KR102264387B1 - 동일평면 도파관 소자를 이용한 d-(+)-포도당 용액의 농도변화에 따른 검출 및 전기적 특성 분석방법 - Google Patents

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Abstract

기판층; 및 상기 기판층 상에 형성되는 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide);을 포함하고, 상기 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide)은, 신호라인; 상기 신호라인의 일측면과 일정 이격거리를 가지도록 형성된 제1 접지라인; 및 상기 신호라인의 타측면과 일정 이격거리를 가지도록 형성된 제2 접지라인;을 포함하고, 상기 신호라인은 길이 방향으로 제1 신호라인 및 제2 신호라인으로 분할되며, 상기 제1 신호라인 및 상기 제2 신호라인의 분할영역에 오픈 갭(OPEN gap)이 형성됨에 있어서, 상기 제1 신호라인에 제1 포트가 연결되고, 상기 제2 신호라인에 제2 포트가 연결되는 측정장비를 통해 상기 오픈 갭(OPEN gap)에 드롭된 포도당 용액의 전기적인 특성 분석방법을 제공한다.

Description

동일평면 도파관 소자를 이용한 D-(+)-포도당 용액의 농도변화에 따른 검출 및 전기적 특성 분석방법{Detection of concentration variations of D-(+)-glucose solution using a coplanar waveguide device and its electric characteristic analysis method}
본 발명은 포도당의 농도를 검출 및 측정하는 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 동일평면 도파관 장치를 이용하여 농도변화가 있는 D-(+)-포도당 용액의 전기적인 특성 분석방법에 관한 것이다.
당뇨병은 만성적으로 증가된 혈당(BGL) 때문에 혈당수치(BGLs)를 일정하게 유지할 수 없는 대사 장애이다. 그러므로 정확한 포도당 측정은 현대 당뇨병 관리의 기본이다.
현재까지 상업적으로 이용 가능한 포도당 측정 방법은 혈액 채취에 의존한 방법이 주를 이룬다. 따라서 당뇨병 환자를 관리를 위해 필요한 만큼 자주 검사를 하지 못하고 있다.
이러한 이유로 지난 수십 년 동안 많은 연구자들은 비침습적 기술뿐만 아니라 환자의 고통을 줄이기 위해 최소량의 혈액을 사용한 침습적 기술을 통한 포도당 감지에 중점을 두었다. 상당수의 마이크로파 바이오 의학 연구자들은 유전상수, 특성 임피던스, 반사/전송 계수 등과 같은 마이크로파 물리적 특성을 기반으로 체외 포도당 감지를 집중적으로 연구하고 있다.
그러나 대부분의 마이크로파 감지방식은 공진장치와 회로를 기반으로 하기 때문에, 포도당 센서의 성능은 협대역 마이크로파 주파수 영역에서 제한된다는 단점이 있다. 따라서 마이크로파와 포도당 용액 사이에서 최적의 감지 특성을 찾는 것이 어려울 수 있다.
최근 미세유체 채널을 이용한 실시간 비접촉 포도당 센서가 발표되었으나, 이러한 센서도 특정 공진을 사용하는 필터소자를 기반으로 하고 많은 양의 테스트 샘플이 필요한 단점이 있다.
따라서 이러한 한계를 극복하려면 광대역 마이크로파 주파수 영역에서 최소량의 포도당 용액의 감지 특성을 조사할 필요가 있다. 마이크로파 소자 및 회로를 기반으로 한 포도당 감지 체계의 성능을 한층 더 향상 시키려면 바이오 센싱 플랫폼을 개발하기 전에 마이크로파 물리적 특성에 대한 심도 있는 연구가 필요하다.
Tierney M J, Tamada J A, Potts R O, Jovanovic L and Garg S 2001 Biosens. Bioelectron. 16 621_9
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 동일평면 도파관 장치를 이용하여 포도당 용액의 농도별 검출이 용이하며, 실시간 검출이 가능한 분석방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판층; 및 상기 기판층 상에 형성되는 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide);을 포함하고, 상기 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide)은, 신호라인; 상기 신호라인의 일측면과 일정 이격거리를 가지도록 형성된 제1 접지라인; 및 상기 신호라인의 타측면과 일정 이격거리를 가지도록 형성된 제2 접지라인;을 포함하고, 상기 신호라인은 길이 방향으로 제1 신호라인 및 제2 신호라인으로 분할되며, 상기 제1 신호라인 및 상기 제2 신호라인의 분할영역에 오픈 갭(OPEN gap)이 형성됨에 있어서, 상기 제1 신호라인에 제1 포트가 연결되고, 상기 제2 신호라인에 제2 포트가 연결되는 측정 장비를 통해 상기 오픈 갭(OPEN gap)에 떨어뜨린 포도당 용액의 전기적인 특성 분석방법이 제공된다.
