KR101681179B1 - 미세입자 분석 및 정량을 위한 세포계수 칩 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세입자 측정장치에 관한 것으로, 미세입자가 통과할 수 있는 단면적을 가지는 미세유체관, 상기 미세유체관에 형성되는 제 1 전극, 상기 제 1 전극으로부터 상기 미세입자가 주입되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성되어 제 1 기준전압이 인가되는 제 2 전극, 상기 제 1 전극으로부터 상기 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성되는 제 3 전극, 상기 제 3 전극으로부터 상기 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성되어 제 2 기준전압이 인가되는 제 4 전극을 포함하고, 상기 각 전극들의 출력신호를 측정하는 센싱부; 및 상기 센싱부에 의해 측정된 신호를 분석하여 미세입자의 각 전극으로의 도달여부, 미세입자의 개수, 크기 또는 농도를 산출하는 하나 이상의 처리부;를 포함하고, 상기 처리부는, 상기 제 1 전극의 출력신호를 이용하여 통과한 미세입자의 개수,및 크기를 산출하며, 상기 제3 전극에 제1 역치 이상의 전류가 흐르는 제1 시간, 상기 제4 전극에 제2 역치 이상의 전류가 흐르는 제2 시간과, 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이에 산출된 미세입자의 개수와, 상기 제3 전극과 제4 전극 사이의 상기 미세유체관의 부피를 이용하여 상기 미세입자의 농도를 산출할 수 있다.
Description
본 발명은 미세입자 측정장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 미세입자가 미세유관을 통과할 때 전압 및 전류를 유도하여 미세입자를 측정하는 미세입자 측정장치 및 미세입자 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로, 유세포분석(Flow Cytometry) 기술은 액체에 현탁하는 세포, 개체 및 기타 생물입자의 입자수, 각각의 물리적·화학적·생물학적 성상을 계측하는 기술로 알려져 있으며, 미세유체관내 좁은 구간을 지나가는 다량의 세포나 미세입자들의 특성분석 등을 위해 오랜 기간 중요한 기술로서 이용되어 왔다. 세포나 미세입자들이 미세유체관을 지나가는 현상을 인식하는 방법은 광학적 방법과 전기적 방법으로 구분될 수 있다.
한편, 저항성 펄스 카운팅(resistive pulse counting)(즉 “electrozone sensing")을 기반으로 하는 입자 카운팅(particle counting)은 입자 분석의 일반적인 방법이며, 시판되는 쿨터 카운터(Coulter Counter)를 기초로 한다. 시판되는 기구(예를 들어, MULTISIZER™ 3 COULTER COUNTER, Beckman Coulter, Inc.)에 의해 반경 200㎚보다 큰 입자의 검출이 가능하다. 그러나 기본 및 응용 연구 영역에서 더 작은 나노입자(가령, 100㎚ 이하)에의 적용은 입자 크기와 농도의 용이하고 정확한 검출을 가능하게 하는 새로운 분석 기법을 필요로 한다.
또한, 쿨터 카운터는 양쪽 전해질 공간 사이의 전류를 재는 방식이기 때문에 병목구간이 2개 이상일 경우, 어느 쪽으로 시료가 통과했는 지를 알 수가 없어 병렬측정을 위해서는 양쪽의 전해질 저장공간 역시 병렬화해야 하므로, 하나의 병목구간만 가능하여 병렬 측정 및 대규모 데이터 수집이 어려운 한계를 지닌다.
본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 미세입자가 미세유관을 통과할 때 전압 및 전류를 유도하여 미세입자를 측정하는 미세입자 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 미세입자가 미세유관을 통과할 때 전압 및 전류를 유도하여 미세입자를 측정하는 미세입자 측정방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여, 미세입자가 통과할 수 있는 단면적을 가지는 미세유체관; 상기 미세유체관에 형성되는 제 1 전극; 상기 제 1 전극으로부터 상기 미세입자가 주입되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성되어 제 1 기준전압이 인가되는 제 2 전극; 상기 제 1 전극으로부터 상기 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성되는 제 3 전극; 및 3 전극으로부터 상기 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성되어 제 2 기준전압이 인가되는 제 4 전극; 상기 각 전극들의 출력신호를 측정하는 센싱부; 및 상기 센싱부에 의해 측정된 신호를 분석하여 미세입자의 각 전극으로의 도달여부, 미세입자의 개수, 크기 또는 농도를 산출하는 하나 이상의 처리부;를 포함하고, 상기 처리부는, 상기 제 1 전극의 출력신호를 이용하여 통과한 미세입자의 개수,및 크기를 산출하며, 상기 제3 전극에 제1 역치 이상의 전류가 흐르는 제1 시간, 상기 제4 전극에 제2 역치 이상의 전류가 흐르는 제2 시간과, 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이에 산출된 미세입자의 개수와, 상기 제3 전극과 제4 전극 사이의 상기 미세유체관의 부피를 이용하여 상기 미세입자의 농도를 산출하는 것을 특징으로 하는 미세입자 측정장치를 제공한다.
