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KR20160131133A - Control method for portable algae detecting apparatus and portable algae detecting apparatus - Google Patents

Control method for portable algae detecting apparatus and portable algae detecting apparatus Download PDF

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KR20160131133A
KR20160131133A KR1020150062867A KR20150062867A KR20160131133A KR 20160131133 A KR20160131133 A KR 20160131133A KR 1020150062867 A KR1020150062867 A KR 1020150062867A KR 20150062867 A KR20150062867 A KR 20150062867A KR 20160131133 A KR20160131133 A KR 20160131133A
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dna
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light
sample
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손아정
김성훈
박성민
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이화여자대학교 산학협력단
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Abstract

A method to control a portable microalgae detecting device comprises: a step in which a DNA detecting device primarily radiates a laser beam to a sample solution, including a processed DNA, a first probe connected with a first quantum dot (QD) and combined with a first part of the DNA, and a second probe combined with a second part of the DNA for a set time of a timer; a step in which the DNA detecting device receives photons, emitted from the first and second QDs receiving the laser beam, in different photodiodes; a step in which the DNA detecting device secondarily radiates the laser beam to the sample solution by extending the set time of the timer if an output signal level of the photodiodes is less than a reference value; and a step in which the DNA detecting device conducts qualitative or quantitative analysis on a microalgae DNA by analyzing an output signal of the photodiodes if the output signal level is not less than the reference value.

Description

휴대형 미세조류 검출 장치를 제어하는 방법 및 휴대형 미세조류 검출 장치{CONTROL METHOD FOR PORTABLE ALGAE DETECTING APPARATUS AND PORTABLE ALGAE DETECTING APPARATUS}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a portable micro-algae detecting apparatus and a portable micro-algae detecting apparatus,

이하 설명하는 기술은 휴대형 미세조류 검출 장치 및 휴대형 DNA 검출 장치를 이용한 DNA 검출 방법에 관한 것이다.The technique described below relates to a portable micro-algae detecting device and a DNA detecting method using the portable DNA detecting device.

생화학물질을 분석하기 위한 방법으로 전기신호의 측정을 통하여 분석을 수행하는 전기화학적인 방법과 형광이나 화학발광 등과 같이 빛을 측정하여 분석을 수행하는 분광분석 방법 등이 일반적으로 사용된다. 이 중에서 빛을 사용하여 분석을 수행하는 분광분석 방법의 경우에 분석 감도가 우수하기 때문에 극미량의 생화학물질의 분석에 많이 사용되는 분석방법이다. A method for analyzing biochemical materials is generally used, such as an electrochemical method for performing analysis through measurement of electrical signals and a spectroscopic analysis method for performing analysis by measuring light such as fluorescence or chemiluminescence. Among these, spectroscopic analysis method which performs analysis using light is excellent in analytical sensitivity, and thus is an analytical method widely used for analysis of trace amounts of biochemical materials.

형광을 이용한 분석을 하기 위해서는 외부에서 분석 시료 용액에 빛을 조사해 준 후에 그 빛의 조사 경로의 직각인 각도에서 형광을 검출하여 분석을 수행한다. 시료가 방출하는 광을 분석하는 형광분광광도계(spectrofluorometer)와 같은 장치를 사용하여 물질 분석 내지 정량 분석을 수행하고 있다. 형광분광광도계는 특정 물질이 갖고 있는 고유의 광 특성을 이용하는 것이다.In order to perform fluorescence analysis, light is irradiated from the outside to the analytical sample solution, and fluorescence is detected at an angle perpendicular to the irradiation path of the light to perform analysis. And mass spectrometry or quantitative analysis is performed using a device such as a spectrofluorometer for analyzing the light emitted from the sample. A fluorescence spectrophotometer utilizes the inherent optical properties of a particular material.

미국공개특허 US2001-0028458호US Patent Publication No. US2001-0028458 미국등록특허 US5,500,536호U.S. Pat. No. 5,500,536

형광분광광도계는 실험실에 배치하여 물질 분석에 사용하는 것으로 장치의 크기가 크고, 가격이 높다. 형광분광광도계는 휴대가 어렵기 때문에 장치가 배치된 실험실에서만 특정 물질 분석에 사용된다.Fluorescence spectrophotometers are used in material analysis by placing them in laboratories. They are large in size and high in price. Since the fluorescence spectrophotometer is difficult to carry, it is used only for the specific material analysis in the laboratory where the device is placed.

이하 설명하는 기술은 분석하고자 하는 목표 물질을 형광물질로 탐침한 후 빛을 조사하여 방출하는 광자를 분석하는 물질 검출 장치를 제공하고자 한다. 이하 설명하는 기술은 형광물질이 탐침된 목표 물질을 분석할 수 있는 휴대형 분석 장치를 제공하고자 한다. 특히 이하 설명하는 기술은 휴대형 분석 장치의 에너지를 효율 적으로 사용하면서 미세 조류 DNA를 정성분석 또는/및 정량 분석할 수 있는 방법 내지 장치를 제공하고자 한다.A technique to be described below is to provide a substance detection apparatus for analyzing a photon that is irradiated with light after probing a target substance to be analyzed with a fluorescent substance. The technique described below is intended to provide a portable analyzer capable of analyzing a target material on which a fluorescent material is probed. In particular, the technique described below is intended to provide a method or apparatus for qualitative analysis and / or quantitative analysis of microalgae DNA while efficiently using the energy of a portable analyzer.

이하 설명하는 기술의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The solutions to the technical problems described below are not limited to those mentioned above, and other solutions not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

휴대형 미세조류 검출 장치를 제어하는 방법은 DNA 검출 장치가 전처리된 DNA, 형광 물질인 제1 QD(quantum dot)와 연결되고 DNA의 제1 부위에 결합하는 제 1프로브 및 제2 QD와 연결되고 DNA의 제2 부위에 결합하는 제2 프로브를 포함하는 샘플 용액에 타이머의 설정 시간 동안 레이저 광을 1차 조사하는 단계, DNA 검출 장치가 레이저 광을 받은 제1 QD 및 제2 QD로부터 방출되는 광자를 각각 서로 다른 포토다이오드로 수광하는 단계, DNA 검출 장치가 포토다이오드의 출력 신호 레벨이 기준값 미만인 경우 타이머의 설정 시간을 늘려서 샘픔 용역에 레이저 광을 2차 조사하는 단계 및 DNA 검출 장치가 출력 신호 레벨이 기준값 이상인 경우 포토다이오드의 출력 신호를 분석하여 미세조류 DNA의 정성 분석 또는 정량 분석을 수행하는 단계를 포함한다.A method for controlling a portable microalgae detecting apparatus includes a DNA probe connected to a pre-processed DNA, a first QD (quantum dot) that is a fluorescent material, a first probe that binds to a first site of DNA, Irradiating the sample solution containing the second probe with a laser beam for a set time of a timer for a set time of the timer, irradiating the first QD receiving the laser light and the photon emitted from the second QD A step in which the DNA detection device irradiates the laser light to the sample service by increasing the set time of the timer when the output signal level of the photodiode is lower than the reference value, And analyzing the output signal of the photodiode to perform qualitative analysis or quantitative analysis of the microalgae DNA when the value is equal to or more than the reference value.

DNA 검출 장치는 포토다이오드의 출력 신호 레벨이 기준값 미만인 경우 출력 신호 레벨이 기준값 이상이 되는 시점까지 반복적으로 타이머의 설정 시간을 기준 단위만큼 증가시키면서 레이저 광을 조사할 수 있다.The DNA detecting apparatus can irradiate the laser light while increasing the set time of the timer by the reference unit repeatedly until the output signal level becomes equal to or greater than the reference value when the output signal level of the photodiode is less than the reference value.

