KR101664552B1 - 입자 검출장치 - Google Patents

Abstract

입자 검출장치가 개시된다. 본 발명의 시스템은, 채널에 배치되는 제1전극에 인가되는 전기신호에 의해, 유입되는 용액 내 입자를 검출하는 검출부와, 검출부에 직류(DC) 및 교류(AC) 전압으로 구성되는 전기신호를 상기 제1전극에 제공하고, 채널에 배치되는 제2전극에 의해 측정되는 전기신호를 검출하는 신호처리부를 포함한다.

Description

입자 검출장치{APPARATUS FOR DETECTING PARTICLES}

본 발명은 입자 검출장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액체내 입자의 농도를 측정하는 방식은 크게 카운팅(counting)과 비카운팅(non-counting)으로 나눌 수 있다.

비카운팅법의 경우 여러 개 이상의 측정 대상이 모여서 그 안에서 일어나는 화학적 또는 전기적 반응의 변화를 보고 측정하는 원리이다. 이 방법은 원하는 특정 대상만 측정하고자 할 때 그 대상에만 반응하는 물질을 이용하는 것으로서, 개별 대상의 농도 측정에는 유리하나, 원하는 측정 대상이 모여야 측정이 가능하므로 저농도 측정시 불리한 단점이 있다. 또한 특정 항체 코팅이나 염색 등 검출재료의 개발이 요구되고, 개발자나 사용자가 어느 정도 숙련도와 이해도를 갖추어야 하는 단점이 있다.

이러한 단점으로 인해, 입자농도 측정장치는 주로 입자의 수를 세는 카운팅(계수)법 위주로 성장하고 있으며, 그 대표적인 예로서, 전기적 카운팅 방식이 현재 사용되고 있고, 또한 광학적 카운팅 방식도 개발되고 있다.

전기적 카운팅 방식의 경우, 측정 영역을 연속적으로 입자가 지나가면서 변화하는 전기적 신호의 차이를 측정하여, 그 측정된 개수를 통해 그 농도를 결정하는 방식이다. 이 방식은 구현이 간단하고, 측정을 위해 별도의 처리가 요구되지 않는 장점이 있지만, 인산완충 식염수(phosphate buffered saline, PBS)와 같이 전기전도도가 높은 용매에서만 측정이 가능한 단점이 있다. 따라서, 전기적 카운팅 방식을 이용하는 장비들의 경우에는, 사용자가 낮은 전기전도도의 용액에 담겨 있는 샘플을 측정하기 위해, PBS 또는 그와 유사한 전기전도도가 높은 용액을 섞어 측정하여야 하는 단점이 있다.

