KR102383995B1 - 인라인 입자 특징화 - Google Patents
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Abstract
홀로그래픽 비디오 마이크로스코피가 개별 콜로이드 입자의 크기 및 굴절률의 고속의 정확한 측정을 산출한다. 입자-분해 특징화가 입자 크기 및 속성의 분포에 대해 모델을 의존하지 않으면서 콜로이드 합성의 진행에 대한 유용한 이해를 제공하고, 공정 제어를 위한 피드백을 제공하기에 충분히 빠르게 수행될 수 있다. 반응 과정 동안 최확 반지름의 측정된 증가가 콜로이드 성장을 위한 라메르 모델과 일치한다. 측정된 굴절률의 균일도가 구가 균일한 밀도를 갖고 성장함을 나타낸다. 크기 및 굴절률의 결합 분포가 초기 핵생성 이벤트 후 핵생성 진행의 저속에 대한 증거를 제공한다. 동일한 분석이 이들 PDMS 입자가 이들 합성 후 처음 며칠 내에 축소화에 의해 수축됨을 보여준다.
Description
이 출원은 2014년 06월 25일에 출원된 미국 가특허출원 62/017,008의 이익을 주장하며, 상기 가특허출원은 그 전체가 참조로서 본 명세서에 포함된다.
정부 지분에 대한 성명
이 작업은 국립 과학 재단의 재료 연구 과학 및 엔지니어링 프로그램에 의해 계약 번호 DMR-0820341로 부분적으로 지원됐으며, 연방 정부가 본원발명의 특정 권리를 가질 수 있다.
본 발명의 분야
본 발명은 일반적으로 입자 특징화 분야와 관련된다. 더 구체적으로, 본 발명은 입자 특징화를 위한 홀로그래피 기법과 관련된다.
물질, 가령, 콜로이드성 물질의 형성이 다양한 적용 분야를 가진다. 다양한 합성 공정이 이러한 입자를 생성하기 위해 개발되었다. 그러나 이러한 콜로이드성 입자를 특징화할 필요가 있다.
홀로그래픽 비디오 마이크로스코피가 로렌츠-미에 이론(Lorenz-Mie theory)의 적용을 기초로 특정 입자의 속성을 결정하도록 적용되었다. 그러나 합성 동안과 합성이 완료된 후 모두에서 입자의 인-라인(in-line) 및 시간 종속적 변경에 대한 필요성이 있다.
본 발명의 한 가지 실시예는 복수의 입자의 특징화 방법과 관련된다. 상기 방법은 제1 시점에서 복수의 입자 중 제1 입자의 홀로그래픽 비디오 마이크로스코피를 기초로 하는 홀로그램을 생성하는 단계를 포함한다. 제1 입자의 굴절률 및 반지름이 제1 시점에서 결정된다. 제1 시점에서 복수의 입자 중 제2 입자의 홀로그래픽 비디오 마이크로스코피를 기초로 홀로그램이 생성된다. 제1 입자의 굴절률 및 반지름이 제2 시점에서 결정된다.
또 다른 실시예가 복수의 입자를 특징화하는 방법과 관련된다. 복수의 입자의 입자의 홀로그램이 생성되며, 각각의 홀로그램은 상이한 시점 TN에서의 복수의 입자의 입자 PN의 홀로그래픽 비디오 마이크로스코피를 기초로 한다. 입자 PN의 굴절률 및 반지름은 시점 TN에서 결정된다. 복수의 입자의 시간에 따른 변화가 입자의 결정된 굴절률 및 빈지름을 기초로 특징화된다.
또 다른 실시예가 복수의 입자를 특징화하는 컴퓨터 구현 기계와 관련되며, 상기 기계는 프로세서와, 상기 프로세서로 동작 가능하게 연결되며 컴퓨터 코드를 포함하는 물리적 컴퓨터 판독형 매체를 포함한다. 컴퓨터 코드는 제1 시점에서 복수의 입자의 제1 입자의 홀로그래픽 비디오 마이크로스코피를 기초로 홀로그램을 생성하고, 제1 시점에서 제1 입자의 굴절률 및 반지름을 결정하며, 제2 시점에서 복수의 입자의 제2 입자의 홀로그래픽 비디오 마이크로스코피를 기초로 홀로그램을 생성하며, 제2 시점에서 제2 입자의 굴절률 및 반지름을 결정하도록 구성된다.
본 발명의 추가 특징, 이점, 및 실시예가 다음의 상세한 설명, 도면 및 청구항을 고려해서 제공될 수 있다. 덧붙여, 본 발명에 대한 지금까지의 요약과 이하의 상세한 설명은 모두 예시이며, 본 발명의 범위를 추가로 한정하지 않고 추가 설명을 제공하기 위한 것이다.
이하의 도면과 함께 다음의 기재를 참조함으로써, 본 발명의 상기 및 그 밖의 다른 목적, 양태, 특징 및 이점이 더 자명해지고 더 잘 이해될 것이다.
