KR101369937B1 - Detecting system comprising sensor for measuring concentration of carbon dioxide using diffusive flow - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포어 구조체를 구비함으로써 외부의 전원 공급없이 측정 유체의 확산 흐름을 이용하여 이 측정 유체 내에 포함되어 있는 이산화탄소의 유무 및 그 농도를 측정할 수 있는 확산 흐름을 이용한 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 확산 흐름을 이용한 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템은, 측정 유체와 기준 유체가 수용되는 챔버; 상기 챔버 내에 장착되고, 상기 측정 유체가 수용되는 제 1 영역과 상기 기준 유체가 수용되는 제 2 영역을 분리하는 이산화탄소의 농도 측정센서; 및 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역에 연결되어 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이의 이온 전류를 검출하는 전류량 검출기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention includes a carbon dioxide concentration measuring sensor using a diffusion flow capable of measuring the presence and concentration of carbon dioxide contained in the measurement fluid by using the diffusion flow of the measurement fluid without the external power supply by having a pore structure It relates to a measuring system.
According to the present invention, there is provided a measurement system including a concentration measurement sensor for carbon dioxide using a diffusion flow, the system comprising: a chamber containing a measurement fluid and a reference fluid; A concentration sensor of carbon dioxide mounted in the chamber and separating a first region in which the measurement fluid is received and a second region in which the reference fluid is received; And a current amount detector connected to the first region and the second region to detect an ion current between the first region and the second region.
Description
본 발명은 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포어 구조체를 구비함으로써 외부의 전원 공급없이 측정 유체의 확산 흐름을 이용하여 이 측정 유체 내에 포함되어 있는 이산화탄소의 유무 및 그 농도를 측정할 수 있는 확산 흐름을 이용한 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a measurement system having a concentration measuring sensor of carbon dioxide, and more particularly, having a pore structure, and the presence or absence of carbon dioxide contained in the measurement fluid using a diffusion flow of the measurement fluid without external power supply and The present invention relates to a measurement system having a concentration sensor of carbon dioxide using a diffusion flow capable of measuring the concentration.
시료 내에서 생체분자(biomolecule)를 검출하기 위한 바이오센서가 다양하게 개발되고 있는데, 그 중에서 100㎚의 직경을 가지는 나노포어(nanopore)가 주로 사용되고 있다.
A variety of biosensors for detecting biomolecules in a sample have been developed, and among them, nanopores having a diameter of 100 nm are mainly used.
나노포어 구조를 이용한 분석장치와 관련하여, 대한민국 공개특허 제10-2012-0000520호는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 도전층(511), 도전층(511)의 양측의 제 1 절연층들(512a, 512b) 및 이 제 1 절연막들(512a, 512b)을 둘러싸는 제 2 절연층(513)을 포함하는 나노포어 막(500)이 형성되고, 이 나노포어 막(500)에 나노포어(520)를 형성함으로써 이 나노포어 막(520)을 통과하는 시료로부터 DNA를 검출하는 기술이 개시되고 있다.
In relation to an analysis device using a nanopore structure, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0000520 discloses a
그러나, 이러한 종래의 나노포어와 관련한 기술에 있어서는, 시료 등의 테스트 샘플의 유체 흐름을 생성하기 위해, 즉 시료 내 이온을 흐르게 하려면 외부의 보조 유닛, 예를 들어 외부 전원의 인가가 필요하다. 그러나, 이러한 외부 유닛으로 인하여, 설비의 증대 및 인가하는 전원을 제어하기 위한 구성이 복잡해진다는 문제점이 있다.
However, in the technique related to the conventional nanoflow, it is necessary to apply an external auxiliary unit, for example, an external power source, in order to generate a fluid flow of a test sample such as a sample, that is, to flow ions in the sample. However, this external unit has a problem in that the configuration for controlling the increase of the equipment and the power supply to be applied is complicated.