휴대형 미세조류 검출 장치는 형광물질이 부착된 DNA가 포함된 샘플이 위치하는 샘플 홀더, 타이머의 설정 시간 동안 샘플에 광을 조사하는 광원 장치, 광을 입력받은 샘플이 방출하는 광자를 수신하는 센서 장치 및 센서 장치의 출력 신호 레벨이 기준값 미만인 경우 타이머의 설정 시간을 늘리고 광원 장치가 샘플에 광을 조사하도록 제어하고, 출력 신호 레벨이 기준값 이상인 경우 센서 장치가 수신하는 광자의 파장 및 광자의 양을 기준으로 샘플에 포함된 미세조류 DNA를 정성 분석 또는 정량 분석하는 제어 회로를 포함한다.The portable microalgae detecting device includes a sample holder in which a sample containing DNA having a fluorescent substance is placed, a light source device that irradiates light to the sample during a set time of the timer, and a sensor device And controlling the light source device to irradiate the sample with light when the output signal level of the sensor device is less than the reference value, and controlling the light source device to irradiate the sample with light based on the wavelength of the photon and the amount of the photon received by the sensor device And a control circuit for qualitative analysis or quantitative analysis of the microalgae DNA contained in the sample.

제어 회로는 센서 장치의 출력 신호 레벨이 기준값 미만인 경우 출력 신호 레벨이 기준값 이상이 되는 시점까지 반복적으로 타이머의 설정 시간을 기준 단위만큼 증가시키면서 광을 조사하도록 광원 장치를 제어할 수 있다.The control circuit may control the light source device to repeatedly irradiate the light while increasing the set time of the timer by the reference unit until the output signal level becomes equal to or greater than the reference value when the output signal level of the sensor device is less than the reference value.

제어 회로는 출력 신호 레벨이 기준값 이상인 경우 센서 장치의 출력 신호 레벨을 복수회 측정하고 복수회 측정한 출력 신호 레벨의 평균값을 기준으로 분석을 수행할 수 있다.The control circuit can perform the analysis based on the average value of the output signal levels measured plural times and the output signal level of the sensor device plural times when the output signal level is equal to or higher than the reference value.

이하 설명하는 기술은 종래 형광분광광도계에 비하여 장치의 크기가 작고 가격이 저렴한 DNA 분석 장치를 제공한다. 나아가 이하 설명하는 기술은 휴대형 분석 장의 제한된 에너지를 효율적으로 사용하여 별도의 에너지 공급 없이 비교적 장시간 DNA 분석이 가능하다.The technology described below provides a DNA analyzer having a small size and low cost as compared with the conventional fluorescence spectrophotometer. Further, the technique described below efficiently utilizes the limited energy of the portable assay field and allows relatively long DNA analysis without additional energy supply.

이하 설명하는 기술의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the techniques described below are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 목표 DNA 및 QD에 대한 예시도이다.
도 2는 휴대형 미세조류 검출 장치의 구성을 도시한 블록도의 예이다.
도 3은 휴대형 미세조류 검출 장치의 구성을 도시한 블록도의 다른 예이다.
도 4는 휴대형 미세조류 검출 장치를 이용하여 DNA 분석을 하는 방법에 대한 순서도이다.
도 5는 휴대형 미세조류 검출 장치를 제어하는 방법에 대한 순서도의 예이다.
Figure 1 is an illustration of target DNA and QD.
2 is an example of a block diagram showing the configuration of a portable microalgae detecting apparatus.
3 is another example of a block diagram showing the configuration of a portable microalgae detecting apparatus.
4 is a flowchart of a method for DNA analysis using a portable microalgae detecting apparatus.
5 is an example of a flowchart for a method for controlling a portable microalgae detecting apparatus.

이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The following description is intended to illustrate and describe specific embodiments in the drawings, since various changes may be made and the embodiments may have various embodiments. However, it should be understood that the following description does not limit the specific embodiments, but includes all changes, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the following description.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, A, B, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, but may be used to distinguish one component from another . For example, without departing from the scope of the following description, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.As used herein, the singular " include "should be understood to include a plurality of representations unless the context clearly dictates otherwise, and the terms" comprises & , Parts or combinations thereof, and does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, components, components, or combinations thereof.

도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 본 명세서를 통해 설명되는 각 구성부들의 존재 여부는 기능적으로 해석되어야 할 것이며, 이러한 이유로 이하 설명하는 휴대형 미세조류 검출 장치를 제어하는 방법 내지 휴대형 미세조류 검출 장치의 구성은 이하 설명하는 기술의 목적을 달성할 수 있는 한도 내에서 대응하는 도면과는 상이해질 수 있음을 명확히 밝혀둔다.Before describing the drawings in detail, it is to be clarified that the division of constituent parts in this specification is merely a division by main functions of each constituent part. That is, two or more constituent parts to be described below may be combined into one constituent part, or one constituent part may be divided into two or more functions according to functions that are more subdivided. In addition, each of the constituent units described below may additionally perform some or all of the functions of other constituent units in addition to the main functions of the constituent units themselves, and that some of the main functions, And may be carried out in a dedicated manner. Therefore, the existence of each component described in the present specification should be interpreted as a function. For this reason, the configuration of the portable micro-algae detecting apparatus or the portable micro-algae detecting apparatus described below will be described with reference to the following description It is clear that it can be different from the corresponding drawings in the extent that the object can be achieved.

또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
Also, in performing a method or an operation method, each of the processes constituting the method may take place differently from the stated order unless clearly specified in the context. That is, each process may occur in the same order as described, may be performed substantially concurrently, or may be performed in the opposite order.

이하에서는 도면을 참조하면서 휴대형 미세조류 검출 장치를 제어하는 방법 내지 휴대형 미세조류 검출 장치에 관하여 구체적으로 설명하겠다. Hereinafter, a method for controlling a portable microalgae detecting device or a portable microalgae detecting device will be described in detail with reference to the drawings.

이하 설명하는 기술은 생물학적 물질 중에서 DNA를 검출하는 장치 내지 방법에 관한 것이다. 이하 설명하는 기술은 특히 전처리 및 후처리된 샘플 용액에서 DNA의 정성 분석 또는/및 정량 분석을 수행하는 휴대형 DNA 검출 장치에 관한 것이다. 이하 설명하는 기술은 휴대형 DNA 검출 장치가 적절하게 DNA 분석이 가능하다록 제어하는 방법에 관한 것이다.
The techniques described below relate to an apparatus or method for detecting DNA in a biological material. The technique described below relates to a portable DNA detection device that performs qualitative analysis and / or quantitative analysis of DNA, particularly in pre-treated and post-treated sample solutions. The technique described below relates to a method for controlling a portable DNA detection apparatus so that DNA analysis can be appropriately performed.

샘플 용액 준비Sample solution preparation

먼저 DNA(Deoxyribonucleic acid) 등이 포함되는 샘플 용액의 준비 과정에 대래 간략하게 설명하기로 한다. DNA 전처리 및 후처리 과정 중 필요한 부분에 대해서만 간략하게 설명하고자 한다.First, a preparation process of a sample solution including DNA (Deoxyribonucleic acid) will be described briefly. DNA pretreatment and post-processing are briefly described.

일반적으로 녹조는 여름철에 하천 등에서 발생하는 남조류(Cyanobacteria, blue-green algae)를 의미한다. 남조류 시료로부터 먼저 DNA를 추출해야 한다. DNA 추출 과정을 해당 분야에서 일반적으로 사용하는 다양한 기법을 사용할 수 있을 것이다. 분석할 수 있는 물질 내지 DNA의 종류가 제한되는 것은 아니나 이하 녹조 DNA를 예로들어 설명하기로 한다. 다만 이하 설명하는 기술은 녹조를 포함한 미세조류(algae) 뿐만 아니라 다른 생물의 DNA 검출에도 사용될 수 있다. Generally, green tide refers to cyanobacteria (blue-green algae) that occur in rivers in summer. DNA should first be extracted from cyanobacterial samples. A variety of techniques commonly used in the art may be used for the DNA extraction process. The types of substances or DNAs that can be analyzed are not limited, but will be described below by way of example of green alga DNA. However, the technique described below can be used not only for microalgae including algae but also for DNA detection of other organisms.

추출한 DNA는 상보적인 두 가닥이 염기쌍의 수소 결합을 갖고 있으므로, DNA 검출을 위해서는 먼저 두 가닥의 결합을 한 가닥(denatured DNA)으로 만들어야 한다. 도 1은 목표 DNA 및 QD에 대한 예시도이다. 도 1에서 타겟(Target) DNA는 현재 한 가닥으로 처리된 상태이다. Since the complementary two strands of the extracted DNA have a base pair of hydrogen bonds, DNA must first be bound to two strands of DNA (denatured DNA). Figure 1 is an illustration of target DNA and QD. In FIG. 1, the target DNA is currently treated with one strand.