도 1a 내지 1c는 중합의 개시 후 (도 1a) 15분, (도 1b) 35분, 및 (도 1c) 60분에서 입자 반지름 및 굴절률의 분포를 도시하며, 삽입도를 포함한다. 삽입도: 동일한 합성의 또 다른 실행으로부터 획득된 구의 주사 전자 현미경 사진. 스케일 바가 2mm를 나타낸다. 각각의 포인트가 하나의 구의 속성을 나타내고 상대 확률 밀도 P(ap, np)에 따라 컬러링된다. 각각의 플롯이 5,000개의 랜덤하게 선택된 구의 속성을 보여준다. 도 1d는 굴절률의 분포의 시간 변화 그래프를 도시한다. 도 1e는 입자 반지름의 분포의 시간 변화 그래프를 도시한다.
도 2는 15분에서 추출된 도 1a에서의 샘플로부터의 PDMS 입자의 에이징을 도시한다. 16일 후, 평균 반지름이 감소하고 평균 굴절률이 증가했다.
도 3은 80% 크로스링커에서의 PDMA 구의 5개의 명목상 동일한 배치에 대해 시간의 함수로서 최확 반지름을 도시한다. 강조된 데이터 세트가 도 1e의 샘플에 대응한다. 오차 바가 입자 크기 분포의 절반-최대치에서 완전 폭을 가리킨다. 곡선이 수학식(8)에 접합된다. 삽입도 부분이 입자 부피의 분포 및 적합으로부터 획득되고 로렌츠-로렌츠 계수에 의해 스케일된 성장율을 보여준다. 스케일된 성장율의 더 큰 비율 범위가 핵생성 효율의 변동이 최종 입자 크기의 가변성을 설명함을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 컴퓨터 구현예를 도시한다.
도 1a 내지 1c는 중합의 개시 후 (도 1a) 15분, (도 1b) 35분, 및 (도 1c) 60분에서 입자 반지름 및 굴절률의 분포를 도시하며, 삽입도를 포함한다. 삽입도: 동일한 합성의 또 다른 실행으로부터 획득된 구의 주사 전자 현미경 사진. 스케일 바가 2mm를 나타낸다. 각각의 포인트가 하나의 구의 속성을 나타내고 상대 확률 밀도 P(ap, np)에 따라 컬러링된다. 각각의 플롯이 5,000개의 랜덤하게 선택된 구의 속성을 보여준다. 도 1d는 굴절률의 분포의 시간 변화 그래프를 도시한다. 도 1e는 입자 반지름의 분포의 시간 변화 그래프를 도시한다.
도 2는 15분에서 추출된 도 1a에서의 샘플로부터의 PDMS 입자의 에이징을 도시한다. 16일 후, 평균 반지름이 감소하고 평균 굴절률이 증가했다.
도 3은 80% 크로스링커에서의 PDMA 구의 5개의 명목상 동일한 배치에 대해 시간의 함수로서 최확 반지름을 도시한다. 강조된 데이터 세트가 도 1e의 샘플에 대응한다. 오차 바가 입자 크기 분포의 절반-최대치에서 완전 폭을 가리킨다. 곡선이 수학식(8)에 접합된다. 삽입도 부분이 입자 부피의 분포 및 적합으로부터 획득되고 로렌츠-로렌츠 계수에 의해 스케일된 성장율을 보여준다. 스케일된 성장율의 더 큰 비율 범위가 핵생성 효율의 변동이 최종 입자 크기의 가변성을 설명함을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 컴퓨터 구현예를 도시한다.
다음의 상세한 설명에서, 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부된 도면이 참조된다. 도면에서, 맥락상 달리 나타나지 않는 한 일반적으로 유사한 부호가 유사한 구성요소를 식별한다. 상세한 설명, 도면, 및 청구범위에 기재된 예시적 실시예가 한정으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 사상 또는 범위 내에서. 그 밖의 다른 실시예가 사용될 수 있고 그 밖의 다른 변경이 이뤄질 수 있다. 본 명세서에 일반적으로 기재되고 도면에 도시되는 본 발명의 양태는 본 발명의 일부임이 자명한 다양한 구성으로 배열, 치환, 조합, 및 설계될 수 있다.
이들의 합성 공정 동안 콜로이드 구(colloidal sphere)의 반지름 및 굴절률의 시간 변화(time evolution)를 특징화하기 위해 로렌츠-미에 마이크로스코피를 이용한 방법이 본 명세서에 기재된다. 또한 합성 후 이들 속성에 대한 시간-분해 측정이 기재된다.
일반적으로 반응 베셀로부터 이동된 샘플에 시간-분해 정적 광 산란, 동적 광 산란, 또는 모세관 유체역학적 분별을 수행함으로써, 콜로이드 합성이 모니터된다. 이들 측정은 예상 분포에 대한 모델과의 비교에 의해 샘플링 시점에서 입자의 크기 분포에 대한 이해를 제공한다. 여기서 홀로그래픽 비디오 마이크로스코피를 이용하여 개별 입자의 반지름과 굴절률을 측정하는 콜로이드 합성의 진행상황을 모니터링하기 위한 일반적인 방법이 기재된다. 이러한 입자-분해 데이터로부터 컴파일되는 속성의 분포가 분포의 속성에 대한 선험적 가정 없이 샘플의 진정한 속성을 반영한다. 따라서 이들은 콜로이드 성장(colloidal growth)의 메커니즘, 예컨대, 2차 핵생성의 출현율, 성장 프로세스의 균일성 및 재현성, 및 최종 입자의 동질성 및 안정성에 대한 상세한 이해를 제공한다. 가교된 폴리디메티실록산(PDMS) 구의 단분산 샘플의 합성을 모니터링함으로써 실시간 홀로그래픽 입자를 특징화할 수 있음이 이하에서 예시로서 보여진다.
