement and the temperature sensitive fluorescent dye 712 measurement in the cuvette chamber 500 are excited by a light source having a different wavelength.
  • a light source having a wavelength of 465 nm when measuring the fluorescent dye in the cuvette chamber 500
  • a light source having a wavelength of 550 nm when measuring the temperature sensitive fluorescent dye 712.
  • the second light emits fluorescence emitted by the second light source 600a and emitted from the temperature sensitive fluorescent dye 712 while the cuvette chamber 500 is heated by the light irradiation heating device 303.
  • 3B (b) shows fluorescence emitted by the fluorescent dye in the cuvette chamber 500 excited and emitted by the first light source 600 by sensing by the detector 400a. An embodiment measured by the first photodetector 400 is shown.
  • the light irradiation heating apparatus 303, the second light source 600a and the second light detector 400a are arranged in one space by arranging as shown in FIG. 3A and the first light source 600. ) And the first photodetector 400 are arranged in different spaces as shown in FIG.
  • Fluorescence emitted from the temperature-sensitive fluorescent dye 712 can be alternately spatially alternated between FIG. 3B (a) and FIG. 3B (b) with a predetermined time interval by the rotation control of the disk in which the substrate 100 is integrated. Interference between the measurement and the fluorescence measurement in the cuvette chamber 500 can be eliminated.
  • the substrate 100 is formed by lamination bonding of an upper substrate 1, an intermediate substrate 2 and a lower substrate 3, and an air chamber 120 and a cuvette when the substrates 1, 2, 3 are bonded to each other. It is preferred that the chamber 500 and the internal transfer machine 200 be formed.
  • the temperature-sensitive fluorescent dye 712 is a rhodamine B (rhodamine B), perylene (perylene), fluorescein (fluorescein), phosphor (phosphor, phosphor), and the emission intensity of the fluorescent light depending on the temperature It is preferred that any one of the dyes to be used is used.
  • the rhodamine B and perylene have a feature of decreasing the amount of fluorescent light emitted as the temperature increases, so that the temperature can be measured by measuring the amount of fluorescence by a light detector.
  • the temperature sensitive fluorescent dye 712 dissolves the temperature sensitive fluorescent dye by acetone in order to coat the temperature sensitive fluorescent dye 712 in the cuvette chamber 500, and then photoresists the photoresist. It is preferred to be a temperature sensitive polymer composite mixed with.
  • the photoresist is preferably SU8.
  • the temperature-sensitive fluorescent dye is dissolved in a temperature-sensitive fluorescent dye with a volatile polar solvent in order to coat the temperature-sensitive fluorescent dye in the cuvette chamber 500 and then mixed with a polymer (polymer). Preference is given to being temperature sensitive polymer composites.
  • the volatile polar solvent is preferably acetone, methanol or ethanol.
  • the polymer is preferably any one of polydimethylsiloxane (PDMS), polymethyl methacrylate (PMMA), and UV curable resin.
  • the polymer is preferably an optically transparent material in which light that excites temperature sensitive fluorescent dye molecules inside the polymer can effectively reach the interior.
  • an optical filter that blocks the light excited by the photo detector and passes only the light that emits light.
  • the cooling of the liquid material in the chamber is preferably controlled by the rotation of the disk. During the rotation of the disk, the rate of heat release at the chamber surface increases, so that cooling occurs quickly.
  • Another aspect of the present invention by coating a conductor in the cuvette chamber 500 embedded and further comprises a high frequency generating device
  • the conductor experiences alternating flux with respect to the electromagnetic waves of the high frequency generator, and an eddy current is generated in the conductor so that the cuvette chamber 500 is induction heated. It is done.
  • FIG. 4 illustrates a side view of a drive controller 100a according to an embodiment of the present invention for driving and controlling the disk 800 of FIG. 2.
  • Reference numeral 350 denotes a body supporting the drive control unit.
  • a circuit board 140 ′ is jointly fastened to the body 350 of the drive controller at the bottom of the drive controller, and the central controller 101 and the storage device 110 for controlling the drive controller on the circuit board 140 ′.
  • an input / output device 111 is designed to be disposed on the circuit board 140 '.
  • the central controller 101 not only controls the step motor 102 for rotation or stop of the disk 100, but also a light source 600 designed and arranged on the slider 211 by the control of the slide motor 109.
  • the step motor 102 to control the movement of the auto focusing actuator 103 as well as to address the azimuth space to the internal total reflector 200 and the valves 28a and 28b of the disc 100.
  • the light source 600 is mounted on the slider 211 to access the disk 800 through the opening 333.
  • the central controller 101 controls the slide motor 109, the step motor 102, the auto focusing actuator 103, and processes the information received from the optical sensor 201 and the photo detector 400. do.
  • the light source 600 through the total internal reflector 200 when the disk 800 is loaded in a tray (not shown) so that the disk is seated on the turn table 181.
  • the central control unit 101 recognizes that the disk 100 is loaded.
  • the readout of the nucleic acid amplification output of the cuvette chamber 500 is information read by the photodetector 400 mounted on the circuit board 140 'or the slider 211. By sending it to the central control unit 101.
  • Reference numeral 303 denotes a heating means for nucleic acid amplification, whereby a thermo cycle or isothermal amplification of a polymer chain reaction (PCR) is performed, and as illustrated in FIGS. 3A to 3C, temperature sensing ( Temperature sensitive fluorescent dye may be coated in the cuvette chamber 500 for temperature detection means.
  • PCR polymer chain reaction
  • the nucleic acid amplification product is quantitatively analyzed in real time by the photo detector 400 during the nucleic acid amplification.
  • Reference numeral 104 is a crimping means of the disk 800 loaded in the disk cavity 170, which is compressed by magnetic force with the turntable 181, and is preferably designed to allow vertical movement and idling.
  • the laser module device 66 is embedded in the driving control unit 100a in a one-to-one correspondence with the valves 28a and 28b based on this. It is preferred to independently control the opening and closing of 28a and 28b.
  • Reference numeral 170 denotes a disk gap.
  • FIG. 5 shows an embodiment of the top view of a slider 211 in which the light detector 400, the light sensor 201 and the light source 600 are installed.
  • the light source 600 is connected to the optical lens 700 and is connected to the auto focusing actuator 103.
  • the spatial addressing of the light source 600 with respect to the internal total reflector 200 moves radially to move the light source 600 to a radius corresponding to the internal total reflector 200 by the movement of the slider 211. ; And the optical sensor 201 measures the amount of light reflected by the second reflection mirror 301 through the internal total reflector 200 and through the cuvette chamber 500 during the disk rotation. It is characterized by the azimuth search which detects the angle more than a certain upper limit.
  • the slider is controlled to move by worm gear connections 109a and 109b connected to the shaft of the slide motor 109.
  • the slider is slidably moved using slide arms 108a and 108b as guides.
  • the slide arms 108a and 108b are slidably moved using slide arms 108a and 108b as guides.
  • FIG. 116B is a flexible cable and is connected to the central controller 101 via the wafer 116a.
  • Reference numeral 181 denotes a turn table that is rotated by the step motor 102 described above.
  • the central controller 101 performs feedback control of the auto focusing actuator 103 or performs spatial addressing of the light source 600 with respect to the internal total reflector 200.
  • the second reflecting mirror 301 may be replaced with an internal total reflector installed in the substrate 100.
