적용분야

DNA(디옥시리보핵산) 샘플을 증폭하는 한 연구 시설에서는 증폭 공정에 포함된 모든 샘플의 온도를 빠르고 간편하게 측정하고, 온도가 과도하게 높아 사용이 불가능한 샘플을 신뢰성 있게 감지할 수 있는 효율적인 솔루션이 필요합니다.

DNA 샘플의 증폭은 분자생물학 연구에서 필수적인 기술인 중합효소 연쇄 반응(PCR)을 통해 이루어집니다. 이 공정은 변성(denaturation), 결합(annealing), 신장(elongation)의 세 단계 사이클로 구성됩니다.

DNA 샘플은 이 모든 단계에서 서로 다른 온도에 노출되며, 각 단계의 온도는 정밀하게 유지되어야 합니다. 3단계 PCR 사이클에서 온도가 정확하게 유지되지 않을 경우, DNA 증폭의 효율성과 정확도가 크게 저하될 수 있습니다.

샘플은 써모사이클러(thermocycler)에서 가열됩니다. 이 장비는 내장된 가열 요소와 펠티어(Peltier) 모듈을 사용하며, 가열 과정은 지속적으로 제어되고 조정될 수 있습니다.

공정은 약 94~96 °C에서 이중 가닥 DNA가 변성(denaturation)되어 두 가닥이 분리되는 단계로 시작됩니다. 다음 단계인 결합(annealing) 단계에서는 온도를 약 50~65 °C로 낮춰 프라이머가 표적 DNA의 상보적 서열에 결합할 수 있도록 합니다. 이후 약 72 °C에서 진행되는 신장(elongation) 단계에서는, 내열성 효소인 DNA 중합효소가 주형 DNA 가닥을 따라 DNA 합성을 촉진합니다.

중요한 점은 온도 측정이 반드시 비접촉 방식이어야 한다는 것입니다. DNA 샘플은 어떠한 경우에도 직접 접촉해서는 안 되며, 접촉 시 오염되어 사용이 불가능해질 수 있기 때문입니다.

또한 온도 측정은 필요 시 가열 공정을 제어하고 조정할 수 있어야 합니다. 공정 효율을 유지하고 비용을 절감하기 위해, 가능하다면 여러 샘플을 동시에 측정하고 점검할 수 있어야 합니다.

결과적으로 PI 450i는 해당 연구 기관에 최적의 솔루션으로 확인되었습니다. 8 µm에서 14 µm의 파장 범위에서 측정하는 이 견고하고 콤팩트한 IR 이미저는 DNA 샘플 상부에 설치됩니다. Optris의 PIX Connect 분석 소프트웨어와 함께 구성되어, 하나의 측정 필드를 통해 최대 90개의 샘플을 동시에 실시간으로 기록하고 확인할 수 있습니다. 소형 설계 덕분에 PI 450i 적외선 카메라는 공정에 손쉽게 통합될 수 있습니다.

카메라와 소프트웨어로 구성된 측정 시스템은 3단계 PCR 사이클 동안의 온도 변화를 정밀하게 모니터링합니다. 사용자는 절대 온도 측정 또는 상대 온도 측정 중 원하는 방식을 선택할 수 있습니다. 382 × 288 픽셀의 우수한 광학 해상도와 40 mK의 뛰어난 열 감도를 통해, 온도가 과도하게 높은 샘플을 매우 빠르고 쉽게 식별할 수 있습니다.

이 응용에서 PI 450i 카메라는 USB를 통해 PC에 연결되어, 공정을 실시간으로 모니터링하고 제어할 수 있습니다. 임계 온도 변화가 발생할 경우, 측정 시스템은 즉시 알람을 활성화하여 가열 공정을 조절합니다.

이러한 모니터링 공정은 추가적인 자동화도 가능하여, 자율 운전 및 자동 공정 제어를 구현할 수 있습니다.

PI 시리즈 카메라는 생의학 연구 응용 분야에 이상적인 솔루션으로, 이 특수한 분야에 요구되는 모든 핵심 요소를 제공합니다. 특히 이 적외선 카메라의 방사계형(radiometric) 기능은 정확한 온도 측정을 위해 매우 중요합니다. 일반 소비자용이나 감시용 적외선 카메라가 단순히 열 영상을 시각화하는 데 그치는 것과 달리, PI 시리즈는 각 픽셀별로 정밀한 온도 값을 제공합니다. 이러한 정밀도는 DNA 증폭과 같이 온도에 민감한 공정을 모니터링하는 데 필수적이며, DNA의 무결성을 유지하기 위한 정확한 온도 제어에 결정적인 역할을 합니다. 방사계형 카메라는 미세한 온도 차이와 이상 징후를 감지할 수 있어, 심층적인 분석과 체계적인 문서화, 그리고 학술 발표 및 논문 작성까지 가능하게 합니다.

고객에게 중요한 높은 광학 해상도와 열 감도 외에도, PI 450i는 80 Hz의 측정 속도를 갖추고 있어 공정 속도가 빠른 응용 환경에서도 매우 미세한 온도 차이를 감지할 수 있는 고품질의 실시간 열화상 이미지를 제공합니다. 이러한 성능 덕분에 고속으로 변화하는 생의학 공정에서도 정확한 온도 모니터링이 가능합니다. Optris PI 450i를 생의학 공정 제어 시스템에 통합할 수 있다는 점 역시 큰 장점입니다. 이 적외선 카메라는 USB 또는 GigE 인터페이스를 통해 PC에 연결할 수 있으며, 아날로그 및 디지털 입력·출력을 위한 선택형 공정 인터페이스도 제공합니다. 라이선스 비용이 없는 분석 소프트웨어와 포괄적인 SDK가 함께 제공되어, 연구자와 엔지니어는 PI 450i를 각자의 응용 환경에 맞게 손쉽게 통합하고 맞춤 설정할 수 있습니다. 이러한 유연성은 기존 실험실 장비 및 자동화 시스템과의 원활한 통합을 가능하게 합니다.