KR102719550B1 - Multi-well pcr fluorescence measurement device using one dimensional optical sensor - Google Patents
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Abstract
1차원 광센서를 이용한 다중 웰 PCR 형광 측정 장치를 개시한다. 본 발명은 광원에서 시간차를 두고 출력된 여기광을 광섬유를 이용하여 다중 웰 PCR 튜브에 개별 입사시키고, 여기광에 대응하여 발생된 형광을 광섬유를 통해 수신하되, 여기광의 시간차 정보와 형광을 동기화시켜 1개의 광센서를 이용하여 수신할 수 있다.A multi-well PCR fluorescence measurement device using a one-dimensional optical sensor is disclosed. The present invention individually incidents excitation light output from a light source with a time difference onto a multi-well PCR tube using an optical fiber, and receives fluorescence generated in response to the excitation light through the optical fiber, and can receive it using a single optical sensor by synchronizing the time difference information of the excitation light and the fluorescence.
Description
본 발명은 1차원 광센서를 이용한 다중 웰 PCR 형광 측정 장치에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 광원에서 시간차를 두고 출력된 여기광을 광섬유를 이용하여 다중 웰 PCR 튜브에 개별 입사시키고, 여기광에 대응하여 발생된 형광을 광섬유를 통해 수신하되, 여기광의 시간차 정보와 형광을 동기화시켜 1개의 광센서를 이용하여 수신하는 1차원 광센서를 이용한 다중 웰 PCR 형광 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-well PCR fluorescence measurement device using a one-dimensional optical sensor, and more specifically, to a multi-well PCR fluorescence measurement device using a one-dimensional optical sensor, which individually incidents excitation light output from a light source with a time difference into a multi-well PCR tube using an optical fiber, and receives fluorescence generated in response to the excitation light through the optical fiber, while synchronizing the time difference information of the excitation light with the fluorescence and receiving it using a single optical sensor.
개인 맞춤형 의료(Point of Care) 시대가 도래함에 따라 유전자 분석 및 체외 진단, 그리고 유전자 염기 서열 분석 등의 중요성이 부각되고 있으며, 또한 그에 대한 수요가 점차 증가하고 있다.As the era of personalized medicine (point of care) arrives, the importance of genetic analysis, in vitro diagnosis, and genetic sequence analysis is increasing, and demand for them is also gradually increasing.
이에 따라, 적은 양의 샘플로도 빠른 시간 내에 많은 양의 검사를 수행할 수 있는 시스템이 개발 및 출시되고 있다. Accordingly, systems that can perform a large number of tests in a short period of time with a small amount of samples are being developed and released.
또한, 이러한 시스템을 구현하기 위하여, 미세유체칩(microfluidics)이나 랩온어칩(Lab on a Chip)과 같은 미세 유체 소자가 주목을 받고 있다.In addition, microfluidic devices such as microfluidics and lab on a chip are attracting attention to implement these systems.
복수의 미세 유로와 미세 챔버를 포함하는 미세 유체 소자는 미량의 유체(예를 들어, 수 nl ~ 수 ml)를 제어하고 조작이 가능하도록 설계된 것이 특징이다. 미세 유체 소자를 이용함으로써, 미세 유체의 반응 시간을 최소화 할 수 있으며, 미세 유체의 반응과 그 결과의 측정이 동시에 이루어질 수 있다. Microfluidic devices including multiple microchannels and microchambers are characterized by being designed to control and manipulate small amounts of fluid (e.g., several nanoliters to several milliliters). By utilizing microfluidic devices, the reaction time of microfluid can be minimized, and the reaction of microfluid and the measurement of the result can be performed simultaneously.
이러한 미세 유체 소자는 다양한 방법으로 제작될 수 있으며, 그 제작 방법에 따라 다양한 재료가 이용되고 있다These microfluidic devices can be fabricated in a variety of ways, and depending on the fabrication method, a variety of materials are used.
한편, 유전자 분석시, 샘플에서 특정 DNA의 존재 여부 또는 DNA의 양을 정확히 알기 위해서는, 실제 샘플을 정제/추출한 후 측정 가능하도록 충분히 증폭하는 과정이 요구된다. Meanwhile, in genetic analysis, in order to accurately determine the presence or amount of specific DNA in a sample, a process is required to purify/extract the actual sample and then amplify it sufficiently so that it can be measured.
다양한 유전자 증폭 방법 중에서 예를 들어 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction; PCR)이 가장 널리 쓰인다.Among the various gene amplification methods, the polymerase chain reaction (PCR) is the most widely used.
그리고, PCR을 통해 증폭한 DNA를 검출하기 위한 방법으로 형광 검출법이 주로 이용되고, 실시간 PCR(real-time PCR; qPCR)은 타깃 샘플(target sample)의 증폭 및 실시간 검출/측정을 위해 다수의 형광 염료/프로브 및 프라이머 세트(primer set)를 이용한다.And, fluorescence detection is mainly used as a method for detecting DNA amplified through PCR, and real-time PCR (qPCR) uses multiple fluorescent dyes/probes and primer sets for amplification and real-time detection/measurement of target samples.
