KR100881956B1 - 생화학 센서 표면 처리 장치 - Google Patents

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양종헌
백인복
안창근
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장문규
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Abstract

본 발명은 센서 표면 처리 장치에 관한 것으로, 특히 생화학 센서로 사용할 칩의 표면 처리를 위한 자동화된 생화학 센서 표면 처리 장치를 제공하는 데 있다.
이를 위하여 본 발명의 일실시 예에 따른 생화학 센서 표면 처리 장치는, 생화학 센서로 사용할 칩의 적어도 일면에 표면 처리를 하기 위하여 사용되는 시료인 화학 물질, 생화학 물질 및 생체 물질 중 하나의 시료를 담는 하나 이상의 용기; 상기 칩이 적재되며 상기 칩의 표면 처리를 위하여 상기 용기 내부로 삽입 가능한 크기를 갖는 칩 적재 수단; 및 상기 칩 적재 수단을 상기 시료가 담긴 하나 이상의 용기에 번갈아 삽입하면서 상기 칩을 표면 처리하기 위하여 서로 직교하는 X-Y-Z 축을 따라 가변 가능한 이송 프레임을 포함하는 적어도 하나의 처리 영역을 포함하되, 상기 이송 프레임 중 Z 축을 따라 상하 방향으로 가변하는 Z 축 프레임의 하단에 상기 칩 적재 수단의 착탈이 가능한 제 1 결합부가 구비된다.
그럼으로써, 본 발명은 종래 수작업에 의존하여 센서의 표면 처리를 이루던 공정을 본 발명의 일실시 예에 따른 자동화된 장치를 이용함으로써 센서의 대량 생산에 기여할 수 있는 이점이 있다.
생화학 센서, 표면 처리, 자동화 장치

Description

생화학 센서 표면 처리 장치{THE APPARATUS FOR SURFACE TREATMENT OF BIO-CHEMICAL SENSOR}
본 발명은 센서 표면 처리 장치에 관한 것으로, 특히 생화학 물질을 감지하는 생화학 센서의 표면 처리를 하기 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-007-02, 과제명: 유비쿼터스 건강관리용 모듈/시스템].
생화학 센서(bio-chemistry sensor)란, 각종 화학 물질, 생화학 물질 및 효소, 단백질, 항체, DNA 등의 생체 물질과 반도체를 조합하여 반도체 칩 형태로 만든 혼성 소자를 말한다.
이러한 생화학 센서를 제작하기 위하여는, 먼저 센서로 사용할 칩 상에 칩의 표면과 반응하는 작용기를 가진 화학 물질, 생화학 물질 또는 생체 물질 등으로 이루어진 분자 층을 형성한다.
이 후, 상기 분자 층과 검출하고자 하는 화학 물질, 생화학 물질 및 생체 물질 등에 화학적 활성이 있는 하나 이상의 분자 층을 형성함으로써 생화학 센서의 표면 처리가 이루어진다.
종래에는 상기와 같은 생화학 센서의 표면 처리 과정을 수작업을 통하여 진행하였기 때문에 그 제작 속도가 매우 늦은 단점이 있다.
따라서, 수작업에 의존하지 않는 자동화된 생화학 센서의 표면 처리를 위한 장치가 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 생화학 센서로 사용할 칩의 표면 처리를 위한 자동화된 생화학 센서 표면 처리 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 하기의 설명 및 본 발명의 일실시 예에 의하여 파악될 수 있다.
이를 위하여, 본 발명의 일실시 예에 따른 생화학 센서 표면 처리 장치는, 생화학 센서로 사용할 칩의 적어도 일면에 표면 처리를 하기 위하여 사용되는 시료인 화학 물질, 생화학 물질 및 생체 물질 중 하나의 시료를 담는 하나 이상의 용기; 상기 칩이 적재되며 상기 칩의 표면 처리를 위하여 상기 용기 내부로 삽입 가능한 크기를 갖는 칩 적재 수단; 및 상기 칩 적재 수단을 상기 시료가 담긴 하나 이상의 용기에 번갈아 삽입하면서 상기 칩을 표면 처리하기 위하여 서로 직교하는 X-Y-Z 축을 따라 가변 가능한 이송 프레임을 포함하는 적어도 하나의 처리 영역을 포함하되, 상기 이송 프레임 중 Z 축을 따라 상하 방향으로 가변하는 Z 축 프레임의 하단에 상기 칩 적재 수단의 착탈이 가능한 제 1 결합부가 구비된다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 종래 수작업에 의존하여 센서의 표면 처리를 이루던 공정을 본 발명의 일실시 예에 따른 자동화된 장치를 이용함으로써 센서의 대량 생산에 기여할 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 생화학 센서 표면 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 생화학 센서 표면 처리 장치는, 외관을 형성하는 프레임(110) 및 생화학 센서로 사용할 칩의 표면 처리를 위한 내부 구조물(120)을 포함한다.