상기한 문제점을 개선하기 위해 안출된 본 발명의 기술적 과제는, 기판에 형성된 나노포어(nanopore)와 마이크로포어(micropore) 사이의 농도 기울기(concentration gradient)를 이용함으로써, 외부 전원 공급없이 나노포어를 통해 유입되는 측정 유체 내에 포함되어 있는 이산화탄소를 검출할 수 있는 확산 흐름을 이용한 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
Technical problem of the present invention devised to improve the above problems, by using a concentration gradient between the nanopore (nanopore) and micropore (micropore) formed on the substrate, through the nanopore without external power supply An object of the present invention is to provide a measurement system having a concentration measurement sensor of carbon dioxide using a diffusion flow capable of detecting carbon dioxide contained in an incoming measurement fluid.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 측정 유체와 기준 유체 사이에 나노포어를 형성하고, 측정 유체의 이온 농도를 높게 함으로써 외부의 전원 공급없이 나노포어를 통해 측정 유체의 입자를 이동시킬 수 있는 확산 흐름을 이용한 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
According to another embodiment of the present invention, by forming a nanopore between the measurement fluid and the reference fluid, by increasing the ion concentration of the measurement fluid, the diffusion flow that can move the particles of the measurement fluid through the nanopore without external power supply An object of the present invention is to provide a measurement system having a concentration measurement sensor of carbon dioxide.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 확산 흐름을 이용한 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템은, 측정 유체와 기준 유체가 수용되는 챔버; 상기 챔버 내에 장착되고, 상기 측정 유체가 수용되는 제 1 영역과 상기 기준 유체가 수용되는 제 2 영역을 분리하는 이산화탄소의 농도 측정센서; 및 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역에 연결되어 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이의 이온 전류를 검출하는 전류량 검출기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, a measurement system having a concentration measurement sensor for carbon dioxide using a diffusion flow according to an embodiment of the present invention, the chamber containing a measurement fluid and a reference fluid; A concentration sensor of carbon dioxide mounted in the chamber and separating a first region in which the measurement fluid is received and a second region in which the reference fluid is received; And a current amount detector connected to the first region and the second region to detect an ion current between the first region and the second region.
본 발명에 따른 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템은, 상기 이산화탄소의 농도 측정센서가, 측정 유체를 공급하는 기판의 상측에 중공 형태로 형성된 나노포어; 상기 나노포어의 양단으로부터 단차지게 형성되고, 상기 나노포어 보다 직경이 큰 제 1 마이크로포어; 및 상기 제 1 마이크로포어의 양단으로부터 단차지게 형성되고, 상기 제 1 마이크로포어 보다 직경이 큰 제 2 마이크로포어;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
Measuring system having a concentration sensor of carbon dioxide according to the present invention, the concentration sensor of the carbon dioxide, nanopores formed in a hollow form on the upper side of the substrate for supplying a measurement fluid; A first micropore formed stepwise from both ends of the nanopore and having a diameter larger than that of the nanopore; And second micropores formed stepped from both ends of the first micropores, the second micropores having a larger diameter than the first micropores.
본 발명에 따른 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템은, 상기 기준 유체가 상기 측정 유체보다 낮은 이온 농도를 함유하는 것을 특징으로 한다.
A measuring system having a concentration measuring sensor of carbon dioxide according to the present invention is characterized in that the reference fluid contains an ion concentration lower than the measuring fluid.
본 발명에 따른 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템은, 상기 기판이 소자층, SiO2 매립층 및 P형 핸들 웨이퍼로 이루어지는 SOI(Silicon-On-Insulator) 웨이퍼인 것을 특징으로 한다.
The measurement system including the carbon dioxide concentration measuring sensor according to the present invention is characterized in that the substrate is a silicon-on-insulator (SOI) wafer composed of an element layer, an SiO 2 buried layer, and a P-type handle wafer.
본 발명에 따른 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템은, 상기 측정 유체의 이온 입자가 상기 나노포어를 통해 상기 제 2 마이크로포어로 이동되는 것을 특징으로 한다.
Measuring system having a concentration sensor of carbon dioxide according to the invention is characterized in that the ion particles of the measuring fluid is moved to the second micropores through the nanopores.
본 발명에 따른 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템은, 상기 측정 유체의 이온 입자가 상기 나노포어와 상기 제 1 마이크로포어 및 제 2 마이크로포어의 농도 기울기(concentration gradient)를 통한 확산 흐름으로 이동되는 것을 특징으로 한다.
According to the present invention, there is provided a measurement system comprising a concentration sensor for carbon dioxide, wherein ion particles of the measurement fluid move in a diffusion flow through a concentration gradient of the nanopores and the first micropores and the second micropores. It is characterized by.
본 발명에 따른 확산 흐름을 이용한 적어도 하나 이상의 포어 구조체를 포함하여 구성되는 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템은, 각각의 상기 포어 구조체가, 이산화탄소를 함유하는 측정 유체를 공급하는 기판의 상측에 중공 형태로 형성된 나노포어; 상기 나노포어의 양단으로부터 단차지게 형성되고, 상기 나노포어 보다 직경이 큰 제 1 마이크로포어; 및 상기 제 1 마이크로포어의 양단으로부터 단차지게 형성되고, 상기 제 1 마이크로포어 보다 직경이 큰 제 2 마이크로포어;를 포함하고, 상기 기판의 하측에는 상기 측정 유체의 이온 농도보다 낮은 기준 유체를 공급하는 것을 특징으로 한다.