  • total internal reflector 200 may be replaced with a reflective mirror.

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Abstract

본 발명은 내부 전반사기를 이용한 형광 검출 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내부 전반사기를 사용하여 입사광을 전반사시키며, 입사광과 발산광이 공간적으로 상호 수직하게 진행하여 형광 검출에 있어 입사광과 발산광 간의 상호 간섭을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 반사 거울을 사용하여 산란되어 외부로 소실되는 형광을 집광시켜 형광 검출 능력을 배가시킨 형광 검출 장치에 발명에 관한 것이다. 본 발명의 일례에 따르면, 본 발명은 형광 검출을 위해 별도의 복잡한 광학 장치를 포함하지 않음으로써 장치의 간소화 및 소형화가 가능하여, 미세 유체 칩이나 랩 온어 디스크와 같은 미세 유체 소자 플랫폼에 적용될 수 있다.

Description

내부 전반사기를 이용한 형광 검출 장치
본 발명은 내부 전반사기(이하 TIR, Total Internal Reflector)를 이용한 형광 검출 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 TIR을 사용하여 광원으로부터 전반사하여 얻은 입사광에 의해 피 측정체로부터 발산되는 형광을 반사 거울을 통해 집광하여 분광기에 도달하게 하는 발명에 관한 것으로서 입사광과 발산광이 공간적으로 상호 수직하게 진행하여 형광 검출시 입사광과 발산광 간의 상호 간섭을 최소화하는 발명에 관한 것이다.
최근 개인 맞춤형 의료(Point of Care) 시대가 도래함에 따라, 유전자 분석, 체외 진단, 유전자 염기 서열 분석 등의 중요성이 부각되고 있으며, 그 수요 또한 점차 증가하고 있다. 이에 따라, 적은 양의 샘플로도 단시간 내에 많은 양의 검사를 수행할 수 있는 미세유체 칩(microfluidics chip) 또는 랩온어칩(Lab on a Chip)과 같은 미세 유체 소자 플랫폼이 주목을 받고 있다. 이러한 미세 유체 소자 플랫폼은 바이오 반응 결과에 대한 정성적 또는 정량적 분석을 위해 주로 형광 검출법이 이용되어 왔다.
종래 형광 검출법은 입사광 및 발산광 사이에 발생하는 간섭을 제거하거나 처리하기 위해 필터, 편광판, 광전자 증배관 등 과 같은 고가의 광학 소자를 사용해야 하는 문제가 있었고. 이는 전체 광학계의 부피를 크게 만들어 마이크로 유체 시스템 구현에 장애 요인이 되어 왔다.
이러한 종래의 문제를 해결하기 위해 두 개의 편광판을 수직하게 배열한 마이크로 유체 시스템의 형광 면역분석법을 고안하였다(R. Gihan, H. Jingsong, H. Oliver, A. W. Claire, Y. Y. Jasmine, D. Gareth, M. Alan, J. Simon, C. John, J. Andrew, D. C. Donal and T. Vo-Dinh, "Highly sensitive fluorescence detection system for Microfluidic lab-on-a-chip," Lab Chip 11, 1664-1670 (2011)). 이는 수직하게 정렬된 두 개의 편광판을 사용하여 감지기에 도달하는 입사광을 감소시키는 동시에, 발산광으로 부터 입사광 성분을 제거하기 위해 필터를 적용하여 입사광 및 발산광 사이에 발생하는 간섭을 최소화 하였다. 그러나 상기 필터 및 편광판에 의해 피 측정체에 전달되는 입사광이 감소되어 샘플로부터 발산되는 형광 신호 자체가 급격히 감소하는 문제가 있어 PMT(Photomultiplier tube) 와 같은 고가의 증폭기가 요구되었다.
본 발명은 유체 내 소량의 물질을 진단 및 탐지하는 분석 장치 같은 미세 유체 소자 플랫폼에 빛을 전반사하는 내부 전반사기(TIR) 및 반사 거울을 구성하여, 형광 물질에서 발산하는 형광을 입사광에 대해 공간적으로 서로 수직하게 진행시켜 그들간의 간섭을 최소화하고, 상기 반사거울에 의해 외부로 소실되는 형광을 집광시켜 형광 검출 능력을 배가시킨 형광 검출 장치를 제공하고자 한다.
상기의 언급된 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 바이오 공정에 필요한 물질을 저장하기 위한 시약 챔버, 생화학 반응에 필요한 전 처리(pre_processing)를 수행하는 프렙 챔버(preparation), 형광 물질이 포함되는 큐벳 챔버, 및 빛을 전반사하는 내부 전반사기(TIR)를 포함하는 기판;
상기 내부 전반사기를 통해 상기 큐벳 챔버에 입사광을 제공하는 광원;
상기 내부 전반사기에서 전반사된 빛이 진행하는 방향에 수직하는 방향에 위치하며, 상기 큐벳 챔버의 한쪽 면에 코팅되어 위치하는 제 1 반사 거울; 및
상기 제1 반사 거울과 대향하며 위치하는 광 검출기를 포함하며,
상기 전반사된 빛에 의해 상기 큐벳 챔버 내의 상기 형광 물질이 여기(excitation)되어 형광을 발산하고, 그리고 상기 발산된 형광은 상기 제 1 반사 거울에 의해 집광되어, 공간적으로 상기 입사광과 수직하게 상기 광 검출기에 도달하는 것을 특징으로 하는, 형광 검출 장치를 제공한다.
또한, 상기 기판은 회전 가능한 디스크인 것이 바람직하다.
상기 형광 검출 장치는 상기 광원 및 상기 내부 전반사기 사이에 위치하는 광학 렌즈; 또는 상기 광원과 상기 내부 전반사기 간의 초점거리를 자동으로 조절하기 위한 광학 렌즈를 탑재한 오토 포커싱 액츄에이터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 반사 거울은 반사율이 적어도 1% 이상인 재료를 사용하여 상기 큐벳 챔버의 한쪽 면을 코팅함으로써 이루어지는 것을 특징으로 한다..
본 발명의 또 다른 측면은 상기 형광 검출 장치는 상기 디스크의 내부에 제 2 반사 거울을 더 포함하며, 이로부터 반사되는 빛을 수광하기 위한 광 센서를 더 구비하여,
상기 광원의 빛이 상기 내부 전반사기 또는 상기 큐벳 챔버를 통과한 후 상기 제2 반사거울에 의해 반사된 빛의 량을 상기 광 센서가 계측하여 상기 오토 포커싱 액츄에이터를 피드백 제어하는 중앙제어 장치를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 형광 검출 장치는 상기 디스크의 내부에 제 2 반사 거울을 더 포함하며, 이로부터 반사되는 빛을 수광하기 위한 광 센서를 더 구비하여,
상기 광원의 빛이 상기 내부 전반사기 또는 상기 큐벳 챔버를 통과한 후 상기 제 2 반사거울에 의해 반사된 빛의 량을 상기 광 센서가 계측하여
광의 세기가 어느 상한치 이상이 되는 각도를 검출하는 것에 의해 상기 내부 전반사기에 대한 방위각 탐색 수행하는 중앙제어 장치를 더 구비한 것을 특징으로 한다. 상기 방위각 탐색에 의해 디스크 회전 중 내부 전반사기의 위치를 파악할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 형광 검출 장치는 상기 디스크의 내부에 제 2 반사 거울을 더 포함하며, 이로부터 반사되는 빛을 수광하기 위한 광 센서를 더 구비하여, 상기 광원의 빛이 상기 내부 전반사기 또는 상기 큐벳 챔버를 통과한 후 상기 제 2 반사거울에 의해 반사된 빛의 량을 상기 광 센서가 계측하여, 상기 발산된 형광 세기에 대한 캘리브레이션(calibration) 기준 신호로 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 디스크의 방사방향으로 이동 가능하며, 상기 광 검출기, 상기 광원, 광 센서 중 선택된 어느 하나를 탑재한 슬라이더를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 슬라이더는 스텝 모터에 의해 구동되는 것이 선호된다.