홀로그래픽 입자 특징화는 인-라인 홀로그래픽 비디오 마이크로스코피에 의해 획득된 개별 구의 홀로그래픽 스냅샷을 분석하기 위해, 광 산란의 로렌츠-미에 이론의 예측을 이용한다. 개별 구로 인한 산란 패턴이 회전 대칭의 중심으로 식별되고 그 후 입자의 3차원 위치, 반지름 및 굴절률에 대해 픽셀 단위로 적합된다. 일반적인 홀로그램은 200×200 픽셀 어레이에 접한다. 각각의 픽셀은 중위수-절대-편차(MAD) 메트릭에 의해 결정되는 0.009의 상대 노이즈 수치를 가진다. 그 후 비선형 최소-제곱 적합이 1.2±0.5의 일반적인 카이-제곱 특성과 함께 1나노미터 내의 마이크로미터-규모 구의 반지름과 천분률 정확도의 굴절률을 산출한다. 이 기법은 400㎚ 내지 4㎛의 반지름의 콜로이드 구에 대해 신뢰할만하게 동작하는 것으로 보였다.
홀로그래픽 마이크로스코프의 하나의 실시예가 447±1㎚(코히런트 큐브)의 진공 파장에서 동작하는 섬유-연결된 다이오드 레이저로부터의 빔이 시준된 샘플을 도시한다. 구에 의해 산란되는 광이 대물 렌즈(Nikon Plan Apo, 100x, 개구수 1.45, 유침)의 초점 평면에서 빔의 나머지 부분과 간섭을 일으킨다. 확대된 간섭 패턴이 튜브 렌즈에 의해 비디오 카메라(NEC TI-324A)로 전달되며, 상기 비디오 카메라는 강도를 초당 30프레임으로 기록한다. 그 후 이 비디오 스트림이 분석을 위해 디지털화된다.
하나의 실시예에서, 콜로이드 샘플이 현미경 슬라이드와 1.5수 덮개 유리(표면과 표면 사이 간격이 15±5㎛)로 만들어진 2cm×2cm 유리 채널에서 현미경의 86㎛×65㎛ 시야를 통해 흐른다. 구의 반지름 및 굴절률에 대한 결과가 전체 축 범위에 걸쳐 축 위치와 무관한 것이 발견된다.
분석을 촉진시키기 위해, 콜로이드 분산계가 10-4의 부피율로 희석되어, 구의 홀로그램의 겹치는 부분이 최소화될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 샘플은 이웃 입자의 홀로그래피 이미지를 구성하는 고리들이 겹치지 않을 때까지 희석되어야 한다. 하나의 구현예에서, 10-4(부피 퍼센티지로 표현하면: 10-2)의 부피율까지 희석하는 것이 효과가 있음이 발견됐다. 샘플 속성의 정확한 결정이 또한 분석을 위해 샘플을 안정화하기 위한 첨가제를 필요로 할 수 있다. 샘플에 미치는 희석제의 영향을 고려하기 위해 희석제는 특징화 가능한 속성을 가져야 한다. 하나의 실시예에서, 희석제는, 덧붙여, 아베 굴절계(Abbe refractometer)에 의해 체크될 수 있는 레이저의 파장 및 측정 온도에서 잘 알려진 굴절률을 가져야 한다. 채널의 미드플레인을 따르는 200㎛ s-1의 일반적인 유량에서, 수천 개의 구에 대한 데이터가 5분 내에 획득되어, 샘플 내 입자의 속성에 대한 시간-분해 정보를 제공할 수 있다. 카메라의 100㎲ 노출 시간 및 픽셀당 135㎚의 광학 트레인의 전체 배율이 주어질 때 이들 조건 하에서 모션 블러링(motion blurring)이 결과에 영향을 미치지 않는다.
PDMS 구의 성장에 적용
실시간 입자-분해 특징화 데이터를 액세스하는 것이 콜로이드 합성의 진행을 모니터링하기 위해 유용하다. 이를 보여주기 위해, 홀로그래픽 특징화가 사용되어, 가교의 가변 정도에 따라 폴리디메틸실록산(PDMS)의 단분산 구의 성장을 모니터링할 수 있다. 입자는 2작용성 디메틸디에톡시실란(DMDES) 및 3작용성 메틸트리에톡시실란(MTES)의 염기-촉매 가수분해 및 혼성중합에 의해 합성된다. DMDES(Sigma-Aldrich, 1부피%) 및 MTES(Sigma-Aldrich, 4부피%)의 혼합물이 물(Millipore MilliQ, 93부피%) 및 28-30중량% 암모늄 히드록사이드 용액(ACROS Organics, 2부피%)에 첨가되어, 20ml의 총 부피를 획득할 수 있다. 각각의 부피 측정에 대한 오차가 1퍼센트 미만이다. 샘플이 보텍서(vortexer)에 의해 4분 동안 실온에서 힘차게 교반되어, 핵생성을 개시하고 그 후 최대 3시간 동안 20rpm으로 회전하는 프레임 상에서 중합되게 한다.