이하 설명하는 기술에서 형광 물질은 QD(quantum dot)을 사용한다. QD는 다양한 분야에서 사용되고 있는 나노 크리스탈(nanocrystal) 물질이다. QD는 일반적으로 반도체 물질로 만든 나노 크기(1~250nm)의 직경을 갖는 소자를 의미한다. 도 1에서는 구(sphere) 모양의 QD를 도시하였으나 사실 다양한 모양을 가질 수도 있을 것이다. DNA 검출을 위하여 QD는 형광성(fluorescence)을 갖는 물질로 구성되거나 형광 물질을 포함한다. In the technique described below, the fluorescent material uses a quantum dot (QD). QD is a nanocrystal material used in various fields. QD generally refers to a device made of a semiconductor material and having a nanometer-sized (1 to 250 nm) diameter. In FIG. 1, a spherical QD is shown, but it may have various shapes. For DNA detection, the QD is composed of a substance having fluorescence or contains a fluorescent substance.

도 1에서는 두 개의 QD가 사용된 예를 도시하였고, 두 개의 QD는 서로 다른 프로브(probe) DNA에 결합한 상태를 도시하였다. 제1 프로브 DNA에 결합한 QD655는 빛이 조사되면 660nm(붉은색) 파장의 광자를 주로 방출하는 형광물질에 해당하면, 제2 프로브 DNA에 결합하는 QD565는 주로 540nm(녹색) 파장의 광자를 방출하는 형광물질이다. 도 1에서는 두 개의 QD가 사용된 예를 들었고, 각 QD는 특정 파장의 형광물질이라고 설명하였다. 그러나 실제 DNA 검출을 위해서는 적어도 2개의 QD가 사용될 수 있고, 다른 파장의 광자를 방출하는 형광물질이 사용될 수 있다. 다만 설명의 편의를 위해 보다 명확하게 대비되는 붉은색 파장과 녹색 파장을 예로 든 것이다. FIG. 1 shows an example in which two QD's are used, and two QD's are bound to different probe DNAs. When QD 655 bound to the first probe DNA corresponds to a fluorescent material mainly emitting 660 nm (red) wavelength photons, the QD 565 bound to the second probe DNA mainly emits 540 nm (green) Emitting fluorescent material. In Fig. 1, two QDs are used, and each QD is a fluorescent material of a specific wavelength. However, for actual DNA detection, at least two QDs can be used, and fluorescent materials emitting photons of different wavelengths can be used. However, for the sake of explanation, red wavelength and green wavelength are contrasted more clearly.

QD565는 QD보다 큰 크기를 갖는 MB(magnetic bead)에 결합된 형태를 도시하였다. MB는 자성을 갖는 물질이고, QD565는 MB를 감싸는 형태 또는 다양한 형태로 MB와 결합하면 충분하다. MB는 DNA 검출 과정에서 목표 DNA를 샘플의 다른 DNA 또는 다른 물질로부터 분리하기 위해 사용한다. QD 565 shows a form coupled to a magnetic bead (MB) having a size larger than QD. MB is a material with magnetic properties, and QD 565 is sufficient to bind MB in its surrounding form or in various forms. MB is used to separate the target DNA from other DNA or other substances in the sample during the DNA detection process.

샘플 용액에는 완충용액, QD565-MB-제2 프로브 DNA 복합체, QD655-제1 프로브 복합체, 목표 DNA 등이 포함된다. 목표 DNA의 상보적 부위에 각 프로브가 결합하였다고 전제한다. 이후 샘플 용액의 위치에 자기장을 발생시키면 자성을 갖는 MB가 자기장을 따라 일정한 영역으로 이동하게 된다. 결국 목표 DNA가 샘플 용액에서 특정한 영역에 집중적으로 위치하게 된다. 이후 상기 특정한 영역에 위치한 샘플을 수집하여 수집한 샘플을 대상으로 DNA 검출과정을 거칠 수 있다. 또는 후술하겠지만 경우에 따라서는 자기장 발생을 통해 DNA 시료 집중이라는 과정을 휴대형 DNA 검출 장치에서 수행할 수도 있을 것이다. 이 경우 목표 DNA가 집중된 영역에 빛이 조사될 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다.The sample solution includes buffer solution, QD 565 -MB-second probe DNA complex, QD 655 -first probe complex, target DNA and the like. It is assumed that each probe binds to the complementary site of the target DNA. Then, when a magnetic field is generated at the position of the sample solution, the MB having magnetism moves to a certain region along the magnetic field. Eventually, the target DNA is concentrated in a specific region in the sample solution. Thereafter, a sample located in the specific region is collected, and the collected DNA can be subjected to a DNA detection process. As will be described later, in some cases, the process of concentrating DNA samples through magnetic field generation may be performed in a portable DNA detecting device. In this case, it may be desirable to allow light to be irradiated onto the region where the target DNA is concentrated.

이하 설명의 편의를 위해 MB와 결합하여 목표 DNA 추출 및 검출에 관여하는 프로브를 제2 프로브라고 계속 명명하고, 특정 QD(상기 설명에서는 QD655)만 결합하여 목표 DNA 검출에만 관여하는 프로브를 제1 프로브라고 계속 명명한다.
For the sake of convenience of explanation, the probe associated with the extraction and detection of the target DNA in combination with the MB is referred to as a second probe, and probes which are only involved in the target DNA detection by binding only with a specific QD (QD 655 in the above description) Continue to call it a probe.

휴대형 DNA 검출 장치Portable DNA detection device

목표 DNA 및 QD를 포함하는 샘플 용액은 일정한 전처리 및 후처리 과정을 거쳤다고 전제하고, 이후 목표 DNA를 검출 내지 정량하는 장치에 대해 설명하기로 한다.It is assumed that the sample solution containing the target DNA and QD has undergone a certain pre-treatment and post-treatment, and then an apparatus for detecting and quantifying the target DNA will be described.

도 2는 휴대형 미세조류 검출 장치(100)의 구성을 도시한 블록도의 예이다.Fig. 2 is an example of a block diagram showing the configuration of the portable microalgae detecting apparatus 100. Fig.

휴대형 미세조류 검출 장치(100)는 샘플에 광을 조사하는 광원 장치(110), 형광물질이 부착된 녹조 DNA가 포함된 샘플이 위치하는 샘플 홀더(120), 광원 장치(110)의 광을 받아 샘플이 방출하는 광자를 수신하는 광 센서(130) 및 광 센서(130)에 연결되어 광 센서(130)가 수신하는 광자의 파장 및 광자의 양을 기준으로 상기 샘플에 포함된 녹조 DNA를 정량 분석하는 제어 회로(140)를 포함한다.The portable microalgae detecting apparatus 100 receives light from a light source device 110 for irradiating light to a sample, a sample holder 120 to which a sample containing a green color DNA with a fluorescent substance attached is located, The algae DNA contained in the sample is quantitatively analyzed based on the wavelength of the photons and the amount of photons received by the photosensor 130 connected to the photosensor 130 and the photosensor 130 receiving the photons emitted by the sample And a control circuit (140)

광원 장치(110)는 할로겐 램프, 제논 램프, HID(high-intensity discharge) 램프, 하나 이상의 LED(light emitting diode), 하나 이상의 레이저 등 일 수 있다. 나아가 광원 장치(110)는 생물학적 샘플 내의 복수의 서로 다른 형광 염료를 여기하기 위한 상이한 방출 파장 범위를 갖는 복수의 광원을 사용할 수도 있다. 다만 이하 설명의 편의를 위해 광원 장치(110)는 반도체 레이저 다이오드(laser diode)를 사용한다고 가정하고 설명한다. 이하 레이저 다이오드라 명명한다. 레이저 다이오드는 레이저를 조사하는 작은 크기의 소자이다. 반도체 레이저 다이오드는 전류를 가간섭성 빛으로 바꾸어주는 변환소자의 일종이고, 전력 소비가 비교적 작으면서 파장 선택의 범위가 넓은 특징이 있다. QD565 및 QD655를 사용한다고 하면 레이저 다이오드는 405nm 정도의 레이저를 조사하는 것이 적당할 수 있다. 광원 장치(110)의 출력 파장, 출력 강도, 출력 시간, 사용하는 전력값 등은 검출하고자 하는 시료의 종류 등에 따라 다양한 값을 가질 수 있을 것이다.The light source device 110 may be a halogen lamp, a xenon lamp, a high-intensity discharge (HID) lamp, one or more LEDs, one or more lasers, and the like. Further, the light source device 110 may use a plurality of light sources having different emission wavelength ranges for exciting a plurality of different fluorescent dyes in the biological sample. However, for convenience of explanation, it is assumed that the light source device 110 uses a semiconductor laser diode. Hereinafter, it is referred to as a laser diode. A laser diode is a small-sized device that emits a laser. Semiconductor laser diodes are a type of conversion device that converts current into coherent light, and have a feature that the power consumption is relatively small and the wavelength selection range is wide. If QD 565 and QD 655 are used, laser diodes may be suitable for irradiating 405 nm laser. The output wavelength, output intensity, output time, power value, etc. of the light source device 110 may have various values depending on the type of the sample to be detected.

