Phenotype(표현형)은 어떤 한 개체가 가지고 있는 모양이나 물리적 특성, 행동 등 눈으로 관찰 가능한 모든 형질을 뜻합니다.
그 표현형의 유전적 구성을 유전자형(Genotype)이라 하는데, 유전자형과 개체가 속해 있는 환경의 종합적인 결과로 한 개체의 표현형이 나타나게 됩니다. 동일한 유전자형을 가진 생물체도 그 환경에 따라 다른 표현형이 나타나기도 합니다. 유전·환경적 요인에 따라 생물체의 조직·기관 등에서 나타나는 형태·생리·생화학적 특성 등을 컴퓨팅 기술을 활용해 체계적으로 해석하는 연구분야를 Phenomics(표현형연구)라 합니다.
1998 년부터 LemnaTec의 소프트웨어 및 식물의 표현형에 대한 자동화된 연구 플랫폼은 세계의 선도적인 업체가 되었습니다. 신뢰성이 높은 하드웨어 플랫폼 데이터 수집, 화상 처리 및 데이터 분석을 위한 복잡한 소프트웨어 시스템을 조합함으로써 LemnaTec은 표현형 연구 분야를 이끌어 나가고 있습니다.
Lemnatec의 표현형 시스템은 가장 까다로운 요구 사항을 충족하고 루트 표현형, 필드 표현형, 가뭄 스트레스 검사, 생리 식물의 표현형, 매개 변수 측정 및 빅데이터를 얻을 수 있는 높은 처리량의 식물의 표현형을 포함하여 수천 개의 응용 프로그램에서 입증되고 있습니다. 또한 이를 토대로 많은 과학자들이 좋은 연구성과와 논문들을 만들어 내고 있습니다.
LemnaTec의 Scanalyzer 플랫폼은 인간의 시각보다 넓은 파장대의 디지털 이미지를 생성합니다. 그 후 소프트웨어는 생성된 이미지들을 자동으로 분석하여, 정량화된 파라미터로 표시합니다. 다양한 알고리즘을 활용하여 한 장의 이미지로부터 다양한 데이터(색상, 모양, 크기, 구조 등)을 얻을 수 있고 실험 기록(유전자 정보 등)과 연관성을 파악할 수 있습니다.
LemnaTec 이미징 자동화 설비 관리뿐만 아니라, 식물의 처리 시스템, 화상 해석 오늘날의 연구 및 산업의 요구를 충족하기 위해 시스템 모듈화와 데이터 처리 전략을 개발하고 있습니다. 오늘 LemnaTec 사는 분야의 다른 업체보다 더 많은 응용 프로그램, 더 많은 경험과 더 많은 고객과 함께 세계에서 가장 완벽한 식물의 표현형의 해결책을 가지고 있습니다.
각 식물의 온도 혹은 잎과 잎사이의 열 분포를 측정.
적외선 측정은 주변 환경의 많은 받지만, IR 전용 챔버를 통해 원하는 데이터를 얻을 수 있음.
VIS- 380~780nm의 가시광선 영역의 측정 장치로, 고해상도의 컬러 이미지를
상부와 다양한 각도의 측면을 촬영합니다. 일관된 측정조건을 위해 조명시스템이 포함.
식물 내 수분의 분배상태와 수분역학(1450~1550nm)를 시각화한 이미지를 제공.
또한 특수 제작된 투명 뿌리 측정 관을 통해 식물의 뿌리의 수분을 측정이 가능.
Fluorescent 측정 전용 500nm 이하의 청색광을 제공하고, Fluorescent 시그널을 탐지하는
카메라 필터를 적용.이를 통해 GFP와 Chlorophyll fluorescence를 측정.
중간 크기의 옥수수나 애기장대의 생물학적 광화학계(photosystem) 스캔을 위한 Kautsky 효과 측정.
LED 조명을 이용해 Chlorophyll fluorescent를 유도해 광합성 활동을 측정할 있음.
넓은 파장 범위(400~2500nm)를 동시에 측정이 가능하고, 분광 해상도는 1~10nm.
따라서 사용자는 가능한 모든 스펙트럼의 데이터 세트를 얻을 수도 있고,
데이터 인식을 제한하여 관심 있는 파장대의 정보를 얻을 수 있음.
애기장대나 빽빽하게 자라는 작물을 3D 레이저로 측정하여 식물의 높이, 잎의 각도,
잎의 움직임, 높이분포 등을 파악할 수 있음.
