2광자 현미경(Two-Photon Microscopy) 시스템 | PXIe-9817 50kHz 재트리거 기반 초고해상도 이미징

응용 배경

2광자 현미경(Two-Photon Microscopy) 이미징 기술은 적외선 펨토초(Femtosecond) 레이저를 광원으로 사용하여, 조직 내부에서 비선형(Nonlinear) 형광 여기를 일으킵니다.

핵심 특장점:

• 레이저가 생체에 미치는 손상 감소 (비선형 여기로 초점면만 활성화)
• 높은 공간 분해능
• 장시간 관찰 적합 (광독성 감소)

이러한 특성으로 2광자 이미징 기술은 신경과학(Neuroscience)과 생물의학(Biomedical) 연구의 핵심 이미징 수단이 되었습니다.

대표 응용:

• 살아있는 동물의 뇌 신경 활동 실시간 관찰
• 칼슘 이미징(Calcium Imaging)
• 광유전학(Optogenetics) 자극 + 동시 이미징
• 종양 미세환경 in vivo 관찰
• 줄기세포 분화 추적

본 사례 고객은 생명공학 응용의 성과 전환에 집중하고 있습니다. JYTEK은 강력한 기술력으로, 고성능·고가성비 초고해상도 고속 2광자 현미경 개발을 지원했습니다.

2광자 현미경은 다음으로 구성됩니다.

• 맞춤형 광학 시스템
• 고속 스캐닝 시스템
• 지능형 이미지 처리 시스템

JYTEK은 지능형 이미지 처리 부분에서 핵심 역할을 맡아 데이터의 실시간 수집과 처리 작업을 담당했습니다.

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도전 과제

1. 기존 시스템 대비 비용 절감 + 동등 성능

고객은 본래 기존 데이터 수집 장비와 그래픽 프로그래밍 SW 개발 플랫폼을 사용 중이었습니다. 2광자 현미경 핵심 하드웨어 모듈의 비용 효율적 교체를 목표로, 기존 시스템과 동등한 이미징 효과 달성 필요.

2. 고주파 재트리거(Re-trigger) 지원

• 디지타이저가 가장 핵심 모듈
• 고주파 재트리거 기능 필수 → 이상적 이미징 보장
• 펨토초 레이저 펄스 + 빠른 스캐너 동작에 정확한 동기 필수

3. 다언어 SW 호환성

• 기존 SW 코드 최대 재활용 → 개발 작업량 절감
• 핵심 하드웨어가 다중 프로그래밍 언어 지원 필요
• 드라이버 안정성 + 풍부한 예제 프로그램 요구

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솔루션

JYTEK은 PXIe-9817 디지타이저 모듈 드라이버를 업그레이드하여, 무한 재트리거(Infinite Re-trigger) 기능을 새로 추가했습니다.

업그레이드된 드라이버는 최대 50 kHz 재트리거 주파수를 지원하여, 고객의 응용 요구를 완전히 충족합니다.

시스템 구성

[펨토초 적외선 레이저] (Ti:Sapphire / Yb)
        ↓
[Galvo / 공진 스캐너] ─→ [샘플 (in vivo)]
        ↓
[광전자 증배관(PMT) / 광검출기]
        ↓
[PXIe-9817 고속 디지타이저]
   ├── 50 kHz 재트리거 동기
   ├── 4채널 동시 수집
   └── 125 MS/s
        ↓
[PXIe-9702 AWG] → 스캐너 제어
        ↓
[PCIe-PXIe-8641 원격 제어]
        ↓
[PXIe-2315G2 5슬롯 섀시]
        ↓
[SeeSharp 실시간 이미지 처리]
   ├── 픽셀 재구성
   ├── 노이즈 제거
   └── 3D 볼륨 렌더링
        ↓
[초고해상도 2광자 이미지]

 

 

