KR100914818B1 - 상이한 감도의 센서를 사용하는 자율적 모니터 방법 및시스템 - Google Patents

상이한 감도의 센서를 사용하는 자율적 모니터 방법 및시스템

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KR100914818B1
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스티븐 에이. 썬샤인
팀 이. 버치
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스미스 디텍션 인코포레이티드
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Abstract

화학제 또는 기타 독성 제제에 대한 모니터의 방법 및 시스템은 모니터된 영역 내에서 제제에 대해 제1 수준의 감도를 갖는 다수의 제1 유형 센서를 조작하는 것을 포함한다. 동시에, 모니터된 영역 내에서 제제에 대해, 제1 수준의 감도보다 10배 이상 더 민감한 제2 수준의 감도를 갖는 제2 유형 센서가 조작된다. 모니터된 영역 내에서 제제의 존재를 결정하기 위해, 다수의 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서로부터의 입력이 중앙 위치에서 수용 및 분석된다.

Description

상이한 감도의 센서를 사용하는 자율적 모니터 방법 및 시스템 {Autonomous Monitoring Method and System Using Sensors of Different Sensitivities}
본 발명은 일반적으로, 상이한 감도를 갖는 자율적 센서를 사용하여, 화학제 또는 기타 독성 제제에 대한 영역을 모니터하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
부조화 공격의 증가하는 위험이, 현재의 해결책에 대해 상대적으로 매우 우수한 위양성율 (false positive rates)로 분산 화학적 검출기 또는 기타 제제에 대한 검출기에 대한 요구를 증가시켰다. 생물학적 또는 기타 위험 요소를 검출하기 위한 2층 센서를 사용하는 것이 공지되어 있다. 그러나, 이들 2층 센서의 공지된 배열은 전형적으로, 덜 민감하거나 덜 신뢰성이 있는 센서가 모니터되는 제제의 존재를 초기에 검출할 때에만 더 민감하거나 더 신뢰성이 있는 센서가 작동하거나 유발되도록 하는 센서 위치에 동시-위치하는 2가지 유형의 센서로 구성된다.
그러나, 공포 상태에 처해진 위험의 측면에서, 일부 화학적 교전 및 기타 독성 제제가 광대한 영역에 걸쳐 모니터될 필요가 있다. 이러한 공지된 동시-위치한 이중 센서의 사용은 모니터되어야 할 이러한 광대한 영역을 포함하도록 사용되는 경우, 터무니없이 고가일 수 있다.
발명의 요약
특정 실시양태에서, 본 발명은 모니터된 영역 내에서 제제에 대해 제1 수준의 감도를 갖는 다수의 제1 유형 센서를 조작하고; 동시에, 모니터된 영역 내에서 제제에 대해, 제1 수준의 감도보다 10배 이상 더 민감한 제2 수준의 감도를 갖는 제2 유형 센서를 조작하고; 모니터된 영역 내에서 제제의 존재를 결정하기 위해, 다수의 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서로부터의 입력을 중앙 위치에서 수용 및 분석하는 것을 포함하는 화학제 또는 기타 독성 제제에 대한 모니터 방법을 제공한다.
특정 실시양태에서, 다수의 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서는 모두 연속적으로 조작한다.
특정 실시양태에서, 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서는 모두 화학저항기 기재 센서 어레이이다.
특정 실시양태에서, 화학저항기 기재 센서 어레이는 도전성 중합체 복합 증기 센서이다.
특정 실시양태에서, 예비 집신기(preconcentrator)가 제2 유형 센서에 제공된다.
특정 실시양태에서, 본 발명은 모니터된 영역 내에 배열된, 제제에 대해 제1 수준의 감도를 갖는 다수의 제1 유형 센서; 모니터된 영역 내에 배열된, 제제에 대해 제2 수준의 감도를 갖는 제2 유형 센서; 및 모니터된 영역 내에서 제제의 존재를 결정하기 위해 다수의 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서로부터의 데이터를 분석하는, 다수의 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서에 연결된 중앙 분석 장치를 포함하는, 화학제 또는 기타 독성 제제에 대한 모니터 시스템을 제공한다.
특정 실시양태에서, 본 발명은 모니터된 영역 내에서 제제에 대해 제1 수준의 감도를 갖는 제1 유형 센서를 조작하고; 모니터된 영역 내에서 제제에 대해 제2 수준의 감도를 갖는 제2 유형 센서를 조작하고; 모니터된 영역 내에서 제제의 존재를 결정하기 위해, 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서로부터의 입력을 중앙 위치에서 수용 및 분석하는 것을 포함하며, 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서는 각각 단일 센서 어레이 상에 다수의 직교하는 감지 기술을 포함하며, 각 감지 기술의 변환 메카니즘이 전기 저항성의 변화를 검출하는 것인 화학제 또는 기타 독성 제제에 대한 모니터 방법을 제공한다.
특정 실시양태에서, 본 발명은 모니터된 영역 내에 배열된, 제제에 대해 제1 수준의 감도를 갖는 제1 유형 센서; 모니터된 영역 내에 배열된, 제제에 대해 제2 수준의 감도를 갖는 제2 유형 센서; 및 모니터된 영역 내에서 제제의 존재를 결정하기 위해 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서로부터의 데이터를 분석하는, 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서에 연결된 중앙 분석 장치를 포함하며, 제1 유형 센서 또는 제2 유형 센서의 하나 이상이 단일 센서 어레이에서 다수의 직교하는 감지 기술을 포함하며, 각 감지 기술의 변환 메카니즘이 전기 저항성의 변화를 검출하는 것인 화학제 또는 기타 독성 제제에 대한 모니터 시스템을 제공한다.
특정 실시양태에서, 본 발명은 모니터된 영역 내에서 제제의 군에 대해 제1 수준의 특이성을 갖는 다수의 제1 유형 센서를 조작하고; 동시에, 모니터된 영역 내에서 제제의 군에 대해, 제1 수준의 특이성보다 더욱 특이적인 제2 수준의 특이성을 갖는 제2 유형의 센서를 조작하고; 모니터된 영역 내에서 제제의 존재를 결정하기 위해, 다수의 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서로부터의 입력을 중앙 위치에서 수용 및 분석하는 것을 포함하는 화학제 또는 기타 독성 제제에 대한 모니터 방법을 제공한다.
본 명세서에서 인용되며 그 일부를 구성하는 첨부된 도면은, 본 발명의 바람직한 실시양태를 예시하며, 상기 기재된 일반적인 설명 및 하기 상세한 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하기 위해 제공된다.
도 1은 본 발명의 특정 실시양태의 센서의 배열을 예시하는 도표이다.
도 2는 증기의 존재 하에 중합체의 특성의 변화를 예시한다.
도 3 및 도 4는 HD 및 GA로 센서를 시험하기 위해 수득한 데이터의 예를 제공한다.
도 5는 블리스터 (0 내지 5㎎/㎥) 및 신경 제제 (0 내지 1㎎/㎥) 농도의 범위에 걸쳐 시험된 센서의 반응을 예시하는 도표이다.
도 6은 광범위한 범위의 농도에 걸친 화학적 교전 제제에 대한 식별 플롯이다.
도 7은 광범위한 범위의 분석물에 대한 센서의 검출 한계를 예시하는 도표이다.
도 8은 특이적 독성 공업 화학제에 대한 농도 대 검출 시간의 그래프 표시이다.
도 9는 중합체 복합 센서에 대한 필름 두께 대 센서 반응 시간을 예시하는 그래프이다.
도 10은 센서로서 SWCNT 네트워크 화학저항기의 사용을 예시하는 도표이다.
도 11은 상이한 분석물 증기에 대해 화학저항기의 상이한 유형으로 구성되는 센서 어레이의 성능을 예시하는 도표이다.
도 12는 대조구 단계에서 표시될 수 있는 그래픽 사용자 인터페이스를 예시하는 도표이다.
