특허 개요
본 특허는 기준 신호와 형광 신호를 함께 받아 형광체의 수명을 구하는 형광 수명 측정 장치 및 방법입니다. 광원에서 나온 여기광의 일부를 기준 신호 측정 경로로 보내고, 나머지는 형광체를 여기한 뒤 형광 신호 측정 경로로 수집하며, 두 신호의 위상자(phasor)를 구해 형광 신호 위상자를 기준 신호 위상자로 나누는 위상자 역연산(deconvolution)으로 형광체 고유 위상자를 복원합니다. 이후 복원된 위상자의 실수부·허수부와 여기광 주파수에 기초해 형광 수명을 계산하므로, 사전 응답함수 측정이나 다회 반복 측정 부담을 줄인 구성이 특징입니다.
- 핵심 기능
광원에서 나온 여기광을 기준 신호와 형광 신호로 분기한 뒤, 각각의 신호를 검출해 위상자를 산출합니다. 그다음 형광 신호 위상자와 기준 신호 위상자의 역연산을 수행하여 형광체 고유 위상자를 얻고, 이를 바탕으로 형광 수명을 계산합니다.
- 차별 강점
종래 TCSPC 방식은 다회 레이저 조사와 피팅 과정이 필요해 측정 속도가 느리고, 응답함수 기반 방식은 사전 조사와 고성능 검출기 요구로 구성 부담이 컸습니다. 본 특허는 기준 신호와 형광 신호를 동시에 직접 획득해 위상자 역연산으로 수명을 계산하므로, 지터 노이즈가 있어도 정확성을 유지하면서 더 단순한 시스템 구성이 가능합니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 형광 수명 측정, 현미경 기반 생체 이미징, 광 프로브, 내시경, 세포 물질대사 분석 분야에 활용 가능하며, 다양한 형광체 혼합 분석에도 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 생체 영상 장비, 진단용 광학 모듈, 연구용 형광 분석 장비, 대사 상태 분석 솔루션으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
기준 신호와 형광 신호를 동시에 획득한 뒤 위상자 역연산으로 형광체 위상자를 복원하고 형광 수명을 계산하는 원리가 이론·시스템 수준에서 검증되었습니다. 지터 노이즈가 존재하더라도 정확한 계산이 가능하고, 응답함수 사전 측정이 필요 없다는 점이 확인되었으며 실제 제품 수준의 통합 검증은 추가가 필요합니다.
- 검증대상: 형광 수명 측정 장치에서 획득한 기준 신호와 형광 신호
- 비교군: 종래 TCSPC 방식 및 응답함수 기반 방식
- 구동 조건: 단일 발진, 기준 신호 측정 경로와 형광 신호 측정 경로의 광경로 길이 차로 분리된 한 쌍의 신호, 여기광 변조 주파수 20MHz～80MHz, 지터 노이즈 존재 가능
현재 성과
광원의 단일 발진으로 함께 획득한 기준 신호와 형광 신호를 이용해 위상자 역연산을 수행하므로, 형광 수명을 빠르게 계산할 수 있습니다. 반복적인 다회 측정과 복잡한 피팅 부담을 줄여 실시간 분석에 유리합니다.
실시예에서는 기준 신호와 형광 신호를 동시에 획득한 뒤 위상자를 복원하는 방식으로 지터 노이즈 상황에서도 형광체 위상자를 정확히 계산할 수 있음을 확인했습니다. 또한 응답함수 사전 측정이 필요 없는 구성으로 검증되었습니다.
기존 TCSPC는 다회 레이저 조사와 히스토그램 피팅이 필요하고, 응답함수 기반 방식은 사전 조사와 고성능 검출기 의존성이 컸습니다. 본 특허는 기준 신호와 형광 신호를 직접 함께 취득해 역연산으로 수명을 구하는 점이 핵심 차별점입니다.
상용화까지 남은 부분
현미경·광 프로브·내시경 등 실제 장비로의 시스템 통합과 소형화 검증
다채널 확장 및 소프트웨어·알고리즘 최적화
실사용 환경에서의 성능 검증과 제품화
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
위상자 역연산을 이용하여 형광 수명을 측정하기 위한 장치 및 방법
10-2024-0082567 (2024.06.25)
미등록 (심사 중)
유홍기 (한국과학기술원), 한정무 (한국과학기술원)
한국과학기술원