도1은 종래 기술에 따른 형광 광학계를 나타낸 예시도로서, 도1을 참조하면, 형광 광학계는 광을 방출하는 광원(10)과, 광원(10)에서 방출된 발산하는 광을 평행광으로 만드는 콜리메이팅 렌즈(11)와, 샘플(20)의 측정시료(21)를 향해 여기광을 반사하고, 측정시료(21)에서 발생한 형광 신호를 투과시키는 빔스플리터(12)와, 여기광을 측정시료(21)에 결상시키는 대물렌즈(13)와, 형광 신호를 광검출기(15) 상에 결상시키는 결상 렌즈(focusing lens)(14)를 포함하여 구성될 수 있다.FIG. 1 is an exemplary diagram showing a fluorescence optical system according to the prior art. Referring to FIG. 1, the fluorescence optical system may be configured to include a light source (10) that emits light, a collimating lens (11) that converts divergent light emitted from the light source (10) into parallel light, a beam splitter (12) that reflects excitation light toward a measurement sample (21) of a sample (20) and transmits a fluorescence signal generated from the measurement sample (21), an objective lens (13) that focuses the excitation light on the measurement sample (21), and a focusing lens (14) that focuses the fluorescence signal on a photodetector (15).
여기서, 광검출기(15)는 예를 들어 다수의 포토 다이오드들의 어레이를 포함하거나, CCD(charge-coupled device) 이미지 센서 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서로 구성된다.Here, the photodetector (15) includes, for example, an array of a plurality of photodiodes, or is composed of a CCD (charge-coupled device) image sensor or a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) image sensor.
그러나, 종래 기술에 따른 형광 광학계는 고민감도를 갖는 다수의 이미지 센서 어레이 또는 이미지 센서로 이루어진 광검출기를 사용함으로써, 높은 제조비용이 발생하는 문제점이 있다.However, the fluorescence optical system according to the prior art has a problem in that it incurs high manufacturing costs by using a photodetector composed of a plurality of image sensor arrays or image sensors with high sensitivity.
이에 대한 해결책으로서, LED의 크기를 크게 하거나 또는 LED의 개수를 증가시킬 수 있지만, LED의 크기가 커지거나 LED의 개수가 증가하면 전체 광학계가 커져서 전체 검출 시스템이 커지게 되는 문제점이 있다.As a solution to this, the size of the LED can be increased or the number of LEDs can be increased, but there is a problem that as the size of the LED or the number of LEDs increases, the entire optical system becomes larger, resulting in a larger overall detection system.
또한, 48-웰(Well) 플레이트 또는 96-웰 플레이트로 구성된 PCR 튜브의 경우, 개별 웰에 각각 입사광을 시켜야 하고, 그에 대응한 형광을 검출하기 위해 CCD 이미지 센서 또는 CMOS 이미지 센서 등의 광검출기의 크기가 증가해야만 하는 문제점이 있다.In addition, for PCR tubes composed of 48-well plates or 96-well plates, there is a problem in that light must be incident on each individual well, and the size of the photodetector, such as a CCD image sensor or CMOS image sensor, must increase to detect the corresponding fluorescence.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 광원에서 시간차를 두고 출력된 여기광을 광섬유를 이용하여 다중 웰 PCR 튜브에 개별 입사시키고, 여기광에 대응하여 발생된 형광을 광섬유를 통해 수신하되, 여기광의 시간차 정보와 형광을 동기화시켜 1개의 광센서를 이용하여 수신하는 1차원 광센서를 이용한 다중 웰 PCR 형광 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve these problems, the present invention aims to provide a multi-well PCR fluorescence measurement device using a one-dimensional optical sensor, which individually incidents excitation light output from a light source with a time difference onto a multi-well PCR tube using an optical fiber, and receives fluorescence generated in response to the excitation light through the optical fiber, while synchronizing the time difference information of the excitation light with the fluorescence and receiving it using a single optical sensor.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예는 1차원 광센서를 이용한 다중 웰 PCR 형광 측정 장치로서, 여기광을 일정 시간차 간격으로 출력하는 광원; 상기 출력된 여기광을 상기 시간차에 따라 각도를 조절하여 반사하는 갈바노 미러; 상기 반사된 여기광을 집광하는 스캔 렌즈; 상기 스캔 렌즈에서 집광된 여기광을 평행광으로 출력하는 콜리메이션 렌즈; 상기 콜리메이션 렌즈로부터 평행광으로 출력되는 여기광을 측정 시료가 포함된 다중 웰 PCR 모듈로 반사하고, 상기 다중 웰 PCR 모듈로부터 발생되는 형광을 투과시켜 1차원 광센서로 출력하는 빔 스플리터; 상기 m×n 크기로 배열된 측정 시료 튜브를 구비하고, 상기 빔 스플리터에서 반사되는 여기광을 측정 시료 튜브로 각각 전달하고, 상기 측정 시료 튜브에 수용된 측정 시료에서 상기 여기광에 의해 발생되는 형광을 상기 빔 스플리터로 전달하는 다중 웰 PCR 모듈; 상기 빔 스플리터와 1차원 광센서 사이에 설치되어 여기광을 차단하는 형광 필터; 및 상기 형광을 순차적으로 수신하는 1차원 광센서;를 포함한다.In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention is a multi-well PCR fluorescence measurement device using a one-dimensional optical sensor, comprising: a light source which outputs excitation light at regular time intervals; a galvano mirror which reflects the output excitation light by adjusting an angle according to the time difference; a scan lens which collects the reflected excitation light; a collimation lens which outputs the excitation light collected by the scan lens as parallel light; a beam splitter which reflects the excitation light output as parallel light from the collimation lens to a multi-well PCR module containing a measurement sample and transmits fluorescence generated from the multi-well PCR module to output it to a one-dimensional optical sensor; a multi-well PCR module which has measurement sample tubes arranged in the size of m×n, and transmits the excitation light reflected from the beam splitter to each of the measurement sample tubes and transmits fluorescence generated by the excitation light from the measurement sample contained in the measurement sample tube to the beam splitter; a fluorescence filter which is installed between the beam splitter and the one-dimensional optical sensor and blocks the excitation light; and a one-dimensional optical sensor that sequentially receives the fluorescence.