도 13은 미소기계가공된 예비 집신기를 나타낸다.
도 14는 온도에 따라 카스파(CASPAR) 예비 집신기의 반응의 변수를 예시하는 그래프이다.
본 출원인은 예를 들어, U.S. 특허 제5,571,401호 및 그의 관련 특허에 기재된 바와 같이, 칼테크(Caltech)에서의 초기 작업에 근거한, 저가의 어레이 기재, 나노복합체 기재 센서 기술을 개발하였다. 이들 특허는 모든 목적을 위해 본원에 인용된다. 상기 기술은 광범위한 범위의 화학제에 대해 민감하며, 환경적으로 견고하며, 정확하고 (예, 위양성에 대해 감수성이지 않음), 저가이며, 신뢰성이 있고, 쉽게 업그레이드 가능한 것으로 입증되었다.
특정 실시양태에서, 본 발명은 이러한 기술에 근거한 분산 모니터 시스템을 제공한다. 이 시스템은 (제1 수준의 감도의 하나의 예로서) 생명 또는 건강에 대한 즉각적인 위험 (IDLH) 수준 및 그 이하를 검출할 수 있는 널리 분배된 저가이며 덜 민감한 노드 (또는 센서)를 포함한다. 시스템은 또한, 더욱 민감한 노드, 예를 들어 소형화된 예비 집신기를 포함하는 노드와 함께 상기 검출 기술을 통합하는 "정밀 노드 (truth nodes)"를 포함한다. 이들 "정밀 노드" (또는 더욱 민감한 노드)는 예를 들어, 저가이며 덜 민감한 노드보다 10 또는 100배 낮은 수준의 농도를 검출하나, 종종 더욱 고가이며 측정 시간이 오래 걸린다. 이들 2개의 검출 접근의 조합이 가장 저가이며 가장 고도로 유능한 시스템을 생성한다. 상기 시스템은 일련의 센서에 대해 각각 중앙에 위치한 위치의 분산 네트워크 또는 중앙 위치에서 개별적으로 또는 총체적으로 2개의 상이한 노드 유형으로부터의 정보를 이용한다. 특정 실시양태에서, 시스템은 또한 시스템 내의 모든 노드를 하나의 중앙 위치로부터 모니터하는 중앙 지휘 모니터를 포함한다. 따라서, 예를 들어, 각 위치의 분산 네트워크 또는 그의 부분은 전체 시스템이 하나의 중앙 위치로부터 모니터될 수 있도록 하나의 중앙 위치와 통신할 수 있다.
도 1은 본 발명의 특정 실시양태에서 센서의 배열을 예시하는 도표이다. 도 1은 단지 예시일 뿐이며, 당업자는 본 발명의 일부로 고려되는 모든 다양한 수정 및 대안을 인지할 것이다. 다수의 제1 유형 센서 (10)이 영역을 모니터하기 위해 배열되며, 모니터된 영역은 또한 하나 이상의 제2 유형 센서 (20) (도 1에는 하나만 도시됨)을 포함한다. 덜 민감하거나 덜 특이적인 (따라서 전형적으로 더 낮은 비용 및 더 낮은 전력) 제1 유형 센서 (10), 및 더욱 민감한 (또는 더욱 특이적인) 제2 유형 센서 (20)으로부터의 데이터가 중앙 분석 장치 (30)으로 보내진다. 중앙 분석 장치 (30)은 제1 유형 및 제2 유형 센서로부터 데이터를 직접적으로 수용하도록 위치할 수 있다. 대안적으로, 중앙 분석 장치는 하나 이상의 모니터된 영역으로부터의 데이터가 공공 또는 사적인 와이드 영역 네트워크 (40) (공공 와이드 영역 네트워크인 인터넷일 수 있음)를 거쳐 중앙 위치로 전송될 수 있는 중앙 위치 (50)에 위치할 수 있다. 또다른 대안에서, 모니터된 영역 내의 모든 센서가 그들의 데이터를, 중앙 위치 (50)에 위치한 원격 중앙 분석 장치로 수용된 데이터를 전송하는 다수의 중간 중앙 분석 장치를 갖는 "중간" 중앙 분석 장치 (30)으로 전송할 수 있다. 각 제1 유형 센서 (10), 제2 유형 센서 (20), 중앙 분석 장치 (30) 및 중앙 위치 (50)은 (그의 분석 장치와 함께) 본원에서 추가로 논의되는 센서 데이터의 수집, 전송 및 분석을 행하도록 구성된 프로세서, 메모리 및 프로그램 코드를 포함한다.
제1 유형 센서 (10) 및 제2 유형 센서 (20)으로부터 중앙 분석 장치 (30)으로의 통신은 도 1에서 실선으로 나타낸 바와 같이 직접적인 점 대 점 통신 연결에 의해서일 수 있다. 대안적으로, 제1 유형 센서 (10) 및 제2 유형 센서 (20)은, 하나의 센서에서 기원하는 통신이 하나 이상의 중간 노드 또는 센서를 통해 목적지인 중앙 분석 장치 (30)에 도달하도록, 그물형 통신 네트워크로 서로 통신할 수 있다. 도 1에서 점선은 기원 센서 또는 노드 (10) 또는 (20)을 중앙 분석 장치 (30)과 통신시키는 그물 통신 네트워크에서 센서 또는 노드 간의 통신을 지시한다.
제1 및 제2 유형 센서는 화학적 교전 제제 (CWA) 및 독성 공업 화학제 (TIC) 모두의 연속적인 분산 모니터를 가능하게 하는 저가, 저전력 및 매우 민감한 화학적 검출기를 제공하며, 건물 및 시설의 향상된 모니터를 제공한다.
상기 논의된 바와 같이, 본 출원인은 칼텍의 초기 작업을 근거로 저가의 어레이 기재 나노복합체 기재 센서를 개발하였다. 이 기술은 광범위한 화학제에 대해 민감 (IDLH 및 PEL 검출)하며, 환경적으로 견고하며, 정확하며 (위양성에 대해 감수성이 아님), 저가이며, 신뢰성이 있으며, 쉽게 업그레이드할 수 있다. 이러한 핵심 기술은 하기 검토되며, 성능 표준을 지지하는 결과가 상세히 설명된다.
본 발명의 하나의 실시양태는 상기 기술을 근거로 분산 모니터 시스템을 제안한다. 상기 시스템은 건강 또는 생명에 대한 즉각적인 위험 (IDLH) 수준의 농도 및 그 이하를 검출할 수 있는 매우 분산된 저가 노드 (또는 제1 유형 센서)를 포함한다. 시스템은 또한 더욱 민감하며, 목적 제제의 훨씬 더 낮은 농도를 검출하는 "정밀 노드" (또는 제2 유형 센서)를 포함할 것이다. 예를 들어, 이들 정밀 노드는 소형화된 예비 집신기를 갖는 검출 기술을 통합할 수 있다. 이들 "정밀 노드"는 저가 노드보다 10 내지 100배 낮은 수준을 검출할 수 있으나, 전형적으로 더욱 고가이며 측정에 시간이 더 오래 걸린다. 이들 2개의 검출 접근의 조합이 가장 저가이며 가장 고도로 유능한 시스템을 가능하게 한다.
오늘날 제조된 가장 간단하며 저가의 화학적 센서는 단일 화합물 또는 화합물의 부류의 검출에 관한 것이다. 전형적인 예는 전기화학적 전지, 금속 옥시드 반도체 (소위 다구치(Taguchi) 센서), 필라스터, 및 광이온화 검출기를 포함한다. 다수 화학제를 확인하기 위해 디자인된 더욱 정교한 시스템은, 복잡하지만 진공인 시스템, 복합 샘플링 시스템 또는 고가의 검출 도식이다. 최근, 어레이 기재 센서가 광범위한 분석물을 확인하는 능력을, 단일 화합물 검출기의 단순성 및 저가와 조합하는 것으로 입증되었다.
