KR100976363B1 - Device for sensing minuteness matter - Google Patents

Device for sensing minuteness matter Download PDF

Info

Publication number
KR100976363B1
KR100976363B1 KR1020080064566A KR20080064566A KR100976363B1 KR 100976363 B1 KR100976363 B1 KR 100976363B1 KR 1020080064566 A KR1020080064566 A KR 1020080064566A KR 20080064566 A KR20080064566 A KR 20080064566A KR 100976363 B1 KR100976363 B1 KR 100976363B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
signal
fine material
sensing device
power supply
Prior art date
Application number
KR1020080064566A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20100004419A (en
Inventor
조원우
김상경
황교선
김태송
Original Assignee
주식회사 캔티스
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 주식회사 캔티스 filed Critical 주식회사 캔티스
Priority to KR1020080064566A priority Critical patent/KR100976363B1/en
Priority to PCT/KR2008/004275 priority patent/WO2010002056A1/en
Publication of KR20100004419A publication Critical patent/KR20100004419A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100976363B1 publication Critical patent/KR100976363B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02Analysing fluids
    • G01N29/036Analysing fluids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02Analysing fluids
    • G01N29/022Fluid sensors based on microsensors, e.g. quartz crystal-microbalance [QCM], surface acoustic wave [SAW] devices, tuning forks, cantilevers, flexural plate wave [FPW] devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/025Change of phase or condition
    • G01N2291/0256Adsorption, desorption, surface mass change, e.g. on biosensors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

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

미세물질 센싱장치{DEVICE FOR SENSING MINUTENESS MATTER}Fine material sensing device {DEVICE FOR SENSING MINUTENESS MATTER}

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 power supply unit 100 for outputting a variable electrical signal in response to a variable signal output from the signal analysis unit 140 to be described later, and a first electrode 110 to which an AC power supply unit 130 is connected. And an upper electrode 121, a lower electrode 123, and a piezoelectric member 125 disposed on the upper electrode 121 and the lower electrode 123, and the upper electrode 121 and the lower electrode 123. When the electrical signal of the variable power supply unit 100 is supplied, the piezoelectric material constituting the piezoelectric member 125 is structurally converted to restore the first electrode 110 and the central axis to be located on the same line. The value is changed according to the electrode 120 and the electrical signal output from the variable power supply unit 100, and receives and scans an AC signal input through the first electrode 110, so that the AC signal is maximized. Electrical signals of the variable power supply unit 100 Use consists of signal analysis unit 140 for sensing the amount of the fine material.

상기 가변 전원부(100)의 전기적 신호는 상기 신호 분석부(140)의 가변신호에 응하여 가변되며, DC 전압이다.The electrical signal of the variable power supply unit 100 is variable in response to the variable signal of the signal analyzer 140 and is a DC voltage.

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 signal analysis unit 140, the magnitude of the line signal is compared with the magnitude of the line signal with respect to the AC signal input through the second electrode 120, the magnitude of the line signal is the rear signal Sensing the amount of fine material by recognizing the inputted post-signal at the instant of being smaller than the size as the maximum value, and recognizing the DC voltage which is the electrical signal of the variable power supply unit 100 generating the post-signal recognized as the maximum value. You can also implement it.

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 signal analyzer 140 stores a value corresponding to a conductivity that varies depending on the type of the solution in which the first electrode 110 and the second electrode 120 are immersed and the concentration of the solution. In order to sense the amount of, it is desirable to implement a value capable of sensing the amount of the fine material by applying a value corresponding to the conductivity to the recognized DC voltage. That is, since the conductivity due to ions varies depending on the type and concentration of the solution, a difference occurs in the waveform of the maximum value indicated by the signal analyzer 140 depending on the solution.

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 second electrode 120 is a cantilever whose one end is bent downward by the mass of the fine material when the fine material is bound, and the cantilever preferably has a pointed tip. In other words, the cantilever can be twisted laterally in addition to the warping phenomenon. When the cantilever end is flat, the shape of the cantilever is sensitive to the equilibrium state because the section that is the maximum point of the received AC signal occurs widely near the equilibrium state. This can be hard to do.

