KR101407517B1 - 입자 민감성/방사선 민감성 장치 - Google Patents
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Abstract
핀(405)을 매개로 시트(sheet)(402)를 개구 제조 장치에 부착하기 위한 아일릿(404)을 함유하는 4개의 아암(403)을 갖는, 사출 성형된 십자형 폴리우레탄 시트(402)에 변형가능한 개구를 제조하기 위한 장치(401)가 제공된다. 상기 장치(401)는 기계적 액츄에이터(408)와 연결된 예리한 프로브(407) 및 기계적 액츄에이터(410)와 연결되고 상기 시트(402)의 반대편 상에 상기 예리한 프로브(407)와 정반대에 위치한 엘라스토머 지지 성분(409)을 포함한다. 상기 엘라스토머 지지 성분(409)은 전해질 유체(413)로 채워진 공동(411)을 갖는 스테인리스강 금속 막대를 포함한다. 상기 기계적 액츄에이터(408)는 시트(402) 면에 수직으로 왕복하여(to and fro) 예리한 프로브(407)의 정확한 기계적 작동이 가능하도록 설정되어 있다. 유사하게, 상기 기계적 액츄에이터(410)는 시트(402) 면에 수직으로 왕복하여 엘라스토머 지지 성분(409)의 정확한 기계적 작동이 가능하도록 설정되어 있다. 각각의 액츄에이터(408 및 410)에 차례로 컴퓨터(15)에 연결되어 제어되는 액츄에이터 제어기(414)가 연결된다. 상기 예리한 프로브(407) 및 상기 엘라스토머 지지 성분(409)은 둘 다 전압 클램핑 전류 신호 탐지기(416)에 연결된다. 개구를 제조하는 동안, 상기 엘라스토머 지지 성분(409)은 시트(402)의 탄성 반동(elastic recoil)의 정도(degree)를 조절하는 데에 사용되고, 1회 이상 1개 이상의 미리 정해진 위치로 조절되어 개구의 제조 이전, 도중 또는 이후에 기계적 상태조절을 달성할 수 있다.
Description
본 발명은 일반적으로, 조절가능한 엘라스토머 개구(apertures)를 함유하는 조절가능한 엘라스토머 재료를 포함하는 입자 민감성 또는 방사선 민감성 장치, 및 이러한 조절가능한 엘라스토머 개구의 제조방법 및 입자 및/또는 방사선을 탐지, 측정 또는 제어하기 위한 이러한 조절가능한 엘라스토머 개구의 사용방법에 관한 것이다.
물질(matter) 및/또는 방사선을 탐지, 측정 또는 제어하는 것은 자연 세상 및 발명 세계에서 본질적인 테마이다. 그러나, 물질 및 방사선은 열역학적으로 소산될 수 밖에 없어 용기(vessels), 멤브레인 및 도관(conduits)의 경계는 재료 및/또는 방사선을 구속하고 함유하는 수단을 제공한다. 물질 및/또는 방사선의 소산을 제한하는 경계를 실질적으로 불침투성(impervious), 불투과성(impermeable) 또는 불투명성(opaque)이라고 한다. 개구는 경계의 한쪽으로부터 다른쪽으로의 물질 및/또는 방사선의 통로를 가능하게 하는 불침투성, 불투과성 또는 불투명성 매체를 통과하는 통로이다. 따라서 개구들은 물질 및/또는 방사선의 통로가 생성되는 초점을 제공하기 때문에 물질 및/또는 방사선을 탐지, 측정 또는 제어하는 데에 사용될 수 있고 이것들을 관찰하는 메커니즘은 잘 알려져 있다.
전하를 가지는 이동하는 입자들은 전류를 형성할 수 있고 전하를 띤 입자를 측정 또는 제어하는 데에 개구가 사용될 수 있다. 전해질로 채워진 개구를 통과하는 이온의 전기적 경로의 전기적 관찰은 코울터 계수기(Coulter counter)라고 불리는 입자 감지 장치로서 사용할 목적으로 US2656508에 최초로 개시되었는데, 이것은 2개의 실질적으로 분리된 전기전도성 이온 유체 저장조를 포함한다. 2개의 저장조는 실질적으로 전기절연성인 장벽(barrier)에 의해 서로 분리되어 있고 그 장벽에는 대략적인 크기의 입자들이 통과하여 상기 저장조 사이를 이동할 수 있는 개구가 존재한다. 각각의 저장조에 위치한 전극은 전극 사이에 전압차 또는 전압을 가하여 개구를 통한 이온의 전류를 생성하는 수단을 제공한다. 따라서 개구에 일시적으로 흡장되는 입자는 저항 펄스 감지(resistive pulse sensing)라고 지칭되는 기술에서 전기적 신호의 모니터링에 의해 탐지될 수 있다. 대략적인 크기의 입자에 의한 개구의 일시적이고 부분적인 흡장은 전류 진폭의 변화 및 봉쇄 발생의 지속 시간의 측정으로 특징지어질 수 있는 이온 흐름의 봉쇄(blockades)를 초래한다. 이러한 파라미터는 개구 및 흡장 입자의 유체역학적 기하구조 및 물리적 특성과 관련될 수 있고, 봉쇄 진동수와 함께 정량적 분석에 사용될 수 있다(Bayley et al., “Resistive Pulse Sensing - From Microbes to Molecules” Chem. Rev., 100, 2575-2594, 2000). 개구에 맞지 않는 입자는 봉쇄를 일으키는 경향이 있는 반면에, 개구 부피의 2%보다 작은 입자는 이온 전류 흐름의 주변 전기적 노이즈(background electrical noise)와 차별되기에 너무 작은 봉쇄 신호를 발생시킨다. 코울터 계수 기는 직경 20㎛ 내지 2㎜ 범위의 이산 개수(discrete number)의 고체상태 개구를 사용하여 400㎚ 내지 1㎜ 범위의 다양한 입자 직경을 탐지한다(Bayley et al., “Resistive Pulse Sensing - From Microbes to Molecules” Chem. Rev., 100, 2575-2594, 2000). 분자 스케일 입자의 코울터 유형 분석은 생물학적 기원의 분자 스케일 개구를 사용하여 달성된다. 이러한 개구의 예는 분자를 지질막의 한 쪽으로부터 다른 쪽으로 이동시키기 위하여 생체 세포(living cell)에 의해 사용되는 이온 채널 및 멤브레인 기공(pore)이다(Bayley et al., “Resistive Pulse Sensing - From Microbes to Molecules” Chem. Rev., 100, 2575-2594, 2000). 하나의 예는 박테리아 Staphylococcus aureus에 의해 분비되는 알파-헤몰리신(alpha-hemolysin)이라고 불리우는 독소 기공으로서, 이것은 수용성 단량체로부터 멤브레인 경계 7량체(membrane bound heptamer)로 회합하여 지질막 내에 ~2.0㎚ 직경 개구를 형성한다. 코울터 유형 핵산 입자 분석에 알파-헤몰리신 기공을 적용하는 것은 공표되었고(Kasianowicz et al., “Characterization of individual polynucleotide molecules using a membrane channel” PNAS, 93, 13770-13773, 1996), 상기 문헌은 개구를 가로질러 가해진 전기장이, 지질막에 임베딩되면서, 하나씩 알파-헤몰리신 개구를 통하여 단일 가닥의 핵산 분자들을 촉진시킬 수 있다는 것을 보여 주었다. 개구의 직경은 단일 가닥의 핵산 거대분자(macromolecule)만을 수용할 수 있기 때문에, 거대분자는 선형 사슬로서 개별적으로 개구를 가로질러야 한다. 각각의 거대분자의 탐지된 저항 펄스는 거대분자의 길이와 비례해서 핵산 단편 길이를 측정하는 데에 사용될 수 있다.
나노미터 스케일 개구는 자연적으로 발생된 생물학적 나노기공(nanopores)으로부터 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 무기 나노튜브(Fan et al. “DNA translocation in inorganic nanotubes”, Nano Letters, 5, 1633-1637, 2005) 및 트랙-에칭된(track-etched) 중합체 필름(Mara et al., “An asymmetric polymer nanopore for single molecule detection”, Nano Letters, 4, 497-501, 2004) 같은 고체 상태 재료로부터 또는 고체 상태 재료에서, 박벽 석영 세관(thin-walled quartz capillaries)(Karhanek et al., “Single DNA molecule detection using nanopipettes and nanoparticles”, Nano Letters, 5, 403-407, 2005)으로부터 끌어낸 나노피펫(nanopipettes)으로부터, 실리콘계 멤브레인에 석판술로 조각된(lithographically sculpted) 기공(Li et al., “DNA molecules and configurations in a solid-state nanopore microscope”, Nature Materials, 2 , 611-615, 2003)으로부터, 및 탄소 나노튜브(Ito et al., “Simultaneous determination of the size and surface charge of individual nanoparticles using a carbon nanotube-based Coulter counter”, Analytical Chemistry, 75. 2399-2406, 2003)로부터 제조될 수 있다. 고정된 또는 정적인 기하의 개구 및 이들을 관찰하는 메커니즘이 알려져 있지만, 불과 소수의 것들만이 조절가능한 기하이다.