도전성 중합체 복합 증기 센서의 어레이가 칼텍에서 개발되고, 출원인에 의해 최적화되었다. 이러한 접근에서, 화학제의 존재는 화학적으로 민감한 저항기의 전기적 저항성의 변화를 통해 검출된다. 이들 센서 필름은 단열 유기 물질의 영역과 함께 도전성 상의 영역을 함유하는 복합체로부터 유도된다. 이러한 접근은 화학적 결합 특성의 범위로 중합체 물질의 넓은 범위를 사용하여, 어레이 조성물에서의 심한 다양성이 쉽게 이용가능한 종래의 중합체 물질을 사용하여 성취될 수 있도록 한다. 증기가 존재하는 경우, 중합체의 흡수 유도된 팽윤이 필름의 팽윤으로 인해 물질의 전기적 저항성의 변화를 생성한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 증기가 제거되면, 팽윤이 역전되며 ((101) 및 (101') 참조), 저항성은 그 본래의 값으로 되돌아간다. 이들 센서의 이러한 반응은 증기 노출의 수만 배에 걸쳐 가역적일 뿐 아니라, 다양한 주위 조건 하에 다수의 시도에 걸쳐 재현가능한 것으로 입증되었다. 도전성 상으로서 작용할 수 있는 새로운 나노물질의 출현으로, 더 큰 화학적 다양성 및 감도가 성취가능하다.
이들 센서의 감도를 입증하기 위해, 바텔 메모리얼 인스티튜트 (BMI)에서 라이브(live) 제제 시험이 완성되었다. 공기 중에서 HD, GB, GA, DMMP 및 포스겐 (CG)에 대한 시험 결과는 휴대용 화학적 점 검출기에 대한 제제의 낮은 ppb 수준의 검출을 확인한다. 또한, 높은 정도의 반응 반복성 및 센서 안정성이 검출의 최하 한계에서조차 입증되었다. HD 및 GA에 대해 수득한 데이터의 예가 도 3 및 도 4에 예시된다. 이들 센서의 경우, HD 및 GA 사이의 식별은 시험된 모든 농도에서 센서 (9) 및 (11), 및 센서 (10) 및 (12) 사이에서 분명히 알 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 블리스터 제제 검출에 대한 센서에 대한 결과 (301)이 HD (블리스터 제제)의 존재 하에 신경 제제 센서에 대한 결과 (305)보다 훨씬 우수하다. 마찬가지로, 도 4에 도시된 바와 같이, 신경 제제 센서의 결과 (405)가 GA (신경 제제)의 존재 하에 블리스터 제제 센서의 결과보다 훨씬 우수하다. 일반적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 이들 시험된 센서는 광범위한 범위의 블리스터 (0 내지 5㎎/㎥) 및 신경 제제 (0 내지 1㎎/㎥) 농도에 걸쳐 선형 반응 (도 5의 (501) 및 (510) 참조)을 표시한다.
H 및 G-계열 제제 외에, 이들 복합 센서는 또한 더욱 높은 증기압 (> 1atm) 혈액 및 질식 제제, 포스겐 (CG) 및 시안화수소 (AC)에 대한 현저한 감도를 나타낸다. 100ppm 포스겐에 대해 측정된 반응의 예는, 심지어 이러한 낮은 농도에서, 통상적인 화학적 간섭 (톨루엔, 디젤 연료) 뿐만 아니라 모든 시험된 제제 간을 뚜렷하게 구별할 수 있는 새로운 센서 어레이가 도 6의 식별 플롯 (601)에 도시된다. 혈액 또는 질식 제제의 검출에 대한 검출 수준은 낮은 ppm 범위인 것으로 평가된다.
특정 실시양태에서, 상기 기재된 감도는 소형화된 예비 집신기의 포함에 의해 추가로 강화될 수 있다. 이전 작업은 100배의 감도가 소형화된 예비 집신기로 성취가능함을 분명히 지시한다. 이는 기초적인 감지 기술이 이 수준을 성취할 수 없는 경우에서조차 허용가능한 노출 한계 (PEL) 수준 검출을 허용한다. 따라서, 본 발명의 특정 실시양태는 PEL (또는 더욱 민감한) 수준 검출을 위해 예비 집신기를 포함하는 더욱 정교한 노드와 IDLH (또는 덜 민감한) 검출을 위한 단순 감지 노드를 조합하는 것을 제공한다.
도 7의 도식 (701)에 도시된 바와 같이, 광범위한 범위의 분석물에 대한 이들 센서의 검출 한계가 측정되었으며, 통상적으로 CWA 및 TIC에 대한 낮은 ppb이다. 시안화수소 및 포스겐과 같은 기체의 절대 검출 수준이 CWA에 대한 것보다 높은 한편, 검출 성능은 생명 및 건강에 대한 즉각적인 위험 (IDLH) 수준보다 여전히 현저히 아래이다.
특이적 TIC (NO2 (801) 및 아크릴로니트릴 (810))에 대한 결과가 검출 시간 대 농도 곡선에 대한 형태로 도 8에 제시된다. 출원인은 2분 내로 IDLH (803, 812) 및 PEL (805, 814) 수준 또는 그 이하에서 목적 TIC를 검출할 수 있으며 추가의 개선이 성취가능한 센서 물질을 이미 개발하였다.
임의의 감지 시스템은 다양한 범위의 습도, 온도 및 혼란한 환경을 포함한 광범위한 외부 조건 하에 수행될 수 있어야 한다. 라이브 제제 시험은 다양한 온도 및 습도에 걸쳐 시험 센서를 포함하였다.
완전히 자율적인 장치에서의 검출은 10 내지 40℃의 다양한 온도, 1 내지 80% 상대 습도의 습도, 및 각각 1%의 AIFF, 디젤 연료, 표백제, 동결방지제, 암모니아, 식초, 바닥 왁스, 윈덱스(Windex) 및 스프레이 9 클리너를 포함하는 간섭 원소를 갖는 5개 휴대용 장치에 대한 공인 연구의 일부로서 측정되었다. 이들 결과를 하기에 요약한다. 결과는 장치가 합동 서비스 조작 요건 (JSOR) 요건 (0.1 내지 1.0㎎/㎥) 또는 그 미만에서 G 계열 신경 제제를 검출할 수 있으며, JSOR 요건 (2㎎/㎥) 미만에서 블리스터 제제를 검출할 수 있었음을 지시하였다.
온도에 관해, 하기 결과가 관찰되었다:
0℃에서, 모든 5개 시험된 장치가 조작가능하였다 (기능 시험만, 어떠한 제제도 시험되지 않음).
10℃에서, 모든 5개 시험된 장치가 모든 시험에서 GB 및 HD에 대해 정확하게 경보를 알렸다 (10/10).
40℃에서, 모든 5개 시험된 장치가 모든 시험에서 GB 및 HD에 대해 정확하게 경보를 알렸다 (10/10).
상기 결과를 근거로, 온도 및 습도는 본 발명의 특정 실시양태에 사용된 센서의 신뢰성 있는 조작에 대한 유의적인 위험이 아니다.
전체적으로, 300개가 넘는 공인 실험이 5개의 상이한 휴대용 장치에 대해 수행되었다. 이들 장치의 하나에 대한 전체 예측 성공은 수용체 조작 특성 (ROC) 곡선을 사용하여 분석하였다. 이들 실험의 결과는 매우 바람직한 특이성 (위양성율) 및 감도 (위음성율)를 분명히 입증하였다.
