KR100976363B1 - Device for sensing minuteness matter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 in-situ 모드에서 측정 가능한 미세물질이 캔틸레버 표면에 바인딩될 때 발생되는 힘에 의하여 캔틸레버가 휘게 되며, 상기 휨에 대향하는 힘을 발생하도록 캔틸레버에 구비된 압전물질로 전압을 가변시켜 가하여 전극과 캔틸레버의 중심축이 동일선상에 위치되도록 복원시키고, 복원되는 순간에 캔틸레버의 압전물질로 가하는 전기적 힘을 측정하여 미세물질이 캔틸레버로 발생하는 힘을 감지하여 미세물질의 양을 정량적으로 검출할 수 있도록 하는 미세물질 센싱장치에 관한 것으로, 미세물질 센싱장치에 있어서, 가변되는 전기적 신호를 출력하는 가변 전원부; 제 1 전극; 상부전극과 하부전극, 상기 상부전극과 하부전극에 게재된 압전체로 이루어지며, 상기 상부전극과 상기 하부전극에 상기 가변 전원부의 전기적 신호를 공급하면 상기 압전체를 이루는 압전물질이 구조적으로 변환되어, 상기 제 1 전극과 중심축이 동일선상에 위치되도록 복원되는 제 2 전극; 및 상기 제 2 전극에 연결되는 교류전원부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the cantilever is bent by a force generated when the measurable fine material is bound to the surface of the cantilever in the in-situ mode, and the voltage is changed to a piezoelectric material provided in the cantilever so as to generate a force opposite to the bending. The center axis of the electrode and the cantilever are restored to the same line, and at the moment of restoration, the electrical force applied to the piezoelectric material of the cantilever is measured to detect the force generated by the cantilever and quantitatively detect the amount of the fine material. The present invention relates to a micromaterial sensing device, comprising: a variable power supply configured to output a variable electrical signal; A first electrode; Comprising a piezoelectric material placed on the upper electrode and the lower electrode, the upper electrode and the lower electrode, when the electrical signal is supplied to the upper electrode and the lower electrode, the piezoelectric material forming the piezoelectric structure is structurally converted, A second electrode restored so that the first electrode and the central axis are located on the same line; And an AC power supply connected to the second electrode.
캔틸레버, 압전물질, 미세물질, 센싱, 휨현상 복원, 커패시터, 정전용량 Cantilever, piezoelectric material, fine material, sensing, deflection recovery, capacitor, capacitance
Description
본 발명은 미세물질 센싱장치에 관한 것이다.The present invention relates to a micromaterial sensing device.
본 발명은 in-situ 모드에서 측정 가능한 미세물질이 캔틸레버 표면에 바인딩될 때 발생되는 힘에 의하여 캔틸레버가 휘게 되며, 상기 휨에 대향하는 힘을 발생하도록 캔틸레버에 구비된 압전물질로 전압을 가변시켜 가하여 전극과 캔틸레버의 중심축이 동일선상에 위치되도록 복원시키고, 복원되는 순간에 캔틸레버의 압전물질로 가하는 전기적 힘을 측정하여 미세물질이 캔틸레버로 발생하는 힘을 감지하여 미세물질의 양을 정량적으로 검출할 수 있도록 하는 미세물질 센싱장치에 관한 것이다According to the present invention, the cantilever is bent by a force generated when the measurable fine material is bound to the surface of the cantilever in the in-situ mode, and the voltage is changed to a piezoelectric material provided in the cantilever so as to generate a force opposite to the bending. The center axis of the electrode and the cantilever are restored to the same line, and at the moment of restoration, the electrical force applied to the piezoelectric material of the cantilever is measured to detect the force generated by the cantilever and quantitatively detect the amount of the fine material. To fine material sensing devices
일반적으로 미세물질을 검출하고자 하는 미세물질 센싱장치는 미세 기계적인 구조를 갖는 캔틸레버를 이용하여 특정 물질을 검출한다. 이러한 캔틸레버는 MEMS 공정을 통해 제작되고, 상기 캔틸레버 표면에 특정 물질을 바인딩시키기 위한 리셉터를 코팅시킨다.In general, a micromaterial sensing device to detect micromaterials detects a specific material using a cantilever having a micromechanical structure. Such cantilevers are made through a MEMS process and coat a receptor for binding a specific material to the cantilever surface.
그리고 상기 리셉터에 특정 물질(Target molecule)을 노출시키고, 리셉터와 특정 물질이 반응하게 되면서 캔틸레버의 변형이 이루어지고, 미세물질 센싱장치는 이러한 캔틸레버의 변형됨을 측정하여 특정물질을 검출하게 된다.The target molecule is exposed to the receptor, the receptor reacts with the specific material, and the cantilever is deformed. The micromaterial sensing device detects the deformable cantilever to detect the specific material.
