KR102340189B1 - Terahertz sensor chip including split ring resonator and terahertz sample analyzing device using the same - Google Patents

Terahertz sensor chip including split ring resonator and terahertz sample analyzing device using the same Download PDF

Info

Publication number
KR102340189B1
KR102340189B1 KR1020200113397A KR20200113397A KR102340189B1 KR 102340189 B1 KR102340189 B1 KR 102340189B1 KR 1020200113397 A KR1020200113397 A KR 1020200113397A KR 20200113397 A KR20200113397 A KR 20200113397A KR 102340189 B1 KR102340189 B1 KR 102340189B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser beam
terahertz
sample
reference sample
metal ring
Prior art date
Application number
KR1020200113397A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
손주혁
이동건
Original Assignee
서울시립대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울시립대학교 산학협력단 filed Critical 서울시립대학교 산학협력단
Priority to KR1020200113397A priority Critical patent/KR102340189B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102340189B1 publication Critical patent/KR102340189B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3581—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N2021/7769—Measurement method of reaction-produced change in sensor
    • G01N2021/7789—Cavity or resonator
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2302/00—Amplification / lasing wavelength
    • H01S2302/02—THz - lasers, i.e. lasers with emission in the wavelength range of typically 0.1 mm to 1 mm

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

The present invention relates to a terahertz sensor chip including a split ring resonator, and a terahertz sample analyzing device using the same. According to the present invention, the terahertz sample analyzing device comprises: a terahertz sensor chip including a dielectric substrate which generates terahertz waves when irradiated with a laser beam, a first metal ring pattern and a second metal ring pattern which are provided on the surface of the dielectric substrate, a reference sample reservoir which is provided on the surface of the dielectric substrate inside the first metal ring pattern and into which a reference sample is injected, and an analysis target sample reservoir which is provided on the surface of the dielectric substrate inside the second metal ring pattern and into which an analysis target sample is injected; a laser beam generator for generating a laser beam that excites terahertz waves; an optical system splitting the laser beam, generated by the laser beam generator, into a first laser beam irradiated to the reference sample reservoir and a second laser beam irradiated to the analysis target sample reservoir, and irradiating the first laser beam and the second laser beam to the reference sample reservoir and the analysis target sample reservoir, respectively, to excite a first terahertz wave and a second terahertz wave, respectively; a detection unit generating a reference sample signal from the first terahertz wave having passed through the reference sample in the reference sample reservoir, and generating an analysis sample signal from the second terahertz wave having passed through the analysis target sample in the analysis target sample reservoir; and a control unit controlling the laser beam generator and the optical system, and comparing the reference sample signal and the analysis sample signal. Therefore, the terahertz sensor chip includes SSR, thereby having high sensitivity.

Description

스플릿 링 공진기를 포함하는 테라헤르츠 센서 칩 및 이를 이용한 테라헤르츠 시료 분석 장치{TERAHERTZ SENSOR CHIP INCLUDING SPLIT RING RESONATOR AND TERAHERTZ SAMPLE ANALYZING DEVICE USING THE SAME}TERAHERTZ SENSOR CHIP INCLUDING SPLIT RING RESONATOR AND TERAHERTZ SAMPLE ANALYZING DEVICE USING THE SAME

본 발명은 스플릿 링 공진기를 포함하는 테라헤르츠 센서 칩 및 이를 이용한 테라헤르츠 시료 분석 장치에 관한 것으로, 특히 높은 민감도와 최소의 불균일성을 가지는 스플릿 링 공진기를 포함하는 테라헤르츠 센서 칩 및 이를 이용한 테라헤르츠 시료 분석 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a terahertz sensor chip including a split ring resonator and an apparatus for analyzing a terahertz sample using the same. In particular, a terahertz sensor chip including a split ring resonator having high sensitivity and minimum non-uniformity, and a terahertz sample using the same It relates to an analysis device.

최근 생명학 연구에 따르면 근본적인 질병 발생 기원이 DNA와 같은 생체 분자의 유전적/비유전적 변이에 근거하여 진행된다는 것이 밝혀지고 있다. 이러한 사실은 암과 같은 난치병을 진단하는 기술이 기존의 기관, 세포단위의 진단보다 더 근원적인 접근이 필요하다는 것을 의미한다.Recent biologic studies have revealed that the underlying disease origin is based on genetic/non-genetic mutations in biomolecules such as DNA. This fact means that the technology for diagnosing incurable diseases such as cancer requires a more fundamental approach than the conventional diagnosis of organs and cells.

또한 분자적 수준의 질병 진단은 기존 검출 진단법으로 확인하기 힘든 극초기 수준의 매우 낮은 grade의 질병 진단을 가능하게 하므로 체액에서 생체 분자를 검출할 수 있을 정도로 고민감도의 센서를 필요로 한다.In addition, the molecular level disease diagnosis enables the diagnosis of very low-grade diseases, which are difficult to confirm with conventional detection and diagnostic methods, so a sensor with high sensitivity enough to detect biomolecules in body fluids is required.

