Timegate Instrument

형광간섭 없이 순수한 라만 스펙트럼을 얻을 수 있는 최초의 라만 분광기

Timegate PicoRaman M3

핀란드 Timegate Instruments사의 Timegated PicoRaman은 기존 라만 분광학의 최대 약점이었던 '형광(Fluorescence) 간섭'을 하드웨어적으로 완벽하게 차단하는 혁신적인 기술입니다.

라만 신호는 레이저를 조사하자마자 피코초 단위로 즉시 발생하는 반면, 간섭을 일으키는 형광은 나노초 단위로 비교적 늦게 발생합니다. Timegate사는 pico seconds fast laser와 CMOS 단일 광자 검출기(SPAD)를 연동해 형광이 대량으로 나오기 직전의 순수한 라만 신호만을 Time Gate로 닫아 신호를 수집합니다.

이 고유의 특성 덕분에 기존 라만으로는 분석이 불가능했던 '형광이 강한 시료' 분석에 독보적인 강점을 가지고 있습니다.

응용분야

1. 바이오제약 및 바이오공정 (Biopharma & Bioprocess)

세포 배양액, 배지(Media), 천연물 등은 유기물 특유의 강력한 자가형광(Autofluorescence) 때문에 기존 라만으로는 신호가 베이스라인 플로팅에 묻혀버리는 경우가 많습니다. Timegate 기술은 이를 해결하여 배양 공정 모니터링(PAT)의 핵심 장비로 부각되고 있습니다.

• 실시간 세포 배양 모니터링 (In-situ 바이오리액터): 미생물이나 동물세포(CHO cell) 배양 중 형광이 강한 배지 내의 포도당(Glucose), 젖산(Lactate), 아미노산, 총 생세포 밀도(VCD) 등을 다운타임 없이 실시간 정량 분석합니다.

• 다운스트림 정제 공정 (DSP): 단백질, 항체 치료제(mAb), 백신 등의 정제 과정에서 단백질 응집(Aggregation)이나 고차 구조(Higher-Order Structure) 변화를 형광 방해 없이 추적합니다.

2. 제약 원료 및 의약품 분석 (Pharmaceuticals)

의약품 제형에 들어가는 수많은 부형제(Excipients), 코팅제, 그리고 천연 추출물들은 형광 소스로 작용합니다.

• 다형체(Polymorphism) 및 결정화 모니터링: 제약 공정 중 유효성분(API)의 결정형 변화를 실시간으로 추적하여 원하는 약효를 가진 다형체만 선택적으로 석출되도록 제어합니다.

• 비파괴 정성/정량 분석: 캡슐, 정제(Tablet) 표면의 코팅 물질이나 내부 혼합물의 균일도를 형광 제거된 깨끗한 스펙트럼으로 빠르게 스크리닝합니다.

3. 지질학, 광물학 및 자원공학 (Geology & Mining)

천연 광물과 암석은 미량의 희토류 원소나 유기 불순물, 격자 결함 등으로 인해 매우 강한 형광을 띱니다. 기존에는 형광을 피하기 위해 1064nm 장파장 레이저를 썼지만, 신호 감도가 낮아 분석이 느렸습니다. Timegate는 532nm 고감도 레이저를 쓰면서도 형광을 차단합니다.

• 광물 탐사 및 스크리닝: 형광이 심한 탄산염 광물, 인산염 광물, 보석류(다이아몬드 내 포획물 등)의 상(Phase)을 정확히 식별합니다.

• 슬러리 및 제련 공정 실시간 모니터링: 마이닝 현장에서 부유선광(Flotation) 중인 광물 슬러리의 성분 변화를 실시간(In-line)으로 파악해 공정 효율을 극대화합니다.

4. 고분자 및 화학 신소재 (Polymers & Advanced Materials)

재활용 플라스틱, 유기 태양전지 소재, 바이오 플라스틱 등 고분자 화학 분야에서도 강력한 툴로 쓰입니다.

• 재활용 플라스틱(Recycled Plastics) 분류: 수거된 플라스틱에 묻은 이물질, 염료, 첨가제에 의한 형광 간섭을 배제하고 PP, PE, PET, PS 등 베이스 고분자의 순수 스펙트럼을 확보하여 정확하게 분류합니다.

• 탄소 나노소재 분석: 탄소나노튜브(CNT)나 그래핀 가공 시 발생하는 결함(Defect) 분석이나 촉매 반응 중 생성되는 형광성 중간체 모니터링에 효과적입니다.

5. 반도체(Semiconductor)

반도체 산업에서 라만 분광법은 비파괴·비접촉 분석의 표준으로 자리 잡았으나, 최신 공정 소재와 유기물 결합 박막 등에서 발생하는 강한 배경 형광 및 열 복사 소음 때문에 정밀 분석에 한계가 있었습니다. Timegate Raman은 이 문제를 해결함으로써 차세대 반도체 공정과 신소재 분석에 혁신적인 결과를 가져올 수 있습니다. 

• 차세대 와이드 밴드갭(WBG) 및 화합물 반도체 분석 : 결함 및 응력(Stress) 매핑, 형광 배경 제거 

• 유기 반도체 & 유연(Flexible) 디스플레이 소자 규명 : 광분해 및 변성 방지, 전하 수송층 인터페이스 분석 

• 고온 공정 실시간 모니터링 (In-situ ＆ In-line) :  열 복사(Thermal Emission) 차단 

6. 2차전지(Rechargeable Battery)

2차전지 산업에서 라만 분광법은 형광간섭을 획기적으로 제거하여 일반 라만으로는 분석이 어려웠던 전해질 및 고온작동 시 실시간 분석 등을 가능하게 합니다.

• 전해질 및 첨가제 모니터링 : 형광 간섭을 물리적으로 제거하여 일반 라만으로 분석이 어려웠던 복잡한 전해질 내 성분과 첨가제의 농도 변화를 실시간으로 정밀하게 추적

• SEI 층 In-situ 분석 : 배터리 작동 중 음극 표면에 형성되는 미세한 SEI 층의 화학적 결합 구조를 형광 노이즈 없이 관찰하여, 수명과 안전성에 직결되는 계면 반응을 규명

• 전고체 배터리 계면 연구 : 차세대 고체 전해질과 전극 사이의 높은 계면 저항 원인을 분석하기 위해, 격자 구조 변화와 화학적 변성을 비파괴 방식으로 정밀하게 맵핑

• 블랙매스 및 폐배터리 재활용 : 불순물과 탄소가 섞여 검게 보이는 재활용 원료에서도 강한 background 노이즈를 억제하고 리튬, 니켈 등 핵심 유효 자원의 상태를 신속하게 식별

• 고온 및 가혹 조건 테스트 : 배터리 열 폭주나 고온 작동 시 발생하는 열 복사 신호를 차단하여, 실제 고온 환경에서 일어나는 배터리 내부의 화학적 열화 과정을 유일하게 실시간으로 측정

PicoRaman M3 애드온 제품군