본 발명에 의해 제공된 센서의 장점의 하나는, 본 발명이 감지 물질의 저가 특성 뿐만 아니라, 다수의 (낮은 감도 및/또는 특이성의) 저가 센서가 (고감도 및/또는 특이성의) 고가 센서와 동시에 배열되어 넓은 영역이 화학제 및 기타 독성 제제에 대해 연속적이며 효과적으로 모니터될 수 있는 것으로 본원에서 토의된 2 이상의 층 배열에서 상기 센서의 사용 및 전자 기기 판독을 특징으로 하는 기술을 사용한다는 것이다. 저가 센서의 이러한 배열은 광범위한 분산, 저가 모니터 시스템에 이상적으로 적합하다.
이러한 감지 기술은 산업 시장에서 시험되었으며, 이 제품은 그 분야에서 우수한 신뢰성을 갖는 것으로 입증되었다. 이러한 분야 실험 외에, 센서 기술의 광범위한 실험실 시험 그 자체가 수행되었다. 이들 시험은, 예측된 제제 농도보다 더 높이 시험된 경우에서조차도, 센서 저하가 거의 없음을 나타내었다.
성공적인 센서의 또다른 요소는 제조 공정이 높은 제조 수율로 견고하다는 것이다. 출원인은 중합체 복합 센서를 위한 견고한 제조 공정을 개발하였다. 센서 균일성이 라이브 제제 시험을 위해 보내진 어레이에 대해 최근 조사되었다. 시험 하 6개 장치에 대한 연습용 데이터의 비교는 이들 장치에 걸쳐 높은 정도의 균일성을 증명하였다.
본 발명의 특정 실시양태의 또다른 특징은 시스템의 확장성이다. 검출기가 어레이 근거 접근을 사용하고, 이들 센서가 광범위한 화학제에 대해 폭넓게 민감하기 때문에, 시스템은 장치의 회로 기판 상에서, 또는 중앙화된 데이터 분석 시스템을 통해 검증 알고리듬을 최신으로 함으로써, 새로운 위협을 검출하기 위해 쉽게 업그레이드될 수 있다. 사실상, 출원인에 의해 판매되는 시판 휴대용 장치는, 동일한 제품이 회로 기판 상의 알고리듬에 대한 단순한 변화에 의해 상이한 용도의 막대한 어레이에 사용되도록 "사용자 훈련되도록" 디자인된다. 장치는 이들 변화가 최종 사용자에 의해 이루어질 수 있도록 디자인된다. 하나의 실시양태에서, 이러한 업그레이드는 다운로드가능한 소프트웨어 업그레이드 (로컬 데이터 분석이 수행되는 경우), 또는 원격 데이터 분석이 수행되는 경우 끊김없는 방법(seamless manner)으로 사용자에게 제공된다.
본원에서 이미 토의된 바와 같이, 본 발명의 특정 실시양태는 CWA 및 TIC 검출을 위한 중합체 복합 센서를 사용한다. 이들 존재하는 물질의 성능은 향상된 침적 방법 및 필름 두께의 조절을 통해 향상될 수 있다. 도 9의 그래프 (901)에 도시된 바와 같이, 이들 센서의 반응이 신속 (전형적으로 30초 미만)한 한편, 반응 시간은 t2 (t는 필름 두께임)에 비례한다. 이와 같이, 1마이크론 (예를 들어, 특정 실시양태에서의 필름 두께)로부터 500nm로의 필름 두께의 감소는 반응 시간을 4배 향상시키며, 10초보다 상당히 낮은 반응 시간을 생성한다. 즉, 본 발명의 특정 실시양태는 500nm 이하의 필름 두께, 이상적으로 100nm 미만의 필름 두께를 갖는 향상된 센서를 제공한다.
복합 센서 중의 추가 향상은 조사 물질의 일부로서 비도전성 및 도전성 상 모두를 개질시키고, 이들 성능을 최적화함으로써 성취될 수 있다. 이들 물질의 일부가 이미 입증된 것보다 4 내지 10배 더 우수한 감도를 가질 수 있다는 지시가 존재한다.
특정 실시양태에서, 본 발명은 센서 감도를 향상시키는 신규 충전 물질을 사용한다. 단일 벽 탄소 나노관 (SWNT)을 이용한 최근 작업은 이산화질소 및 기타 강한 산화제 또는 환원제를 포함하는 광범위한 화학제에 대한 향상된 감도에 대한 가능성을 입증하였다. 또한, 특정 금속 나노입자 도전체가 또한 향상된 화학적 감도를 갖는 센서를 제조하며, 이들 센서가 본 발명의 특정 실시양태와 함께 사용된다는 것이 최근 입증되었다. SWNT 및 SWNT 네트워크의 사용은 예를 들어, 모든 목적을 위해 본원에 인용된 문헌 [J.P. Novak et al., APPL. PHYS. LETT., 제18권, 4026 (2003)]에 기재되어 있다.
향상된 감도 외에, 임의의 신규 물질이 또한 변화하는 환경 조건에 대해 견고할 것이 필수적이다. 상기 기재된 각 센서 물질의 경우, 감도, 습도에 대한 반응, 온도 안정성 및 간섭 화합물에 대한 감도의 포괄적인 시험이 수행되어, 환경 조건에 대한 센서 물질의 견고함을 시험한다.
CW 모방 검출에 초점을 맞춘 초기 결과는, 도 10의 그래프 (1001)에 도시된 바와 같이, 이들 센서가 DMMP, 표준 신경 제제 모방에 민감함을 분명히 나타낸다. 도 10은 또한, 신경 제제에 대한 화학적 모방의 경우, SWNT 네트워크 화학저항기의 AFM 상 (1010) 및 최적 상 (1005), 및 100ppb에 노출시 측정된 저항성의 변화를 나타낸다. SWNT 네트워크는 종래의 사진석판 기술을 사용하여 고수율로 패턴화될 수 있다. SWNT 네트워크의 사용은 개별 SWNT를 배치하기 위한 요구를 제거하며, 더욱 재현가능한 반응으로 더욱 쉽게 제조가능한 장치를 제조한다.
센서 성능을 모니터하기 위해, 광범위한 실험실 시험이 센서 물질에 대해 수행된다. 검출 대 반응 시간 곡선이 발생하며, Pfp (위양성의 가능성) 및 Pfn (위음성의 가능성)의 초기 결정이 수행된다. 이들 어레이의 일부는 라이브 제제 시험 (상호작용으로 결정된 확실한 실험실)을 위해 보내지며, 나머지는 시스템 시험을 위해 초기 원형으로 포함된다. 특정 실시양태에서, 분석학적 모델을 포함하는 시스템 파라미터는, 예비 집신 없이 IDLH 수준의 농도에서 시험된 모든 화합물에 대해 표적 Pfa<0.1% 및 Pfn<5%가 성취되도록 조정된다.
최적 센서 어레이는 단일 단순 플랫폼 상에 직교하는 감지 기술을 사용한다. 즉, 최적 센서 어레이는 가능하게는, 도전성 및 비도전성 물질의 영역으로부터 제조된 단일 센서 어레이 중의 센서, 고유 도전성 중합체 (ICP) 기재의 센서 및 ICP로부터 제조된 복합체, 단일 벽 탄소 나노관 (SWNT)으로부터 제조된 센서 및 SWNT로부터 제조된 복합체, 금속 옥시드 반도체 센서, 포르피린 물질 기재 센서, 및 금속 및 금속 옥시드로부터 제조된 금속 나노관 기재의 센서를 포함하는 몇몇 상이한 화학저항기 접근을 포함한다. 일반적으로, 직교하는 감지 기술을 사용하는 특정 실시양태에서, 각 센서 어레이는 모든 센서에서의 변환 메카니즘이 전기적 특성의 변화를 측정하는 것인 상이한 유형의 센서를 포함한다. 또한, 특정 실시양태에서, 하나 이상의 센서가 도전성 및 비도전성 물질의 영역을 갖는다.