또한, 본 발명에서 상기 제1 신호라인의 너비는 상기 제2 신호라인에 인접할수록 점점 좁은 너비를 갖도록 형성되고, 상기 제2 신호라인의 너비는 상기 제1 신호라인에 인접할수록 점점 좁은 너비를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 대조용액 및 샘플용액의 순수한 전기적 특성을 조사하기 위해 상기 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide)에만 있는 기생 성분을 <수학식 2)> 와 같이 디임베딩 방법(de-embedding)으로 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
<수학식 2>
Figure 112019119001714-pat00001
여기서 [S]D.S., [S]L.S. 및 [S]B.S.는 각각, 디임베디드된 샘플용액(D.S.), 로드된 샘플용액 (L.S.) 및 동일평면 도파관(B.S.)의 S-파라미터를 각각 나타냄 - S11(or S22) and S12 (or S21)는 반사계수 및 전송계수임 -
또한, <수학식 3>, <수학식 4>를 사용하여 특성 임피던스(Zc)와 전파 상수(γ)도 <수학식 5>와 같이 TL 회로 모델의 R, L, G, C와 같은 전기적 요소로 처리하고 <수학식 6>을 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
<수학식 3>
Figure 112019119001714-pat00002
<수학식 4>
Figure 112019119001714-pat00003
<수학식 5>
Figure 112019119001714-pat00004
<수학식 6>
Figure 112019119001714-pat00005
또한, 저항, 커패시턴스, 인덕턴스, 컨덕턴스와 샘플용액의 포도당 농도별 상관관계를 분석하여 검출 파라미터를 확정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 포도당 용액의 전기적인 특성 분석방법은, 동일평면 도파관 장치를 이용하여 농도별 포도당 검출이 용이하며, 실시간 검출이 가능하다. 즉, RF/마이크로파 전송선로 특성 파라미터인 저항, 커패시턴스, 인덕턴스, 컨덕턴스 등과 당 농도별 상관관계를 분석하여 검출 파라미터를 확정할 수 있다.
제안한 RF/마이크로파 동일평면 도파관 장치 기반의 포도당 검출센서는 소형이며, 재사용가능하고 소량의 액적샘플(~2ul)을 필요하며, 현장진단과 실시간 검출이 가능하고 용이한 형태의 장치로 개발될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide) 장치의 구성도 및 시뮬레이션 결과
도 2는 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide) 장치 및 그 측정방식을 나타낸 도면
도 3은 샘플용액의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면
도 4는 샘플용액의 유전율 및 침투 깊이를 나타낸 도면
도 5는 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide)의 전송 라인 (TL) 모델을 나타낸 도면
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명에서는 1GHz ~ 10GHz 범위의 주파수에서 재사용 가능한 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide)장치를 사용하여 농도변화가 있는 포도당 용액(D-(+)-glucose)의 전송 특성을 파악하였다.
본 실시예에서 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide)장치를 통해 포도당 용액 0.2, 0.4 및 0.6 g ml-1 을 측정하였으며, 측정된 결과는 대조용액인 탈 이온수(DI)의 농도와 비교되었다.
비교결과, 포도당의 농도가 증가함에 따라, 투과깊이의 감소와 관측된 주파수 영역의 전기 저항의 증가로 인해 전송특성이 점차 저하된다.
결과적으로, 포도당 용액(D-(+)-glucose)의 농도변화는 마이크로파 회로와 관련 - 전기저항, 전자기장의 침투깊이 - 된 투과특성에 상당한 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 따라서 마이크로파 회로와 전자기장의 관점에서 비침습적 및 비접촉식 기술을 통해 고감도의 포도당 검출 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide) 장치의 구성도 및 시뮬레이션 결과이다.