또한, 광학적 카운팅 방식은, 광원인 레이저가 형광체와 결합된 세포를 통과하면서 생긴 산란현상을 이용하거나, 또는 특정 파장대에서의 입자의 산란, 여기 및/또는 발광특성을 이용하여 입자의 유무를 모양상 특징으로 판별하는 것이다. 이를 전기적 카운팅 방식과 비교하면 측정 용액의 전기전도도 문제로부터 자유로우므로 측정 용매에 제한이 적은 장점이 있다. 다만, 이 방식은 빛을 여가하고 받아 그 변화를 판별하기 위한 공간을 확보할 필요가 있으며, 작은 세포에 대한 제약이 있고, 시료와의 반응으로 인해 세포가 변질될 가능성이 있으며, 또한 구현을 위한 발광부와 수광부 구성이 아직 고가인 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 사용자 편의를 제공하고 측정이 용이한, 입자 검출장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 입자검출 시스템은, 채널에 배치되는 제1전극에 인가되는 전기신호에 의해, 유입되는 용액 내 입자를 검출하는 검출부; 및 상기 검출부에 직류(DC) 및 교류(AC) 전압으로 구성되는 전기신호를 상기 제1전극에 제공하고, 채널에 배치되는 제2전극에 의해 측정되는 전기신호를 검출하는 신호처리부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 검출부는, 용액이 유입되는 제1메인채널; 제1메인채널을 통해 흐르는 용액이 유출되는 제2메인채널; 상기 제1 및 제2메인채널 사이에 배치되며, 상기 제1 및 제2메인채널의 폭보다 그 폭이 좁은 측정채널; 상기 제1메인채널의 하부에 배치되는 상기 제1전극; 및 상기 제2메인채널의 하부에 배치되는 상기 제2전극을 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 검출부는, 상기 제1메인채널에 용액을 유입하는 주입부; 및 상기 제2메인채널로부터 용액을 유출하는 유출부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 측정채널의 폭은, 측정하려는 입자의 크기의 2배 내지 50배 사이에서 결정될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 DC 전압은, 0.1 내지 20 V의 범위 내에서 결정될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 AC 전압은, 0.1 내지 20 V의 범위 내에서 결정될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 AC 전압의 주파수는, 100㎐ 내지 10㎒의 범위 내에서 결정될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 신호처리부는, DC 전압이 인가된 소정 주기의 신호를 생성하는 프로세서; 상기 DC 전압이 인가된 소정 주기의 신호를 발진하여, DC 전압과 AC 전압이 결합된 신호를 생성하는 발진부; 및 상기 제2전극으로부터 수신되는 신호를, 소정 대역으로 필터링하고, 증폭하는 신호검출부를 포함할 수 있다.

또한, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 입자 검출장치는, 제1채널; 상기 제1채널과 연결된 제2채널; 상기 제1 및 제2채널의 사이에 형성되며, 상기 제1 및 제2채널의 폭보다 좁은 제3채널; 상기 제1채널의 하부에 배치되는 제1전극; 및 상기 제2채널의 하부에 배치되는 제2전극을 포함하고, 상기 제1전극에 DC 전압과 AC 전압이 동시에 인가될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 DC 전압은, 0.1 내지 20 V의 범위 내에서 결정될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 AC 전압은, 0.1 내지 20 V의 범위 내에서 결정될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 AC 전압의 주파수는, 100㎐ 내지 10㎒의 범위 내에서 결정될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제3채널의 폭은, 측정하려는 입자의 크기의 2배 내지 50배 사이에서 결정될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제1 및 제2전극은, 반도체 공정으로부터 제작될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제1 및 제2전극은, Pt, Cr, Ti, Cu, Ag, Au, Al 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제1 내지 제3채널은, 반도체 공정으로부터 제작될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제1 내지 제3채널은, 전기가 전도되지 않는 재질일 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제1채널의 일부에, 상기 용액이 주입되는 주입부가 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제2채널의 일부에, 상기 용액이 유출되는 유출부가 형성될 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 낮은 전기전도도의 액체에서 입자를 검출할 수 있으며, 이에 의해 입자의 농도를 측정가능하게 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 입자를 검출하기 위해 별도의 시료를 삽입할 필요가 없으므로, 사용자의 편의를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 입자의 검출이 실시간으로 가능하므로, 측정에 소요되는 시간을 줄이고, 또한 입자 검출장치의 가격을 낮출 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 원리를 설명하기 위한 일예시도이다.
도 2는 유체 내에서 AC 전압에 의해 전계가 인가된 상태에서 입자검출을 하는 원리를 나타낸 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예의 원리를 설명하기 위한 일예시도이다.
도 4는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 일예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 입자 검출 시스템은 설명하기 위한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 시스템이 구현되는 것을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 7은 도 5의 검출부의 일부를 확대한 일예시도이다.
도 8은 채널에서 입자의 위치에 따른 임피던스 변화를 설명하기 위한 일예시도이다.
도 9는 본 발명의 검출부와, 그 검출부를 구동하는 신호처리부가 연결된 모습을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 10은 인가전극에 인가되는 전압을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 11은 신호처리부의 일실시예 상세 구성도이다.
도 12는, 신호검출부에서 검출한 신호특성을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 13은 DC 전압에 따른 측정의 변화를 설명하기 위한 일예시도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 원리를 먼저 설명한 후, 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 원리를 설명하기 위한 일예시도로서, 흐르는 유체 내에서 입자의 이동에 따라 전기적 신호가 변화하는 것을 설명하기 위한 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 입자(A)가 채널(120) 내의 전극(110) 위를 지나가면, 기존에 형성되어 있던 전계 사이에 입자의 부피만큼의 임피던스 변화가 일어나게 된다. 이러한 임피던스의 변화로 입자가 측정 영역안에 위치하였음을 인식하는 것이다. 이때, 임피던스의 변화는 다음 식에 의해 표현될 수 있다.