A measurement system comprising a concentration measurement sensor of carbon dioxide comprising at least one pore structure using a diffusion flow according to the present invention, each of the pore structures on the upper side of the substrate for supplying a measurement fluid containing carbon dioxide Nanopores formed in a hollow form; A first micropore formed stepwise from both ends of the nanopore and having a diameter larger than that of the nanopore; And a second micropore formed stepped from both ends of the first micropores, the second micropores having a larger diameter than the first micropores, and supplying a reference fluid lower than an ion concentration of the measurement fluid to the lower side of the substrate. It is characterized by.
본 발명에 따른 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템을 이용한 이산화탄소 검출방법은, 이산화탄소의 농도 측정센서로 분리된 챔버의 제 1 영역 및 제 2 영역에 측정 유체 및 상기 측정 유체의 이온 농도보다 낮은 기준 유체를 각각 공급하는 제 1 단계; 상기 이산화탄소의 농도 측정센서에 구비된 포어 구조체를 통해 상기 제 1 영역에서 상기 제 2 영역으로 이동하는 이온 입자로 전기적 신호를 검출하는 제 2 단계; 및 상기 검출된 전기적 신호에 근거하여 상기 측정 유체에 함유된 이산화탄소를 검출하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Carbon dioxide detection method using a measurement system having a concentration sensor of carbon dioxide according to the present invention, the first and second regions of the chamber separated by the concentration sensor of carbon dioxide is lower than the ion concentration of the measurement fluid and the measurement fluid A first step of supplying reference fluids respectively; A second step of detecting an electrical signal with ion particles moving from the first region to the second region through a pore structure provided in the carbon dioxide concentration sensor; And a third step of detecting carbon dioxide contained in the measurement fluid based on the detected electrical signal.
본 발명에 따른 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템을 이용한 이산화탄소 검출방법은, 상기 제 2 단계에서 검출되는 전기적 신호는 상기 제 2 영역에서 상기 제 1 영역으로 유동하는 이온 전류량인 것을 특징으로 한다.
Carbon dioxide detection method using a measurement system having a concentration measurement sensor of carbon dioxide according to the present invention, the electrical signal detected in the second step is characterized in that the ion current flowing from the second region to the first region. .
본 발명에 따른 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템을 이용한 이산화탄소 검출방법은, 상기 측정 유체에 함유되는 이산화탄소의 양이 증가하면 상기 이온 전류량은 증가하는 것을 특징으로 한다.
Carbon dioxide detection method using a measuring system having a concentration measurement sensor of carbon dioxide according to the present invention, characterized in that the ion current amount increases when the amount of carbon dioxide contained in the measurement fluid increases.
본 발명에 따른 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템을 이용한 이산화탄소 검출방법은, 상기 측정 유체에 이산화탄소 농도와 상기 기준 유체의 이산화탄소 농도가 동일하면, 상기 이온 전류량은 검출되지 않는 것을 특징으로 한다.
The method for detecting carbon dioxide using a measurement system having a concentration sensor for carbon dioxide according to the present invention is characterized in that the ion current amount is not detected if the carbon dioxide concentration is equal to that of the reference fluid.
본 발명에 따른 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템을 이용한 이산화탄소 검출방법은, 상기 측정 유체의 이온 입자의 이동은 상기 포어 구조체의 농도 기울기(concentration gradient)를 통한 확산 흐름으로 수행되는 것을 특징으로 한다.
Carbon dioxide detection method using a measurement system having a concentration sensor of the carbon dioxide according to the present invention, the movement of the ion particles of the measuring fluid is characterized in that the diffusion flow through the concentration gradient (concentration gradient) of the pore structure do.
본 발명의 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비한 측정 시스템에 따르면, 이산화탄소의 농도 측정센서의 기판에 형성된 나노포어(nanopore)와 마이크로포어(micropore) 사이의 농도 기울기(concentration gradient)를 이용함으로써, 외부 전원 공급없이 나노포어를 통해 유입되는 측정 유체 내에 포함되어 있는 이산화탄소를 검출할 수 있는 이점이 있다.
According to the measurement system having a concentration measurement sensor of carbon dioxide of the present invention, by using the concentration gradient between the nanopore (nanopore) and micropore (micropore) formed on the substrate of the carbon dioxide concentration sensor, the external power source There is an advantage that can detect the carbon dioxide contained in the measurement fluid flowing through the nanopore without supply.
또한, 본 발명에 따르면, 측정 유체와 기준 유체 사이에 나노포어를 형성하고, 측정 유체의 이온 농도를 높게 함으로써 측정 유체에 함유된 이온입자가 기준 유체로 이동되기 때문에 외부의 전원 공급 없이 나노포어를 통해 측정 유체의 입자를 이동시킬 수 있는 이점이 있다.
In addition, according to the present invention, the nanopores are formed between the measurement fluid and the reference fluid, and the ion particles contained in the measurement fluid are moved to the reference fluid by increasing the ion concentration of the measurement fluid. There is an advantage that can move the particles of the measuring fluid through.