종래에는 이러한 캔틸레버의 변형됨을 광학적인 방법을 이용하여 측정하는 방식으로 그 실시예는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같다.Conventionally, the deformation of the cantilever is measured by using an optical method, and the embodiment is as shown in FIGS. 1 and 2.
종래의 실시예는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 리셉터가 코팅되지 않은 캔틸레버(Reference cantilever)와 리셉터 코팅 후, 타겟 물질을 반응시킨 캔틸레버(Functionalized cantilever)에 광원을 조사하고 각각의 캔틸레버로부터 반사되는 광원을 CCD로 측정하는 방식이다. In the conventional embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, after the receptor coated with the non-receptor cantilever (Reference cantilever) and the receptor coating, the light source is irradiated to the functionalized cantilever reacted with the target material and reflected from each cantilever. It is a method of measuring the light source by CCD.
즉, 광원을 캔틸레버에 조사하고, 캔틸레버의 휨에 따라 변화하는 반사각의 변화를 검출하기 위해 일정거리가 이격된 빔 스플리터(Beam splitter), 반사경 및 CCD로 구성되어 있다.That is, the light source is irradiated to the cantilever, and a beam splitter, a reflector, and a CCD are spaced apart by a predetermined distance in order to detect a change in the reflection angle that changes with the bending of the cantilever.
상기와 같이 광원을 이용하여 캔틸레버의 변형을 검출하는 장치는 구조상으로 일정 공간을 확보해야 하므로, 소형화 및 고집적화를 이루는데 그 한계가 있다는 문제점이 있다.As described above, since the apparatus for detecting the deformation of the cantilever by using the light source has to secure a certain space in structure, there is a problem in that it is limited in achieving miniaturization and high integration.
또한, 캔틸레버의 변형을 감지하기 위해 조사되는 광원의 회절 및 반사 등에 따라서 측정 결과에 오차가 발생하기 때문에 정확한 측정이 어려우며, 분석대상의 투명도에 따라 광학적 특성이 달라져 측정에서 오차가 발생하는 문제점이 있다. In addition, accurate measurement is difficult because an error occurs in the measurement result according to diffraction and reflection of the light source irradiated to detect the deformation of the cantilever, and there is a problem that an error occurs in the measurement because the optical characteristics are changed according to the transparency of the analysis target. .
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소시키고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 발생되는 힘에 의하여 캔틸레버가 휘게 되며, 상기 휨에 대향하는 힘을 발생하도록 캔틸레버에 구비된 압전물질로 전압을 가변시켜 가하여 전극과 캔틸레버의 중심축이 동일선상에 위치되도록 복원시키고, 복원되는 순간에 캔틸레버의 압전물질로 가하는 전기적 힘을 측정하여 미세물질이 캔틸레버로 발생하는 힘을 감지하여 미세물질의 양을 정량적으로 검출할 수 있도록 하는 미세물질 센싱장치를 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to bend the cantilever by the force generated, the voltage to the piezoelectric material provided in the cantilever to generate a force opposite the bending Variable to restore the central axis of the electrode and the cantilever to be located on the same line, and measure the electric force applied to the piezoelectric material of the cantilever at the moment of restoration to detect the force generated by the cantilever. It is to provide a fine material sensing device that can be detected quantitatively.
또한, 본 발명의 다른 목적은 소형화 및 고집적화를 이룰 수 있도록 하여 컴팩트한 미세물질 센싱장치를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a compact fine material sensing device to achieve miniaturization and high integration.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 전기적 측정 방식을 이용하여 보다 정확한 측정결과를 얻을 수 있도록 하는 미세물질 센싱장치를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention to provide a fine material sensing device that can be used to obtain a more accurate measurement results by using an electrical measurement method.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예는, 미세물질 센싱장치에 있어서, 가변되는 전기적 신호를 출력하는 가변 전원부; 제 1 전극; 상부전극과 하부전극, 상기 상부전극과 하부전극에 게재된 압전체로 이루어지며, 상기 상 부전극과 상기 하부전극에 상기 가변 전원부의 전기적 신호를 공급하면 상기 압전체를 이루는 압전물질이 구조적으로 변환되어, 상기 제 1 전극과 중심축이 동일선상에 위치되도록 복원되는 제 2 전극; 및 상기 제 2 전극에 연결되는 교류전원부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an embodiment of the present invention, a fine material sensing device, a variable power supply for outputting a variable electrical signal; A first electrode; Comprising a piezoelectric material placed on the upper electrode and the lower electrode, the upper electrode and the lower electrode, when the electrical signal of the variable power supply unit is supplied to the upper electrode and the lower electrode, the piezoelectric material forming the piezoelectric structure is structurally converted, A second electrode restored so that the first electrode and the central axis are located on the same line; And an AC power supply connected to the second electrode.