이때, Dt는 전극(110)의 길이이고, dp는 입자(A)의 지름이며, Lt는 측정 채널(120)의 길이이고, Rm은 전체 저항이다.

본 발명은 이 원리를 이용하는 것이다. 즉, 기본적으로 측정하고자 하는 영역 사이에 전극을 위치시키고, 그 안에 전기적 자극을 가하면서 전기적 신호를 인가하여 측정하게 된다.

종래, 전기적 신호로서, 직류(DC) 전압을 인가하여 측정하는 방식이 개시된 바 있으나, 이러한 방식은 기본적으로 전계의 흐름을 비도전성인 입자가 방해하여 생기는 임피던스의 변화를 측정하는 것이므로, 높은 전기전도도의 액체에서만 측정가능하였다.

이러한 경우, 정수된 물이나 수도물 정도의 낮은 전기전도도를 가지는 액체에서 측정하면, 용액 자체의 임피던스가 매우 커, 입자에 대한 임피던스 차이가 적어지게 되므로, 일반적으로 신호검출이 어려워지게 된다. 또한, 이러한 전기전도도가 낮은 액체는 임피던스가 크기 때문에 측정시 잡음의 영향도가 증가한다. 입자의 임피던스와 유체의 임피던스가 유사한 성질을 가지더라도 분극 현상이 증가하면 입자와 전해질 사이의 경계면에서 입자 안으로 흐르는 전류의 흐름을 더욱 방해하기 때문에 입자가 지나감에 따른 용매의 임피던스와 무관하게 추가적인 전류 방해 효과를 얻을 수 있어서 검출 신호의 크기를 증가시키는 효과를 갖는다

따라서, 잡음에서 미세한 신호를 검출하기 위해 특정 주파수의 전압을 인가한 대역에서의 변화만 모니터링하고 다른 대역의 잡음은 제거하여 신호검출의 성능을 향상시키며, 이를 위해서는 교류(AC) 전압의 인가가 요구된다.

도 2는 유체 내에서 AC 전압에 의해 전계가 인가된 상태에서 입자검출을 하는 원리를 나타낸 것이다.

즉, 유체 내에서 인가전극(130)에 AC 전압을 인가하면, 입자가 전계장 사이에 위치하면서 전계의 흐름을 방해하게 된다. 이때 일반적으로 방해하는 정도만큼의 전기적 신호의 차이가 입자의 유무 검출을 위한 지표가 되는 것이다.

입자의 임피던스와 유체의 임피던스가 유사한 성질을 가지더라도 분극현상이 증가하면 입자와 전해질 사이의 경계면에서 입자 안으로 흐르는 전류의 흐름을 더욱 방해하기 때문에, 입자가 지나감에 따른 용매의 임피던스와 무관하게 추가적인 전류 방해 효과를 얻을 수 있어서 검출 신호의 크기를 증가시킬 수 있다.

그러나, 이 경우에도 전기전도도가 낮은 액체에서는 적은 양의 전류만 이동하게 되므로, 신호검출이 어려운 문제점이 있다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예의 원리를 설명하기 위한 일예시도로서, 도 3a는 DC 전압을 인가하기 전을 나타낸 것이고, 도 3b는 DC 전압이 인가된 것을 나타낸 것이다.