테라헤르츠파는 분자의 집단 진동, 뒤틀림, 수소결합 등에 매우 크게 반응하고, 특히 생체 분자의 특성에 민감히 반응한다. 이것을 기초로 기존의 테라헤르츠 기반 센서들은 SRR(Split Ring Resonator)과 같은 메타물질(metamaterial)에 의한 전계장 증폭을 이용하여 검출 센서의 민감도를 증가시킨다. 그러나 수 나노 nm 수준의 두께를 가지는 금속 공진기(resonantor)의 틈 내부에서만 전계장 증폭이 일어나므로 사용되는 시료에 비해 실제 검출에 사용되는 시료는 매우 적을 수 밖에 없다.The terahertz wave responds very strongly to group vibration, distortion, and hydrogen bonding of molecules, and is particularly sensitive to the characteristics of biomolecules. Based on this, existing terahertz-based sensors increase the sensitivity of the detection sensor by using electric field amplification by a metamaterial such as a split ring resonator (SRR). However, since the electric field amplification occurs only inside the gap of a metal resonator having a thickness of several nano nm, there are inevitably fewer samples used for actual detection compared to the samples used.

이를 해결하기 위해 대면적의 센서를 이용하지만, 이로 인한 불균일(다중 센서의 형태 다름, 일정하게 적용되지 않는 테라헤르츠 빔 밀도, 일정하게 센서 틈에 들어가지 않는 시료 등)은 민감도를 떨어뜨리는 원인으로 작용한다.To solve this, a large-area sensor is used, but the resulting non-uniformity (different types of multiple sensors, inconsistent terahertz beam density, samples that do not enter the sensor gap, etc.) works

1. 한국 특허 제10-1701409호1. Korean Patent No. 10-1701409 2. 미국 특허 제7,826,504호2. US Patent No. 7,826,504 3. 미국 특허 제8,054,146호3. U.S. Patent No. 8,054,146

1. Terahertz molecular resonance of cancer DNA(Hwayeong Cheon, Hee-jin Yang, Sang-Hun Lee, Young A Kim & Joo-Hiuk Son, Scientific Reports volume 6, Article number: 37103 (2016))1. Terahertz molecular resonance of cancer DNA (Hwayeong Cheon, Hee-jin Yang, Sang-Hun Lee, Young A Kim & Joo-Hiuk Son, Scientific Reports volume 6, Article number: 37103 (2016)) 2. Recent advances in metamaterial split-ring-resonator circuits as biosensors and therapeutic agents (RoyChoudhury, S. et. al. Biosensors and Bioelectronics Volume 86, 15 December 2016, Pages 595-608)2. Recent advances in metamaterial split-ring-resonator circuits as biosensors and therapeutic agents (RoyChoudhury, S. et. al. Biosensors and Bioelectronics Volume 86, 15 December 2016, Pages 595-608) 3. DNA methylation as a universal biomarker (Victor V Levenson, Expert Rev Mol Diagn., 2010 May; 10(4): 481-488)3. DNA methylation as a universal biomarker (Victor V Levenson, Expert Rev Mol Diagn., 2010 May; 10(4): 481-488)

본 발명은 높은 민감도와 최소의 불균일성을 가지는 스플릿 링 공진기를 포함하는 테라헤르츠 센서 칩 및 이를 이용한 테라헤르츠 시료 분석 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a terahertz sensor chip including a split ring resonator having high sensitivity and minimum non-uniformity, and a terahertz sample analysis apparatus using the same.

본 발명에 따른 테라헤르츠 센서 칩은 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 표면에 구비된 제1 금속 링 패턴 및 제2 금속 링 패턴; 상기 제1 금속 링 패턴의 내측의 상기 유전체 기판의 표면에 구비되며, 테라헤르츠파가 조사되는 기준 시료가 주입되는 기준 시료 저류부; 및 상기 제2 금속 링 패턴의 내측의 상기 유전체 기판의 표면에 구비되며, 테라헤르츠파가 조사되는 분석 대상 시료가 주입되는 분석 대상 시료 저류부를 포함한다.A terahertz sensor chip according to the present invention includes a dielectric substrate; a first metal ring pattern and a second metal ring pattern provided on a surface of the dielectric substrate; a reference sample storage provided on a surface of the dielectric substrate inside the first metal ring pattern and into which a reference sample irradiated with terahertz waves is injected; and an analysis target sample storage unit provided on the surface of the dielectric substrate inside the second metal ring pattern and into which the analysis target sample irradiated with terahertz waves is injected.

상기 기준 시료 저류부 및 분석 대상 시료 저류부 각각은 상기 유전체 기판의 표면에 구비된 홈을 포함하는 것이 바람직하다.Each of the reference sample storage unit and the analysis target sample storage unit may include a groove provided on a surface of the dielectric substrate.

상기 제1 금속 링 패턴 및 제2 금속 링 패턴은 동일한 형상인 것이 바람직하다.The first metal ring pattern and the second metal ring pattern may have the same shape.