상기 시약 챔버는 생물학적 또는 생화학적 반응을 수행하거나 각종 핵산 혼성 분석 장치 또는 면역학적 분석 장치에 요구되는 화학 재료 및 효소를 저장하는 것이 선호된다.
상기 프렙 챔버(preparation)는, 피로부터 혈청을 분리하기 위한 공정을 수행하는 것이 선호된다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 프렙 챔버는 시료로부터 DNA샘플을 준비하는 챔버를 포함하는 것이 선호된다.
상기 프렙 챔버는 세포를 분해하기 위한 분쇄 버퍼(lysis buffer) 및 분쇄된 세포로부터 노출된 DNA와 친화력(affinity)에 의해 결합하는 자성체 비드(magnetic bead) 또는 실리카 비드를 포함하는 것이 선호된다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 큐벳 챔버는 형광 물질을 포함하여 시료의 DNA 증폭 공정을 수행하는 챔버인 것이 선호된다. 상기 DNA 증폭 공정의 산출물은 상기 광 검출기에 의해 형광량을 실시간으로 정량 분석하는 것을 특징으로 한다.
상기 큐벳 챔버는 상기 DNA 증폭 공정을 위한 형광 물질, 폴리머라아제, dNTP를 비롯한 프라이머(Primer) 중 선택된 효소(enzyme)들이 동결 건조법(freeze drying)으로 정제된 입자들(granule)을 포함하는 것이 선호된다.
상기 형광 물질은 이중 나선 DNA와 결합하는 인터케레이터(interchelator), 켄처(Quencher)와 결합된 형광 표지된 올리고뉴클레오타이드(oligonucleotide) 또는 사이클링 프로브(cycling probe)가 선호된다.
본 발명의 명세서에서, 생물학적 또는 생화학적 반응이란 두 개의 바이오 물질간의 특이적 결합(specific binding) 반응 또는 라이겐드-리셉터(ligand-receptor) 반응 혹은 항원-항체 반응 혹은 면역학적 반응 혹은 혼성화(hybridization)반응 혹은 생화학(biochemical) 반응 혹은 물질 반응에 따른 3차원 구조의 변화를 말한다.
상기 DNA 증폭 공정은, DNA을 가열하여 핵산 증폭을 수행하기 위한 것으로, 구체적으로는 혈액, 바이러스, 바이오 물질이나 세균과 같은 검체 내에 포함된 DNA 또는 RNA등의 분석을 위한 반응을 포함한다.
본 발명의 형광 분석 장치는 식중독균 검사, 잔류항생제 검사, 잔류 농약 검사, 오수(polluted water) 내의 중금속 검사, 유전자 변형 식품 검사, 식품 알레르기 검사, 오염 물질 검사, 대장균 및 살모렐라 같은 세균 검사, 친자확인, 육류 종류 및 원산지 식별 검사를 위한 랩온어칩 같은 유체 내 소량의 바이오 물질 또는 화학 물질을 진단 및 탐지하는 분석 장치에 적합하다.
본 발명에 있어서, 상기 세균 검사는 대장균, O157균, 녹농균, 황색 포도상구균, 비브리오균, 살모렐라균 검사가 선호된다.
본 발명에 있어서, 상기 잔류농약 검사는 야채나 채소, 과일 중에 포함된 농약 중 사용량이 가장 많은 유기인계, 카바메이트계 살충제를 검사하는 것이 선호된다.
본 발명에 있어서, 상기 바이오 물질은 DNA, 올리고 뉴클레오티드, RNA, PNA, ligand, receptor, 항원, 항체, 우유, 오줌, 타액(saliva), 머리카락, 농작물 및 채소 샘플, 육류 샘플, 어류 샘플, 조류 샘플, 오수(오염된 물), 가축 샘플, 식재료, 식품 샘플, 구강 세포, 조직샘플, 타액, 정액 또는 단백질(Protein) 또는 생체물질 에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징한다.
상기 식재료란, 음식을 만들기 위한 재료를 말하며, 더 상세하게는 찌개를 위한 식재료, 국수 및 면류를 위한 식재료, 김치를 만들기 위한 식재료, 국 내지 탕을 만들기 위한 식재료, 국물을 포함하는 식재료 등을 말한다.
오줌 검체시, 상기 형광 분석 장치는 Leucocyte, Blood, Protein, Nitrite, pH, Specific gravity, Glucose, Ketone, Ascorbic acid, Urobilinogen, bilirubin 분석을 수행하는 것이 선호된다.
모발(머리카락) 검체 시, 혈액이나 뇨 분석에 비해 미네랄을 비롯한 신체의 영양물질 및 독성물질의 축적에 의한 이력(Historical Record)를 정확히 측정할 수 있는 장점이 있다. 또한 장기간의 무기물 과다 및 결핍을 정확히 알 수 있으며 독성 중금속의 양을 알아내는데 표본이 되며, 이는 당업자에게 공지이다.
상기 디스크는　직경이　１２０ｍｍ，８０ｍｍ, 60mm 또는３２ｍｍ, 두께는 1mm 에서 10mm의　원판이 선호된다.
상기 기판은 폴리카보네이트로 폴리카보네이트 (PC), 폴리프로필렌 (PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 사이클릭올레핀코폴리머 (COC) 등과 같은 플라스틱으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 광원은 레이저 다이오드 또는 발광다이오드인 것이 바람직하다.
또한, 상기 광원은 여러 형광물질의 동시측정을 위해 서로 다른 파장을 갖는 두 개 이상의 레이저다이오드 또는 발광다이오드를 병렬로 연결되는 것이 바람직하다.
상기 형광 물질은 Fluorescein, Cy3, Cy5 중 선택된 어느 하나의 형광 염료가 탐지하고자 하는 바이오 물질에 표지되거나 타겟(target) DNA에 결합하는 것이 선호된다.
본 발명의 일례에 따르면, 미세 유체 소자 플랫폼에서 입사광 및 상기 입사광에 의해 여기되어 발산된 형광이 공간적으로 상호 수직하게 진행하여 간섭을 최소화할 수 있어, 별도의 광학 소자의 사용 없이 형광 측정 능력을 배가시킬 수 있어, 유체 내 소량의 물질을 진단 및 탐지하는 랩 온어 칩(lab on a chip) 및 랩 온어 디스크(lab on a disc) 제작에 적합하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 형광 검출 장치의 구성요소 및 동작에 대해 설명하는 사시 개념도 및 측 단면도.
도 2는 형광 검출 장치가 질병 진단이 가능한 챔버, 밸브 및 채널을 포함하는 랩 온어 디스크(800)에 응용된 일 실시예.