액체 내에 전극(인가전극(130), 측정전극(110))이 위치하게 되고, 인가전극(10)에 DC 전압을 인가하면, 전극(130, 110)의 표면에 전기이중층(electrical double layer)이 형성된다. 이 전기이중층은, DC 전압이 인가되는 경우 전극(130, 110) 표면에서 전하가 재분배되어, 반대 전하의 이온이 전극 주변에 고르게 일시적으로 분포하게 되는 것에서 시작한다. 이후, 전극(130, 110) 표면의 전하 분포는 평형상태에 이르러서 서로 반대되는 두 전하가 전극표면에 분포된다.

뿐만 아니라 일부 이온들은 전극(130, 110)의 표면에 흡착되며, 물 분자와 같은 전해질 내의 극성 분자는 전극(130, 110)의 표면에 방향성을 가지고 배열된다. 이렇게 형성되는 이중층은 결국 전기적으로 중성이며, 서로 반대되는 전하가 전극을 경계로 배열되어 두 개의 층으로 하나의 거대한 축전기를 형성하게 된다.

이러한 상태의 유체 내에서의 전류가 흐르는 특성은 페러데이(Faraday) 전류와 비패러데이(non-Faraday) 전류로 나누어 설명할 수 있는데, 비패러데이 전류는 이중층을 경계로 전하의 재배치가 일어날 때 생기는 전류이고, 패러데이 전류는 이온이 전극(130, 110)과 전해질 사이를 직접 이동하여 발생하는 전류이다.

결국, 도 3a 및 도 3b와 같이 전하가 이동하여 발생하는 전류의 흐름으로 인해, 채널 내에서 전체 전류의 크기가 커짐에 따라 입자가 지나가면서 입자의 부피만큼 방해하는 전류의 흐름도 커지게 되고, 이러한 원리로 인해 낮은 전기전도도의 액체에서도 입자이동에 의해 신호가 큰 변화를 나타내게 된다.

도 4는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 일예시도로서, DC 전압과 AC 전압을 동시에 인가한 경우를 설명한 것이다.

즉, 도 2에서 설명한 분극현상과 도 3a 및 도 3b를 참조로 설명한 전류밀도 증가현상이 동시에 일어나는 경우를 나타낸 것이다.

이와 같은 현상이 발생하게 되면, 우선 미세 유체내에서 전류밀도가 증가하게 되면서 입자가 이동할 때 전류의 흐름을 방해할 수 있는 확률이 더 커지게 되며, 결과적으로 종래 단일 AC 전압에 의해서만 측정할 경우보다 추가적으로 전기적 신호의 변화가 더 커지게 된다. 이때 일반적인 전류 흐름의 방해는 입자가 전해질 내에서 차지하는 부피만큼의 변화로 인해 전기적인 신호의 변화가 발생하게 되는데, 본 발명은, 추가적으로 형성되어 있는 AC 전압으로 인해 전기장 내에서 입자는 분극현상을 띄게 되어, 전해질과 입자의 표면 사이의 전류 흐름을 추가적으로 방해하는 효과를 지니게 되어, 전기적 신호의 차이가 더 커지게 된다.

즉, 본 발명은 측정을 위한 AC 전압과 DC 전압을 함께 인가하여 추가적인 분극현상을 유도함으로써 신호 크기를 개선한다.이와 같이, 측정전압으로서 DC 전압과 AC 전압을 동시에 인가하면, 액체 내의 이온의 움직임을 활발하게 하고, 이로 인해 전하의 이동, 즉 전류의 크기가 강해진다.