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 power supply unit 100 output to the signal analyzer 140, and only the AC signal input through the first electrode 110. A blocking element C for outputting to the signal analyzer 140 is preferably connected to and provided to the second electrode 120, and the blocking element C is a capacitor.

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 receptor layer 127 coated on the tip of the second electrode 120, which is a cantilever, while the AC power source 130 is connected to the first electrode 110. When the material 129 is bound, the second electrode 120 is bent by the mass of the fine material.

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 second electrode 120, which is a cantilever, is formed in parallel with the first electrode 110 in parallel with the central axis so that the central axis of the second electrode 120 is downward. As a result, the opposite distance that is very close to each other in the structure in which the second electrode 120 and the first electrode 110 face side by side becomes far from each other.

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 signal analyzing unit 140 outputs a variable signal to the variable power supply unit 100, and the variable power supply unit 100 varies the DC voltage which is an electrical signal in response to the variable signal, and the upper and lower electrodes of the second electrode 120 ( 121) 123 to be output.

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 piezoelectric material 125 interposed between the upper and lower electrodes 121 and 123, and the piezoelectric material 125 made of a piezoelectric material to which the DC voltage is applied causes a structural change due to the piezoelectric material. The second electrode 120, which is a cantilever, returns to its original position to achieve an equilibrium state.

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 piezoelectric material 125 of the piezoelectric material and the force of the fine material are the same, the second electrode 120, which is a cantilever, is completely returned to its original position and returned to an equilibrium state. As described above, since the distance between the second electrode 120 of the cantilever and the first electrode 110, which is a parallel electrode, is closest to the equilibrium state, the reception value of the AC signal is largest. Therefore, the electrical energy applied to the piezoelectric member 125 is the same as the mechanical energy applied to the cantilever so that the AC signal received by the signal analyzer 140 is the largest, thereby converting the mechanical energy generated by the micromaterial into electrical energy and thereby converting the minute energy into electrical energy. The amount of material can be measured.

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 signal analysis unit 140 has a value corresponding to the conductivity that varies depending on the type and concentration of the solution in which the first electrode 110 and the second electrode 120 are immersed, and sense the amount of the fine material. In order to do so, a value corresponding to the conductivity should be considered with respect to the DC voltage which is an electrical signal of the variable power supply unit 100 received. The reason for considering the conductivity as described above is that the conductivity due to the ions is different depending on the type and concentration of the solution, because the difference in the waveform of the maximum value indicated by the signal analysis unit 140 depending on the solution.

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 first electrode 110 and the second electrode 120 are positioned on the same line, DC, which is an electrical signal of the variable power supply unit 100, to maximize the capacitance. The voltage is supplied to the second electrode 120.

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 second electrode 120, which is a cantilever, and the first electrode 110 is minimized, and the AC signal applied to the second electrode 120, which is a cantilever, through the first electrode 110 is a maximum value (Power). Will have

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 second electrode 120 to the maximum value measured by the second electrode 120 which is the cantilever.

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 signal analyzer 140 and the second electrode 120 which is a cantilever, and the blocking capacitor C is a variable power supply unit 100 to which a cantilever is applied as the cantilever is bent. DC voltage, which is an electrical signal of), is not transmitted to the signal analyzer 140 and is blocked.

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 second electrode 120, has a pointed shape as shown in FIG. 6, and the selectivity according to the signal transmitted between the second electrode 120 and the first electrode 110 is selected. Can increase. As described above, when the tip of the cantilever has a sharp shape, the quality factor is increased as shown in the second graph 2 and the third graph 3 of FIG. The selectivity may be increased, and thus the sensor function of the micromaterial sensing device may be improved.

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 second electrode 120 and the first electrode As the signal is transmitted between the 110, as shown in the first graph 1 of FIG. 7, the quality factor is lowered and the selectivity of the micromaterial sensing device is lowered. The sensor function of the material sensing device is also degraded.

