KR101513602B1

KR101513602B1 - 바이오칩 스캐닝 방법

Info

Publication number: KR101513602B1
Application number: KR1020090011209A
Authority: KR
Inventors: 이규상; 칼 에스. 브라운; 카이라 테프릿츠; 스티브 구드손
Original assignee: 삼성전자주식회사; 어플라이드 프레시젼, 인코포레이티드
Priority date: 2009-02-11
Filing date: 2009-02-11
Publication date: 2015-04-22
Also published as: CN101799417A; US8848051B2; US20100208061A1; CN101799417B; KR20100091837A

Abstract

바이오칩을 빠르고 정확하게 스캐닝하는 방법이 개시된다. 개시된 바이오칩 스캐닝 방법은, 바이오칩을 스캐닝하기 전에 미리 바이오칩의 적어도 3지점 이상의 위치에서 초점 거리를 측정한 다음, 이렇게 측정된 3지점 이상의 3차원 좌표를 이용하여 바이오칩 표면 상의 각각의 위치를 가장 잘 표현하는 가상의 평면을 근사하고, 이를 기초로 스캐닝을 수행한다. 이러한 스캐닝 방법에 따르면, 바이오칩을 스캐닝하는 동안 각각의 패널마다 초점 거리를 최적화하는 작동을 하지 않아도 되기 때문에, 스캐닝 시간을 단축할 수 있다. 또한, 바이오칩이 스캐너 카메라에 대해 회전되어 있거나 거울어져 배치되어 있더라도 쉽게 대응할 수 있다. 더욱이, 이러한 방법을 수행하기 위해 고가의 광학 장비를 추가하지 않아도 된다.

Description

바이오칩 스캐닝 방법 {Method of scanning biochip}

본 개시는 바이오칩을 스캐닝하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바이오칩을 고속으로 스캐닝하는 방법에 관한 것이다.

바이오칩은, 예를 들어, 생물의 효소, 단백질, 항체, DNA, 미생물, 동식물 세포 및 기관, 신경 세포 등과 같은 생체 유기물을 조합하여 마치 반도체칩과 같이 작은 칩의 형태로 만든 생체 검사용 소자이다. 예를 들어, DNA 칩은 유리 또는 반도체 등의 기판 위에 세포 내의 기능이 밝혀진 수백 개에서 수십만 개의 서로 다른 염기 서열의 DNA를 작은 공간에 이중 나선이 아닌 단일 나선의 형태로 배열시켜 놓은 DNA 검출용 소자이다. 여기서 염기서열이 동일한 단일 나선의 DNA가 모아져 있는 집합체를 통상 스팟(spot)이라고 부르는데, 하나의 스팟은 보통 20~30개의 염기가 연결되어 구성된다. 마찬가지로 단백질 칩의 경우에는, 동일한 단백질과 결합할 수 있는 동일한 항체나 수용기의 집합체를 스팟이라고 부른다.

이러한 바이오칩에 샘플을 흘려주면, 특정 스팟에 대응하는 유전자나 단백질만이 해당하는 스팟에 결합되고, 바이오칩 내의 스팟들에 결합이 안된 유전자나 단백질들은 씻겨 나가게 된다. 따라서, 바이오칩 내의 어떤 스팟들에 샘플이 결합되 어 있느지를 검사하면, 샘플의 생체 정보를 쉽게 알 수 있다. 예를 들어, 특정 세포나 조직에서 발현되는 독특한 유전자들의 발현 양상이나 변이 양상을 비교적 신속하게 분석할 수 있다. 또한, 유전자발현 대량 분석, 병원성 세균의 감염 여부, 항생제 내성 검사, 환경 인자에 대한 생물학적 반응 연구, 식품 안정성 검사, 범인 확인, 신약개발, 동식물 검역 등에도 바이오칩이 이용될 수 있다.

이때, 바이오칩 내의 어떤 스팟에 유전자가 결합되어 있는지를 확인하는 방법으로서 다양한 기술들이 제안되었는데, 그 중 대표적인 것은 형광 검출법이다. 형광 검출법의 경우, 여기광에 의해 여기되어 특정 색을 방출하는 형광 물질을 띤 형광 물질을 샘플에 결합시킨다. 이렇게 조작된 샘플을 바이오칩에 흘려준 다음, 바이오칩에 여기광을 조명하여 얻은 형광 이미지를 분석함으로써, 샘플이 어떠한 스팟에 결합되어 있는지를 확인할 수 있다.

일반적으로, 바이오칩에 여기광을 조명하여 형광 이미지를 얻기 위한 스캐너 장치는, 예를 들어 약 5㎛ 내지 10㎛의 픽셀 단위로 바이오칩을 스캐닝하여 형광 이미지를 얻는다. 이러한 스캐닝의 기본 단위를 패널(panel)이라고 부르며, 하나의 바이오칩은 보통 수백 개의 패널로 구성된다. 그리고, 하나의 패널 내에는 보통 수백에서 수십만 개의 스팟들이 마이크로 어레이를 형성하고 있다. 일반적인 스캐닝 방법에 따르면, 스캐너 장치의 카메라와 바이오칩을 상대적으로 이동시키면서 각각의 패널들을 차례로 스캐닝하여 개별 패널의 형광 이미지를 얻는다. 그리고, 이렇게 얻은 수백 개의 패널들의 개별 형광 이미지를 이어 붙여 하나의 큰 바이오칩 이미지를 만든 다음, 바이오칩의 어떠한 스팟에 샘플이 결합되어 있는지를 분석한다.