따라서, 본 발명은, 전기적 카운팅 방식을 채용하면서, 낮은 전기전도도의 액체에서 입자를 검출함으로써 입자의 농도를 측정할 수 있고, 별도의 시료 삽입이나 처리과정이 불필요하므로 사용이 용이하며, 측정의 정확도가 높다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 입자 검출 시스템은 설명하기 위한 구성도이고, 도 6는 본 발명의 시스템이 구현되는 것을 설명하기 위한 일예시도이다. 본 발명의 입자 검출 시스템은, 액체 상태를 모니터링하기 위한 장치, 예를 들면, 정수기, 연수기, 냉장고, 에어컨, 싱크대, 화장실, 세면대 등에 설치되어, 샘플 내의 입자를 검출하는 것에 의해, 샘플의 농도를 결정할 수 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 장치는, 샘플 주입부(1), 검출부(2), 샘플 유출부(3), 신호처리부(4)를 포함하며, 디스플레이부(5) 또는 살균제어부(6)를 더 포함할 수 있다.

샘플 주입부(1)는 측정하고자 하는 샘플을 본 발명의 검출부(2)에 주입한다. 종래 시스템에서, 샘플의 주입시에 별도의 용매(예를 들어 PBS)를 섞어 전기전도도를 높여야 했지만, 본 발명의 경우 별도의 처리 없이 바로 입자가 포함된 샘플만을 주입할 수 있다. 이때, 샘플 주입부(1)는, 검출부(2)의 인렛(inlet)(21)에 샘플을 주입하며, 주사기 펌프를 포함할 수도 있다.

샘플 주입부(1)를 통해 검출부(2)로 샘플이 주입되면, 입자를 포함하는 용액에 검출부의 메인 채널을 통해 흐르게 된다.

도 7은 도 6의 검출부의 일부를 확대한 일예시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 검출부(2)는, 미세 칩(chip) 구조일 수 있으며, 제1 및 제2메인채널(23, 24), 제1 및 제2메일채널(23, 24)의 사이에 배치된 측정채널(25), 제1메인채널(23)의 하부에 배치되는 인가전극(26), 제2메인채널(24)의 하부에 배치되는 측정전극(27)을 포함하여 구성될 수 있다.

인가전극(26)에는 신호처리부(4)로부터 DC 전압과 AC 전압이 동시에 인가된다. 이때, DC 전압 및 AC 전압의 범위는 각각 0.1V 내지 20V 이하이며, AC 전압의 주파수는 100㎐ 내지 10㎒의 범위에서 결정될 수 있다.

인가전극(26)과 측정전극(27)은 반도체 공정으로부터 제작될 수 있으며, 이에 대해서는 이미 널리 알려진 바와 같으므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 인가전극(26)과 측정전극(27)의 재질은, 금속으로서, 예를 들어 Pt, Cr, Ti, Cu, Ag, Au, Al 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

인가전극(26)과 측정전극(27)의 폭은, 5㎛ 내지 100㎛의 범위에서 결정될 수 있다.

제1 및 제2메인채널(23, 24)과 측정채널(25)은, 반도체 공정 등과 같은 일반적인 공정으로 제작할 수 있으며, 그 재질은, 전기가 전도되지 않는 재질로서, 예를 들어 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 유리, 플라스틱 등으로 구성될 수 있다.

측정채널(25)의 폭은, 측정하려는 입자의 크기의 2배 내지 50배 사이에서 결정될 수 있으며, 이때 입자의 크기는 1㎛ 내지 10㎛ 사이로서, 박테리아를 포함한 미생물이거나, 또는 그와 유사한 크기의 입자일 수 있다.

제1메인채널(23)은 인렛(21)과 연결되어 인렛(21)을 통해 주입된 샘플이 흐르게 된다. 샘플 주입부(1)를 통해 인렛(21)으로 샘플이 주입되면, 입자는 6A→6B→6C→6D의 위치로 이동을 하게 된다. 이와 같이 입자(A)가 이동하면, 인가전극(26)과 측정전극(27) 사이에 형성된 전계의 흐름을 방해하게 되고, 측정채널(25)에서는 급격한 저항의 변화로 전기적 신호 변화에 의한 입자 검출 특성이 구현된다.