도 11은 상이한 유형의 화학저항기로 구성된 단일 센서 어레이의 성능을 예시하는 도표이다. 도 11에 예시된 바와 같이, 박막 화학저항기 센서의 다수 유형으로부터 제조된 상기 어레이는 분석물 증기의 상이한 부류에 대한 반응의 매우 분화된 패턴을 나타낸다. 그래프 (1110)은 IDLH 농도 수준에서 공기 중 DMMP에 대한 단일 센서 어레이 중의 PCS 중합체 복합 센서의 반응을 표시하며, 그래프 (1120)은 IDLH 농도 수준에서 공기 중 암모니아의 존재에 대한 단일 센서 어레이 중의 SWCNT 및 ICP 도전성 중합체 센서의 반응을 표시하며, 그래프 (1130)은 IDLH 농도 수준에서 공기 중 HCN의 존재에 대한 단일 센서 어레이 중의 SWCNT 센서의 반응을 표시한다. 단일 센서 어레이 중 직교하는 감지 기술의 사용은 더 큰 신뢰성 및 더 큰 센서 어레이에 의한 검출 범위를 제공한다.
본 발명의 특정 실시양태의 하나의 특징은 낮은 소음 측정을 제공하는 전자 장치 플랫폼, 및 적절한 전력 및 통신 인터페이스의 제공이다. 이들 구성요소의 상세한 디자인은 개선될 수 있으며, 현재의 디자인은 하기 단락에서 더욱 상세히 설명된다.
본 출원인은 현재의 성능이 센서 소음보다는 전자 장치 소음에 의해 제한됨을 측정하였다. 따라서, 전자 장치의 소음을 감소시킴으로써 소음에 대한 전체 신호, 따라서 감도를 향상시키기 위한 전자 장치 디자인을 향상시키는 데에 초점을 두었다. 10×의 전자 장치 소음 감소는 10배 감도 향상을 일으킬 수 있었다.
본 발명의 특정 실시양태에서 하나의 쟁점은 경보가 어떻게 다시 중앙화 위치로 통신하는가에 관한 것이다. 장착 쟁점 (시간, 장착 비용 등)에 따라 이해할 수 있는 2가지 경쟁 기술이 있다. 하나의 접근은 전력선 캐리어를 사용하는 것이다. 이러한 접근은 와이어가 주요 정보를 통신하는 데 사용되므로 신뢰성 장점, 및 이 정보를 운반하기 위해 이전에 존재하는 인프라를 사용하므로 비용 장점을 제공한다. 이러한 기술에 대한 제한은 센서가, 장착 비용을 부가하고/하거나 이용가능한 배치 위치를 제한할 수 있는 전력선에 연결되어야 한다는 것이다.
제2 접근은 무선 통신 프로토콜일 것이다. 향상된 그물형 네트워크로, 이러한 접근은 (적절한 배터리 전력을 가정할 때) 장치를 어디든지 위치시킬 수 있는 장점을 제공하며, 장착 비용을 감소시켰다. 그러나, 이러한 접근은 데이터 흐름이 결정적인 용도에서 덜 신뢰성이 있는 연결을 생성할 수 있다.
본 발명의 시스템은 특히, 무선 또는 전력선 캐리어 통신에 사용하며, 통신 모듈이 센서 노드의 개별 일부이도록 하는 모듈의 접근을 포함하도록 디자인된다. 이는 상이한 통신 방법으로 이용될 수 있는 통상적인 감지 플랫폼을 허용한다.
전력에 대해, 센서 장치는 배터리 또는 배터리 보조 전력선일 수 있다. 전력선의 장점은 소유자의 저비용, 초저 전력 디자인으로부터의 이동 능력, 및 예비 집신기와 같이 전력이 부족한 요소의 더 큰 디자인 융통성이다. 배터리 전력을 사용하는 장점은 배치의 자유 및 장착 비용의 감소 (새로운 전력 연결이 요구되는 경우)이다.
특정 실시양태에서, 시스템은 건물 또는 기타 위치 전체를 분산 모니터하기 위해 디자인될 수 있다. 따라서, 각 센서에서 수집된 정보는 중앙 위치로 보내지는 경우 가장 잘 이용될 수 있다. 일단 중앙화되면, 이 데이터는 융합되고, 추가 해석이 행해질 수 있다. 또한, 생성된 정보는 시스템을 조절하기 위해 인터페이스 및/또는 표시될 수 있다. 상기 데이터 응집 및 해석은 더 적은 위(false) 경보 및 중앙화된 정보 표시를 제공한다.
각 노드 (예를 들어, 도 1의 노드 (10) 또는 (20))이 적절한 정보를 중앙 위치 (예를 들어, 도 1의 노드 (30) 또는 (50))로 다시 통신시키는 소프트웨어가 제공된다. 이 데이터는 경보 정보 및 중앙 위치에서 추가의 컴퓨터 조작에 사용하기 위한 처리되지 않은 데이터를 포함할 수 있다. 전체 데이터 전송은 밴드 폭을 최소화하고 복잡성을 감소시키기 위해 이벤트 드리븐(event driven)될 수 있다 (예를 들어, 이벤트가 검출된 경우에만 보내짐). 응집된 데이터는 하기 기재된 시스템 수준 데이터 해석 소프트웨어에 의해 이용된다. 또한, 당업자에게 인지된 바와 같이, 데이터 응집은 몇몇 층에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 하나의 층에서, 하나의 건물 또는 위치에서의 모든 센서로부터의 모든 데이터가 응집될 수 있는 한편 (예를 들어, 노드 (30)), 다수 건물로부터의 센서 데이터는 제2 층 (예를 들어, 도 1에 도시된 중앙 위치 (50))에서 응집될 수 있었다.
특정 실시양태에서, 본 발명은 노드 기능의 낮은 수준 및 높은 수준 조절 모두를 위한 광범위한 소프트웨어 조절, 단일 노드에서 센서 데이터를 응집하고 해석하기 위한 코드, 및 제조의 시점 및 분야에서 장치의 보정을 제공하기 위한 소프트웨어를 제안한다. 본원에 논의된 어레이 기재 감지 기술은 라이브러리로부터의 화합물을 검출 및 확인하기 위해 패턴 매칭 접근을 사용한다. 이 라이브러리는 장치 상에 또는 원격 위치에 존재할 수 있다. 그 개시가 모든 목적을 위해 본원에 참고로 인용된 출원인의 U.S. 특허 제6,422,061호는 센서 데이터의 검출 및 전송, 및 네트워크 상에서 라이브러리 확인의 추가 상세한 사항을 제공한다. 이러한 접근은 새로운 협박이 중요해질 때 장치의 신속한 업그레이드를 허용한다. 라이브 제제 시험 데이터의 분석은 감도의 5 내지 10배 (또는 그 이상) 향상을 나타내었으며, 정확성은 노드에서 소프트웨어 최적화를 통해 성취가능하다.
중앙 위치로 보고하는 자율적 센서의 네트워크는 위경보를 추가로 감소시키기 위한 가능성을 제공하며, 네트워크 수준에서 배치된 소프트웨어를 통해 경보 예측을 향상시킨다. 특정 실시양태에서, 본 발명은 센서 데이터 융합을 위한 광범위한 소프트웨어 성능을 제공한다. 하나의 실시양태에서, 상기 시스템의 하나의 모듈은 개별 데이터 (예, 경보, 설정)를 판독하며, 변칙을 확인하기 위한 2개의 상이한 수학적 또는 분석학적 접근을 적용하는 상징적인 데이터 모델이다. 첫번째 경우에, 일련의 규칙이 유도된 상태 및 변칙을 발생하기 위해 상기 데이터에 적용된다. 수학적 분석 소프트웨어가 통칭적인 한편, 일련의 규칙은 "지식 근거" 구성요소로서 가장 잘 기재될 수 있도록 주어진 용도에 대해 결정될 수 있어야 한다. 다시 말해서, 이 부분은 예컨대 경보 A가 경보 B가 울리지 않으면 전혀 울리지 않는 경우와 같은 규칙 상에서 조작한다. 상기 규칙 근거 모듈 외에, 제2 모듈은 변칙을 확인하기 위해 더욱 진보된 수학적 도구를 사용한다. 이 모듈은 제1 상태로부터 제2 상태로 통과하는 가능성에 근거한 변칙을 확인하기 위해 은닉 마르코프 모델 (HMM)을 이용한다. HMM은 이들 가능성을 정의하기 위한 상이한 알고리듬, 예컨대 당업자에게 인지된 비테르비(Viterbi) 알고리듬, 순방향-역방향 알고리듬, 또는 바움-웰시(Baum-Welsh) 알고리듬을 사용한다. 이들 모든 방법은 데이터 중 은닉 패턴을 발견하도록 디자인된다. 출력은 개별 상태 변수의 수를 근거로 하는 변칙의 예측이다.