도 3a 내지 도 3c는 큐벳 챔버 내에 DNA를 증폭 공정을 수행하기 위한 온도 민감 형광 염료를 더 구비하여, 가열수단에 의해 PCR 썸머 사이클(thermo cycle) 내지 등온(isothermal) 증폭을 수행하는 여러 실시예.
도 4는 도 2의 디스크를 구동 및 제어하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 제어부의 측면도.
도 5는 광 검출기, 광 센서 및 광원이 설치 배치된 슬라이더(slider)의 윗 도면의 일 실시예를 나타낸다.
도 1 내지 5를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 검출 장치(50)의 구성요소 및 동작에 대해 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 검출 장치(50)의 구성요소 및 동작에 대해 설명한다. 도1(a)는 따른 형광 검출 장치(50)의 상면도이고 ,(b)는 따른 형광 검출 장치(50)의 측단면도를 보인다.
형광 검출 장치(50)는 광원(600), 내부전반사기(200), 큐벳 챔버(500), 제 1 반사 거울(300)이 배치된 기판(100) 및 광 검출기(400) 등을 포함한다.
상기 광원(600)으로부터 빛은 상기 내부 전반사기(200)에서 전반사되어 큐벳 챔버(500)에 입사되어 진행하며, 상기 내부 전반사기(200)는 기판(100)의 일면에 대해 기울어져 있으며, 전반사가 일어날 수 있는 어떠한 각도도 가능하나 발명의 일례에 따르면 45도 기울기를 가지는 것이 선호된다.
보다 상세하게, 전반사를 위해서는 광원(600)의 빛은 높은 굴절률을 가지는 매질로부터 보다 낮은 굴절률을 가지는 매질로 이동해야 하며, 입사각은 임계각보다 커야 한다. 따라서, 본 발명의 일례로써 굴절률이 1.58인 폴리카보네이트 재료인 기판(100)으로부터 굴절률이 1인 공기로 입사시켰다.
상기 내부 전반사기(200)는 공기 챔버(120)와 기판(100)에 의해 형성된 경사면(121)에 의해 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 기판(100)은 밀봉 시트(140)를 더 포함할 수 있다.
상기 내부 전반사기(TIR)(200)에서 반사되어 큐벳 챔버(500)로 입사된 입사광은 상기 큐벳 챔버(500) 내의 형광 염료를 여기시키고, 이에 따라 상기 형광 염료는 형광을 발산하고, 상기 큐벳 챔버(500)의 일면에 설치된 제 1 반사 거울(300)에 의해 이들 형광은 집광되어 상기 입사광과 공간적으로 수직방향으로 배치된 광 검출기(400)에 의해 감지된다.
상기 제 1 반사 거울(300)은 100nm 내지 500nm 두께의 알루미늄으로 코팅되어 형성되는 것이 선호된다.
또한, 광 검출기(400)는 스펙트로미터 또는 형광 센서가 선호된다.
상기 광원(600)은 큐벳 챔버(600)내의 형광 염료를 여기하기 위한 광 에너지를 제공한다.
본 발명에서, 상기 광원(600)은 레이저 다이오드 (laser diode) 또는 발광다이오드 (light emitting diode)가 선호되며, 청색 발광다이오드(LED)가 더욱 선호된다.
도면 부호 700은 광학 렌즈로 상기 광원(600) 와 상기 내부 전반사기(200) 사이에 위치하며, 광원(600)의 빛을 상기 내부 전반사기(200)에 초점을 맞추도록 한다. 도면 부호 103은 상기 광학 렌즈(700)의 초점거리를 가변할 수 있는 오토 포커싱 액츄에이터이다.
또한, 상기 기판은 회전 가능한 디스크 일수 있다.
상기 오토 포커싱 액츄에이터(103)는 광원(600)의 입사각도를 가변 수단을 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 광원(600)의 빛이 상기 큐벳 챔버(500)를 통과한 후 상기 제1 반사거울(300)에 의해 반사된 빛의 량을 상기 광 검출기(400)가 계측하여 상기 오토 포커싱 액츄에이터(103)를 피드백 제어하여 상기 광학 렌즈(700)와 상기 내부 전반사기(200) 간의 초점거리를 조절하거나, 상기 디스크 회전 중 상기 광 검출기(400)에 수광된 광의 세기가 미리 설정된 상한치 이상이 되는 위치를 검출하는 것에 의해 상기 내부 전반사기(200)에 대한 방위각 탐색 수행하거나, 상기 오토 포커싱 액츄에이터(103)에 의해 상기 내부 전반사기(200)에 대한 상기 광원(600)의 입사 각도를 가변하는 동안 상기 광 검출기(400)에 의해 수광된 빛의 세기를 측정하여 전반사 각도에 대한 탐색을 수행하는 중앙제어 장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 형광 검출 장치를 제공하는 것이다.
상기 내부 전반사기(200)에 대한 디스크 상의 공간 위치를 기준으로 상기 밸브에 대한 위치를 공간 어드레싱 할 수 있다.
본 발명에서, 상기 밸브는 유공을 막고 있는 점착제를 레이저 빔의 열에 의해 녹는 것에 의해 개방되는 것이 선호된다.
또한, 상기 전반사 각도에 대한 탐색을 수행하는 동안 상기 광 검출기(400)에 의해 수광된 빛의 세기가 최대로 되는 광원(600)의 입사각이 상기 내부 전반사기(200)에서 전반사를 일으키는 각도가 된다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 큐벳 챔버(500)의 말단부에 제2 반사거울(301)를 설치하여, 상기 큐벳 챔버(500)를 통과하여 제2 반사 거울로부터 반사된 빛을 수광하기 위한 광 센서(201)를 더 구비하여,
상기 광원(600)의 빛이 상기 내부 전반사기(200) 및 상기 큐벳 챔버(500)를 통과한 후 상기 제2 반사거울(301)에 의해 반사된 빛의 량을 상기 광 센서(201)가 계측하고 이에 따라 상기 오토 포커싱 액츄에이터(103)를 피드백 제어함으로서 상기 광학 렌즈(700)와 상기 내부 전반사기(200) 간의 초점거리를 조절하거나, 상기 디스크 회전 중 상기 광 센서(201)에 수광된 광의 세기가 미리 설정된 상한치 이상이 되는 위치를 검출하는 것에 의해 상기 내부 전반사기(200) 에 대한 방위각 탐색 수행하거나, 상기 오토 포커싱 액츄에이터(103)에 의해 상기 내부 전반사기(200)에 대한 상기 광원(600)의 입사 각도를 가변하는 동안 상기 광 센서(201)에 의해 수광된 빛의 세기를 측정하여 전반사 각도의 탐색을 수행하는 중앙제어 장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 형광 검출 장치를 제공하는 것이다.
상기 오토 포커싱 액츄에이터(103)의 피드백 제어는 상기 광원(600)의 레이저 빔을 조사하는 동시에 오토 포커싱 액츄에이터(103)에 의해 상기 광학 렌즈(700)를 상하로 천천히 이동시키면서 광 센서(201)로 들어오는 빛의 양을 관찰하여 빛의 세기가 최대치가 되는 순간을 포착함으로서 이루어진다.