비파괴 실험, 다중 스펙트럼 식물 이미징 및 수분의 증발/공급 조절 등의 기능으로 유전자x환경(GxE) 영향에 따른 식물의 Phenotype 연구 가능
종자 수집 및 교배 프로그램 등의 정량적 Phenotype 평가와 내건성 (Drought Tolerance)과 같은 복잡한 형질 파악 등을 위하여 신속한 데이터 접근 방식을 보장
표준화된 개구리밥, 물벼룩, 선충 연구 실험을 위한 종합적 이미지 솔루션을 제공하며, 실험 결과에 있어서 최상의 품질을 제공
작은 생물(선충, 어란, 기생충)과 세포 배양의 평가
활성 성분과 약리학 핵심 구조의 검사에 대한 새로운 전망
식품, 음료, 제약 제품에 있어서 Colony 계수 및 자동 문서화 기능의 중요도는 점점 더 높아지고 있음
다양한 생물체의 다중 매개변수 평가와 수천 개의 분석 샘플은 농약/제약 검사에 관한 신뢰할 수 있는 기초를 제공
하드웨어 및 소프트웨어 모듈은 농업 혹은 제약 응용 분야에서 연구 목적에 따라 고객 맞춤 제작이 가능하며, 품질관리 솔루션을 제공
Lemnatec Scanalyzers는 소형의 Bench-Top 부터 야외 필드를 모니터링할 수 있는 시스템으로 구성되어 있으며 표현형 연구의 종합적인 플랫폼을 제공합니다. 또한, 연구자의 요구 사항에 알맞은 시스템을 구성할 수 있으며, 매우 효과적이고 신뢰할 수 있는 표현형 연구의 솔루션으로 각광받고 있습니다.
수동형 샘플 교환 형식의 시스템인 Scanalyzer PL은 소형 디자인과 재현 가능한 이미징 기술이 결합된 표현형 연구 플랫폼입니다.
작은 식물, 고 반사 샘플, 생태독성(ecotoxicity), 균락 계수(Colony Countin), 종자분석 등 목적에 따른 다양한 연구 활동이 가능합니다.
연구 목적에 따라, 특수 조명 시스템과 다양한 형태의 카메라 설치가 가능하며, 이면 및 상단 조명 모듈을 갖춘 Bench-Top 플랫폼입니다.
Scanalyzer 3D는 다양한 작물 및 표준 식물들을 대상으로 비파괴 정량화 방식의 연구 플랫폼입니다. 3D 카메라를 활용하여, 각각의 식물 샘플은 인간의 시야보다 훨씬 넓은 다양한 파장대에서 이미지화되며, 그 결과를 재현 가능하고 식물 성장 측면의 중요한 데이터 점수로 표출하게 됩니다. 식물의 전체 수명 주기 동안 여러 번 실행되며 이미지화된 데이터는 몇 분 이내에 데이터베이스에 저장되게 됩니다.
데이터베이스 내에 저장된 식물의 데이터는 동적인 성장을 모니터링할 수 있으며, 식물 성장을 제어하는 숨겨진 변수 (concealed parameters)를 확인하고 정량화하는 생리학적, 유전학적 식물 Modeling 연구를 위한 특별한 데이터를 생성하게 됩니다.
Scanalyzer HTS는 특수한 Growth Chamber 내의 배양판 혹은 용기에 담긴 작은 식물들의 분석용으로 활용되고 있습니다. 역광, 직사, 반사형 상단 조명 및 청색광 형광 이미지 기능을 갖춘 밀폐형 캐비닛은 lemnatec에서 제공하는 모든 형태의 카메라 (VIS, NIR, IR, FLOU)에 대해 재현성이 매우 높은 이미지화(Imaging)를 보장합니다.
Chamber 내의 식물 용기의 위치 및 조명은 다양한 형태로 변화시킬 수 있다는 특징이 있으며, 1회 작동으로 최대 84개의 배양판 배열 위를 이동하며, 최대 8064가지의 샘플 획득이 가능합니다. 또한 정밀한 카메라의 움직임과 바코드에 의한 자동 용기 식별은 정확하고 신뢰성 있는 식별 기능을 가능하게 합니다.
Scanalyzer HTS는 'Reach-In Chambers'로서 Growth Chamber 내 설계가 가능하다는 특징이 있습니다.
Scanalyzer 3D 시스템과 컨베이어 시스템이 결합한 Scanalyzer 3D HT는 식물 표현체 ( Plant Phenomics) 연구와 더불어 온실(Green house) 및 성장실(Growth room) 내 실험을 자동화하여, 연구 효율성 향상을 위한 시스템입니다.