삭제
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 제 1 전극과 상기 제 1 전극의 출력신호를 측정하는 출력신호 측정부 사이에 병렬로 연결되는 스위치를 더 포함하고, 상기 스위치는, 상기 제 1 전극의 출력신호가 측정되기 전까지 상기 처리부의 제어에 의해 스위치-온되어 상기 제 1 기준전압에 의해 측정되는 전압과 구별되는 전압이 측정되도록 하고, 상기 제 1 전극의 출력신호가 측정되면 상기 처리부의 제어에 의해 스위치-오프되어 상기 제 1 기준전압에 의해 측정되는 전압이 측정되도록 하는 것을 특징으로 하는 미세입자 측정장치일 수 있다.
삭제
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 미세유체관의 단면적은 상기 통과하는 미세입자가 통과할 수 있는 단면적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 미세입자 측정장치일 수 있다.
본 발명은 상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여, 미세입자가 통과할 수 있는 단면적의 미세유체관에 미세입자를 주입하는 단계; 상기 미세입자가 상기 미세유체관에 형성된 제 1 전극으로부터 상기 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성된 제 3 전극에 도달하여 제 3 전극에 전류가 흐르기 시작하는 제 1 시간을 측정하는 단계; 상기 미세입자가 상기 미세유체관을 통과할 때 상기 제 1 전극의 출력신호를 측정하여 미세입자의 개수 또는 크기를 산출하는 단계; 상기 미세입자가 상기 제 3 전극으로부터 상기 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성된 제 4 전극에 도달하여 제 4 전극에 전류가 흐르기 시작하는 제 2 시간을 측정하는 단계; 및 상기 제3 전극에 제1 역치 이상의 전류가 흐르는 제1 시간, 상기 제4 전극에 제2 역치 이상의 전류가 흐르는 제2 시간과, 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이에 산출된 미세입자의 개수와, 상기 제3 전극과 제4 전극 사이의 상기 미세유체관의 부피를 이용하여 상기 미세입자의 농도를 산출하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 전극의 출력신호는, 상기 제 1 전극으로부터 상기 미세입자가 주입되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성된 제 2 전극에 인가된 제 1 기준전압에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 미세입자 측정방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 미세입자가 상기 제 1 기준전압에 의해 제 1 전극의 출력신호가 측정될 때, 상기 제 1 전극과 상기 제 1 전극의 출력신호를 측정하는 출력신호 측정부 사이에 병렬로 연결되는 스위치를 스위치-오프하는 단계를 더 포함하고, 상기 스위치는, 상기 제 1 전극의 출력신호가 측정되기 전까지 스위치-온되어 상기 제 1 기준전압에 의해 측정되는 전압과 구별되는 전압이 측정되도록 하고, 상기 제 1 전극의 출력신호가 측정되면 스위치-오프되어 상기 제 1 기준전압에 의해 측정되는 전압이 측정되도록 하는 것을 특징으로 하는 미세입자 측정방법일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 제 1 전극의 출력신호의 변화의 수 또는 크기에 따라 미세입자의 개수 또는 크기를 측정하는 것을 특징으로 하는 미세입자 측정방법일 수 있다.
본 발명은 상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여, 미세입자가 통과할 수 있는 단면적의 미세유체관에 미세입자를 주입하는 단계; 상기 미세입자가 상기 미세유체관에 형성된 제 1 전극으로부터 상기 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성된 제 3 전극에 도달하여 제 3 전극에 전류가 흐르기 시작하는 제 1 시간을 측정하는 단계; 상기 미세입자가 상기 미세유체관을 통과할 때 상기 제 1 전극의 출력신호를 측정하여 미세입자의 개수 또는 크기를 산출하는 단계; 상기 미세입자가 상기 제 3 전극으로부터 상기 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성된 제 4 전극에 도달하여 제 3 전극에 흐르는 전류가 변하기 시작하는 제 2 시간을 측정하는 단계; 및 상기 제3 전극에 제1 역치 이상의 전류가 흐르는 제1 시간, 상기 제4 전극에 제2 역치 이상의 전류가 흐르는 제2 시간과, 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이에 산출된 미세입자의 개수와, 상기 제3 전극과 제4 전극 사이의 상기 미세유체관의 부피를 이용하여 상기 미세입자의 농도를 산출하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 전극의 출력신호는, 상기 제 1 전극으로부터 상기 미세입자가 주입되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성된 제 2 전극에 인가된 제 1 기준전압에 의해 발생하고, 상기 제 3 전극에 흐르는 전류는, 상기 제 2 전극에 인가된 제 1 기준전압 또는 상기 제 4 전극에 인가된 제 2 기준전압에 의해 흐르는 것을 특징으로 하는 미세입자 측정방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 미세입자의 개수, 크기, 또는 농도를 효율적으로 산출할 수 있다. 또한, 미세입자계수의 정확성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 측정장치이다.