상기 오토 포커싱 액츄에이터(103)는 전자석 코일(coil)을 내장하여 상기 광학 렌즈(700)를 자력에 의해 상하 이동시키는 것이 선호된다.
상기 오토포커싱 액츄에이터(103)는 상기 광원(600)의 내부전반사기(200)에 대한 조사(illumination) 각도를 변경하기 위한 각도 조절수단을 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면은 오토 포커싱 액츄에이터(103)는 피에조(piezo)소자를 내장하여 상기 광학 렌즈(700)를 상하 이동시키는 것이 선호된다.
상기 오토 포커싱 액츄에이터(103)에 의한 광학 렌즈(700) 와 상기 내부 전반사기(200) 사이의 초점 거리 가변에 따라, 상기 광 센서(201)에 의해 수광된 빛의 직경이 최소이면서, 빛의 세기가 최대로 되는 점이 초점이 맞는 거리로 산정된다. 또한 상기 전반사 각도의 탐색 동안 광 센서(201)에 의해 수광된 빛의 세기가 최대로 되는 점이 전반사를 일으키는 각도로 산정된다.
본 발명의 또 다른 측면은, 제 2 반사 거울(301)을 더 포함하며, 광 센서(201)를 더 구비하여, 상기 광원(600)의 빛이 상기 내부 전반사기(200) 및 상기 큐벳 챔버(500)를 통과한 후 상기 제 2 반사거울(301)에 의해 반사된 빛의 세기를 상기 광 센서(201)가 계측하여, 상기 발산된 형광 세기에 대한 캘리브레이션(calibration) 기준 신호로 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 서로 다른 전반사 각도를 갖는 복수개의 내부 전반사기를 디스크 상에 배치하고, 상기 오토 포커싱 액츄에이터(103)에 의해 상기 내부 전반사기(200)에 대한 상기 광원(600)의 입사 각도를 가변하는 동안 상기 광 센서(201) 또는 광 검출기(400)에 의해 수광된 빛의 세기를 측정하여 전반사 각도의 산정함으로서, 상기 복수개의 내부 전반사기에 대한 개별적 공간 어드레싱을 수행하는 중앙제어 장치를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
도 2는 상기의 형광 검출 장치가 질병 진단이 가능한 챔버, 밸브 및 채널을 포함하는 랩온어 디스크(800)에 응용된 일 실시예를 보인다.
구체적으로, 전혈, 전배양 또는 질병진단을 위한 시료가 프렙 챔버(811)로 주입된다. 주입된 시료는 랩온어 디스크(800)와 연결된 모터의 회전에 따라 원심력을 받으면, 이에 따라 고상과 액상으로 분리된다. 이와 같이 분리된 액상 물질은 이동 채널(822)을 통해 먼저 정량 챔버(824)를 채운 후 나머지는 폐기물 처리 챔버(813)로 유동된다. 그 다음, 디스크 회전에 의해 정량 챔버(824)의 시료는 모두 큐벳 챔버(500)로 유입된다. 또한, 시약 챔버(817,818)에 미리 주입된 시약은 밸브(28a,28b)가 개방된 후 큐벳 챔버(500)로 유입되어 시료와 시약이 혼합되어 상기의 생물학적 또는 생화학적 반응이 수행된다.
상기 생물학적 또는 생화학적 반응의 수행 결과는 상기 큐벳 챔버(500)내의 형광 물질을 상기 내부 전반사기(200)를 통과한 입사광에 의해 여기시키고 이에 의해 발산된 형광을 상기 입사광과 공간적으로 수직한 위치에 위한 상기 광 검출기(400)를 통해 정량적 분석을 함으로서 이루어진다.
도 3a 내지 도 3c는 상기 큐벳 챔버(500) 내에 DNA를 증폭 공정을 수행하기 위한 온도 민감 형광 염료 (712)을 더 구비하여, 가열수단(303)에 의해 PCR 썸머 사이클(thermo cycle) 내지 등온(isothermal) 증폭을 수행하는 여러 실시예를 보인다. 상기 가열수단(303)은 근 적외선 램프 또는 레이저 빔 발생장치를 포함하는 빛 조사(light illumination) 가열 장치가 선호된다.
도면 부호 303a는 상기 빛 조사 가열장치(303)로부터 발생된 빛을 평행광으로 만들어 주기 위한 콜리메이터(collimator)이다.
상기 가열 수단(303)에 의해 큐벳 챔버(500) 내의 액체가 가열되고 이때
상기 온도 민감 형광 염료(712)로부터 방출되는 형광 빛의 세기를 광 검출기가 측정하여 상기 가열수단(303)을 피드백 제어함으로서 큐벳 챔버(500)를 원하는 온도로 가열할 수 있다.
한편, 제 1광원(600)의 빛은 광학 렌즈(700)를 통과하여 내부 전반사기(TIR)(200)에서 반사되어 큐벳 챔버(500) 내로 입사되며, 이 입사광은 상기 큐벳 챔버(500) 내의 형광 염료를 여기시키고, 이에 따라 상기 형광 염료는 형광을 발산하고, 상기 큐벳 챔버(500)의 일면에 설치된 제 1 반사 거울(300)에 의해 이들 형광은 집광되어 상기 입사광과 공간적으로 수직방향으로 배치된 제1 광 검출기(400)에 의해 감지된다.
도 3a와 도 3c의 경우는 온도 민감 형광 염료(712)와 제1 반사거울(300)이 큐벳 챔버(500)의 상하면에 각각 배치된 경우이고, 도 3b는 온도 민감 형광 염료(712) 한쪽 면에 제1 반사거울(300)이 코팅된 실시예이다.
도 3a와 도3b의 경우는 온도 민감 형광 염료(712)를 여기시키기 위해 제 2광원(600a)을 사용한 반면, 도 3c경우는 제1 광원(600)에 의해 온도 민감 형광 염료(712)와 큐벳 챔버(500) 내의 형광 염료를 여기시키기 위해 사용한 실시예를 보인다. 또한, 도 3a와 도 3c는 온도 민감 형광 염료(712)로부터 방출되는 형광과 큐벳 챔버(500) 내의 액체에서 방출되는 형광을 제 1 광 검출기(400)를 사용하여 감지하는 실시예이고, 도 3b 경우는 큐벳 챔버(500) 내의 액체에서 방출되는 형광은 제 1 광 검출기(400)에 의해 감지하고 상기 온도 민감 형광 염료(712)로부터의 형광은 제2 광 검출기(400a)를 사용한 실시예이다.
도 3a 경우, 제 1 반사거울(300)은 큐벳 챔버(500)를 전체 면적을 커버하는 반면 온도 민감 형광 염료(712)는 "C"자 형태로 코팅됨으로서, 제 1 반사거울(300)로부터 반사되는 형광과 온도 민감 형광 염료(712)로부터의 형광 간의 간섭을 최소화한 실시예를 보인다.
상기 온도 민감 형광 염료(712)는 약 파장 550nm 근처에서 여기(excitation)되어 630nm 파장의 형광빛을 방사(emission)하는 것이 선호되는 반면, 상기 큐벳 챔버(500) 내의 형광 염료는 약 파장 465nm 근처에서 여기(excitation)되어 520nm 파장의 형광빛을 방사(emission)하는 것이 선호된다.
도 3a 및 도 3b 실시예 경우, 제1광원(600)은 파장 465nm 근처인 것이 선호되고, 제2광원은 550nm 근처인 것이 바람직하다.