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 first electrode 210 and a variable electrical signal by connecting the AC power supply 230 and the variable power supply 200 to the second electrode 220 in series. The variable power supply unit 200, the AC power supply unit 230 connected to the negative terminal of the variable power supply unit 200, the upper electrode 221, the lower electrode 223, the upper electrode 221, and the lower electric field. The piezoelectric body 225 is formed of the piezoelectric material 225 disposed on the pole 223, and the piezoelectric material 225 is supplied to the upper electrode 221 and the lower electrode 223 by supplying a DC voltage, which is an electrical signal of the variable power supply unit 200. Piezoelectric material constituting the structure is structurally converted, the second electrode 220 is restored so that the first axis 210 and the central axis is located on the same line, and the first electrode 210 through the second electrode 220 The variable power supply unit 200 receives and scans an AC signal outputted by the input signal at the time when the reception value of the AC signal is maximized. And a signal analyzer 240 for sensing the DC voltage as the electrical signal.

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 signal analysis unit 240, by comparing the magnitude of the line signal and the magnitude of the after signal with respect to the AC signal input to the first electrode 210 through the second electrode 220 Recognize the input post-signal at the moment when the magnitude of the line signal becomes smaller than the post-signal as the maximum value, and recognize the DC voltage which is the electrical signal of the variable power supply unit 200 that generated the post-signal recognized as the maximum value. It can also be implemented to sense the amount of fine material.

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 signal analyzer 240 stores a value corresponding to conductivity depending on the type of the solution in which the first electrode 210 and the second electrode 220 are immersed and the concentration of the solution. In order to sense the amount, it is preferable to apply the value corresponding to the conductivity to the DC voltage which is the electrical signal of the variable power supply unit 200 to sense the amount of the fine material. That is, since the conductivity due to ions varies depending on the type and concentration of the solution, a difference occurs in the waveform of the maximum value indicated by the signal analyzer 240 depending on the solution.

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 second electrode 220 is a cantilever whose one end is bent downward by the mass of the micromaterial when the micromaterial is bound, and the tip of the cantilever that is the second electrode 220 has a pointed shape as shown in FIG. 6. Having such a structure may increase selectivity according to a signal transmitted between the second electrode 220 and the first electrode 210. As described above, when the tip of the cantilever has a sharp shape, as can be seen from the second graph 2 and the third graph 3 of FIG. 7, the quality factor is increased, so that the fine material sensing device is provided. It is possible to increase the selectivity of the, thereby improving the sensor function of the micromaterial sensing device.

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 receptor layer 227 by coating the receptor on the cantilever, when binding the fine material 229 as a target material, a nonspecific material is formed on the cantilever. This is to minimize the impact on the measurement results.

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 second electrode 220 together with the DC variable voltage which is the electrical signal of the variable power supply unit 200. The cantilever is the upper and lower electrodes 221 as described above. A piezoelectric body 225 made of a piezoelectric material is interposed between the 223 and 223, and when the DC voltage, which is an electrical signal of the variable power supply unit 200, is output to the upper and lower electrodes 221 and 223, the piezoelectric body 225 is provided. When the piezoelectric material forming the structure is structurally converted to bind the micromaterial 229 to the receptor layer 227, the cantilever, which is the second electrode 220, is bent downward with the mass of the micromaterial 229 to its original position. Restore to maintain equilibrium. That is, as described in the first embodiment, when the force exerted by the piezoelectric material 225 made of the piezoelectric material and the force of the fine material are the same, the second metal 220 which is the cantilever is completely returned to its original position and returned to the equilibrium state.

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 second electrode 220 of the cantilever and the first electrode 210 which is a parallel electrode is closest in the equilibrium state, the reception value of the AC signal is largest. Therefore, since the electrical energy of the direct current applied to the piezoelectric body 225 matches the mechanical energy applied to the cantilever by the micromaterial so that the AC signal received from the signal analyzer 240 is the largest, the mechanical energy emitted by the micromaterial is changed into electrical energy. The amount of fine material can be measured.

이때 DC 전압은 제 1 전극(210)으로 전달되지 않는다.At this time, the DC voltage is not transmitted to the first electrode 210.

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 signal analyzer 240 is the same as that of the first embodiment, a detailed description thereof will be omitted herein. In addition, when the components of the second embodiment perform the same function as the components of the first embodiment, detailed description thereof will be omitted.