도 1은 종래의 나노 포어 막 구조를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 포어를 구비하는 포어 구조체를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 포어 구조체를 마이크로포어 측에서 본 광학 현미경 사진을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 포어 구조체의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 예시도이다.
도 6은 이산화탄소의 농도에 따라 검출되는 전류의 양을 예시적으로 나타내는 도면이다.1 is a perspective view showing a conventional nano-pore membrane structure.
Figure 2 is a schematic diagram showing a measurement system having a sensor for measuring the concentration of carbon dioxide according to the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a pore structure having nanopores according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows an optical micrograph of the pore structure according to an embodiment of the present invention from the micropore side.
5 is an exemplary view of a cross section of a pore structure according to an embodiment of the present invention with a scanning electron microscope.
6 is a diagram exemplarily illustrating the amount of current detected according to the concentration of carbon dioxide.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
Embodiments in accordance with the concepts of the present invention can make various changes and have various forms, so that specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in this specification or application. It is to be understood, however, that it is not intended to limit the embodiments according to the concepts of the present invention to the particular forms of disclosure, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprises ",or" having ", or the like, specify that there is a stated feature, number, step, operation, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.
도 2는 본 발명에 따른 확산 흐름을 이용한 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템을 나타내는 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a measuring system having a concentration sensor of carbon dioxide using a diffusion flow according to the present invention.
도시한 바와 같이, 측정 시스템(100)은 이산화탄소의 농도 측정센서(1), 챔버(2) 및 전류량 검출기(3)를 포함할 수 있다.As shown, the
챔버(2)에는 측정 유체(6)가 수용되는 제 1 영역(4)과 이 측정 유체(6)보다 이온 농도가 낮은 기준 유체(7)가 수용되는 제 2 영역(5)으로 구분되어 있고, 제 1 영역(4)과 제 2 영역(5) 사이에는 이산화탄소의 농도 측정센서(1)가 장착된다.
The
이산화탄소의 농도 측정센서(1)에는 중공 형태의 관통 홀로서, 포어 구조체(10)가 형성되어 있다. 따라서, 제 1 영역(4)의 측정 유체(6)에 포함된 이온 입자는 이 포어 구조체(10)를 통해 제 2 영역(5)의 기준 유체(7) 측으로 이동하고, 이동되는 이온 입자에 의해 전류량 검출기(3)에서는 측정 유체(6)와 기준 유체(7) 사이에 흐르는 이온 전류를 검출할 수 있다.
The
특히, 측정 유체(6)의 이온 농도를 높게 함으로써, 외부의 전원 공급없이 측정 유체(6)의 이온 입자를 포어 구조체(10)를 통해 이동시킬 수 있다.
In particular, by increasing the ion concentration of the
이때, 측정 유체(6)에 함유된 이산화탄소도 함께 이동되는데, 이동되는 이산화탄소의 양이 많아지면 포어 구조체(10)의 나노포어(20)를 통과하는 이온 입자의 양도 많아지게 되고 그로 인하여 전류량 검출기(3)를 통해 검출되는 전류의 양도 증가하게 된다.
At this time, the carbon dioxide contained in the
또한, 측정 유체(6)에 함유된 이산화탄소의 농도와 기준 유체(7)에 함유된 이산화탄소의 농도가 동일하면, 이온 입자의 이동은 발생하지 않고, 이로 인하여, 전류는 발생하지 않는다.
In addition, when the concentration of carbon dioxide contained in the
따라서, 전류량 검출기(3)를 통한 전류의 양을 측정함으로써 측정 유체(6) 내에 포함된 이산화탄소를 검출할 수 있다.
Therefore, the carbon dioxide contained in the
도 3도 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 포어를 구비하는 이산화탄소의 농도 측정센서를 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a sensor for measuring the concentration of carbon dioxide having nanopores according to an embodiment of the present invention.
도시한 바와 같이, 확산 흐름을 이용한 이산화탄소의 농도 측정센서(1)에 있어서의 포어 구조체(10)는 측정 유체를 공급하는 기판의 상측에 중공 형태로 형성된 나노포어(20), 나노포어(20)의 양단으로부터 단차지게 형성되고, 나노포어(20) 보다 직경이 큰 제 1 마이크로포어(30)를 포함한다.As shown, the
또한, 제 1 마이크로포어(30)의 양단으로부터 단차지게 형성되고, 제 1 마이크로포어(30) 보다 직경이 큰 제 2 마이크로포어(40)를 포함할 수 있으며, 기판의 하측에는 기준 유체가 공급될 수 있다.
In addition, it may include a
본 발명에 있어서, 나노포어(20)의 직경은 175㎚, 제 1 마이크로포어(30)의 직경은 2.0㎛, 그리고 제 2 마이크로포어(40)의 직경은 100㎛인 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 나노포어(20)는 형태에 따라 콘(깔대기) 형, 원형, 또는 사각형 형태 등 다향한 형태로 이루어질 수 있다.