동일평면 도파관(Coplanar Waveguide, CPW)은 신호라인과 평행한 면에 일정거리의 그라운드(GND)가 존재하는 선로로써, MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)나 MIC(Microwave Integrated Circuit)에 사용된다.
동일평면 도파관(Coplanar Waveguide)의 가장 큰 장점은 시그널(신호) 라인과 그라운드(GND)가 같은 면에 존재하기 때문에, 표면에 실장되는 소자들이 전부 위쪽 면에서 깨끗하게 마운팅 될 수 있다.
즉, 뒷면의 그라운드(GND)로 비아(via)를 뚫을 필요가 없기 때문에, 소자들을 간편하게 배치할 수 있다. 이는 단순한 공정상의 장점 뿐만 아니라, 밀리미터파(millimeter wave) 등의 영역에서 비아(via) 등에 의한 기생효과 역시 줄일 수 있다. 그로 인해 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide)은 수GHz ~ 수십 GHz 이상의 회로에서 주로 이용된다.
포도당 용액의 마이크로파 전달 특성을 검사하기 위해 도 1의 (a)와 같이 기판의 같은 면에 신호라인과 접지전극이 모두 존재하는 평면형 마이크로파 전송라인인 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide) 장치가 설계되었다.
동일평면 도파관(Coplanar Waveguide) 장치의 치수는 도 1의 (b)에서 w = 1.2mm, s = 0.2mm, g = 1.0mm, d = 4.2 mm이고 전체 면적은 10 mm × 10 mm이다.
도 1의 (c)는 시뮬레이션된 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide) 장치의 표면 전류 분포를 보여준다. S1(S2)과 G1(G2)은 각각 입력포트/출력포트로 1포트의 신호와 접지전극을 나타낸다.
S2 전극의 표면 전류는 신호 전극 사이의 갭을 통해 시변 전자기장, 즉 마이크로 파장에 의해 미세하게 유도 될 수 있다. 샘플용액과 마이크로파 사이의 상호 작용측면에서, 유도전류는 농도변화로 인한 포도당 용액의 투과특성을 조사하기 위한 주요 동기가 된다.
인쇄회로기판(PCB)의 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide) 장치는 다음과 같은 절차로 제작된다.
먼저, 스핀 코팅 방법을 사용하여 포토레지스트(PR)를 PCB RF-60A 기판의 표면 (εr = 5.8, tanδ = 0.012)에 코팅한 다음 PR을 마스킹 층을 통해 UV에 노출시켰다. PCB RF-60A 기판은 상부 구리(~ 35 μm 두께), 중간 절연체(0.78 mm 두께) 및 하부 구리(~ 35 μm 두께)층으로 구성된다.
현상 후, 패터닝된 기판은 습식 PCB 에칭제로 에칭되었다. 다음으로, 남은 PR은 아세톤 / PR 제거제에 의해 제거되었다.
주로 포도당 용액에 사용하기 위해, 접착층으로서 니켈층 (~ 3 ~ 5 μm 두께)도 완성된 기판의 구리 패턴 위에 코팅된다. 마지막으로, 얇은 금 (~ 0.03 - 0.07 μm 두께) 층이 추가로 도금된다.
또한, 솔더 마스크 PCB 잉크로 패터닝된 마스킹 레이어 (~ 10 ~-20 μm 두께)는 신호라인의 가장자리 접촉부분과 측정을 위한 접지전극을 제외하고 신호전극 사이의 갭에서 샘플용액을 위해 방수층 등으로 코팅된다.
즉, 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide) 전극은, 신호라인과, 제1 접지와, 제2 접지를 포함하여 구성되는데, 신호라인은 길이 방향으로 제1 신호라인 및 제2 신호라인으로 분할되어 있다.
제1 접지는 신호라인의 일측면과 일정 이격거리(s)를 가지도록 형성되고, 제2 접지도 신호라인의 타측면과 일정 이격거리(s)를 가지도록 형성된다.
즉, 신호라인은 길이 방향으로 제1 신호라인 및 제2 신호라인으로 분할되며, 제1 신호라인 및 제2 신호라인의 분할영역에 오픈 갭(OPEN gap)이 형성된다.
특히, 제1 신호라인의 너비는 제2 신호라인에 인접할수록 점점 좁은 너비를 갖도록 형성되고, 제2 신호라인도 제1 신호라인에 인접할수록 점점 좁은 너비를 갖도록 형성된다.