빛과 온도는 기존의 Growth Chamber 혹은 Green house 시설에서 측정이 이루어지고, Lemnatec 식물 컨베이어 시스템 내에서는 급수 프로그래밍 및 중량 측정 시스템이 장착되어 있어 식물의 중량, 토양 수분 함량 등 각기 다른 식물의 상태에 알맞게 물을 공급해주게 됩니다. 또한 자동 분사 캐비닛을 포함하고 있어 적정 수준의 농약 사용을 가능하게 합니다.
Field phenotyping은 Field-grown 식물들의 정성적, 정량적 특성을 분석하기 위한 초기 대량 처리 시스템입니다. 실제 자연환경에서 환경적인 요인들에 따른 식물의 데이터를 수집하며, 식물들의 반응을 모니터링합니다.
Lemnatec Scanalyzer Field의 'Robotic-Arm'은 정확하고 재현 가능한 식물의 움직임 분석을 위해 다수의 카메라로 구성되어 있으며, 이산화탄소, 습도, 바람, 빛, 온도 등의 센서들은 지속적으로 환경을 모니터링하고 이미지 분석 결과에 대한 데이터를 수집합니다.
고시간분해능'(High-temporal Resolution)으로 24시간 관찰이 가능하며, 고해상도 이미지를 생성합니다. 또한, 범위를 설정하여 해당 범위만의 연구를 진행할 수 있으며, 개별 식물 설정도 가능한 것이 특징입니다.
LemnaTec OS는 표현형 연구를 위한 가장 완벽한 시스템입니다. LemnaTec 통합 모듈은 모든 하드웨어의 구성을 제어하며, 데이터 결과를 분석하고 기록합니다. 미리 세팅된 광범위한 시스템 라이브러리, 알고리즘과 기술 자료들은 수천 가지의 연구 응용 프로그램을 지원하게 됩니다.
LemnaControl은 카메라, 자동화 장치, 조명, 센서 등 모든 시스템 구성들을 자동으로 제어하고 모니터링하는 시스템입니다. 또한, 식물에 대한 이미지, 급수, 중량 정보 등이 포함된 모든 데이터를 생성하고, 동시에 데이터베이스로 저장하게 됩니다. 따라서, 사용자들은 LemnaTec Scanalyzer 시스템을 통해 쉽고 빠르게 연구를 진행할 수 있습니다.
차후의 통계적인 분석을 위해서는 이미지를 통해 모든 데이터를 추출해내는 것이 중요한데, LemnaGrid는 표현체 연구를 위한 최적의 고급 이미지 분석용 시스템입니다.
이미지 분석은 그래픽 프로세스 체인 (Graphic Process Chain)으로 표현되고, LemnaTec 이미지 분석 Grid로 저장됩니다.
LemnaMiner는 분석된 이미지가 저장된 데이터베이스로부터 연구자가 원하는 데이터를 추출하고, 필터링, 표시까지 가능하게 하는 시스템입니다. 사용하기 편리한 인터페이스를 통해 관련된 연구 데이터와 결합하여 통계적 분석을 위한 새로운 데이터를 생성할 수도 있습니다.
데이터베이스에 저장된 데이터의 온전성을 보장하기 위해 LemnaMiner는 해당 워크스테이션의 시퀄라이트 파일(SQLite File) 안에 조회 정보를 로컬 복사본으로 저장해놓는 특징이 있습니다.
LemnaBase는 모든 LemnaTec 소프트웨어 모듈에 대한 중앙 Database 인터페이스입니다. 실험에 대한 처리량과 시스템 복잡성으로 인해, 로컬 워크스테이션을 사용하며, LemnaTec만의 전용 서버를 통해 데이터 베이스를 구축하고 있는 것이 특징입니다.
Oracle 혹은 Linux PostgreSQL 기술을 기반으로 한 Lemnabase의 핵심 구조는 100 TB까지 데이터 집합 처리가 가능하도록 설정되어 있습니다. 개방형 인터페이스로 구성되어 있어 어떠한 LIMS(Laborotary Information Management System) 환경에도 통합 연결이 가능합니다.
사용의 단순성, 용이성을 위해 최소한의 접근 시간 및 최대한의 투명성(Transparency)이 바탕이 되어 획득한 데이터와 관련된 모든 매개변수의 품질과 지속적인 가치를 보장합니다.
LemnaShare는 이미지 분석 데이터를 온라인으로 제공할 수 있고, 인터페이스를 통해 사용자 간의 정보 교환이 가능한 시스템입니다. LemnaShare로 전송되는 데이터는 LemnaTec의 인증과 분류 과정을 통해 모든 사용자들이 자신들의 연구에 필요한 정보로 활용하거나, 즉시 사용 가능한 Solution으로 사용될 수 있습니다. 이는 이중 개발의 리스크를 최소화하고, 연구 활동을 촉진할 수 있다는 장점이 있습니다.
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