a. 성장 동안의 크기 및 굴절률의 변화
실란 모노머의 암모니아 용액으로의 초기 혼합으로부터 시작하여, 100㎕ 분취량이 15분, 25분, 35분, 45분, 60분, 및 90분에서 반응 베셀로부터 취해졌다. 각각의 분취량이 2mM 소듐 도데실 설페이트(SDS) 용액(Sigma-Aldrich)의 20ml로 분산되어, 샘플을 희석시킴으로써 구를 안정화하는 데 충분한 모노머 농도를 감소시킬 수 있다. 샘플링 시간의 오차는 10초로 추정된다. 그 후 희석된 샘플이 분석되도록 홀로그래픽 특징화 시스템을 통해 흐른다.
도 1a 내지 1c의 데이터가 15분, 35분 및 60분에서 측정된 구의 속성의 분포를 보여준다. 각각의 플롯 기호가 개별 구의 반지름 ap 및 굴절률 np를 나타내며, 추정된 파라미터의 불확실성에 크기 비교될 수 있다. 커넬 밀도 추정기를 이용한 단일-입자 측정치의 앙상블로부터 계산된 특정된 속성을 갖는 입자를 관측하기 위해 기호들은 결합 확률 밀도, P(ap, np)에 의해 컬러링된다.
도 1a의 초기 분포가 대칭이고 크기와 굴절률 모두에서 꽤 급격한 피크를 갖지만, 기법의 추정된 400㎚ 분해능 한계보다 작은 입자가 분해되지 않을 것이다. 입자의 90%를 포함하는 분포의 피크가, 반응이 진행될수록 더 급격해지고 굴절률 및 반지름의 더 큰 값으로 이동한다. 이는 도 1b 및 도 1c에서 나타날 수 있다. 굴절률의 범위가 반응 과정 동안 상당히 더 작아지는데, 이는 이 주 개체군의 입자가 비교될만한 광학 속성, 따라서 비교될만한 조성을 갖도록 변화되었음을 암시한다. 제품의 균일성을 확인하기 위해 이 경우 홀로그래픽 특징화가 유용하다.
도 1d 및 1e에서 데이터가 반응 시간의 함수로서 굴절률 np와 반지름 ap를 갖는 입자를 관측할 상대 확률 P(np) 및 P(ap)를 보여준다. 분포가 반응이 진행됨에 따라 점점 더 급격해진다. 굴절률에 대한 모드 값이 30분 후에 거의 변하지 않고 np = 1.401 ± 0.002의 값을 가지며 일정해진다.
도 1e에 플로팅된 입자 반지름의 분포 P(ap)가 60분 동안 시간에 따라 증가하고 그 후 일정하게 유지되는 모드를 가진다. 실제로, 결합 분포 P(ap, np)가 입자가 자신의 최대 크기에 도달한 후 크게 변하지 않은 채 유지된다. 작은 입자의 개체군이 연속 핵생성 이벤트로부터 발생하는 경우, P(ap, np)의 형태가 변경될 것으로 기대될 수 있다. 이의 항상성은 P(ap)의 긴 테일에 기여하는 작은 입자가 중합 반응의 이른 소지(quenching)로부터 야기된 것임을 암시한다.
일차 피크에 추가로, 분포가 또한 (ap,np) 평면에서 반응의 히스토리를 추적하는 테일을 형성한다. 이 테일은 이차 핵생성 때문에 발생할 수 있다. 대안적으로, 완전히 전개되기 전에 성장을 중단한 입자의 개체군을 반영할 수 있다. 이의 기원과 무관하게, 이러한 이차 개체군은 결합 확률 분포 P(ap, np)에 의해 정량화되는 바와 같이 총 입자 수 중 비교적 작은 부분을 구성한다.
보통보다 작은 크기의 구의 작은 개체군이 도 1c의 삽입도인 주사 전자 현미경 이미지(Carl Zeiss MERLIN)에서 선명하다. 이러한 이미지로부터 추정된 최확 입자 반지름 0.8㎛이 입자의 배치(batch)에 대해 홀로그래픽적으로 획득된 0.93㎛의 모드 반지름보다 작다. 이 차이는 전자 빔으로의 건조 및 조사 동안 입자의 변경을 반영할 수 있다.
b. 입자 속성에 에이징이 미치는 영향
크기 및 굴절률의 분포가 60분과 120분 사이에서 실질적으로 변하지 않으며, 이는 반응이 완료될 때까지 실행됨을 가리킨다. 그러나 순수로 세정되고 재-현탁된 후에도, 입자의 속성이 계속 변한다. 도 2의 데이터가 15분에서 획득된 구의 크기 및 굴절률에 대한 도 1a의 결과를 T = 16일 후에 구의 동일한 배치에 대해 이뤄진 동등한 측정치와 비교한다. 중간 주기 동안, 희석된 샘플이 대기 상태에서 밀봉 상태로 유지되었다. 이 주기 동안, 최확 반지름이 ap(0) = 0.50 ± 0.01 ㎛에서 ap(T) = 0.48 ± 0.01 ㎛로 감소했고, 최확 굴절률이 np(0) = 1.393 ± 0.003에서 np(T) = 1.420 ± 0.003로 증가했다.