도 2는 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide) 장치 및 그 측정방식을 나타낸 도면이다.
도 2의 (a)는 순수 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide) 장치의 샘플과 신호전극 사이의 확대된 간격을 보여준다.
도 2의 (b)는 2 포트 벡터 네트워크 분석기(VNA) (MS46322A, Anritsu Co.)에 연결된 범용 테스트 픽스처 지그 시스템 (3680-20, Anritsu Co.)으로 구성된 실험 설정을 보여준다.
측정 절차는 다음과 같이 진행되었다. 첫째, 주파수 범위(1GHz ~ 10GHz)는 물론 VNA 장비에 포인트 수(4 0 1)까지 설정되었다. 다음으로, 범용 시험 고정 장치 지그 시스템을 교정 키트(36804B-15M, Anritsu Co)를 사용하여 a short-open-load- through 방법으로 정교하게 교정하였다.
마지막으로, 수동 피펫(I16660G, Eppendorf Co)에 샘플 용액(~2μl), 즉 탈 이온화(DI)워터 및 포도당 용액을 적재한 후 도 2의(c)와 같이 측정했다.
도 3은 샘플용액의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 3의 (a)는 샘플용액과 무관하게 베어 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide) 장치로의 투과계수(S21) 시뮬레이션 결과를 보여준다.
여기서 순수 CPW 장치는 신호전송이 점차 고주파 영역에서 개선되기 때문에 전형적인 마이크로파 커패시터의 특성을 보여준다.
유사하게, 도 3의 (b)는 샘플 구성, 즉 순수 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide) 장치, 탈 이온화(DI) 용액이 있는 CPW 장치, 포도당 용액(0.2 gml-1, 0.4 gml-1, 0.6 gml-1)이 있는 CPW 장치의 측정 결과를 보여준다.
시뮬레이션과 측정 결과는 상당히 유사한 경향이며 잘 일치한다. 특히, 샘플용액을 떨어뜨릴 때, 전체 신호 전송은 관측된 주파수 영역에서 순수 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide)장치에 비해 거의 20dB 개선되었다.
특히, 포도당 농도가 높아짐에 따라, 신호 전송은 DI 용액, 즉 대조용액에 비해 상대적으로 저하되며, 이러한 경향은 도 3의 (c)에 표시된 것처럼 고주파수 영역 (II)에서 보다 명확하게 나타난다.
도 4는 샘플용액의 유전율 및 침투 깊이를 나타낸 도면이다.
마이크로파에서 샘플 용액에 대한 전자기장의 침투 깊이와 밀접한 관련이 있다. 이 특성은 다음과 같이 <수학식 1>로 예측할 수 있다.
<수학식 1>
Figure 112019119001714-pat00006
여기서 Dp는 침투 깊이, λ0은 파장이고, 자유 공간에서 ε′와 ε“는 유전율의 실수부와 허수부이다.
여기서 샘플용액의 ε′와 ε“는 도 4의 (a)와 (b)와 같이 관측된 주파수 영역에서 유전체 프로브 키트 시스템(85070D, Keysight Co)으로 측정되었다.
그리고 도 4의 (c)는 수학식(1)에서 예측된 침투 깊이를 나타낸다. 전체 결과로부터, 포도당 농도가 높을수록 침투깊이는 짧아진다. 이는 ε“ 값이 높은 용액에서 마이크로 파장이 매우 깊게 침투하지 않기 때문이다.
침투깊이(Dp)는 최대 7GHz까지 점차 감소하고 그 후에는 15 μm 수준으로 수렴된다. 따라서 포도당 용액의 농도 변화는 전자기장의 투과 특성에 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.
또한 전기적인 특성을 조사하기 위해 샘플용액의 임피던스, 저항, 커패시턴스, 인덕턴스 및 컨덕턴스를 포함한 소자, 마이크로파 회로 모델, 즉 전송 라인 (TL) 모델이 도입되었다.
도 5는 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide)의 전송 라인 (TL) 모델을 나타낸 도면이다.
도 5의 (a)는 베어 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide) 장치의 TL 회로 모델을 보여준다.
여기서 Cg는 신호 전극 사이의 갭 커패시턴스를 나타낸다. R, L, G 및 C는 각각 TL 회로 모델에서 저항, 인덕턴스, 컨덕턴스 및 커패시턴스이다.