또한, 상기 실시 예에 따른 다중 웰 PCR 형광 측정 장치는 콜리메이션 렌즈와 빔 스플리터 사이에 설치되어 여기광을 투과시키는 여기광 필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the multi-well PCR fluorescence measurement device according to the above embodiment is characterized by further including an excitation light filter installed between the collimation lens and the beam splitter to transmit excitation light.
또한, 상기 실시 예에 따른 다중 웰 PCR 모듈은 상기 m×n 크기로 배열된 측정 시료 튜브와 대응하여 설치되고, 빔 스플리터에서 반사되는 여기광이 상기 측정 시료 튜브에 각각 입사되도록 하며, 상기 측정 시료튜브에서 발생된 형광이 입사되면 상기 빔 스플리터로 출력되도록 하는 광섬유; 및 m×n 크기로 배열되고, 상기 광섬유의 말단부에 설치되어 측정 시료를 수납하는 측정 시료 튜브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the multi-well PCR module according to the embodiment is characterized by including an optical fiber which is installed corresponding to the measurement sample tubes arranged in the m×n size, and causes the excitation light reflected from the beam splitter to be incident on each of the measurement sample tubes, and causes the fluorescence generated from the measurement sample tubes to be output to the beam splitter when incident; and a measurement sample tube which is arranged in the m×n size, and is installed at the end of the optical fiber to receive the measurement sample.
또한, 상기 실시 예에 따른 다중 웰 PCR 형광 측정 장치는 형광 필터와 1차원 광센서 사이에 설치되어 상기 형광 필터를 투과한 일부의 여기광을 차단하는 보조 형광 필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the multi-well PCR fluorescence measurement device according to the above embodiment is characterized by further including an auxiliary fluorescence filter installed between the fluorescence filter and the one-dimensional light sensor to block some of the excitation light transmitted through the fluorescence filter.
또한, 상기 실시 예에 따른 보조 형광 필터는 형광 필터와 보조 형광 필터 사이에 여기광의 무한 반사를 방지하도록 상기 형광 필터와 일정 각도로 틸팅된 것을 특징으로 한다.In addition, the auxiliary fluorescent filter according to the above embodiment is characterized in that it is tilted at a certain angle with respect to the fluorescent filter to prevent infinite reflection of the excitation light between the fluorescent filter and the auxiliary fluorescent filter.
또한, 상기 실시 예에 따른 스캔 렌즈는 에프세타 렌즈(F-theta lens) 또는 텔레센트릭 렌즈(Telecentric lens) 중 하나인 것을 특징으로 한다.Additionally, the scan lens according to the above embodiment is characterized by being one of an F-theta lens or a telecentric lens.
본 발명은 광원에서 시간차를 두고 출력된 여기광을 광섬유를 이용하여 다중 웰 PCR 튜브에 개별 입사시키고, 여기광에 대응하여 발생된 형광을 광섬유를 통해 수신하되, 여기광의 시간차 정보와 형광을 동기화시켜 1개의 광센서를 이용하여 수신할 수 있는 장점이 있다.The present invention has an advantage in that it can receive excitation light output from a light source with a time difference by individually incident the light onto a multi-well PCR tube using an optical fiber, and receive fluorescence generated in response to the excitation light through the optical fiber, and synchronize the time difference information of the excitation light with the fluorescence, using a single optical sensor.
도1은 종래 기술에 따른 형광 광학계를 나타낸 예시도.
도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 다중 웰 PCR 형광 측정 장치를 나타낸 예시도.
도3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 다중 웰 PCR 형광 측정 장치의 동작 설명하기 위해 나타낸 입사광 그래프.
도4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 다중 웰 PCR 형광 측정 장치의 동작을 설명하기 위해 나타낸 1차원 광센서의 수신 그래프.
도5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 다중 웰 PCR 형광 측정 장치의 공간 정보와 동기화시키는 과정을 설명하기 위해 나타낸 예시도.Figure 1 is an example diagram showing a fluorescence optical system according to conventional technology.