그런데, 바이오칩의 마이크로 어레이 표면이 기울어져 있는 경우에, 개별 패널마다 초점을 맞추어야 정확한 형광 밝기와 위치를 얻을 수 있다. 그러나, 고밀도 바이오칩의 경우에는 패널의 수가 많아 매번 초점을 맞추면 스캐닝 시간이 과다하게 소요될 수 있다. 또한, 바이오칩의 마이크로 어레이가 스캐너 장치의 카메라의 이동축과 정확히 평행하게 배치되지 않은 경우에(예들 들어, 바이오칩이 회전된 경우에), 형광 이미지의 상당 부분이 잘려 나가 전체를 스캐닝할 수 없는 경우도 발생할 수 있다. 또한, 하나의 큰 바이오칩 이미지를 만들기 위하여, 각 패널의 형광 이미지를 하나씩 회전시켜 이어 붙어야 하는 불편함이 있다.

본 개시는 바이오칩의 형광 이미지를 얻기 위한 스캐너 장치의 구조를 변화시키지 않고 바이오칩을 빠르고 정확하게 스캐닝할 수 있는 방법을 제공한다.

일 유형에 따르면, 바이오칩 표면 상의 적어도 세 개의 상이한 지점에서의 3차원 위치를 측정하는 단계; 측정된 3차원 위치를 기초로 바이오칩의 표면에 대한 가상의 근사 평면 또는 곡면을 결정하는 단계; 상기 가상의 근사 평면 또는 곡면을 기초로 바이오칩 내의 연속되는 패널들의 촬영 위치를 결정하는 단계; 결정된 촬영 위치에 따라 바이오칩을 스캐닝하여 패널들의 이미지를 얻는 단계; 및 상기 패널들의 개별적인 이미지로부터 바이오칩에 대한 전체 데이터를 추출하는 단계를 포함하는 바이오칩 스캐닝 방법이 제공된다.

예컨대, 상기 적어도 세 개의 상이한 지점은 바이오칩의 기판 위에 형성되어 있는 타깃 마크일 수 있다.

상기 타깃 마크는 바이오칩의 기판 위에 형성된 스팟들의 마이크로 어레이 바깥 쪽으로 배치될 수 있다.

상기 타깃 마크의 3차원 위치는 카메라의 초점이 상기 타깃 마크에 맞추어질 때까지 바이오칩을 지지하는 스테이지의 이동량을 통해 구할 수 있다.

예컨대, 바이오칩의 표면에 대한 가상의 근사 평면 또는 곡면은 측정된 3차원 위치를 기초로 최소자승법을 이용하여 결정될 수 있다.

또한, 상기 연속되는 패널들의 촬영 위치를 결정하는 단계는, 상기 바이오칩의 표면에 대한 가상의 근사 평면 또는 곡면으로부터 바이오칩의 회전 또는 경사를 결정하는 단계; 상기 결정된 바이오칩의 회전을 고려하여 연속되는 패널들의 중심 부분의 (x, y) 좌표를 순차적으로 결정하는 단계; 상기 결정된 바이오칩의 경사를 고려하여 연속되는 패널들의 중심 부분의 z-좌표를 순차적으로 결정하는 단계; 및 상기 촬영할 패널들의 중심 부분의 (x, y, z) 좌표에 카메라의 초점 거리를 더 고려하여 촬영 위치에 대한 3차원 좌표를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 연속되는 패널들의 중심 부분의 (x, y) 좌표를 결정하는 단계는, 처음 촬영을 시작할 패널의 중심 부분의 (x, y) 좌표를 결정하는 단계; 및 미리 정해진 패널들의 폭과 길이 및 상기 결정된 바이오칩의 회전을 고려하여 다음에 촬영할 패널의 중심 부분의 (x, y) 좌표를 순차적으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 연속되는 패널들의 중심 부분의 z-좌표를 결정하는 단계는, 처음 촬영을 시작할 패널의 중심 부분의 z-좌표를 결정하는 단계; 및 미리 정해진 패널들의 폭과 길이 및 상기 결정된 바이오칩의 경사를 고려하여 다음에 촬영할 패널의 중심 부분의 z-좌표를 순차적으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 패널들의 이미지를 얻는 단계는, 카메라가 상기 결정된 촬영 위치를 따라 순차적으로 이동하면서 연속되는 패널들을 차례로 촬영하는 단계를 포함할 수 있다.

예컨대, 상기 패널들의 개별적인 이미지로부터 바이오칩에 대한 전체 데이터 를 추출하는 단계는, 촬영된 개별적인 패널의 이미지에 대한 그리딩 작업을 수행하여, 개별 패널 내의 스팟들의 위치를 좌표화하고 각각의 스팟들의 밝기를 수치화하는 단계; 상기 개별적인 패널의 이미지에 대한 그리딩 작업을 전체 패널들에 대해 각각 순차적으로 수행하는 단계; 및 상기 개별적인 패널 이미지의 그리딩 결과로부터 전체 바이오칩에 대한 데이터를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 개별적인 패널의 이미지에 대한 그리딩 작업은 바이오칩의 회전량만큼 패널의 이미지를 역회전시키는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 개별적인 패널의 이미지에 대한 그리딩 작업은 바이오칩의 경사량 및 경사 방향을 참조하여 패널 이미지 내의 스팟들의 실제 밝기를 보정하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 전체 바이오칩에 대한 데이터를 추출하는 단계는, 촬영된 개별적인 패널에 대한, 전체 패널들 사이의 상대적인 좌표를 구하는 단계; 상기 개별적인 패널의 상대적인 좌표와 상기 개별적인 패널 내에서의 스팟들의 좌표를 기초로, 모든 개별적인 패널 내의 스팟들의 좌표를 바이오칩 전체에 대한 좌표로 변환하는 단계, 및 상기 그리딩 작업에서 구한 개별적인 패널 내의 스팟들의 밝기 데이터를 변환된 좌표에 매칭시키는 단계를 포함할 수 있다.