여기서 R과 L 요소는 전송특성과 밀접한 관련이 있다. 반면, G 및 C 요소는 TL 회로 모델의 누설 특성과 관련된다. 따라서 샘플 용액, 즉 DI 용액 및 포도당 용액의 순수한 전기 소자의 특성을 조사하기 위해 CPW 장치만 있는 기생 성분은 다음(수학식 2)과 같이 디임베딩 방법(de-embedding)으로 추출해야한다.
<수학식 2>
Figure 112019119001714-pat00007
여기서 [S]D.S., [S]L.S. 및 [S]B.S. 는 디임베디드된 샘플용액(D.S.), 로드된 샘플용액 (L.S.) 및 순수 CPW 장치 (B.S.)의 S- 파라미터를 각각 나타낸다. - S11(or S22) and S12 (or S21)는 반사계수 및 전송계수임 -
[S]D.S 파라미터와 ABCD 매트릭스의 관계에서 샘플용액의 ABCD 매트릭스는 다음(수학식 3,4)과 같이 표현된다.
<수학식 3>
Figure 112019119001714-pat00008
<수학식 4>
Figure 112019119001714-pat00009
<수학식 3>, <수학식 4>를 사용하여 특성 임피던스(Zc)와 전파 상수(γ)도 <수학식 5>와 같이 TL 회로 모델의 R, L, G, C와 같은 전기 요소로 표현된다.
<수학식 5>
Figure 112019119001714-pat00010
<수학식 3>을 풀면 TL 회로 모델의 전기 요소는 마지막으로 다음과 같이 도출(수학식 6)될 수 있다.
<수학식 6>
Figure 112019119001714-pat00011
디임베디드 샘플 용액에 대한 전체 Zc는 그림 5(b)와 같다.
모든 포도당 용액의 Zc는 일반적으로 DI 용액에 비해 높으며 포도당 농도가 증가함에 따라 서서히 증가한다.
그러나 주파수가 증가함에 따라 모든 샘플 용액의 Zc 값은 7GHz 이후 급격히 감소하고 수렴된다.
또한 도 5의 (c)와 (d)는 디임베디드 샘플 용액에 대한 TL 회로 모델의 순수 직렬 요소, 저항(R) 및 인덕턴스(L)의 특성을 나타낸다.
첫째, 포도당 농도가 증가함에 따라 DI 용액에 비해 전체 R이 높다. 그러나 모든 샘플용액의 R 값은 주파수가 증가함에 따라 선형적으로 감소한다.
L 요소의 경우, 모든 샘플용액의 L 값은 Zc 및 R 요소와 같은 유사한 특성을 나타내지만 2.5GHz 까지의 포도당 농도와 2.5GHz 이후의 수렴 사이에 약간의 차이가 있다. 따라서 디임베딩된 샘플용액의 L 요소는 미묘한 차이이며 무시할 수 있다.
한편, 도 5의 (e)와 (f)는 샘플용액에 대한 TL 회로 모델의 병렬성분(shunt elements)인 컨덕턴스(G)와 캐패시턴스(C)의 특성을 나타낸다.
이러한 요소들은 누출 속성과 밀접하게 관련되어 있기 때문에 도 5의(e)와 (f)와 같이 1GHz부터 7GHz까지의 주파수에서 디임베딩(deembedding) 기법으로 완전히 제거되는 것이 주목된다.
그러나 이러한 요소들은 특정 주파수 영역인 7-9 GHz의 기질 특성으로 인한 비정상적인 행동을 부분적으로 드러낸다.
디임베딩된 샘플 용액의 전기요소로부터, 포도당 용액의 농도 변화는 1 GHz 내지 7 GHz 범위의 주파수에서 전기 저항, 즉 마이크로파 회로의 투과 특성에 크게 의존함을 확인할 수 있다.
결론적으로 마이크로파 영역에서 소형화 및 재사용 가능한 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide) 장치를 이용하여 농도 변화에 따른 포도당 용액의 전달 특성에 대한 저항 및 침투 깊이의 영향을 확인했다.
DI와 포도당 용액의 측정된 유전율에 근거로, 서로 다른 농도의 포도당 용액에 대한 마이크로파 필드의 침투 깊이를 실험적으로 분석하였고, 이 결과는 농도가 높아질수록 포도당 용액 사이의 명확한 차이를 보여주었다.
또한, 마이크로파 회로의 관점에서, 디임베디드 샘플 용액의 순수 전기 요소를 추출했다.
추출된 결과로부터 포도당 용액의 전송 속성은 농도 변화에 따른 포도당 용액의 전기 저항에 상당히 의존한다는 것이 밝혀졌다.
그 결과 포도당 용액의 농도 변화가 마이크로파 전달(투과) 특성, 즉 마이크로파 회로의 전기 저항과 마이크로파 필드 침투 깊이에 현저하게 큰 영향을 미쳤음을 확인할 수 있었다.
이를 비침습적이고 비접촉적인 바이오칩 장치나 플랫폼에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
본 발명의 실시예에 따른 포도당 용액의 전기적인 특성 분석방법은, 동일평면 도파관 장치를 이용하여 농도별 포도당 검출이 용이하며, 실시간 검출이 가능하다. 즉, RF/마이크로파 전송선로 특성 파라미터인 저항, 커패시턴스, 인덕턴스, 컨덕턴스 등과 당 농도별 상관관계를 분석하여 검출 파라미터를 확정할 수 있다.
제안한 RF/마이크로파 동일평면 도파관 장치 기반의 포도당 검출센서는 소형이며, 재사용가능하고 소량의 액적샘플(~2ul)을 필요하며, 현장진단과 실시간 검출이 가능하고 용이한 형태의 장치로 개발될 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 기판층; 및 상기 기판층 상에 형성되는 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide);을 포함하고,
    상기 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide)은, 신호라인; 상기 신호라인의 일측면과 일정 이격거리를 가지도록 형성된 제1 접지라인; 및 상기 신호라인의 타측면과 일정 이격거리를 가지도록 형성된 제2 접지라인;을 포함하고,
    상기 신호라인은 길이 방향으로 제1 신호라인 및 제2 신호라인으로 분할되며, 상기 제1 신호라인 및 상기 제2 신호라인의 분할영역에 오픈 갭(OPEN gap)이 형성됨에 있어서, 상기 제1 신호라인에 제1 포트가 연결되고, 상기 제2 신호라인에 제2 포트가 연결되는 측정장비를 통해 상기 오픈 갭(OPEN gap)에 드롭된 포도당 용액의 전기적인 특성 분석방법에 있어서,
    대조용액 및 샘플용액의 순수한 전기적 특성을 조사하기 위해 상기 동일평면 도파관(Coplanar Waveguide)에만 있는 기생 성분을 <수학식 2)> 와 같이 디임베딩 방법(de-embedding)으로 추출하는 단계;를 포함하는 포도당 용액의 전기적인 특성 분석방법.
    <수학식 2>
    Figure 112021037265954-pat00022

    여기서 [S]D.S., [S]L.S. 및 [S]B.S.는 각각, 디임베디드된 샘플용액(D.S.), 로드된 샘플용액 (L.S.) 및 동일평면 도파관(B.S.)의 S-파라미터를 각각 나타냄 - S11(or S22) and S12 (or S21)는 반사계수 및 전송계수임 -
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 신호라인의 너비는 상기 제2 신호라인에 인접할수록 점점 좁은 너비를 갖도록 형성되고, 상기 제2 신호라인의 너비는 상기 제1 신호라인에 인접할수록 점점 좁은 너비를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 포도당 용액의 전기적인 특성 분석방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    <수학식 3>, <수학식 4>를 사용하여 특성 임피던스(Zc)와 전파 상수(γ)도 <수학식 5>와 같이 TL 회로 모델의 R, L, G, C와 같은 전기적 요소로 처리하고 <수학식 6>을 도출하는 단계;를 포함하는 포도당 용액의 전기적인 특성 분석방법.
    <수학식 3>
    Figure 112021037265954-pat00013

    <수학식 4>
    Figure 112021037265954-pat00014

    <수학식 5>
    Figure 112021037265954-pat00015

    <수학식 6>
    Figure 112021037265954-pat00016
  5. 제4항에 있어서,
    저항, 캐패시턴스, 인덕턴스, 컨덕턴스와 샘플용액의 포도당 농도별 상관관계를 분석하여 검출 파라미터를 확정하는 단계;를 포함하는 포도당 용액의 전기적인 특성 분석방법.
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