Figure 2 is an exemplary diagram showing a multi-well PCR fluorescence measurement device using a one-dimensional optical sensor according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an incident light graph illustrating the operation of a multi-well PCR fluorescence measurement device using a one-dimensional optical sensor according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a reception graph of a one-dimensional optical sensor shown to explain the operation of a multi-well PCR fluorescence measurement device using a one-dimensional optical sensor according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an exemplary diagram illustrating a process of synchronizing spatial information of a multi-well PCR fluorescence measurement device using a one-dimensional optical sensor according to one embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예 및 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하되, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭함을 전제하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments of the present invention and the accompanying drawings, on the premise that like reference numerals in the drawings indicate like components.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하기에 앞서, 본 발명의 기술적 요지와 직접적 관련이 없는 구성에 대해서는 본 발명의 기술적 요지를 흩뜨리지 않는 범위 내에서 생략하였음에 유의하여야 할 것이다. Before explaining the specific details for implementing the present invention, it should be noted that components that are not directly related to the technical gist of the present invention have been omitted to the extent that they do not distract from the technical gist of the present invention.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 발명자가 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 적절한 용어의 개념을 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.In addition, terms or words used in this specification and claims should be interpreted as meanings and concepts that conform to the technical idea of the invention, based on the principle that the inventor can define the concept of an appropriate term to best describe his or her invention.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다는 표현은 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.The expression in this specification that a part "includes" a certain component does not exclude other components, but rather means that it may include other components.
또한, "‥부", "‥기", "‥모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 그 둘의 결합으로 구분될 수 있다.Additionally, terms such as "‥part", "‥device", and "‥module" refer to a unit that processes at least one function or operation, and this can be classified as hardware, software, or a combination of the two.
또한, "적어도 하나의" 라는 용어는 단수 및 복수를 포함하는 용어로 정의되고, 적어도 하나의 라는 용어가 존재하지 않더라도 각 구성요소가 단수 또는 복수로 존재할 수 있고, 단수 또는 복수를 의미할 수 있음은 자명하다 할 것이다. Additionally, the term "at least one" is defined as a term including both singular and plural, and it will be apparent that even if the term "at least one" is not present, each component can exist in the singular or plural, and can mean the singular or plural.
또한, 각 구성요소가 단수 또는 복수로 구비되는 것은, 실시 예에 따라 변경가능하다 할 것이다.In addition, it may be said that whether each component is provided singly or in plurality may be changed depending on the embodiment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 다중 웰 PCR 형광 측정 장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a multi-well PCR fluorescence measurement device using a one-dimensional optical sensor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 다중 웰 PCR 형광 측정 장치를 나타낸 예시도이고, 도3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 다중 웰 PCR 형광 측정 장치의 동작 설명하기 위해 나타낸 입사광 그래프이며, 도4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 다중 웰 PCR 형광 측정 장치의 동작을 설명하기 위해 나타낸 1차원 광센서의 수신 그래프이고, 도5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 다중 웰 PCR 형광 측정 장치의 공간 정보와 동기화시키는 과정을 설명하기 위해 나타낸 예시도이다.FIG. 2 is an exemplary diagram showing a multi-well PCR fluorescence measurement device using a one-dimensional optical sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is an incident light graph illustrating the operation of a multi-well PCR fluorescence measurement device using a one-dimensional optical sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a reception graph of a one-dimensional optical sensor illustrating the operation of a multi-well PCR fluorescence measurement device using a one-dimensional optical sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an exemplary diagram illustrating a process of synchronizing with spatial information of a multi-well PCR fluorescence measurement device using a one-dimensional optical sensor according to an embodiment of the present invention.
도2 내지 도5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 1차원 광센서를 이용한 다중 웰 PCR 형광 측정 장치(100)는 광원에서 시간차를 두고 출력된 여기광을 광섬유를 이용하여 다중 웰 PCR 튜브에 개별 입사시키고, 여기광에 대응하여 발생된 형광을 광섬유를 통해 수신하되, 여기광의 시간차 정보와 형광을 동기화시켜 1개의 광센서를 이용하여 수신할 수 있도록 광원(110)과, 갈바노 미러(120, 121)와, 스캔 렌즈(130)와, 콜리메이션 렌즈(131)와, 빔 스플리터(140)와, 다중 웰 PCR 모듈(150)과, 형광 필터(160)와, 1차원 광센서(170)와, 여기광 필터(180)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIGS. 2 to 5, a multi-well PCR fluorescence measurement device (100) using a one-dimensional optical sensor according to an embodiment of the present invention may include a light source (110), a galvano mirror (120, 121), a scan lens (130), a collimation lens (131), a beam splitter (140), a multi-well PCR module (150), a fluorescence filter (160), a one-dimensional optical sensor (170), and an excitation light filter (180) to individually incident excitation light output from a light source with a time difference onto a multi-well PCR tube using an optical fiber, and to receive fluorescence generated in response to the excitation light through the optical fiber, but to synchronize the time difference information of the excitation light and the fluorescence so that they can be received using a single optical sensor.