예컨대, 상기 바이오칩 전체에 대한 좌표로 변환하는 단계는, 개별적인 패널 내에서 x 및 y 방향을 따라 배열된 스팟들의 개수를 개별적인 패널의 상대적인 좌표와 각각 곱하고, 이 값을 개별적인 패널 내의 스팟들의 좌표에 더함으로써 이루어질 수 있다.

여기서, 개별적인 패널 내에서 x 및 y 방향을 따라 배열된 스팟들의 개수는 미리 저장된 값을 참조할 수 있다.

또는, 개별적인 패널 내에서 x 및 y 방향을 따라 배열된 스팟들의 개수는 상기 그리딩 작업을 수행할 때 구해질 수도 있다.

또한, 예컨대, 상기 바이오칩 내의 각각의 패널마다 패널 마크가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 패널 마크는 상기 바이오칩 내의 각 패널 내의 모서리 부분에 각각 형성될 수 있다.

한편, 다른 유형에 따르면, 바이오칩이 장착될 스테이지; 바이오칩을 촬영하기 위한 카메라; 및 상기 스테이지와 카메라를 제어하고 카메라로부터 얻은 이미지를 분석하여 데이터를 추출하기 위한 컴퓨터를 포함하는 바이오칩 스캐너 장치가 제공될 수 있으며, 여기서 상기 컴퓨터는 상술한 방법에 따라 바이오칩을 스캐닝하도록 상기 스테이지와 카메라를 제어할 수 있다.

개시된 바이오칩 스캐닝 방법에 따르면, 바이오칩을 스캐닝하는 동안 각각의 패널마다 초점 거리를 최적화하는 작동을 하지 않아도 되기 때문에, 스캐닝 시간을 단축할 수 있다. 또한, 바이오칩이 스캐너 카메라에 대해 회전되어 있거나 거울어져 배치되어 있더라도 쉽게 대응할 수 있다. 더욱이, 이러한 방법을 수행하기 위해 고가의 광학 장비를 추가하지 않아도 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오칩 스캐닝 방법에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 바이오칩을 조명하여 형광 이미지를 얻고 이를 분석하여 데이터를 추출하기 위한 바이오칩 스캐너 장치(10)의 전체적인 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 바이오칩 스캐너 장치(10)는 바이오칩(20)이 장착될 스테이지(11), 바이오칩(20)을 촬영하기 위한 카메라(12), 및 상기 스테이지(11)와 카메라(12)를 제어하고 카메라(12)로부터 얻은 이미지를 분석하여 데이터를 추출하기 위한 컴퓨터(13)를 포함할 수 있다. 스테이지(11)는 XYZ 스테이지로서, 촬영될 바이오칩(20)을 카메라(12)에 대해 XYZ-방향을 따라 상대적으로 이동시킬 수 있다. 그러나, 실시예에 따라서는, 바이오칩(20)이 고정되어 있고, 카메라(12)가 스테이지에 의해 이동할 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의상 카메라(12)가 이동하는 것처럼 표현하지만, 실제로는 스테이지(11)에 장착된 바이오칩(20)이 이동하는 것으로 이해될 수 있으며, 보다 넓은 의미로는 카메라(12)와 바이오칩(20) 사이의 상대적인 이동으로 이해하여야 한다.

이러한 구조에서, 카메라(12)는 바이오칩(20)에 대해 상대적으로 이동하면서 패널 단위로 바이오칩(20) 내의 스팟들의 마이크로 어레이를 촬영한다. 이때, 앞서 설명한 바와 같이, 바이오칩(20)이 카메라(12)의 이동축에 대해 회전되어 있거나 경사져 배치된 경우에는 정확한 이미지를 얻기 어려우며, 정확한 이미지를 얻기 위하여 많은 시간이 소요된다. 도 7은, 도 1에 도시된 바이오칩 스캐너 장치(10)에 추가적인 고가의 광학 장비를 장착하지 않으면서, 고속으로 정확한 이미지를 얻기 위한 바이오칩 스캐닝 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.

도 7의 흐름도를 참조하면, 먼저 초기 단계(단계 S1)에서 컴퓨터(13)의 제어에 따라 스테이지(11) 상에 장착된 바이오칩(20) 위로 카메라(12)가 이동한다. 그리고, 카메라(12)는 바이오칩(20) 위를 이동하면서 바이오칩(20) 표면 상의 적어도 세 개의 상이한 지점에서의 3차원 위치(x, y, z)를 측정한다. 상이한 세 개의 지점에 대한 3차원 위치를 얻으면, 예를 들어 최소자승법과 같은 일반적인 회귀 분석 방법을 이용하여 바이오칩(20)의 표면을 근사하는 평면을 결정하는 것이 가능하다. 이때, 바이오칩(20) 표면 상의 측정될 지점은 미리 정해져 있을 수 있다.