이들 변경은 가교된 PDMA의 밀도 ρp(t)의 증가만큼 설명될 수 있다. 굴절률은 다음의 로렌츠-로렌츠 관계식을 통해 ρp(t)에 종속된다.
여기서 α는 이미징 파장에서의 몰 분극률이다. ρp(t)는 개수 밀도(number density)이기 때문에, 로렌츠-로렌츠 계수, L(t)는 무차원이다. 밀도가 구의 부피와 반비례로 스케일되는 경우, 밀도-스케일 부피
는, 구가 수축됨에 따라 상수로 유지되어야 한다. 실제로 비 v(T)/v(0) = 0.95 ± 0.08가 1과 일치한다. 따라서 입자 속성의 관측된 변화가 화학적 변화가 아니라 구조적 이완과 일치한다.
시간의 흐름에 따라 공극으로부터의 용매의 제거로 인한 수축이 있을 때, 분포 P(ap, np)가 초기에 공극이 수축함에 따라 감소할 반상관도(anticorrelation)를 보일 것이다. 도 2에 플롯팅된 분포의 ap와 np 간 통계적으로 유의미한 상관관계의 부재가 이러한 설명에 반한다. 대신, 가교된 폴리머의 구조적 이완을 통한 치밀화에 의해 관측된 수축이 더 잘 설명된다.
이러한 해석에 의해, 도 1의 최확 굴절률의 변화가, 일차 핵이 최종 구보다 덜 치밀함을 나타낸다. 구가 성장하거나 코어가 더 고 밀도의 껍질로 인케이싱될 때 코어 밀도가 증가하는지 여부는 이들 데이터로부터 결정될 수 없다. 수학식(1)을 다시 참조하면, 구의 유효 밀도가 반응 과정에서 2퍼센트만큼 변함이 자명하다.
c. 콜로이드 성장 운동에너지 모니터링
도 3은 도 1에서의 실험 및 명목상 동일한 조건 하에서 실시된 동일한 합성의 그 밖의 다른 구현에서 시간의 흐름에 따라 최확 반지름이 어떻게 증가하는지를 보여준다. 종래의 광-산란 기법을 이용해 비교될만한 데이터를 획득하는 것은 구의 굴절률을 입력 파라미터로서 필요로 했을 것이다. 그러나 np(t)가 시간에 따라 달라지는 것으로 발견되기 때문에, 측정이, 특히, 초기에, 계통 오차에 의해 오염됐을 것이다.
이들 측정은 빠른 일차 핵생성 후 콜로이드 성장에 대한 라메르 운동에너지 모델(LaMer kinetic model)의 프레임워크 내에서 해석된다. 이 모델은 각각의 구가 핵의 개수 밀도에 의해 설정되는 부피 V로 독립적으로 성장함을 가정한다. 모노머가 구에 의해 격리될 때, 용액에서의 이들의 개수 밀도가 다음과 같이 감소한다
단순히 말하면, ρp(t)에서 관찰된 시간 종속성이 무시할만하고 ap 3(t)/V가 작은 값을 유지한다고 가정된다. 덧붙여, 구 주위의 용액이 잘 혼합된 상태를 유지하는 경우, 구의 표면에서의 모노머의 유입 플럭스,
가 얇은 경계 층을 횡단하는 확산에 의해 한정되며, 이때 D는 모노머의 확산 계수이고, 
는 경계 층의 두께이다. 그 후 구의 반지름이,
에 따라 성장하고, 이때, 초기 성장율이
이며, 또한
가 
에 의해 점근 반지름(asymptotic radius)과 관련된다. 수학식(5)은 ap(t)에 대한 음함수 식을 다음과 같이 산출한다
여기서, t0는 일차 핵생성을 위해 요구되는 시간이다. t0는 무시할 정도로 충분히 작다. 도 3의 곡선이 동일한 합성 규약의 5개의 명목상 동일한 구현, 가령, 도 1의 샘플로부터의 데이터에의 수학식(8)의 적합이며, 이때 R0와 k는 조절 가능한 파라미터이다.
크기와 굴절률 모두를 추적하는 것이 종래의 특징화 방법에 의해서는 획득될 수 없는 성장 메커니즘에 대한 깊은 이해를 제공한다. 예를 들어, 도 3에서 자명한 입자 크기의 가변성이 성장하는 마이크로겔(microgel)의 밀도 차이 때문일 수 있다. 대안적으로, 이는 일차 핵의 수의 차이를 반영할 수 있다. 홀로그래픽 특징화가 이들 시나리오를 구별할 수 있는 통찰을 제공한다.