샘플 홀더(120)는 샘플 용액이 들어간 플레이트 또는 튜브와 같은 용기가 위치하는 구성이다. 사용되는 용기의 크기 및 형태에 따라 다양한 기구적 장치가 사용될 수 있을 것이다. 또는 샘플 홀더(120) 자체가 샘플 용액을 담을 수 있는 용기 형태를 가질 수도 있을 것이다. 샘플 홀더(120)는 샘플 용액이 광원 장치(110)에서 조사하는 빛을 정확하게 받아 근처의 광 센서(130)로 광자를 잘 방출할 수 있는 위치를 갖는 것이 중요할 것이다.The sample holder 120 is a structure in which a container such as a plate or a tube containing a sample solution is located. A variety of mechanical devices may be used depending on the size and shape of the container used. Or the sample holder 120 itself may have a container form capable of holding the sample solution. It will be important for the sample holder 120 to have a position where the sample solution can accurately receive the light irradiated by the light source device 110 and emit the photon to the nearby optical sensor 130 well.

광 센서(130)는 샘플 홀더(120)에 위치한 샘플 용액에서 방출하는 광자(형광)를 감지한다. 광 센서(130)는 광자를 감지할 수 있는 다양한 형태의 센서 소자가 사용될 수 있다. 다만 휴대형 미세조류 검출 장치(100)를 휴대형 크기로 구성하기 위하여 작은 크기를 갖는 포토다이오드를 사용한다고 가정한다. 포토다이오드는 구성이 보다 단순한 PN 포토다이오드를 사용하거나, PN 포토다이어드보다 미세한 빛의 감지가 가능한 PIN 다이오드를 사용할 수도 있다.The optical sensor 130 senses photons (fluorescence) emitted from the sample solution located in the sample holder 120. The optical sensor 130 may use various types of sensor elements capable of sensing photons. However, it is assumed that a photodiode having a small size is used in order to configure the portable microalgae detecting device 100 as a portable size. The photodiode may use a simpler PN photodiode, or a pin diode that allows a smaller light sensation than a PN photodiode.

도 2에서 광 센서(130)는 광 센서 A(131) 및 광 센서 B(132)를 포함한다. 두 개의 광 센서를 도시한 이유는 전술한 바와 같이 샘플 용액에는 서로 다른 파장을 방출하는 두 개의 QD가 포함되는 경우를 가정한 것이다. 따라서 두 개의 광 센서는 각각 서로 다른 파장의 빛을 감지한다. 샘플 용액에 QD565 및 QD655가 포함되었다고 하면, 광 센서(131 및 132)들은 각각 660nm 및 540nm 파장의 빛을 감지한다.2, optical sensor 130 includes optical sensor A 131 and optical sensor B 132. The reason why two optical sensors are shown is that the sample solution contains two QDs emitting different wavelengths as described above. Thus, each of the two photosensors senses light of different wavelengths. Assuming that QD 565 and QD 655 are included in the sample solution, the photosensors 131 and 132 detect light of wavelengths of 660 nm and 540 nm, respectively.

도 2에서 제어 회로(140)는 광 센서(130)에서 출력되는 신호를 기준으로 목표 DNA의 검출(정성 분석)하거나 목표 DNA의 양을 정량(정량 분석)할 수 있다. 나아가 제어 회로(140)는 분석 전에 광 센서(130)에서 출력되는 신호의 레벨이 적절한가 판단할 수 있다. 만약 광 센서(130)에서 출력되는 신호의 레벨이 낮다면 분석이 제대로 수행될 수 없다. 따라서 제어 회로(140)는 분석 전에 광 센서(130)에서 출력되는 신호의 레벨이 일정한 기준값보다 낮다면 광원 장치(110)가 재차 샘플에 광을 조사하도록 한다.2, the control circuit 140 can detect (quantitatively analyze) the target DNA or quantify (quantitatively analyze) the amount of the target DNA based on the signal output from the photosensor 130. [ Further, the control circuit 140 can determine whether the level of the signal output from the optical sensor 130 is appropriate before analysis. If the level of the signal output from the optical sensor 130 is low, analysis can not be performed properly. Therefore, if the level of the signal output from the optical sensor 130 is lower than a predetermined reference value before the analysis, the control circuit 140 causes the light source device 110 to irradiate the sample again with light.

광원 장치(110)는 일정하게 정해진 시간 동안에만 광을 조사하는 것이 바람직하다. 휴대용 장치에서 에너지(전력)은 제한적이기 때문에 에너지를 효율적으로 사용하기 위해서는 광을 조사하는 시간을 적절하게 제어하는 것이 바람직하다. 즉, 현재 샘플에 대해 최적의 광 조사 시간이 무엇인지 결정할 필요가 있다.The light source device 110 preferably irradiates light only for a predetermined time. Since energy (power) is limited in portable devices, it is desirable to appropriately control the time for light irradiation in order to use energy efficiently. That is, it is necessary to determine what is the optimum light irradiation time for the current sample.

광원 장치(110)가 최초 광을 조사하는 시간을 제1 시간이라고 한다. 제 1 시간은 DNA 분석이 가능한 최소 시간 또는 그 보다 약간 작은 시간이 적절할 것이다. 다만 분석이 가능한 최소 시간을 사전에 알기 어려울 수 있기 때문에 제1 시간은 수 마이크로미터 초(msec) 정도인 것이 바람직하다.The time when the light source device 110 irradiates the first light is referred to as a first time. The first time may be the minimum time allowed for DNA analysis or slightly less. However, since it is difficult to know in advance the minimum time for analysis, it is preferable that the first time is about several microseconds (msec).

제어 회로(140)는 광 센서(130)에서 출력되는 신호의 레벨이 기준값보다 낮은 경우 상기 제1 시간보다 긴 제2 시간 동안 광원 장치(110)가 광을 조사하도록 제어할 수 있다. 또한 제어 회로(140)는 제2 시간 동안 광을 조사한 후 광 센서(130)에서 출력되는 신호의 레벨을 다시 측정하여 여전히 기준값보다 낮은 경우 제2 시간보다 긴 제3 시간 동안 광원 장치(110)가 광을 조사하도록 제어할 수 있다. 제어 회로(140)는 광 센서(130)에서 출력되는 신호의 레벨이 기준값 이상이 될 때 까지 이 과정을 반복적으로 수행할 수 있다.The control circuit 140 may control the light source device 110 to emit light for a second time longer than the first time when the level of the signal output from the optical sensor 130 is lower than the reference value. The control circuit 140 measures the level of the signal output from the optical sensor 130 after irradiating the light for the second time, and when the light is still lower than the reference value, the light source device 110 for the third time longer than the second time It is possible to control to irradiate light. The control circuit 140 may repeat this process until the level of the signal output from the optical sensor 130 becomes equal to or greater than the reference value.