예를 들어, 도 2에는 스캐닝될 바이오칩(20)의 표면 구조가 예시적으로 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 유리 또는 실리콘과 같은 재료로 된 기판(21) 위에 스팟들의 마이크로 어레이(22)가 형성되어 있다. 기판(21) 위에는 또한 마이크로 어레이(22) 바깥 쪽으로 타깃 마크(23)가 형성되어 있다. 타깃 마크(23)는, 예컨대, 금속 등으로 이루어진 소정의 패턴일 수 있다. 도 2에는 십자 모양으로 표시되어 있지만, 다른 형태의 패턴으로 타깃 마크(23)를 형성할 수도 있다. 또한, 도 2에는 4개의 타깃 마크(23)가 도시되어 있지만, 타깃 마크(23)의 개수는 그보다 많을 수도 있다. 단지 바이오칩(20) 표면에 대한 근사 평면을 얻기 위하여 최소 3개의 타깃 마크(23)가 존재하면 된다. 4개 이상의 타깃 마크(23)가 있는 경우에는 바이오칩(20) 표면에 대한 근사 곡면을 얻을 수도 있다. 또한, 타깃 마크(23)들 중 일부는 스팟들의 마이크로 어레이(22) 내에 배치될 수도 있다.

컴퓨터(13)의 메모리(도시되지 않음)에는 찾아야 할 타깃 마크(23)의 패턴 모양이 미리 저장되어 있을 수 있다. 컴퓨터(13)의 제어에 따라 카메라(12)는 이 타깃 마크(23)를 찾아 xy-방향으로 이동한다. 타깃 마트(23)를 찾은 후에는, z-방향으로 이동하면서 타깃 마크(23)에 대한 포커싱을 수행할 수 있다. 그러면, 타깃 마크(23)에 카메라(12)의 초점이 맞추어질 때까지의 스테이지(11)의 이동량을 통해 타깃 마크(23)의 3차원 위치를 구하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로 적어도 3개의 타깃 마크(23)에 대해 순차적으로 3차원 위치를 구할 수 있다. 이렇게 측정된 타깃 마크(23)들 각각의 3차원 위치는 컴퓨터(13)에 입력된다. 컴퓨터(13)는 입력된 타깃 마크(23)들 각각의 3차원 위치를 이용하여 바이오칩(20) 표면에 대한 근사적인 평면을 계산한다(단계 S2). 이때, 앞서 설명한 바와 같이, 예를 들어 최소자승법과 같은 일반적인 회귀 분석 방법을 이용할 수 있다. 또한, 4개 이상의 타깃 마트(23)들에 대해 3차원 위치를 측정한 경우에는 바이오칩(20) 표면에 대한 근사적인 곡면을 계산할 수도 있다.

위와 같이 바이오칩(20) 표면에 대한 근사 평면 또는 곡면이 결정되면, 바이오칩(20)이 카메라(12)의 이동축에 대해 얼마나 회전되었는지 또는 경사졌는지를 결정하는 것이 가능하다(단계 S3). 바이오칩(20)의 회전 및 경사 정도가 결정된 다음에는, 바이오칩(20)을 스캐닝하기 위하여 바이오칩(20) 내의 연속되는 패널(24)들의 촬영 위치를 미리 결정한다(단계 S4).

다시 도 2를 참조하면, 스팟들의 마이크로 어레이(22)는 촬영의 기본 단위가 되는 다수의 패널(24)들을 포함하고 있다. 도 2에는 단지 16개의 패널(24)들이 도시되어 있지만, 실제의 패널들의 개수는 훨씬 많을 수 있다. 이러한 패널(24)들은 미리 구획되어 있을 수 있으며, 각각의 패널(24)에는 구획된 패널의 영역을 식별하기 위한 패널 마크(25)가 형성되어 있다. 예를 들어, 각 패널(24) 내의 네 모서리에 각각 패널 마크(25)가 형성될 수 있다. 따라서, 스팟들의 마이크로 어레이(22) 내의 연속되는 패널(24)들은 이러한 패널 마크(25)를 통해 구별될 수 있다.

이러한 바이오칩(20) 내의 연속되는 패널(24)들의 촬영 위치는 바이오칩(20)의 회전 및 경사 정도를 고려하여 결정된다. 먼저, 바이오칩(20)이 카메라(12)의 이동축에 대해 회전된 경우에 촬영 위치를 결정하는 과정을 설명한다. 도 3은 카메라(12)의 이동축에 대해 바이오칩(20)이 각도 θ로 회전되어 있는 상태를 예시적으로 도시하고 있다. 통상적으로 카메라(12)의 촬영 범위는, 하나의 패널(24)을 촬영하였을 때 패널(24)의 이미지 주변에 약 10~15% 정도의 여유가 생길 정도로 크기가 조절된다. 즉, 카메라(12)의 촬영 범위는 하나의 패널(24)의 크기보다 약 10~15% 정도 크다. 따라서, 각도 θ가 충분히 작은 경우에는(예를 들어, x-방향을 따라 첫번째 열의 패널(24)과 마지막 열의 패널(24) 사이의 y-방향 편차가 약 10~15% 이내인 경우에는), 바이오칩(20)의 회전각을 보정할 필요 없다. 예를 들어, x-방향을 따라 한 줄의 패널(24)을 촬영하는 동안, 카메라(12)는 y-방향으로는 이동할 필요 없이 x-방향으로만 이동하면서 각각의 패널(24)들을 촬영할 수 있다. 이 경우에는, 예컨대, 처음 촬영을 시작할 패널(24)의 패널 마크(25)를 참조하여, 처음 촬영을 시작할 패널(24)의 중심 부분의 (x,y) 좌표를 결정한 후, 미리 정해진 패널(24)들의 폭과 길이를 고려하여 다음에 촬영할 패널(24)의 중심 부분의 (x,y) 좌표를 순차적으로 결정한다. 이때, 동일한 행(row) 내의 패널(24)들의 y-좌표는 동일하며, 동일한 열(column) 내의 패널(24)들의 x-좌표는 동일하게 된다.