상기 광원(110)은 일정 파장을 갖는 여기광을 출력하는 구성으로서, 예를 들어 400㎚ ~ 700㎚의 파장을 출력하는 LED(Light Emitting Diode), LD(Laser Diode) 또는 자외선 파장을 출력하는 UV LED 중 어느 하나로 구성될 수 있다.The above light source (110) is configured to output excitation light having a certain wavelength, and may be configured as, for example, any one of an LED (Light Emitting Diode), an LD (Laser Diode) that outputs a wavelength of 400 nm to 700 nm, or a UV LED that outputs an ultraviolet wavelength.
또한, 상기 광원(110)은 여기광을 일정 시간차 간격으로 순차 출력하여 각 여기광에 대하여 구분될 수 있도록 구성할 수 있다.In addition, the light source (110) can be configured to sequentially output the excitation light at regular time intervals so that each excitation light can be distinguished.
상기 갈바노 미러(120, 121)는 광원(110)에서 출력된 여기광을 상기 시간차에 따라 각도를 조절하며 반사한다.The above galvanic mirror (120, 121) reflects the excitation light output from the light source (110) at an angle adjusted according to the time difference.
상기 스캔 렌즈(130)는 갈바노 미러(120, 121)에서 반사된 여기광을 입사 각도에 관계없이 평행광으로 출력하는 구성으로서, 에프세타 렌즈(F-theta lens) 또는 텔레센트릭 렌즈(Telecentric lens) 중 하나로 이루어질 수 있다.The above scan lens (130) is configured to output the excitation light reflected from the galvano mirror (120, 121) as parallel light regardless of the incident angle, and may be formed of either an F-theta lens or a telecentric lens.
상기 콜리메이션 렌즈(131)는 스캔 렌즈(130)에서 집광된 여기광을 평행광으로 변환하여 빔 스플리터(140)로 출력한다.The above collimation lens (131) converts the excited light collected by the scan lens (130) into parallel light and outputs it to the beam splitter (140).
상기 빔 스플리터(140)는 콜리메이션 렌즈(131)로부터 출력되는 평행광, 즉 여기광을 측정 시료가 포함된 다중 웰 PCR 모듈(150)로 반사한다.The above beam splitter (140) reflects parallel light, i.e., excitation light, output from the collimation lens (131) to the multi-well PCR module (150) containing the measurement sample.
또한, 상기 빔 스플리터(140)는 갈바노 미러(120, 121)에서 조절된 각도에 기반하여 평행광을 반사하되, 상기 반사된 평행광이 m×n 크기로 배열된 측정 시료 튜브(152)와 대응하여 설치된 광섬유(151)에 각각 입사되도록 한다.In addition, the beam splitter (140) reflects parallel light based on an angle adjusted by a galvano mirror (120, 121), and causes the reflected parallel light to be incident on optical fibers (151) installed corresponding to measurement sample tubes (152) arranged in a size of m×n.
즉, 상기 빔 스플리터(140)는 광원(110)에서 시간차를 두고 출력되는 여기광이 광섬유(151)에 각각 순차적으로 입사되도록 한다.That is, the beam splitter (140) allows the excitation light output from the light source (110) with a time difference to be sequentially incident on the optical fiber (151).
또한, 상기 빔 스플리터(140)는 다중 웰 PCR 모듈(150)로부터 발생되는 형광을 투과시켜 1차원 광센서(160)로 출력하는 구성으로서, 다이크로익 미러(Dichroic mirror)로 이루어질 수 있다.In addition, the beam splitter (140) is configured to transmit fluorescence generated from a multi-well PCR module (150) and output it to a one-dimensional light sensor (160), and may be formed of a dichroic mirror.
상기 다중 웰 PCR 모듈(150)은 빔 스플리터(140)에서 반사되는 여기광을 측정 시료 튜브(152)로 각각 전달하고, 상기 측정 시료 튜브(152)에 수용된 측정 시료에서 상기 여기광에 의해 발생되는 형광을 상기 빔 스플리터(140)로 전달하는 구성으로서, 광섬유(151)와 측정 시료 튜브(152)를 포함하여 구성될 수 있다.The above multi-well PCR module (150) is configured to transmit the excitation light reflected from the beam splitter (140) to each measurement sample tube (152), and transmit the fluorescence generated by the excitation light from the measurement sample contained in the measurement sample tube (152) to the beam splitter (140), and may be configured to include an optical fiber (151) and a measurement sample tube (152).
상기 광섬유(151)는 m×n 크기로 배열된 측정 시료 튜브(152)에 각각 대응하여 설치될 수 있다.The above optical fibers (151) can be installed corresponding to each measurement sample tube (152) arranged in m×n size.
또한, 상기 광섬유(151)는 빔 스플리터(140)에서 반사되는 여기광이 측정 시료 튜브(152)에 각각 입사되도록 한다.In addition, the optical fiber (151) allows the excitation light reflected from the beam splitter (140) to be incident on each of the measurement sample tubes (152).