프레임(110)은, 내부 구조물(120)이 위치할 수 있도록 일정한 공간을 가지며, 표면 처리를 위한 칩 또는 칩이 탑재된 칩 적재 수단을 프레임(110)의 내부로 유입 및 반출할 수 있는 문(미도시) 및 표면 처리에 이용되는 화학 물질, 생화학 물질 및 생체 물질 등이 유입되는 통로를 위한 홀(hole, 미도시)을 구비한다. 이하, 표면 처리에 이용되는 화학 물질, 생화학 물질 및 생체 물질 등을 통틀어 시료라 한다.
하나의 프레임(110)에는 동일한 내부 구조물(120)을 갖는 하나 이상의 처리 영역이 있을 수 있으며, 도 1에서는 하나의 프레임(110)에 2개의 처리 영역을 갖는 생화학 센서 표면 처리 장치를 도시하였다.
한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 프레임(110)의 일 측면 또는 프레임(110) 내부에는, 칩의 표면 처리를 위한 시료의 증발을 막기 위해 프레임(110) 내부의 압력을 높일 수 있는 가압 장치가 구비될 수 있다.
내부 구조물(120)은, 생화학 센서로 사용될 칩의 표면 처리를 위한 각종 기기를 포함하며, 구성물 각각의 구조 및 역할에 대하여는 이하에서 도 2 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 생화학 센서 표면 처리 장치의 내부 구조를 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 생화학 센서 표면 처리 장치는 두 개의 처리 영역(210, 230)을 가지며, 각 처리 영역은 지지대(212), 이송 프레임(214), 용기(216), 공급 수단(218), 임시 영역(220), 이송 문(222), 칩 적재 수단(224)을 포함한다.
처리 영역(210)과 처리 영역(230)은 물리적으로 분리되어 있으며, 목적에 따라서 서로 다른 표면 처리를 수행하기 위한 영역이다. 도 2에서는 하나의 프레임(110)에 두 개의 처리 영역(210, 230)이 구비됨을 도시하였으나, 3개 혹은 그 이상의 처리 영역이 포함될 수 있다.
지지대(212)는, 이송 프레임(214)을 지지한다.
이송 프레임(214)은, X-Y-Z 축을 따라 각각 가변 가능한 3개의 프레임으로 구성되며, 시료가 담긴 용기(216)에서 칩을 표면 처리하기 위하여 칩이 적재된 칩 적재 수단(224)을 이동시킨다.
용기(216)는, 생화학 센서로 사용할 칩의 표면 처리를 위한 시료를 담기 위한 것으로, 각 용기(216) 사이에는 상기 물질들의 확산을 방지하기 위한 칸막이(217)가 설치될 수 있다.
공급 수단(218)은, 칩의 표면 처리를 위한 시료가 유입되는 통로이다.
임시 영역(220)은, 칩의 처리 영역(210, 230) 간 이송을 위하여 칩 적재 수단을 임시로 올려 두기 위한 영역이다.
이송 문(222)은, 물리적으로 분리된 두 처리 영역(210, 230) 사이에 위치하며, 칩 적재 수단(224)의 이송 시에 열리게 된다.
칩 적재 수단(224)은, 칩을 적재하며, 시료가 담긴 용기에 삽입될 수 있는 크기와 형태를 갖는다.
이하에서, 각각의 구조물에 대하여 해당하는 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 이송 프레임(214)의 구조를 보여주는 예시도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 이송 프레임(214)은, X 축 프레임(310), Y 축 프레임(320), Z 축 프레임(330), X-Y 축 결합부(315), Y-Z 축 결합부(325)를 포함한다.
X 축 프레임(310)은, 지지대에 지지된다.
Y 축 프레임(320)은, X 축 프레임(310)과 직각 방향으로 설치되며 X 축 프레 임(310)에 지지된다.