이때, 출력되는 검출신호는 입자가 6A에서 6B 위치로 갈수록 전기장의 흐름을 방해하므로 임피던스가 점점 높아지다가, 유로가 급격히 변하는 부분인 6B에서 가장 임피던스가 높아지며, 측정채널(25)에서 높은 임피던스를 유지하다가, 이후 6C 위치를 지나면서 점점 임피던스가 낮아지는 특성을 보인다.

도 8은 채널에서 입자의 위치에 따른 임피던스 변화를 설명하기 위한 일예시도이다. 즉, 측정 채널(25)에서 가장 높은 임피던스를 나타내고 있음을 알 수 있다.

도 9는 본 발명의 검출부(2)와, 그 검출부를 구동하는 신호처리부(4)가 연결된 모습을 개략적으로 나타낸 모식도로서, 도 6의 검출부의 단면과 신호처리부(4)의 연결을 모식적으로 설명하기 위한 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 채널(도 9에서는 단면을 도시하였으므로, 메인채널과 측정채널의 구분이 어려움)의 하부에 인가전극(26)과 측정전극(27)이 배치되며, 인가전극(26)에는 신호처리부로부터 DC 전압과 AC 전압이 동시에 인가된 것을 나타낸 것이고, 측정전극(27)으로부터 측정된 신호는 신호처리부(4)의 신호검출부(41)로 출력될 수 있다. 다만, 도 9는, 모식적인 설명을 위한 것으로서, AC 또는 DC에 해당하는 구성요소가 신호처리부(4)에 포함되는 것은 아니며, 그 상세한 구성에 대해서는 추후 설명하기로 한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 인가전극(26)에 인가되는 신호는, DC 전압과 AC 전압이 동시에 인가되는 것이다. 즉, 측정하고자 하는 주파수의 AC 전압이, 최적화된 DC 전압만큼 추가적으로 인가되는 것이며, 이는 도 10과 같은 모습의 파형에 해당한다.

도 10은 인가전극에 인가되는 전압을 설명하기 위한 일예시도이다. 도면에 도시된 바와 같이, AC 전압이 DC 전압과 결합한 형태임을 알 수 있다.

도 11은 신호처리부의 일실시예 상세 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 신호처리부(4)는, 신호검출부(41), 발진부(42), 프로세서(43) 및 전원부(44)를 포함할 수 있다. 본 발명의 신호처리부(4)에서, 신호검출부(41)와 발진부(42)는 아날로그 신호처리부에 해당하고, 프로세서(43)는 디지털 신호처리부에 해당할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 디지털 신호처리부는, 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하기 위해, 그 신호를 소정 샘플링 속도로 변환하여 신호처리를 수행할 수 있으며, 예를 들어 100 sample/s 내지 1M sample/s의 샘플링 속도로 변환하여 신호를 처리할 수 있다.

프로세서(43)는 전원부(44)로부터 전원을 인가받으며, DC 전압이 인가된 소정 주기의 신호를 발진부(42)에 인가하면, 발진부(42)는 해당 주기의 신호를 발진하여 검출부(2)의 인가전극(26)에 인가할 수 있다. 이때 발진부(42)는, 저항소자(R) 및 커패시터 소자(C)를 포함하는 발진회로일 수도 있고, 연산증폭기(Operational Amplifier, OP-AMP)일 수도 있고, 크리스탈 등의 소자로 구현될 수도 있다. 발진부(42)의 구성에 대해서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 바와 같으므로, 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 발진부(42)로부터 출력되는 신호는, 도 10에서 설명한 AC 전압과 DC 전압이 가산된 신호이다.

이와 같이 형성되어 인가전극에 인가된 신호는, 유체 내에서 형성된 전기장을 거쳐 측정전극(27)에 의해 측정되며, 측정전극(27)에 의해 측정되는 신호는, 도 8과 같은 임피던스의 변화에 따라 변화된 신호이다. 이때, 측정전극(27)에 의해 측정되는 신호의 미세한 변화를 검출하기 위해, 신호검출부(41)는, 측정전극(27)에 측정된 신호에서 인가신호의 주파수 대역에 해당하는 부분을 필터링하고, 신호 부분만 증폭할 수 있다.