본 발명에 따른 테라헤르츠 시료 분석 장치는 레이저 빔이 조사되면 테라헤르츠파를 생성하는 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 표면에 구비된 제1 금속 링 패턴 및 제2 금속 링 패턴; 상기 제1 금속 링 패턴의 내측의 상기 유전체 기판의 표면에 구비되며, 기준 시료가 주입되는 기준 시료 저류부; 및 상기 제2 금속 링 패턴의 내측의 상기 유전체 기판의 표면에 구비되며, 분석 대상 시료가 주입되는 분석 대상 시료 저류부을 포함하는 테라헤르츠 센서 칩; 테라헤르츠파를 여기하는 레이저 빔을 생성하는 레이저 빔 생성부; 상기 레이저 빔 생성부가 생성한 상기 레이저 빔을 상기 기준 시료 저류부에 조사되는 제1 레이저 빔과 상기 분석 대상 시료 저류부에 조사되는 제2 레이저 빔으로 분할하고, 상기 제1 레이저 빔 상기 제2 레이저 빔을 상기 기준 시료 저류부 및 상기 분석 대상 시료 저류부에 각각 조사하여 제1 테라헤르츠파 및 제2 테라헤르츠파를 각각 여기시키는 광학 시스템; 상기 기준 시료 저류부 내의 기준 시료를 투과한 상기 제1 테라헤르츠파로부터 기준 시료 신호를 생성하고, 상기 분석 대상 시료 저류부 내의 분석 대상 시료를 투과한 상기 제2 테라헤르츠파로부터 분석 시료 신호를 생성하는 검출부; 및 상기 레이저 빔 생성부 및 상기 광학 시스템을 제어하고, 상기 기준 시료 신호와 상기 분석 시료 신호를 비교하는 제어부를 포함한다.The apparatus for analyzing a terahertz sample according to the present invention includes: a dielectric substrate generating a terahertz wave when a laser beam is irradiated; a first metal ring pattern and a second metal ring pattern provided on a surface of the dielectric substrate; a reference sample reservoir provided on a surface of the dielectric substrate inside the first metal ring pattern and into which a reference sample is injected; and a terahertz sensor chip provided on a surface of the dielectric substrate inside the second metal ring pattern and including an analysis target sample storage unit into which the analysis target sample is injected; a laser beam generator that generates a laser beam that excites terahertz waves; The laser beam generated by the laser beam generator is divided into a first laser beam irradiated to the reference sample reservoir and a second laser beam irradiated to the analysis target sample reservoir, and the first laser beam and the second laser an optical system for exciting a first terahertz wave and a second terahertz wave by irradiating a beam to the reference sample reservoir and the analyte sample reservoir, respectively; A reference sample signal is generated from the first terahertz wave passing through the reference sample in the reference sample reservoir, and an analysis sample signal is generated from the second terahertz wave passing through the analyte sample in the analysis target sample reservoir a detection unit; and a controller that controls the laser beam generator and the optical system, and compares the reference sample signal with the analysis sample signal.

상기 레이저 빔은 IR 레이저 빔인 것이 바람직하다.The laser beam is preferably an IR laser beam.

상기 광학 시스템은 상기 레이저 빔 생성부가 생성한 상기 레이저 빔을 소정의 방향으로 조향하는 갈바노미터 스캐너인 것이 바람직하다.Preferably, the optical system is a galvanometer scanner that steers the laser beam generated by the laser beam generator in a predetermined direction.

본 발명에 따른 스플릿 링 공진기를 포함하는 테라헤르츠 센서 칩 및 이를 이용한 테라헤르츠 시료 분석 장치에는 다음과 같은 장점이 있다.The terahertz sensor chip including the split ring resonator and the terahertz sample analysis apparatus using the same according to the present invention have the following advantages.

(1) 본 발명에 따른 테라헤르츠 센서 칩은 SSR을 포함하므로 높은 민감도를 가진다는 장점이 있다.(1) Since the terahertz sensor chip according to the present invention includes SSR, it has an advantage of having high sensitivity.

(2) 본 발명에 따른 테라헤르츠 시료 분석 장치는 동일한 2개의 레이저 빔에 의해 발생된 제1 테라헤르츠파와 제2 테라헤르츠파를 기준 시료와 분석 대상 시료에 직접적으로 근거리에서 조사하므로 그 불균일성이 최소화된다.(2) Since the terahertz sample analysis apparatus according to the present invention directly irradiates the first terahertz wave and the second terahertz wave generated by the same two laser beams to the reference sample and the sample to be analyzed at a short distance, the non-uniformity is minimized do.

도 1은 본 발명에 따른 테라헤르츠 센서 칩을 도시한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 테라헤르츠 시료 분석 장치를 도시한 개략도.1 is a schematic diagram showing a terahertz sensor chip according to the present invention;
2 is a schematic diagram showing a terahertz sample analysis apparatus according to the present invention.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 스플릿 링 공진기를 포함하는 테라헤르츠 센서 칩 및 이를 이용한 테라헤르츠 시료 분석 장치에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a terahertz sensor chip including a split ring resonator according to the present invention and an apparatus for analyzing a terahertz sample using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 테라헤르츠 센서 칩을 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a terahertz sensor chip according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 테라헤르츠 센서 칩(100)은 유전체 기판(110), 제1 금속 링 패턴(120a), 제2 금속 링 패턴(120b), 기준 시료 저류부(130a) 및 분석 대상 시료 저류부(130b)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a terahertz sensor chip 100 according to the present invention includes a dielectric substrate 110 , a first metal ring pattern 120a , a second metal ring pattern 120b , a reference sample storage unit 130a and and an analysis target sample storage unit 130b.