Z 축 프레임(330)은, Z 축을 따라 상하 방향으로 가변할 수 있도록 X 축 프레임(310) 및 Y 축 프레임(320)에 직각 방향으로 설치되며 Y 축 프레임(320)에 지지된다.
X-Y 축 결합부(315)는, X 축 프레임(310)과 Y 축 프레임(320)을 결합하며, Y 축 프레임(320)이 X 축 프레임(310)을 따라 가변할 수 있도록 내부에 모터(미도시)가 구비되어있다.
Y-Z 축 결합부(325)는, Y 축 프레임(320)과 Z 축 프레임(330)을 결합하며, Z 축 프레임(330)이 Y 축 프레임(320)을 따라 가변할 수 있도록 하는 모터(미도시)와 Z 축 프레임(330)이 Z 축 방향으로 가변할 수 있도록 하는 모터(미도시)가 내부에 구비되어 있다. 상기 모터들은 각각의 프레임(310, 320, 330) 또는 처리 영역(210, 230)의 일정한 장소에 위치한 센서(미도시)에 의하여 동작하거나 동작이 멈출 수 있다. 바람직하게는 미리 입력된 좌표에 따라 움직이는 스텝핑(stepping) 모터를 사용함으로써 표면 처리 과정을 원활히 할 수 있으며, 일반 AC(Alternating Current) 모터를 사용하는 경우에는 정지 위치에 미리 놓아둔 센서의 신호를 감지하여 정지 및 이동할 수 있다.
한편, Z 축 프레임(330)의 하단에는 칩 적재 수단(224)과 Z 축 프레임(330)의 결합을 위한 제 1 결합부가 형성될 수 있는데, 이하에서는, 설명의 편의를 칩을 적재하는 칩 적재 수단(224)과 상기 칩 적재 수단(224)을 Z 축 프레임(330)의 하단 에 결합하기 위한 제 1 결합부를 도 4 및 도 5를 참조하여 함께 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 칩 적재 수단(224)을 Z 축 프레임(330)의 하단에 결합하기 위한 제 1 결합부를 나타내는 예시도이고, 도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 칩 적재 수단(224)을 나타내는 예시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 제 1 결합부(400)는, 제 1 개구부(402), 거치부(404), 제 2 개구부(406) 및 홀(408)을 포함한다.
한편, 도5를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 칩 적재 수단(224)은, 칩 적재부(502), 제 2 결합부(504), 연결부(506) 및 칩 고정 판(510)을 포함한다.
칩 적재부(502)는, 일정한 크기와 형태를 가지며, 표면 처리를 위한 칩이 삽입되는 칩 삽입부(602)를 포함한다.
칩 고정 판(510)은, 칩 적재 수단의 이동 및 회전 중에 삽입된 칩의 이탈 방지를 위하여 장착된다.
제 2 결합부(504)는, 연결부(506)를 통하여 칩 적재부(502)와 연결되며, 칩 적재 수단(224)을 이동시키기 위하여 Z 축 프레임의 하단에 위치한 제 1 결합부(400)와 결합한다.
한편, 제 1 결합부(400)는, 제 2 결합부가 결합되는 수단으로써, 제 1 결합부(400)가 통과할 수 있는 형태와 크기를 갖는 제 1 개구부(402), 제 2 결합부(504)가 거치될 수 있는 거치부(404) 및 제 2 결합부(504)의 거치 중에 연결부(506)가 통과할 수 있는 크기와 형태를 갖는 제 2 개구부(406)를 포함한다.
한편, 제 2 결합부(504)의 하단에는 이격 거리를 갖는 하나 이상의 돌출 부(508)가 형성될 수 있으며, 거치부(404)에는 상기 돌출부(508)의 형태와 크기에 맞는 홀(408)이 형성되어 제 1 결합부(400)와 제 2 결합부(504)를 더 잘 고정되게 한다. 그럼으로써, 첩 적재 수단(224)의 이동 중에 칩 적재 수단(224)의 흔들림을 방지할 수 있다.
도 6은 칩 적재부(502)의 단면을 보여주는 예시도이다.
도 6을 참조하면, 칩 적재부(502)는, 칩이 삽입되는 칩 삽입부(602) 및 삽입된 칩 사이로 시료가 원활히 유입될 수 있도록 칩 삽입부(602)의 일부분이 제거된 시료 유입 영역(604)을 포함한다.
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따라 칩 적재 수단과 제 1 결합부(400)가 결합된 모습을 보여주는 예시도이다.