즉, 신호검출부(41)는, 위에서 설명한 바와 같이, 소정 대역통과필터와 OP-AMP로 구성될 수도 있고, 또는 저항과 커패시터만으로 구성될 수도 있다.

이와 같이 검출되는 신호를 프로세서(43)가 수신하여, 잡음 대 신호비를 높일 수도 있고, 이에 의해, 샘플내 입자의 유무, 크기 및 종류판별도 가능하다. 또한, 프로세서(43)는, 이와 같이 처리된 신호를 디스플레이부(5)를 통해 출력할 수도 있다.

또한, 신호검출부(41)에 의해 검출된 신호를 이용하여, 입자의 농도에 따라 용액의 오염정도를 결정하고, 이에 의해 살균 시스템을 작동하도록 살균 제어부(6)를 제어할 수도 있을 것이다.

이와 같은 추가적인 조치에 대해서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항이므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 하겠다.

도 12는, 신호검출부(41)에서 검출한 신호특성을 설명하기 위한 일예시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 측정전극(27)으로부터 출력되는 전기적 신호는 신호검출부(41)에 의해 필터링 및 부분 증폭을 거치게 되며, 입자의 움직임에 의한 신호의 특성만이 추출된다.

도 12의 (a)는, 종래 저전도성 용매(정수된 물, 수도물 등)에서 입자가 측정 영역을 지나가도 입자에 의한 전기적 신호의 변화가 별도의 특성으로 검출되지 않는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 본 발명의 방식에 의해서는 (b)와 같이, 입자의 이동에 따라 전기적 신호의 변화가 명확하게 검출(C, D)되는 것을 알 수 있다.

한편, 도 13은, DC 전압에 따른 측정의 변화를 설명하기 위한 일예시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, DC 전압이 인가되지 않는 경우에는, 신호보다 잡음이 더 크지만, 2V 이상의 DC 전압이 인가되는 경우, 신호의 크기가 잡음에 비해 뚜렷하게 차이가 나는 것을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명은, DC 전압을 변경함으로써, 용매 내에서의 입자 검출시 용액의 전기전도도 한계를 없애고 입자 검출 성능을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

본 발명은, 용매의 전기전도도가 높은 경우 뿐 아니라, 용매의 전기전도도와 무관하게 입자의 검출이 가능하다. 이에 의해 낮은 전기전도도의 용매에서도 입자의 검출이 가능하며, 따라서 칩을 소형화하고 저가화할 수 있다.

다음 표는 전기전도도별 비교실험을 설명하기 위한 것이다. 전해질(예를 들어 이소톤(isoton))의 희석의 희석 비율에 따른 전기전도도와, 해당 용매에서의 측정가능여부를 나타낸 것이다.

전해질 희석비율	전기전도도	종래 카운터 방식	본 발명
초기상태	16.7mS/cm	가능	가능
1/2 희석	8.1mS/cm	가능	가능
1/4 희석	4.9mS/cm	불가	가능
정수기	5μS/cm	불가	가능

이와 같이, 본 발명에 의해서는, 낮은 전기전도도의 액체 내의 입자를 검출하는데 적용가능하며, 사용자는 별도의 처리 없이, 알고자 하는 액체 내의 입자의 농도를 측정할 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

1: 샘플주입부 2: 검출부
3: 샘플유출부 4: 신호처리부
5: 디스플레이부 6: 살균 제어부

Claims (19)