고정된 기하의 물체들 사이의 레지스트리(registry) 정도를 제어함으로써 효과적인 개구 기하를 규제하는 방법이 개시되었다. GB2208611은 2개의 평행한 중합체 필름 시트에서 제조된 개구의 사용을 개시하는데, 여기서 효과적인 개구 크기의 조절은 평행한 시트에서 개구 사이의 레지스트리 정도를 제어함으로써 만들어진다. US6706203 및 US2003/0080042는 겹쳐져서 단일의 작은 개구를 생성하는 2개의 슬라이딩 고체 상태 결정 또는 세라믹 윈도우 개구를 포함하는 조절가능한 나노기공, 나노토움(nanotome) 및 나노트위저(nanotweezer)를 개시하는데, 여기서 효과적인 개구 기하의 조절은 윈도우들 사이의 레지스트리 정도를 제어함으로써 만들어진다. 1 내지 10 나노미터의 치수로 작동하는 나노미터 스케일의 기계적 작동을 달성하기 위하여 압전(piezoelectric) 작동이 사용된다. US4853618에서, 다양한 크기의 개구를 가지는 코울터 유형 입자 분석 장치가 개시되었는데, 여기서 개구 기하는 정적인 개구로 삽입되는 삽입물의 정확하게 제어되는 삽입, 이에 따른 정적인 개구 기하의 부분적 흡장 및 효과적인 개구 기하의 조절에 의해 조절된다.
개구 기하 자체의 변형에 의한 효과적인 개구 기하의 규제 방법이 개시되었다. GB2337597은 압전 재료 또는 이러한 다른 유연한 재료 내에서 제조한 테이퍼형 오리피스(tapered orifice)를 개시하는데, 이에 의하면 압전 효과에 의한 오리피스의 조절이 동시에 행해지는 상기 개구 기하의 조절에 의하여 봉쇄물의 제거를 가능하게 한다. 이것은 원뿔형 테이퍼에 압전 효과를 통한 초음파 진동을 적용함으로써 코울터 유형 입자 센서로부터 봉쇄물을 제거하는 방법을 제공한다. US3395344는 유연한 재료(탄성 및 고무같은 재료 포함)를 포함하는 변형가능한 개구를 개시하는데, 이러한 유연한 재료는 가열된 철필(stylus)로 성형된 다이어프램을 펀칭하여 제조되는 개구를 사용하는 코울터 유형 장치에서 봉쇄물 또는 부분적 봉쇄물의 제거를 가능하게 하기 위하여 정수압(hydrostatic pressure) 또는 진공하에서 변형할 수 있는 능력을 사용한다. 정수압 또는 진공은 천공 멤브레인의 면에 수직으로(즉 루멘 개구의 축에 평행하게, 그러나 멤브레인 평면 상의 다른 모든 점에 수직으로) 변형 압력을 발휘하여 상기 멤브레인이 변형되면서 부풀게 하여 개구 기하를 조절하여 봉쇄물의 제거를 가능하게 한다. US3395344의 변형가능한 개구는 코울터 계수기의 고정된 기하 개구 대비 몇 가지 이점을 제공하나 입자 및/또는 방사선을 탐지, 측정 또는 제어하기 위하여 특정된 레벨까지 정확하게 열려지는 능력이 부족하다.
PCT/EP2005/053366은 입자 및/또는 전자기 방사선을 탐지, 측정 또는 제어하기 위하여 조절될 수 있는 조절가능한 엘라스토머 개구를 개시한다. 개시된 장치는 가장 전형적으로는 십자형 기하로 예비 절단된 엘라스토머 재료 시트의 관통에 의해 제조된다.
PCT/EP2005053366에 개시된 변형가능한 개구는 몇 가지 불리한 점 및 한계로 문제가 있다.
한 가지 불리한 점은, 균일한 단면의 변형가능한 재료에서 제조되는 조절가능한 엘라스토머 개구는 조절가능한 엘라스토머 개구의 나노미터 스케일 조절을 달성하기 위하여 비싼 높은 정확도의 조절 장치 사용을 요구한다는 것이다.
다른 불리한 점은 (ⅰ) 배치하기에 적당한 형상으로 절단되어야 하는 변형가능한 재료 시트의 사용은 여분의 잘라지는 재료 형태의 낭비 성분을 제공하고, (ⅱ) 시트 재료는 가장 전형적으로는 이방성 인장 응력(line tension)을 제공하는 롤러로 제조되고, 및 (ⅲ) 변형가능한 재료의 시트는, 다양한 두께의 구조물을 생 성하기 위하여 채택되는 복잡한 회합 과정이 요구되므로, 어느 정도의 공차(tolerance) 범위 내에서 특정한 두께를 가지도록 제조된다는 점이다.
예리한 프로브의 관통에 의한 개구의 제조는 한계를 가지는데, 프로브가 엘라스토머 재료를 관통하고 뒤이어 변형된 엘라스토머가 탄성적으로 반동되므로 변형가능한 재료의 엘라스토머 성질이 개구를 제어불가능하게 제조되게 하기 때문이다.
다른 불리한 점은 엘라스토머 재료의 변형 특성이 변형 시에 Mullins 효과(Myllins effect)(Mullins L. “Softening of rubber by deformation”Rubber Chem. Tech. 42, 339-362, 1969)라고 알려진 현상에서 심각한 구조 변화를 겪어 이것이 조절가능한 엘라스토머 개구에서 Mullins 효과를 수용, 완화 및 이용하는 장치 및 방법이 채택되도록 요구한다는 점이다.
다른 불리한 점은 조절가능한 엘라스토머 개구의 경우 유체에 현탁되는 입자를 분석하기 위한 유체 핸들링 능력이 개발되지 않았고, 유체상 입자 분석을 수월하게 하기 위하여 이러한 유체 핸들링 능력이 요구된다는 점이다.
따라서, 복수의 스케일에 걸쳐 입자 및/또는 방사선을 탐지, 측정 또는 제어할 목적으로 기계적으로 단순하고 조절가능한 엘라스토머 개구가 쉽게 제조되고 특정지어지는 새로운 유형의 개선된 조절가능한 엘라스토머 개구를 개발하는 것이 바람직하다.
비싸지 않은 재료로부터 쉽게 제조되는 조절가능한 엘라스토머 개구를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 본 발명은 일반적으로, 조절가능한 엘라스토머 개 구를 함유하는 조절가능한 엘라스토머 재료를 혼입하는 입자 민감성 또는 방사선 민감성 장치 및 이러한 조절가능한 엘라스토머 개구의 제조방법, 및 입자 및/또는 방사선을 탐지, 측정 또는 제어하기 위한 이러한 조절가능한 엘라스토머 개구의 사용방법과 관련된다.
본 발명의 일 태양에 따라, 관통되어 입자 및/또는 방사선에 경로를 제공하는 개구를 형성하기에 적합한 엘라스토머 격벽부를 함유하는 조절가능한 엘라스토머 재료, 및 상기 격벽부를 조절하여 상기 개구에 의하여 제공되는 상기 경로의 하나 이상의 파라미터를 변화시키기 위한 조절 수단을 포함하는 입자 민감성 및/또는 방사선 민감성 장치가 제공된다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 격벽부는 상기 재료의 주위부(surrounding portion)보다 크거나 작은 두께를 가지는 상기 재료의 멤브레인부(membrane portion)를 포함하고, 상기 재료의 주위부는 유리하게는 웰(well)을 형성하기 위하여 상기 멤브레인부를 밀봉하는(enclosing) 상승된 림(rim) 형태이다.
하나 이상의 구멍(hole)은 상기 격벽부의 관통에 앞서 상기 재료를 통하는 유체 경로를 제공하기 위하여 상기 격벽부를 함유하지 않는 상기 재료의 부분을 통하여 확장되는 것이 또한 바람직하다. 상기 구멍 또는 각각의 구멍이 상기 구멍을 둘러싸는(surrounding) 웰을 형성하기 위하여 상기 구멍을 밀봉하는 상승된 림에 의하여 둘러싸일 수 있다.
유리하게는 상기 조절 수단은 탈착가능하게 상기 조절가능한 엘라스토머 재료에 부착될 수 있어 상기 격벽부를 조절하여 상기 개구에 의하여 제공되는 상기 경로의 하나 이상의 파라미터를 변화시킨다.
본 발명의 다른 태양에 따라, 변형가능한 재료에 변형가능한 개구를 제조하기 위한 장치로서, 상기 장치가 변형가능한 재료를 강제로 관통시켜 상기 변형가능한 재료에 공간(vacancy)을 형성시키고 이것을 통해 상기 변형가능한 재료의 한 쪽 면으로부터 다른 면까지 연속적인 경로가 연장되게 하는 프로브, 및 상기 변형가능한 재료를 지지하여 상기 변형가능한 재료의 관통에 상기 프로브에 의해 발휘되는 힘의 반대 방향으로 기계적 저항을 제공하는 엘라스토머 지지 성분을 포함하는 장치가 제공된다.
조절가능한 엘라스토머 재료의 비관통된 공막(blank membrane)은 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는 엘라스토머 재료로부터 형성된다: 중합체; 천연 및 합성 고무; 엘라스토머 재료; 천연 중합체, 단백질, 폴리펩티드, 다당류; 플라스틱; 도핑된 전도성 플라스틱(doped conducting plastics); 탄화수소 플라스틱; 퍼플루오로카본 플라스틱; 라텍스 재료; 열가소성 변형가능한 재료; 열가소성 폴리우레탄(에테르 및 에스테르) 변형가능한 재료; 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 시클릭 올레핀을 포함하는 올레핀계 변형가능한 재료; 스티렌계 변형가능한 재료; 폴리아미드계 변형가능한 재료; 폴리에스테르계 변형가능한 재료; 니트릴계 변형가능한 재료; 에틸렌 클로라이드 공중합체 가교 결합된 합금; 실리콘 변형가능한 재료; 반도체계 재료; 실리케이트; 실리콘; 도핑된 실리콘; 금속; 또는 금속 합금; 압전 재료, 및 압전 세라믹. 상기 변형가능한 개구는 또한 하나 이상의 이러한 재료들의 조합으로부터 만들어지는 복합 변형가능한 재료에 의해 정의될 수 있다.
