KR101337340B1 - 검사장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

검출기와 검출대상이 동일한 속도로 회전할 수 있는 검사장치 및 그 제어방법을 제공한다.　검사장치는 미세유동장치를 회전시키는 회전구동부, 회전구동부의 회전축에 장착되고 미세유동장치의 검출대상을 검출하기 위한 검출기가 마련된 회전부재 및 미세유동장치가 로딩되면 회전구동부를 가동시켜 미세유동장치와 회전부재가 동일한 회전축 상에서 동일한 속도로 회전하도록 하는 제어부를 포함한다.

Description

검사장치 및 그 제어방법{Test device　and control method thereof}
바이오 디스크 같은 미세유동장치를 통해 생체물질의 검사를 수행하는 검사장치에 관한 것이다.
생체물질을 분석 또는 검사하는데 이용되는 미세유동장치는 분석대상물질 또는 피검물질을 검출하기 위한 챔버 또는 반응지와 같은 검출대상을 포함한다.
검사장치는 이러한 미세유동장치의 검출대상을 검출할 수 있는 카메라 또는 광센서와 같은 검출기를 구비하여 검출대상에서 일어나는 생화학 반응의 결과를 검출한다.
검출기가 검출대상에서 일어나는 생화학 반응의 결과를 검출하여 분석대상물질 또는 피검물질의 존재여부 또는 농도와 같은 특성을 알아내기 위해서는 회전하는 검출대상이 검출기가 검출할 수 있는 영역 내로 이동해야 하며 그 이동에 추가적인 시간이 소요된다.
본 발명의 일 측면은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 검출기와 검출대상이 동일한 속도로 회전할 수 있는 검사장치 및 그 제어방법을 제공한다.
　
본 발명의 일 측면에 따른 검사장치는 미세유동장치의 검출대상을 검출하는 검사장치에 있어서, 상기 미세유동장치를 회전시키는 회전구동부; 상기 회전구동부의 회전축에 장착되고 상기 미세유동장치의 검출대상을 검출하기 위한 검출기가 마련된 회전부재; 및 상기 미세유동장치가 로딩되면 상기 회전구동부를 가동시켜 상기 미세유동장치와 상기 회전부재가 동일한 회전축 상에서 동일한 속도로 회전하도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 미세유동장치가 로딩되면 상기 미세유동장치의 검출대상과 상기 회전부재의 검출기를 정렬시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는 회전구동부가 가동되면, 검출대상을 검출하기 위해 상기 검출기로 가동명령을 송신하고, 상기 검출기는 상기 검출대상에 대한 검출결과를 상기 제어부로 송신할 수 있다.
또한, 상기 제어부와 상기 검출기 사이의 통신은 유선통신 또는, NFC(Near Field Communication), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 와이파이(Wifi), RFID 및 USB를 포함하는 무선통신으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 회전부재는 상기 검출기가 장착된 인쇄회로기판(PCB)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 검출기는 상기 회전축에 장착되는 슬립링을 통해 전력을 공급받을 수 있다.
또한, 상기 검출기는 회전구동부의 회전축에 장착되어 전력을 생산하는 발전장치로부터 전력을 공급받을 수 있다.
또한, 상기 발전장치는 상기 회전축과 함께 회전하는 코일과 상기 코일 외부에 고정된 자석을 포함할 수 있다.
또한, 상기 검출기는 상기 검사장치에 전원을 공급하는 전원부로부터 무선으로 전력을 공급받을 수 있다.
또한, 상기 검출기는 카메라 및 광센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 검사장치의 제어방법은 검출대상을 포함하는 미세유동장치가 검사장치에 로딩되면, 상기 미세유동장치의 검출대상과 상기 검출대상을 검출하기 위한 검출기를 정렬하고; 상기 검출대상과 검출기가 정렬되면, 회전구동부를 가동시켜 상기 검출대상과 상기 검출기를 동일한 속도로 회전시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 검출기는 상기 회전구동부의 회전축에 장착되는 회전부재에 설치될 수 있다.
또한, 상기 회전구동부가 가동되면, 상기 검출대상을 검출하기 위해 상기 검출기를 가동시킬 수 있다.