또한, 본 발명의 다른 실시 예는 미세물질 센싱장치에 있어서, 제 1 전극; 가변되는 전기적 신호를 출력하는 가변 전원부; 상기 가변 전원부의 (-) 단자에 연결되는 교류 전원부; 및 상부전극과 하부전극, 상기 상부전극과 하부전극에 게재된 압전체로 이루어지며, 상기 상부전극과 상기 하부전극에 상기 가변 전원부의 전기적 신호를 공급하면 상기 압전체를 이루는 압전물질이 구조적으로 변환되어, 상기 제 1 전극과 중심축이 동일선상에 위치되도록 복원되는 제 2 전극을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, another embodiment of the present invention, the fine material sensing device, the first electrode; A variable power supply for outputting a variable electrical signal; An AC power supply unit connected to the negative terminal of the variable power supply unit; And a piezoelectric material disposed on the upper electrode and the lower electrode, and the upper electrode and the lower electrode. When the electrical signal is supplied to the upper electrode and the lower electrode, the piezoelectric material forming the piezoelectric body is structurally converted. And a second electrode which is restored to be positioned on the same line as the first electrode and the central axis.
또한, 본 발명의 또다른 실시예는 미세물질 센싱장치에 있어서, 가변되는 전기적 신호를 출력하는 가변 전원부; 제 1 전극; 및 상부전극과 하부전극, 상기 상부전극과 하부전극에 게재된 압전체로 이루어지며, 상기 상부전극과 상기 하부전극에 상기 가변 전원부의 전기적 신호를 공급하면 상기 압전체를 이루는 압전물질이 구조적으로 변환되어, 복원되어 상기 제 1 전극의 일단부와 밀착되며, 상기 제 1 전극을 통해 상기 가변 전원부의 전기적 신호를 출력단으로 출력시키는 제 2 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, another embodiment of the present invention, a fine material sensing device, a variable power supply for outputting a variable electrical signal; A first electrode; And a piezoelectric material disposed on the upper electrode and the lower electrode, and the upper electrode and the lower electrode. When the electrical signal is supplied to the upper electrode and the lower electrode, the piezoelectric material forming the piezoelectric body is structurally converted. And a second electrode restored and in close contact with one end of the first electrode, and outputting an electrical signal to the output terminal through the first electrode.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 미세물질센싱 장치는 전기적 신호를 인가하여 미세물질을 센싱함으로써, 미세물질을 보다 정확하게 검출할 수 있도록 하는 효과가 있다. As described above, the micromaterial sensing device according to the present invention has an effect of detecting the micromaterial more accurately by applying an electrical signal to sense the micromaterial.
또한, 본 발명은 전기적인 측정방법을 통해 소형화 및 저전력화를 이룰 수 있도록 하여 휴대형 미세물질 센싱장치를 제공할 수 있도록 하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of providing a portable micro-material sensing device to achieve a miniaturization and low power through an electrical measurement method.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조로 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the present invention in detail.
본 발명에 따른 미세물질 센싱장치의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the drawings with respect to the configuration of the fine material sensing apparatus according to the present invention will be described.