시스템의 하나의 원소는 정보가 어떻게 제시되는가를 제공하는 것이다. 하나의 실시양태에서, 본 발명의 시스템은 이들 존재하는 조절 시스템에 데이터 공급을 제공함으로써 존재하는 조절 기능과 인터페이스하는 자율적 시스템이다. 다른 특정 실시양태에서, 본 발명은 드릴 다운 성능을 갖는 전체 시스템 건강의 지시와 같은 기타 가시화 성능을 포함한다. 이러한 접근에서, 중앙 표시는 시스템 건강/경보 상태의 적색광/녹색광 지시 (또는 기타 유사한 지시기)를 제시할 것이다. 경보 (또는 시스템 에러)시, 추가 정보가 고장/경보 위치를 지시하기 위한 그래프 형태로 이용가능할 것이다. 이 성능은 첫번째 반응자 또는 기타 위급 인명에게 매우 도움이 되는 것으로 입증될 수 있다. 사용될 수 있는 이러한 GUI (1201)의 예가 도 12에 도시된다.
시스템의 원소는 노드를 배치하고, 노드로부터 수용된 결과를 해석하는 것의 관점으로부터 시설 전체에 걸친 노드 밀도 및 분산의 이해이다. 비용 및 결과 효과적인 방법으로 노드를 배치하는 관점으로부터, 주요 원리는 다양한 네트워크화 센서로부터의 데이터의 분석이 그 성능이 그의 부분의 합보다 상당히 우수한 시스템을 발생한다는 것이다. 이러한 원리를 적용하는 것의 주요 결과의 하나는 광범위한 통칭적 센서로부터의 위경보의 억제이다. 이는 네트워크화 센서의 클러스터된 어레이 (제1 유형 센서 및/또는 제2 유형 센서의 어느 것)로 최첨단의 데이터 분석을 사용함으로써 성취된다. 어레이 및 클러스터 수준 모두에서, 다양한 센서 및 임의의 보조 센서, 예컨대 기상학적 ("met") GPS가 사용될 수 있다. 이는 보조 센서가 각 센서와 함께 또는 각 클러스터와 함께 필요한지 아닌지; 센서와 클러스터 간의 최적 거리는 무엇인지; 특이적 센서에 대한 날씨의 효과는 무엇인지를 포함하는 다양한 질문에 답하기 위한 클러스터된 어레이 구성형태를 디자인하기 위한 모델링을 허용한다. 모델링은 또한 시스템 수준 교차 상호관련 질문, 예컨대 클러스터 당 센서의 최적 수는 무엇인지; 클러스터 중 센서 유형의 최고 혼합은 무엇인지; 또는 대부분의 관련된 날씨 조건에서 작동하는 하나 이상의 유형으로 서로의 실패를 보호할 수 있는 통칭적인 센서의 조합이 존재하는지에 대해 답하는 데 사용된다. 데이터 융합 및 분석 접근은 또한 시스템 거동의 패턴을 배울 수 있으며, 각 특정 부위에서 그의 성능을 최적화할 수 있는 소프트웨어를 또한 제공한다. 이는 그 실수로부터 배우며, 당업자의 능력 내인 신경 네트워크와 같은 기술을 사용하여 더 잘 발달한다.
특정 노드로부터 수용된 결과의 해석 관점으로부터, 본 발명의 특정 실시양태는 상이한 배치 사양 및 노드 배치, 및 데이터의 분석 시 정보가 노드로부터 수용되었다는 사실의 모델이 된다. 따라서, 특정 실시양태에서, 분석 모델은 위치, 유형 및/또는 모니터된 영역 내에서의 노드의 밀도를 근거로 상이한 노드 (또는 센서 어레이)에 상이한 중량을 줄 수 있다. 예를 들어, 만약 영역이 다수의 제1 유형 센서 노드를 가질 경우, 단일 노드가 특정 제제의 존재를 지시하고, 기타 노드들은 상기 제제의 존재를 지시하지 않을 때, 단일 노드에는 제제를 지시하는 노드가 노드들의 비교적 성긴 보호 범위를 갖는 영역 내에 있는 경우보다 중량이 덜 제공된다.
특정 실시양태에서, 제2 유형 센서 (또는 더욱 민감한 센서)가 예비 집신기와 함께 제공될 수 있다. 이러한 예비 집신기는 기체 크로마토그래프 및 질량 분광계와 같은 분석학적 장치로 향상된 성능을 위해 사용된다. 더욱 최근에, 이들 장치의 소형화 양태가 휴대용 장치와 함께 사용하기 위해 개발되었다. 이러한 장치가 감도의 가능성, 심지어 특이성 향상을 제공하는 한편, 이는 추가적인 전력 필요의 비용, 감소된 시스템 견고함, 증가된 조작 비용 및 더욱 복잡한 제조가 동반된다. 따라서, 이러한 능력이 모든 노드에 사용되지 않을 수 있으며, 예비 집신기의 포함의 트레이드 오프가 얼마나 많은 노드가 예비 집신기를 포함하는지를 결정하기 전에 이루어진다.
도 13은 미소기계가공된 예비 집신기 카스파(CASPAR) (1301) (캐스케이드 쇄도 흡수 플레이트 어레이)를 나타내며, 이는 목적 분석물(들)을 선택적으로 포획하는 데에 사용될 수 있으며, 집신된 분석물의 좁은 시간 폭 펄스를 좁은 구멍 흡수에 열적으로 탈착한다. 카스파의 디자인은 최소 전력 소비로, 높은 흐름이 장치를 통과하며 수집 표면의 대다수를 밀접하게 접촉하도록 하는, 매우 낮은 압력 강하를 고표면적 "수집 플레이트"에 제공한다. 수집 흐름은 카스파의 표면을 통해 수직으로 직접적으로 향하며, 이는 구멍 또는 천공의 밀집한 어레이를 갖도록 기계가공된다. 대략 50%의 표면이 공기 개구부에 상응한다. 하나 이상의 수집 플레이트가 필요에 따라 사용될 수 있다. 다수 플레이트가 증가된 수집 효율을 제공하기 위해 또한 쌓일 수 있으나, 단일 수집 플레이트는 폭약 및 신경 제제 모방 (DMMP)을 위한 효율적인 분석물 수집기 디자인으로서 입증되었다.
대안적인 미소기계가공된 예비 집신기 기술이 공기 수집 흐름이 수집 표면에 평행 방향인 것으로 개발되었다. 이러한 접근은 수집기 표면 접촉에 대한 밀접한 공기와 함께 높은 공기 흐름을 허용하지 않는다.
카스파의 표면은 흡수 중합체(들)의 하나 이상의 영역으로 코팅되며, 이는 주위 온도에서 분석물을 선택적으로 수집하여 집신하도록 작용한다. 화학적 제제를 포함하는 다수의 분석물에 대한 흡수 중합체가 화학적 제제를 포획하기 위해 디자인되었다. 이들 물질은 또한 열 주기에 필수적인 고온 안정성을 갖도록 특이적으로 디자인되었다. 나발 리서치 래보라토리스 (NRL) "HC" 중합체 코팅된 카스파 장치가 신경 제제인, 디메틸메틸포스포네이트 (DMMP)에 대해 매우 높은 수집 효율을 제공하는 것으로 입증되었다. 심지어 "초기" 비최적화 원형 장치로도, 관찰된 감도 증가는 여러 자리 수의 영역에서였다. 수천의 열 탈착 주기 후, 장치 성능의 어떠한 저하도 관찰되지 않았다. 상이한 제제 및 TICS를 표적으로 하는 상이한 흡수 물질로 코팅된 카스파의 다수 영역은, 분석물 선택성의 추가 척도를 제공하기 위해 초기의 상이한 조작 온도로부터 상이한 탈착 온도로 차례로 열적으로 탈착될 수 있다.
카스파(CASPAR)의 낮은 열 질량은 장치가 밀리세컨드 시간 도메인에서 주위 내지 분석물 탈착 온도로 가열되게 한다. 이는 센서 모듈로의 고농도 분석물 샘플의 주입을 허용한다. 카스파는 도 14의 도표 (1401)에 나타낸 상이한 증기압에 상응하는 분석물의 탈착을 허용하기 위해, 중간 온도로 열적으로 상승할 수 있다. 이 공정은 더욱 휘발성인 분석물, 예컨대 탄화수소 연료, 기타 용매와, 목적 분석물, 예컨대 화학적 제제 간의 분리를 제공한다. 또한, 상이한 분석물을 표적으로 하는 상이한 흡착 중합체로 코팅된 카스파의 다수 영역이 분석물 선택성의 추가 척도를 제공하기 위해 차례로 열적으로 탈착될 수 있다. 카스파를 통한 흐름은 수집 동안 소형 팬 및 탈착 동안 소형 펌프에 의해 제공될 것이다.
본원에 논의된 기술의 일부는 본원에 그 개시 전체가 인용된 US 특허 제6,234,006호 (휴대용 감지 장치), 제6,085,576호 (휴대용 감지 장치), 제6,418,783호 (휴대용 감지 장치), 제6,537,498호 (감지 어레이에 사용된 콜로이드 입자)에 더욱 상세히 기재되어 있다.
본 발명은 첨부되는 도면을 참고로 본원에 설명된다. 이들 도면은 본 발명의 시스템 및 방법 및 프로그램을 구현하는 특정 실시양태의 구체적인 상세사항을 예시한다. 그러나, 도면으로 본 발명을 설명하는 것이, 도면에 존재할 수 있는 임의의 제한을 본 발명에 부과하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명은 그 조작을 수행하기 위한 임의의 컴퓨터 판독가능한 매체 상의 방법, 시스템 및 프로그램 제품을 고찰한다. 본 발명의 실시양태는 존재하는 컴퓨터 프로세서를 사용하여, 또는 상기 또는 또다른 목적을 위해 포함된 특수 목적의 컴퓨터 프로세서에 의해 구현될 수 있다.
상기 주지된 바와 같이, 본 발명의 범주 내의 실시양태는 그 위에 저장된 컴퓨터 실행가능한 명령어 또는 데이터 구조를 담고 있거나 그것을 갖는 컴퓨터 판독가능한 매체 및 캐리어 상의 프로그램 제품을 포함한다. 상기 컴퓨터 판독가능한 매체는 범용 또는 특수 목적의 컴퓨터에 의해 접근될 수 있는 임의의 이용가능한 매체일 수 있다. 예로서, 상기 컴퓨터 판독가능한 매체는 램(RAM), 롬(ROM), 이피롬(EPROM), 이이피롬(EEPROM), CD-롬(CD-ROM) 또는 기타 광학 디스크 저장 장치, 자기 디스크 저장 장치 또는 기타 자기 저장 장치, 또는 컴퓨터 실행가능한 명령어 또는 데이터 구조의 형태로 원하는 프로그램 코드를 담거나 저장하는 데 사용될 수 있고 범용 또는 특수 목적의 컴퓨터에 의해 접근될 수 있는 임의의 기타 매체를 포함할 수 있다. 정보가 네트워크 또는 또다른 통신 접속 (유선, 무선, 또는 유선 및 무선의 조합)을 통해 컴퓨터에 전송되거나 또는 컴퓨터로 제공되는 경우, 컴퓨터는 적절하게 이러한 연결을 컴퓨터 판독가능한 매체라 간주한다. 즉, 임의의 상기 연결을 적절하게는, 컴퓨터 판독가능한 매체라고 칭한다. 상기의 조합은 또한 컴퓨터 판독가능한 매체의 범주 내에 포함되어야 한다. 컴퓨터 실행가능한 명령어는 예를 들어, 범용 컴퓨터, 특수 목적의 컴퓨터 또는 특수 목적의 프로세싱 장치로 하여금 특정 기능 또는 기능의 그룹을 행하게 하는 명령어 및 데이터를 포함한다.
본 발명은 컴퓨터 실행가능한 명령어, 예컨대 네트워크 환경에서 컴퓨터에 의해 실행되는, 프로그램 모듈을 포함하는 프로그램 제품에 의해 하나의 실시양태에서 구현될 수 있는 방법 단계 또는 시스템 구성요소의 일반적인 문맥으로 설명되었다. 일반적으로, 프로그램 모듈은 특정 업무를 수행하거나, 또는 특정 추상 데이터 유형을 수행하는 루틴, 프로그램, 객체, 구성요소, 데이터 구조 등을 포함한다. 데이터 구조와 관련된, 컴퓨터 실행가능한 명령어 및 프로그램 모듈은 본원에 개시된 방법의 단계를 행하기 위한 프로그램 코드의 예를 나타낸다. 상기 실행가능한 명령어 또는 관련 데이터 구조의 특정 시퀀스는 상기 단계에 기재된 기능을 구현하기 위한 상응하는 액트의 예를 나타낸다.
본 발명은 프로세서를 갖는 하나 이상의 원격 컴퓨터로의 논리적 연결을 사용하는 네트워크 환경에서 조작하기에 적절하다. 논리적 연결은 여기서 예로서 제시되며 제한하는 것은 아닌, LAN 및 WAN을 포함할 수 있다. 상기 네트워크 환경은 사무실 전체 또는 전사적 컴퓨터 네트워크, 인트라넷 및 인터넷에서 일반적인 것이다. 당업자는 상기 네트워크 컴퓨팅 환경이 전형적으로 개인 컴퓨터, 휴대용 장치, 멀티프로세서 시스템, 마이크로프로세서 기반 또는 프로그래밍가능한 소비자 전자 장치, 네트워크 PC, 소형컴퓨터, 미니프레임 컴퓨터 등을 포함하는 다양한 유형의 컴퓨터 시스템 구성을 포괄함을 이해할 것이다. 본 발명은 또한, 통신 네트워크를 통해 (유선 연결, 무선 연결, 또는 유선 또는 무선 연결의 조합에 의해) 연결된 로컬 및 원격 프로세싱 장치에 의해 태스크가 수행되는 분산 컴퓨팅 환경에서 실행될 수 있다. 분산 컴퓨팅 환경에서, 프로그램 모듈은 로컬 및 원격 메모리 저장 장치 모두에 위치할 수 있다.
본원에 개시된 발명의 상세한 설명 및 실행의 고려로부터 본 발명의 기타 실시예가 당업자에게 명백할 것이다. 명세서는 예시로서만 고려되며, 발명의 진정한 범주 및 정신이 또한 하기 청구의 범위 및 그의 등가물에 의해 지시됨이 의도된다.
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 본원에 그 전체가 참고로 인용된 미국 가출원 번호 제60/564,233호 (2004년 4월 22일)에 대해 35 U.S.C. §119(e) 하의 우선권의 이점을 청구한다.