유전체 기판(110)은 전기적 절연체로 제조되며, 전기장이 인가되면 극성을 가지게 된다.The dielectric substrate 110 is made of an electrical insulator, and has a polarity when an electric field is applied.

제1 금속 링 패턴(120a) 및 제2 금속 링 패턴(120b)은 유전체 기판(110)의 표면에 구비되며, 유전체 기판(110)과 함께 스플릿-링 공진기(split ring resonator)를 구성한다. 유전체 기판(110), 제1 금속 링 패턴(120a) 및 제2 금속 링 패턴(120b)은 조사된 레이저 빔에 의해 여기되어 테라헤르츠파를 생성한다.The first metal ring pattern 120a and the second metal ring pattern 120b are provided on the surface of the dielectric substrate 110 , and together with the dielectric substrate 110 constitute a split-ring resonator. The dielectric substrate 110 , the first metal ring pattern 120a , and the second metal ring pattern 120b are excited by the irradiated laser beam to generate a terahertz wave.

제1 금속 링 패턴(120a) 및 제2 금속 링 패턴(120b)은 동일한 형상인 것이 바람직하다.It is preferable that the first metal ring pattern 120a and the second metal ring pattern 120b have the same shape.

기준 시료 저류부(130a)는 제1 금속 링 패턴(120a)의 내측의 유전체 기판(110) 표면에 구비되며, 테라헤르츠파가 조사되는 기준 시료가 주입된다.The reference sample storage 130a is provided on the surface of the dielectric substrate 110 inside the first metal ring pattern 120a, and the reference sample irradiated with terahertz waves is injected.

분석 대상 시료 저류부(130b)는 제2 금속 링 패턴(120b)의 내측의 유전체 기판(110) 표면에 구비되며, 테라헤르츠파가 조사되는 분석 대상 시료가 주입된다.The analysis target sample storage unit 130b is provided on the surface of the dielectric substrate 110 inside the second metal ring pattern 120b, and the analysis target sample irradiated with terahertz waves is injected.

도 1에 도시된 바와 같이, 기준 시료 저류부(130a) 및 분석 대상 시료 저류부(130b) 각각은 유전체 기판(110)의 표면에 구비된 홈을 포함한다.1 , each of the reference sample storage unit 130a and the analysis target sample storage unit 130b includes a groove provided on the surface of the dielectric substrate 110 .

홈의 크기를 적절히 선택하면, 홈이 일종의 도파관으로 기능하여 특정 주파수에서만 작동하도록 할 수 있다.If the size of the groove is properly selected, the groove can function as a kind of waveguide, operating only at certain frequencies.

기준 시료(미도시) 및 분석 대상 시료(미도시)는 각각 기준 시료 저류부(130a) 및 분석 대상 시료 저류부(130b)에 주입되고, 이후 테라헤르츠파에 노출된다.The reference sample (not shown) and the sample to be analyzed (not shown) are respectively injected into the reference sample reservoir 130a and the sample to be analyzed reservoir 130b, and then exposed to terahertz waves.

도 2는 본 발명에 따른 테라헤르츠 시료 분석 장치를 도시한 개략도이다.2 is a schematic diagram illustrating an apparatus for analyzing a terahertz sample according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 테라헤르츠 시료 분석 장치(200)는 테라헤르츠 센서 칩(100), 광학 시스템(220), 검출부(230) 및 제어부(240)를 포함한다.Referring to FIG. 2 , the terahertz sample analysis apparatus 200 according to the present invention includes a terahertz sensor chip 100 , an optical system 220 , a detector 230 , and a controller 240 .

테라헤르츠 센서 칩(100)은 도 1을 참조하여 상세히 설명하였으므로 이에 대한 설명은 생략한다.Since the terahertz sensor chip 100 has been described in detail with reference to FIG. 1 , a description thereof will be omitted.

레이저 빔 생성부(210)는 테라헤르츠파를 여기하는 레이저 빔을 생성한다.The laser beam generator 210 generates a laser beam that excites a terahertz wave.

여기서, 레이저 빔은 IR 레이저 빔인 것이 바람직하다. 그러나, 이에 국한되는 것은 아니다.Here, the laser beam is preferably an IR laser beam. However, the present invention is not limited thereto.

광학 시스템(220)은 빔 분할기(220a), 갈바노미터 스캐너(220b), 렌즈(220c, 220e) 및 미러(220d, 220f)를 포함한다.The optical system 220 includes a beam splitter 220a, a galvanometer scanner 220b, lenses 220c and 220e, and mirrors 220d and 220f.