또한, 상기 광섬유(151)는 측정 시료튜브(152)에서 발생된 형광이 입사되면 빔 스플리터(140)로 출력되도록 한다.In addition, the optical fiber (151) causes the fluorescence generated from the measurement sample tube (152) to be output to the beam splitter (140) when it is incident thereon.
상기 측정 시료 튜브(152)는 m×n 크기(예를 들어 48-웰, 96-웰 등)로 배열되고, 광섬유(151)의 말단부에 설치되어 측정 시료가 수용될 수 있도록 일측이 개구된 수용 공간을 형성한다.The above measurement sample tube (152) is arranged in an m×n size (e.g., 48-well, 96-well, etc.) and is installed at the end of an optical fiber (151) to form a receiving space with one side open so that a measurement sample can be received.
상기 형광 필터(160)는 빔 스플리터(140)와 1차원 광센서(170) 사이에 설치되고, 측정 시료 튜브(152)의 측정 시료에서 발생된 형광은 상기 1차원 광센서(170)로 투과시키며, 광원(110)에 출력된 여기광은 상기 1차원 광센서(170)로 투과되는 것을 차단하는 구성으로서, 밴드 패스 필터로 이루어질 수 있다.The above fluorescence filter (160) is installed between the beam splitter (140) and the one-dimensional light sensor (170), and is configured to transmit fluorescence generated from the measurement sample in the measurement sample tube (152) to the one-dimensional light sensor (170), while blocking the excitation light output from the light source (110) from being transmitted to the one-dimensional light sensor (170), and may be formed of a band pass filter.
또한, 상기 형광 필터(160)와 1차원 광센서(170) 사이에는 형광 필터(160)와 일정 거리 이격되어 보조 형광 필터(161)가 추가 설치될 수도 있다.Additionally, an auxiliary fluorescent filter (161) may be additionally installed between the fluorescent filter (160) and the one-dimensional light sensor (170) at a certain distance from the fluorescent filter (160).
상기 보조 형광 필터(161)는 형광 필터(160)를 통해 대부분의 여기광이 차단되지만, 상기 형광 필터(160)를 투과한 일부의 여기광이 1차원 광센서(170)로 투과되는 것을 차단한다.The above auxiliary fluorescence filter (161) blocks most of the excitation light through the fluorescence filter (160), but blocks some of the excitation light that has passed through the fluorescence filter (160) from passing through the one-dimensional light sensor (170).
또한, 상기 보조 형광 필터(161)는 형광 필터(160)와 평행하게 설치될 수도 있고, 상기 형광 필터(160)와 일정 각도를 갖도록 틸팅되어 설치될 수도 있다.Additionally, the auxiliary fluorescent filter (161) may be installed parallel to the fluorescent filter (160) or may be installed tilted to have a certain angle with the fluorescent filter (160).
그러나, 상기 보조 형광 필터(161)가 형광 필터(160)와 평행하게 설치될 경우, 상기 형광 필터(160)를 투과한 여기광이 보조 형광 필터(161)에 의해 차단되어 무한 반사가 발생할 수 있어서, 상기 보조 형광 필터(161)는 형광 필터(160)와 일정 각도로 틸팅되어 설치되는 것이 바람직하다.However, when the auxiliary fluorescent filter (161) is installed parallel to the fluorescent filter (160), the excitation light transmitted through the fluorescent filter (160) may be blocked by the auxiliary fluorescent filter (161), resulting in infinite reflection. Therefore, it is preferable that the auxiliary fluorescent filter (161) be installed tilted at a certain angle relative to the fluorescent filter (160).
상기 1차원 광센서(170)는 형광 필터(160)와 보조 형광 필터(161)를 투과한 형광을 순차적으로 수신하는 구성으로서, 다수의 포토 다이오드들의 어레이 및 광전자증배관(Photomultiplier Tube, PMT)로 구성될 수 있다.The above one-dimensional light sensor (170) is configured to sequentially receive fluorescence passing through a fluorescence filter (160) and an auxiliary fluorescence filter (161), and may be configured with an array of a plurality of photodiodes and a photomultiplier tube (PMT).
즉, 상기 1차원 광센서(170)는 도3과 같이, 광원(110)에서 시간차 간격으로 순차 출력된 여기광(O1, O2, O3 …)에 대응하여 도4와 같이, 측정 시료 튜브(152)에서 발생된 형광(R1, R2, R3 …)을 순차적으로 수신한다.That is, the above one-dimensional light sensor (170) sequentially receives fluorescence (R1, R2, R3, etc.) generated in the measurement sample tube (152), as shown in FIG. 4, in response to the excitation light (O1, O2, O3, etc.) sequentially output at time intervals from the light source (110), as shown in FIG. 3.
또한, 상기 1차원 광센서(170)는 형광에 의해 발생되는 신호를 시간적인 여기광의 시간 정보와 동기화시켜 도5와 같이 개별 2차원 맵으로 변환함으로써, 각 신호에 대한 구분을 통해 공간 분해능을 가질 수 있게 하고, 2차원 형광 데이터의 측정이 가능할 수 있도록 한다.In addition, the above one-dimensional optical sensor (170) converts a signal generated by fluorescence into an individual two-dimensional map as shown in Fig. 5 by synchronizing it with the time information of temporal excitation light, thereby enabling spatial resolution through distinction of each signal and enabling measurement of two-dimensional fluorescence data.
상기 여기광 필터(180)는 스캔 렌즈(130)와 빔 스플리터(140) 사이에 설치되고, 광원(110)에서 출력된 측정 시료 튜브(152)에 포함된 형광 염료를 여기시키기 위한 파장을 갖는 여기광만을 투과시키는 구성으로서, 밴드 패스 필터로 구성될 수 있다.The above-mentioned excitation light filter (180) is installed between the scan lens (130) and the beam splitter (140), and is configured to transmit only the excitation light having a wavelength for exciting the fluorescent dye contained in the measurement sample tube (152) output from the light source (110), and may be configured as a band pass filter.
따라서, 광원에서 시간차를 두고 출력된 여기광을 광섬유를 이용하여 다중 웰 PCR 튜브에 개별 입사시키고, 여기광에 대응하여 발생된 형광을 광섬유를 통해 수신하되, 여기광의 시간차 정보와 형광을 동기화시켜 1개의 광센서를 이용하여 수신함으로써, 1개의 광센서를 이용하여 2차원의 공간 분해능을 갖는 형광 데이터로 제공할 수 있게 된다.Therefore, by individually incident excitation light output from a light source with a time difference onto a multi-well PCR tube using an optical fiber, and receiving the fluorescence generated in response to the excitation light through an optical fiber, and synchronizing the time difference information of the excitation light and the fluorescence and receiving them using a single optical sensor, it is possible to provide fluorescence data with two-dimensional spatial resolution using a single optical sensor.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, it will be understood by those skilled in the art that the present invention can be variously modified and changed within the scope and spirit of the present invention as set forth in the claims below.
또한, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 도면번호는 설명의 명료성과 편의를 위해 기재한 것일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.In addition, the drawing numbers described in the patent claims of the present invention are only described for the sake of clarity and convenience of explanation and are not limited thereto, and in the process of explaining the embodiments, the thickness of lines and the sizes of components depicted in the drawings may be exaggerated for the sake of clarity and convenience of explanation.
또한, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, the terms described above are terms defined in consideration of their functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the interpretation of these terms should be made based on the contents throughout this specification.
또한, 명시적으로 도시되거나 설명되지 아니하였다 하여도 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 본 발명에 의한 기술적 사상을 포함하는 다양한 형태의 변형을 할 수 있음은 자명하며, 이는 여전히 본 발명의 권리범위에 속한다. In addition, even if not explicitly illustrated or described, it is obvious that a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains can make various modifications including technical ideas of the present invention from the description of the present invention, and this still falls within the scope of the rights of the present invention.
또한, 첨부하는 도면을 참조하여 설명된 상기의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 기술된 것이며 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예에 국한되지 아니한다.In addition, the above embodiments described with reference to the attached drawings are described for the purpose of explaining the present invention, and the scope of the rights of the present invention is not limited to these embodiments.
100 : 형광 측정 장치
110 : 광원
120, 121 : 갈바노 미러
130 : 스캔 렌즈
131 : 콜리메이션 렌즈
140 : 빔스플리터
150 : 다중 웰 PCR 모듈
151 : 광섬유
152 : 측정 시료 튜브
160 : 형광 필터
161 : 보조 형광 필터
170 : 1차원 광센서
180 : 여기광 필터100 : Fluorescence measuring device
110 : Light source
120, 121: Galvano Mirror
130 : Scan Lens
131 : Collimation lens
140 : Beam splitter
150 : Multi-well PCR module
151 : Optical Fiber
152 : Measurement sample tube
160 : Fluorescent filter
161 : Auxiliary Fluorescent Filter
170 : 1D optical sensor
180 : Here light filter
Claims (6)
상기 시간차 간격으로 출력된 여기광을 상기 시간차에 따라 반사 각도를 조절하여 반사하는 갈바노 미러(120, 121);
상기 반사된 여기광을 집광하는 스캔 렌즈(130);
상기 스캔 렌즈(130)에서 집광된 여기광을 평행광으로 출력하는 콜리메이션 렌즈(131);
상기 콜리메이션 렌즈(131)로부터 평행광으로 출력되는 여기광을 측정 시료가 포함된 다중 웰 PCR 모듈(150)로 반사하고, 상기 갈바노 미러(120, 121)에서 조절된 각도에 기반하여 평행광을 반사하되, 상기 반사된 평행광이 광섬유(151)에 각각 입사되도록 하며, 상기 다중 웰 PCR 모듈(150)로부터 발생되는 형광을 투과시켜 1차원 광센서(170)로 출력하는 빔 스플리터(140);
m×n 크기로 배열된 측정 시료 튜브(152)와 각각 대응하여 설치되고, 상기 빔 스플리터(140)에서 반사되는 여기광이 상기 측정 시료 튜브(152)에 개별 입사되도록 하며, 상기 측정 시료튜브(152)에서 발생된 형광이 입사되면 상기 빔 스플리터(140)로 출력되도록 하는 광섬유(151)와, m×n 크기로 배열되고 상기 광섬유(151)의 말단부에 설치되어 측정 시료가 수용될 수 있도록 일측이 개구된 측정 시료 튜브(152)를 구비한 다중 웰 PCR 모듈(150);
상기 빔 스플리터(140)와 1차원 광센서(170) 사이에 설치되어 여기광을 차단하는 형광 필터(160); 및
1개의 광센서로 구성되어 상기 광원(110)에서 시간차 간격으로 구분되어 순차 출력된 여기광(O1, O2, O3)에 대응하여 상기 측정 시료 튜브(152)에서 발생된 형광(R1, R2, R3)을 순차적으로 수신하되, 상기 형광에 의해 발생되는 신호와 상기 여기광의 시간 정보를 동기화시켜 2차원 맵으로 변환한 2차원 형광 데이터가 출력되도록 동작하는 1차원 광센서(170);를 포함하는 1차원 광센서를 이용한 다중 웰 PCR 형광 측정 장치.A light source (110) that sequentially outputs light at regular time intervals;
A galvano mirror (120, 121) that reflects the excitation light output at the above time difference interval by adjusting the reflection angle according to the above time difference;
A scan lens (130) that collects the reflected excitation light;
A collimation lens (131) that outputs the excited light collected by the above scan lens (130) as parallel light;
A beam splitter (140) that reflects the excitation light output as parallel light from the collimation lens (131) to a multi-well PCR module (150) containing a measurement sample, reflects the parallel light based on an angle adjusted by the galvano mirror (120, 121), and causes the reflected parallel light to be incident on an optical fiber (151), respectively, and transmits the fluorescence generated from the multi-well PCR module (150) to be output to a one-dimensional optical sensor (170);
A multi-well PCR module (150) having an optical fiber (151) that is installed to correspond to each of the measurement sample tubes (152) arranged in a size of m×n and allows the excitation light reflected from the beam splitter (140) to be individually incident on the measurement sample tubes (152) and allows the fluorescence generated in the measurement sample tubes (152) to be output to the beam splitter (140) when incident, and a measurement sample tube (152) that is arranged in a size of m×n and is installed at the end of the optical fiber (151) and has one side open so that a measurement sample can be received;
A fluorescent filter (160) installed between the above beam splitter (140) and the one-dimensional optical sensor (170) to block the excitation light; and
A multi-well PCR fluorescence measurement device using a one-dimensional optical sensor, comprising: a one-dimensional optical sensor (170) configured to sequentially receive fluorescence (R1, R2, R3) generated in the measurement sample tube (152) in response to excitation light (O1, O2, O3) sequentially output at time intervals from the light source (110) and configured to synchronize a signal generated by the fluorescence with the time information of the excitation light so that two-dimensional fluorescence data converted into a two-dimensional map is output.
상기 다중 웰 PCR 형광 측정 장치는 콜리메이션 렌즈(131)와 빔 스플리터(140) 사이에 설치되어 여기광을 투과시키는 여기광 필터(180);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 1차원 광센서를 이용한 다중 웰 PCR 형광 측정 장치.In paragraph 1,
A multi-well PCR fluorescence measurement device using a one-dimensional optical sensor, characterized in that the above multi-well PCR fluorescence measurement device further includes an excitation light filter (180) installed between a collimation lens (131) and a beam splitter (140) to transmit excitation light.
상기 다중 웰 PCR 형광 측정 장치는 형광 필터(160)와 1차원 광센서(170) 사이에 설치되어 상기 형광 필터(160)를 투과한 일부의 여기광을 차단하는 보조 형광 필터(161);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 1차원 광센서를 이용한 다중 웰 PCR 형광 측정 장치.In claim 1 or 2,
A multi-well PCR fluorescence measurement device using a one-dimensional optical sensor, characterized in that the above multi-well PCR fluorescence measurement device further includes an auxiliary fluorescence filter (161) installed between the fluorescence filter (160) and the one-dimensional optical sensor (170) to block some of the excitation light transmitted through the fluorescence filter (160).
상기 보조 형광 필터(161)는 형광 필터(160)와 보조 형광 필터(151) 사이에 여기광의 무한 반사를 방지하도록 상기 형광 필터(160)와 일정 각도로 틸팅된 것을 특징으로 하는 1차원 광센서를 이용한 다중 웰 PCR 형광 측정 장치.In paragraph 4,
A multi-well PCR fluorescence measurement device using a one-dimensional optical sensor, characterized in that the auxiliary fluorescence filter (161) is tilted at a certain angle with respect to the fluorescence filter (160) to prevent infinite reflection of excitation light between the fluorescence filter (160) and the auxiliary fluorescence filter (151).
상기 스캔 렌즈(130)는 에프세타 렌즈(F-theta lens) 또는 텔레센트릭 렌즈(Telecentric lens) 중 하나인 것을 특징으로 하는 1차원 광센서를 이용한 다중 웰 PCR 형광 측정 장치.In claim 1 or 2,
A multi-well PCR fluorescence measurement device using a one-dimensional optical sensor, characterized in that the above scan lens (130) is either an F-theta lens or a telecentric lens.
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