1. 채널에 배치되는 제1전극에 인가되는 전기신호에 의해, 유입되는 용액 내 입자를 검출하는 검출부; 및
   상기 검출부에 직류(DC)와 교류(AC) 전압으로 구성되는 전기신호를 상기 제1전극에 제공하고, 채널에 배치되는 제2전극에 의해 측정되는 전기신호를 검출하는 신호처리부를 포함하되,
   상기 직류와 교류 전압으로 구성되는 전기신호는,
   입자의 분극 형성 및 전극의 전기이중층 형성 중에서 적어도 하나를 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 입자 검출 시스템.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 검출부는,
   용액이 유입되는 제1메인채널;
   제1메인채널을 통해 흐르는 용액이 유출되는 제2메인채널;
   상기 제1 및 제2메인채널 사이에 배치되며, 상기 제1 및 제2메인채널의 폭보다 그 폭이 좁은 측정채널;
   상기 제1메인채널의 하부에 배치되는 상기 제1전극; 및
   상기 제2메인채널의 하부에 배치되는 상기 제2전극을 포함하는 입자 검출 시스템.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 검출부는,
   상기 제1메인채널에 용액을 유입하는 주입부; 및
   상기 제2메인채널로부터 용액을 유출하는 유출부를 더 포함하는 입자 검출 시스템.
   
4. 제2항에 있어서, 상기 측정채널의 폭은, 측정하려는 입자의 크기의 2배 내지 50배 사이에서 결정되는 입자 검출 시스템.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 DC 전압은, 0.1 내지 20 V의 범위 내에서 결정되는 입자 검출 시스템.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 AC 전압은, 0.1 내지 20 V의 범위 내에서 결정되는 입자 검출 시스템.
   
7. 제1항에 있어서, 상기 AC 전압의 주파수는, 100㎐ 내지 10㎒의 범위 내에서 결정되는 입자 검출 시스템.
   
8. 제1항에 있어서, 상기 신호처리부는,
   DC 전압이 인가된 소정 주기의 신호를 생성하는 프로세서;
   상기 DC 전압이 인가된 소정 주기의 신호를 발진하여, DC 전압과 AC 전압이 결합된 신호를 생성하는 발진부; 및
   상기 제2전극으로부터 수신되는 신호를, 소정 대역으로 필터링하고, 증폭하는 신호검출부를 포함하는 입자 검출 시스템.
   
9. 제1채널;
   상기 제1채널과 연결된 제2채널;
   상기 제1 및 제2채널의 사이에 형성되며, 상기 제1 및 제2채널의 폭보다 좁은 제3채널;
   상기 제1채널의 하부에 배치되는 제1전극; 및
   상기 제2채널의 하부에 배치되는 제2전극을 포함하되,
   입자의 분극 형성 및 전극의 전기이중층 형성 중에서 적어도 하나를 위해 상기 제1전극에 DC 전압과 AC 전압이 동시에 인가되는 입자 검출장치.
   
10. 제9항에 있어서, 상기 DC 전압은, 0.1 내지 20 V의 범위 내에서 결정되는 입자 검출장치.
    
11. 제9항에 있어서, 상기 AC 전압은, 0.1 내지 20 V의 범위 내에서 결정되는 입자 검출장치.
    
12. 제9항에 있어서, 상기 AC 전압의 주파수는, 100㎐ 내지 10㎒의 범위 내에서 결정되는 입자 검출장치.
    
13. 제9항에 있어서, 상기 제3채널의 폭은, 측정하려는 입자의 크기의 2배 내지 50배 사이에서 결정되는 입자 검출장치.
    
14. 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2전극은, 반도체 공정으로부터 제작되는 입자 검출장치.
    
15. 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2전극은, Pt, Cr, Ti, Cu, Ag, Au, Al 중 어느 하나를 포함하는 입자 검출장치.
    
16. 제9항에 있어서, 상기 제1 내지 제3채널은, 반도체 공정으로부터 제작되는 입자 검출장치.
    
17. 제9항에 있어서, 상기 제1 내지 제3채널은, 전기가 전도되지 않는 재질인 입자 검출장치.
    
18. 제9항에 있어서, 상기 제1채널의 일부에, 상기 용액이 주입되는 주입부가 형성되는 입자 검출장치.
    
19. 제9항에 있어서, 상기 제2채널의 일부에, 상기 용액이 유출되는 유출부가 형성되는 입자 검출장치.

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