5개의 실행 모두 동일한 온도에서, 동일한 혼합 규약에 따라 동일한 초기 모노머 농도 ρ0를 갖고 수행되었다. 5개의 실행 모두 0.243±0.003와 일치하는 굴절률 데이터로부터 획득된 L의 값을 가진다. 작은 범위가 마이크로겔이 모든 5개의 샘플에서 일정한 밀도로 성장했음을 암시한다. 구의 밀도를 대신하는 로렌츠-로렌츠 계수 L(t)가 이용해, 스케일된 성장 속도, 
가 실행과 실행 사이에서 눈에 띄게 변하지 않아야 한다. 실제로, 도 3의 삽입도에서 플롯팅된 L(t)R0의 값이 평균에 비해 10퍼센트만큼 달라진다. 이들 관측이 사후-핵생성 성장 조건이 실행과 실행 사이에 일관됨을 암시한다.
정규화된 부피 
의 점근값이 일차 핵의 개수 밀도, V-1을 통해 핵생성 프로세스에 대한 이해를 제공한다. 도 3의 삽입도에 플롯팅된 
의 값이 평균에 비해 거의 50퍼센트만큼 달라진다. 덧붙여, 실행간 편차가 단일-실행 불확실성보다 실질적으로 더 크다. 종합적으로, L(t)R0의 비교될만한 일관성과 
의 상대적 가변성이 산물의 평균 크기의 불일치가 일차 핵의 개수의 변동 때문일 수 있고, 따라서 재현성을 개선하기 위한 노력이 초기 혼합 프로세스에 집중되어야 함을 암시한다.
결론
이들 결과가 홀로그래픽 특징화가 반응이 진행될 때 인-라인에서 그리고 안정성을 측정하기 위해 합성이 완료된 후에도 콜로이드 입자의 속성을 모니터링하는 데 사용될 수 있음을 보여준다. 본 발명이 설명 목적으로 특정 시스템에 집중했지만, 동일한 방법이그 밖의 다른 경로, 가령, 에멀전 중합, 분산 중합, 및 졸-겔 침전에 의해 합성된 그 밖의 다른 유형의 콜로이드 구를 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 홀로그래픽 특징화가 하드웨어-가속 적합 또는 머신-러닝 방법을 이용해 실시간으로 수행될 수 있다. 입자-크기 분포에 대한 최종 시간-분해된 데이터가 기존 실시간 프로세스 제어 시스템에 적합할 수 있다. 덧붙여, 개별 입자의 크기 및 굴절률의 독립적인 측정을 제공함으로써, 홀로그래픽 특징화가 종래의 특징화 기법에 의해 획득될 수 없는 성장 및 에이징의 메커니즘에 대한 이해를 제공한다. 이들 데이터 스트림은 인-라인 프로세스 제어 및 품질 보장을 위한 새로운 기회를 만든다. 홀로그래픽 특징화에 의해 제공되는 정밀한 시간-분해된 데이터의 가치는, 이의 낮은 비용 및 구현 용이와 함께 연구실 규모 적용예에 적용되는 것을 바람직하게 만든다.
콜로이드 속성의 실시간 인라인 모니터링이 콜로이드성 물질의 크기 분포 및 조성에 대한 규정에 부합함을 보여주도록 사용될 수 있다. 또한 이는, 다른 처리 단계로의 입력으로 사용되는, 가령, 제약으로 혼합, 음식에 혼합, 및 화장품 및 그 밖의 다른 소비자 제품으로 혼합되는 콜로이드성 물질의 품질을 평가하고 검증하도록 사용될 수 있다. 이는 공정 사전에, 공정 중간에, 그리고 공정 사후에 홀로그래픽 특징화를 위한 용도가 존재함이 해당 분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다.
도 4에 도시되는 바와 같이, 가령, 컴퓨터 액세스 매체(120)(가령, 본 명세서에 기재된 바와 같이, 저장 장치, 가령, 하드 디스크, 플로피 디스크, 메모리 스틱, CD-ROM, RAM, ROM 등, 또는 이들의 모음)가 (가령, 처리 장치(110)와 통신하여) 제공될 수 있다. 본 발명의 방법 및 시스템은 전체적으로 또는 부분적으로 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 홀로그래픽 비디오 마이크로스코피 시스템의 컴퓨터에 의해 제어가 사용될 수 있거나 및/또는 컴퓨터 액세스 매체(120)와 관련된 결정이 비일시적 컴퓨터 액세스 매체일 수 있다. 컴퓨터 액세스 매체(120)는 실행 명령(130)을 포함할 수 있다. 이에 추가로 또는 대안으로, 저장 장치(140)가 컴퓨터 액세스 가능 매체(120)로부터 개별적으로 제공될 수 있고, 이는 처리 장치(110)로 명령을 제공하여, 예를 들어, 본 명세서에 기재된 특정 예시적 절차, 프로레스 및 방법을 실행하기 위한 처리 장치를 구성할 수 있다.