도 2는 미세입자의 위치에 따른 출력신호의 변화를 나타낸 것이다.
도 3은 미세유체관에서의 측정되는 출력신호를 나타낸 것이다.
도 4 내지 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세입자 측정장치이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 측정방법의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세입자 측정방법의 흐름도이다.
도 2는 미세입자의 위치에 따른 출력신호의 변화를 나타낸 것이다.
도 3은 미세유체관에서의 측정되는 출력신호를 나타낸 것이다.
도 4 내지 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세입자 측정장치이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 측정방법의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세입자 측정방법의 흐름도이다.
본 발명에 관한 구체적인 내용의 설명에 앞서 이해의 편의를 위해 본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안의 개요 혹은 기술적 사상의 핵심을 우선 제시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 측정장치는, 미세입자가 통과할 수 있는 단면적을 가지는 미세유체관, 상기 미세유체관에 형성되는 제 1 전극, 상기 제 1 전극으로부터 상기 미세입자가 주입되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성되어 제 1 기준전압이 인가되는 제 2 전극, 상기 제 1 전극으로부터 상기 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성되는 제 3 전극, 상기 제 3 전극으로부터 상기 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성되어 제 2 기준전압이 인가되는 제 4 전극을 포함하고, 상기 제 1 전극의 출력신호를 이용하여 통과한 미세입자의 개수 또는 크기를 산출하고, 간당 제 3 전극과 제 4 전극 사이를 통과하는 미세입자 수를 산출하여 미세입자의 농도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다. 아울러 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명 그리고 그 이외의 제반 사항이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 측정장치이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 측정장치(100)는 미세유체관(120), 제 1 전극(130), 제 2 전극(140), 제 3 전극(150), 및 제 4 전극(160)으로 구성된다.
미세유체관(120)는 미세입자가 통과할 수 있는 단면적이 형성된다.
보다 구체적으로, 미세입자가 하나씩 통과할 수 있도록 미세유체관(120)의 단면적은 상기 통과하는 미세입자가 통과할 수 있는 단면적으로 형성된다. 미세입자가 주입되는 입구(유입공)와 미세입자가 배출되는 출구(배출공)는 깔대기 형태로 형성되어 미세입자의 주입과 배출을 용이하게 한다.
측정할 수 있는 미세입자는 동물세포, 박테리아, 바이러스, DNA 등 다양한 생체물질을 포함할 수 있고, 미세입자는 마이크로 스케일 또는 나노 스케일일 수도 있다.
미세유체관에 형성되는 전극들은 4 개의 전극으로 구성된다.
제 1 전극(130)은 상기 미세유체관(120)에 형성된다.
보다 구체적으로, 제 1 전극(130)은 미세입자가 하나씩 통과하는 미세유체관에 형성된다. 제 1 전극(130)의 출력신호는 통과한 미세입자의 개수, 크기, 또는 농도를 산출하는데 이용된다. 제 1 전극(130)은 센싱전극일 수 있다.
제 2 전극(140)은 제 1 전극(130)으로부터 미세입자가 주입되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성되어 제 1 기준전압이 인가된다.
보다 구체적으로, 제 2 전극(140)은 제 1 전극으로부터 미세입자가 주입되는 방향으로 미리 설정된 거리만큼 이격된 위치에 형성된다. 제 2 전극(140)에는 제 1 기준전압이 인가되고, 제 1 기준전압에 의해 제 1 전극의 출력신호를 발생할 수 있다. 상기 미리 설정된 거리는 제 2 전극(140)에 인가되는 제 1 기준전압에 의해 제 1 전극의 출력신호를 분석할 수 있는 정도의 거리일 수 있다. 제 1 기준전압은 제 3 전극(150)에 대한 기준전압일 수 있다.
제 3 전극(150)은 제 1 전극(130)으로부터 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성된다.