In the present invention, it is preferable that the diameter of the
또한, 기판의 하측에 공급되는 기준 유체는 기판의 상측에 공급되는 측정 유체보다 낮은 이온 농도를 함유할 수 있다. 따라서, 측정 유체의 이온 입자는 나노포어(20)를 통해 제 2 마이크로포어(40)로 이동될 수 있으며, 특히, 측정 유체의 이온 입자는 나노포어(20)와 제 1 마이크로포어(30) 및 제 2 마이크로포어(40)의 농도 기울기(concentration gradient)를 통해 확산 흐름(Diffusive flow)으로 이동된다.
In addition, the reference fluid supplied to the lower side of the substrate may contain lower ion concentrations than the measurement fluid supplied to the upper side of the substrate. Thus, the ion particles of the measurement fluid may be moved to the
기판은 도시하지는 않았지만, 소자층, SiO2 매립층 및 P형 핸들 웨이퍼로 이루어지는 SOI(Silicon-On-Insulator) 웨이퍼일 수 있으며, 특히, 하나의 기판에는 나노포어(20)를 포함하는 다수의 포어 구조체가 형성될 수 있다.
Although not shown, the substrate may be a silicon-on-insulator (SOI) wafer consisting of a device layer, a SiO 2 buried layer, and a P-type handle wafer, and in particular, a plurality of pore
본 발명에 따른 나노포어(nanopore)는 2개의 리소그래피 단계 및 3개의 에칭 단계를 이용하여 SOI(silicon-on-insulator) 웨이퍼 상에 제조한다.A nanopore according to the present invention is fabricated on a silicon-on-insulator (SOI) wafer using two lithography steps and three etching steps.
1) 샘플은 340㎚ 소자층, 1㎛ 두께의 SiO2 매립층 및 450㎛ 두께의 P형 핸들 웨이퍼를 가지는 양면이 사용가능한, 연마된 100㎜ 직경의 SOI(silicon-on-insulator) 웨이퍼를 사용한다.1) samples use polished 100 mm diameter silicon-on-insulator (SOI) wafers with a 340 nm device layer, a 1 탆 thick SiO 2 buried layer and a 450 탆 thick p-type handle wafer, both sides of which can be used .
2) 소자층을 에칭하기 위해 60분 동안 1000℃로 건식 산화 분위기에서 60㎚ SiO2 층을 열 성장시켜 하드 마스크로 기능한다.2) A 60 nm SiO 2 layer is thermally grown in a dry oxidation atmosphere at 1000 캜 for 60 minutes to etch the device layer to function as a hard mask.
3) 소자층은 100㎚의 필름 두께를 얻기 위해 5,000rpm으로 메톡시벤젠(methoxybenzene)에 3% PPMA(poly(methyl methacrylate))으로 스핀코팅 되었다. PPMA는 핫 플레이트 상에서 15분 동안 175℃로 소프트 베이크된다.3) The device layer was spin-coated with 3% poly (methyl methacrylate) in methoxybenzene at 5,000rpm to obtain a film thickness of 100nm. PPMA is soft baked at 175 ° C. for 15 minutes on a hot plate.
4) 서클을 패턴하기 위해 전자 빔 리소그래피(Electron beam lithography, EBL)가 사용되고 이후 패턴이 성장된다.4) Electron beam lithography (EBL) is used to pattern the circles and then the pattern is grown.
5) PPMA 내의 개구(opening)는 반응성 이온 식각(reactive ion etching, RIE)에 의해 SiO2 하드 마스크로 전달된다.5) The opening in the PPMA is transferred to the SiO 2 hard mask by reactive ion etching (RIE).
6) 일반 에칭 설비를 이용하여 500W 코일 전원, 50W 플래턴 전원 및 2분 동안 Cl2의 10sccm으로 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP) RIE에서 SiO2 하드 마스크를 활용함으로써, 상부 실리콘 소자층이 에칭된다.
6) By utilizing a SiO 2 hard mask in the ICP (inductively coupled plasma, ICP) RIE with 500W Coil Power Using general etching equipment, 50W platen power and 2 10sccm of Cl 2 for a minute, the upper silicon device layer Is etched.
이후, 웨이퍼의 후면 측 공정을 수행한다.Then, the back side process of the wafer is performed.
7) 웨이퍼의 후면은 2,500rpm에서 AZ4620으로 스핀 코팅되고 핫 플레이트 상에서 90초 동안 90℃로 소프트 베이크된다.7) The backside of the wafer was spin coated at 2500 rpm to AZ4620 and soft baked on a hot plate at 90 ° C for 90 seconds.