빔 분할기(220a)는 레이저 빔 생성부(210)가 생성한 레이저 빔을 분할하여 미러(220f)와 갈바노미터 스캐너(220b)에 공급한다.The beam splitter 220a splits the laser beam generated by the laser beam generator 210 and supplies it to the mirror 220f and the galvanometer scanner 220b.

미러(220f)에 공급된 레이저 빔은 렌즈(220e)를 거쳐 검출부(230)에 공급된다.The laser beam supplied to the mirror 220f is supplied to the detection unit 230 through the lens 220e.

갈바노미터 스캐너(220b)에 공급된 레이저 빔은 갈바노미터 스캐너(220b)에 의해 2개의 방향(제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔)으로 조향된다.The laser beam supplied to the galvanometer scanner 220b is steered in two directions (a first laser beam and a second laser beam) by the galvanometer scanner 220b.

제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔은 렌즈(220c)와 미러(220d)를 거쳐 테라헤르츠 센서 칩(100)에 조사된다.The first laser beam and the second laser beam are irradiated to the terahertz sensor chip 100 through the lens 220c and the mirror 220d.

여기서, 제1 레이저 빔은 기준 시료 저류부(130a)에 조사되며, 제2 레이저 빔은 분석 대상 시료 저류부(130b)에 조사되고, 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔은 각각 제1 테라헤르츠파 및 제2 테라헤르츠파를 여기시킨다.Here, the first laser beam is irradiated to the reference sample storage unit 130a, the second laser beam is irradiated to the analysis target sample storage unit 130b, and the first laser beam and the second laser beam are respectively first terahertz. Excite the wave and the second terahertz wave.

제1 테라헤르츠파 및 제2 테라헤르츠파는 각각 기준 시료 저류부(130a) 내의 기준 시료와 분석 대상 시료 저류부(130b) 내의 분석 대상 시료를 투과하고, 기준 시료와 분석 대상 시료를 투과한 제1 테라헤르츠파 및 제2 테라헤르츠파는 미러를 포함하는 소정의 경로를 통해 검출부(230)에 전달된다.The first terahertz wave and the second terahertz wave transmit through the reference sample in the reference sample storage unit 130a and the analysis target sample in the analysis target sample storage unit 130b, respectively, and are first transmitted through the reference sample and the analysis target sample, respectively. The terahertz wave and the second terahertz wave are transmitted to the detector 230 through a predetermined path including a mirror.

검출부(230)는 기준 시료를 투과한 제1 테라헤르츠파로부터 기준 시료 신호를 생성하고, 분석 대상 시료 저류부(130b) 내의 분석 대상 시료를 투과한 제2 테라헤르츠파로부터 분석 시료 신호를 생성한다.The detection unit 230 generates a reference sample signal from a first terahertz wave that has passed through the reference sample, and generates an analysis sample signal from a second terahertz wave that has passed through the analysis target sample in the analysis target sample storage unit 130b. .

기준 시료 신호와 분석 시료 신호는 전기적인 신호이며, 기준 시료 신호와 분석 시료 신호는 각각 기준 시료와 분석 대상 시료의 특징을 포함하는 신호이다. 즉, 제1 테라헤르츠파와 제2 테라헤르츠파가 각각 기준 시료와 분석 대상 시료를 투과하면, 그 파형에 변화가 생기고, 이 변화는 각 시료에 고유하므로, 기준 시료 신호와 분석 시료 신호는 각각 기준 시료와 분석 대상 시료의 특징을 나타내는 신호라 할 수 있다.The reference sample signal and the analysis sample signal are electrical signals, and the reference sample signal and the analysis sample signal are signals including characteristics of the reference sample and the analysis target sample, respectively. That is, when the first terahertz wave and the second terahertz wave pass through the reference sample and the sample to be analyzed, respectively, a change occurs in the waveform, and this change is unique to each sample. It can be regarded as a signal indicating the characteristics of the sample and the sample to be analyzed.

제어부(240)는 레이저 빔 생성부(210)와 광학 시스템(220)을 제어하고, 기준 시료 신호와 분석 시료 신호를 비교한다.The controller 240 controls the laser beam generator 210 and the optical system 220 and compares the reference sample signal and the analysis sample signal.

이하에서는, 본 발명에 따른 테라헤르츠 시료 분석 장치(200)의 동작에 대해 설명한다.Hereinafter, the operation of the terahertz sample analysis apparatus 200 according to the present invention will be described.

제어부(240)는 레이저 빔 생성부(210)를 제어하여 레이저 빔을 발생시킨다.The controller 240 controls the laser beam generator 210 to generate a laser beam.

레이저 빔 생성부(210)가 생성한 레이저 빔은 빔 분할기(220a)에 분할되어 미러(220f)와 갈바노미터 스캐너(220b)에 공급된다.The laser beam generated by the laser beam generator 210 is divided by the beam splitter 220a and supplied to the mirror 220f and the galvanometer scanner 220b.