또한 도 3c 실시예 경우, 제1광원(600)은 다파장 광원이 바람직하며, 큐벳 챔버(500) 내의 형광 염료 측정과 온도 민감 형광 염료(712) 측정이 상이한 파장을 갖는 광원에 의해 여기되는 것이 바람직하며,이 경우 큐벳 챔버(500) 내의 형광 염료 측정시에는 파장 465nm를 갖는 광원에 의해 여기되고, 온도 민감 형광 염료(712) 측정 시에는 파장 550nm를 갖는 광원에 의해 여기되는 것이 더욱 선호된다.
도 3b(a)경우는 빛 조사 가열장치(303)에 의해 큐벳 챔버(500)가 가열되는 동안 제2 광원(600a)에 의해 여기되어 온도 민감 형광 염료(712)로부터 방출되는 형광을 제 2 광 검출기(400a)에 의해 감지하여 큐벳 챔버(500) 내의 온도를 측정하는 경우이고, 도 3b(b)는 큐벳 챔버(500) 내의 형광 염료가 제1 광원(600)에 의해 여기되어 방출하는 형광을 제1 광 검출기(400)에 의해 측정하는 실시예를 보인다.
도 3b의 실시예 경우, 빛 조사 가열장치(303), 제2광원(600a)와 제2 광 검출기(400a)를 도 3(a)와 같이 정렬하여 한 공간에 배치하고, 제1광원(600)와 제1 광 검출기(400)를 도3(b)와 같이 정렬하여 다른 공간에 배치한 경우,
기판(100)이 집적화된 디스크의 회전 제어에 의해 도 3b(a)와 도 3b(b) 간을 일정 시간간격을 두고 공간적으로 교대로 오갈 수 있어, 온도 민감 형광 염료(712)로부터 방출되는 형광 측정과 큐벳 챔버(500) 내의 형광 측정 간의 간섭을 없앨 수 있다.
상기 기판(100)은 상부 기질(1), 중간 기질(2) 및 하부 기질(3)이 적층 접합되어 이루어지고, 상기 기질들(1,2,3)의 접합시 공기 챔버(120), 큐벳 챔버(500), 내부 전사기(200)가 형성되는 것이 선호된다.
본 발명에서 상기 온도 민감 형광 염료(712)는 로다민 B(rhodamine B), 페릴렌(perylene), 플루오레세인(fluorescein), 인광체(燐光體, phosphor), 및 온도에 따라 형광 빛의 방출 강도가 달라지는 염료 중 어느 하나가 사용되는 것이 선호된다.
상기 로다민 B는 메탄올 속에 녹아 있을 때 약 파장 553nm 근처에서 여기(excitation)되어 627nm 파장의 형광빛을 방사(emission)하는 것이 선호된다.
상기 페릴렌은 테트라하이드로푸란(Tetrahydrofuran) 속에 녹아 있을 때 약 파장 436nm 근처에서 여기(excitation)되어 447nm 파장의 형광빛을 방사(emission)하는 특징을 갖는다.
상기 로다민 B 와 페릴렌은 온도가 증가함에 따라 방사하는 형광 빛의 양이 줄어드는 특징이 있어 광 검출기에 의해 형광 량을 계측하여 온도를 계측할 수 있다.
본 발명에서 온도 민감 형광 염료(712)는, 상기 큐벳 챔버(500) 내에 상기 온도 민감 형광 염료(712)를 코팅하기 위해 온도 민감 형광 염료를 아세톤에 의해 녹인 후, 이를 포토레지스트(photo-resist)와 함께 혼합한 온도 민감 폴리머 합성체인 것이 선호된다.
상기 포토레지스트는 SU8이 선호된다.
본 발명에서 또 다른 측면은 온도 민감 형광 염료는, 상기 큐벳 챔버(500) 내에 상기 온도 민감 형광 염료를 코팅하기 위해 온도 민감 형광 염료를 휘발성 극성 용매에 의해 녹인 후 이를 폴리머(polymer)와 함께 혼합한 온도 민감 폴리머 합성체인 것이 선호된다.
상기 휘발성 극성 용매는 아세톤(acetone), 메탄올 또는 에탄올이 선호된다.
상기 폴리머는 PDMS(Polydimethylsiloxane), PMMA(Polymethyl methacrylate), UV 경화성수지 중 어느 하나를 사용하는 것이 선호된다.
상기 폴리머는 폴리머 내부의 온도 민감 형광 염료 분자들을 여기시키는 광이 효과적으로 내부에 도달할 수 있는 광학적으로 투명한 물질(optically transparent material)이 선호된다.
상기 온도 민감 형광 염료의 형광빛을 측정하기 위해서 상기 광 검출기에 여기시키는 빛은 차단하고, 발광하는 빛만을 통과시키는 광학 필터를 더 구비하는 것이 선호된다.
본 발명에 있어서, 상기 챔버 내의 액체 물질의 쿨링(cooling)은 디스크의 회전에 의해 조절되는 것이 선호된다. 디스크의 회전 동안 챔버 표면에서의 열 방출 속도가 증가하여 쿨링(cooling)이 빠르게 일어난다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 큐벳 챔버(500) 내에 도전체를 코팅하여 내장시키고 고주파 발생 장치를 더 구비하여
상기 도전체는 고주파 발생 장치의 전자기파에 대한 교번 자속(alternating flux)을 경험하게 되고, 상기 도전체에는 와전류(eddy current)가 발생하여 상기 큐벳 챔버(500)가 유도가열(induction heating)되는 것을 특징으로 한다.
도 4는 도 2의 디스크(800)를 구동 및 제어하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 제어부(100a)의 측면도를 도시한다. 도면 부호 350은 상기 구동 제어부를 지지하고 있는 몸체이다. 구동 제어부 밑면에는 회로기판(140')이 상기 구동 제어부의 몸체(350)에 이음 체결되어 있고, 회로기판(140') 위에 구동 제어부를 제어하기 위한 중앙제어 장치(101), 저장 장치(110) 및 입출력 장치(111)가 상기 회로기판(140') 위에 배치 설계되어 있다. 상기 중앙제어 장치(101)는 상기 디스크(100)의 회전 또는 정지를 위해 스텝 모터(102)를 제어할 뿐만 아니라, 슬라이드 모터(109) 제어에 의해 슬라이더(211) 상에 설계 배치된 광원(600) 및 오토 포커싱 액츄에이터(103)의 이동을 제어뿐만 아니라 디스크(100)의 내부 전반사기(200) 및 밸브들(28a,28b)에 대한 방위각 공간 어드레싱하기 위해 상기 스텝 모터(102)를 회전시킨다.
슬라이더(211) 상에는 상기 광원(600)을 탑재되어 개구부(333)를 통해 상기 디스크(800)를 액세스(access) 한다.
또한 상기 중앙제어장치(101)는 상기 슬라이드 모터(109), 스텝모터(102), 오토 포커싱 액츄에이터(103)를 제어하고, 상기 광 센서(201)와 광 검출기(400)로 부터 받은 정보를 처리한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 디스크(800)가 트레이(tray)(미도시)에 로딩(loading)되어 턴 테이블(181)에 디스크가 안착된 시점에서 내부 전반사기(200)를 통한 광원(600)의 광 신호를 광 센서(201) 또는 광 검출기(400)가 감지함으로서, 상기 디스크(100)가 로딩되었음을 중앙제어 장치(101)가 인식하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 큐벳 챔버(500)의 핵산 증폭 산출물에 대한 판독은 상기 회로기판(140')이나 상기 슬라이더(211) 상에 탑재된 광 검출기(400)에 의해 독출된 정보를 중앙 제어 장치(101)로 보냄으로써 이루어질 수 있다.