상기에서 설명한 바와 같이 제 1 결합부(400)는 Z 축 프레임(330)의 하단에 형성되는데, 제 1 결합부(400)와 Z 축 프레임(330)의 사이 또는 Z축 프레임(330)의 내부에 동축 형태의 축을 두고 이를 회전하기 위한 모터(704)가 구비될 수 있다.
상기 모터(704)는 용기 내에서 칩의 표면 처리 중에 칩이 탑재된 칩 적재 수단(224)을 회전시킴으로써 칩 적재 수단(224) 내로 시료가 원활히 유입되도록 한다.
또한, 상기 모터(704)가 위치한 Z 축 프레임(330)의 하단에는 제 3 결합부(702)가 형성될 수 있는데, 제 3 결합부(702)는 칩 적재 수단(224)의 영역 간 이 송 시에 칩 적재 수단을 임시 영역(220)에 위치시키는 역할을 한다.
즉, 처리 영역(210, 230) 간의 이동을 위하여 칩 적재 수단(224)을 임시 영역에 위치시키면 이송 문(222)이 열리게 되고, 이 때 다음 처리 영역(230)의 제 3 결합부(702)가 칩 적재 수단(224)을 들어올려 다음 처리 영역(230)의 임시 영역(220)에 올려놓으면, 다음 처리 영역(230)의 제 2 결합부가 칩 적재 수단(224)을 들어올려 표면 처리를 계속 수행하게 된다.
이와 비슷하게, 이송 문(222)이 열린 후 현재 처리 영역(210)의 칩 적재 수단(224)을 다음 처리 영역(230)의 임시 영역(220)에 위치시키면, 다음 처리 영역(230)의 제 2 결합부(504)가 칩 적재 수단(224)을 들어올려 표면 처리를 계속 수행할 수도 있다.
처리 영역(210, 230) 간의 이송을 위하여 컨베이어 벨트(미도시) 등이 설치될 수 있는데, 이 때 제 3 결합부(702)는 필요 없게 되며, 현재 처리 영역(210)의 제 2 결합부가 현재 처리 영역(210)의 임시 영역(220)에 칩 적재 수단(224)을 위치시키면, 컨베이어 벨트에 의하여 다음 처리 영역(230)의 임시 영역(220)으로 칩 적재 수단(224)이 이송되고, 이 때, 다음 처리 영역(230)의 제 2 결합부가 칩 적재 수단(224)을 들어올려 표면 처리를 계속 수행할 수 있다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 일실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구 범위의 균등한 것에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 생화학 센서 표면 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 생화학 센서 표면 처리 장치의 내부 구조를 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 이송 프레임의 구조를 보여주는 예시도,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 칩 적재 수단을 Z 축 프레임의 하단에 결합하기 위한 제 1 결합부를 나타내는 예시도,
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 칩 적재 수단을 나타내는 예시도,
도 6은 칩 적재부의 단면을 보여주는 예시도,
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따라 칩 적재 수단과 제 1 결합부가 결합된 모습을 보여주는 예시도.

Claims (14)

  1. 생화학 센서로 사용할 칩의 적어도 일면에 표면 처리를 하기 위하여 사용되는 시료인 화학 물질, 생화학 물질 및 생체 물질 중 하나의 시료를 담는 하나 이상의 용기;
    상기 칩이 적재되며 상기 칩의 표면 처리를 위하여 상기 용기 내부로 삽입 가능한 크기를 갖는 칩 적재 수단; 및
    상기 칩 적재 수단을 상기 시료가 담긴 하나 이상의 용기에 번갈아 삽입하면서 상기 칩을 표면 처리하기 위하여 서로 직교하는 X-Y-Z 축을 따라 가변 가능한 이송 프레임
    을 포함하는 적어도 하나의 처리 영역을 포함하되,
    상기 이송 프레임 중 Z 축을 따라 상하 방향으로 가변하는 Z 축 프레임의 하단에 상기 칩 적재 수단의 착탈이 가능한 제 1 결합부가 구비된
    생화학 센서 표면 처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 이송 프레임은,
    양단이 지지대에 지지되는 X 축 프레임;
    상기 X 축 프레임과 직각 방향으로 설치되며 상기 X 축 프레임에 지지되는 Y축 프레임;
    상기 X 축 프레임 및 상기 Y 축 프레임에 직각 방향으로 설치되며 상기 Y 축 프레임에 지지되는 Z 축 프레임;
    상기 Y 축 프레임을 X 축 방향으로 이동시키기 위하여 상기 X 축 프레임과 Y 축 프레임의 결합 위치에 구비된 제 1 모터; 및