보다 구체적으로, 제 3 전극(150)은 제 1 전극(130)으로부터 미세입자가 배출되는 방향으로 미리 설정된 거리만큼 이격된 위치에 형성된다. 제 3 전극(150)은 제 2 전극(140)과 연결되고, 전류계가 연결되어 미세입자(110)가 제 3 전극(150)에 도달하면 제 2 전극(140) 및 제 3 전극(150) 사이에 루프가 생성되어 전류가 흐르게 되고, 이를 측정하여 미세입자가 제 2 전극(140)에 도달하였는지를 판단할 수 있다. 상기 미리 설정된 거리는 제 1 전극(130)과 제 2 전극(140)사의 거리에 대응할 수 있고, 또는 제 2 전극(140)에 인가되는 제 1 기준전압에 의해 흐르는 전류를 측정할 수 있는 정도의 거리일 수 있다.
제 4 전극(160)은 제 3 전극(150)으로부터 상기 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성되어 제 2 기준전압이 인가된다.
보다 구체적으로, 제 4 전극(160)은 제 3 전극(150)으로부터 제 1 전극(130)과의 반대방향, 즉 미세입자가 배출되는 방향으로 미리 설정된 거리만큼 이격된 위치에 형성되고, 제 2 기준전압이 인가된다. 제 2 기준전압은 미세입자(110)가 제 4 전극에 도달하였는지 여부를 판단하는데 이용된다. 상기 미리 설정된 거리는 제 4 전극(160)에 인가되는 제 2 기준전압에 의해 미세입자가 도달하였는지 여부를 판단할 수 있는 정도의 거리일 수 있다. 제 2 기준전압은 제 3 전극(150)에 대한 기준전압일 수 있다.
상기 전극들로부터 측정되는 결과에 따라 제 1 전극(130)을 통과하는 미세입자 수를 산출하여 미세입자의 농도를 산출한다.
보다 구체적으로, 제 3 전극(150)과 제 4 전극(160) 사이의 미세유체관의 부피를 알고 있고, 제 3 전극(150)과 제 4 전극(160) 사이 공간이 비어있다가 미세입자로 채워지는 동안에 제 3 전극(150)과 제 4 전극(160) 사이 공간으로 유입되는 미세입자의 수는 같은 시간 동안 제 1 전극(130)를 통과한 미세입자의 수에 대응하는바, 제 1 전극(130)을 통과하는 미세입자의 수를 이용하여 농도를 산출할 수 있다.
이하, 미세입자를 측정하기 위한 구체적인 실시예들을 통해 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 미세입자의 위치에 따른 출력신호의 변화를 나타낸 것으로, 미세입자의 개수와 크기를 산출하는 원리를 나타낸 것이다. 미세입자가 미세유체관을 통과할 때, 미세유체관에 위치한 전극의 출력신호는 도 2와 같다. 미세입자가 i 위치로 주입되어 ii 위치에 도달하면 출력신호는 떨어지고, iii 위치를 지나 iv 위치로 도달하면 출력신호가 상승하였다가 v 위치로 배출되면 출력신호는 다시 정상으로 돌아온다. 미세입자는 미세유체관은 하나씩 통과하는바, 출력신호의 변화를 측정하여 출력신호의 변화의 개수가 미세입자의 개수가 되고, 출력신호의 변화의 정도에 따라 미세입자의 크기가 결정된다. 이와 같이, 출력신호를 통해 미세입자의 개수 및 크기를 산출할 수 있다. 출력신호는 인가되는 기준전압으로부터 도 3과 같은 미세유체관의 저항에 따라 하기 수학식 1과 같이 결정된다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 미세입자 측정장치를 나타낸 것이다.
도면 상의 E1은 제 1 전극, E2는 제 2 전극, E3는 제 3 전극, E4는 제 4 전극이다.
제 1 전극에는 제 1 전극의 출력신호를 측정하는 출력신호 측정부가 연결될 수 있다. 출력신호 측정부는 OPAMP 등을 이용한 범퍼를 포함할 수 있다.
제 1 전극과 제 1 전극의 출력신호를 측정하는 출력신호 측정부 사이에 병렬로 연결되는 스위치(S1)를 더 포함할 수 있다.