또한, 상기 미세유동장치의 검출대상과 상기 검출대상을 검출하기 위한 검출기를 정렬하는 것은, 상기 미세유동장치의 검출대상과 상기 검출기를 서로 마주보도록 위치시킬 수 있다.
　
본 발명의 일 측면에 따르면, 검출대상과 검출기가 동일한 속도로 회전하고 회전하는 중에 검출기가 검출대상을 검출함으로써 검출대상에서 발생하는 변화를 실시간으로 그리고 연속적으로 관찰할 수 있다.
그리고 검출대상과 검출기가 같이 회전하므로 검출대상만 회전할 때 발생할 수 있는 위치의 오차로 인한 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사장치의 구성을 개략적으로 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전부재의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사장치의 검출기에 전력을 공급하기 위한 슬립링을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사장치의 검출기에 전력을 공급하기 위한 발전장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사장치의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 보다 자세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 검사장치의 구성을 개략적으로 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 검사장치의 구성을 나타낸 블럭도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 회전부재의 구성을 나타낸 도면이다.
검사장치는 회전력을 제공하는 회전구동부(5), 회전구동부(5)의 회전축(6)에 장착되고 미세유동장치(1)의 검출대상(2)을 검출하기 위한 검출기(4)가 마련된 회전부재(3) 및 검사장치의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(7)를 포함한다.
검사장치(10)는 각종 생화학 물질의 분석 또는 검사를 수행하는 장치이다. 검사장치(10)는 그 분석대상이 되는 시료의 종류에 따라 여러 종류가 존재할 수 있다.
여기서 시료는 DNA, 올리고 뉴클레오티드, RNA, PNA, 리간드, 리셉터, 항원, 항체, 우유, 소변, 타액, 머리카락, 농작물 샘플, 육류 샘플, 조류 샘플, 가축 샘플, 가공식품 샘플, 구강 세포, 조직 샘플, 정액, 단백질 또는 그 밖의 다른 생체물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 분석대상물질은 단백질, 항원, 항체, DNA 또는 RNA, 올리고 뉴클레오티드, 리셉터 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 소변을 시료로 이용하는 경우, 분석대상물질의 예로서 혈액, 글루코오즈, 아스코르브산, 케톤, 단백질, 당, urobilinogen, bilirubin 등을 들 수 있다.
회전구동부(5)는 미세유동장치(1) 및 회전부재(3)를 회전 또는 정지시킨다. 미세유동장치(1)의 경우 회전에 의해 발생한 원심력을 구동압력으로 하여 미세유동장치(1) 내에 포함된 시료나 시약 등이 이동하거나 혼합될 수 있다. 　
회전구동부(5)는 회전체의 각위치(angular position)을 제어할 수 있는 모터 드라이브 장치(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 모터 드라이브 장치는 스텝모터 또는 직류모터를 이용할 수 있다.
회전구동부(5)는 회전력을 생성하는 모터와 회전력을 제공하는 샤프트(shaft)와 같은 회전축(6)을 포함한다.
회전구동부(5)의 회전축(6)에는 검출기(4)가 구비된 회전부재(3)가 장착된다.
미세유동장치(1)는 검출대상(2)을 포함한다. 여기서 검출대상(2)이란, 분석대상물질이나 피검물질이 수용되고 이들을 검출하기 위한 생화학 반응이 일어나는 챔버 또는 반응지 등을 의미한다.
분석대상물질이나 피검물질을 검출하기 위한 생화학 반응의 결과를 검출하여 분석대상물질이나 피검물질의 존재유무 또는 농도 등을 확인할 수 있다.
검출기(4)는 이러한 검출대상(2)에서 일어나는 생화학 반응의 결과, 예를 들면, 발광, 발색 또는 형광정도를 검출하여 분석대상물질 또는 피검물질의 존재유무 또는 농도 등을 확인할 수 있는 정보를 제공한다.
검출기(4)로는 CCD(Charge-Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 카메라 모듈, 발광 또는 형광정도를 검출할 수 있는 광센서 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않고 분석대상물질이나 피검물질을 검출하기 위한 생화학 반응의 결과를 검출할 수 있으면 그 범주에 포함될 수 있다.