그러나, 각도 θ가 큰 경우에는 바이오칩(20)의 회전각을 보정해야 할 필요가 있다. 따라서, 예를 들어, x-방향을 따라 한 줄의 패널(24)을 촬영하는 동안, 카메라(12)는 y-방향으로도 조금씩 이동하여야 한다. 또한, 다음 줄의 패널(24)을 촬영할 때는 x-방향의 좌표도 회전각에 해당하는 만큼 변경되어야 한다. 이때, x-방향을 따라 한 줄의 패널(24)을 촬영하는 동안, y-방향의 변화 정도는 회전각 θ와 대응하도록 설정된다. 마찬가지로, 다음 줄의 패널(24)을 촬영할 때 x-방향의 변화 정도도 역시 회전각 θ와 대응하도록 설정된다. 컴퓨터(13)는 처음 촬영을 시작할 패널(24)의 패널 마크(25)를 참조하여, 처음 촬영을 시작할 패널(24)의 중심 부분의 (x,y) 좌표를 결정한 후, 미리 정해진 패널(24)들의 폭과 길이 및 앞서 측정된 바이오칩(20)의 회전각 θ를 고려하여 다음에 촬영할 패널(24)의 중심 부분의 (x,y) 좌표를 순차적으로 결정한다. 도 4는, 바이오칩(20)이 회전되어 있는 경우에 상술한 방식으로 계산된, 카메라(12)가 촬영하게 될 가상 패널(24')들의 배치를 나타내고 있다. 카메라(12)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 스팟들의 가상 마이크로 어레이(22')가 회전각 θ에 대응하여 계단형으로 형성되어 있으며, 그 내부의 가상 패널(24')들이 부분적으로 중첩된 계단형으로 배치되어 있다고 보고, 각각의 가상 패널(24')들을 따라 촬영을 수행할 수 있다.

한편, 도 5는 바이오칩(20)이 경사져 있는 경우에 카메라(12)가 촬영하게 될 바이오칩(20)의 가상 패널(24")의 배치를 예시적으로 나타내고 있다. 도 5에서 점선으로 표시한 것은 경사 없이 수평하게 배치된 이상적인 바이오칩(20')을 나타낸 다. 도 5에서 바이오칩(20)은 소정의 경사각 α로 경사져 있는 것으로 도시되어 있다. 이 경우, 카메라(12)가 수평 방향으로만 이동하면 카메라(12)와 바이오칩(20)과의 거리가 변하여 초점이 맞지 않게 된다. 따라서, 카메라(12)와 바이오칩(20) 사이에 초점 거리(f)에 해당하는 일정한 간격을 유지할 수 있도록, 패널(24)들에 대한 z-방향으로의 촬영 위치를 각각 결정할 필요가 있다.

예를 들어, x-방향 또는 y-방향을 따라 카메라(12)가 이동할 때, 카메라(12)는 z-방향으로도 조금씩 이동하여야 한다. 이때, x-방향 또는 y-방향을 따라 이동하는 동안, 카메라(12)의 z-방향으로의 변화 정도는 경사각 α와 대응하도록 설정된다. 이를 위하여, 컴퓨터(13)는 처음 촬영을 시작할 패널(24)의 패널 마크(25)를 참조하여, 처음 촬영을 시작할 패널(24)의 중심 부분의 z-좌표를 결정한 후, 미리 정해진 패널(24)들의 폭과 길이 및 앞서 측정된 바이오칩(20)의 경사각 α를 고려하여 다음에 촬영할 패널(24)의 중심 부분의 z-좌표를 순차적으로 결정한다. 도 5에는 이러한 방식으로 계산된 가상 패널(24")들이 도시되어 있다. 카메라(12)는 수평하게 배치된 가상 패널(24")들이 z-방향으로 계단 형태로 배치되어 있다고 보고, 각각의 가상 패널(24")들을 따라 촬영을 수행할 수 있다.

도 5에서는 편의상 x,y-방향으로 공통적인 경사각 α을 표시하고 있으나, 실제로는 x-방향으로의 바이오칩(20)의 경사각과 y-방향으로의 바이오칩(20)의 경사각이 다를 수 있다. 따라서, x-방향으로 카메라(12)의 이동시에 z-방향의 증분과, y-방향으로 카메라(12)의 이동시에 z-방향의 증분은 각각 독립적으로 계산될 수 있다. 이는 앞서 구한 바이오칩(20)의 표면을 근사하는 가상의 평면 또는 곡면으로부 터 계산될 수 있다. 이러한 방식으로 바이오칩(20)의 표면에 대한 가상의 근사 평면 또는 곡면 위에 있는 모든 패널(24)들에 대한 중심부의 3차원 좌표(x, y, z)를 결정할 수 있으며, 따라서 이로부터 카메라(12)의 초점 거리(f)를 더 고려하여 모든 패널(24)들의 촬영 위치를 결정할 수 있다.