Claims (28)

  1. 모니터된 영역 내에서 제제에 대해 제1 수준의 감도를 갖는 다수의 제1 유형 센서를 조작하고;
    동시에, 모니터된 영역 내에서 제제에 대해, 제1 수준의 감도보다 10배 이상 더 민감한 제2 수준의 감도를 갖는 제2 유형 센서를 조작하고;
    모니터된 영역 내에서 제제의 존재를 결정하기 위해, 다수의 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서로부터의 입력을 중앙 위치에서 수용 및 분석하는 것을 포함하는
    화학제 또는 기타 독성 제제에 대한 모니터 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제2 수준의 감도가 제1 수준의 감도보다 100배 이상 더 민감한 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 다수의 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서 모두가 연속적으로 조작되는 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서 모두가 화학저항기 기재의 센서 어레이를 포함하는 것인 방법.
  5. 제4항에 있어서, 화학저항기 기재의 센서 어레이가 도전성 중합체 복합 증기 센서를 포함하는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 제2 유형 센서에 예비 집신기를 제공하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 제제가 화학적 교전제 및 독성 공업 화학제로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 제1 수준의 감도가 IDLH (생명 또는 건강에 대한 즉각적인 위험) 수준이며, 제2 수준의 감도가 PEL (허용가능한 노출 수준) 수준인 방법.
  9. 제4항에 있어서, 화학저항기 센서 어레이가 단일 센서 어레이 상에서 직교하는 감지 기술을 포함하는 것인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서 모두로부터 분석된 데이터가 특정 제제의 존재를 지시하는 경우에만 경보가 작동하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 제1 유형 센서 또는 제2 유형 센서의 어느 것으로부터의 데이터에 적용된 2개의 별개의 분석학적 모델이 특정 제제의 존재를 지시하는 경우에만 경보가 작동하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 분석학적 모델이 센서의 유형 또는 위치, 또는 소정 위치에서 센서의 밀도에 근거한 상이한 센서에 대한 상이한 중량을 배치하는 것을 포함하는 것인 방법.
  13. 제11항에 있어서, 경보의 작동이, 2개의 개별 분석학적 모델로부터의 결과가 IDLH 수준의 농도에서 모든 시험된 제제에 대해 0.01% 미만의 위(false) 경보율 및 5% 미만의 위양성율을 지시하도록 구성된 모델에 근거하여 결정되는 것인 방법.
  14. 모니터된 영역 내에 배열된, 제제에 대해 제1 수준의 감도를 갖는 다수의 제1 유형 센서;
    모니터된 영역 내에 배열되고, 제제에 대해 제1 수준의 감도보다 10배 이상 더 민감한 제2 수준의 감도를 가지며, 다수의 제1 유형 센서와 동시에 조작하도록 구성되는 제2 유형 센서; 및
    모니터된 영역 내에서 제제의 존재를 결정하기 위해, 다수의 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서로부터의 데이터를 분석하는, 다수의 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서에 연결된 중앙 분석 장치를 포함하는
    화학제 또는 기타 독성 제제에 대한 모니터 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서가 화학저항기 기재 센서 어레이를 포함하는 것인 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 화학저항기 기재 센서 어레이가 도전성 중합체 기재 증기 센서를 포함하는 것인 시스템.
  17. 제14항에 있어서, 제2 유형 센서가 예비 집신기를 추가로 포함하는 것인 시스템.
  18. 제14항에 있어서, 중앙 분석 장치가, 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서 모두로부터의 입력이 특정 제제의 존재를 지시할 때에만 경보를 작동하도록 구성되는 것인 시스템.
  19. 제14항에 있어서, 중앙 분석 장치가, 2개의 개별 분석학적 모델이 각각 제1 유형 센서 또는 제2 유형 센서의 어느 것으로부터의 입력이 제공될 때 특정 제제의 존재를 지시하는 경우에만 경보를 작동하도록 구성되는 것인 시스템.
  20. 모니터된 영역 내에서 제제에 대해 제1 수준의 감도를 갖는 제1 유형 센서를 조작하고;
    모니터된 영역 내에서 제제에 대해 제2 수준의 감도를 갖는 제2 유형 센서를 조작하고;
    모니터된 영역 내에서 제제의 존재를 결정하기 위해, 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서로부터의 입력을 중앙 위치에서 수용 및 분석하는 것을 포함하며,
    제1 유형 센서 및 제2 유형 센서는 각각 단일 센서 어레이 상에 다수의 직교하는 감지 기술을 포함하며, 각 감지 기술의 변환 메카니즘이 전기 저항성의 변화를 검출하는 것인
    화학제 또는 기타 독성 제제에 대한 모니터 방법.
  21. 제20항에 있어서, 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서 중 하나 이상이 도전성 및 비도전성 물질의 영역을 갖는 것인 방법.
  22. 모니터된 영역 내에 배열된, 제제에 대해 제1 수준의 감도를 갖는 제1 유형 센서;
    모니터된 영역 내에 배열된, 제제에 대해 제2 수준의 감도를 갖는 제2 유형 센서; 및
    모니터된 영역 내에서 제제의 존재를 결정하기 위해, 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서로부터의 데이터를 분석하는, 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서에 연결된 중앙 분석 장치를 포함하며,
    제1 유형 센서 및 제2 유형 센서 중 하나 이상은 단일 센서 어레이에서 다수의 직교하는 감지 기술을 포함하며, 각 감지 기술의 변환 메카니즘이 전기 저항성의 변화를 검출하는 것인
    화학제 또는 기타 독성 제제에 대한 모니터 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 단일 센서 어레이에서 직교하는 감지 기술이 고유 도전성 중합체 (ICP), ICP로부터 제조된 복합체, 단일 벽 탄소 나노관 (SWCNT)으로부터 제조된 센서, SWCNT로부터 제조된 복합체, 금속 옥시드 반도체 센서 및 포르피린 물질로부터 제조된 센서로 이루어진 군으로부터의 각 2개 이상으로부터 제조된 각 2개 이상의 센서를 포함하는 것인 시스템.
  24. 제22항에 있어서, 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서 중 하나 이상이 다수의 도전성 및 비도전성 물질의 영역을 포함하는 것인 시스템.
  25. 제22항에 있어서, 단일 센서 어레이에서 직교하는 감지 기술이 고유 도전성 중합체 (ICP), ICP로부터 제조된 복합체, 단일 벽 탄소 나노관 (SWCNT)으로부터 제조된 센서, SWCNT로부터 제조된 복합체, 금속 옥시드 반도체 센서, 포르피린 물질로부터 제조된 센서, 및 금속 또는 금속 옥시드로부터 제조된 금속성 나노관으로부터 제조된 센서로 이루어진 군으로부터의 각 2개 이상으로부터 제조된 각 2개 이상의 센서를 포함하는 것인 시스템.
  26. 모니터된 영역 내에서 제제의 군에 대해 제1 수준의 특이성을 갖는 다수의 제1 유형 센서를 조작하고;
    동시에, 모니터된 영역 내에서 제제의 군에 대해, 제1 수준의 특이성보다 더욱 특이적인 제2 수준의 특이성을 갖는 제2 유형 센서를 조작하고;
    모니터된 영역 내에서 제제의 존재를 결정하기 위해, 다수의 제1 유형 센서 및 제2 유형 센서로부터의 입력을 중앙 위치에서 수용 및 분석하는 것을 포함하는
    화학제 또는 기타 독성 제제에 대한 모니터 방법.
  27. 제26항에 있어서, 특이화된 성능 표준을 만족하도록 모델링하고 비용을 최소화함으로써, 모니터된 영역 내에서 제1 및 제2 유형 센서의 최적 배치 및 수를 결정하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  28. 제1항에 있어서, 특이화된 성능 표준을 만족하도록 모델링하고 비용을 최소화함으로써, 모니터된 영역 내에서 제1 및 제2 유형 센서의 최적 배치 및 수를 결정하는 것을 추가로 포함하는 방법.
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