8) 소자 측 서클의 맞은편에 수직으로 100㎛ 서클 패턴을 형성하도록, 참고 정렬 마커(reference alignment marker)로서 전면 측에 EBL을 통해 패턴된 특징을 활용함으로써, 후면 포토리소그래피가 완료된다.8) Back-side photolithography is completed by utilizing patterned features through the EBL on the front side as reference alignment markers, so as to form a 100 [mu] m circle pattern perpendicular to the element side circle.
9) 핸들 웨이퍼는 보쉬(Bosch) 공정을 이용하여 SF6 및 C4F8로 DRIE(deep reactive ion etcher)에서 식각된다.9) The handle wafer is etched in DRIE (deep reactive ion etcher) with SF 6 and C 4 F 8 using the Bosch process.
10) 그리고 나서 후면 측은 AZ4620으로 스핀 코팅되고 100㎛ 애퍼쳐를 채우기 위해 소프트 베이크 된다.10) The back side is then spin-coated with AZ4620 and soft baked to fill the 100 μm aperture.
11) 상부측 애퍼쳐를 통해 매립된 SiO2를 식각하기 위해 완화된 산화물 에칭제(20:1)에 웨이퍼를 담근다.11) The wafer is immersed in a relaxed oxide etchant (20: 1) to etch the buried SiO 2 through the upper side aperture.
12) 그리고 나서 SiO2의 층을 성장시키기 위해 웨이퍼를 열산화 퍼니스 내에 위치시킨다. 열산화 공정은 등각이며; 따라서 필름은 포어의 측벽에서 성장하고, 포어의 직경을 제어 가능하게 감소시킨다.
12) The wafer is then placed in a thermal oxidation furnace to grow a layer of SiO 2 . The thermal oxidation process is conformal; The film thus grows on the sidewalls of the pore and controllably reduces the diameter of the pore.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 포어 구조체를 마이크로포어 측에서 본 광학 현미경 사진을 나타낸 것으로, 특히 100㎛의 직경과 2㎛이하의 직경이 서로 연결된 영역을 가지는 후면 측 마이크로포어의 광학 현미경 사진을 나타낸다. 또한, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 포어 구조체의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 예시도로 40㎚ 나노포어의 단면의 SEM 이미지를 나타낸다. 나노포어 아래의 넓은 영역은 2㎛이하의 연결된 영역, 즉, 마이크로포어와 연결되는 영역을 나타낸다.
Figure 4 shows an optical micrograph of the pore structure according to the embodiment of the present invention from the micropore side, in particular the optical micrograph of the back side micropores having a region of 100 ㎛ diameter and less than 2 ㎛ diameter connected to each other Indicates. In addition, Figure 5 shows an SEM image of the cross-section of the 40nm nanopore as an illustration of the cross-sectional view of the pore structure according to an embodiment of the present invention by a scanning electron microscope. The large region below the nanopore represents a connected region of 2 탆 or less, that is, a region connected to the micropores.
상술한 바와 같이, 나노포어(20)와 마이크로포어(30, 40) 사이의 농도 기울기에 의한 확산 흐름을 이용함으로써 측정 유체에 함유된 이온입자가 이온 농도가 낮은 기준 유체 측으로 이동함으로써 변화되는 이온 전류를 측정하고, 측정된 이온 전류를 통해 측정 유체의 이산화탄소 농도 등을 검출할 수 있다.
As described above, by using the diffusion flow due to the concentration gradient between the
도 6의 a 및 b는 이산화탄소의 농도에 따라 검출되는 전류-시간 특성을 예시적으로 나타내는 도면이다. 도면을 참조하면, 측정 유체에 포함된 이산화탄소의 농가 낮으면 도 5의 a에 나타낸 바와 같이, 전류의 양이 작게 측정된다. 반면에, 도 5의 b에 나타낸 바와 같이, 이산화탄소의 농도가 높으면 검출되는 전류의 양도 크게 검출된다.
6A and 6B are diagrams illustrating current-time characteristics detected according to the concentration of carbon dioxide. Referring to the drawing, when the concentration of carbon dioxide contained in the measurement fluid is low, as shown in FIG. 5A, the amount of current is measured to be small. On the other hand, as shown in b of FIG. 5, when the concentration of carbon dioxide is high, the amount of current detected is also largely detected.
측정 유체에 포함된 이산화탄소의 농도가 기준 유체에 포함된 이산화탄소의 농도와 동일하면, 전류는 발생하지 않게 된다. 따라서, 본 발명에서는 별도의 에너지, 즉 외부 전원의 인가 없이도 입자의 흐름을 유도함으로써 이산화탄소의 농도를 측정할 수 있는 특징이 있다.
If the concentration of carbon dioxide contained in the measurement fluid is the same as the concentration of carbon dioxide contained in the reference fluid, no current is generated. Therefore, in the present invention, there is a characteristic that the concentration of carbon dioxide can be measured by inducing the flow of particles without applying additional energy, that is, an external power source.