    상기 Z 축 프레임을 Y 축 방향 및 Z 축 방향으로 각각 이동시키기 위하여 상기 Y 축 프레임과 Z 축 프레임의 결합 위치에 구비된 제 2 및 제 3 모터
    를 더 포함하는 생화학 센서 표면 처리 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 칩의 표면 처리 중에 상기 시료의 유입을 위하여 상기 칩 적재 수단을 회전시킬 수 있도록 상기 Z 축 프레임의 하단과 상기 제 1 결합부 사이에 위치한 제 4모터
    를 더 포함하는 생화학 센서 표면 처리 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 칩 적재 수단은,
    상기 표면 처리를 위한 칩이 적재되는 칩 삽입부;
    상기 칩 적재 수단과 상기 제 1 결합부를 결합하기 위한 제 2 결합부; 및
    상기 제 2 결합부와 상기 칩 삽입부를 연결하는 연결부
    를 포함하는 생화학 센서 표면 처리 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 1 결합부는,
    상기 제 2 결합부가 삽입되는 제 1 개구부;
    상기 삽입된 제 2 결합부가 거치될 수 있는 거치부; 및
    상기 제 2 결합부의 삽입 중에 상기 연결부가 통과될 수 있도록 상기 거치부에 형성된 제 2 개구부
    를 포함하는 생화학 센서 표면 처리 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 2 결합부의 하단에는 이격 거리를 갖는 하나 이상의 돌출부가 구비되고,
    상기 거치대에는 상기 돌출부가 삽입되기 위한 홀이 구비된
    생화학 센서 표면 처리 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    현재 처리 영역에서 표면 처리가 끝난 칩이 탑재된 칩 적재 수단을 이후 표 면 처리를 위해 물리적으로 분리된 다음 처리 영역으로 이송하기 위하여,
    상기 처리 영역 간의 이송 중에 열리는 이송 문;
    상기 칩 적재 수단을 임시로 올려두기 위해 상기 현재 처리 영역 및 다음 처리 영역의 일 영역에 위치한 임시 영역; 및
    상기 현재 처리 영역의 임시 영역으로 이동된 칩 적재 수단을 결합한 후, 상기 이송 문을 통하여 상기 다음 처리 영역의 임시 영역으로 상기 칩 적재 수단을 이송시키기 위한 제 3 결합부
    를 더 포함하는 생화학 센서 표면 처리 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    현재 처리 영역에서 표면 처리가 끝난 칩이 탑재된 칩 적재 수단을 이후 표면 처리를 위해 물리적으로 분리된 다음 처리 영역으로 이송하기 위하여,
    상기 처리 영역 간의 이송 중에 열리는 이송 문;
    상기 칩 적재 수단을 임시로 올려두기 위해 상기 현재 처리 영역 및 다음 처리 영역의 일 영역에 위치한 임시 영역; 및
    상기 현재 처리 영역의 임시 영역으로 이동된 칩 적재 수단을 상기 다음 처리 영역으로 이동시키는 컨베이어 벨트
    를 더 포함하는 생화학 센서 표면 처리 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 칩 적재 수단은,
    탑재된 칩의 이탈을 방지하기 위한 칩 고정 판
    을 더 포함하는 생화학 센서 표면 처리 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 칩 적재 수단은,
    상기 칩이 삽입되는 하나 이상의 삽입 통로; 및
    상기 삽입된 칩 사이로 시료가 흘러들어갈 수 있도록 상기 삽입 통로의 일부분이 제거된 영역
    을 포함하는 생화학 센서 표면 처리 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 용기 각각에 시료를 공급하기 위한 공급 수단
    을 더 포함하는 생화학 센서 표면 처리 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 용기에 담긴 시료의 확산을 방지하기 위하여 상기 용기 사이에 설치된 칸막이
    를 더 포함하는 생화학 센서 표면 처리 장치.
  13. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 모터 중 적어도 하나는,
    미리 입력된 좌표에 따라 움직이는 스텝핑(stepping) 모터인
    생화학 센서 표면 처리 장치.
  14. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 모터 중 적어도 하나는,
    상기 처리 영역의 일 영역에 위치한 센서의 신호에 따라 구동되는 AC(Alternating Current) 모터인
    생화학 센서 표면 처리 장치.
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