(실시예1)Example 1
본 발명의 미세물질 센싱장치는 후술하는 신호 분석부(140)로부터 출력되는 가변신호에 응하여 가변되는 전기적 신호를 출력하는 가변 전원부(100)와, 교류전 원부(130)가 연결된 제 1 전극(110)과, 상부전극(121), 하부전극(123)과, 상기 상부전극(121)과 하부전극(123)에 게재된 압전체(125)로 이루어지며, 상기 상부전극(121)과 상기 하부전극(123)에 상기 가변 전원부(100)의 전기적 신호가 공급되면, 상기 압전체(125)를 이루는 압전물질이 구조적으로 변환되어, 상기 제 1 전극(110)과 중심축이 동일선상에 위치되도록 복원되는 제 2 전극(120)과, 상기 가변 전원부(100)로부터 출력되는 전기적 신호에 따라 그 값이 변화되어 상기 제 1 전극(110)을 통해 입력되는 교류신호를 입력받아 스캐닝하여, 상기 교류신호가 최대가 되는 시점의 상기 가변 전원부(100)의 전기적 신호를 이용하여 상기 미세물질의 양을 센싱하는 신호 분석부(140)로 구성된다.The fine material sensing device of the present invention includes a variable
상기 가변 전원부(100)의 전기적 신호는 상기 신호 분석부(140)의 가변신호에 응하여 가변되며, DC 전압이다.The electrical signal of the variable
한편, 상기 신호 분석부(140)의 다른 실시예로는, 상기 제 2 전극(120)을 통해 입력되는 교류신호에 대해 선신호의 크기와 후신호의 크기를 비교하여 선신호의 크기가 후신호의 크기보다 작아지는 순간의 입력된 후신호를 최대값으로 인식으로 하고, 상기 최대값으로 인식된 후신호를 발생시킨 가변 전원부(100)의 전기적 신호인 DC 전압을 인식하여 미세물질의 양을 센싱할 수도 있도록 구현할 수도 있다.On the other hand, in another embodiment of the
또한 상기 신호분석부(140)는 상기 제 1 전극(110) 및 제 2 전극(120)이 침지된 용액의 종류 및 용액의 농도에 따라 달라지는 전도도에 대응하는 값이 저장되 어 있어, 상기 미세물질의 양을 센싱하기 위해 인식된 DC 전압에 대해 상기 전도도에 대응하는 값을 적용시켜 상기 미세물질의 양을 센싱할 수 있도록 구현하는 것이 바람직하다. 즉, 용액의 종류와 농도에 따라 이온에 의한 전도도가 다르기 때문에, 용액에 따라 신호분석부(140)에서 나타내는 최대값의 파형에 차이가 발생하기 때문이다.In addition, the
상기 제 2 전극(120)은 미세물질이 바인딩되는 경우 미세물질의 질량에 의해 일단부가 하방으로 휘어지는 캔틸레버이며, 상기 캔틸레버는, 뾰족한 형상의 팁을 구비하고 있는 것이 바람직하다. 즉, 캔틸레버는 휨 현상 이외에도 측면방향으로 비틀림이 발생할 수도 있으며 캔틸레버의 끝 부분이 평면인 경우에는 이 형상으로 인하여 수신 교류신호의 최대점이 되는 구간이 평형상태 근처에서 넓게 일어나게 되므로 평형상태를 민감하게 구분하는 작업이 어려워질 수 있기 때문이다.The
그리고 본 발명이 적용된 미세물질 센싱장치는 상기 신호 분석부(140)로 출력되는 가변 전원부(100)의 전기적 신호인 DC 전압은 차단하고, 상기 제 1 전극(110)을 통해 입력되는 교류신호만 상기 신호 분석부(140)로 출력되도록 하는 블로킹 소자(C)가 제 2 전극(120)에 연결, 구비되는 것이 바람직하며, 상기 블로킹 소자(C)는 커패시터이다.In addition, the fine material sensing device to which the present invention is applied blocks the DC voltage, which is an electrical signal of the variable
상기와 같이 구성된 미세물질 센싱장치의 작용은 다음과 같다.The action of the fine material sensing device configured as described above is as follows.
도 3에 도시된 바와 같이 제 1 전극(110)에 교류 전원(130)을 연결한 상태에서 캔틸레버인 제 2 전극(120)의 팁상에 코팅된 리셉터층(127)에 검사하고자 하는 생체물질인 미세물질(129)을 바인딩시키면, 상기 제 2 전극(120)은 미세물질의 질량만큼 휘게 된다.As shown in FIG. 3, the biomaterial, which is a biomaterial, to be inspected on the
이에, 캔틸레버인 제 2 전극(120)의 중심축이 제 1 전극(110)과 중심축과 동일선상에 있도록 나란히 대향되는 구조적인 특징을 이루고 있다가 제 2 전극(120)의 중심축이 하방으로 휘어지게 되어, 결국 제 2 전극(120)과 제 1 전극(110)이 나란히 대향되는 구조에서 매우 근접되어 있던 대향거리가 멀어지게 된다.Accordingly, the central axis of the
이때 신호 분석부(140)는 가변전원부(100)로 가변신호를 출력시켜, 가변전원부(100)가 상기 가변신호에 응하여 전기적 신호인 DC 전압을 가변시켜 가면서 제 2 전극(120)의 상하부 전극(121)(123)으로 출력되도록 한다. At this time, the
그러면 상하부전극(121)(123) 사이에 개재된 압전체(125)에 전기적 신호인 DC 전압이 인가되고, DC 전압이 인가된 압전물질로 이루어진 압전체(125)는 압전물질로 인해 구조적 변화를 일으키게 되고, 캔틸레버인 제 2 전극(120)은 원래의 위치로 복귀하여 평형상태를 이루게 된다.Then, a DC voltage, which is an electrical signal, is applied to the
즉, 압전물질로 이루어진 압전체(125)가 발하는 힘과 미세물질의 힘이 같을 때 캔틸레버인 제 2 전극(120)은 본래의 위치로 완전히 복귀되어 평형상태로 돌아오게 된다. 상기와 같이 평형상태에서 캔틸레버의 제 2 전극(120)과 평행전극인 제 1 전극(110)의 거리가 가장 가까우므로 교류신호의 수신치가 가장 크다. 따라서 신호분석부(140)에서 수신하는 교류신호가 가장 크도록 압전체(125)에 가해지는 전기적 에너지가 미세물질이 캔틸레버에 가하는 기계 에너지와 일치하므로 미세물질의 발하는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시켜 미세물질의 양을 측정할 수 있게 된다.That is, when the force exerted by the