(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 power supply unit 300 to the second electrode 320 which is a cantilever bent downward when the fine material 329 is bound to the receptor layer 327. The second electrode 320, which is a cantilever, is returned to its original position by applying a voltage to equilibrate, and one end of the second electrode 320 is tightly coupled to the first electrode 310 to form one electrode. The signal analyzer 340 receives the DC voltage, which is an electrical signal of the variable power supply unit 300, directly through the formed new electrode to sense the amount of fine material bound to the second electrode 320, which is a cantilever. .

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.Embodiment 3 according to the present invention is a variable power supply unit 300 for outputting a variable electrical signal as shown in Figure 5, the first electrode 310, the upper electrode 321 and the lower electrode 323, the Comprising a piezoelectric body 325 interposed between the upper electrode 321 and the lower electrode 323, when the electrical signal of the variable power supply unit 300 is applied to the upper electrode 321 and the lower electrode 323, The piezoelectric material constituting the piezoelectric body 325 is structurally converted, and is restored to its original position, and has one end thereof as a second electrode 320 that is tightly coupled to the first electrode 310.

상기 제 2 전극(320)은 미세물질과 바인딩되는 경우 바인딩 미세물질의 질량만큼 하방으로 휘어지는 캔틸레버이다.The second electrode 320 is a cantilever bent downward by the mass of the binding fine material when bound to the fine material.

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 first electrode 310 is bent to form a bent surface (a), and the bent surface (a) is opposed to the surface connected to the upper side (b) and the variable power supply unit 300 of the second electrode Side c is in close contact with each other.

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 second electrode 320. First, the receptor layer 327 is formed on the cantilever which is the second electrode 320. After binding the fine material 329, which is a target material, physical bending occurs in the cantilever.

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 power supply unit 300 is supplied to the upper and lower electrodes 321 and 323 of the second electrode 320, the piezoelectric element 325 interposed between the upper and lower electrodes 321 and 323. The piezoelectric material constituting the structure is structurally converted, and the cantilever, which is the second electrode 320, is restored to its original position to achieve an equilibrium state. Thus, one end of the second electrode 320 is in close contact with the first electrode 310, The electrode is coupled to form one electrode, and the newly formed electrode outputs the variable voltage output from the variable power supply unit 300 to the signal analyzer 340.

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 signal analyzer 340 senses the amount of fine material by sensing the input DC voltage. That is, since the electrical energy of the direct current applied to the piezoelectric body 325 matches the mechanical energy applied to the cantilever by the micromaterial, the amount of the micromaterial can be measured by changing the mechanical energy emitted by the micromaterial into electrical energy.

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 signal analyzer 340 is the same as that of the first embodiment, a detailed description thereof will be omitted herein. In addition, when the components of the second embodiment perform the same function as the components of the first embodiment, detailed description thereof will be omitted.

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

Claims (14)