시스템(100)은 또한 디스플레이 또는 출력 장치, 입력 장치, 가령, 키보드, 마우스, 터치 스크린 또는 그 밖의 다른 입력 장치를 포함할 수 있고 논리 네트워크를 통해 추가 시스템으로 연결될 수 있다. 본 명세서에 기재된 실시예들 중 다수가 프로세서를 갖는 하나 이상의 원격 컴퓨터로의 논리 연결을 이용해 네트워크 연결된 환경에서 실시될 수 있다. 논리 연결은 비제한적 예시로서 제공되는 로컬 영역 네트워크(LAN) 및 광역 네트워크(WAN)를 포함할 수 있다. 이러한 네트워킹 환경은 사무실 또는 기업 컴퓨터 네트워크, 인트라넷 및 인터넷에서 흔하며 다양한 여러 통신 프로토콜을 이용할 수 있다. 해당 분야의 통상의 기술자라면 이러한 네트워크 컴퓨팅 환경이 일반적으로 많은 유형의 컴퓨터 시스템 구성, 가령, 개인 컴퓨터, 핸드-헬드 장치, 멀티-프로세서 시스템, 마이크로프로세서-기반 또는 프로그램 가능 소비자 전자 장치, 네트워크 PC, 미니컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터 등을 포함할 수 있음을 알 것이다. 본 발명의 실시예는 또한 분산 컴퓨팅 환경에서 실시될 수 있으며, 작업이 통신 네트워크를 통해 (하드와이어링 링크, 무선 링크, 또는 하드와이어와 무선 링크의 조합에 의해) 링크되는 로컬 및 원격 처리 장치에 의해 수행된다. 분산 컴퓨팅 환경에서, 프로그램 모듈은 로컬 및 원격 메모리 저장 장치에 위치할 수 있다.
방법 단계의 일반적인 맥락에서 다양한 실시예가 기재되고, 이는 컴퓨터 실행 명령, 가령, 네트워크 연결된 환경에서 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 코드를 포함하는 프로그램 프로덕트에 의해 구현될 수 있다. 일반적으로, 프로그램 모듈은 특정 작업을 수행하거나 특정 추상 데이터 유형을 구현하는 루틴, 프로그램, 객체, 구성요소, 데이터 구조 등을 포함한다. 컴퓨터 실행 명령, 연관 데이터 구조, 및 프로그램 모듈이 본 명세서에 개시된 방법의 단계들을 실행하기 위한 프로그램 코드의 예시를 나타낸다. 이러한 실행 명령 또는 연관 데이터 구조의 특정 시퀀스가 이러한 단계에서 기재된 기능을 구현하기 위한 대응하는 동작의 예시를 나타낸다.
본 발명의 소프트웨어 및 웹 구현이 규칙 기반 로직 및 그 밖의 다른 로직을 갖는 표준 프로그래밍 기법에 의해 이뤄져, 다양한 데이터베이스 검색 단계, 상관 단계, 비교 단계 및 결정 단계를 이룰 수 있다. 단어 "구성요소" 및 "모듈"이 본 명세서 및 청구항에서 사용될 때, 소프트웨어 코드의 하나 이상의 라인, 및/또는 하드웨어 구현, 및/또는 수동 입력을 수신하기 위한 장비를 이용한 구현을 포함하는 것으로 의도된다.
실질적으로 임의의 복수 및/또는 단수 용어의 사용과 관련하여, 해당 분야의 통상의 기술자라면, 맥락 및/또는 경우에 따라, 복수를 단수로 및/또는 단수를 복수로 변환할 수 있다. 다양한 단수/복수 순열이 명료성을 위해 본 명세서에 명확하게 제공될 수 있다.
예시적 실시예에 대한 상기의 기재가 설명 목적으로 제공되었다. 개시된 정확한 형태로 한정되지 않고 수정 및 변형이 상기 설명의 범위 내에서 가능하고 개시된 실시예의 실시로부터 얻어질 수 있다. 본 발명의 범위가 이하의 청구항 및 이의 균등물에 의해 규정된다.
Claims (21)
- 복수의 입자를 특징화하는 방법으로서, 상기 방법은
홀로그래픽 비디오 마이크로스코피 시스템의 시야(field of view)를 통해 복수의 입자를 통과시키는 단계,
제1 시점(at a first time)에서, 복수의 입자 중 시야(field of view) 내에 있는 제1 입자의 홀로그래픽 비디오 마이크로스코피를 기초로 홀로그램을 생성하는 단계,
제1 시점에서의 제1 입자의 굴절률, 밀도 및 반지름을 결정하는 단계,
제2 시점(at a second time)에서, 복수의 입자 중 시야 내에 있는 제2 입자의 홀로그래픽 비디오 마이크로스코피를 기초로 홀로그램을 생성하는 단계, 및
제2 시점에서 제2 입자의 굴절률, 밀도 및 반지름을 결정하는 단계를 포함하며,
제1 입자 굴절률 및 반지름과 제2 입자 굴절률 및 반지름의 비교를 기초로, 복수의 입자의 합성을 모니터링하는 단계를 더 포함하는, 복수의 입자를 특징화하는 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서, 제1 시점 및 제2 시점은 복수의 입자의 합성 후이며, 복수의 입자의 사후-합성 안정성(post-synthesis stability)을 모니터링하는 단계를 더 포함하는, 복수의 입자를 특징화하는 방법.
- 제1항에 있어서, 굴절률 및 반지름을 결정하는 것은 로렌츠-미에 이론(Lorenz-Mie theory)의 적용을 포함하는, 복수의 입자를 특징화하는 방법.
- 제1항에 있어서, 복수의 입자의 합성이 완료됐는지 여부를 결정하는 단계를 더 포함하는, 복수의 입자를 특징화하는 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 시야(field of view)를 통해 복수의 입자를 통과시킴이 50㎛/s 인 유량을 포함하는, 복수의 입자를 특징화하는 방법.