제어부(240)는 갈바노미터 스캐너(220b)를 제어하여 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔을 생성하고, 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔은 렌즈(220c)와 미러(220d)를 거쳐 테라헤르츠 센서 칩(100)에 조사된다.The controller 240 controls the galvanometer scanner 220b to generate a first laser beam and a second laser beam, and the first laser beam and the second laser beam pass through the lens 220c and the mirror 220d to terra The hertz sensor chip 100 is irradiated.

제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔은 각각 기준 시료 저류부(130a)와 분석 대상 시료 저류부(130b)에 대응되는 위치에 조사되고, 이로 인하여, 각각 제1 테라헤르츠파 및 제2 테라헤르츠파가 여기된다.The first laser beam and the second laser beam are irradiated to positions corresponding to the reference sample storage unit 130a and the analysis target sample storage unit 130b, respectively, and thus, the first terahertz wave and the second terahertz wave, respectively is here

제1 테라헤르츠파 및 제2 테라헤르츠파는 각각 기준 시료 저류부(130a) 내의 기준 시료와 분석 대상 시료 저류부(130b) 내의 분석 대상 시료에 조사되고, 일부는 반사되고, 일부는 투과된다.The first terahertz wave and the second terahertz wave are respectively irradiated to the reference sample in the reference sample reservoir 130a and the sample to be analyzed in the analysis target sample reservoir 130b, some are reflected, and some are transmitted.

기준 시료와 분석 대상 시료를 투과한 제1 테라헤르츠파 및 제2 테라헤르츠파는 미러를 포함하는 소정의 경로를 통해 검출부(230)에 전달된다.The first terahertz wave and the second terahertz wave passing through the reference sample and the sample to be analyzed are transmitted to the detector 230 through a predetermined path including a mirror.

미러(220f)에 공급된 레이저 빔은 렌즈(220e)를 거쳐 검출부(230)에 공급된다.The laser beam supplied to the mirror 220f is supplied to the detection unit 230 through the lens 220e.

검출부(230)는 빔 분할기(220a)에 분할된 레이저 빔를 이용하여 검출부(230)는 기준 시료를 투과한 제1 테라헤르츠파로부터 기준 시료 신호를 생성하고, 분석 대상 시료 저류부(130b) 내의 분석 대상 시료를 투과한 제2 테라헤르츠파로부터 분석 시료 신호를 생성한다.The detector 230 generates a reference sample signal from the first terahertz wave that has passed through the reference sample using the laser beam split by the beam splitter 220a, and the detector 230 generates an analysis target sample storage unit 130b. An analysis sample signal is generated from the second terahertz wave passing through the target sample.

기준 시료 신호와 분석 시료 신호는 제어부(240)에 전송되고, 제어부(240)는 기준 시료 신호와 분석 시료 신호를 비교한다.The reference sample signal and the analysis sample signal are transmitted to the control unit 240 , and the control unit 240 compares the reference sample signal and the analysis sample signal.

기준 시료 신호와 분석 시료 신호는 각 시료의 특징을 나타내므로, 기준 시료 신호와 분석 시료 신호를 비교하면, 분석 시료의 특성을 분석할 수 있다.Since the reference sample signal and the analysis sample signal represent characteristics of each sample, the characteristics of the analysis sample may be analyzed by comparing the reference sample signal and the analysis sample signal.

도 2에 도시된 테라헤르츠 시료 분석 장치(200)의 구성에 따르면, 동일한 2개의 레이저 빔이 테라헤르츠 센서 칩(100)에 도달하여 제1 테라헤르츠파와 제2 테라헤르츠파가 발생한 직후에 제1 테라헤르츠파와 제2 테라헤르츠파가 테라헤르츠 센서 칩(100)에 주입된 기준 시료와 분석 대상 시료에 조사된다.According to the configuration of the terahertz sample analysis apparatus 200 shown in FIG. 2 , the same two laser beams reach the terahertz sensor chip 100 and generate the first terahertz wave and the second terahertz wave immediately after the first The terahertz wave and the second terahertz wave are irradiated to the reference sample injected into the terahertz sensor chip 100 and the sample to be analyzed.

동일한 2개의 레이저 빔에 의해 발생된 제1 테라헤르츠파와 제2 테라헤르츠파는 동일하며, 기준 시료와 분석 대상 시료에 직접적으로 근거리에서 조사되므로 그 불균일성이 최소화된다.The first terahertz wave and the second terahertz wave generated by the same two laser beams are the same, and since the reference sample and the sample to be analyzed are directly irradiated from a short distance, the non-uniformity thereof is minimized.