미세물질 센싱장치에 있어서, In the fine material sensing device, 가변되는 전기적 신호를 출력하는 가변 전원부; A variable power supply for outputting a variable electrical signal; 교류전원부가 연결된 제 1 전극; 및A first electrode to which an AC power supply is connected; And 상부전극과 하부전극, 상기 상부전극과 하부전극에 개재된 압전체로 이루어지며, 상기 상부전극과 상기 하부전극에 상기 가변 전원부의 전기적 신호를 출력하면, 상기 압전체를 이루는 압전물질이 구조적으로 변환되어, 상기 제 1 전극과 중심축이 동일선상에 위치되도록 복원되는 제 2 전극;Comprising an upper electrode and a lower electrode, a piezoelectric interposed between the upper electrode and the lower electrode, and outputs an electrical signal of the variable power supply to the upper electrode and the lower electrode, the piezoelectric material forming the piezoelectric is structurally converted, A second electrode restored so that the first electrode and the central axis are located on the same line; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 미세물질 센싱장치.Fine material sensing device, characterized in that configured to include. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 미세물질 센싱장치는, 상기 가변 전원부로부터 출력되는 전기적 신호에 따라 그 값이 변화되어 상기 제 1 전극을 통해 입력되는 교류신호를 입력받아 스캐닝하여, 상기 교류신호가 최대가 되는 시점의 상기 전기적 신호인 DC 전압을 이용하여 상기 미세물질의 양을 센싱하는 신호 분석부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세물질 센싱장치.The fine material sensing device changes its value according to an electrical signal output from the variable power supply unit, scans an AC signal input through the first electrode, and scans the electrical signal at a time when the AC signal is maximized. Fine material sensing device further comprises a signal analyzer for sensing the amount of the fine material using a DC voltage. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 미세물질 센싱장치는, 상기 제 2 전극을 통해 입력되는 교류신호에 대해 선(先)신호의 크기와 후(後)신호의 크기를 비교하여 선신호의 크기가 후신호의 크기보다 작아지는 순간의 입력된 후신호를 최대값으로 인식으로 하고, 상기 최대값으로 인식된 후신호를 발생시킨 상기 가변 전원부의 전기적인 신호인 DC 전압을 인식하여 미세물질의 양을 센싱하는 신호 분석부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세물질 센싱장치.The fine material sensing device compares the magnitude of the pre-signal with the magnitude of the pre-signal with respect to an alternating current signal input through the second electrode, and at the moment when the magnitude of the pre-signal becomes smaller than the magnitude of the post-signal. And a signal analyzer configured to recognize the inputted after signal as a maximum value and to sense a DC voltage, which is an electrical signal of the variable power supply unit generating the after signal recognized as the maximum value, to sense an amount of fine material. Fine material sensing device, characterized in that. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 신호 분석부로 출력되는 상기 가변 전원부의 전기적인 신호인 DC 전압은 차단하고, 상기 제 1 전극을 통해 입력되는 교류신호만 상기 신호 분석부로 출력되도록 하는 블로킹 소자가 제 2 전극에 연결, 구비되는 것을 특징으로 하는 미세물질 센싱장치.Blocking the DC voltage, which is an electrical signal of the variable power supply output to the signal analyzer, and a blocking element for connecting only the AC signal input through the first electrode to the signal analyzer is connected to the second electrode, Fine material sensing device characterized in that. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 블로킹 소자는, 커패시터인 것을 특징으로 하는 미세물질 센싱장치.The blocking element is a fine material sensing device, characterized in that the capacitor. 미세물질 센싱장치에 있어서,In the fine material sensing device, 제 1 전극; A first electrode; 가변되는 전기적 신호를 출력하는 가변 전원부;A variable power supply for outputting a variable electrical signal; 상기 가변 전원부의 (-) 단자에 연결되는 교류 전원부; 및 An AC power supply unit connected to the negative terminal of the variable power supply unit; And 상부전극과 하부전극, 상기 상부전극과 하부전극에 개재된 압전물질로 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; It consists of a piezoelectric material interposed between the upper electrode and the lower electrode, the upper electrode and the lower electrode, and 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; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 미세물질 센싱장치.Fine material sensing device, characterized in that configured to include. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 미세물질 센싱장치는, 상기 가변 전원부로부터 출력되는 전기적 신호에 따라 그 값이 변화되어 상기 제 2 전극을 통해 제 1 전극으로 입력되는 교류신호를 입력받아 스캐닝하여, 상기 교류신호가 최대가 되는 시점의 상기 전기적 신호를 이용하여 상기 미세물질의 양을 센싱하는 신호 분석부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세물질 센싱장치.The fine material sensing device changes its value according to an electrical signal output from the variable power supply, receives and scans an AC signal input to the first electrode through the second electrode, and the AC signal is maximized. The fine material sensing device further comprises a signal analyzer for sensing the amount of the fine material using the electrical signal of the. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 미세물질 센싱장치는, 상기 제 2 전극을 통해 제 1 전극으로 입력되는 교류신호에 대해 선(先)신호의 크기와 후(後)신호의 크기를 비교하여 선신호의 크기가 후신호의 크기보다 작아지는 순간의 입력된 후신호를 최대값으로 인식으로 하고, 상기 최대값으로 인식된 후신호를 발생시킨 상기 가변 전원부의 전기적 신호를 인식하여 미세물질의 양을 센싱하는 신호 분석부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세물질 센싱장치.The fine material sensing device compares the magnitude of the pre-signal and the magnitude of the pre-signal with respect to an alternating current signal input to the first electrode through the second electrode. A signal analysis unit for sensing the amount of fine material by recognizing the electrical signal of the variable power supply unit generating the after signal recognized as the maximum value, the input after signal at the moment becomes smaller as the maximum value; Fine material sensing device, characterized in that. 미세물질 센싱장치에 있어서,In the fine material sensing device, 가변되는 전기적 신호를 출력하는 가변 전원부;A variable power supply for outputting a variable electrical signal; 제 1 전극; 및A first electrode; And 상부전극과 하부전극, 상기 상부전극과 하부전극에 게재된 압전체로 이루어지며, 상기 상부전극과 상기 하부전극에 상기 가변 전원부의 전기적 신호를 전원을 공급하면 상기 압전체를 이루는 압전물이 구조적으로 변환되어, 하방으로 휘어진 단부가 본래의 위치로 복귀하여, 상기 제 1 전극의 일단부와 밀착되어 상기 가변 전원부의 전기적 신호를 입력받아 상기 제 1 전극을 통해 출력단으로 출력하는 제 2 전극;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 returning downward to its original position to be in close contact with one end of the first electrode and receiving an electrical signal of the variable power supply unit and outputting the electrical signal to the output terminal through the first electrode; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 미세물질 센싱장치.Fine material sensing device, characterized in that configured to include. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제 1 전극의 하단부가 절곡되어 절곡면이 형성되고, The lower end of the first electrode is bent to form a bent surface, 상기 절곡면에 상기 제 2 전극의 상측면과 가변 전원부가 연결된 면과 대향되는 측면이 밀착, 결합되는 것을 특징으로 하는 미세물질 센싱장치.A fine material sensing device, characterized in that the side opposite to the surface connected to the upper side and the variable power supply of the second electrode is in close contact with the bent surface. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 미세물질 센싱장치는, 상기 가변 전원부로부터 출력되는 전기적 신호를 입력받아 상기 미세물질의 양을 센싱하는 신호 분석부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세물질 센싱장치.The micromaterial sensing device further includes a signal analyzer configured to receive an electrical signal output from the variable power supply unit and sense an amount of the micromaterial. 제 1 항 또는 제 5 항 또는 제 9 항에 있어서,The method according to claim 1 or 5 or 9, 상기 제 2 전극은, 미세물질이 바인딩되는 경우 미세물질의 질량에 의해 일단부가 하방으로 휘어지는 캔틸레버인 것을 특징으로 하는 미세물질 센싱장치.The second electrode is a fine material sensing device, characterized in that the one end bent downward by the mass of the fine material when the fine material is bound. 제 12 항에 있어서,13. The method of claim 12, 상기 캔틸레버는, 뾰족한 형상의 팁을 구비하는 것을 특징으로 하는 미세물질 센싱장치.The cantilever is fine material sensing device, characterized in that it comprises a pointed tip. 제 2 항 또는 제 3 항 또는 제 7 항 또는 제 8항 또는 제 11 항에 있어서,The method according to claim 2 or 3 or 7 or 8 or 11, 상기 신호분석부는, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극이 침지된 용액의 종류 및 용액의 농도에 따라 달라지는 전도도에 대응하는 값이 저장되어 있어, 상기 미세물질의 양을 센싱하기 위해 인식된 DC 전압에 대해 상기 전도도에 대응하는 값을 적용시켜 상기 미세물질의 양을 센싱하는 것을 특징으로 하는 미세물질 센싱장치.The signal analyzer may store a value corresponding to conductivity depending on a type of a solution in which the first electrode and the second electrode are immersed and a concentration of the solution. The fine material sensing device, characterized in that for sensing the amount of the fine material by applying a value corresponding to the conductivity.
KR1020080064566A 2008-07-03 2008-07-03 Device for sensing minuteness matter KR100976363B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080064566A KR100976363B1 (en) 2008-07-03 2008-07-03 Device for sensing minuteness matter
PCT/KR2008/004275 WO2010002056A1 (en) 2008-07-03 2008-07-22 Device for sensing minuteness matter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080064566A KR100976363B1 (en) 2008-07-03 2008-07-03 Device for sensing minuteness matter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100004419A KR20100004419A (en) 2010-01-13
KR100976363B1 true KR100976363B1 (en) 2010-08-18