스위치(S1)는 각 전극들의 출력신호를 측정하는 센싱부 및 측정된 신호를 분석하여 미세입자의 각 전극으로의 도달여부, 미세입자의 개수, 크기 또는 농도를 산출하는 하나 이상의 처리부와 연결된다. 상기 처리부는 상기 센싱부로부터 각 전극들의 출력신호를 수신하고, 수신된 출력신호에 따라 상기 스위치의 상태, 즉 스위치-온/스위치-오프를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 스위치는 제 1 전극의 출력신호가 측정되기 전까지 상기 처리부의 제어에 의해 스위치-온되어 제 1 기준전압에 의해 측정되는 전압과 구별되는 전압이 측정되도록 하고, 제 1 전극의 출력신호가 측정되면 상기 처리부의 제어에 의해 스위치-오프되어 제 1 기준전압에 의해 측정되는 전압이 측정되도록 할 수 있다. 미세입자가 제 1 전극에 도달하기 전에는 제 2 전극에 인가되는 제 1 기준전압에 따른 출력신호가 출력되지 않는바, 스위치가 스위치-온 되어 기준전압과 구별되는 전압이 측정되도록 할 수 있다. 스위치는 저항(R1)을 통해 그라운드와 연결되어 0V가 측정되도록 할 수 있다. 미세입자가 제 1 전극에 도달하여 출력신호가 출력되는 경우, 이를 감지하여 스위치를 오프함으로써 제 1 기준전압으로부터 발생하는 출력신호를 측정할 수 있도록 한다.
제 1 전극의 출력신호의 변화의 수 또는 크기에 따라 미세입자의 개수 또는 크기를 측정한다. 미세입자가 미세유체관에 주입되어 제 2 전극을 지나 제 1 전극에 도달하기 전까지는 제 2 전극에 인가된 제 1 기준전압에 의한 출력신호가 발생하지 않는다. 미세입자가 제 1 전극에 도달하면 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 전압이 걸리면서 제 1 전극을 통해 출력신호가 출력되기 시작한다. 제 1 전극을 통해 출력되는 출력신호를 측정하여 미세입자의 개수 또는 크기를 산출할 수 있다.
미세입자가 제 3 전극에 도달하면 제 2 전극과 제 3 전극이 연결되어 제 2 전극에 인가된 제 1 기준전압에 의해 제 3 전극에 전류가 흐르기 시작한다. 이를 측정함으로써 미세입자가 제 3 전극에 도달하였는지를 판단할 수 있다. 제 3 전극에 흐르는 전류를 측정하기 위한 전류계는 도 4와 같이 제 3 전극과 그라운드 사이에 위치하거나, 도 5와 같이 제 2 전극과 제 1 기준전압의 전압원 사이에 위치할 수 있다.
미세입자가 제 4 전극에 도달하면 제 4 전극에 인가된 제 2 기준전압에 의해 제 4 전극에 전류가 흐르기 시작한다. 이를 측정함으로써 미세입자가 제 4 전극에 도달하였는지를 판단할 수 있다. 제 4 전극에 인가된 제 2 기준전압에 의해 발생하는 전류를 도 4 및 도 5와 같이 제 4 전극에 흐르는 전류를 측정하여 판단할 수 있고, 또는 도 6과 같이, 제 2 기준전압에 의해 제 3 전극에 흐르는 전류에 변화가 생기는바, 제 3 전극에 흐르는 전류의 변화를 제 3 전극에 연결된 전류계를 통해 측정하여 판단할 수 있다. 도 6과 같이 형성하는 경우, 하나의 전류계만으로 미세입자가 제 3 전극 또는 제 4 전극에 도달하였는지를 판단할 수 있다.
상기 제 3 전극 및 상기 제 4 전극에 흐르는 전류를 측정하고, 상기 제 3 전극에 전류가 흐르는 제 1 시간, 상기 제 4 전극에 전류가 흐르는 제 2 시간, 제 1 시간과 제 2 시간 사이에 산출된 미세입자의 개수, 및 상기 제 3 전극과 상기 제 4 전극 사이의 미세유체관의 부피를 이용하여 상기 미세입자의 농도를 산출한다. 제 3 전극과 제 4 전극 사이의 부피를 알고 있는바, 미세입자가 제 3 전극에 도달한 시간, 즉 제 3 전극에 전류가 흐르는 제 1 시간 및 미세입자가 제 4 전극에 도달한 시간, 즉 제 4 전극에 전류가 흐르는 제 2 시간을 측정하고, 제 1 시간과 제 2 시간 사이에 산출된 미세입자의 개수를 제 1 전극의 출력신호를 이용하여 산출함으로써 제 3 전극과 제 4 전극 사이에 존재하는 미세입자의 수를 산출할 수 있다. 제 3 전극(150)과 제 4 전극(160) 사이 공간이 비어있다가 미세입자로 채워지는 동안에 제 3 전극(150)과 제 4 전극(160) 사이 공간으로 유입되는 미세입자의 수는 같은 시간 동안 제 1 전극(130)를 통과한 미세입자의 수에 대응하며, 상기 과정을 통해 부피와 미세입자의 개수를 알 수 있는바, 미세입자의 농도를 산출할 수 있다.