회전부재는 검출기(4)가 설치될 수 있는 인쇄회로기판(9)을 포함할 수 있다. 그리고 그 형태는 미세유동장치(1)의 형태와 동일하거나 유사한 형태를 가지는 원판 형태인 것이 바람직하나, 검출기(4)가 설치될 수 있는 영역을 제공하고 회전축(6)에 설치되어 회전할 수 있는 형태이면 족하다.
도 3은 참조하면, 회전부재(3)는 검출기(4)가 설치된 인쇄회로기판(9)과 인쇄회로기판(9)을 사이에 두고 아래 위에서 결합하는 하우징(10)을 포함할 수 있다.
인쇄회로기판(9)과 하우징의 중앙에는 회전부재(3)가 회전축(6)에 장착될 수 있도록 중공(15)이 형성될 수 있다.
또한 상부 하우징 중 검출기(4)와 대응되는 위치에는 검출기(4)가 돌출되거나 드러날 수 있도록 구멍(11)이 형성될 수 있다.
하우징은 회전부재(3)의 회전에 의해 발생할 수 있는 소음 또는 진동을 차단하거나 저감시킬 수 있는 재료로 형성될 수 있다.
이렇게 형성된 회전부재(3)는 회전구동부(5)의 회전축(6)에 장착된다. 따라서 회전부재(3)는 회전구동부(5)가 가동되면 회전축(6)을 중심으로 회전하게 된다.
회전부재(3)는 회전 중에 상하로 흔들리거나 기울지 않도록 공지된 다양한 구조 및 형태의 지지부재 등에 의해 회전 이외의 다른 움직임이 발생하지 않도록 고정 지지될 수 있다.
회전부재(3)에는 적어도 하나 이상의 검출기(4)가 설치될 수 있다. 설치되는 검출기(4)의 개수나 설치 위치는 미세유동장치(1)의 구조와 관련하여 미리 정해질 수 있다.
미세유동장치(1)가 로딩되어, 회전구동부(5)가 가동되면 미세유동장치(1)와 회전부재(3)는 동일한 속도로 회전하게 된다. 따라서 검출기(4)와 검출대상(2)이 동일한 반경의 서로 대응되는 위치로 정렬하게 되면, 검출기(4)와 검출대상(2)이 정렬된 상태에서 동일한 속도로 회전하게 되므로 검출기(4)는 검출대상(2)에서 발생하는 변화를 실시간으로 연속적으로 검출할 수 있게 된다.
제어부(7)는 검사장치의 입력부(8)를 통한 명령을 수신하여 회전구동부(5) 및 검출기(4)의 가동을 조절한다.
제어부(7)는 미세유동장치(1)가 로딩되면, 회전구동부(5)를 가동시키기 위한 가동신호를 회전구동부(5)로 출력하여 회전구동부(5)를 가동시킨다.
그리고, 회전구동부(5)가 가동되면 검출기(4)를 가동시켜 미세유동장치(1)의 검사대상에서 발생하는 변화를 검출하도록 한다. 검출기(4)가 카메라 모듈이라면 검출대상(2)에서 발생하는 변화를 촬영하여 제어부(7)로 전송하고, 광센서라면 광의 세기를 감지하여 제어부(7)로 전송한다.
제어부(7)와 검출기(4) 사이의 통신은 무선통신방식이 이용될 수 있다. 검출기(4)는 미세유동장치(1)의 검출대상(2)과 동일한 속도로 회전하면서 검출대상(2)에서 발생하는 변화를 검출하므로 유선통신보다는 무선통신이 바람직하고, 무선통신으로는 NFC(Near Field Communication),　블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 와이파이(Wifi), RFID　및 USB를 포함할 수 있다.
제어부(7)는 미세유동장치(1)가 로딩되면, 미세유동장치(1)의 검출대상(2)과 회전부재(3)에 설치된 검출기(4)를 정렬시킨다. 예를 들면, 미세유동장치(1)가 로딩되어 회전축(6)과 결합되기 전에 회전구동부(5)를 가동시켜 검출기(4)를 미세유동장치(1)의 검출대상(2)과 정렬시킬 수 있다.