핵심 특장점

1. 50 kHz 무한 재트리거

• PXIe-9817 드라이버 업그레이드로 새 기능 추가
• 펨토초 레이저 펄스와 스캐너 동작에 정확히 동기
• 이상적 이미징 보장

2. 4채널 동시 수집

• 다중 형광 채널 (GFP, mCherry, GCaMP 등) 동시 측정
• 다중 색상 이미징 가능

3. 정밀한 AWG 스캐너 제어

• PXIe-9702 (250 MS/s AWG)로 Galvo/공진 스캐너 정밀 구동
• 라인 스캔, 프레임 스캔 패턴 자유 구성

4. 다언어 지원

• C#, C++, LabVIEW, Python 등 주요 프로그래밍 언어 호환
• 풍부한 예제 프로그램
• 기존 SW 자산 최대 재활용

5. 비용 효율적 솔루션

• 기존 고가 장비 대비 비용 절감
• 시스템 전체 성능 + 효율 향상
• 비용 절감 + 효율 향상 동시 달성

 

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사용 제품

하드웨어

PXIe-2315G2 — 5슬롯 풀하이브리드 PXIe 섀시

• 컴팩트 구성
• 고대역폭 백플레인

PCIe-PXIe-8641 — 원격 제어 키트

• PC와 PXIe 시스템 원격 연결
• 광학 시스템 배치 자유도 확보

PXIe-9817 — 고정밀 고속 디지타이저

• 정확도: 0.3%
• 분해능: 16비트
• 4채널, 125 MS/s
• 50 kHz 무한 재트리거 지원

PXIe-9702 — 임의 파형 발생기(AWG)

• 정확도: 0.22%
• 2채널 16비트
• 250 MS/s
• 스캐너 구동 정밀 신호 생성

소프트웨어

SeeSharp® — C# 기반 오픈소스 측정 제어 플랫폼

• 별도 라이선스 비용 없음
• 완비된 드라이버: C#, C++, LabVIEW, Python 지원
• 풍부한 예제 프로그램
• 실시간 이미지 처리 라이브러리

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적용 가능 분야

본 솔루션은 다음과 같은 첨단 광학 이미징 시스템에 활용됩니다.

• 2광자 현미경 (Two-photon Microscopy)
• 공초점 현미경(Confocal) 시스템
• 3광자 현미경 (Three-photon)
• 칼슘 이미징(Calcium Imaging) in vivo
• 광유전학(Optogenetics) 자극·기록 통합
• OCT(광간섭단층촬영) 시스템
• 광음향(Photoacoustic) 이미징
• SHG/THG 비선형 광학 이미징
• STED, STORM 등 초고해상도 현미경
• 광시트(Light-sheet) 현미경
• 고속 스캐너 기반 이미징 시스템

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왜 JYTEK 인가?

1. 완비된 드라이버 + 예제 프로그램
C#, C++, LabVIEW, Python 등 주요 프로그래밍 언어 호환 + 풍부한 예제로 개발·디버깅 주기 단축

2. SeeSharp® 측정 제어 플랫폼
강력하고 사용하기 쉬운 개발 환경

3. 검증된 제품 신뢰성
장기간 시장 검증을 거친 안정적인 성능

4. POC(Proof of Concept) 서비스
도입 전 무상 검증으로 사양 적합성 사전 확인

5. 고정밀도
까다로운 생체 이미징 정밀도·신뢰성 요구 충족

6. 비용 효율성
기존 고가 장비 대비 우수한 성능 + 합리적 가격으로 R&D 예산 부담 경감

7. 빠른 납기 + 한국 직접 기술지원
제이와이텍코리아 엔지니어가 현장 대응

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결과

JYTEK 팀은 고객 팀과의 심층 협력을 통해 응용 시나리오를 충분히 이해한 후, PXIe-9817 고속 디지타이저를 기반으로 다음을 달성했습니다.

• ✅ 시스템 비용 효율적 개선 성공
• ✅ 성능, 신뢰성 충분히 검증
• ✅ 50 kHz 재트리거로 이상적 이미징 효과 달성
• ✅ 시스템 비용 절감 + 효율 향상
• ✅ 다양한 프로그래밍 환경 지원으로 기존 SW 자산 재활용

본 사례는 JYTEK이 고정밀 첨단 생명공학 장비 분야에 비용 효율적이면서도 고성능인 솔루션을 제공한다는 것을 보여줍니다. 신경과학, 뇌 이미징, 생물의

학 R&D 분야에 직접 적용 가능한 솔루션입니다.