도 4 및 도 5와 같이, 제 3 전극에 흐르는 전류와 제 4 전극에 흐르는 전류를 각각 두 개의 전류계를 이용하는 경우, 제 3 전극에 흐르는 전류를 측정하는 A1에 신호가 측정되는 시간이 미세입자의 개수를 세는 시작시간이 되고, 제 4 전극에 흐르는 전류를 측정하는 A2에 신호가 측정되는 시간이 미세입자의 개수를 세는 것을 종료하는 종료시간이 된다. 도 6과 같이, 제 3 전극에 흐르는 전류와 제 4 전극에 인가된 제 2 기준전압에 의해 제 3 전극에 흐르는 전류의 변화를 측정하는 경우, 제 3 전극에 흐르는 전류를 측정하는 A1에 신호가 처음 측정되는 시간이 미세입자의 개수를 세는 시작시간이 되고, 제 4 전극에 인가된 제 2 기준전압에 의해 제 3 전극에 흐르는 전류가 변하는 시간이 미세입자의 개수를 세는 것을 종료하는 종료시간이 된다.
제 1 시간 및 제 2 시간을 측정하여 제 1 시간과 제 2 시간 동안 미세유체관을 통과한 미세입자의 개수를 제 1 전극의 출력신호로부터 산출하고, 상기 미세입자의 개수와 제 3 전극과 제 4 전극 사이의 부피로부터 미세입자의 농도를 산출한다. 미세입자의 농도는 다음 수학식 2와 같이 산출할 수 있다.
여기서 t1은 제 1 시간이고, t2는 제 2 시간이다.
이를 통해, 미세입자의 개수, 크기, 또는 농도를 정확히 산출할 수 있다.
미세입자 측정장치는 각 전극들의 출력신호를 측정하는 센싱부, 측정된 신호를 분석하여 미세입자의 각 전극으로의 도달여부, 미세입자의 개수, 크기, 또는 농도를 산출하는 하나 이상의 처리부, 및 상기 센싱부 또는 상기 처리부에서 산출한 정보를 저장하는 하나 이상의 저장부를 더 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 측정방법의 흐름도이고, 도 8 내지 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세입자 측정방법의 흐름도이다.
각 단계에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 6의 미세입자 측정장치(100)에 대한 상세한 설명에 대응하는바, 중복되는 설명은 도 1 내지 도 6의 미세입자 측정장치(100)에 대한 상세한 설명으로 대신하고, 중복된 설명을 생략하도록 한다.
710 단계는 미세입자가 통과할 수 있는 단면적의 미세유체관에 미세입자를 주입하는 단계이다.
보다 구체적으로, 측정하고자 하는 미세입자를 미세유체관에 주입하는 단계이다. 미세 유체관의 단면적은 미세입자가 하나씩 통과할 수 있는 단면적을 가질 수 있다.
720 단계는 상기 미세입자가 상기 미세유체관에 형성된 제 1 전극으로부터 상기 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성된 제 3 전극에 도달하여 제 3 전극에 전류가 흐르기 시작하는 제 1 시간을 측정하는 단계이다.
보다 구체적으로, 미세입자가 제 3 전극에 도달하면 제 3 전극에 전류가 흐르기 시작하는바, 이때의 시간인 제 1 시간을 측정한다. 제 1 시간은 미세입자의 농도를 산출하기 위한 미세입자를 세는 시작시간이다. 제 3 전극에 흐르는 전류는 제 2 전극에 인가된 제 1 기준전압에 의해 흐른다.
730 단계는 상기 미세입자가 상기 미세유체관을 통과할 때 상기 제 1 전극의 출력신호를 측정하여 미세입자의 개수 또는 크기를 산출하는 단계이다.
보다 구체적으로, 미세입자가 미세유체관을 통과할 때 미세유체관에 형성된 제 1 전극의 출력신호에 변화가 발생하는바, 제 1 전극의 출력신호를 측정하여 미세입자의 개수 또는 크기를 산출할 수 있다. 제 1 전극의 출력신호의 변화의 수 또는 크기에 따라 미세입자의 개수 또는 크기를 측정할 수 있다. 출력신호의 변화는 미세입자가 통과할 때 발생하는바, 출력신호가 변하는 개수와 그 정도를 이용하여 미세입자의 개수와 크기를 산출할 수 있다. 제 1 전극의 출력신호는 제 1 전극으로부터 상기 미세입자가 주입되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성된 제 2 전극에 인가된 제 1 기준전압에 의해 발생한다.
740 단계는 상기 미세입자가 상기 제 3 전극으로부터 상기 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성된 제 4 전극에 도달하여 제 4 전극에 전류가 흐르기 시작하는 제 2 시간을 측정하는 단계이다.
보다 구체적으로, 미세입자가 제 4 전극에 도달하면 제 4 전극에 전류가 흐르기 시작하는바, 이때의 시간이 제 2 시간을 측정한다. 제 2 시간은 미세입자의 농도를 산출하기 위한 미세입자를 세는 것을 종료하는 종료시간이다. 제 4 전극에 흐르는 전류는 제 4 전극에 인가된 제 2 기준전압에 의해 흐른다.
750 단계는 제 1 시간, 제 2 시간, 제 1 전극의 출력신호로부터 산출된 제 1 시간부터 제 2 시간까지 미세입자의 개수, 및 제 3 전극과 제 4 전극 사이의 미세유체관의 부피를 이용하여 미세입자의 농도를 산출하는 단계이다.
보다 구체적으로, 제 3 전극과 제 4 전극 사이의 미세유체관의 부피를 알고 있는바, 제 1 시간과 제 2 시간 사이에 미세유체관을 통과한 미세입자의 수를 산출함으로써 미세입자의 농도를 산출한다.
810 단계는 상기 미세입자가 상기 제 1 기준전압에 의해 제 1 전극의 출력신호가 측정될 때, 상기 제 1 전극과 상기 제 1 전극의 출력신호를 측정하는 출력신호 측정부 사이에 병렬로 연결되는 스위치를 스위치-오프하는 단계이다.
보다 구체적으로, 상기 스위치는 제 1 전극의 출력신호가 측정되기 전까지 스위치-온되어 제 1 기준전압에 의해 측정되는 전압과 구별되는 전압이 측정되도록 하고, 제 1 전극의 출력신호가 측정되면 스위치-오프되어 제 1 기준전압에 의해 측정되는 전압이 측정될 수 있다.
910 단계는 상기 미세입자가 상기 제 3 전극으로부터 상기 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성된 제 4 전극에 도달하여 제 3 전극에 흐르는 전류가 변하기 시작하는 제 2 시간을 측정하는 단계이다.
보다 구체적으로, 미세입자가 제 4 전극에 도달하면 제 4 전극에 인가된 기준전압에 의해 제 3 전극의 전류가 변하기 시작하는바, 이때의 시간이 제 2 시간을 측정한다. 제 2 시간은 미세입자의 농도를 산출하기 위한 미세입자를 세는 것을 종료하는 종료시간이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 미세입자 측정장치
110: 미세입자
120: 미세유체관
130: 제 1 전극
140: 제 2 전극
150: 제 3 전극
160: 제 4 전극
110: 미세입자
120: 미세유체관
130: 제 1 전극
140: 제 2 전극
150: 제 3 전극
160: 제 4 전극
Claims (10)
- 미세입자가 통과할 수 있는 단면적을 가지는 미세유체관;
상기 미세유체관에 형성되는 제 1 전극;
상기 제 1 전극으로부터 상기 미세입자가 주입되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성되어 제 1 기준전압이 인가되는 제 2 전극;
상기 제 1 전극으로부터 상기 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성되는 제 3 전극;
상기 제 3 전극으로부터 상기 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성되어 제 2 기준전압이 인가되는 제 4 전극;
상기 각 전극들의 출력신호를 측정하는 센싱부; 및
상기 센싱부에 의해 측정된 신호를 분석하여 미세입자의 각 전극으로의 도달여부, 미세입자의 개수, 크기 또는 농도를 산출하는 하나 이상의 처리부;를 포함하고,
상기 처리부는,
상기 제 1 전극의 출력신호를 이용하여 통과한 미세입자의 개수 및 크기를 산출하며, 상기 제3 전극에 제1 역치 이상의 전류가 흐르는 제1 시간, 상기 제4 전극에 제2 역치 이상의 전류가 흐르는 제2 시간과, 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이에 산출된 미세입자의 개수와, 상기 제3 전극과 제4 전극 사이의 상기 미세유체관의 부피를 이용하여 상기 미세입자의 농도를 산출하는 것을 특징으로 하는 미세입자 측정장치. - 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서
상기 제 1 전극과 상기 제 1 전극의 출력신호를 측정하는 출력신호 측정부 사이에 병렬로 연결되는 스위치를 더 포함하고,
상기 스위치는,
상기 제 1 전극의 출력신호가 측정되기 전까지 상기 처리부의 제어에 의해 스위치-온되어 상기 제 1 기준전압에 의해 측정되는 전압과 구별되는 전압이 측정되도록 하고, 상기 제 1 전극의 출력신호가 측정되면 상기 처리부의 제어에 의해 스위치-오프되어 상기 제 1 기준전압에 의해 측정되는 전압이 측정되도록 하는 것을 특징으로 하는 미세입자 측정장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 미세유체관의 단면적은 상기 통과하는 미세입자가 통과할 수 있는 단면적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 미세입자 측정장치. - 미세입자가 통과할 수 있는 단면적의 미세유체관에 미세입자를 주입하는 단계;