조절가능한 엘라스토머 재료의 상기 비관통된 공막은 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는 공정에 의해 3차원 기하로 형성된다: 성형(moulding), 사출 성형; 블로우 성형; 압축 성형; 압출 사출 성형; 엠보싱; 핫 엠보싱; 스탬핑; 캐스팅; 에칭; 리소그래피(lithography); 포토리소그래피(photolithography); 카빙(carving); 커팅; 밀링; 이온 밀링; 중합(polymerising); 애피택셜 성장(epitaxial growth); 또는 상기 설명된 공정들의 임의의 조합.
조절가능한 재료의 상기 비관통된 공막은 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는 임의의 일반적인 3차원 기하일 수 있다: 입방형(cubic) 기하; 사방형(rhombic) 기하; 직사방형(orthorhombic) 기하; 평면형(planar) 기하; 비대칭 평면형 기하; 대칭 평면형 기하; 2개의 대칭축을 가진 평면형 기하; 3개의 대칭축을 가진 평면형 기하; 4개의 대칭축을 가진 대칭 평면형 기하; 5개의 대칭축을 가진 대칭 평면형 기하; 다양한 단면 두께의 기하; 다양한 단면 두께의 평면 기하.
조절가능한 재료의 상기 비관통된 공막은 임의의 일반적인 크기일 수 있는데, 여기서 조절가능한 엘라스토머 재료의 상기 비관통된 공막의 3차원 공간 치수 중 하나 이상은 100㎜ 미만, 또는 선택적으로 10㎜ 미만, 또는 선택적으로 1㎜ 미만, 또는 선택적으로 0.1㎜ 미만이다.
조절가능한 재료의 상기 비관통된 공막은 수월하게 기기(instrumentaion)에 부착할 수 있는 구조적 특징을 가진다. 상기 구조적 특징은 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는다: 구멍(holes); 아일릿(eyelets); 후크(hookes); 러그(lugs); 릿지(ridges); 또는 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는 엘라스토머 재료에 임베딩된 물품들: 링; 후크; 핀; 막대, 또는 상기 설명된 특징들의 임의의 조합.
조절가능한 재료의 상기 비관통된 공막은 조절가능한 엘라스토머 재료의 제어된 조절을 수월하게 할 수 있는 구조적 특징을 가진다. 상기 구조적 특징은 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는다: 구멍(holes); 릿지; 림(rims); 링; 벽; 튜브; 웰; 저장조; 정해진 단면 영역; 층 영역, 또는 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는 엘라스토머 재료에 임베딩된 물품들: 섬유(fibres); 세라믹; 복합체 또는 상기 설명된 특징들의 임의의 조합.
조절가능한 재료의 상기 비관통된 공막은 유체 핸들링을 수월하게 할 수 있는 구조적 특징을 가진다. 상기 구조적 특징은 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는다: 구멍(holes); 림; 벽; 튜브; 웰; 저장조; 또는 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는 엘라스토머 재료에 임베딩된 물품들: 튜브; 커넥터; 웰; 저장조; 릿지, 또는 상기 설명된 특징들의 임의의 조합.
조절가능한 재료의 상기 비관통된 공막은 외부의 하드웨어 유체 핸들링 장치와 도킹(dock)하는데 기여하는 유체 핸들링을 수월하게 할 수 있는 구조적 특징을 가진다. 상기 구조적 특징은 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는다: 구멍(holes); 림; 벽; 튜브; 웰; 저장조; 또는 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는 엘라스토머 재료에 임베딩된 물품들: 튜브; 커넥터; 웰; 저장조; 릿지, 또는 상기 설명된 특징들의 임의의 조합.
조절가능한 재료의 상기 비관통된 공막은 유체 핸들링을 수월하게 할 수 있는 표면 특징을 가진다. 상기 표면 특징은 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는다: 조절가능한 엘라스토머 재료를 소수성으로 만드는 표면 처리; 조절가능한 엘라스토머 재료를 친수성으로 만드는 표면 처리; 조절가능한 엘라스토머 재료를 친유성(oleophilic)으로 만드는 표면 처리; 조절가능한 엘라스토머 재료를 정전기적으로 하전되게 만드는 표면 처리; 조절가능한 엘라스토머 재료를 정전기적으로 중성으로 만드는 표면 처리, 또는 상기 설명된 특징들의 임의의 조합.
본 발명의 다른 태양에 따라, 예리한 프로브로 조절가능한 엘라스토머 재료의 비관통된 공막을 관통시키는 메커니즘 및 관통 공정의 하나 이상의 파라미터를 측정하는 수단을 포함하는, 조절가능한 엘라스토머 재료의 비관통된 공막에 하나 이상의 개구를 제조하기 위한 방법이 제공된다. 조절가능한 엘라스토머 재료의 비관통된 공막의 관통은 하나 이상의 뾰족하고 예리한 프로브를 사용한다. 예리한 프로브는 연삭(grinding) 및 연마(polishing) 공정, 성형(moulding) 공정, 압출 공정, 전기화학적 에칭 공정 또는 리소그래프(lithographic) 공정에 의해 제조될 수 있다. 상기 프로브는 예리한 끝 또는 정해진 형상의 절단 도구를 가지는 유형 또는 주사형 프로브 현미경 프로브 또는 주사형 터널링 현미경 프로브 또는 원자력 현미경 프로브일 수 있다. 상기 프로브는 변형가능한 재료의 관점에서 가열 또는 냉각될 수 있고, 변형가능한 재료를 통과하여 밀리게 됨으로써 상기 변형가능한 재료의 조직(fabric)을 절단 또는 분리 또는 용융시키거나, 또는 회전하거나 이동하여 구멍을 뚫거나(drill out) 또는 다르게는 상기 설명된 방법들의 조합에 의하여 변형가능한 재료에 개구를 생성할 수 있다.
프로브는 조절가능한 재료의 반대 표면으로부터 나타나는 즉시 프로브 탐지 메커니즘에 의해 탐지된다. 프로브 탐지 메커니즘은 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는다: 광학적 탐지; 전기적 탐지; 측정된 용량 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 전류 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 터널링 전류 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 전기 저항 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 기계적 저항에 의한 탐지; 탄성 반동 탐지, 또는 상기 메커니즘들의 임의의 조합.
본 발명의 다른 태양에 따라, 조절가능한 엘라스토머 재료의 비관통된 공막을 조절하는 메커니즘 및 조절가능한 엘라스토머 재료의 비관통된 공막의 하나 이상의 파라미터를 측정하는 수단를 포함하는, 기계적 조절 방법에 의하여 조절가능한 엘라스토머 재료의 비관통된 공막을 예비상태조절하기 위한 장치가 제공된다. 조절가능한 엘라스토머 재료의 비관통된 공막의 측정된 파라미터는 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는다: 광학적 탐지; 편광 방법에 의한 광학적 탐지; 전기적 탐지; 측정된 용량 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 전류 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 터널링 전류 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 이온 전류 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 전기 저항 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 기계적 저항 변화에 의한 탐지; 측정된 기계적 응력의 변화에 의한 탐지; 측정된 기계적 변형률에 의한 탐지, 또는 상기 설명된 파라미터들의 임의의 조합.
조절가능한 엘라스토머 재료의 반대 표면으로부터의 예리한 프로브의 출현에 뒤이은 조절가능한 엘라스토머 재료의 탄성 반동은, 상기 조절가능한 엘라스토머 재료에 기계적 엘라스토머 지지 성분을 제공하여 조절가능한 엘라스토머 재료의 반대 표면으로부터의 예리한 프로브의 출현의 이전, 도중 및 이후에 예리한 프로브에 의하여 발휘되는 힘의 반대 방향으로 기계적 저항을 제공함으로써, 실질적으로 완화된다. 기계적 엘라스토머 지지 성분은 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는다: 유체; 전해질 유체; 고체; 금속 고체; 금속 전극; 공동(cavity)을 함유하는 금속 전극; 유체로 채워진 공동을 함유하는 금속 전극; 전해질 유체로 채워진 공동을 함유하는 금속 전극; 전해질 유체로 채워진 공동을 함유하는 금 전극; 겔 매트릭스; 전해질을 함유하는 겔 매트릭스, 또는 상기 설명된 특징들의 임의의 조합.
기계적 엘라스토머 지지 성분의 상기 공동은 임의의 크기이나, 조절가능한 엘라스토머 재료의 반대 표면으로부터의 예리한 프로브의 출현의 이전, 도중 및 이후에 예리한 프로브에 의하여 발휘되는 힘에 의한 엘라스토머 재료의 변형의 정도를 실제로 가능한한 완화시키기 위하여 예리한 프로브와 동일한 대략적인 치수인 것이 바람직하다. 공동의 3차원 공간 치수 중 하나 이상은 1000㎛ 미만, 또는 선택적으로 100㎛ 미만, 또는 선택적으로 10㎛ 미만, 또는 선택적으로 1㎛ 미만, 또는 선택적으로 0.1㎛ 미만이다.
기계적 엘라스토머 지지 성분의 상기 공동은 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는 임의의 형상이다: 노치; 단일 노치; 교차(intersecting) 노치; 함몰(depressions); 터널 또는 구멍(holes). 기계적 엘라스토머 지지 성분의 공동은 방전 머시닝; 밀링; 이온 밀링; 드릴링, 관통(penetration); 인덴팅(indenting); 예리한 프로브로의 인덴팅: 예리한 프로브로 골드 빌렛(gold billet)의 인덴팅, 또는 상기 설명된 방법들의 임의의 조합에 의해 제조된다.