도면 부호 303은 핵산 증폭을 위한 가열 수단이고 이에 의해 PCR(polymer chain reaction) 의 썸머 사이클(thermo cycle) 내지는 등온 증폭(isothermal amplification)을 수행하고 , 도 3a 내지 도 3c에 예시된 바와 같이 온도 센싱(온도 검출 수단)을 위해 큐벳 챔버(500) 내에 온도 민감 형광 염료가 코팅될 수 있다.
상기 핵산 증폭 수행 동안 상기 광 검출기(400)에 의해 실시간으로 핵산 증폭 산출물을 정량 분석하는 것을 특징으로 한다.
도면 부호 104는 상기 디스크 공극(170)에 로딩된 디스크(800)의 압착 수단으로 턴테이블(181)과의 자력인력에 의해 압착하는 것으로 수직 이동과 공회전이 허여토록 설계되는 것이 바람직하다.
상기 내부 전반사기(200)에 대한 공간 어드레싱 후, 이를 기준으로 상기 밸브들(28a,28b)에 일대일 대응하여 각각의 레이저 모듈 장치(66)를 상기 구동 제어부(100a) 내에 매설하여 각각의 밸브들(28a,28b)의 개폐를 독립적으로 제어하는 것이 선호된다. 도면 부호 170은 디스크 공극이다.
도 5는 광 검출기(400), 광 센서(201) 및 광원(600)이 설치 배치된 슬라이더(slider)(211)의 윗 도면의 일 실시예를 나타낸다. 상기 광원(600)은 광학 렌즈(700)와 연결되어 오토 포커싱 액츄에이터(103)에 연결된다.
상기 내부 전반사기(200)에 대한 상기 광원(600)의 공간 어드레싱은 상기 슬라이더(211)의 이동에 의해 상기 광원(600)을 상기 내부 전반사기(200)에 해당하는 반경으로 이동시키는 방사방향 탐색; 과 상기 디스크 회전 동안 상기 내부 전반사기(200)를 거쳐 큐벳 챔버(500)를 통과하여 상기 제 2의 반사거울(301)에 의해 반사된 빛의 량을 상기 광 센서(201)가 계측하여 광의 세기가 어느 상한치 이상이 되는 각도를 검출하는 방위각 탐색에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 슬라이더(slider)는 슬라이드(slide) 모터(109) 축에 연결된 웜(worm) 기어 연결부(109a,109b)에 의해 이동 제어된다.
상기 슬라이더(slider)는 슬라이드 아암(108a,108b)을 가이드(guide)로 사용하여 미끄러지듯 이동된다. 상기 슬라이드 아암(108a,108b)은
나사(110a,110b,110c,110d)를 통해 상기 구동 제어부(100a)의 몸체(350)에 체결된다. 도면 116b는 플렉셔블 케이블(flexible cable)이며 웨이퍼(116a)를 통해 중앙제어 장치(101)에 연결된다. 도면부호 181은 상기의 스텝 모터(102)에 의해 회전하는 턴 테이블이다. 상기 중앙제어장치(101)는 상기 오토 포커싱 액츄에이터(103)를 피드백 제어하거나 상기 내부 전반사기(200)에 대한 상기 광원(600)의 공간 어드레싱을 수행한다.
또한 본 발명에 있어, 상기 제 2 반사 거울(301)은 상기 기판(100)에 설치된 내부 전반사기로 대체될 수 있다.
또한, 상기 내부 전반사기(200)는 반사 거울로 대체될 수 있다.
이상의 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (16)

  1. 바이오 물질을 저장하기 위한 시약 챔버, 생화학 반응에 필요한 전 처리(pre_processing)를 수행하는 프렙 챔버(preparation), 형광 염료가 포함되는 큐벳 챔버, 및 빛을 전반사하는 내부 전반사기(TIR)를 포함하는 기판;
    상기 내부 전반사기를 통해 상기 큐벳 챔버에 입사광을 제공하는 광원;
    상기 내부 전반사기에서 전반사된 빛이 진행하는 방향에 수직하는 방향에 위치하며, 상기 큐벳 챔버의 한쪽면에 코팅되어 위치하는 제 1 반사 거울; 및
    상기 제1 반사 거울과 대향하며 위치하는 광 검출기
    를 포함하며,
    상기 전반사된 빛에 의해 상기 큐벳 챔버 내의 상기 형광 염료가 여기되어 형광을 발산하고, 그리고 상기 발산된 형광은 상기 제 1 반사 거울에 의해 집광되어, 공간적으로 상기 입사광의 진행방향과 수직하게 상기 광 검출기에 도달하는 것을 특징으로 하는,
    형광 검출 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 회전 가능한 디스크인 것을 특징으로 하는,
    형광 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 형광 검출 장치는,
    상기 광원 및 상기 내부 전반사기 사이에 위치하는 광학 렌즈; 또는 상기 광원과 상기 내부 전반사기 간의 초점거리를 자동으로 조절하기 위한 광학 렌즈를 탑재한 오토 포커싱 액츄에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    형광 검출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 디스크는 내부에 위치하는 제 2 반사 거울; 및
    광 센서를 더 구비하며,
    상기 형광 검출 장치는,
    상기 광원의 빛이 상기 내부 전반사기 또는 상기 큐벳 챔버를 통과한 후 상기 제 2 반사거울에 의해 반사되면, 상기 반사된 빛의 량을 상기 광 센서가 계측하고, 이에 따라 상기 오토 포커싱 액츄에이터를 피드백 제어하여, 상기 광학 렌즈와 상기 내부 전반사기 간의 초점거리를 조절하는 중앙제어 장치를 더 구비한 것을, 특징으로 하는,
    형광 검출 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 디스크는 내부에 위치하는 제 2 반사 거울; 및
    광 센서를 더 구비하며,
    상기 형광 검출 장치는,
    상기 광원의 빛이 상기 내부 전반사기 또는 상기 큐벳 챔버를 통과한 후 상기 제 2 반사거울에 의해 반사되면, 상기 반사된 빛의 량을 상기 광 센서가 계측하여, 광의 세기가 미리 설정된 상한치 이상이 되는 위치를 검출하는 것에 의해 상기 내부 전반사기에 대한 방위각 탐색 수행하는 중앙제어 장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는,
    형광 검출 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 디스크는 내부에 위치하는 제 2 반사 거울; 및
    광 센서를 더 구비하며,
    상기 광원의 빛이 상기 내부 전반사기 또는 상기 큐벳 챔버를 통과한 후 상기 제 2 반사거울에 의해 반사되면, 상기 반사된 빛의 량을 상기 광 센서가 계측하여, 상기 발산된 형광 세기에 대한 캘리브레이션(calibration) 기준 신호로 사용하는 것을 특징으로 하는,
    형광 검출 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 디스크는 내부에 위치하는 제 2 반사 거울; 및
    광 센서를 더 구비하며,
    상기 광원의 빛이 상기 내부 전반사기 또는 상기 큐벳 챔버를 통과한 후 상기 제 2 반사거울에 의해 반사되면, 상기 반사된 빛의 량을 상기 광 센서가 계측하여, 상기 오토 포커싱 액츄에이터에 의해 상기 광원의 입사 각도를 가변함으로써, 상기 광 센서에 의해 수광된 빛의 세기가 최대로 되는 상기 내부 전반사기에 대한 전반사 각도의 탐색을 수행하는 중앙제어 장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는,
    형광 검출 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 광원의 빛이 상기 큐벳 챔버를 통과한 후 상기 제1 반사거울에 의해 반사되면, 상기 반사된 빛의 량을 상기 광 검출기가 계측하고, 이에 따라 상기 오토 포커싱 액츄에이터를 피드백 제어하여 상기 광학 렌즈와 상기 내부 전반사기간의 초점거리를 조절하거나,
    상기 디스크 회전 중 상기 광 검출기에 수광된 광의 세기가 미리 설정한 상한치 이상이 되는 위치를 검출하는 것에 의해 상기 내부 전반사기에 대한 방위각 탐색 수행하거나, 또는
    상기 오토 포커싱 액츄에이터에 의해 상기 내부 전반사기에 대한 상기 광원의 입사 각도를 가변하는 동안 상기 광 검출기에 의해 수광된 빛의 세기를 측정하여 전반사 각도의 탐색을 수행하는 중앙제어 장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는,
    형광 검출 장치.
