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BLOOD

광학과 혈액 진단 기술의 첨단화

혈액은 인체를 구성하는 세포, 조직 및 기관을 적절히 유지하면서 올바른 건강 상태와 신체 기능을 보장해주는 역할을 합니다. 유세포분석기, 세포 분리기 및 현미경과 같은 최신식 첨단 기술 진단 장비의 도움으로 백혈병, 겸상적혈구병, 빈혈증과 같이 혈액 관련 질병들을 발견하고 치료할 수 있게 되었습니다. 이러한 기술적 발전은 지난 20년간 광학 분야에서의 대단한 진보가 없었더라면, 불가능했을지도 모릅니다. 하이엔드급의 광학 필터 코팅여러 개의 요소로 이뤄진 현미경 렌즈처럼 광학 부품이 진화해가면서 혈액과 관련된 질병과 진단, 그리고 혈액학에 관한 연구 및 발견에 획기적 공헌을 해올 수 있었습니다.

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Blood and Optics

혈액 관련 질병

아래에 있는 설명들은 혈액과 관련된 일반적인 질환들로서 유동세포분석기와 같은 첨단 진단 기법으로 발견되곤 합니다. 광학 기술의 발전으로 이러한 질환들의 진단과 치료가 더욱 수월해졌으며, 사용법이 좀 더 간편하고 빠르면서도 휴대성이 있는 의료 기술과 장비를 제작법 알아갈 수 있게 되었습니다.

그림 1: 혈액 관련 질환들을 보여주는 그림

백혈병

혈액암으로도 알려진 백혈병은 골수와 기타 혈액 생성 부위에서 비정형 및 조숙한 백혈구를 만들어내는 악성의 진행형 질병으로서, 혈장혈액 내의 주된 액체 성분으로서 대개는 적혈구, 백혈구 및 혈소판을 품고 있는 매개물이나 기반으로 여겨집니다. 혈장은 대략 95%가 수분으로 이루어져 있고, 인체 총 혈량의 절반을 약간 넘게 차지합니다. 수분 이외의 나머지는 여러 단백질, 당분, 응고제 및 다양한 전해질로 구성됩니다. 내의 정상적인 건강한 혈액 세포들의 생성을 저지합니다.

지중해 빈혈

체내에서 주로 산소 운반 역할을 담당하는 적혈구에 비정형 헤모글로빈철분을 함유하고 있는 단백질 성분의 적혈구로서 주로 체내에서 산소 운반 역할을 합니다. 혈액 내 산소는 원활한 신체 기능을 위한 신진대사 기능을 이끌어내도록 체내 곳곳을 통해 주요 조직과 기관에 운반됩니다. 단백질을 가지고 있는 혈액 장애 질환. 혈액 내 산소는 원활한 신체 기능을 위한 신진대사 기능을 이끌어내도록 체내 곳곳을 통해 주요 조직과 기관에 운반됩니다. 이러한 질환은 피로감, 골격계 이상, 비장비대, 황색 피부 및 소아 성장 장애를 일으킬 수 있습니다.

진단 기술

혈액이나 기타 체액을 관찰, 검진 및 치료하는 데에는 다양한 기술과 기법이 활용됩니다. 이를 위한 일반적인 기술로는 유세포분석법, 세포분류법, 광자유체공학법 그리고 현미경 검사가 있습니다.

유동세포분석법

유동성 부유물 내의 입자가 가지고 있는 물리적/화학적 특성을 분석해내는 강력한 생명 과학 기술. 유동성 입자가 레이저 빔을 통과하면서 앞쪽과 옆쪽으로 분산된 빛이 모이게 되고 이를 통해 양적/질적으로 계산된 데이터를 수집합니다.

세포 분류

Fluorescence activated cell sorting (FACS)은 유동세포분석법의 한 가지 특정한 유형으로서 한 번에 단일 세포와 이질적인 세포들을 활성적으로 분류해 여러 컨테이너에 담아내는 기술입니다. 이는 세포별 특성을 기반으로 일반적인 분산광과 형광 원리를 이용해 수행됩니다.

광자유체공학

이 기술은 미세유체공학을 광학과 결합한 것입니다. 주된 용도로는 광대역을 커버하는 액정 디스플레이, 에너지 및 광학 렌즈가 있으며, 신생 기업의 경우 초기 추진력을 위해 lab-on-chip 장치, 바이오센서 및 분자 이미징 시스템에 중점을 두고 있습니다.

고속대량스크리닝

강력한 신약 개발 가공법으로서 약학 제조 분야에 폭넓게 활용됩니다. 주로 자동화 처리 방식으로 인해 인적오류(human error)에 대한 위험 부담이 덜 하며, 신약 개발을 빠르게 진행해줍니다.

현미경 검사

일반적인 광학현미경은 조직 슬라이드나 준비된 세포 및 샘플을 관찰하는 데 사용됩니다. 더 높은 하이엔드급의 현미경은 동초점 혹은 다광자 현미경으로도 알려져 있으며 다중 레이저, 미러 스캐닝, motorized actuator, 하이엔드 디텍터를 활용해 세포 내 활동과 단백질들 간의 상호작용을 더 자세히 파악할 수 있게 해줍니다.

형광표지세포분류기 (FACS)

특화된 유세포분석기의 한 유형으로서 생물 세포가 가지고 있는 형광 및 분산 특성을 이용해 각각의 다른 컨테이너로 세포들을 분류해냅니다. 이러한 기술은 여러 가지가 섞여 있는 혼합물을 차례대로 분리하는 데 사용됩니다.

Diagnostic Techniques

테크닉 예제: 유세포분석기

유세포분석기는 혈액이나 체액에 있는 질병을 검사하고 이를 발견하는 데 사용되는 주요 기법입니다. 이러한 분석기는 매우 중요한 3가지의 서브 시스템으로 구성됩니다 - 유체공학 시스템, 전자감지 시스템, 광학 시스템.

Flow Cytometry
그림 2: 일반적인 유세포분석기의 구성

유체공학 시스템: 유체역학 포커싱

질적으로 측정하는 데 사용되는 High flow rates:

  • DNA 염기서열이나 유자형으로부터 확보된 유전자 정보만을 사용해 유기체의 형태를 표현하거나 혹은 이를 예측함.

더 높은 해상도를 위해 사용되는 Lower flow rates:

  • 세포 및 DNA 분석

전자감지 시스템

전방산란광: 주어진 크기의 범주 내에서 입자들을 감지하고 레이저 빔의 광축을 약간 벗어난 분산광을 측정.

측면산란광: 굴절률이 변화하는 세포의 어느 경계면에서든 굴절이나 반사하는 대부분의 빛을 측정하며, 세포의 복잡성과 거친 정도에 비례.

장비

  • Photomultiplier tubes (PMTs): SSC 및 형광으로부터 생성되는 약한 시그널을 감지하는 데 사용.
  • Photodiodes: PMTs에 비해 민감도가 덜하며, 더 강력한 FSC 시그널을 감지하는 데 사용.

광학 시스템

Excitation Optics: 레이저 빔을 쉐이핑하고 포커싱하기 위한 레이저와 렌즈.

Emission Optics: 분산광을 응집하는 여러 렌즈 및 빛의 적절한 전송을 위한 미러, 필터 및 빔스플리터.

Fluorescence Microscopy를 위한 Fluorophores 및 Optical Filters

형광 현미경 검사 용도에서 형광 및 광학 필터가 어떠한 방식으로 작용하는지에 관한 더 많은 정보를 확인하십시오.

주목할만한 제품

광학은 여러 첨단 진단 기법과 기술에 있어 매우 중요한 역할을 하며, 혈액 분석 용도에 사용됩니다. Bandpass, dichroic, longpass 및 shortpass filter와 같은 다양한 유형의 필터와 빔스플리터는 가장 많이 활용되는 몇 안 되는 광학 부품들입니다.

Bandpass Filters

Bandpass Filters

Optical bandpass filters는 스펙트럼의 원하는 범위는 투과하고 투과 영역 이외에 존재하는 파장은 반사하는 데 사용됩니다.

그림 3 (좌): Bandpass filter의 투과 프로파일

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Optical
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Optical Filter Orientation

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Custom Bandpass Filter

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custom bandpass filter
그림 4: 1개의 shortpass filter와 1개의 longpass filter를 결합해 custom bandpass filter 생성 가능
Shortpass Filters

Shortpass Filters

Optical shortpass edge filters는 특정 cut-off 파장보다 짧은 길이의 파장을 투과하는 데 사용됩니다.

그림 5 (좌): Shortpass filter의 투과 프로파일

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Custom Bandpass Filter

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Longpass Filters

Longpass Filters

Optical longpass edge filters는 필터의 특정 cut-on 파장보다 긴 길이의 파장을 투과하는 데 사용됩니다.

그림 6 (좌): Longpass filter의 투과 프로파일

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Custom Bandpass Filter

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Dichroic Filters

Dichroic Filters

Dichroic filters는 스펙트럼의 원치 않는 파장은 반사시키고 원하는 영역은 투과하는 데 사용됩니다. 이러한 효과는 파장을 2개의 경로로 분리할 수 있기 때문에 일부 용도에서 굉장히 필요로 하는 부분이기도 합니다.

그림 7 (우): Dichroic filter의 투과 프로파일

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Optical Filter Orientation

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Beamsplitters

Beamsplitters

Beamsplitters는 입사광을 2개의 서로 다른 빔 경로로 분리하는 데 사용되는 광학 부품입니다. Dichroic filter와는 달리, 입사광이 파장에 따라 분리되지 않으며, 대신 50/50 또는 70/30과 같이 정해진 반사/투과 비율에 따라 입사광을 2개의 경로로 분리해냅니다.

그림 8 (좌): Plate beamsplitter에 의해 입사광이 2개의 서로 다른 빔 경로로 분리됨

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혈액 검진 기술을 위한 에드몬드 옵틱스의 미션

  • 전세계인의 혈액 건강 향상을 위한 광학 제품을 설계하고 생산
  • 빈혈증, 백혈병, 겸상 적혈구 빈혈, 골수종, 진성적혈구 증가증 및 혈우병과 같이 이미 발병이 되었거나 혹은 새로 나타난 혈액 질환을 전세계 어디에서는 정확하게 진단할 수 있는 광학 시스템 개발 촉진
  • 의사, 혈액학자, 간호사 및 기술자가 하나의 버튼만 가지고도 빠르고 정확하게 진단할 수 있는 사용이 간편한 광학 장비의 개발
  • 현대화된 의료 혜택을 받을 수 없는 빈곤 지역이나 빈민층을 위해 현장에서 바로 사용이 가능한 혁신적 광학 부품의 연구 및 개발
  • 혈액 질환으로 일반 보건에 가해지는 세계적 부담을 덜어주기 위한 비외과적 첨단 광학 진단 기술의 개발

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