상기 기계적 엘라스토머 지지 성분은 조절가능한 엘라스토머 재료를 가열 또는 냉각하기 위하여 가열 또는 냉각될 수 있다. 가열 또는 냉각은 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는 방법에 의하여 달성될 수 있다: 전도성 가열 및/또는 냉각; 대류성 가열 및/또는 냉각; 펠티에 장치(Peltier devices)에 의한 가열 및/또는 냉각, 또는 상기 설명된 방법들의 임의의 조합.
상기 기계적 엘라스토머 지지 성분은, 예리한 프로브에 의한 조절가능한 엘라스토머 재료의 관통 중에 조절가능한 엘라스토머 재료의 실질적인 변형을 방지하기 위하여 예리한 프로브 쪽으로부터 조절가능한 엘라스토머 재료의 반대편 상에 개구 제조 장치 내에 위치한다. 기계적 엘라스토머 지지 성분의 위치는 바람직하게는 조절가능하고 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는 임의의 일반적인 위치에 있을 수 있다: 1㎜ 미만, 또는 선택적으로 100㎛ 미만, 또는 선택적으로 10㎛ 미만, 또는 선택적으로 1㎛ 미만, 또는 선택적으로 0.1㎛ 미만; 또는 선택적으로 접촉하여 가해진 변형으로 0.1㎛ 미만; 또는 접촉하여 가해진 변형으로 1㎛ 미만; 또는 선택적으로 접촉하여 가해진 변형으로 10㎛ 미만; 또는 선택적으로 접촉하여 가해진 변형으로 100㎛ 미만; 또는 선택적으로 접촉하여 가해진 변형으로 1㎜ 미만; 또는 선택적으로 접촉하여 가해진 변형으로 10㎜ 미만.
본 발명의 다른 태양에 따라, 조절가능한 엘라스토머 재료의 비관통된 공막을 제조하는 단계; 예리한 프로브로 조절가능한 엘라스토머 재료의 비관통된 공막을 관통하는 장치 및 관통 공정의 하나 이상의 파라미터를 측정하는 수단을 제공하는 단계를 포함하는, 조절가능한 엘라스토머 재료의 비관통된 공막에 하나 이상의 개구를 제조하기 위한 방법이 제공된다. 관통 공정의 측정된 파라미터는 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는다: 광학적 탐지; 편광에 의한 광학적 탐지; 전기적 탐지; 측정된 용량 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 전류에 의한 전기적 탐지; 측정된 터널링 전류 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 이온 전류 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 전기 저항 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 기계적 저항 변화에 의한 탐지; 측정된 기계적 응력의 변화에 의한 탐지; 측정된 기계적 변형률에 의한 탐지, 또는 상기 설명된 파라미터들의 임의의 조합.
본 발명의 다른 태양에 따라, 상기 형성된 개구의 품질 및 이에 의한 유용성을 결정하기 위하여 개구 제조 공정 중에 기록된 하나 이상의 측정된 관통 파라미터를 사용하는 방법이 제공된다. 측정된 관통 파라미터는 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는다: 광학적 탐지; 편광에 의한 광학적 탐지; 전기적 탐지; 측정된 용량 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 전류에 의한 전기적 탐지; 측정된 터널링 전류 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 이온 전류 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 전기 저항 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 기계적 저항 변화에 의한 탐지; 측정된 기계적 응력의 변화에 의한 탐지; 측정된 기계적 변형률에 의한 탐지, 또는 상기 설명된 파라미터들의 임의의 조합.
본 발명의 다른 태양에 따라, 상기 형성된 개구의 품질 및 이에 의한 유용성을 결정하기 위하여 조절가능한 엘라스토머 개구의 하나 이상의 측정된 파라미터를 사용하는 방법이 제공된다. 측정된 파라미터는 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는다: 광학적 파라미터; 광학적 편광 파라미터; 광학적 회절 파라미터; 전기적 파라미터; 전기 용량; 전류; 터널링 전류; 이온 전류; 전기 전도도; 전기 저항; 전기막 저항(electrical membrane resistance); 전기적 접근 저항(electrical access resistance); 전류 정류; 기계적 저항; 기계적 응력; 기계적 변형률, 또는 상기 설명된 파라미터들의 임의의 조합.
본 발명의 다른 태양에 따라, 상기 형성된 개구의 품질 및 이에 의한 유용성을 결정하기 위하여 조절가능한 엘라스토머 개구의 현미경 조사(microscopic examination) 방법이 제공된다. 현미 조사 방법은 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는다: 광학 현미경; 편광 현미경; 공초점 현미경; 주사 공초점 현미경(scanning confocal microscopy); 프로브 현미경; 주사 프로브 현미경; 원자력 현미경(atomic force microscopy); 주사 전기화학 현미경(scanning electrochemical microscopy), 전자 현미경, 주사 전자 현미경 또는 투과 전자 현미경.
본 발명의 다른 태양에 따라, 조절가능한 엘라스토머 재료의 비관통된 공막을 제공하는 단계, 조절가능한 엘라스토머 재료의 비관통된 공막을 조절하는 장치 및 조절가능한 엘라스토머 재료의 비관통된 공막의 하나 이상의 파라미터를 측정하는 수단를 제공하는 단계를 포함하는, 개구 제조 이전에 조절가능한 엘라스토머 재료의 비관통된 공막을 예비상태조절하기 위한 방법이 제공된다. 예비상태조절은 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는다: 경화에 의한 예비상태조절; 화학적 경화에 의한 예비상태조절; 열경화에 의한 예비상태조절; 전자기 방사선으로의 경화에 의한 예비상태조절; 압축; 인장; 신장; 굽힘 또는 비틀림의 군(이에 한정되지는 않음)으로부터 선택되는 기계적 조절에 의한 예비상태조절; 0 이상 사이클의 기계적 조절에 의한 예비상태조절; 기계적 평형이 도달될 때까지 1 이상 사이클의 기계적 조절에 의한 예비상태조절; 또는 상기 설명된 특징들의 임의의 조합. 조절가능한 엘라스토머 재료의 비관통된 공막의 측정된 파라미터는 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는다: 광학적 탐지; 편광에 의한 광학적 탐지; 전기적 탐지; 측정된 용량 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 전류에 의한 전기적 탐지; 측정된 터널링 전류 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 이온 전류 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 전기 저항 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 기계적 저항 변화에 의한 탐지; 측정된 기계적 응력의 변화에 의한 탐지; 측정된 기계적 변형률에 의한 탐지, 또는 상기 설명된 파라미터들의 임의의 조합.
본 발명의 다른 태양에 따라, 조절가능한 엘라스토머 개구를 조절하는 장치 및 조절가능한 엘라스토머 개구 및/또는 상기 개구가 제조되는 조절가능한 엘라스토머 재료의 하나 이상의 파라미터를 측정하는 수단을 포함하는, 기계적 조절에 의하여 조절가능한 엘라스토머 재료의 조절가능한 엘라스토머 개구를 상태조절하는 장치가 제공된다. 조절가능한 엘라스토머 개구 및/또는 상기 개구가 제조되는 조절가능한 엘라스토머 재료의 측정된 파라미터는 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는다: 광학적 탐지; 편광에 의한 광학적 탐지; 전기적 탐지; 측정된 용량 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 전류에 의한 전기적 탐지; 측정된 터널링 전류 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 이온 전류 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 전기 저항 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 기계적 저항 변화에 의한 탐지; 측정된 기계적 응력의 변화에 의한 탐지; 측정된 기계적 변형률에 의한 탐지, 또는 상기 설명된 파라미터들의 임의의 조합.
본 발명의 다른 태양에 따라, 조절가능한 엘라스토머 개구를 제공하는 단계; 조절가능한 엘라스토머 개구를 조절하는 장치 및 조절가능한 엘라스토머 개구의 하나 이상의 파라미터를 측정하는 수단을 포함하는, 조절가능한 엘라스토머 재료의 조절가능한 엘라스토머 개구를 상태조절하는 방법이 제공된다. 상태조절은 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는다: 경화에 의한 상태조절; 화학적 경화에 의한 상태조절; 열경화에 의한 상태조절; 전자기 방사선으로의 경화에 의한 상태조절; 압축; 인장; 신장; 굽힘 또는 비틀림의 군(이에 한정되지는 않음)으로부터 선택되는 기계적 조절에 의한 상태조절; 0 이상 사이클의 기계적 조절에 의한 상태조절; 기계적 평형이 도달될 때까지 1 이상 사이클의 기계적 조절에 의한 상태조절; 또는 상기 설명된 특징들의 임의의 조합. 조절가능한 엘라스토머 재료의 조절가능한 엘라스토머 개구의 측정된 파라미터는 다음 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는다: 광학적 탐지; 편광에 의한 광학적 탐지; 전기적 탐지; 측정된 용량 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 전류에 의한 전기적 탐지; 측정된 터널링 전류 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 이온 전류 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 전기 저항 변화에 의한 전기적 탐지; 측정된 기계적 저항 변화에 의한 탐지; 측정된 기계적 응력의 변화에 의한 탐지; 측정된 기계적 변형률에 의한 탐지, 또는 상기 설명된 파라미터들의 임의의 조합.
본 발명의 다른 태양에 따라, 조절가능한 엘라스토머 재료에 제조된 조절가능한 엘라스토머 개구; 상기 개구가 제조되는 조절가능한 엘라스토머 재료의 기계적 조절 방법에 의하여 조절가능한 엘라스토머 개구를 조절하는 장치 및 조절가능한 엘라스토머 개구 및/또는 상기 개구가 제조되는 조절가능한 엘라스토머 재료의 하나 이상의 파라미터를 측정하는 수단을 포함하는, 입자 및/또는 방사선을 탐지, 측정 또는 제어하는 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따라, 입자 및/또는 방사선을 위한 경로를 정하는 조절가능한 엘라스토머 개구를 함유하는 조절가능한 엘라스토머 재료를 제공하는 단계; 조절가능한 엘라스토머 재료를 조절하여 조절가능한 엘라스토머 개구에 의하여 정해진 경로의 하나 이상의 파라미터를 변화시킴으로써 조절가능한 엘라스토머 개구를 미리 정해진 기하 및/또는 크기로 조절하는 단계; 및 탐지, 측정 또는 제어된 입자 또는 방사선을 조절가능한 엘라스토머 개구로 들어가게 하는 단계를 포함하는, 입자 및/또는 방사선을 탐지, 측정 또는 제어하는 방법이 제공된다.
본 발명에 따르는 물질 및/또는 방사선의 유동(flux)의 탐지 및/또는 측정 및/또는 제어에 사용되는 장치 및 방법의 작업에서, 조절가능한 엘라스토머 개구의 조절의 제어는 다음을 포함하나 이에 한정되지는 않는 군으로부터 선택되는 파라미터에 기초하여 이루어질 수 있다: 조절가능한 엘라스토머 개구를 가로지르는 입자의 유동, 조절가능한 엘라스토머 개구를 가로지르는 원자 입자의 유동; 조절가능한 엘라스토머 개구를 가로지르는 분자 입자의 유동; 조절가능한 엘라스토머 개구를 가로지르는 이온 입자의 유동; 조절가능한 엘라스토머 개구를 가로지르는 용액에서 이온 입자의 유동; 조절가능한 엘라스토머 개구를 가로지르는 전류의 유동, 조절가능한 엘라스토머 개구를 가로지르는 터널링 전류의 유동; 및 조절가능한 엘라스토머 개구를 가로지르는 전자기 방사선의 유동. 조절가능한 엘라스토머 개구가 제조되는 조절가능한 엘라스토머 재료의 측정가능한 파라미터는 다음을 포함하나 이에 한정되지는 않는 군으로부터 선택될 수 있다: 용량; 저항; 전도도; 불투명도(opacity); 투명도; 길이; 폭; 높이; 부피; 열전도도; 및 유전 특성(dielectric properties). 조절가능한 엘라스토머 개구가 조절되는 작동 메커니즘과 연결된 조절가능한 파라미터는 다음을 포함하나 이에 한정되지는 않는 군으로부터 선택될 수 있다: 용량; 전도도; 액츄에이터 변위; 액츄에이터 위치; 스테퍼 모터(stepper motor) 위치; 인덕턴스; 모터 코일 인덕턴스; 저항 및 모터 코일 저항.
본 발명이 보다 완전히 이해되도록 하기 위하여, 이제 본 발명의 바람직한 구현예가, 예시의 방법으로, 수반되는 도면을 참조로 설명될 것이며, 여기에는:
도 1a 및 1b는 바람직한 구현예에 사용되는 조절가능한 다이어프램을 보여 준다;
도 2a 및 2b는 바람직한 구현예에서 액츄에이터가 부착된 다이어프램을 보여 주고, 도 3a 및 3b는 다른 위치에서 상기 액츄에이터를 보여 준다;
도 4a는 바람직한 개구 제조 장치를 도식적으로 보여 주고, 도 4b는 기록된 개구 제조 경우의 그래프이다;
도 5는 이러한 장치에 의하여 생성된 조절가능한 개구의 주사 공초점 현미경 이미지이다;
도 6은 바람직한 구현예에서의 개구 조절 장치(arrangement)를 도식적으로 보여 준다;
도 7 내지 10은 바람직한 구현예에서 조절가능한 개구의 성능을 특정짓는 데에 사용될 수 있는 그래프이다; 및
도 11은 도 2a & 2b, 도 3a & 3b, 도 4a 및 도 6의 바람직한 구현예의 하나의 가능한 작동 모드를 그린 플로우 챠트이다.
하기 설명은 폴리우레탄을 조절가능한 엘라스토머 재료로서 사용하는 본 발명의 바람직한 구현예를 참조로 예시의 방법으로 제공된다. 폴리우레탄의 바람직한 일 예는 BASF Corporation, Wyandotte Michigan, USA의 폴리에테르 유형 Elastollan? 1100 series이다. 그러나, 본 발명의 다른 구현예에서 조절가능한 엘라스토머 재료로 사용될 수 있는 재료는 다음을 포함하나 이에 한정되지는 않는다: 중합체; 천연 및 합성 고무; 엘라스토머 재료; 천연 중합체, 단백질, 폴리펩티드, 다당류; 플라스틱; 도핑된 전도성 플라스틱(doped conducting plastics); 탄화수소 플라스틱; 퍼플루오로카본 플라스틱; 라텍스 재료; 열가소성 변형가능한 재료; 열가소성 폴리우레탄(에테르 및 에스테르) 변형가능한 재료; 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 시클릭 올레핀을 포함하는 올레핀계 변형가능한 재료; 스티렌계 변형가능한 재 료; 폴리아미드계 변형가능한 재료; 폴리에스테르계 변형가능한 재료; 니트릴계 변형가능한 재료; 에틸렌 클로라이드 공중합체 가교 결합된 합금; 실리콘 변형가능한 재료; 반도체계 재료; 실리케이트; 실리콘; 도핑된 실리콘; 금속; 또는 금속 합금; 압전 재료, 및 압전 세라믹. 상기 변형가능한 개구는 또한 하나 이상의 이러한 재료들의 조합으로부터 만들어지는 복합 변형가능한 재료에 의해 정의될 수 있다.
또한, 조절가능한 엘라스토머 개구는 조절가능한 엘라스토머 재료의 표면 처리에 의해 개질(modifications)될 수 있다. 표면 처리는 다음을 포함하나 이에 한정되지는 않는 군으로부터 선택될 수 있다: 조절가능한 엘라스토머 재료를 소수성으로 만드는 표면 처리, 조절가능한 엘라스토머 재료를 친수성으로 만드는 표면 처리, 조절가능한 엘라스토머 재료를 친유성으로 만드는 표면 처리; 조절가능한 엘라스토머 재료를 정전기적으로 하전되게 만드는 표면 처리, 조절가능한 엘라스토머 재료를 정전기적으로 중성으로 만드는 표면 처리, 및 상기 설명된 표면처리들의 임의의 조합.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 바람직한 구현예에서 사용하는 시트에 관통에 의하여 제조된 하나 이상의 조절가능한 개구를 포함하는 폴리우레탄으로 만들어진 십자형의 사출 성형된 엘라스토머 시트(101) 형태의 조절가능한 다이어프램(100)을 보여 준다. 예시되지 않은 변형 구현예에서, 도 1a는 도식적으로 같은 크기의 평면 십자형 기하를 가지는 다이어프램(100)의 평면도를 보여 준다. 폴리우레탄 시트(101)는 적당한 형상의 공동에서 사출 성형되어 형상을 가지는 폴리우레탄으로부터 형성된다. 폴리우레탄 시트(101)의 십자 형상은 4개의 동일한 아암(102)을 포함 한다. 각각의 4개의 아암(102)의 끝에 폴리우레탄 시트(101)를 관통하는 아일릿(1023)이 형성된다. 폴리우레탄 시트(101)의 중앙에 상승된 원형 림(104)이 형성되고, 상승된 림(104)의 중심 안에 평면 단면의 디스크인 격벽(105)이 형성된다. 격벽(105)은 다양한 단면의 테이퍼링 구역(106)에 의해 상승된 림(104)과 연결된다. 각각의 아암(102)의 중앙 영역에 폴리우레탄 시트(101)를 관통하는 형성된 포트홀(108)을 둘러싸는 상승된 림(107)이 있다. 이런 관점에서, 폴리우레탄 시트(101)의 각각의 아암(102)에 대한 상기 설명된 특징은 동일하여 각각의 아암(102)은 동일하게 배치된 아일릿(103), 상승된 림(107) 및 포트홀(108)을 가진다. 액츄에이터(204)는, 도 2a 및 2b를 참조로 하기에 보다 상세히 설명되듯이, 다이어프램(100)의 변형을 이루기 위하여 제공된다. 액츄에이터(204)는 독립적으로 동일 또는 반대 방향으로 또는 함께 동일 또는 반대 방향으로 이동할 수 있다. 도 1b는 도 1a의 파선(A-A)(109)을 따라 다이어프램(100)을 관통하는 횡단면을 보여 준다.
도 2a는 폴리우레탄 시트(201)의 각각의 4개의 아암이 개별적으로 액츄에이터(204)에 부착된 도 1a의 다이어프램(200)을 도식적으로 보여 준다. 폴리우레탄 시트(201)의 아일릿(203)은 폴리우레탄 시트(201)에 형성된 아이릿(203)의 크기 및 위치와 맞는 핀(205)을 함유하는 액츄에이터(204)와의 부착을 수월하게 한다. 핀(205)은 아일릿(203)을 관통한다. 도 2b는 도 2a의 파선(A-A)(209)을 따라 다이어프램(200)을 관통하는 횡단면을 보여 준다.
도 3a 및 3b는, 조절 장치(302) 상에 위치하고 액츄에이터 핀(305)에 의해 아일릿(303)을 통하여 액츄에이터(304)에 부착된 사출 성형된 폴리우레탄 시트의 사진을 보여 준다. 도 3a는 비조절된 구성(configuration)의 폴리우레탄 시트(301)를 보여 준다. 도 3b는 핀(305)에 의하여 4개의 십자형 아암과 연결된 반대편의 액츄에이터(304)의 동일한 반대 변위에 의하여 야기된 등방성 이축 신장이 가해진 폴리우레탄 시트(301)을 보여 준다. 룰러(ruler)(306)는 도 3a의 위치 및 도 3b의 위치 사이에 약 5 밀리미터(㎜)의 거리 차로써 한 세트의 액츄에이터 핀(305)의 변위를 나타낸다. 따라서 등방성 이축 변위의 총합은 축당 10㎜이고 기호 표시 ΔX로 제공된다.
도 4a는 폴리우레탄 시트(402)에 하나 이상의 조절가능한 엘라스토머 개구를 제조하는 바람직한 개구 제조 장치(401)의 단순한 도식도이다. 도 4a에서 개구 제조 장치(401)는 사출 성형된 폴리우레탄 시트(402)(단면으로 보여짐)를 포함한다. 아일릿(404)을 함유하는 폴리우레탄 시트(402)의 아암(403)은 핀(401)을 매개로 시트(402)를 개구 제조 장치(401)에 수월하게 부착시킨다. 예리한 프로브(407)는 개구 제조 장치(401) 내에 들어있는 기계적 액츄에이터(408)에 부착된다. 엘라스토머 지지 성분(409)은 개구 제조 장치(401)의 기계적 액츄에이터(410)에 연결되고 십자형 격벽(412) 자리에서 폴리우레탄 시트(402)의 반대편 상에 예리한 프로브(407)와 정반대에 위치한다. 엘라스토머 지지 성분(409)은 전해질 유체(413)로 채워진 공동(411)을 가지는 스테인리스강 금속 막대를 포함한다. 기계적 액츄에이터(408)는 십자형 격막(412)의 자리에서 폴리우레탄 시트(402) 면에 수직으로 왕복하여(to and fro) 예리한 프로브(407)의 정확한 기계적 작동이 가능하도록 설정되어 있다. 유사하게, 상기 기계적 액츄에이터(410)는 십자형 격막(412)의 자리에서 폴리우레탄 시트(402) 면에 수직으로 왕복하여 엘라스토머 지지 성분(409)의 정확한 기계적 작동이 가능하도록 설정되어 있다. 각각의 액츄에이터(408 및 410)에 액츄에이터 제어기(414)가 연결되고 제어기는 차례로 컴퓨터(15)에 연결되어 제어된다. 액츄에이터(408, 410)는 독립적으로 부착된 예리한 프로브(407) 및/또는 엘라스토머 지지 성분(409)을 폴리우레탄 시트(402) 면에 수직으로 왕복시켜 양쪽머리 화살로 표시된 방향으로 이동시킬 수 있다. 예리한 프로브(407) 및 상기 엘라스토머 지지 성분(409)은 둘 다 전압 클램핑 전류 신호 탐지기(416)에 연결된다. 이러한 유형의 한 가지 전압 클램프 전류 신호 탐지기(416)는, 도 4a에서 보이는 바와 같이, 차폐된 증폭기를 통하여 전극(407, 409)에 연결된 전압 클램핑 증폭기(Molecular Devices Corporation, Sunnyvale CA, USA의 CV203BU 전치 증폭기를 구비한 Axopatch 200B)이다. 아날로그 전류 신호는, Digidata 1322A(Molecular Devices Corporation에서 입수)로 디지털화된 10 ㎑ 저 통과 베젤 필터(low pass Bessel filter)를 가지는 저항 피드백 모드(resistive feedback mode)에서 증폭기를 사용하여 얻어지고 증폭기와 함께 공급되는 pCLAMP version 9 프로그램을 사용하여 컴퓨터 하드 디스크에 기록된다.
상기 설명된 개구의 제조에서 엘라스토머 지지 성분(409)의 조절은 십자형 격벽(412) 자리에서 폴리우레탄 시트(402)의 탄성 반동의 정도를 조절하는 데에 사용된다. 엘라스토머 지지 성분(409)은 조절되어 다음을 포함하나 이에 한정되지는 않는 군으로부터 선택되는 임의의 일반적인 위치에 있을 수 있다: 1㎜ 미만, 또는 선택적으로 100㎛ 미만, 또는 선택적으로 10㎛ 미만, 또는 선택적으로 1㎛ 미만, 또는 선택적으로 0.1㎛ 미만, 또는 선택적으로 접촉하여 가해진 변형으로 0.1㎛ 미만, 또는 선택적으로 접촉하여 가해진 변형으로 1㎛ 미만, 또는 선택적으로 접촉하여 가해진 변형으로 10㎛ 미만, 또는 선택적으로 접촉하여 가해진 변형으로 100㎛ 미만, 또는 선택적으로 접촉하여 가해진 변형으로 1㎜ 미만, 또는 선택적으로 접촉하여 가해진 변형으로 10㎜ 미만. 엘라스토머 지지 성분(409)의 위치는 1회 이상 1개 이상의 미리 정해진 위치로 조절되어 개구의 제조 이전, 도중 또는 이후에 기계적 상태조절을 달성할 수 있다. 개구 제조 방법은 또한 프로브(407)가 십자형 격벽의 뒷면으로부터 상기 십자형 격벽(412)을 관통하도록 전환될 수 있다.
엘라스토머 지지 성분(409) 및/또는 예리한 프로브(407)은 또한 온도 조절될 수 있다.
상기 설명한 바와 같은 개구의 제조에서 엘라스토머 지지 성분(409)의 공동(411)을 채우는 전해질 유체(413)는 0.22㎛ Millipore 필터를 통하여 필터 살균된 1M KCL, 10mM Tris-HCL pH 8.0, 1mM EDTA, 0.1%, Triton X-100이었고 냉동된 일분취량(aliquots)으로 저장되었다. 모든 시약들은 AR 등급이었다.
상기 설명한 바와 같은 개구의 제조에서 예리한 프로브(407)는 4M NaOH에서 다결정 텅스텐 막대(Midwest Tungsten Service Inc., Willowbrook IL, USA의 0.51㎜ 직경)의 AC 전기화학적 에칭에 의하여 제조되는 원뿔형 프로브이다.
도 4b는 상기 설명한 개구 제조 경우의 기록되는 전류 추적(418)의 그래프(417)를 보여 준다. y축(419)은 전류 레벨을 피코 암페어(pA) 단위로 보여 준다. x축(420)은 초(들) 단위로 시간을 보여 준다. 전류 추적(418)의 외형은 개구 제조를 나타낸다. 이 외형은 기록된 0 pA(421)의 전류값에 의한 관통 이전의 개회로 상태를 나타내는 주기를 포함한다. 관통의 개시에 뒤이어 단주기의 상승된 전류 응답(422)이 기록되고 이어서 전기 회로의 완성을 가리키는 급속한 상승(423)이 나타난다. 상기 회로는 예리한 프로브(407)와 엘라스토머 지지 성분(409)의 공동(411) 안에 담겨진 전해질 유체(413) 사이의 전기 도통(electric continuity)의 성립에 의해 완성된다. 프로브(407)가 조절가능한 엘라스토머 격벽을 통과하여 전진함에 따라 기록되는 전류 추적(418)은 증가하여 설정점 값(424)에 도달하고, 이 점에서 프로브(407)는 방향을 바꾸고 기록되는 전류 추적(418)은 급속히 감소하는 것으로 관찰된다(425). 기록되는 전류의 0 pA(427)로의 감소에 의하여 보여지는 프로브(407)와 전해질 유체(413) 사이의 전기 도통의 파괴에 앞서, 프로브(407)가 새롭게 형성된 개구(미도시)로부터 후퇴하면서 제2차 스파이크(spike)(426)가 전류 추적에 기록된다.
추적 외형(421-427)은 예리한 프로브(407), 십자형 격벽(412)과 엘라스토머 지지 성분(409)의 공동(411) 안에 담겨진 전해질 유체(413) 사이의 상호작용에 의하여 일어나는 개구 제조 공정을 나타낸다. 예리한 프로브(407), 십자형 격벽(412), 엘라스토머 지지 성분(409)의 공동(411) 안에 담겨진 전해질 유체(413), 엘라스토머 지지 성분(409)의 위치, 프로브(407)의 온도, 엘라스토머 지지 성분(409)의 온도, 십자형 격벽(412)의 온도, 또는 개구 제조 공정의 임의의 다른 파라미터의 변화는 기록된 추적 외형(421-427)의 변화로 나타날 것이다. 본 발명의 제조된 개구의 변화는 조절가능한 엘라스토머 개구의 성능과 서로 관련될 수 있다. 따라서 추적 외형(421-427)은 조절가능한 엘라스토머 개구의 성능을 특정짓는 데에 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들면, 프로브(407)가 초기에 격벽(412)를 관통하기 시작할 때 사전 터널링 전류에 의하여 생성되는 잘 정의된 계단 외형(422)의 존재는 본 발명의 바람직한 구현예에서 적합한 개구를 나타내는 경향이 있고, 쇼울더 외형(426)의 존재는 또한 프로브가 격벽(412)의 반대편으로부터 나타나기 시작한 후 전해질 유체의(413)의 개구로의 초기 유출을 나타내는 경향이 있으며, 특정 외형(418)과 실질적으로 동일한 레벨의 외형(427)의 존재는 격벽(412)으로부터 프로브(407)의 후퇴 시에 개구가 실질적으로 완전히 재밀봉되었다는 것을 나타낸다.
도 5는 500㎛를 나타내는 스케일 막대(scale bar)(501)를 가지는 주사 공초점 현미경 이미지(500)을 보여 준다. 이미지(500)에서, 예리한 텅스텐 프로브의 제어된 관통에 의한 사출 성형된 폴리우레탄 물품의 격벽에 개구의 제조에 의해 생성된 부위(502)는 상승된 마운드(mound)(504)에 의하여 둘러싸이는 공동(503)을 포함한다. 따라서 현미경(micrographic) 이미지에서 관찰되는 외형(502-504)은 조절가능한 엘라스토머 개구의 성능을 특징짓는 데에 사용될 수 있다.
도 6은 폴리우레탄 시트(602)에 조절가능한 엘라스토머 개구를 사용하기 위한 바람직한 개구 조절 장치(600)의 단순화된 개략도이다. 도 6에서, 개구 조절 장치(600)는 단일의 조절가능한 엘라스토머 개구(603)를 함유하는 폴리우레탄 시트(602)(단면으로 보임)를 포함한다. 아일릿(605)를 함유하는 십자형 아암(604)은 폴리우레탄 시트(602)를 개구 조절 장치(601)에 수월하게 부착시킨다. 격벽을 전기 적으로 측정하기 위하여, 개구 조절 장치(601)는 격벽의 표면과 접촉하는 전해질 저장조(607)를 구비한다. 제2 전해질 저장조(608)는 폴리우레탄 시트(602)의 반대편 시스(cis) 평면 상에 성형된 림(609)에 의하여 형성된다. 폴리우레탄 시트(602)의 포트홀(610)은 전해질 저장조(607) 중의 전해질(611)을 제1 Ag/AgCl 전극(612)에 접근가능하게 한다. 제2 Ag/AgCl 전극(613)은 제2 전해질 저장조(608) 중의 전해질(611)에 침지되어 있다. 전압 클램핑 전류 신호 탐지기(614)에 의해 2개의 전극(612 및 613)을 가로질러 가해지는 전압 바이어스(voltage bias)는 발생된 이온 전류를 폴리우레탄 시트(602)의 개구(603)를 통해 흐르게 하여 전압 클램핑 전류 신호 탐지기(614)에 의하여 측정되게 한다.
개구 조절 장치(601)는, 폴리우레탄 시트(602)의 아일릿(605)의 크기 및 위치와 맞는 핀(617)에 의하여 폴리우레탄 시트(602)의 아일릿(605)에 연결된 액츄에이터(615)에 의한 작동에서 조절가능한 엘라스토머 개구를 조절하는 데에 기여한다. 액츄에이터(615)는 컴퓨터(618)에 연결된 하나 이상의 액츄에이터 제어기(616)에 의해 작동되거나 선택적으로 수동으로 작동될 수 있다.
조절가능한 엘라스토머 개구의 조절을 달성하는 작업에서, 컴퓨터(618)는 전압 클램핑 전류 신호 탐지기(614)로부터 수용되는 피드백에 의존하여 개구 조절 장치(601)를 제어한다. 컴퓨터(618)는 개구 조절 알고리즘이 프로그램되어 기록되고 사용되게 하며, 데이터 수득 알고리즘이 프로그램되어 기록되고 사용되게 하여 조절가능한 엘라스토머 개구의 완전히 자동화된 정확한 작동을 가능하게 한다.
도 7은 상기 설명된 바와 같은 사출 성형된 폴리우레탄 시트 폴리우레탄 물 품에 제조된 조절가능한 엘라스토머 개구의 1차 습윤(primary wetting)의 복합 그래프(700)이다. 하부의 추적(701)은 상기 설명된 바와 같은 사출 성형된 폴리우레탄 시트 폴리우레탄 물품에 가해진 등방성 이축 조절의 양을 도시한다. y축(702)은 조절 후에 측정치로부터 추출된 비조절된 폴리우레탄 물품(41.5㎜)의 내부의 아일릿 바깥면으로부터 측정된 아일릿과 아일릿 사이의 거리의 밀리미터(㎜) 단위의 조절(ΔX)이다. x축(703)은 초(들) 단위의 시간이다. 상부의 추적(704)은 사출 성형된 십자형 격벽(Im)의 반대편과 접촉하는 전해질에 침지된 2개의 전극 사이의 전류 흐름을 도시한다. y축(705)은 나노 암페어(㎁) 단위로 측정된 전류이다. x축(706)은 초(들) 단위의 시간이다. 전압 바이어스는 기록하는 동안에 걸쳐 50 ㎷로 유지되고 데이터는 50μs 샘플링 간격으로 얻어진다. 그래프(700)로부터 하부의 x축(703) 시간 및 상부의 x축(706) 시간은 동일한 시간 과정을 나타내고 하부의 ΔX 추적(701)은 상부의 Im 추적(704)과 관련된다는 것을 알 수 있다. ΔX이 0으로부터 5㎜까지 증가하고 그 레벨에서 유지되었을 때, 그래프(700)는 관통된 십자형 격벽의 초기 전류 레벨(Im= 0 ㎀) 및 Im의 관측된 변화의 부족함을 보여 준다. 624s에서 전류 추적은 갑자기 증가하여 급속히 정상 상태(Im~ 4 ㎁)에 도달하였다. 후속하여 ΔX가 1.8㎜로 감소하는 즉시, Im은 초기의 개회로 값(Im= 0 ㎀)으로 돌아왔다. 전기적 활동의 발생은 오로지 624s의 동시적인 전해질에의 노출 및 이축 등방성 신장(ΔX= 5㎜) 후에 탐지될 수 있었다. 일단 시작되면, 트랜스(trans)-격벽 이온 전 류는 급속하게 ~4 ㎁까지 증가하였다. ΔX가 ≤1.5㎜까지 완화되면, Im은 탐지불가능한 레벨로 떨어졌다. 이러한 일련의 사건은 이러한 성질의 개구는 효과적으로 자기 밀봉성이라는 것을 보여 준다. 따라서 추적(701 및 704)는 조절가능한 엘라스토머 개구의 성능을 특정짓는 데에 사용될 수 있다.
도 8은 1차 습윤에 뒤이어 사출 성형된 폴리우레탄 시트에 제조된 조절가능한 엘라스토머 개구의 열림 및 닫힘의 복합 그래프(800)이다. 하부의 추적(801)은 사출 성형된 폴리우레탄 시트에 가해진 등방성 이축 조절의 양을 도시한다. y축(802)은 조절 후에 측정치로부터 추출된 비조절된 성형 폴리우레탄 시트(41.5㎜)의 내부의 아일릿 바깥면으로부터 측정된 아일릿과 아일릿 사이의 거리의 밀리미터(㎜) 단위의 조절(ΔX)이다. x축(803)은 초(들) 단위의 시간이다. 상부의 추적(804)은 사출 성형된 십자형 격벽(Im)의 반대편과 접촉하는 전해질에 침지된 2개의 전극 사이의 전류 흐름을 도시한다. y축(805)은 나노 암페어(㎁) 단위로 측정된 전류이다. x축(806)은 초(들) 단위의 시간이다. 그래프(800)로부터 하부의 x축(803) 시간 및 상부의 x축(806) 시간은 동일한 시간 과정을 나타내고 하부의 ΔX 추적(801)은 상부의 Im 추적(804)과 관련된다는 것을 알 수 있다. 전압 바이어스는 기록하는 동안에 걸쳐 50 ㎷로 유지되고 데이터는 1000μs 샘플링 간격으로 얻어진다. 그래프(800)는 ΔX를 신중하게 조절하여 전기 도통의 발생 및 파괴의 반복된 관찰을 가능하게 하는 전이 구역(transition zone)과 마주칠 수 있다. ΔX의 연속적인 계단식 증가는 초기에 Im의 상당한 변화를 가져오지 못한다. 전이 구역의 끝쪽 에서(ΔX~ 0.8㎜) Im의 갑작스런 증가(~40 ㎀까지)가 관찰된다. 대조적으로, 조절의 역방향에서, Im은 전기적 단선으로 인하여 탐지되지 못할 때까지 점진적으로 감소할 수 있고 조절가능한 엘라스토머 개구가 완화하는 즉시 반복하여 자기 밀봉할 수 있다는 것을 보여 준다. 따라서 추적(801 및 804)은 조절가능한 엘라스토머 개구의 성능을 특성짓는 데에 사용될 수 있다.
도 9a는 1차 습윤에 뒤이어 사출 성형된 폴리우레탄 시트에 제조된 조절가능한 엘라스토머 개구의 열림 및 닫힘의 복합 그래프(900)이다. 하부의 추적(901)은 사출 성형된 폴리우레탄 시트에 가해진 등방성 이축 조절의 양을 도시한다. y축(902)은 조절 후에 측정치로부터 추출된 비조절된 성형 십자형(41.5㎜)의 내부의 아일릿 바깥면으로부터 측정된 아일릿과 아일릿 사이의 거리의 밀리미터(㎜) 단위의 조절(ΔX)이다. x축(903)은 초(들) 단위의 시간이다. 상부의 추적(904)은 사출 성형된 십자형 격벽(Im)의 반대편과 접촉하는 전해질에 침지된 2개의 전극 사이의 전류 흐름을 도시한다. y축(905)은 나노 암페어(㎁) 단위로 측정된 전류이다. x축(906)은 초(들) 단위의 시간이다. 그래프(900)로부터 하부의 x축(903) 시간 및 상부의 x축(906) 시간은 동일한 시간 과정을 나타내고 하부의 ΔX 추적(901)은 상부의 Im 추적(904)과 관련된다는 것을 알 수 있다. 전압 바이어스는 기록하는 동안에 걸쳐 50 ㎷로 유지되고 데이터는 1000μs 샘플링 간격으로 얻어진다. 그래프(900)는 전류 증폭기의 실용적인 Im 전류 측정 범위(0 내지 10 ㎁) 내에서 하나의 완전한 사이클의 개구 열림 및 닫힘 동안 ΔX의 계단 조절 및 상응하는 Im 응답을 보여 준다. 이 조건하의 개구의 동적인 범위는 ΔX ~0.8㎜(5.3 GΩ) 내지 ΔX ~3.2㎜(30.5 ㏁)에 상응하였다. 추적(901 및 904)은 1회 이상 얻어져서 엘라스토머 연화(softening) Mullins 효과를 설명하는 데에 사용될 수 있다. 이러한 추적(901 및 904)은 1회 이상 얻어져서 개구를 상태조절하는 데에 사용될 수 있다. 따라서 추적(901 및 904)은 조절가능한 엘라스토머 개구의 성능을 특징짓는 데에 사용될 수 있다.
도 9b는 ΔX와 Im 사이의 관계를 설명하는 그래프(907)이다. 추적(908)은 전류 증폭기의 실용적인 Im 전류 측정 범위(0 내지 10 ㎁) 내에서 하나의 완전한 사이클의 개구 열림 및 닫힘 동안 ΔX의 계단 조절을 뒤잇는 Im 응답을 도시한다. x축(909)은 조절 후에 측정치로부터 추출된 비조절된 성형 폴리우레탄 시트(41.5㎜)의 내부의 아일릿 바깥면으로부터 측정된 아일릿과 아일릿 사이의 거리의 밀리미터(㎜) 단위의 변화 조절(ΔX)이다. y축(910)은 나노 암페어(㎁) 단위로 측정된 전류이다. 따라서 추적(908)은 조절가능한 엘라스토머 개구의 성능을 특징짓는 데에 사용될 수 있다.
도 10은 1차 습윤에 뒤이어 사출 성형된 폴리우레탄 시트에 제조된 조절가능한 엘라스토머 개구의 복합 그래프(1000)이다. DNA 분자는 전해질에 포함된다. 하부의 추적(1001)은 사출 성형된 폴리우레탄 시트에 가해진 등방성 이축 조절의 양을 도시한다. y축(1002)은 조절 후에 측정치로부터 추출된 비조절된 성형 폴리우레 탄 시트(41.5㎜)의 내부의 아일릿 바깥면으로부터 측정된 아일릿과 아일릿 사이의 거리의 밀리미터(㎜) 단위의 조절(ΔX)이다. x축(1003)은 초(들) 단위의 시간이다. 상부의 추적(1004)은 사출 성형된 폴리우레탄 시트(Im)의 반대편과 접촉하는 전해질에 침지된 2개의 전극 사이의 전류 흐름을 도시한다. y축(1005)은 나노 암페어(㎁) 단위로 측정된 전류이다. x축(1006)은 초(들) 단위의 시간이다. 그래프(1000)로부터 하부의 x축(1003) 시간 및 상부의 x축(1006) 시간은 동일한 시간 과정을 나타내고 하부의 ΔX 추적(1001)은 상부의 Im 추적(1004)과 관련된다는 것을 알 수 있다. 전압 바이어스는 기록하는 동안에 걸쳐 200 ㎷로 유지되고 데이터는 10μs 샘플링 간격으로 얻어진다. 그래프(1000)는 ΔX의 계단 조절 및 상응하는 Im을 보여 준다. 격벽의 시스 측 상의 전해질 저장조는 2 ng/㎕에서 pUC DNA를 함유하였다. 전류 추적 상에 표시된 구역 Ι-Ⅴ는 ΔX가 조절되었을 때 갑작스런 기준선 전환(shift)으로 묘사된다. 전류 추적(1004)은 구역 Ι, Ⅲ 및 Ⅴ에서 DNA의 첨가 이전에는 나타나지 않았던 아래로 향하는 뾰족한 일시적인 선들을 보여 준다. 일시적인 선들은 DNA 전류 봉쇄의 전형이고(Mara et al., “An asymmetric polymer nanopore for single molecule detection”, Nano Letters, 4, 497-501, 2004; Karhanek et al., “Single DNA molecule detection using nanopipettes and nanoparticles”, Nano Letters, 403-407, 2005; Li et al., “DNA molecules and configurations in a solid-state nanopore microscope”, Nature Materials, 2, 611-615, 2003; Ito et al., “Simultaneous determination of the size and surface charge of individual nanoparticles using a carbon nanotube-based Coulter counter” Analytical Chemistry, 75. 2399-2406, 2003 참조), 여기서 각각의 고립된 것들은 개구의 단일 분자 흡장에 의해 야기된다. 감소된 ΔX(1.92-1.95㎜)의 영역 Ⅱ 및 Ⅳ 및 보다 낮아진 기준선 Im(2.1-2.3 ㎁)은 이러한 일시적인 선을 보이지 않고, 개구의 감소가 DNA 전좌(translocation)에 엔트로피 장벽을 제공한다는 것을 나타낸다. 그래프(1000)는 일시적인 선들의 출현 및 사라짐은 ΔX의 증가 및 감소와 일치하는 것으로 관찰되기 때문에 효과가 가역적이었다는 것을 보여 준다. 따라서 개구의 조절은 DNA 분자의 제어된 통문(gating)에 메커니즘을 제공하고 추적(1001 및 1004)은 조절가능한 엘라스토머 개구의 성능을 특징짓는 데에 사용될 수 있다. 전해질은 0.22㎛ Millipore 필터를 통하여 필터 살균된 1M KCL, 10mM Tris-HCL pH 8.0, 1mM EDTA, 0.1%, Triton X-100이었고 냉동된 일분취량으로 저장되었다. 모든 시약들은 AR 등급이었다. DNA 샘플은, Sma 1로 선형화되고 CIP(calf intestinal phosphatase)로 탈인산화되고(dephosphorylated) QIAquik 스핀 컬럼을 사용하여 정제된 2686 염기쌍 플라스미드 pUC 19(Sigma-Aldrich, St Louis, MO, USA에서 입수)이었고 2 ng/㎕의 농도로 사용되었다.
도 11은 도 2a & 2b, 도 3a & 3b, 도 4a 및 도 6에서 설명된 본 발명의 구현예의 하나의 예시적인 일반적인 작동 모드를 도시하는 플로우 챠트이다. 도 2a & 2b, 도 3a & 3b, 도 4a 및 도 6에서 설명된 각각의 구현예의 경우, 예시적인 작동 모드는 기계적 조절의 이전 및 이후에 측정된 파라미터를 비교함으로써 엘라스토머 재료의 기계적 평형을 달성하려는 것이다. 기계적 평형은 개구의 제조 이전에 또는 개구의 제조 이후에 격벽의 엘라스토머 재료에서 Mullins 효과의 완화를 가리키고, 측정된 파라미터의 변화가 특정된 공차 범위 내에 있을 때 달성된다.
비관통된 공막 또는 관통된 멤브레인의 측정된 파라미터는 다음을 포함하는 군으로부터 선택되나 이에 한정되지는 않는다: 광학적 탐지, 편광에 의한 광학적 탐지, 전기적 탐지, 측정된 용량 변화에 의한 전기적 탐지, 측정된 전류 변화에 의한 전기적 탐지, 측정된 전기 저항 변화에 의한 전기적 탐지, 측정된 기계적 저항 변화에 의한 탐지, 측정된 기계적 응력의 변화에 의한 탐지, 측정된 기계적 변형률의 변화에 의한 탐지, 또는 상기 설명된 파라미터들의 임의의 조합.
Claims (37)
- 변형가능한 재료에 변형가능한 개구를 제조하기 위한 입자 민감성 또는 방사선 민감성 장치로서,상기 장치가 변형가능한 재료를 강제로 관통시켜 상기 변형가능한 재료에 공간(vacancy)을 형성시키고 이것을 통해 상기 변형가능한 재료의 한 쪽 면으로부터 상기 변형가능한 재료의 다른 면까지 연속적인 경로가 연장되게 하는 프로브, 및 상기 변형가능한 재료를 지지하여 상기 변형가능한 재료의 관통시 상기 프로브에 의해 발휘되는 힘의 반대 방향으로 기계적 저항을 제공하는 지지 성분을 포함하고,상기 지지 성분이 금속 전극 및 상기 프로브에 의한 상기 변형가능한 재료의 관통 시에 상기 프로브 끝(tip)을 수용하기 위한 전해질 유체로 채워진 공동(cavity)을 포함하고,상기 장치가 상기 형성된 개구의 품질을 모니터링하는 모니터링 수단을 더 포함하는 입자 민감성 또는 방사선 민감성 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 프로브에 의한 상기 변형 가능한 재료의 관통에 관한 하나 이상의 파라미터를 모니터링하기 위한 모니터링 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 입자 민감성 또는 방사선 민감성 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프로브에 의한 상기 변형가능한 재료의 관통 정도(extent)를 모니터링하고 이러한 모니터링에 대응하여 상기 프로브에 의한 상기 변형가능한 재료의 관통 정도의 조절을 제어하기 위한 제어 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 입자 민감성 또는 방사선 민감성 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 제어 수단이 상기 프로브와 상기 변형가능한 재료의 다른 면 상의 전기전도성 매체 사이의 상기 변형 가능한 재료를 통과하는 전류 및 터널링 전류(electrical tunnelling current) 중 하나 이상을 모니터링함으로써 상기 프로브에 의한 상기 변형가능한 재료의 관통 정도를 모니터링하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 입자 민감성 또는 방사선 민감성 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프로브에 대한 상기 지지 성분의 위치를 조절하기 위한 조절 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 입자 민감성 또는 방사선 민감성 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지 성분이 상기 프로브에 의한 상기 변형가능한 재료의 관통 시에 상기 프로브의 끝(tip)을 수용하기 위한 유체로 채워진 공동(cavity)을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 민감성 또는 방사선 민감성 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지 성분을 가열 또는 냉각하기 위한 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 입자 민감성 또는 방사선 민감성 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프로브를 가열 또는 냉각하기 위한 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 입자 민감성 또는 방사선 민감성 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 장치가 상기 모니터링 결과를 사용하여 상기 개구의 품질 및 유용성 중 하나 이상을 특징짓도록(characterization) 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 입자 민감성 또는 방사선 민감성 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 변형가능한 재료가 엘라스토머 재료인 것을 특징으로 하는 입자 민감성 또는 방사선 민감성 장치.
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