특히, 이산화탄소가 유체에 용해되면 이온의 양이 증가하면서 산성을 띠게되며(이산화탄소 용해로 인한 산성 이온의 증가), 기준 유체와 측정 유체의 이온 농도 차로 인하여 전류가 발생하게 된다. 따라서, 해저지중에 매립한 이산화탄소가 누출되는 경우, 본 발명의 측정시스템을 적용함으로써 이산화탄소의 누출을 센싱할 수 있는 특징이 있다.
In particular, when carbon dioxide is dissolved in a fluid, the amount of ions increases and becomes acidic (the increase of acidic ions due to carbon dioxide dissolution), and an electric current is generated due to the difference in ion concentration between the reference fluid and the measurement fluid. Therefore, when the carbon dioxide buried in the seabed leaks, there is a feature that can detect the leakage of carbon dioxide by applying the measurement system of the present invention.
따라서, 본 발명에 따르면 테스트 샘플의 흐름을 생성하기 위해 외부 유닛을 필요로 하지 않는, 간단하고 휴대용의 랩-온-칩 디바이스에 본 발명을 적용할 수 있는 특징이 있다.
Thus, according to the present invention there is a feature that the present invention can be applied to a simple and portable wrap-on-chip device that does not require an external unit to generate a flow of test samples.
상기 본 발명의 내용은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. will be. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
1 : 이산화탄소의 농도 측정센서 2 : 챔버
3 : 전류량 검출기 10 : 포어 구조체
20 : 나노포어 30 : 제 1 마이크로포어
40 : 제 2 마이크로포어1: concentration sensor of carbon dioxide 2: chamber
3: current amount detector 10: pore structure
20: nanopore 30: first micropore
40: second micropores
Claims (12)
측정 유체와 기준 유체가 수용되는 챔버;
상기 챔버 내에 장착되고, 상기 측정 유체가 수용되는 제 1 영역과 상기 기준 유체가 수용되는 제 2 영역을 분리하는 이산화탄소의 농도 측정센서; 및
상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역에 연결되어 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이의 이온 전류를 검출하는 전류량 검출기;를 포함하고,
상기 기준 유체는 상기 측정 유체보다 낮은 이온 농도를 함유하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템.
A measurement system comprising a concentration sensor of carbon dioxide using a diffusion flow,
A chamber in which the measurement fluid and the reference fluid are received;
A concentration sensor of carbon dioxide mounted in the chamber and separating a first region in which the measurement fluid is received and a second region in which the reference fluid is received; And
And a current amount detector connected to the first region and the second region to detect ion current between the first region and the second region.
And the reference fluid contains a lower ion concentration than the measurement fluid.
상기 이산화탄소의 농도 측정센서는,
측정 유체를 공급하는 기판의 상측에 중공 형태로 형성된 나노포어;
상기 나노포어의 양단으로부터 단차지게 형성되고, 상기 나노포어 보다 직경이 큰 제 1 마이크로포어; 및
상기 제 1 마이크로포어의 양단으로부터 단차지게 형성되고, 상기 제 1 마이크로포어 보다 직경이 큰 제 2 마이크로포어;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템.
The method of claim 1,
The concentration sensor of the carbon dioxide,
Nanopores formed in a hollow form on the upper side of the substrate for supplying a measurement fluid;
A first micropore formed stepwise from both ends of the nanopore and having a diameter larger than that of the nanopore; And
And a second micropore formed stepped from both ends of the first micropores, the second micropores having a diameter larger than the first micropores.
상기 기판은 소자층, SiO2 매립층 및 P형 핸들 웨이퍼로 이루어지는 SOI(Silicon-On-Insulator) 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템.
3. The method of claim 2,
And the substrate is a silicon-on-insulator (SOI) wafer comprising an element layer, a SiO 2 buried layer, and a P-type handle wafer.
상기 측정 유체의 이온 입자는 상기 나노포어를 통해 상기 제 2 마이크로포어로 이동되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템.
3. The method of claim 2,
And the ion particles of the measurement fluid move to the second micropores through the nanopores.
상기 측정 유체의 이온 입자는 상기 나노포어와 상기 제 1 마이크로포어 및 제 2 마이크로포어의 농도 기울기(concentration gradient)를 통한 확산 흐름으로 이동되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템.
The method of claim 5, wherein
And the ion particles of the measurement fluid are transferred to a diffusion flow through a concentration gradient of the nanopores, the first micropores and the second micropores.