제어 회로(140)는 광 센서(130)에서 출력되는 신호를 기준으로 목표 DNA의 검출(정성 분석)하거나 목표 DNA의 양을 정량(정량 분석)할 수 있다. LED 램프(150)는 목표 DNA의 검출 여부를 알려줄 수 있다. 디스플레이 패널(160)은 목표 DNA 검출 여부 및 정량 분석의 결과를 일정한 텍스트 또는 그래프 형태로 출력할 수 있다. 디스플레이 패널(160)을 이용하는 경우 제어 회로(140)는 디스플레이 패널의 출력에 사용되는 일정한 데이터 신호를 생성하여 전달해야 할 것이다.The control circuit 140 can detect (quantitatively analyze) the target DNA or quantify (quantitatively analyze) the amount of the target DNA based on the signal output from the photosensor 130. The LED lamp 150 may indicate whether or not the target DNA is detected. The display panel 160 may output the result of the quantitative analysis and the target DNA detection in a predetermined text or graph format. When the display panel 160 is used, the control circuit 140 may generate and transmit a constant data signal used for the output of the display panel.

제어 회로(140)는 복수의 포토다이오드가 각각 수신하는 특정 파장을 갖는 광자의 양과 목표 DNA의 양의 상관관계에 대한 프로그램을 임베딩한 칩을 포함할 수 있다. 광자의 양과 목표 DNA의 상관 관계는 일정한 그래프를 표현하는 수식을 통해 표현할 수 있다. 또는 매칭 테이블을 이용하여 광자의 양과 목표 DNA의 상관 관계를 사전에 정의하고, 매칭 테이블을 기반으로 정량 분석을 수행할 수도 있을 것이다. The control circuit 140 may include a chip embedding a program for the amount of the target DNA to be correlated with the amount of photons having the specific wavelength each of which is received by the plurality of photodiodes. The relationship between the amount of photons and the target DNA can be expressed through a formula that expresses a constant graph. Alternatively, a correlation table may be used to define the correlation between the amount of photons and the target DNA in advance, and quantitative analysis may be performed based on the matching table.

한편 제어 회로(140)는 목표 DNA에 결합한 QD의 양을 고려하여 정량 분석을 수행하는 것이 바람직할 것이다. 도 1과 같은 경우 현재 목표 DNA에 결합한 QD의 양은 QD565 및 QD655가 서로 다르다. QD565 경우 MB와 결합하여 QD655보다 양이 많은 상태이다. 따라서 두 개의 QD의 양의 차이를 고려하여 방출하는 광자를 분석해야 할 것이다. 예컨대, 두 개의 QD의 비(QD655/QD565)와 두 개의 파장의 비(660nm/540nm)를 기준으로 목표 DNA를 정량할 수 있을 것이다. 나아가 분석을 위한 메인 신호인 QD655에 대한 출력 신호는 QD565에 대한 출력 신호를 사용하여 일정하게 정규화될 수 있다. 이는 출력 신호를 보다 정확하게 보정하는 과정에 해당한다.On the other hand, the control circuit 140 preferably performs the quantitative analysis in consideration of the amount of QD bound to the target DNA. 1, QD 565 and QD 655 are different from each other in the amount of QD bound to the target DNA. QD 565 is more abundant than QD 655 in combination with MB. Therefore, it is necessary to analyze the emitted photons considering the difference in the amount of two QDs. For example, target DNA can be quantified based on the ratio of two QDs (QD 655 / QD 565 ) and the ratio of two wavelengths (660 nm / 540 nm). Further, the output signal for QD 655 , the main signal for analysis, can be regularly normalized using the output signal for QD 565 . This corresponds to a more accurate correction of the output signal.

나아가 휴대형 미세조류 검출 장치(100)는 광원 장치(110)와 샘플 홀더(120) 사이에 또는/및 샘플 홀더(120)와 광 센서(130) 사이에 일정한 광 경로를 포함할 수 있다. 광 경로는 광이 보다 정확하게 전달되는 통로를 의미한다. 광 경로에는 일정한 랜즈, 필터와 같은 구성이 포함될 수도 있다.Furthermore, the portable microalgae detecting apparatus 100 may include a constant optical path between the light source device 110 and the sample holder 120, and / or between the sample holder 120 and the optical sensor 130. The optical path means a path through which light is transmitted more accurately. The optical path may include a configuration such as a constant lens and a filter.

또한 휴대형 미세조류 검출 장치(100)는 제어 회로(140)가 DNA를 분석한 결과를 다른 장치 또는 네트워크에 전달하기 위한 통신 모듈(170)을 포함할 수도 있다.
In addition, the portable microalgae detecting apparatus 100 may include a communication module 170 for transferring the result of analysis of the DNA by the control circuit 140 to another device or a network.

도 3은 휴대형 미세조류 검출 장치(200)의 구성을 도시한 블록도의 다른 예이다. 도 3의 휴대형 미세조류 검출 장치(200)는 기본적으로 도 2에서 도시한 휴대형 미세조류 검출 장치(100)와 대응되는 구성을 갖는다. 도 3은 휴대형 미세조류 검출 장치(200)는 휴대형 미세조류 검출 장치(100)에 대한 회로적인 구성을 추가적으로 설명한 것이다.3 is another example of a block diagram showing the configuration of the portable microalgae detecting device 200. As shown in Fig. The portable microalgae detecting device 200 of FIG. 3 basically has a configuration corresponding to the portable microalgae detecting device 100 shown in FIG. 3, the portable microalgae detecting apparatus 200 further illustrates a circuit configuration for the portable microalgae detecting apparatus 100. As shown in FIG.

도 3의 휴대형 미세조류 검출 장치(200)는 전술한 샘플 홀더(120)를 구성으로 포함하지 않고 있다. 녹조 DNA 검출을 위해서서는 샘플 홀더에 샘플 용액이 배치되어야 하지만, 휴대형 미세조류 검출 장치(200)의 회로적 구성을 놓고 보면 샘플 홀더(120)가 필수적인 구성은 아니기 때문이다. 도 2의 상부에는 휴대형 미세조류 검출 장치(200)의 구성을 블록으로 도시하였고, 도 2의 하부에는 각 구성에 대응되는 회로 구성을 예시적으로 도시하였다.The portable microalgae detecting apparatus 200 of FIG. 3 does not include the above-described sample holder 120 as a constitution. In order to detect the green alga DNA, the sample solution should be placed in the sample holder, but the sample holder 120 is not an essential constitution in view of the circuit configuration of the portable microalgae detecting device 200. In FIG. 2, the portable microalgae detecting apparatus 200 is shown as a block, and the lower part of FIG. 2 shows an example of a circuit configuration corresponding to each structure.

레이저 다이오드(210)는 샘플 용액이 배치된 위치로 레이저를 조사한다. 조사된 레이저는 샘플 용액의 형광 물질(QD)에 입사하고, 형광 물질은 일정한 파장의 광자를 방출한다. The laser diode 210 irradiates the laser to a position where the sample solution is disposed. The irradiated laser is incident on the fluorescent substance (QD) of the sample solution, and the fluorescent substance emits a photon having a constant wavelength.

방출되는 광자는 각 파장의 빛을 감지하는 포토다이오드(220)로 전달된다. 포토다이오드(220)는 PN 포토다이어드를 도시하였다. 두 개의 포토다이오드(220A, 220B)는 각각 서로 다른 파장의 빛을 감지한다. 예컨대, 포토다이오드(220A, 220B)는 각각 QD565 및 QD655로부터 방출되는 660nm 및 540nm 파장의 빛을 감지한다. 하나의 포토다이오드(220)는 포토다이오드 외에 저항(R) 하나를 구성으로 갖는 것이 바람직하다. 파장의 종류에 따라 감지하는 신호의 강도가 서로 다를 수 있기 때문이다.The emitted photons are transmitted to a photodiode 220 which senses the light of each wavelength. The photodiode 220 shows the PN photodiode. The two photodiodes 220A and 220B sense light of different wavelengths, respectively. For example, photodiodes 220A and 220B sense light at 660 nm and 540 nm wavelengths emitted from QD 565 and QD 655, respectively. It is preferable that one photodiode 220 has a configuration of one resistor R in addition to the photodiode. This is because the intensity of the signal to be detected may be different depending on the type of the wavelength.

휴대형 미세조류 검출 장치(200)는 포토다이오드(220)와 각각 연결되는 버퍼(230)를 포함하는 것이 바람직하다. 버퍼(230A 및 230B)는 포토다이오드(220A 및 220B)에서 출력되는 신호를 일정한 기준 전압으로 조정한다. 버퍼(230)는 피드백 신호를 이용하여 출력 신호가 일정한 값을 갖도록 제어한다.The portable microalgae detecting apparatus 200 preferably includes a buffer 230 connected to the photodiode 220. The buffers 230A and 230B adjust the signals output from the photodiodes 220A and 220B to a constant reference voltage. The buffer 230 controls the output signal to have a constant value by using a feedback signal.