그러면, 컴퓨터(13)는 위에서 결정된 패널(24)들의 촬영 위치를 기초로 카메라(12)의 스캐닝 동작을 제어한다. 카메라(12)는 컴퓨터(13)의 제어에 따라 바이오칩(20)을 스캐닝하여, 바이오칩(20) 내의 연속되는 패널(24)들을 차례로 촬영한다(단계 S5). 종래의 경우에는, 카메라가 하나의 패널을 촬영한 후 다음 패널의 촬영을 위해 이동할 때마다 새로 초점을 맞추는 동작을 수행하였다. 즉, 종래에는 패널의 개수만큼의 포커싱 동작이 필요하였다. 그러나, 본 실시예에서 개시된 방법에 따르면, 컴퓨터(13)가 미리 카메라(12)의 최적의 촬영 위치를 계산해 두었기 때문에, 패널(24)들을 촬영하는 동안에는 포커싱 동작이 불필요하다. 단지 초기에 타깃 마크(23)의 3차원 위치를 구하는 동안에만 초점을 맞추는 동작을 수행한다. 즉, 타깃 마크(23)의 개수만큼만 포커싱 동작을 수행하면 된다. 따라서, 바이오칩(20)의 스캐닝 시간이 단축될 수 있다.

바이오칩(20) 상의 전체 패널(24)들에 대한 촬영이 진행되는 동안, 각각의 패널(24)들에 대한 촬영된 이미지는 컴퓨터(13)의 메모리에 저장된다. 그런 후, 컴퓨터(13)에 설치된 이미지 처리 소프트웨어는 촬영된 개별적인 패널(24)의 이미지에 대한 그리딩(gridding) 작업을 수행한다(단계 S6). 도 6은 스캐너 장치(10)의 카메라(12)에 의해 얻은 하나의 패널(24)의 이미지(30)를 예시적으로 나타내고 있 다. 도 6의 예시적인 패널 이미지(30)를 보면, 중심부에 하나의 패널(24)이 있으며, 그와 인접한 패널(24)의 일부가 주변에 보인다. 또한, 패널(24) 내에 배열된 다수의 스팟(27)들과 패널(24)의 네 모서리에 있는 패널 마크(25)들이 보인다. 도면에는 상세하게 도시되지 않았지만, 각각의 스팟(27)에 샘플이 결합된 정도에 따라 스팟(27)들의 밝기가 달라진다. 그리딩 작업은, 촬영된 하나의 패널(24) 내의 스팟(27)들의 위치를 좌표화하고, 각각의 스팟(27)들의 밝기를 수치화하는 작업이다.

이미지 처리 소프트웨어는 패널 마크(25)들을 참조하여 불필요한 주변 패널의 이미지를 제거한다. 그런 후, 패널 마크(25)들을 참조하여 패널(24) 내의 개별적인 스팟(27)들의 위치를 (x, y) 좌표로 좌표화하고, 어떠한 좌표의 스팟(27)이 어느 정도의 밝기를 갖고 있는지에 대한 데이터를 추출한다. 이때, 단계 S3에서 결정된 바이오칩(20)의 회전 및 경사 정도를 고려할 수 있다. 예를 들어, 이미지 처리 소프트웨어는 데이터를 추출하기 전에 회전을 보정하기 위하여, 단계 S3에서 결정된 바이오칩(20)의 회전량(θ)만큼 이미지(30)를 역회전시킬 수 있다. 또한, 패널(24)의 촬영은 수평하게 배치된 가상 패널(24")을 기준으로 수행하였지만, 실제로는 패널(24)이 경사져 있기 때문에, 카메라(12)로부터 먼 스팟(27)과 가까운 스팟(27)이 존재한다. 이미지 처리 소프트웨어는 단계 S3에서 결정된 바이오칩(20)의 경사량(α)과 경사 방향을 참조하여 이미지(30) 내의 스팟(27)들의 실제 밝기를 보정할 수 있다.

이러한 방식으로 개별적인 패널(24)의 이미지(30)에 대한 그리딩 작업을 전 체 패널(24)들에 대해 각각 수행한다. 그런 후에는, 위에서 얻은 개별적인 패널 이미지(30)의 그리딩 결과로부터 전체 바이오칩(20)에 대한 데이터를 추출한다(단계 S7). 즉, 개별적인 패널(24)들에 대한 데이터를 종합하여, 바이오칩(20) 내의 마이크로 어레이(22) 전체에 대해 모든 스팟들의 위치를 좌표화하고 밝기를 수치화한다. 이는 각 패널(24)들에 대한 좌표와 그 패널(24) 내의 스팟(27)들의 좌표를 더함으로써 간단히 수행될 수 있다.

개별적인 패널 이미지(30)의 그리딩 결과로부터 전체 바이오칩(20)에 대한 데이터를 추출하는 방식을 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 카메라(12)가 바이오칩(20) 상의 패널(24)들을 촬영할 때마다, 컴퓨터(13)는 촬영된 패널(24)들의 이미지와 함께 촬영된 패널(24)에 대한, 전체 패널들 사이의 상대적인 좌표를 메모리에 저장한다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 촬영이 맨 처음 시작될 좌상부 모서리에 있는 패널(24)의 상대적인 좌표는 (0, 0)이다. 그리고, 가장 마지막으로 촬영될 우하부 모서리에 있는 패널(24)의 상대적인 좌표는 (3, 3)이다. 이러한 방식으로 컴퓨터(13)는 스캐닝 과정(단계 S5)에서 카메라(12)가 패널(24)을 촬영할 때마다 그 패널(24)의 좌표를 카운트한다.