이때, 신호분석부(140)는 상기 제 1 전극(110) 및 제 2 전극(120)이 침지된 용액의 종류 및 농도에 따라 달라지는 전도도에 대응하는 값을 가지고 있으며, 상기 미세물질의 양을 센싱하기 위해 입력받은 가변 전원부(100)의 전기적 신호인 DC 전압에 대해 상기 전도도에 대응하는 값이 고려 되어져야 한다. 상기와 같이 전도도를 고려하는 이유는 용액의 종류와 농도에 따라 이온에 의한 전도도가 다르기 때문에, 용액에 따라 신호분석부(140)에서 나타내는 최대값의 파형에 차이가 발생하기 때문이다.In this case, the
한편, 일반적인 커패시턴스는 하기의 수식을 통해 구할 수 있다.On the other hand, the general capacitance can be obtained through the following formula.
[수식][Equation]
C=ε0×ε×S/dC = ε0 × ε × S / d
여기서, C는 커패시턴스, ε0×ε는 상대적 유전율, S는 단면적이고, d는 2개의 전극 사이의 거리이다.Where C is the capacitance, ε 0 × ε is the relative permittivity, S is the cross section, and d is the distance between the two electrodes.
상기 수식에서도 알 수 있는 바와 같이 2개 전극의 이격거리가 가까워 질수록 커패시턴스(정전용량)가 커짐을 알 수 있다. 이에 제 1 전극(110)과 제 2 전극(120)의 중심축이 동일선상에 위치되도록 할 때 상기 이격 거리가 가장 가깝기 때문에, 상기 정전용량이 최대가 되도록 가변 전원부(100)의 전기적 신호인 DC 전압이 제 2 전극(120)에 공급되도록 한다.As can be seen from the above equation, it can be seen that the capacitance (capacitance) increases as the distance between the two electrodes gets closer. Accordingly, since the separation distance is closest when the central axes of the
그러면 캔틸레버인 제 2 전극(120)과 제 1 전극(110)의 거리가 최소가 되고 상기 제 1 전극(110)을 통해 캔틸레버인 제 2 전극(120)으로 인가되는 교류신호가 최대값(Power)을 갖게 된다.Then, the distance between the
이때 캔틸레버인 제 2 전극(120)을 통해 측정되는 최대값으로 제 2 전극(120)으로부터 교류신호와 동일 위상에 해당되는 결과 값이 측정될 수 있도록 센싱장치가 구현된다.At this time, the sensing device is implemented so that the result value corresponding to the same phase as the AC signal can be measured from the
한편, 상기 신호분석부(140)와 캔틸레버인 제 2 전극(120) 사이에는 블로킹 커패시터(C)가 연결, 구성되어 있으며, 상기 블로킹 커패시터(C)는 캔틸레버가 휨에 따라 인가되는 가변 전원부(100)의 전기적 신호인 DC 전압이 신호분석부(140)로 전달되지 않고 차단되도록 한다.Meanwhile, a blocking capacitor C is connected and configured between the
그리고 상기 제 2 전극(120)인 캔틸레버의 팁을 도 6에 도시된 바와 같이 뾰족한 형상을 갖도록 하는 것이 제 2 전극(120)과 제 1 전극(110) 사이에 전달되는 신호에 따른 선택력(selectivity)을 높일 수 있다. 상기와 같이 캔틸레버의 팁의 형상이 뾰족한 형상일 경우 도 7의 제 2 그래프(2) 및 제 3 그래프(3)를 통해 알 수 있는 바와 같이 품질 계수(Quality factor)가 커지기 때문에 미세물질 센싱장치의 선택도(selectivity)을 높일 수 있고, 이에 미세물질 센싱장치의 센서 기능 또한 향상시킬 수 있다.The tip of the cantilever, which is the
만약에 캔틸레버의 팁 형상이 도 6과 같이 뾰족한 형상을 가지지 않고 넓은 형상을 갖게 되는 경우 캔틸레버가 휘거나 틀어지는 것과 같이 구조적으로 변형이 발생했음에도 불구하고, 캔틸레버인 제 2 전극(120)과 제 1 전극(110) 사이에 신호가 전달되어서 도 7의 제 1 그래프(1)에서 알 수 있는 바와 같이 품질 계수(Quality factor)가 낮아지게 되고 미세물질 센싱장치의 선택도(selectivity)이 낮아지게 되며, 미세물질 센싱장치의 센서 기능 또한 저하되게 된다.If the tip shape of the cantilever has a wide shape without having a pointed shape as shown in FIG. 6, although the cantilever is structurally deformed such as bending or twisting, the cantilever
마지막으로 본 발명에서는 캔틸레버의 구조적 변형을 휨 현상으로만 한정해서 설명하였으나, 캔틸레버는 타겟 물질인 미세물질과 반응하면서 휨 현상뿐만 아니라 뒤틀림(twisting) 등 그 구조적 변형이 다양하게 발생할 수 있다.Finally, in the present invention, the structural deformation of the cantilever is limited to only the warpage phenomenon, but the cantilever may react with the micromaterial as the target material, and not only the warpage phenomenon but also structural deformation such as twisting may occur.