상기 미세입자가 상기 미세유체관에 형성된 제 1 전극으로부터 상기 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성된 제 3 전극에 도달하여 제 3 전극에 전류가 흐르기 시작하는 제 1 시간을 측정하는 단계;
상기 미세입자가 상기 미세유체관을 통과할 때 상기 제 1 전극의 출력신호를 측정하여 미세입자의 개수 또는 크기를 산출하는 단계;
상기 미세입자가 상기 제 3 전극으로부터 상기 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성된 제 4 전극에 도달하여 제 4 전극에 전류가 흐르기 시작하는 제 2 시간을 측정하는 단계; 및
상기 제3 전극에 제1 역치 이상의 전류가 흐르는 제1 시간, 상기 제4 전극에 제2 역치 이상의 전류가 흐르는 제2 시간과, 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이에 산출된 미세입자의 개수와, 상기 제3 전극과 제4 전극 사이의 상기 미세유체관의 부피를 이용하여 상기 미세입자의 농도를 산출하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 전극의 출력신호는,
상기 제 1 전극으로부터 상기 미세입자가 주입되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성된 제 2 전극에 인가된 제 1 기준전압에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 미세입자 측정방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 미세입자가 상기 제 1 기준전압에 의해 제 1 전극의 출력신호가 측정될 때, 상기 제 1 전극과 상기 제 1 전극의 출력신호를 측정하는 출력신호 측정부 사이에 병렬로 연결되는 스위치를 스위치-오프하는 단계를 더 포함하고,
상기 스위치는,
상기 제 1 전극의 출력신호가 측정되기 전까지 스위치-온되어 상기 제 1 기준전압에 의해 측정되는 전압과 구별되는 전압이 측정되도록 하고, 상기 제 1 전극의 출력신호가 측정되면 스위치-오프되어 상기 제 1 기준전압에 의해 측정되는 전압이 측정되도록 하는 것을 특징으로 하는 미세입자 측정방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 전극의 출력신호의 변화의 수 또는 크기에 따라 미세입자의 개수 또는 크기를 측정하는 것을 특징으로 하는 미세입자 측정방법. - 미세입자가 통과할 수 있는 단면적의 미세유체관에 미세입자를 주입하는 단계;
상기 미세입자가 상기 미세유체관에 형성된 제 1 전극으로부터 상기 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성된 제 3 전극에 도달하여 제 3 전극에 전류가 흐르기 시작하는 제 1 시간을 측정하는 단계;
상기 미세입자가 상기 미세유체관을 통과할 때 상기 제 1 전극의 출력신호를 측정하여 미세입자의 개수 또는 크기를 산출하는 단계;
상기 미세입자가 상기 제 3 전극으로부터 상기 미세입자가 배출되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성된 제 4 전극에 도달하여 제 3 전극에 흐르는 전류가 변하기 시작하는 제 2 시간을 측정하는 단계; 및
상기 제3 전극에 제1 역치 이상의 전류가 흐르는 제1 시간, 상기 제4 전극에 제2 역치 이상의 전류가 흐르는 제2 시간과, 상기 제1 시간과 상기 제2 시간 사이에 산출된 미세입자의 개수와, 상기 제3 전극과 제4 전극 사이의 상기 미세유체관의 부피를 이용하여 상기 미세입자의 농도를 산출하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 전극의 출력신호는,
상기 제 1 전극으로부터 상기 미세입자가 주입되는 방향으로 소정의 거리만큼 이격된 위치에 형성된 제 2 전극에 인가된 제 1 기준전압에 의해 발생하고,
상기 제 3 전극에 흐르는 전류는,
상기 제 2 전극에 인가된 제 1 기준전압 또는 상기 제 4 전극에 인가된 제 2 기준전압에 의해 흐르는 것을 특징으로 하는 미세입자 측정방법.
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| US12005447B2 (en) | 2022-03-23 | 2024-06-11 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus and method for bio-particle detection |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20160111148A (ko) | 2016-09-26 |
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