그런 후, 위에서 설명한 바와 같이, 이미지 처리 소프트웨어는 단계(S6)에서 그리딩 작업을 수행하는 동안, 한 패널(24) 내의 스팟(27)들의 상대적인 위치를 (x, y)로 좌표화한다. 그러면, 단계(S7)에서, 이미지 처리 소프트웨어는 저장된 각 패널(24)의 좌표를 참조하여 바이오칩(20) 상의 전체 스팟(27)들에 대한 상대적인 위치를 (x, y)로 좌표화할 수 있다. 이를 위해, 각 패널(24) 내에서 x 방향으로의 스팟(27)들의 개수(n)와 y 방향으로의 스팟(27)들의 개수(m)가 미리 컴퓨터(13)의 메모리에 저장되어 있을 수 있다. 만약 각각의 패널(24) 내에서 스팟(27)들이 직사각형의 형태로 배열되어 있고, 모든 패널(24)들이 동일한 스팟(27)들의 배열을 갖는다면, (X, Y) 좌표의 패널에서 (x, y) 좌표를 갖는 스팟(27)의 전체적인 위치는 간단히 (x+n*X, y+m*Y)로 구해질 수 있다.

보다 복잡한 실시에에서는, 패널(24) 내의 각각의 행과 열마다 스팟(27)들의 개수가 다를 수도 있고, 각각의 패널(24)마다 스팟(27)들의 배열이 다를 수도 있다. 그러나, 이 경우에도 각각의 패널(24)에 대해 각각의 행과 열을 따라 배열된 스팟(27)들의 개수를 미리 알고 있다면, 상술한 원리에 따라 바이오칩(20) 상의 전체 스팟(27)들의 상대적인 위치를 정확하게 구할 수 있다. 또한, 각각의 패널(24)에 대해 각각의 행과 열을 따라 배열된 스팟(27)들의 개수는 컴퓨터(13)의 메모리에 미리 저장되어 있을 수도 있지만, 상기 개별적인 패널 이미지(30)를 그리딩하는 단계(S6)에서 이미지 처리 소프트웨어가 직접 구할 수도 있다.

이러한 방식으로 모든 개별적인 패널(24) 내의 스팟(27)들의 좌표를 바이오칩(20) 전체에 대한 좌표로 변환한 후, 단계(S6)에서 구한 개별적인 패널(24) 내의 스팟(27)들의 밝기 데이터를 변환된 좌표와 매칭시키면, 전체 바이오칩(20)의 스팟(27)에 대한 데이터를 추출하는 것이 가능하게 된다.

이와 같이, 여기서 개시된 실시예에 따르면, 각각의 패널(24)들에 대해 개별적으로 그리딩을 수행한 후, 그 결과로부터 전체적인 데이터를 얻기 때문에, 하나의 큰 바이오칩 이미지를 만들기 위하여 각각의 패널에 대한 완전한 형태의 이미지 를 만들어 이를 하나씩 단절 없이 이어 붙어야 하는 불편함이 없다.

지금까지, 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 다양한 실시예들이 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예들은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.

도 1은 바이오칩을 조명하여 형광 이미지를 얻기 위한 스캐너 장치의 전체적인 구조를 개략적으로 도시하고 있다.

도 2는 스캐닝될 바이오칩의 구조를 예시적으로 도시하고 있다.

도 3은 카메라의 이동축에 대해 바이오칩이 회전되어 있는 상태를 도시하고 있다.

도 4는 바이오칩이 회전되어 있는 경우에 스캐너 장치의 카메라가 촬영하게 될 바이오칩의 가상의 패널 배치를 나타내고 있다.

도 5는 바이오칩이 경사져 있는 경우에 스캐너 장치의 카메라가 촬영하게 될 바이오칩의 가상의 패널 배치를 예시적으로 나타내고 있다.

도 6은 스캐너 장치의 카메라에 의해 얻은 하나의 패널의 이미지를 예시적으로 나타낸다.

도 7은 바이오칩을 스캐닝하는 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10.....스캐너 장치 11.....스테이지

12.....카메라 13.....컴퓨터

20.....바이오칩 21.....기판

22.....마이크로 어레이 23.....타깃 마크

24.....패널 25.....패널 마크

27.....스팟 30.....패널 이미지

Claims

바이오칩 표면 상의 적어도 세 개의 상이한 지점에서의 3차원 위치를 측정하는 단계;

측정된 3차원 위치를 기초로 바이오칩의 표면에 대한 가상의 근사 평면 또는 곡면을 결정하는 단계;

상기 가상의 근사 평면 또는 곡면을 기초로 바이오칩 내의 패널들의 촬영 위치를 결정하는 단계;

결정된 촬영 위치에 따라 바이오칩을 스캐닝하여 패널들의 이미지를 얻는 단계; 및

상기 패널들의 개별적인 이미지로부터 바이오칩에 대한 전체 데이터를 추출하는 단계를 포함하는 바이오칩 스캐닝 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 적어도 세 개의 상이한 지점은 바이오칩의 기판 위에 형성되어 있는 타깃 마크인 바이오칩 스캐닝 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 타깃 마크는 바이오칩의 기판 위에 형성된 스팟들의 마이크로 어레이 바깥 쪽으로 배치되어 있는 바이오칩 스캐닝 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 타깃 마크의 3차원 위치는 카메라의 초점이 상기 타깃 마크에 맞추어질 때까지 바이오칩을 지지하는 스테이지의 이동량을 통해 구하는 바이오칩 스캐닝 방법.
제 1 항에 있어서,

바이오칩의 표면에 대한 가상의 근사 평면 또는 곡면은 측정된 3차원 위치를 기초로 최소자승법을 이용하여 결정되는 바이오칩 스캐닝 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 패널들의 촬영 위치를 결정하는 단계는:

상기 바이오칩의 표면에 대한 가상의 근사 평면 또는 곡면으로부터 바이오칩의 회전 또는 경사를 결정하는 단계;

회전 또는 경사가 결정된 상기 바이오칩의 회전을 고려하여 패널들의 중심 부분의 (x, y) 좌표를 순차적으로 결정하는 단계;

회전 또는 경사가 결정된 상기 바이오칩의 경사를 고려하여 패널들의 중심 부분의 z-좌표를 순차적으로 결정하는 단계; 및

촬영할 상기 패널들의 중심 부분의 (x, y, z) 좌표에 카메라의 초점 거리를 더 고려하여 촬영 위치에 대한 3차원 좌표를 계산하는 단계를 포함하는 바이오칩 스캐닝 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 패널들의 중심 부분의 (x, y) 좌표를 결정하는 단계는:

처음 촬영을 시작할 패널의 중심 부분의 (x, y) 좌표를 결정하는 단계; 및

미리 정해진 패널들의 폭과 길이 및 상기 결정된 바이오칩의 회전을 고려하여 다음에 촬영할 패널의 중심 부분의 (x, y) 좌표를 순차적으로 결정하는 단계를 포함하는 바이오칩 스캐닝 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 패널들의 중심 부분의 z-좌표를 결정하는 단계는:

처음 촬영을 시작할 패널의 중심 부분의 z-좌표를 결정하는 단계; 및

미리 정해진 패널들의 폭과 길이 및 상기 결정된 바이오칩의 경사를 고려하여 다음에 촬영할 패널의 중심 부분의 z-좌표를 순차적으로 결정하는 단계를 포함하는 바이오칩 스캐닝 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 패널들의 이미지를 얻는 단계는 카메라가 상기 결정된 촬영 위치를 따라 순차적으로 이동하면서 패널들을 차례로 촬영하는 단계를 포함하는 바이오칩 스캐닝 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 패널들의 개별적인 이미지로부터 바이오칩에 대한 전체 데이터를 추출하는 단계는:

촬영된 개별적인 패널의 이미지에 대한 그리딩 작업을 수행하여, 개별 패널 내의 스팟들의 위치를 좌표화하고 각각의 스팟들의 밝기를 수치화하는 단계;

상기 개별적인 패널의 이미지에 대한 그리딩 작업을 전체 패널들에 대해 각각 순차적으로 수행하는 단계; 및

상기 개별적인 패널 이미지의 그리딩 결과로부터 전체 바이오칩에 대한 데이터를 추출하는 단계를 포함하는 바이오칩 스캐닝 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 개별적인 패널의 이미지에 대한 그리딩 작업은, 바이오칩의 회전량만큼 패널의 이미지를 역회전시키는 단계를 포함하는 바이오칩 스캐닝 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 개별적인 패널의 이미지에 대한 그리딩 작업은, 바이오칩의 경사량 및 경사 방향을 참조하여 패널 이미지 내의 스팟들의 실제 밝기를 보정하는 단계를 포함하는 바이오칩 스캐닝 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 패널들의 개별적인 이미지로부터 바이오칩에 대한 전체 데이터를 추출하는 단계는:

촬영된 개별적인 패널의 이미지에 대한 그리딩 작업을 수행하여, 개별 패널 내의 스팟들의 위치를 좌표화하고 각각의 스팟들의 밝기를 수치화하는 단계;

상기 개별적인 패널의 이미지에 대한 그리딩 작업을 전체 패널들에 대해 각각 순차적으로 수행하는 단계; 및

개별적인 패널 이미지의 그리딩 결과로부터 전체 바이오칩에 대한 데이터를 추출하는 단계를 포함하는 바이오칩 스캐닝 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 전체 바이오칩에 대한 데이터를 추출하는 단계는:

촬영된 개별적인 패널에 대한, 전체 패널들 사이의 상대적인 좌표를 구하는 단계;

상기 개별적인 패널의 상대적인 좌표와 상기 개별적인 패널 내에서의 스팟들의 좌표를 기초로, 모든 개별적인 패널 내의 스팟들의 좌표를 바이오칩 전체에 대한 좌표로 변환하는 단계; 및

상기 그리딩 작업에서 구한 개별적인 패널 내의 스팟들의 밝기 데이터를 변환된 좌표에 매칭시키는 단계를 포함하는 바이오칩 스캐닝 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 바이오칩 전체에 대한 좌표로 변환하는 단계는, 개별적인 패널 내에서 x 및 y 방향을 따라 배열된 스팟들의 개수를 개별적인 패널의 상대적인 좌표와 각각 곱하고, 이 값을 개별적인 패널 내의 스팟들의 좌표에 더함으로써 이루어지는 바이오칩 스캐닝 방법.
제 15 항에 있어서,

개별적인 패널 내에서 x 및 y 방향을 따라 배열된 스팟들의 개수는 미리 저장된 값을 참조하는 바이오칩 스캐닝 방법.
제 15 항에 있어서,

개별적인 패널 내에서 x 및 y 방향을 따라 배열된 스팟들의 개수는 상기 그리딩 작업을 수행할 때 구해지는 바이오칩 스캐닝 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 바이오칩 내의 각각의 패널마다 패널 마크가 형성되어 있는 바이오칩 스캐닝 방법.
제 18 항에 있어서,

상기 패널 마크는 상기 바이오칩 내의 각 패널 내의 모서리 부분에 각각 형 성되어 있는 바이오칩 스캐닝 방법.
바이오칩이 장착될 스테이지;

바이오칩을 촬영하기 위한 카메라; 및

상기 스테이지와 카메라를 제어하고 카메라로부터 얻은 이미지를 분석하여 데이터를 추출하기 위한 컴퓨터를 포함하며,

상기 컴퓨터는 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 바이오칩을 스캐닝하도록 상기 스테이지와 카메라를 제어하는 바이오칩 스캐너 장치.