100:테라헤르츠 센서 칩 110:유전체 기판
120a: 제1 금속 링 패턴 120b: 제2 금속 링 패턴
130a: 기준 시료 저류부 130b: 분석 대상 시료 저류부
200:테라헤르츠 시료 분석 장치 220:광학 시스템
220a: 빔 분할기 220b: 갈바노미터 스캐너
220c, 220e: 렌즈 220c, 220f: 미러
230:검출부 240:제어부100: terahertz sensor chip 110: dielectric substrate
120a: first metal ring pattern 120b: second metal ring pattern
130a: reference sample reservoir 130b: sample to be analyzed reservoir
200: terahertz sample analysis device 220: optical system
220a: beam splitter 220b: galvanometer scanner
220c, 220e: Lens 220c, 220f: Mirror
230: detection unit 240: control unit

Claims (6)

레이저 빔이 조사되면 테라헤르츠파를 생성하는 유전체 기판;
상기 유전체 기판의 표면에 구비된 제1 금속 링 패턴 및 제2 금속 링 패턴;
상기 제1 금속 링 패턴의 내측의 상기 유전체 기판의 표면에 구비되며, 테라헤르츠파가 조사되는 기준 시료가 주입되는 홈을 포함하는 기준 시료 저류부; 및
상기 제2 금속 링 패턴의 내측의 상기 유전체 기판의 표면에 구비되며, 테라헤르츠파가 조사되는 분석 대상 시료가 주입되는 홈을 포함하는 분석 대상 시료 저류부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 센서 칩.a dielectric substrate generating a terahertz wave when irradiated with a laser beam;
a first metal ring pattern and a second metal ring pattern provided on a surface of the dielectric substrate;
a reference sample storage provided on a surface of the dielectric substrate inside the first metal ring pattern and including a groove into which a reference sample irradiated with terahertz waves is injected; and
An analysis target sample storage unit provided on a surface of the dielectric substrate inside the second metal ring pattern and including a groove into which an analysis target sample irradiated with terahertz waves is injected
A terahertz sensor chip comprising a. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 금속 링 패턴 및 제2 금속 링 패턴은 동일한 형상인 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 센서 칩.According to claim 1,
The terahertz sensor chip, characterized in that the first metal ring pattern and the second metal ring pattern have the same shape. 레이저 빔이 조사되면 테라헤르츠파를 생성하는 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 표면에 구비된 제1 금속 링 패턴 및 제2 금속 링 패턴; 상기 제1 금속 링 패턴의 내측의 상기 유전체 기판의 표면에 구비되며, 기준 시료가 주입되는 홈을 포함하는 기준 시료 저류부; 및 상기 제2 금속 링 패턴의 내측의 상기 유전체 기판의 표면에 구비되며, 분석 대상 시료가 주입되는 홈을 포함하는 분석 대상 시료 저류부를 포함하는 테라헤르츠 센서 칩;
테라헤르츠파를 여기하는 레이저 빔을 생성하는 레이저 빔 생성부;
상기 레이저 빔 생성부가 생성한 상기 레이저 빔을 상기 기준 시료 저류부의 홈에 조사되는 제1 레이저 빔과 상기 분석 대상 시료 저류부의 홈에 조사되는 제2 레이저 빔으로 분할하고, 상기 제1 레이저 빔 상기 제2 레이저 빔을 상기 기준 시료 저류부의 홈에 주입된 기준 시료 및 상기 분석 대상 시료 저류부의 홈에 주입된 분석 대상 시료에 각각 조사하여 제1 테라헤르츠파 및 제2 테라헤르츠파를 각각 여기시키는 광학 시스템;
상기 기준 시료 저류부의 홈에 주입된 기준 시료를 투과한 상기 제1 테라헤르츠파로부터 기준 시료 신호를 생성하고, 상기 분석 대상 시료 저류부의 홈에 주입된 분석 대상 시료를 투과한 상기 제2 테라헤르츠파로부터 분석 시료 신호를 생성하는 검출부; 및
상기 레이저 빔 생성부 및 상기 광학 시스템을 제어하고, 상기 기준 시료 신호와 상기 분석 시료 신호를 비교하는 제어부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 시료 분석 장치.a dielectric substrate generating a terahertz wave when irradiated with a laser beam; a first metal ring pattern and a second metal ring pattern provided on a surface of the dielectric substrate; a reference sample storage provided on a surface of the dielectric substrate inside the first metal ring pattern and including a groove into which a reference sample is injected; and a terahertz sensor chip provided on a surface of the dielectric substrate inside the second metal ring pattern and including a sample storage unit to be analyzed including a groove into which the sample to be analyzed is injected;
a laser beam generator that generates a laser beam that excites terahertz waves;
The laser beam generated by the laser beam generator is divided into a first laser beam irradiated to the groove of the reference sample reservoir and a second laser beam irradiated to the groove of the analysis target sample reservoir, and the first laser beam 2 An optical system for exciting a first terahertz wave and a second terahertz wave by irradiating a laser beam to the reference sample injected into the groove of the reference sample reservoir and the analyte sample injected into the groove of the analyte sample reservoir, respectively ;
A reference sample signal is generated from the first terahertz wave passing through the reference sample injected into the groove of the reference sample reservoir, and the second terahertz wave passing through the analyte sample injected into the groove of the analyte sample reservoir a detector for generating an analysis sample signal from; and
A control unit that controls the laser beam generator and the optical system, and compares the reference sample signal with the analysis sample signal
A terahertz sample analysis device comprising a. 제4항에 있어서,
상기 레이저 빔은 IR 레이저 빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 시료 분석 장치.5. The method of claim 4,
The laser beam is a terahertz sample analysis device, characterized in that it comprises an IR laser beam. 제4항에 있어서,
상기 광학 시스템은 상기 레이저 빔 생성부가 생성한 상기 레이저 빔을 소정의 방향으로 조향하는 갈바노미터 스캐너를 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 시료 분석 장치.5. The method of claim 4,
wherein the optical system includes a galvanometer scanner that steers the laser beam generated by the laser beam generator in a predetermined direction.
KR1020200113397A 2020-09-04 2020-09-04 Terahertz sensor chip including split ring resonator and terahertz sample analyzing device using the same KR102340189B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200113397A KR102340189B1 (en) 2020-09-04 2020-09-04 Terahertz sensor chip including split ring resonator and terahertz sample analyzing device using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200113397A KR102340189B1 (en) 2020-09-04 2020-09-04 Terahertz sensor chip including split ring resonator and terahertz sample analyzing device using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102340189B1 true KR102340189B1 (en) 2021-12-15

Family

ID=78865734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200113397A KR102340189B1 (en) 2020-09-04 2020-09-04 Terahertz sensor chip including split ring resonator and terahertz sample analyzing device using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102340189B1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7826504B2 (en) 2006-10-19 2010-11-02 Los Alamos National Security, Llc Active terahertz metamaterial devices
US8054146B2 (en) 2005-11-14 2011-11-08 Iowa State University Research Foundation, Inc. Structures with negative index of refraction
KR101433268B1 (en) * 2013-02-05 2014-08-26 아주대학교산학협력단 Apparatus and method for detecting foreign material using terahertz metamaterials
KR101606785B1 (en) * 2014-08-05 2016-03-28 서울시립대학교 산학협력단 Terahertz spectrometer for gas analysis
KR101701409B1 (en) 2015-05-14 2017-02-01 서울시립대학교 산학협력단 Apparatus and method for generating high resolution and high sensitivie images using terahertz electromagnetic waves

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8054146B2 (en) 2005-11-14 2011-11-08 Iowa State University Research Foundation, Inc. Structures with negative index of refraction
US7826504B2 (en) 2006-10-19 2010-11-02 Los Alamos National Security, Llc Active terahertz metamaterial devices
KR101433268B1 (en) * 2013-02-05 2014-08-26 아주대학교산학협력단 Apparatus and method for detecting foreign material using terahertz metamaterials
KR101606785B1 (en) * 2014-08-05 2016-03-28 서울시립대학교 산학협력단 Terahertz spectrometer for gas analysis
KR101701409B1 (en) 2015-05-14 2017-02-01 서울시립대학교 산학협력단 Apparatus and method for generating high resolution and high sensitivie images using terahertz electromagnetic waves

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Terahertz molecular resonance of cancer DNA(Hwayeong Cheon, Hee-jin Yang, Sang-Hun Lee, Young A Kim & Joo-Hiuk Son, Scientific Reports volume 6, Article number: 37103 (2016))
2. Recent advances in metamaterial split-ring-resonator circuits as biosensors and therapeutic agents (RoyChoudhury, S. et. al. Biosensors and Bioelectronics Volume 86, 15 December 2016, Pages 595-608)
3. DNA methylation as a universal biomarker (Victor V Levenson, Expert Rev Mol Diagn., 2010 May; 10(4): 481-488)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8009294B2 (en) Chemical sensing system and method
CN105699315B (en) THz wave measuring device, measurement method and measuring instrument
JP7477882B2 (en) Hybrid Optical System
US20030235381A1 (en) Fiber-optic based surface spectroscopy
US7304305B2 (en) Difference-frequency surface spectroscopy
CN107860742B (en) Reflective terahertz time-domain near-field scanning microscope
US20120050733A1 (en) Laser microscope
US20030231302A1 (en) Nonlinear optical system for sensing the presence of contamination on a semiconductor wafer
JP2014194344A (en) Method for measurement using terahertz wave
US7212288B2 (en) Position modulated optical reflectance measurement system for semiconductor metrology
KR102340189B1 (en) Terahertz sensor chip including split ring resonator and terahertz sample analyzing device using the same
CN113029969B (en) Measuring device and measuring method for anisotropic nonlinear optical characteristics
CN111487190B (en) Single-ion imaging detection method and device
CN212031304U (en) Novel Raman spectrometer based on optical field coupling device
JP2002522764A (en) Non-destructive dye penetrant detection method and system for surface
JPH0694602A (en) Spectral photographing device for detecting absorption of modulated electromagnetic wave based on ultrasonic wave
JPH11271281A (en) Laser ultrasonic inspection device and method
JP2002257629A (en) Detecting apparatus and method for electromagnetic wave
JPH11295159A (en) Stress measuring device
JPH03239950A (en) Laser breakdown analyzing apparatus
JP6652265B2 (en) Method for observing organic sample, observation holder and observation stage used for the method
CN110338792B (en) Ovarian epithelial malignancy detection device
CN116329740B (en) Method and device for in-situ monitoring and process control of laser fusion welding
CN111481198B (en) Laser-induced ultrasonic excitation method and device under magnetoacoustic monitoring
CN212008326U (en) Portable LIBS system with carbon measuring function

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant