KR101657094B1 - Ｓａｗ 센서 디바이스 및 이를 이용한 유체 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

SAW 센서 디바이스에 관한 기술로서, 유체의 흐름을 제어하는 유체제어부가 SAW 센서를 포함하는 본체부 외부에 형성됨으로써 유체 제어시 유체제어부의 오염에 의한 노이즈 발생을 최소화할 수 있고, 유체제어부의 반복 재사용이 가능하므로 경제성 및 실용성이 우수하다.

Description

ＳＡＷ 센서 디바이스 및 이를 이용한 유체 제어 방법 {SAW Sensor Device and Method for Controlling Liquid Using the Same}
본 발명은 SAW 센서를 포함하는 디바이스 및 이를 이용한 유체 제어 방법을 제공한다.
SAW 센서는 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave; SAW)를 이용하여 분석물인 타겟물질의 존부 등을 센싱하는 장치이다.
일반적으로 SAW 센서는 압전 물질로 이루어진 기판 상에 형성되고, 센서 표면에는 소망하는 타겟물질과 특이적인 결합을 갖는 수용체(receptor)가 형성되어 있다. 이에, 타겟 물질을 포함하는 용액을 SAW 센서에 흘려보내면 타겟물질과 수용체와의 물리적, 화학적, 전기적 반응에 의해 파장의 변화가 발생하고, 그에 따른 시그널 변화를 통해 타겟 물질의 함량을 진단, 모니터링 할 수 있다.
이러한 SAW 센서 디바이스는 화학적 유체, 체액 등의 생물학적 유체 등의 시료 내 포함되어 있는 타겟물질을 분석 및 모니터링하는 데 이용될 수도 있다.
SAW 센서는 표면의 질량 변화 뿐만 아니라 유체의 압력, 매질의 점도(viscosity)나 밀도(density) 등에도 매우 민감하다. 이러한 질량 외 요인에 의한 시그널 변화인 노이즈(Noise)를 최소화하기 위해서는 유체를 정확하게 제어하는 것이 매우 중요하다.
그러나, 타겟 샘플 용액 내에는 다량의 타겟물질이 함유되어 있기 때문에 유체의 이동시 채널과 챔버 뿐 아니라 밸브, 펌프에도 오염을 일으켜 각기 다른 타겟 샘플 용액을 측정시 심각한 오류를 일으킬 수 있다.
이러한 오류를 방지 하기 위해서는 밸브 및 펌프를 재사용하지 않고 일회용으로 사용해야 한다. 그러나, 이는 경제적인 측면에서 상업적으로 실현 가능성이 낮다는 한계가 있다.
유체시료 내 소정 물질의 존부 및 정량 분석에 있어서, 노이즈 발생을 최소화하여 분석의 신뢰성을 높일 수 있는 SAW 센서 디바이스 및 이를 이용한 유체제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 SAW 센서 디바이스의 외부에서 기압(air pressure) 또는 통기(ventilation) 조절 등을 통해 유체를 이동시키고 제 어하는 기술을 제공한다.
하나의 예에 따른 SAW 센서 디바이스는, 시료챔버, 상기 시료챔버와 연결되어 있는 SAW 센서, 상기 SAW 센서와 연결되어 있고 SAW 센서를 통과한 유체시료를 담지하는 폐기챔버, 및 상기 시료챔버, SAW 센서, 및 폐기챔버를 연결하는 채널로 이루어진 본체부;를 포함하고, 유체의 흐름을 제어하는 유체제어부가 상기 본체부의 외부에 위치하는 것으로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한 시료 내 타겟물질을 분석하기 위한 시스템을 제공한다. 하나의 예에서, 상기 시스템은
(i) 타겟 샘플과 반응하는 수용체가 SAW 센서 표면에 고정화되어 있는 제 1 SAW 센서 디바이스(이하, 경우에 따라 '테스트 SAW 센서 디바이스'라고 한다); 및
(ii) 타겟 샘플과 반응하는 수용체가 SAW 센서 표면에 고정화되어 있지 않는 제 2 SAW 센서 디바이스(이하, 경우에 따라 '대조 SAW 센서 디바이스'라고 한다)로 구성될 수 있다.
이러한 시스템에서 타겟물질이 테스트 SAW 센서 디바이스에서 센서표면의 수용체에 결합함에 따라 나타난 시그널과 대조 SAW 센서 디바이스의 시그널의 차이를 통해 타겟 샘플의 유무 및 정량을 수행할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 SAW 센서 디바이스를 이용한 유체제어방법을 제공한다. 하나의 예에 따른 유체제어방법은 상기 SAW 센서 디바이스에서 본체부 외부에 위치하는 유체제어부로부터 제공된 이송구동력에 의해 시료챔버 내 유체를 SAW 센서 방향으로 수평이동시키는 단계; 를 포함한다.
이러한 방법에 따르면, 외부에 위치하는 유체제어부로부터 생성된 이송구동력에 의해 시료챔버 내 유체를 이동시키므로 유체와 유체제어부가 직접적으로 접촉하지 않음으로써 유체의 오염을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 SAW 센서 디바이스는 유체제어부가 유체가 유동하는 본체부에 위치하지 않으므로 유체와 유체제어부가 직접 접촉하지 않는다. 따라서, 밸브, 펌프 등 유체제어부의 오염에 의한 노이즈를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 유체제어부의 재사용을 가능하게 하므로 경제성 및 산업적 효용가치가 우수하다.
이하, 본 발명의 이점들과 특징들 및 이를 수행하는 방법들이 하기 실시예들에 대한 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 참조함으로써 더욱 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 여기서 언급한 실시예들로만 한정되어 구성되는 것은 아니다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 SAW 센서 디바이스는 시료챔버, 상기 시료챔버와 연결되어 있는 SAW 센서, 상기 SAW 센서와 연결되어 있고 SAW 센서를 통과한 유체시료를 담지하는 폐기챔버, 및 상기 시료챔버, SAW 센서, 및 폐기챔버를 연 결하는 채널로 이루어진 본체부;를 포함하고, 유체의 흐름을 제어하는 유체제어부가 상기 본체부의 외부에 위치하는 것으로 이루어져 있다.
종래 SAW 센서 디바이스에서는 유체제어부가 챔버와 SAW 센서 사이 유로 또는 채널에 장착되어 있어서 유체시료에 의한 유체제어부의 오염이 노이즈 발생의 주된 원인이 되었다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따르면 유체제어부가 본체부의 외부에 위치하므로 챔버 또는 SAW 센서와 직접 접촉하지 않는 구조를 갖는다. 따라서, 유체제어부의 오염 및 노이즈 발생을 최소화할 수 있다.
하나의 예에서, 상기 유체제어부는 본체부의 수직 상부면 상에 위치할 수 있다. 여기서, 본체부 평면에 대하여 수직 상부면을 의미한다 (도 3의 y축 참조). 이러한 구조에 따르면 시료챔버의 수직 상부로부터 유체를 제어하므로 외력의 인가가 없이는 유체가 유체제어부와 접촉할 가능성이 근본적으로 배제된다. 예를 들어, 본체부의 상단을 커버하는 커버부 상에 유체제어부가 장착된 구조를 들 수 있다.
이와 관련하여, 도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 센서 디바이스의 단면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 이의 평면도가, 도 3에는 이의 사시도가 각각 모식적으로 도시되어 있다. 이들 도면을 참조하여 구체적으로 살펴본다.
본 실시예에 따른 SAW 센서 디바이스(100)는 본체부(200)와 본체부(200) 상단면을 커버하는 커버부(300), 및 커버부(300) 상에 위치하는 유체제어부(310)로 이루어져 있고, 본체부(200)는 유체를 담지하는 시료챔버(211, 212), 제 1 채널(510)을 통해 시료챔버(211, 212)와 연결되어 있는 SAW 센서(400), 및 제 2 채널(520)을 통해 SAW 센서(400)와 연결되어 있는 폐기챔버(220)로 이루어져 있다.
상기 유체제어부(310)는 유체의 출입을 제어하거나 유속을 제어하기 위한 장치로서, 예를 들어, 공기의 유입/유출을 통해 유체의 흐름을 제어하는 장치일 수 있다. 그러한 예로는 유체의 출입을 제어하는 밸브(valve; 321, 322, 323, 324) 및/또는 유압 또는 유속을 제어하는 펌프(pump; 330)를 들 수 있다.
상기 밸브(321, 322, 323, 324)는 테스트 프로토콜 동안 임의의 시간에 센서 표면에 소정의 샘플용액을 투입할 지 여부를 제어한다. 상기 밸브(321, 322, 323, 324)는 유체의 출입을 제어하는 기능을 수행하므로 적어도 샘플용액이 담지된 시료챔버(211, 212)와 연결되어 있고, 경우에 따라, 도시된 바와 같이 시료챔버(211, 212) 및 폐기챔버(220)에 각각 연결되어 있을 수 있다.
상기 펌프(330)는 유체의 흐름을 제어하는 기능을 수행하는 바, 펌프(330)에서 가해지는 압력이 채널의 네트워크를 통해 시료챔버(211, 212) 내 유체가 SAW 센서(400)를 거쳐 폐기챔버(220)로 이동될 수 있다. 구체적으로 상기 펌프(330)는 챔버내 압력을 가압 혹은 감압시켜 시료챔버(211, 212) 내 유체가 SAW 센서(400)를 거쳐 폐기챔버(220)로 이동할 수 있는 이송구동력을 제공하고 유량을 조절하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 펌프(330)는 양압/음압의 형태에 따라서 챔버내 압력을 가압 혹은 감압시킨다. 이에, SAW 센서(400)로 유입되는 유체를 담지한 시료챔버(211, 212) 측에 위치할 수도 있고, 도시된 바와 같이 SAW 센서(400)로부터 배출되는 유체를 담지한 폐기챔버(220) 측에 위치할 수도 있다.
하나의 예에서, 디바이스의 유입부 측에 양압펌프(도시되지 않음)가 위치할 수 있다. 예를 들어, 시료챔버(211, 212)와 연결된 밸브(321, 322)와 양압펌프를 연결하고, 폐기챔버(220)를 환기시키면 양압펌프로부터 배출된 공기가 밸브(321, 322)를 통해 시료챔버(211, 212) 내로 유입되고 이에 따른 압력에 의해 유체가 SAW 센서(400) 방향으로 채널을 따라 이동할 수 있게 된다.
또 다른 예에서, 상기 디바이스의 유출부 측에 음압펌프(330)가 위치할 수 있다. 예를 들어, 폐기챔버(220)와 연결된 밸브(323)와 음압펌프(330)를 연결하여 폐기챔버(220)-SAW 센서(400)-시료챔버(211, 212)에 순차적으로 압력을 가할 수 있다. 즉, 시료챔버(211, 212)를 환기시킴으로써 폐기챔버 내 공기의 압력을 낮추면 시료챔버(211, 212) 내 유체가 SAW 센서(400)-폐기챔버(220) 방향으로 이동될 수 있다.
또한, 유입부 측에 양압펌프를 장착하고 유출부 측에는 음압펌프(330)를 장착할 수도 있다.
유체제어부(310)는 유체의 제어를 위해 소정의 연결장치를 통해 본체부(200)와 직, 간접적으로 연결되어 있을 수 있다. 이에, 도시된 바와 같이 밸브(321, 322, 323, 324)는 시료챔버(211, 212) 및 폐기챔버(220)에 각각 연결되어 있고, 펌프(330)는 밸브(323)와 연결되어 있다. 이에 따라 펌프(330)-밸브(323)-챔버(220)가 연결된 구조를 가질 수 있다. 이 때, 상기 연결은 직접적 연결 뿐만 아니라 간 접적 연결 및 기능적 연결을 포함하는 의미이다.
상기 밸브(321, 322, 323, 324) 및/또는 펌프(330)와 챔버를 연결하기 위한 하나의 예에서, 챔버(211, 212, 220)에 소정의 개구부(250)를 형성하고, 이를 통해 대응하는 부위에 채널 등을 연결하여 밸브(320) 및/또는 펌프(330)와 연결할 수 있다.
예를 들어, 상기 밸브(320)는 시료챔버(211, 212) 및/또는 폐기챔버(220)와 수직 방향으로 연결되어 있을 수 있다. 이 경우 챔버에 압력이 가해지는 데 소요되는 이송거리 및 시간을 최소화할 수 있다.
또 하나의 예에서, 상기 챔버들(211, 212, 220)은 유체가 유입 또는 유출될 수 있도록 적어도 하나의 개구부(250)를 가질 수 있다. 예를 들어, 유체제어부(310) 등과 같은 외부장치와의 연결을 위한 개구부(250)와 내부의 SAW 센서(400) 또는 타 챔버와의 연결을 위한 개구부(260)로 이루어질 수 있다. 또한, 각각의 개구부(250, 260)에는 채널이 결합되어 있어서 유로를 형성할 수 있다.
도 1 내지 3에 따르면, 시료챔버(211, 212) 및 폐기챔버(220)에 각각 제 1 개구부(250)를 형성하고, 이와 대응하는 수직 상단 커버부(300)에 제 2 개구부(350)를 형성하며, 제 2 개구부(350)가 밸브(321)와 연결된 구조가 도시되어 있다. 그러나, 챔버(211, 212, 220)와 밸브(321)가 연통될 수 있는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니다.
하나의 예에서, 유체제어의 신뢰성을 높이고 유체와 유체제어부(310)의 접촉을 방지하기 위해 이들 사이를 연결하는 개구부에 O-링(ring) 등과 같은 밀폐기 구(360)를 장착할 수 있다.
이러한 유체제어부(310)는 본체부(200)와 분리되어 독립적으로 장착될 수도 있고, 본체부(200)와 일체로 형성될 수도 있으며 특별히 한정되지 않는다.
상기 유체제어부(310)는 또한, 플러그, 장애물, 또는 장치를 통해 유체흐름을 변경하는 배플(baffle) 등을 포함할 수 있다.
상기 SAW 센서 디바이스는 소정의 시료챔버(211, 212) 및 폐기챔버(220)를 포함한다. 상기 시료챔버(211, 212)는 SAW 센서(400)를 거치지 않은 유체를 담지하기 위한 챔버이고, 폐기챔버(220)는 SAW 센서(400)를 거친 상태의 유체를 담지하기 위한 챔버이다.
상기 시료챔버(211, 212)는 1개 이상일 수 있으며 각각 서로 다른 유체를 포함할 수 있다. 상기 유체의 예로는 타겟 물질을 포함하는 용액(이하, '타겟 샘플'이라고도 함), 2차반응 용액, 기준용액, 세척액 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 타겟샘플은 1 이상일 수 있다.
상기 타겟 샘플은 타겟물질을 포함하는 용액으로서, 상기 '타겟 물질'은 SAW 센서(400)를 통해 감지하고자 하는 대상물질을 의미한다.
상기 타겟 물질은 단백질, 항체, 항원, DNA, RNA, 바이러스, 박테리아(Bacterial cell), 동물세포(Animal cell), 조직(Tissue) 등의 생체분자 또는 이에 의해 발생된 Toxin 등의 Bio products 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 타겟 샘플은 생물학적 샘플일 수 있고, 예를 들어, 타액, 가래, 뇌척수액, 혈액, 혈청, 플라즈마, 소변, 생검 물질 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
기준용액은 필요에 따라 세척액과 동일한 용액을 사용할 수도 있다.
상기 기준용액은 타겟샘플에 대응하여 시그널 분석의 대비가 되는 유체를 의미한다. 상기 기준용액은 점도, 전도성, 밀도 등의 특성이 타겟 샘플과 유사한 지닌 것일 수 있고, 예를 들어 버퍼 용액 등을 들 수 있다.
하나의 예에서, 상기 챔버(211, 212, 220)의 측면은 소정의 기울기로 테이퍼(240)되어 있을 수 있다. 이와 같이 소정의 기울기를 갖는 경우 유체의 이동거리를 줄이고 유체의 이동시 가속력을 제공할 수 있으며, 불필요한 유체 손실(loss)을 줄일 수 있다.
상기 기울기는 예를 들어, 1~60도 또는 5~30도일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 SAW 센서 디바이스에서 챔버들과 SAW 센서(400) 상호간은 채널을 통해 서로 연통될 수 있는 구조를 갖는다.
상기 채널은 상기 시료챔버(211, 212)와 SAW 센서(400) 사이를 연결하는 채널(제 1 채널; 510)과 상기 SAW 센서(400)와 폐기챔버(220)를 연결하는 채널(제 2 채널; 250)을 포함할 수 있고, 추가적인 챔버 또는 장치가 부가되는 경우 이를 연결하기 위한 채널을 포함할 수 있다.
상기 본체부(200) 내부에 형성된 채널(510, 520)은 유체의 유로를 형성하는 므로 외력이 가해지지 않은 상태 또는 디바이스의 비작동 상태에서 유체가 이동하 는 것을 방지할 수 있는 구조일 수 있다.
상기 시료챔버(211, 212)와 SAW 센서(400) 사이를 연결하는 제 1 채널(510)은 유체가 시료챔버(211, 212)의 하단으로부터 상향한 후 SAW 센서(400)의 상단면으로 유입될 수 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조를 갖는 경우 외력에 의하지 않고는 시료챔버(211, 212) 내 유체가 채널을 따라 이동할 수 없게 되므로 유체의 유출을 용이하게 제어할 수 있다.
도 1에는 제 1 채널(510)이 시료챔버(211, 212)의 SAW 센서(400) 측 측면 하부로부터 수직 상향한 후 SAW 센서(400) 상단면으로 수직 하향하는 구조를 형성하고 있다.
또한, 상기 SAW 센서(400)와 폐기챔버(220)를 연결하는 제 2 채널(520)은 유체가 SAW 센서(400)의 상단면으로부터 수직으로 상향한 후 폐기챔버(220)로 유입될 수 있는 구조일 수 있다. 이 경우, 폐기챔버(220)로 이동한 유체가 SAW 센서(400) 측 방향으로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
도 1 에는 제 2 채널(520)이 SAW 센서(400) 상단에서 수직으로 상향한 후 폐기챔버(220)의 SAW 센서(400) 측 상단부에 연결된 구조를 형성하고 있다. 또한, 제 2 채널(520)이 SAW 센서(400) 상단에서 수직으로 상향한 후, 폐기챔버(220)의 SAW 센서(400) 측 하단부에 연결된 구조일 수 있고, 이 경우 폐기챔버(220) 내 용액이 역류를 더욱 효과적으로 차단할 수 있다.
상기 제 1 채널(510) 및 제 2 채널(520)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며, 챔버와 SAW 센서(400)를 상호 연결하는 구조라면 본 발명의 범위 내에 포함되 는 것은 물론이다.
또한, 외부 장치와의 연결을 위한 외부 채널을 포함할 수 있다. 이러한 외부 채널(540, 550) 또는 개구부(250)는 도시된 바와 같이, 챔버의 상단 높이 이상에 형성될 수 있다. 이에 따라, 유체의 이송구동력을 제공하는 외압이 챔버의 상부로부터 하부로 도입될 수 있다. 한편, 상기 외부 채널(540, 550) 또는 개구부(250)는 밸브 등과 연동되어 외압의 도입시 환기를 위한 챔버의 개폐를 제어하는 기능을 할 수 있다.
상기 시료챔버 또는 폐기챔버는 1 이상으로서, 2 또는 3개일 수 있으며 각각의 챔버들 상호간 또는 챔버들과 SAW 센서와의 연결은 상호 통기될 수 있는 형태라면 특별히 제한되지 않으며 다양할 수 있다.
상기 SAW 센서(400)는 특별히 제한되지 않으며 표면탄성파를 이용하여, 타겟물질의 특성을 감지하는 장치이다. 일반적으로 SAW 센서(400)는 압전특성(Piezoelectricity)을 갖는 기판(410) 상에 한 쌍의 IDT(Inter Digital Transducer) 금속 전극이 형성된 구조로 이루어져 있다.
상기 기판(410)을 이루는 압전물질은 기계적 신호의 인가시 전기적 특성이 변화되거나(압전효과), 전기적 신호의 인가시 기계적 신호가 생기는(역압전효과) 재료이다. 예를 들어, 니오브산 리튬(예; LiNbO3), 탄탈산 리튬(예; LiTaO3), 사붕소산 리튬(Li2B4O7), 티탄산바륨(BaTiO3), PbZrO3, PbTiO3, PZT, ZnO, GaAs, 석영(Quartz), 니오브산염 등을 들 수 있다.
상기 IDT(도시되지 않음)는 전기회로와 음파 지연선(acoustic delay line; 도시되지 않음) 간의 인터페이스로서, 알루미늄 합금, 동합금, 금 등의 박막 금속으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 한 쌍의 IDT에서 하나의 IDT는 인가된 시그널에 의해 표면 탄성파를 발생시키므로, 이를 '입력(input) IDT' 또는 '송신기(transmitter)'라고 한다. 이때 발생된 표면 탄성파는 기판 표면을 따라 적절한 주파수로 팽창과 압축으로 다른 하나의 IDT에 전달되어 역압전 효과에 의해 전기적 신호로 변환된다. 이 두 번째 IDT를 '출력(output) IDT' 또는 '수신기(receiver)'라고 한다.
상기 SAW 센서(400) 표면에는 타겟샘플 내에 존재하는 타겟물질과 결합할 수 있는 수용체(receptor; 도시되지 않음)가 고정될 수 있다. 상기 수용체는 타겟 물질과 특이적으로 반응할 수 있는 물질이라면 특별히 제한되지 않는다.
예를 들어, 단백질, 항원, 항체, 효소, DNA, RNA, PNA(peptide nucleic acid, 인공 DNA), 세포, 및 후각신경(olfactory) 등을 들 수 있다.
SAW 센서(400)는 유체의 종류, 타겟물질 또는 수용체의 종류에 따라 복수 개일 수 있다. 또한, SAW 센서(400)는 표면탄성파를 유발하는 장치에 의해 시그널을 생성시킬 수 있고, 상기 표면탄성파 유발장치로는 발진기(Oscillator) 등을 들 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 예시적인 SAW 센서 디바이스(100)에서 유체의 이동과정을 살펴보면, 하기와 같다. 먼저, 밸브(323)를 게이팅한 후 펌프(330)를 구동시키면 공기의 유입을 통해 압력이 챔버에 가해진다. 외부에서 가해진 공기는 챔버의 상단으로 모이게 되어 공기의 압력구배가 발생하고, 이에 따라 유체가 이동하게 된다. 즉, 유체는 펌프(330)와 연결된 밸브(323)의 게이팅에 의해 시료챔버(211, 212)로부터 제 1 채널(510)을 따라 SAW 센서(400)의 입구 포트로 이동한다. SAW 센서(400)를 통해 흐른 후 출구 포트를 통해 제 1 폐기챔버(220)로 이동한다.
즉, 소망하는 챔버의 밸브(321)를 게이팅하면 유체 유입에 의해 상승된 챔버내 압력이 제거되어 용이하게 용액이 진입할 수 있게 된다. 반대로, 밸브(321) 및 개구부(250, 350)를 닫으면 유체 유입에 의한 압력이 상쇄되지 않아서 유체가 진입하지 않는다. 이를 통해 밸브(321, 322, 323, 324)를 SAW 센서 디바이스 내부에 형성하지 않고도 소망하는 부위로 유체를 제어할 수 있다.
따라서, 타겟 샘플의 오염에 의한 분석오류를 최소화할 수 있고, 고가인 밸브(321, 322, 323, 324), 펌프(330) 등의 유체제어부(310)를 반복 재사용할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 공기의 유입/유출을 통해 유체의 흐름을 제어함에 있어서, 공기에 의해 발생한 기포는 SAW 기판에 유입되는 경우 노이즈로서 작용하여 시그널의 변화를 일으킬 수 있다. 즉, 유체 1을 주입한 후 시료챔버(211) 내 유체를 유체 2로 교체하는 경우, 유체 1의 주입에 따른 기포에 의해 노이즈가 발생하여 유체 2의 센싱은 신뢰성이 떨어지게 된다.
이를 방지하기 위해, SAW 기판 디바이스는 노이즈의 제거를 위해 기포를 포집하는 챔버를 추가적으로 포함할 수 있다.
하나의 예에서, 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, SAW 센서로 기포가 유입되 는 것을 방지하기 위해, 상기 시료챔버(211, 212)와 SAW 기판 사이에 기포의 포집을 위한 제 2 폐기챔버(230)가 채널(530)을 통해 연결된 구조일 수 있다.
이러한 구조의 디바이스의 작동 과정을 예시적으로 살펴보면, 유체 1을 SAW 센서(400)로 이동시킨 후 채널 내 포함된 기포를 제 2 폐기챔버(230)에 포집하고 유체 2를 SAW 센서(400)로 이동시킬 수 있다.
도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 폐기챔버(220) 측 상단면 상에 형성된 밸브(323)에 펌프(330)가 연결되어 있는 경우 디바이스의 작동순서는 하기와 같다.
(a) 제 1 폐기챔버(220) 상의 밸브(323)를 게이팅하여 유체 1 챔버(211)의 압력을 증가시켜 유체 1을 SAW 센서(400)로 주입한다.
(b) 제 2 폐기챔버(230) 상의 밸브(324)를 게이팅하여 유체 2 챔버의 압력을 증가시킴으로써 채널에 잔존하던 용액 및 기포를 제 2 폐기챔버(230)로 포집한다.
(c) 제 1 폐기챔버(220) 상의 밸브(323)를 게이팅하여 유체 2 챔버(212)의 압력을 증가시켜 용액 2를 SAW 센서(400)로 주입한다.
본 발명은 또한 시료 내 타겟물질을 분석하기 위한 시스템을 제공한다. 하나의 예에서, 상기 시스템은
(i) 타겟 샘플과 반응하는 수용체가 SAW 표면에 고정화되어 있는 제 1 SAW 센서 디바이스(이하, 경우에 따라 '테스트 SAW 센서 디바이스'라고 한다); 및
(ii) 타겟 샘플과 반응하는 수용체가 표면에 고정화되어 있지 않는 제 2 SAW 센서 디바이스(이하, 경우에 따라 '대조 SAW 센서 디바이스'라고 한다)로 구성될 수 있다.
이러한 시스템에서 타겟물질이 테스트 SAW 센서 디바이스에서 센서표면의 수용체에 결합함에 따라 나타난 시그널과 대조 SAW 센서 디바이스의 시그널의 차이를 통해 타겟 샘플의 유무 및 정량을 수행할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 SAW 센서 디바이스를 이용한 유체제어방법을 제공한다. 하나의 예에 따른 유체제어방법은 상기 SAW 센서 디바이스에서 본체부(200) 외부에 위치하는 유체제어부(310)로부터 제공된 이송구동력에 의해 시료챔버(211, 212) 내 유체를 SAW 센서(400) 방향으로 수평이동시키는 단계; 를 포함한다.
상기 이송구동력은 예를 들어 기압일 수 있다. 이에, 유체제어부(310)는 외부에 위치하고 본체부(200)로 공기를 전달하는 기능을 하므로 유체와 유체제어부(310)가 직접적으로 접촉하지 않는다. 따라서, 유체제어부(310)가 유체에 의해 오염되는 것을 근본적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 센서 디바이스(100)를 이용한 센싱(Sensing) 과정은, SAW 센서 디바이스를 공진기(Oscillator; 600)에 장착하고 이를 발진시켜 시그널을 안정화시키는 단계; 시료챔버(211, 212)내 기준용액을 SAW 센서(400)로 주입하여 발진 시그널을 베이스 라인(base line)으로 설정하는 과정; 및 시료챔버(211, 212) 내 타겟 샘플을 SAW 센서(400)로 주입하여 발진 시그널을 관찰하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 시그널은 주파수, phase, amplitude 등일 수 있다. 상기 타겟 샘플이 상기 시료챔버(211, 212)로부터 SAW 센서(400)로 이동하면 SAW 센서(400) 표면에 부착된 수용체와 타겟 샘플 내 타겟 물질이 반응하여 파장 변화를 유발한다. 이에, 베이스 라인과 타겟 샘플 주입시의 파장변화의 차이를 통해, 타겟 샘플 내 타겟 물질의 존부, 함량, 종류 등을 검출할 수 있다.