  9. 제 4항, 제 5항,제 6항 및 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스크의 방사방향으로 이동 가능하며, 상기 광 검출기, 상기 광원, 및 상기 광 센서 중 선택된 어느 하나를 탑재한 슬라이더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    형광 검출 장치.
  10. 제 4항, 제 5항, 제 6항 및 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 반사 거울은 제 2의 내부 전반사기인 것을 특징으로 하는,
    형광 검출 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 내부 전반사기는 거울인 것을 특징으로 하는,
    형광 검출 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 큐벳 챔버 내의 핵산을 증폭하기 위한 온도 검출 수단 및 가열 수단을 더 구비하여, 상기 큐벳 챔버 내의 핵산 증폭의 산출물에 의한 형광량을 상기 광 검출기에 의해 실시간으로 정량 분석하는 것을 특징으로 하는,
    형광 검출장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 큐벳 챔버는 상기 큐벳 챔버 내의 온도정보를 상기 온도 검출 수단에 제공하기 위한 온도 민감 형광 염료를 더 구비한 것을 특징으로 하는,
    형광 검출장치.
  14. 제 3항에 있어서,
    서로 다른 전반사 각도를 갖는 복수개의 상기 내부 전반사기가 상기 디스크상에 위치하고,
    상기 형광 검출 장치는,
    상기 오토 포커싱 액츄에이터에 의해 상기 내부 전반사기에 대한 상기 광원의 입사 각도를 가변하는 동안, 광 센서 또는 상기 광 검출기에 의해 수광된 빛의 세기를 측정하여 전반사 각도의 산정에 의해 상기 복수개의 내부 전반사기에 대한 개별적 공간 어드레싱을 수행하는 중앙제어 장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는,
    형광 검출장치.
  15. 제 3항에 있어서,
    상기 형광 검출 장치는,
    상기 디스크가 트레이에 로딩(loading)되어 턴 테이블에 안착된 시점에서 상기 내부 전반사기를 통한 상기 광원의 광 신호를 광 센서 또는 상기 광 검출기가 감지함으로써, 상기 디스크가 로딩되었음을 인식하는 중앙제어 장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는,
    형광 검출 장치.
  16. 제 2항에 있어서,
    상기 디스크는, 다수의 밸브와 이들을 막고 있는 유공을 포함하고,
    상기 내부 전반사기에 대한 공간 어드레싱 후, 이를 기준으로 상기 밸브에 대한 위치를 공간 어드레싱 하여, 상기 밸브의 유공을 레이저 빔의 열에 의해 녹이는 것에 의해 개방하는 것을 특징으로 하는,
    형광 검출 장치.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105717090A (zh) * 2016-05-08 2016-06-29 重庆科技学院 一种集成化全内反射微流控芯片检测一体机
CN113311001A (zh) * 2021-05-20 2021-08-27 宁波胤瑞生物医学仪器有限责任公司 滤光片电动转换装置
CN115931793A (zh) * 2022-03-23 2023-04-07 上海瑞鑫科技仪器有限公司 一种生物荧光农药残留检测仪
EP4242291A4 (en) * 2020-11-04 2024-08-07 MGI Tech Co., Ltd. Test system

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105891178B (zh) * 2016-05-08 2018-06-12 重庆科技学院 一种集成化全内反射微流控芯片检测一体机使用方法
CN111879760A (zh) * 2020-06-22 2020-11-03 武汉新烽光电股份有限公司 基于微流控盘式芯片的微量试剂消耗水质氨氮检测方法
KR102808707B1 (ko) * 2023-05-22 2025-05-21 한국광기술원 형광 특성을 이용한 입자 센서 및 그의 동작방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060032778A (ko) * 2004-10-13 2006-04-18 한국전기연구원 바이오칩 측정 장치 및 방법
JP2006276000A (ja) * 2005-03-04 2006-10-12 Hitachi High-Technologies Corp 蛍光分子計測システム
US20070146701A1 (en) * 2005-12-22 2007-06-28 Palo Alto Research Center Incorporated Fluorescence reader based on anti-resonant waveguide excitation
KR100768038B1 (ko) * 2006-10-24 2007-10-17 한국전기연구원 균일한 내부 전반사 조명에 의한 바이오칩 측정 장치 및방법
JP2008139280A (ja) * 2006-11-09 2008-06-19 Toyohashi Univ Of Technology エバネッセント光を用いた化学物質の濃度分布測定法及び装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060032778A (ko) * 2004-10-13 2006-04-18 한국전기연구원 바이오칩 측정 장치 및 방법
JP2006276000A (ja) * 2005-03-04 2006-10-12 Hitachi High-Technologies Corp 蛍光分子計測システム
US20070146701A1 (en) * 2005-12-22 2007-06-28 Palo Alto Research Center Incorporated Fluorescence reader based on anti-resonant waveguide excitation
KR100768038B1 (ko) * 2006-10-24 2007-10-17 한국전기연구원 균일한 내부 전반사 조명에 의한 바이오칩 측정 장치 및방법
JP2008139280A (ja) * 2006-11-09 2008-06-19 Toyohashi Univ Of Technology エバネッセント光を用いた化学物質の濃度分布測定法及び装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105717090A (zh) * 2016-05-08 2016-06-29 重庆科技学院 一种集成化全内反射微流控芯片检测一体机
CN105717090B (zh) * 2016-05-08 2018-07-31 重庆科技学院 一种集成化全内反射微流控芯片检测一体机
EP4242291A4 (en) * 2020-11-04 2024-08-07 MGI Tech Co., Ltd. Test system
CN113311001A (zh) * 2021-05-20 2021-08-27 宁波胤瑞生物医学仪器有限责任公司 滤光片电动转换装置
CN115931793A (zh) * 2022-03-23 2023-04-07 上海瑞鑫科技仪器有限公司 一种生物荧光农药残留检测仪

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