제어 회로(250)는 버퍼(230)에서 출력되는 신호를 기준으로 녹조 DNA의 검출(정성 분석)하거나 녹조 DNA의 양을 정량(정량 분석)할 수 있다. The control circuit 250 can detect (qualitative analysis) the algae DNA or quantify (quantitatively analyze) the amount of the algae DNA based on the signal output from the buffer 230.

나아가 휴대형 미세조류 검출 장치(200)는 증폭기(240)을 포함할 수 있다. 증폭기(240A 및 240B)는 각각 버퍼(230A 및 230B)에서 출력되는 신호를 일정한 레벨로 증폭한다. 이 경우 제어 회로(250)는 증폭기(240)에서 출력되는 신호를 기준으로 녹조 DNA의 검출(정성 분석)하거나 녹조 DNA의 양을 정량(정량 분석)할 수 있다. Furthermore, the portable microalgae detecting apparatus 200 may include an amplifier 240. The amplifiers 240A and 240B amplify the signals output from the buffers 230A and 230B to a constant level, respectively. In this case, the control circuit 250 can detect (qualitative analysis) the greenhouse DNA or quantify (quantitatively analyze) the amount of greenhouse DNA based on the signal output from the amplifier 240.

제어 회로(250)는 버퍼(230) 또는 증폭기(240)에서 출력되는 신호의 레벨을 측정하여 DNA 분석에 적절한 레벨인지 결정할 수 있다. 만약 출력 신호의 레벨이 기준값 미만인 경우 제어 회로(250)는 광원 장치인 레이저 다이오드(210)의 광 조사 시간을 늘리도록 제어할 수 있다. 휴대형 미세조류 검출 장치(200)는 레이저 다이오드(210)의 광 조사 시간을 결정하기 위해 타이머(215)를 더 포함할 수 있다.The control circuit 250 can measure the level of the signal output from the buffer 230 or the amplifier 240 and determine whether the level is appropriate for DNA analysis. If the level of the output signal is less than the reference value, the control circuit 250 can control the light irradiation time of the laser diode 210 as the light source device to be increased. The portable microalgae detecting apparatus 200 may further include a timer 215 for determining the light irradiation time of the laser diode 210. [

초기 타이머(215)는 전술한 제1 시간으로 설정되어 있다. 제어 회로(250)는 출력 신호의 레벨이 기준값 미만인 경우 타이머(215)의 설정 시간을 일정하게 늘리고, 다시 레이저 다이오드(210)가 광을 조사하게 할 수 있다. 타이머(215)의 설정 시간은 기준 단위 시간으로 반복적으로 늘어날 수 있다. 타이머(210)는 별도의 메모리에 최종 설정 시간을 저장할 수 있다. 이 경우 타이머(215)는 출력 신호의 레벨이 기준값 이상인 경우의 설정 시간을 보유한다. 이후 레이저 다이오드(210)는 타이머(215)에 저장된 최종 설정 시간을 기준으로 광을 조사할 수 있다.The initial timer 215 is set to the first time described above. The control circuit 250 can constantly increase the set time of the timer 215 when the level of the output signal is lower than the reference value and cause the laser diode 210 to irradiate the light again. The set time of the timer 215 may be repeatedly increased in the reference unit time. The timer 210 may store the final set time in a separate memory. In this case, the timer 215 holds the set time when the level of the output signal is equal to or greater than the reference value. The laser diode 210 can then illuminate the light based on the last set time stored in the timer 215. [

디스플레이 패널(290)은 녹조 DNA 검출 여부 및 정량 분석의 결과를 일정한 텍스트 또는 그래프 형태로 출력할 수 있다. 제어 회로(250)는 디스플레이 패널의 출력에 사용되는 일정한 데이터 신호를 가공하여 출력할 수 있다.The display panel 290 can output the result of the quantitative analysis whether the greenhouse DNA is detected or not in the form of a constant text or graph. The control circuit 250 may process and output a constant data signal used for the output of the display panel.

제어 회로(250)는 복수의 포토다이오드가 각각 수신하는 특정 파장을 갖는 광자의 양과 목표 DNA의 양의 상관관계에 대한 프로그램을 임베딩한 칩을 포함할 수 있다. 자세한 내용은 도 2에서 설명한 제어 회로(140)와 같다.The control circuit 250 may include a chip embedding a program for the amount of the target DNA to be correlated with the amount of photons having the specific wavelength each of which is received by the plurality of photodiodes. The details are the same as those of the control circuit 140 described with reference to FIG.

통신 모듈(270)은 제어 회로(250)가 DNA를 분석한 결과를 다른 장치 또는 네트워크에 전달하기 위한 구성이다.The communication module 270 is a configuration for transmitting the result of analyzing the DNA by the control circuit 250 to another device or a network.

나아가 휴대형 미세조류 검출 장치(200)는 정량 분석 결과까지 출력할 수 있는 디스플레이 패널(290)을 포함할 수 있다.Furthermore, the portable microalgae detecting apparatus 200 may include a display panel 290 capable of outputting quantitative analysis results.

전원공급부(260)는 레이저 다이오드(210), 포토다이오드(220), 증폭기(240) 및 디스플레이 패널(290) 중 적어도 하나에 전력을 공급하는 구성이다.
The power supply unit 260 supplies power to at least one of the laser diode 210, the photodiode 220, the amplifier 240, and the display panel 290.

도 4는 휴대형 미세조류 검출 장치를 이용하여 DNA 분석을 하는 방법(300)에 대한 순서도이다.4 is a flowchart of a method 300 for performing DNA analysis using a portable microalgae detecting apparatus.

도 4는 전술한 휴대형 미세조류 검출 장치(100 또는 200)을 사용하여 목표 DNA를 검출하는 방법에 대한 예이다. 휴대형 DNA 검출 장치는 전술한 휴대형 미세조류 검출 장치(100 또는 200)를 의미한다. 다만 녹조 DNA로 한정하지 않고, 특정 목표 DNA로 설명하였다. 세부적인 과정은 전술한 휴대형 미세조류 검출 장치와 같다. 도 4 및 도 5는 도 3의 구성을 기준으로 설명하기로 한다.4 is an example of a method of detecting a target DNA using the portable microalgae detecting apparatus 100 or 200 described above. The portable DNA detecting device refers to the portable microalgae detecting device 100 or 200 described above. However, it is not limited to the green alga DNA, but is described as a specific target DNA. The detailed procedure is the same as the portable microalgae detection apparatus described above. 4 and 5 will be described with reference to the configuration of FIG.

휴대형 DNA 검출 장치를 이용한 DNA 검출 방법(300)는 샘플 용액 준비를 전제로 한다. 샘플 용액을 준비하는 과정에 대해서는 전술한 바와 같다. 샘플 용액은 제1 프로브에 QD655가 결합하고, 제2 프로브에 QD565가 결합한 상태라고 가정한다. 물론 다른 파장을 방출하는 다양한 QD가 사용될 수도 있다.The DNA detection method (300) using a portable DNA detection device is based on preparation of a sample solution. The process of preparing the sample solution is as described above. The sample solution assumes that QD 655 binds to the first probe and QD 565 binds to the second probe. Of course, various QDs that emit different wavelengths may be used.

전처리 및 후처리된 샘플 용액이 휴대형 DNA 검출 장치의 샘플 홀더에 배치된다(310). 샘플 용액 배치는 실험자가 샘플 용기를 샘플 홀더에 배치할 수도 있고, 하천과 같은 장소에 배치된 DNA 검출 장치에 일정한 샘플이 자동으로 유입될 수도 있을 것이다. 후자의 경우 녹조가 발생할 수 있는 하천 수면에 접한 장소에 DNA 검출 장치를 배치한 경우이다.The pretreated and post-treated sample solutions are placed (310) in a sample holder of a portable DNA detection device. The sample solution placement may allow the experimenter to place the sample container in the sample holder or to automatically introduce a certain sample into a DNA detection device placed in the same location as the stream. In the latter case, a DNA detection device is disposed in a place in contact with a river surface where a green tide may occur.

샘플 용액이 배치되면 레이저 다이오드가 샘플 용액에 레이저 광을 조사한다(320). 포토다이오드가 샘플 용액에 포함된 형광 물질(QD)가 조사된 광을 받아 방출하는 광자를 수신한다(330). When the sample solution is placed, the laser diode irradiates the sample solution with laser light (320). A photodiode receives a photon emitted from the fluorescent material QD included in the sample solution, and emits the irradiated light (330).

이후 일정한 분석 회로가 포토다이오드의 출력 신호에 따라 목표 DNA 검출 여부 내지 목표 DNA 양을 결정한다(340). Then, a certain analysis circuit determines the target DNA amount or the target DNA amount according to the output signal of the photodiode (340).

이후 LED 램프 또는 디스플레이 장치와 같은 장치를 통해 목표 DNA의 검출 여부 또는/및 목표 DNA의 정량 분석 결과를 알려준다(350). And then notifies 350 whether the target DNA is detected or / and the result of the quantitative analysis of the target DNA through an apparatus such as an LED lamp or a display device.

경우에 따라서는 목표 DNA의 검출 여부 또는/및 목표 DNA의 정량 분석 결과를 휴대형 DNA 검출 장치에서 직접 알려주지 않고, 휴대형 DNA 검출 장치가 분석한 결과를 통신 모듈을 통해 원격지에 있는 서버 또는 사용자 단말에 분석 데이터를 전송할 수도 있을 것이다. 나아가 휴대형 DNA 검출 장치가 포토다이오드의 출력 신호를 패킷 데이터 형태로 원격지에 있는 서버 또는 단말에 전송하고, 서버 또는 단말이 해당 데이터를 분석하여 목표 DNA의 검출 여부를 결정하거나, 목표 DNA의 정량 분석을 수행할 수도 있을 것이다.
In some cases, the portable DNA detecting device does not directly inform the portable DNA detecting device whether the target DNA is detected and / or the quantitative analysis of the target DNA, and analyzes the result of the portable DNA detecting device to a remote server or a user terminal through a communication module Data may be transmitted. Furthermore, the portable DNA detecting device transmits the output signal of the photodiode to a server or a terminal located in a remote location in the form of packet data, and the server or terminal analyzes the data to determine whether the target DNA is detected or quantitatively analyzes the target DNA You can do it.

휴대형 DNA 검출 장치 제어Control of portable DNA detection device

도 5는 휴대형 미세조류 검출 장치를 제어하는 방법(400)에 대한 순서도의 예이다.5 is an example of a flowchart for a method 400 for controlling a portable microalgae detecting apparatus.

먼저 휴대용 미세 조류 검출 장치(100 또는 200)에는 샘플 용액이 배치되고, 시스템은 초기화된다(410). 시스템 초기화는 이 전에 수행했던 분석 결과 등의 데이터를 삭제한다는 의미이다. 나아가 광원 장치에 타이머가 있는 경우 해당 타이머를 최초 설정 시간(제1 시간)으로 리셋하는 과정일 수도 있다. 초기화 과정은 필수적인 과정은 아니다.First, the sample solution is placed in the portable microalgae detecting apparatus 100 or 200, and the system is initialized (410). System initialization means to delete data such as analysis results that have been performed before. Further, if there is a timer in the light source device, it may be a process of resetting the timer to the initial set time (first time). The initialization process is not an essential process.

전원 공급 장치가 레이저 다이오드에 전력을 공급하고, 동시에 타이머가 동작한다(420). 즉, 광원 장치가 광을 일정한 시간 동안 조사하기 시작하는 것이다. 이후 타이머가 만료되었는지 확인한다(430). 타이머가 만료되지 않았다면(No) 계속 레이저 다이오드에 전력을 공급하고, 타이머가 만료된다면(Yes) 제어 회로는 포토 다이오드의 출력 신호 레벨을 측정한다(440).The power supply supplies power to the laser diode, and at the same time the timer operates (420). That is, the light source device starts to irradiate the light for a predetermined time. Then, it is determined whether the timer has expired (430). If the timer has not expired (No), power is continuously supplied to the laser diode. If the timer expires (Yes), the control circuit measures the output signal level of the photodiode (440).

포토다이오드의 출력 신호 레벨이 기준값 미만인 경우(No) 제어 회로는 타이머 시간을 일정하게 증가시킨다(460). 이후 다시 증가한 시간만큼 레이저 다이오드에 전력을 공급한다(420). 제어 회로는 포토다이오드의 출력 신호 레벨이 기준값 미만인 경우(No) 계속적으로 이 과정을 반복한다.If the output signal level of the photodiode is below the reference value (No), the control circuit constantly increases the timer time (460). Thereafter, power is supplied to the laser diode by the increased time (420). The control circuit continuously repeats this process when the output signal level of the photodiode is lower than the reference value (No).

포토다이오드의 출력 신호 레벨이 기준값 이상인 경우(Yes) 제어 회로는 출력 신호의 레벨 측정값을 획득한다(470). 이후 제어 회로가 측정한 값을 기준으로 DNA 정성 또는 정량 분석을 수행할 수 있다.If the output signal level of the photodiode is equal to or greater than the reference value (Yes), the control circuit obtains the level measurement value of the output signal (470). DNA qualitative or quantitative analysis can then be performed based on the values measured by the control circuit.

한편 일정한 시간 동안 레이저를 샘플에 조사하면, QD을 포함한 샘플은 5~6분 가량 광자를 방출할 수 있다. 이 경우 측정의 정확도를 위해 출력 신호에 대한 측정을 여러 번 반복할 수도 있을 것이다. 예컨대, 제어 회로는 30초 간격으로 출력 신호의 레벨을 측정하여 복수 개의 측정값을 보유할 수 있다. 이 경우 분석을 위한 최종 측정값은 복수 개의 측정값에 대한 평균값을 사용할 수 있다. 또는 제어 회로는 샘플이 광자를 방출하기 시작한 시점(적은 광자 발생)과 광자가 줄어드는 시점을 제외하기 위하여 복수 개의 측정값 중 중간에 있는 값을 사용할 수도 있을 것이다.On the other hand, when the laser is irradiated onto the sample for a certain period of time, the sample containing QD can emit photons for 5 to 6 minutes. In this case, the measurement of the output signal may be repeated several times for the accuracy of the measurement. For example, the control circuit may measure the level of the output signal at intervals of 30 seconds to hold a plurality of measured values. In this case, the final measurement value for the analysis can be an average value for a plurality of measurement values. Alternatively, the control circuit may use a value in the middle of the plurality of measurements to exclude the point in time at which the sample begins emitting photons (less photon generation) and the point at which the photon decreases.

도 5에서는 제어 회로가 출력 신호를 복수회 측정할 수 있다는 구성을 480 및 485로 표현하였다. 즉, 제어 회로는 최초 N=0인 값이고, N의 값을 하나씩 증가시키면서 N이 사전에 설정된 반복횟수(No)가 될 때까지 측정을 반복하는 것이다. 이후 제어 회로는 측정값의 평균값을 저장한다(490).In FIG. 5, the configurations in which the control circuit can measure the output signal a plurality of times are represented by 480 and 485. That is, the control circuit is initially set to a value of N = 0, and the measurement is repeated until N reaches a preset number of repetitions (No) while increasing the value of N by one. The control circuit then stores the average value of the measurements (490).

최종적으로는 제어 회로가 상기 평균 측정값을 기준으로 DNA 정성 또는 정량 분석을 수행하게 된다.Finally, the control circuit performs DNA qualitative or quantitative analysis based on the average measurement value.

본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.It should be noted that the present embodiment and the drawings attached hereto are only a part of the technical idea included in the above-described technology, and those skilled in the art will readily understand the technical ideas included in the above- It is to be understood that both variations and specific embodiments which can be deduced are included in the scope of the above-mentioned technical scope.