상기에서 SAW 센서(400)를 거친 유체는 폐기챔버(220)로 이동되어 폐기된다.
필요에 따라, 유체를 유동시킨 후 SAW 센서(400)에 기포가 유입되지 않도록 채널에 잔존하는 기포를 제거하는 과정;을 추가적으로 거칠 수 있다. 또한, 측정이 끝난 후 세척용액으로 SAW 센서 디바이스를 세척하고 시그널 변화를 재측정할 수도 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SAW 센서 디바이스의 단면도이다;
도 2는 도 1에 따른SAW 센서 디바이스의 평면도이다 ((a)는 본체부이고, (b)는 커버부이다);
도 3은 도 1에 따른 SAW 센서 디바이스의 분해 사시도이다 ((a)는 본체부이고, (b)는 커버부이다).
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
100: SAW센서 디바이스 200: 본체부
300: 커버부 400: SAW 센서

Claims (21)

  1. 시료챔버,
    상기 시료챔버와 연결되어 있는 SAW 센서,
    상기 SAW 센서와 연결되어 있고, SAW 센서를 통과한 시료를 담지하는 폐기챔버,
    수평 방향으로 순차 배치된 상기 시료챔버, SAW 센서, 및 폐기챔버를 연결하는 채널로 구성된 본체부; 및
    상기 본체부의 수직 상부면에 위치하여 상기 본체부의 상단을 커버하는 커버부를 포함하되,
    상기 채널은 상기 시료챔버의 SAW 센서 측 측면에서 수직 상향한 후 상기 SAW 센서 상단면으로 수직 하향하는 구조의 제1채널, 및 상기 SAW 센서의 상단면에서 수직 상향한 후 상기 폐기챔버 측면에 수평 연결되는 구조의 제2채널로 구성되고,
    상기 커버부에 위치하는 유체제어부가 상기 시료챔버 또는 폐기챔버의 외부 채널에 공기를 유입시켜 유체의 흐름을 제어하는 SAW 센서 디바이스.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유체제어부는 밸브(valve) 및 펌프(pump)를 포함하는, SAW 센서 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 밸브는 시료챔버 및 폐기챔버에 각각 연결되어 있는, SAW 센서 디바이스.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 펌프는 양압펌프 또는 음압펌프인, SAW 센서 디바이스.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 펌프는 유체의 유입부 측 또는 유출부 측에 위치하는, SAW 센서 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 시료챔버 및 폐기챔버는 각각 외부와 연결될 수 있는 개구부를 포함하며, 상기 개구부는 본체부 외부의 유체제어부와 연결된, SAW 센서 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 시료챔버 또는 폐기챔버의 측면은 테이퍼되어 있는, SAW 센서 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 테이퍼의 기울기는 5~30도인, SAW 센서 디바이스.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 유체는 타겟물질을 포함하는 용액, 기준용액, 세척액 및 완충액으로 이루어진 군에서 선택된 1 이상인, SAW 센서 디바이스.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 시료챔버와 SAW 센서 사이에 제 2 폐기챔버가 채널 에 의해 연결되어 있는, SAW 센서 디바이스.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제 2 폐기챔버는 외부와 연결될 수 있는 개구부를 포함하며, 개구부는 본체부 외부의 유체제어부와 연결된, SAW 센서 디바이스.
  19. 제 1 항에 따른 SAW 센서 디바이스에서 SAW 센서 표면에 수용체가 고정되어 있는 제 1 SAW 센서 디바이스; 및
    제 1 항에 따른 SAW 센서 디바이스에서 SAW 센서 표면에 수용체가 고정되어 있지 않은 제 2 SAW 센서 디바이스;를 포함하는 SAW 센서 시스템.
  20. 제 1 항에 따른 SAW 센서 디바이스에서 본체부 외부에 위치하는 유체제어부로부터 제공된 이송구동력에 의해 시료챔버 내 유체를 SAW 센서 방향으로 수평이동시키는 단계;를 포함하는 SAW 센서 디바이스의 유체제어방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 이송구동력은 기압인 SAW 센서 디바이스의 유체제어방법.
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