(실시예2)Example 2
실시예2는 실시예1과는 달리 제 2 전극(220)에 교류전원부(230)와 가변 전원부(200)를 직렬로 연결시킨 방식으로, 제 1 전극(210)과, 가변되는 전기적 신호를 출력하는 가변 전원부(200)와, 상기 가변 전원부(200)의 (-) 단자에 연결되는 교류 전원부(230)와, 상부전극(221)과 하부전극(223), 상기 상부전극(221)과 하부전 극(223)에 게재된 압전체(225)로 이루어지며, 상기 상부전극(221)과 상기 하부전극(223)에 상기 가변 전원부(200)의 전기적 신호인 DC 전압이 공급되도록 하면 상기 압전체(225)를 이루는 압전물질이 구조적으로 변환되어, 상기 제 1 전극(210)과 중심축이 동일선상에 위치되도록 복원되는 제 2 전극(220)과, 상기 제 2 전극(220)을 통해 제 1 전극(210)으로 출력되는 교류신호를 입력받아 스캐닝하여, 상기 교류신호의 수신치가 최대가 되는 시점의 상기 가변 전원부(200)의 전기적 신호인 DC 전압을 인식하여 상기 미세물질의 양을 센싱하는 신호 분석부(240)로 구성된다.Unlike the first embodiment, the second embodiment outputs the
한편, 상기 신호 분석부(240)의 다른 실시예로는, 상기 제 2 전극(220)을 통해 제 1 전극(210)으로 입력되는 교류신호에 대해 선신호의 크기와 후신호의 크기를 비교하여 선신호의 크기가 후신호의 크기보다 작아지는 순간의 입력된 후신호를 최대값으로 인식으로 하고, 상기 최대값으로 인식된 후신호를 발생시킨 가변 전원부(200)의 전기적 신호인 DC 전압을 인식하여 미세물질의 양을 센싱할 수도 있도록 구현할 수도 있다.On the other hand, in another embodiment of the
또한 상기 신호분석부(240)는 상기 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(220)이 침지된 용액의 종류 및 용액의 농도에 따라 달라지는 전도도에 대응하는 값이 저장되어 있어, 상기 미세물질의 양을 센싱하기 위해 인식된 가변전원부(200)의 전기적 신호인 DC 전압에 대해 상기 전도도에 대응하는 값을 적용시켜 상기 미세물질의 양을 센싱할 수 있도록 구현하는 것이 바람직하다. 즉, 용액의 종류와 농도에 따라 이온에 의한 전도도가 다르기 때문에, 용액에 따라 신호분석부(240)에서 나타내는 최대값의 파형에 차이가 발생하기 때문이다.In addition, the
상기 제 2 전극(220)은 미세물질이 바인딩되는 경우 미세물질의 질량에 의해 일단부가 하방으로 휘어지는 캔틸레버이며, 상기 제 2 전극(220)인 캔틸레버의 팁을 도 6에 도시된 바와 같이 뾰족한 형상을 갖도록 하는 것이 제 2 전극(220)과 제 1 전극(210) 사이에 전달되는 신호에 따른 선택도(selectivity)를 높일 수 있다. 상기와 같이 캔틸레버의 팁의 형상이 뾰족한 형상일 경우 도 7의 제 2 그래프(2) 및 제 3 그래프(3)를 통해 알 수 있는 바와 같이, 품질 계수(Quality factor)가 커지기 때문에 미세물질 센싱장치의 선택도(selectivity)를 높일 수 있고, 이에 미세물질 센싱장치의 센서 기능 또한 향상시킬 수 있다.The
상기와 같이 구성된 미세물질 센싱장치의 작용은 다음과 같다.The action of the fine material sensing device configured as described above is as follows.
본 발명의 실시예 2는 캔틸레버 상부에 리셉터를 코팅하여 리셉터층(227)을 형성한 후, 타겟물질인 미세물질(229)을 바인딩 시킬 때, 비특이성(Nonspecific) 물질이 상기 캔틸레버 상부에 형성되어 측정결과에 미치는 영향을 최소화하기 위한 방식이다. In the second embodiment of the present invention, after forming the
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 가변 전원부(200)의 전기적 신호인 DC 가변 전압과 함께 교류전압을 제 2 전극(220)인 캔틸레버에 인가시키는 방식으로, 캔틸레버는 상술한 바와 같이 상하부 전극(221)(223) 사이에 압전물질로 이루어진 압전 체(225)가 개재되어 있으며, 상기 상하부 전극(221)(223)에 가변 전원부(200)의 전기적 신호인 DC 전압을 출력시키면, 상기 압전체(225)를 이루는 압전물질이 구조적으로 변환되어 리셉터층(227)에 미세물질(229)이 바인딩될 때 미세물질(229)의 질량으로 하방으로 휘어진 상태의 제 2 전극(220)인 캔틸레버를 본래의 위치로 복원시켜 평형상태로 유지되도록 한다. 즉 실시예1에서도 설명한 바와 같이 압전물질로 이루어진 압전체(225)가 발하는 힘과 미세물질의 힘이 같을 때 캔틸레버인 제 2 금속(220)은 본래의 위치로 완전히 복귀되어 평형상태로 돌아오게 된다. That is, as shown in FIG. 4, the AC voltage is applied to the cantilever which is the
상기와 같이 평형상태에서 캔틸레버의 제 2 전극(220)과 평행전극인 제 1 전극(210) 사이의 거리가 가장 가까우므로 교류신호의 수신치가 가장 크다. 따라서 신호분석부(240)에서 수신하는 교류신호가 가장 크도록 압전체(225)에 가하는 직류의 전기적 에너지가 미세물질이 캔틸레버에 가하는 기계 에너지와 일치하므로 미세물질의 발하는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변화하여 미세물질의 양을 측정할 수 있다.As described above, since the distance between the
이때 DC 전압은 제 1 전극(210)으로 전달되지 않는다.At this time, the DC voltage is not transmitted to the
신호 분석부(240)에 대한 설명은 실시예 1과 동일하므로, 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 또한 실시예2의 구성요소가 실시예1의 구성요소와 동일한 기능을 수행할 경우 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.Since the description of the
(실시예3)Example 3
실시예3은 실시예 1 및 실시예 2와는 달리 리셉터층(327)에 미세물질(329)을 바인딩시킬 때 하방으로 휘어진 캔틸레버인 제 2 전극(320)에 가변 전원부(300)의 전기적 신호인 DC 전압을 인가시켜 캔틸레버인 제 2 전극(320)이 본래의 위치로 복귀되어 평형되도록 하고, 이에 제 2 전극(320)의 일측 단부가 제 1 전극(310)에 밀착 결합되어 하나의 전극으로 형성되며, 신호분석부(340)에서 상기 형성된 새로운 전극을 통해 가변 전원부(300)의 전기적 신호인 DC 전압을 바로 인가받아 캔틸레버인 제 2 전극(320)에 바인딩된 미세물질의 양을 센싱할 수 있도록 한다.Unlike the first and second embodiments, the third embodiment is a DC that is an electrical signal of the variable
본 발명에 따른 실시예 3은 도 5에 도시된 바와 같이 가변되는 전기적 신호를 출력하는 가변 전원부(300)와, 제 1 전극(310)과, 상부전극(321)과 하부전극(323), 상기 상부전극(321)과 하부전극(323)에 개재된 압전체(325)로 이루어지며, 상기 상부전극(321)과 상기 하부전극(323)에 상기 가변전원부(300)의 전기적 신호를 걸어주게 되면, 상기 압전체(325)를 이루는 압전물질이 구조적으로 변환되어, 본래의 위치로 복원되고, 그 일단부가 상기 제 1 전극(310)에 밀착 결합되는 제 2 전극(320)으로 구성된다.