각각의 상기 포어 구조체는,
이산화탄소를 함유하는 측정 유체를 공급하는 기판의 상측에 중공 형태로 형성된 나노포어;
상기 나노포어의 양단으로부터 단차지게 형성되고, 상기 나노포어 보다 직경이 큰 제 1 마이크로포어; 및
상기 제 1 마이크로포어의 양단으로부터 단차지게 형성되고, 상기 제 1 마이크로포어 보다 직경이 큰 제 2 마이크로포어;를 포함하고,
상기 기판의 하측에는 상기 측정 유체의 이온 농도보다 낮은 기준 유체를 공급하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템.
A measurement system comprising a concentration sensor of carbon dioxide comprising at least one pore structure using a diffusion flow,
Each of the pore structures
Nanopores formed in a hollow form on the upper side of the substrate for supplying a measurement fluid containing carbon dioxide;
A first micropore formed stepwise from both ends of the nanopore and having a diameter larger than that of the nanopore; And
And a second micropore formed stepped from both ends of the first micropores, the second micropores having a larger diameter than the first micropores.
And a concentration measuring sensor of carbon dioxide below the substrate, the reference fluid being lower than the ion concentration of the measuring fluid.
이산화탄소의 농도 측정센서로 분리된 챔버의 제 1 영역 및 제 2 영역에 측정 유체 및 상기 측정 유체의 이온 농도보다 낮은 기준 유체를 각각 공급하는 제 1 단계;
상기 이산화탄소의 농도 측정센서에 구비된 포어 구조체를 통해 상기 제 1 영역에서 상기 제 2 영역으로 이동하는 이온 입자로 전기적 신호를 검출하는 제 2 단계; 및
상기 검출된 전기적 신호에 근거하여 상기 측정 유체에 함유된 이산화탄소를 검출하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템을 이용한 이산화탄소 검출방법.
In the carbon dioxide detection method using a measurement system having a concentration measurement sensor of carbon dioxide,
A first step of respectively supplying a measurement fluid and a reference fluid lower than an ion concentration of the measurement fluid to the first and second areas of the chamber separated by the concentration measurement sensor of carbon dioxide;
A second step of detecting an electrical signal with ion particles moving from the first region to the second region through a pore structure provided in the carbon dioxide concentration sensor; And
And a third step of detecting carbon dioxide contained in the measurement fluid based on the detected electrical signal. 2.
상기 제 2 단계에서 검출되는 전기적 신호는 상기 제 2 영역에서 상기 제 1 영역으로 유동하는 이온 전류량인 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템을 이용한 이산화탄소 검출방법.
The method of claim 8,
The electrical signal detected in the second step is the amount of ion current flowing from the second region to the first region, carbon dioxide detection method using a measurement system having a concentration measurement sensor of carbon dioxide.
상기 측정 유체에 함유되는 이산화탄소의 양이 증가하면 상기 이온 전류량은 증가하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템을 이용한 이산화탄소 검출방법.
The method of claim 9,
The ion current amount increases if the amount of carbon dioxide contained in the measurement fluid increases, the carbon dioxide detection method using a measurement system having a concentration measurement sensor of carbon dioxide.
상기 측정 유체에 이산화탄소 농도와 상기 기준 유체의 이산화탄소 농도가 동일하면, 상기 이온 전류량은 검출되지 않는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템을 이용한 이산화탄소 검출방법.
The method of claim 9,
When the carbon dioxide concentration is the same as the carbon dioxide concentration of the reference fluid in the measurement fluid, the ion current amount is not detected, the carbon dioxide detection method using a measurement system having a concentration measurement sensor of carbon dioxide.
상기 측정 유체의 이온 입자의 이동은 상기 포어 구조체의 농도 기울기(concentration gradient)를 통한 확산 흐름으로 수행되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 농도 측정센서를 구비하는 측정 시스템을 이용한 이산화탄소 검출방법.The method of claim 8,
The movement of the ion particles of the measurement fluid is a carbon dioxide detection method using a measurement system having a concentration measurement sensor of carbon dioxide, characterized in that the diffusion flow through the concentration gradient (concentration gradient) of the pore structure.
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|---|---|---|---|---|
| CN109459373A (en) * | 2018-11-08 | 2019-03-12 | 海南大学 | A kind of super-elasticity particle modulus of shearing detection device and method based on nano-pore |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009250638A (en) | 2008-04-01 | 2009-10-29 | Yazaki Corp | Gas concentration detector |
| JP2011501806A (en) * | 2007-10-02 | 2011-01-13 | プレジデント アンド フェロウズ オブ ハーバード カレッジ | Molecular capture, recapture and trapping by nanopores |
| KR20110018763A (en) * | 2009-08-18 | 2011-02-24 | 삼성전자주식회사 | Method and apparatus for fixing a target molecule on a substrate |
| KR20120065934A (en) * | 2010-12-13 | 2012-06-21 | 삼성전자주식회사 | Nanosenser and method for manufacturing the same |
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2012
- 2012-08-03 KR KR1020120085449A patent/KR101369937B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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| KR20140018763A (en) | 2014-02-13 |
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