미세유동장치(1)의 검출대상(2)과 회전부재(3)에 설치된 검출기(4)의 정렬에는 다양한 방법이 이용될 수 있는데, 전술한 것처럼 제어부(7)에서 자동으로 정렬시킬 수도 있고, 미세유동장치(1)에 소정의 기준마크를 표시하고 미세유동장치(1)가 로딩되는 트레이 같은 구조물에도 마찬가지로 소정의 기준마크를 표시하여 미세유동장치(1)가 로딩될 때 그 마크가 일치되어 로딩되면 검출대상(2)과 검출기(4)가 정렬되도록 미리 설계하여 정렬시킬 수도 있을 것이다. 검출대상(2)과 검출기(4)의 정렬에는 전술한 방법들 외에도 공지된 다양한 방법들이 이용될 수 있음은 물론이다.
제어부(7)는 검출기로부터 검출결과를 전송받아 분석대상물질 또는 피검물질의 존재여부 또는 농도를 산출한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사장치의 검출기(4)에 전력을 공급하기 위한 슬립링(16)을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사장치의 검출기(4)에 전력을 공급하기 위한 발전장치를 나타낸 도면이다.
일반적으로 회전하는 물체에 전력을 공급하거나, 회전하는 물체에서 또 다른 장치를 동작시켜야 하는 경우에 슬립링(16)을 장착하여 전력을 공급한다. 　
슬립링(16)은 주로 링(12)과 브러쉬(13)의 접촉에 의해 전력 또는 신호를 전송하는 접촉식 슬립링이 사용된다.
접촉식 슬립링은 전력전송에 주로 사용하는 브러쉬 방식, 접촉 저항이나 노이즈 발생이 적어 고속회전에서의 신호전송용으로 사용되는 와이어 방식 등이 있다.
도 4에 도시된 슬립링(16)은 회전부재(3)에 설치된 검출기(4)에 전력을 공급하기 위한 것으로 브러쉬 방식의 접촉식 슬립링이 일 예로서 도시되어 있다.
도 5는 교류발전기의 원리를 이용한 발전장치(14)를 통해 검출기(4)에 전력을 공급하는 것을 나타낸 도면이다.
회전축(6)은 발전장치와 결합하여 발전장치(14)의 코일을 회전시키고 자석사이에 배치된 코일이 회전하면 플레밍의 오른손 법칙에 따른 방향으로 코일에 전류가 흐르게 된다.
이렇게 생산된 전류는 회전부재(3)로 연결된 와이어(17)를 타고 검출기(4)로 공급되어 검출기(4)를 가동시키게 된다.
검출기(4)가 직류전력에 의해 동작되는 것일 경우에는 정류기(미도시)를 두어 검출기(4)에 공급되는 교류전력을 직류전력으로 정류하여 공급할 수 있다.
전술한 슬립링(16)과 발전장치(14)를 이용하여 회전하는 검출기(4)에 전력을 공급할 수도 있고, 슬립링이나 발전장치(14)처럼 유선으로 검출기(4)에 전력을 공급하는 방법 외에 무선으로 메인전원에서 검출기(4)로 전력을 공급하는 방법도 사용될 수 있다.
회전하는 물체에 유선으로 전력을 공급하는 것은 구조적인 제약이 따를 수 있으므로 메인전원에서 무선으로 전력을 공급할 경우 이러한 구조적인 제약에서 벗어날 수 있다.
무선전력전송기술은 그 전송거리를 기준으로 전송방식을 나눌 수 있는데 본 발명의 전력전송은 근거리 저출력 전송방식으로 전력을 공급할 수 있다. 수 미터 내에서 에너지를 전달하는 근거리 전송기술은 전자파 방사에 기반하고 비교적 작은 출력을 전달하는 방식으로 본 발명의 회전하는 검출기(4)에 전력을 전달하기에 적합하다.
또는 전자파 방사와 달리, 사용되는 주파수/파장에 비해 짧은 거리에서의 전달로 근접장 효과를 이용하고 기존의 자기유도에서 나아가 송수신부의 공진 주파수를 일치시켜 높은 효율로 전력을 전송할 수 있는 비방사형 중거리 무선 에너지 전송기술을 사용할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사장치의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, 제어부(7)는 미세유동장치(1)가 로딩되었는지 여부를 판단한다(20).