100 : 휴대형 미세조류 검출 장치 110 : 광원 장치
120 : 샘플 홀더 130 : 광 센서
131, 132 : 광 센서 140 : 분석 회로
150 : LED 램프 160 : 디스플레이 패널
170 : 통신 모듈
200 : 휴대형 미세조류 검출 장치 210 : 레이저 다이오드
215 : 타이머 220 : 포토다이오드
220A, 220B : 포토다이오드 230 : 버퍼
230A, 230B : 버퍼 240 : 증폭기
240A, 240B : 증폭기 260 : 전원 공급부
270 : 통신 모듈 290 : 디스플레이 패널
100: portable microalgae detecting device 110: light source device
120: sample holder 130: light sensor
131, 132: optical sensor 140: analysis circuit
150: LED lamp 160: Display panel
170: Communication module
200: portable microalgae detecting device 210: laser diode
215: Timer 220: Photodiode
220A, 220B: photodiode 230: buffer
230A, 230B: buffer 240: amplifier
240A, 240B: Amplifier 260: Power supply
270: Communication module 290: Display panel

Claims (10)

DNA 검출 장치가 전처리된 DNA, 형광 물질인 제1 QD(quantum dot)와 연결되고 상기 DNA의 제1 부위에 결합하는 제 1프로브 및 제2 QD와 연결되고 상기 DNA의 제2 부위에 결합하는 제2 프로브를 포함하는 샘플 용액에 타이머의 설정 시간 동안 레이저 광을 1차 조사하는 단계;
상기 DNA 검출 장치가 상기 레이저 광을 받은 상기 제1 QD 및 상기 제2 QD로부터 방출되는 광자를 각각 서로 다른 포토다이오드로 수광하는 단계;
상기 DNA 검출 장치가 상기 포토다이오드의 출력 신호 레벨이 기준값 미만인 경우 상기 타이머의 설정 시간을 늘려서 상기 샘플 용역에 레이저 광을 2차 조사하는 단계; 및
상기 DNA 검출 장치가 상기 출력 신호 레벨이 기준값 이상인 경우 상기 포토다이오드의 출력 신호를 분석하여 미세조류 DNA의 정성 분석 또는 정량 분석을 수행하는 단계를 포함하는 휴대형 미세조류 검출 장치를 제어하는 방법.
The DNA detecting apparatus comprises a pre-treated DNA, a first probe connected to a first QD (quantum dot) which is a fluorescent material, a first probe coupled to a first site of the DNA, and a second probe connected to a second site of the DNA, Irradiating the sample solution including the first probe with a laser beam for a preset time of a timer;
Receiving the photodiodes of the first QD and the second QD, the photodetectors receiving the laser light, with different photodiodes;
If the output signal level of the photodiode is lower than a reference value, the DNA detection device may increase the set time of the timer to secondarily irradiate the sample service with laser light; And
And analyzing the output signal of the photodiode to perform qualitative analysis or quantitative analysis of microalgae DNA when the output signal level of the DNA detection device is equal to or greater than a reference value.
제1항에 있어서,
상기 2차 조사하는 단계에서 상기 DNA 검출 장치는 상기 포토다이오드의 출력 신호 레벨이 기준값 미만인 경우 상기 출력 신호 레벨이 기준값 이상이 되는 시점까지 반복적으로 상기 타이머의 설정 시간을 기준 단위만큼 증가시키면서 레이저 광을 조사하는 휴대형 미세조류 검출 장치를 제어하는 방법.
The method according to claim 1,
The DNA detecting apparatus repeatedly irradiates the laser light while increasing the set time of the timer by the reference unit until the output signal level becomes equal to or greater than the reference value when the output signal level of the photodiode is lower than the reference value, A method for controlling a portable microalgae detecting device to be inspected.
제1항에 있어서,
상기 제1 QD 및 상기 제2 QD는 상기 레이저 광을 받아 각각 서로 다른 파장을 갖는 광자를 방출하는 휴대형 미세조류 검출 장치를 제어하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first QD and the second QD receive the laser light and emit photons having different wavelengths, respectively.
제1항에 있어서,
상기 수행하는 단계에서 상기 DNA 검출 장치는 상기 제1 QD 및 상기 제2 QD가 방출하는 서로 다른 파장의 광자의 양을 기준으로 상기 미세조류 DNA의 존재 여부 결정 또는 미세조류 DNA의 정량 분석을 수행하는 휴대형 미세조류 검출 장치를 제어하는 방법.
The method according to claim 1,
In the performing step, the DNA detecting device determines whether the microalgae DNA is present or quantitatively analyzes the microalgae DNA based on the amount of photons of different wavelengths emitted from the first QD and the second QD A method for controlling a portable microalgae detection device.
제1항에 있어서,
상기 수행하는 단계에서
상기 DNA 검출 장치는 상기 제1 QD 및 상기 제2 QD가 상기 광자를 방출하는 동안 상기 출력 신호 레벨을 복수회 측정하고 복수회 측정한 출력 신호 레벨의 평균값을 기준으로 상기 출력 신호를 분석하는 휴대형 미세조류 검출 장치를 제어하는 방법.
The method according to claim 1,
In the performing step
The DNA detection device is configured to detect the output signal level of the photodetector while the first QD and the second QD emit the photon, A method for controlling a bird detection device.
형광물질이 부착된 DNA가 포함된 샘플이 위치하는 샘플 홀더;
타이머의 설정 시간 동안 상기 샘플에 광을 조사하는 광원 장치;
상기 광을 입력받은 상기 샘플이 방출하는 광자를 수신하는 센서 장치; 및
상기 센서 장치의 출력 신호 레벨이 기준값 미만인 경우 상기 타이머의 설정 시간을 늘리고 상기 광원 장치가 상기 샘플에 광을 조사하도록 제어하고, 상기 출력 신호 레벨이 기준값 이상인 경우 상기 센서 장치가 수신하는 광자의 파장 및 광자의 양을 기준으로 상기 샘플에 포함된 미세조류 DNA를 정성 분석 또는 정량 분석하는 제어 회로를 포함하는 휴대형 미세조류 검출 장치.
A sample holder in which a sample containing the fluorescent substance-attached DNA is placed;
A light source device for irradiating the sample with light for a set time of a timer;
A sensor device for receiving photons emitted from the sample to which the light is input; And
Wherein when the output signal level of the sensor device is lower than a reference value, the control device controls the light source device to irradiate light on the sample, increases the set time of the timer, and controls the wavelength of the photon received by the sensor device, And a control circuit for qualitative or quantitative analysis of the microalgae DNA contained in the sample based on the amount of photons.
제6항에 있어서,
상기 형광 물질은 광을 수신하여 서로 다른 파장의 광을 방출하는 적어도 2개의 QD(quantum dot)을 포함하는 휴대형 미세조류 검출 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the fluorescent material comprises at least two quantum dots (QDs) that receive light and emit light of different wavelengths.
제6항에 있어서,
상기 형광 물질은 서로 다른 파장을 방출하는 복수의 QD(quantum dot)을 포함하고, 상기 센서 장치는 상기 복수의 QD가 방출하는 파장의 광자를 각각 수신하는 복수의 포토다이오드를 포함하는 휴대형 미세조류 검출 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the fluorescent material comprises a plurality of quantum dots (QD) emitting different wavelengths, and the sensor device comprises a plurality of photodiodes for receiving photons of wavelengths emitted by the plurality of QDs, Device.
제6항에 있어서,
상기 제어 회로는
상기 센서 장치의 출력 신호 레벨이 기준값 미만인 경우 상기 출력 신호 레벨이 기준값 이상이 되는 시점까지 반복적으로 상기 타이머의 설정 시간을 기준 단위만큼 증가시키면서 광을 조사하도록 상기 광원 장치를 제어하는 휴대형 미세조류 검출 장치.
The method according to claim 6,
The control circuit
And controls the light source device to repeatedly increase the set time of the timer by a reference unit until the output signal level becomes equal to or greater than a reference value when the output signal level of the sensor device is less than a reference value, .
제6항에 있어서,
상기 제어 회로는
상기 출력 신호 레벨이 기준값 이상인 경우 상기 센서 장치의 출력 신호 레벨을 복수회 측정하고 복수회 측정한 출력 신호 레벨의 평균값을 기준으로 상기 분석을 수행하는 휴대형 미세조류 검출 장치.

The method according to claim 6,
The control circuit
And performs the analysis based on an average value of output signal levels measured a plurality of times when the output signal level is equal to or greater than a reference value.

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