Family

ID=41466126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080064566A KR100976363B1 (en) 2008-07-03 2008-07-03 Device for sensing minuteness matter

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR100976363B1 (en)
WO (1) WO2010002056A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2511073C1 (en) * 2012-11-02 2014-04-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Method of production of atomic-thin single-crystal films
KR101583470B1 (en) * 2014-03-05 2016-01-12 한국과학기술연구원 A cantilever sensor with slit and biosensor having the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980065177A (en) * 1997-03-01 1998-10-15 윤덕용 Integrated device and its manufacturing method for a cantilever and a light source
JP2003100832A (en) 2001-09-25 2003-04-04 Mitsubishi Electric Corp Method and program for inspecting semiconductor device
KR20050050425A (en) * 2003-11-25 2005-05-31 한국과학기술연구원 Element detecting system using cantilever, method for fabrication of the same system and method for detecting micro element using the same system
KR100681782B1 (en) 2004-03-29 2007-02-12 성균관대학교산학협력단 Sensor and Fabrication Method of Piezoelectric Ceramic Nanobalance

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3086987B2 (en) * 1992-10-21 2000-09-11 キヤノン株式会社 Method of manufacturing probe unit, probe unit, and information processing device using the probe unit
US5883705A (en) * 1994-04-12 1999-03-16 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford, Jr. University Atomic force microscope for high speed imaging including integral actuator and sensor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980065177A (en) * 1997-03-01 1998-10-15 윤덕용 Integrated device and its manufacturing method for a cantilever and a light source
JP2003100832A (en) 2001-09-25 2003-04-04 Mitsubishi Electric Corp Method and program for inspecting semiconductor device
KR20050050425A (en) * 2003-11-25 2005-05-31 한국과학기술연구원 Element detecting system using cantilever, method for fabrication of the same system and method for detecting micro element using the same system
KR100681782B1 (en) 2004-03-29 2007-02-12 성균관대학교산학협력단 Sensor and Fabrication Method of Piezoelectric Ceramic Nanobalance

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100004419A (en) 2010-01-13
WO2010002056A1 (en) 2010-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6016686A (en) Micromechanical potentiometric sensors
Savran et al. Microfabricated mechanical biosensor with inherently differential readout
CN107438763B (en) Quantum capacitance sensing
US7671511B2 (en) System for oscillating a micromechanical cantilever
KR101466807B1 (en) Tuning-fork based near field probe for mesuring spectral and near-field microscopy using the same, spectral analytical method using near-field microscopy
Kooyman et al. Vibrating mirror surface plasmon resonance immunosensor
TW201140061A (en) Method for determining the sensitivity of an acceleration sensor or magnetic field sensor
US20210132050A1 (en) Peptide-comprising electrode
Li et al. A micro-machined optical fiber cantilever as a miniaturized pH sensor
CN108663010A (en) Scanning type probe microscope and its scan method
KR100976363B1 (en) Device for sensing minuteness matter
CA2815205C (en) A method of measuring a capacitance and a use
US20150089693A1 (en) Multi-resonant detection system for atomic force microscopy
KR20090124789A (en) Resonance characteristic measurement apparatus of cantillever structure and measurement method thereof
CN100538338C (en) The analytical approach of the part in the sample and the device of the part in the analytical sample
WO2021028827A1 (en) Gas sensor with capacitive micromachined ultrasonic transducer structure and functional polymer layer
KR101103578B1 (en) Cantilever sensor
KR101366347B1 (en) Electrostatically excited cantilever sensors
KR101187725B1 (en) Cantilever sensor
JPH0862284A (en) Voltage/displacement detecting probe and adjustment thereof
Thundat Micromechanical potentiometric sensors
Jóźwiak et al. The spring constant calibration of the piezoresistive cantilever based biosensor
Gyözö et al. Experimental methods for the determination of stress changes at electrified solid-liquid interfaces
KR20070082949A (en) Electromagnetic cantilever sensor
Amritsar et al. Micro-opto mechanical biosensors for enzymatic detection

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee