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KR100404071B1 - 백색광 ｓｐｒ을 이용한 단백질 칩 분석장치 - Google Patents

백색광 ｓｐｒ을 이용한 단백질 칩 분석장치 Download PDF

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KR100404071B1
KR100404071B1 KR10-2001-0034288A KR20010034288A KR100404071B1 KR 100404071 B1 KR100404071 B1 KR 100404071B1 KR 20010034288 A KR20010034288 A KR 20010034288A KR 100404071 B1 KR100404071 B1 KR 100404071B1
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Abstract

본 발명은 백색광 ＳＰＲ을 이용한 단백질 칩 분석장치에 관한 것으로, 특히 백색광 광원(10)과, 상기 백색광 광원(10)에서 나온 빛을 평행한 광선으로 정렬시키는 복수개의 렌즈, 거울 또는 광학적 소자로 이루어진 광유도부(20)와, 상기 광유도부(20)를 거친 평행광선을 P파 편광으로 바꿔주는 편광기(30)와, 상기 편광기(30)를 거쳐 만들어진 P파 편광을 단백질 칩 홀더(50)위에 지지된 단백질 칩(60)에 소정의 각도로 굴절시켜 입사시키는 입사부(40)와, 상기 입사부(40)를 통하여 단백질 칩(60)에 입사되어 소정각도로 반사되어 나오는 빛을 광파이버(70)를 통하여 집광하여 평면 결상으로 분광하는 분광기(80)와, 상기 분광된 빛을 검출하는광 배열검출기(81) 및 상기광 배열검출기(81)에서 검출된 광데이터를 분석처리하는 컴퓨터(90)로 구성되어, 백색광 광원에서 나오는 빛을 소형 다중행렬 배열칩에 입사시켜 유전체와 금속박막 사이의 경계면에서 굴절율 차이에 의해 반사되는 빛을 분광기에서 분광하고, 광검출기로 측정하여 표면 플라즈몬 공명파장을 측정분석함으로써 단백질, 게놈 등 생체고분자의 결합 및 생체반응을 실시간으로 정량분석할 수 있다.

Description

백색광 ＳＰＲ을 이용한 단백질 칩 분석장치{ Apparatus for protein chip analysis using a white-light SPR}
본 발명은 소형 다중배열 단백질 칩의 분석장치에 관한 것으로, 특히 백색광 광원에서 나오는 빛을 소형 다중 배열칩에 입사시켜 유전체와 금속박막 사이의 경계면에서 굴절율 차이에 의해 반사되는 빛을 분광기에서 분광하고, 광검출기로 측정하여 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance, 이하 간단히 'SPR'이라 한다)파장을 측정분석함으로써 단백질, 게놈 등 생체고분자의 결합 및 생체반응을 실시간으로 정량분석하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 빛이 고굴절율의 매질에서 저굴절율 매질로 진행할 때 입사각이 임계각 이상이면 전반사가 일어나는 데, 진행하는 빛이 특히 P파 편광이고, 고굴절율 매질이 유전체이며, 저굴절율 매질이 금속박막으로 된 광학계에서는 입사각이 임계각 이상임에도 불구하고 특정각도에서 전반사가 갑자기 줄어드는 현상을 SPR현상이라 한다. 상기 SPR현상은 금속박막에서 표면의 자유전자가 전자기파(빛)하에서 플라즈마 운동을 하게 되고, 이의 양자량인 플라즈몬이 공명에 의하여 빛의 파동에너지가 플라즈몬에 전달되어 빛이 소진되기 때문에 일어나게 된다.
따라서 특정 공명현상에는 입사되는 빛의 파장, 입사각, 금속박막의 두께, 각 매질의 광학 굴절율 등이 변수로서 작용하므로, SPR현상이 일어나는 각 변수들의 미시적 소량변화에 따른 공명현상의 변화를 측정하는 장치는 여러 종류의 과학적 분석장치로 응용될 수 있다.
이에 본 발명은 상기 SPR현상을 이용하여 금속박막으로 된 단백질 칩의 표면에서 일어나는 단백질 등과 같은 생체고분자의 생화학적 반응 및 그 결과를 실시간으로 정량분석할 수 있는 단백질 칩 분석장치를 제공함에 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 단백질 칩 분석장치의 개략적인 구성을 도시한 개략도,
도 2는 본 발명의 단백질 칩 분석장치의 개략적인 구성을 도시한 장치 구성도로서, (a)는 평면도, (b)는 정면도,
도 3은 본 발명의 단백질 칩 분석장치가 분석하여 모니터상에 디스플레이한 하나의 결과 그래프,
도 4는 본 발명의 단백질 칩 분석장치에서 다중행렬 배열 단백질 칩 실시간 분석장치의 구성에 대한 일 실시예,
도 5는 본 발명의 단백질 칩 분석장치에서 칩 홀드의 2차원 이동을 이용한 다중행렬 배열 단백질 칩 분석장치의 구성에 대한 다른 실시예이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
10: 백색광 광원 20: 광유도부
30: 편광기 40: 입사부
50: 단백질 칩 홀더 60: 단백질 칩
61: 단위 칩 70: 광파이버(Fiber)
80: 분광기 81: 광 배열검출기
90: 컴퓨터
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 백색광 광원(10)과, 상기 백색광 광원(10)에서 나온 빛을 평행한 광선으로 정렬시키는 렌즈, 거울 또는 광학적 소자로 이루어진 광유도부(20)와, 상기 광유도부(20)를 거친 평행광선을 P파 편광으로 바꿔주는 편광기(30)와, 상기 편광기(30)를 거쳐 만들어진 P파 편광을 단백질 칩 홀더(50)위에 지지된 단백질 칩(60)에 소정의 각도로 굴절시켜 입사시키는 입사부(40)와, 상기 입사부(40)를 통하여 단백질 칩(60)에 입사되어 소정각도로 반사되어 나오는 빛을 광파이버(70)를 통하여 집광하여 평면 결상으로 분광하는 분광기(80)와, 상기 분광된 빛을 검출하는광 배열검출기(81)로 구성된다
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 개략적인 구성을 도시한 개념도이다. 본 발명에 따른 단백질 칩 분석장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 텅스텐램프, 텅스텐할로겐램프, 제논램프 등과 같은 백색광 광원(10)을 포함하고, 상기 백색광 광원(10)에서 나온 빛은 복수개의 렌즈, 거울 또는 광학적 소자로 이루어진 광유도부(20)를 거치면서 평행한 광선으로 정렬된다. 상기 광유도부(20)를 거친 평행광선은 필터와 같은 편광기(30)를 거치면서 P파 편광으로 바꿔지게 된다. 상기 편광기(30)를 거쳐 만들어진 P파 편광은 프리즘 등과 같은 입사부(40)를 거치면서 단백질 칩 홀더(50)위에 지지된 단백질 칩(60)에 소정의 입사각으로 입사된다.
상기 입사부(40)를 통하여 P파 편광을 받는 단백질 칩(60)은 단백질 칩 홀더(50)위에 얹혀져 지지되는 데, 이러한 단백질 칩(60)은 0.1~10mm 정도의 소형 단위 칩(61)들이 슬라이드유리와 같은 유전체의 평면상에 적어도 2열 이상의 복수행렬로 배열되는 금속박막이 증착된 구성의 소형 다중행렬 배열칩이다.
상기와 같은 단백질 칩(60)에 P파 편광이 소정의 입사각으로 입사되면 각 단위칩(61)들에서 반사되는 빛은 서로 각각 다른 광학적 특성을 가진다.
상기 단백질 칩(60)의 각 단위 칩(61)에서 반사되어 나오는 빛은 광파이버(70)를 통하여 집광되어 그레이팅(grating) 분광기(80)에서 평면 결상으로 분광된다. 상기 그레이팅 분광기(80)는 분광의 입구 슬릿에 광파이버를 넣고, 내부에 그레이팅을 광소자를 이용하여 분광한 것이다.
본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이 각 단위 칩(61)에서 분광되어 나오는 빛을 복수 가닥의 광파이버(70)로 각각 집광하게 할 수도 있고, 도 5에 도시된 바와 같이, 집광하는 광파이버(70)는 1가닥을 사용하고, 단백질 칩(60)을 얹어 지지하는 단백질 칩 홀더(50)를 평면상에서 구동장치(도시안됨)로써 전후좌우방향로 이동시켜가면서 단위 칩(61)마다의 반사빛을 1가닥의 광파이버(70)로 집광하게 할 수도 있다.
이렇게 측정하고자 하는 단백질 칩의 단위칩 갯수만큼 광파이버를 사용하는 경우에는 실시간으로 단백질칩을 측정할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 분광기(80)를 통하여 분광되어 나오는 각 단위칩(61)의 빛은 광검출기(81)에서 분석된다. 상기 광검출기(81)는 CCD 혹은 배열(array) 광다이오드 등으로 이루어진광 배열검출기를 사용하면 실시간으로 분광하여 측정할 수 있다.
또 상기 광검출기(81)에서 검출된 각 광데이터는 컴퓨터(90)에서 소정의 분석 소프트웨어를 통하여 분석되어 모니터를 통하여 도 3과 같은 그래프로 디스플레이된다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 단백질칩 분석장치는 유리와 금속박막의 단백질칩의 경계면에서 일어나는 '표면 플라즈몬 공명'현상(SPR)을 이용하여 단백질 칩의 표면에서 일어나는 단백질과 같은 생체고분자의 생화학적 반응에 따라 공명의 파장이 이동하게 되는 현상을 분광관측함으로써 단백질, 게놈 등 생체고분자의 생화학적 반응의 결합정도를 분석할 수 있다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 백색광 광원(10)과, 상기 백색광 광원(10)을 P파 편광으로 바꿔주는 편광기(30)와, 상기 편광기(30)를 거쳐 만들어진 P파 편광을 단백질 칩 홀더(50)위에 지지된 단백질 칩(60)에 소정의 각도로 굴절시켜 입사시키는 입사부(40)와, 상기 입사부(40)를 통하여 단백질 칩(60)에 입사되어 소정각도로 반사되어 나오는 빛을 광파이버(70)를 통하여 집광하여 평면 결상으로 분광하는 분광기(80)와, 상기 분광된 빛을 검출하는 광 배열검출기(81) 및 상기 광 배열검출기(81)에서 검출된 광데이터를 분석처리하는 컴퓨터(90)를 포함한 백색광 ＳＰＲ을 이용한 단백질 칩 분석장치에 있어서,상기 단백질 칩은 소형 단위 칩들이 평면상에서 복수개의 행렬로 배치되어 구성된 소형 다중행렬 배열 칩인 것을 특징으로 하는 백색광 ＳＰＲ을 이용한 단백질 칩 분석장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광파이버(70)는 가시광 영역의 빛을 집사하여 전송할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 백색광 ＳＰＲ을 이용한 단백질 칩 분석장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 분광기(80)는 분광의 입구 슬릿에 광파이버를 넣고, 내부에 그레이팅 광소자를 이용한 그레이팅 분광기인 광파이버 분광기로 된 것을 특징으로 하는 백색광 ＳＰＲ을 이용한 단백질 칩 분석장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 분광기(80)는 상기 단백질 칩의 각 단위 칩마다 반사되어 나오는 빛을 대응하는 복수개의 광파이버(70)로 각각 집광하여 분광하는 다중 광파이버 분광기(80)로 구성되어 실시간으로 측정분석되는 것을 특징으로 하는 백색광 ＳＰＲ을 이용한 단백질 칩 분석장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 분광기(80)는 1개의 광파이버와 1개의 분광기로 이루어지고, 상기 단백질 칩(60)의 각 단위칩(61)들에서 각각 반사되어 나온 복수개의 빛을 1개의 광파이버에서 집광하고 분광할 수 있도록 상기 단백질 칩(60)을 지지하는 단백질 칩 홀더(50)는 평면상에서 전후좌우로 이동 가능하게 설치되고, 상기 단백질 칩 홀더(50)는 모터 등과 같은 자동화 또는 수동 구동 수단에 의해 전후좌우로 이동되게 된 것을 특징으로 하는 백색광 ＳＰＲ을 이용한 단백질 칩 분석장치.
  8. 삭제
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