제어부(7)는 미세유동장치(1)가 로딩되면, 미세유동장치(1)의 검출대상(2)과 회전부재(3)에 설치된 검출기(4)가 정렬되었는지 판단한다(21).
제어부(7)는 검출대상(2)과 검출기(4)가 정렬되지 않았다고 판단하면, 검출대상(2)과 검출기(4)를 정렬시킨다(22).
제어부(7)는 검출대상(2)과 검출기(4)가 정렬되면, 회전구동부(5)를 가동시킨다(23).
회전구동부(5)가 가동되면, 회전축(6)에 설치된 회전부재(3)와 회전축(6)에 로딩된 미세유동장치(1)가 회전축(6)을 공유하면서 동일한 속도로 회전하게 된다. 즉, 검출대상(2)과 검출기(4)가 서로 마주보는 상태로 같은 속도로 회전하는 것이다.
회전구동부(5)가 가동되면, 제어부(7)는 검출기(4)를 가동시켜 검출대상(2)에서 일어나는 변화를 검출한다(24).
검출대상(2)과 검출기(4)가 서로 마주보는 상태에서 동일한 속도로 회전하므로, 검출기(4)는 검출대상(2)에서 일어나는 변화를 실시간으로 그리고 연속적으로 검출할 수 있다.
1 : 미세유동장치
2 : 검출대상
3 :　회전부재
4 : 검출기
5 : 회전구동부
6 : 회전축
7 : 제어부
9 : 인쇄회로기판　
12 : 링
13 : 브러쉬　
14 : 발전장치　　　
16 : 슬립링

Claims (14)

  1. 미세유동장치의 검출대상을 검출하는 검사장치에 있어서,
    상기 미세유동장치를 회전시키는 회전구동부;
    상기 회전구동부의 회전축에 장착되고 상기 미세유동장치의 검출대상을 검출하기 위한 검출기가 마련된 회전부재; 및
    상기 미세유동장치가 로딩되면 상기 회전구동부를 가동시켜 상기 미세유동장치와 상기 회전부재가 동일한 회전축 상에서 동일한 속도로 회전하도록 하는 제어부를 포함하는 검사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 미세유동장치가 로딩되면 상기 미세유동장치의 검출대상과 상기 회전부재의 검출기를 정렬시키는 검사장치
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 회전구동부가 가동되면, 검출대상을 검출하기 위해 상기 검출기로 가동명령을 송신하고,
    상기 검출기는 상기 검출대상에 대한 검출결과를 상기 제어부로 송신하는 검사장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부와 상기 검출기 사이의 통신은 유선통신 또는, NFC(Near Field Communication),　블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 와이파이(Wifi), RFID　및 USB를 포함하는 무선통신으로 이루어지는 검사장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회전부재는 상기 검출기가 장착된 인쇄회로기판(PCB)를 포함하는 검사장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 검출기는 상기 회전축에 장착되는 슬립링을 통해 전력을 공급받는 검사장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 검출기는 회전구동부의 회전축에 장착되어 전력을 생산하는 발전장치로부터 전력을 공급받는 검사장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 발전장치는 상기 회전축과 함께 회전하는 코일과 상기 코일 외부에 고정된 자석을 포함하는 검사장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 검출기는 상기 검사장치에 전원을 공급하는 전원부로부터 무선으로 전력을 공급받는 검사장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 검출기는 카메라 및 광센서를 포함하는 검사장치.
  11. 검출대상을 포함하는 미세유동장치가 검사장치에 로딩되면, 상기 미세유동장치의 검출대상과 상기 검출대상을 검출하기 위한 검출기를 정렬하고;
    상기 검출대상과 검출기가 정렬되면, 회전구동부를 가동시켜 상기 검출대상과 상기 검출기를 동일한 속도로 회전시키는 검사장치의 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 검출기는 상기 회전구동부의 회전축에 장착되는 회전부재에 설치되는 검사장치의 제어방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 회전구동부가 가동되면, 상기 검출대상을 검출하기 위해 상기 검출기를 가동시키는 검사장치의 제어방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 미세유동장치의 검출대상과 상기 검출대상을 검출하기 위한 검출기를 정렬하는 것은,
    상기 미세유동장치의 검출대상과 상기 검출기를 서로 마주보도록 위치시키는 검사장치의 제어방법.
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