상기 제 2 전극(320)은 미세물질과 바인딩되는 경우 바인딩 미세물질의 질량만큼 하방으로 휘어지는 캔틸레버이다.The
상기 제 1 전극(310)의 하단부가 절곡되어 절곡면(a)이 형성되고, 상기 절곡면(a)에 상기 제 2 전극의 상측면(b)과 가변 전원부(300)가 연결된 면과 대향되는 측면(c)이 밀착, 결합된다.The lower end of the
상기와 같이 구성된 미세물질 센싱장치의 작용은 다음과 같다.The action of the fine material sensing device configured as described above is as follows.
본 발명의 실시예 3은 도 5에 도시된 바와 같이 DC 가변 전압을 제 2 전극(320)인 캔틸레버에 인가시키는 방식으로써, 먼저 제 2 전극(320)인 캔틸레버 상부에 리셉터층(327)를 형성한 후 타겟물질인 미세물질(329)을 바인딩시키게 되면, 캔틸레버에 물리적 휨현상이 발생한다. According to the third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, the DC variable voltage is applied to the cantilever which is the
이때 가변 전원부(300)의 전기적 신호를 가변시켜 가면서 제 2 전극(320)의 상하부 전극(321)(323)으로 공급되도록 하면, 상기 상하부 전극(321)(323) 사이에 개재된 압전체(325)를 이루는 압전물질이 구조적으로 변환되어, 제 2 전극(320)인 캔틸레버가 본래의 위치로 복원되어 평형상태를 이루게 되고, 이에 제 2 전극(320)의 일단부가 제 1 전극(310)과 밀착, 결합되어 하나의 전극을 형성시키고, 상기 새롭게 형성된 전극은 가변 전원부(300)로부터 출력되는 가변된 전압을 신호분석부(340)로 출력한다.At this time, if the electrical signal of the variable
그러면 신호분석부(340)는 입력받은 DC 전압을 센싱하여 미세물질의 양을 센싱한다. 즉, 압전체(325)에 가하는 직류의 전기적 에너지가 미세물질이 캔틸레버에 가하는 기계 에너지와 일치하므로 미세물질의 발하는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변화하여 미세물질의 양을 측정할 수 있다.Then, the
신호 분석부(340)에 대한 설명은 실시예 1과 동일하므로, 여기서는 그 상세 한 설명을 생략하기로 한다. 또한 실시예2의 구성요소가 실시예1의 구성요소와 동일한 기능을 수행할 경우 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.Since the description of the
상기 실시예1 내지 실시예3을 통해 설명한 본 발명에 따른 미세물질 센싱장치는 핵산, 단백질, 텝타이드, 폴리펩타이드, 톡신, 제약, 독, 알레르겐, 및 감염제를 포함하는 생체 샘플 내의 화합물을 식별할 수 있을 뿐만 아니라 발암물질, 특히 혈액 내의 전립선 암의 발현 인자인 PSA와 같은 물질을 측정할 수 있도록 구현된다.The micromaterial sensing device according to the present invention described above through Examples 1 to 3 identifies a compound in a biological sample including nucleic acid, protein, teptide, polypeptide, toxin, pharmaceutical, poison, allergen, and infectious agent. In addition to being able to do so, it is implemented to measure carcinogens, in particular PSA, an expression factor of prostate cancer in the blood.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는, 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다.As mentioned above, although preferred embodiments of the present invention have been described in detail, those skilled in the art to which the present invention pertains may make the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims. It will be appreciated that various modifications or changes can be made.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 미세물질 센싱장치를 설명하기 위한 도면이다.1 and 2 are views for explaining a fine material sensing device according to the prior art.
도 3은 본 발명에 따른 미세물질 센싱장치의 실시예1을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining the first embodiment of the fine material sensing apparatus according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 미세물질 센싱장치의 실시예2를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a second embodiment of the micromaterial sensing device according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 미세물질 센싱장치의 실시예3을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a third embodiment of the fine material sensing apparatus according to the present invention.
도 6은 본 발명에 적용된 캔틸레버의 팁형상을 도시한 도면이다.6 is a view showing the tip shape of the cantilever applied to the present invention.
도 7은 본 발명에 적용된 캔틸레버의 팁형상에 따른 품질계수를 설명하기 위한 그래프이다.7 is a graph for explaining the quality factor according to the tip shape of the cantilever applied to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100, 200, 300 : 가변 전원부100, 200, 300: variable power supply
110, 210, 310 : 제 1 전극(평형전극)110, 210, 310: first electrode (balanced electrode)
120, 220, 320 : 제 2 전극(캔틸레버)120, 220, 320: second electrode (cantilever)
130, 230 : 교류전원부130, 230: AC power supply
140, 240, 340 : 신호분석부140, 240, 340: signal analysis unit
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