- 제1항에 있어서, 제1 입자의 굴절률 및 반지름을 결정하는 단계 및 제2 입자의 굴절률 및 반지름을 결정하는 단계는 각각, 제1 입자에 대한 굴절률 및 반지름에 대한 확률 밀도를 결정하는 단계 및 제2 입자에 대한 굴절률 및 반지름에 대한 확률 밀도를 결정하는 단계를 포함하는, 복수의 입자를 특징화하는 방법.
- 복수의 입자를 특징화하는 방법으로서, 상기 방법은
복수의 입자의 입자의 홀로그램을 생성하는 단계 - 각각의 홀로그램은 상이한 시점 T에서의 복수의 입자 중 입자 PN의 홀로그래픽 비디오 마이크로스코피를 기초로 함 - ,
시점 TN에서 입자 PN의 시점 TN의 굴절률 및 시점 TN의 반지름을 결정하는 단계,
시점 TN+1에서 입자 PN의 시점 TN+1의 굴절률 및 시점 TN+1의 반지름을 결정하는 단계,
시점 TN의 굴절률과 시점 TN+1의 굴절률의 비교 및 시점 TN의 반지름과 TN+1의 반지름의 비교를 기초로 시간에 따른 복수의 입자에서의 변화를 특징화하는 단계,
복수의 입자에서의 변화가 화학적 변화인지 또는 구조적 변화인지를 결정하는 단계, 그리고
결정된 굴절률 및 반지름의 비교를 기초로 복수의 입자의 합성을 모니터링하는 단계를 포함하고,
복수의 입자의 합성 후 홀로그램이 생성되어, 복수의 입자의 사후-합성 안정성을 모니터링하는 단계를 더 포함하는,복수의 입자를 특징화하는 방법. - 삭제
- 삭제
- 제9항에 있어서, 굴절률 및 반지름을 결정하는 것은 로렌츠-미에 이론을 적용하는 것을 포함하는, 복수의 입자를 특징화하는 방법.
- 삭제
- 제9항에 있어서, 복수의 입자를 홀로그래픽 비디오 마이크로스코피 시스템을 통해 유동시키는 단계를 더 포함하는, 복수의 입자를 특징화하는 방법.
- 제14항에 있어서, 시야(field of view)를 통해 복수의 입자를 통과시킴이 50 ㎛/s 인 유량을 포함하는, 복수의 입자를 특징화하는 방법.
- 제9항에 있어서, 제1 입자의 굴절률 및 반지름을 결정하는 단계 및 제2 입자의 굴절률 및 반지름을 결정하는 단계는 각각, 제1 입자에 대한 굴절률 및 반지름에 대한 확률 밀도를 결정하는 단계 및 제2 입자에 대한 굴절률 및 반지름에 대한 확률 밀도를 결정하는 단계를 포함하는, 복수의 입자를 특징화하는 방법.
- 복수의 입자를 특징화하기 위한 컴퓨터 구현 기계로서, 상기 컴퓨터 구현 기계는
프로세서, 및
상기 프로세서에 동작 가능하게 연결되며 컴퓨터 코드를 포함하는 물리적 컴퓨터 판독 매체(tangible computer-readable medium)를 포함하고, 상기 컴퓨터 코드는
제1 시점(at a first time)에서의 복수의 입자 중 제1 입자의 홀로그래픽 비디오 마이크로스코피를 기초로 홀로그램을 생성하며 - 제1 입자는 홀로그래픽 비디오 마이크로스코피 시스템의 시야(field of view)를 통과함 - ,
상기 제1 시점에서의 제1 입자의 굴절률 및 반지름을 결정하고,
제2 시점(at a second time)에서의 복수의 입자 중 제2 입자의 홀로그래픽 비디오 마이크로스코피를 기초로 홀로그램을 생성하며,
제2 시점에서의 제2 입자의 굴절률 및 반지름을 결정하도록 구성되고,
제1 입자 굴절률 및 반지름과 제2 입자 굴절률 및 반지름의 비교를 기초로 복수의 입자의 합성을 모니터링하도록 구성딘 컴퓨터 코드를 더 포함하는, 컴퓨터 구현 기계. - 삭제
- 제17항에 있어서, 제1 시점 및 제2 시점은 복수의 입자의 합성 이후이며, 복수의 입자의 사후-합성 안정성을 모니터링하도록 구성된 컴퓨터 코드를 더 포함하는, 컴퓨터 구현 기계.
- 제1항에 있어서, 홀로그램을 생성하기 전에, 복수의 입자의 콜로이드성 현탁액이 적어도 10-4의 부피율로 희석되는, 복수의 입자를 특징화하는 방법.
- 제9항에 있어서, 변화가 화학적 변화인지 또는 구조적 변화인지를 결정하는 단계는, 복수의 입자의 밀도를 결정하는 단계를 더 포함하는, 복수의 입자를 특징화하는 방법.
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000225302A (ja) | 1999-02-04 | 2000-08-15 | Mitsubishi Chemicals Corp | 粒度分布の特徴量の推定方法、粒子の製造方法及びこれらに用いる装置 |
| JP2011502256A (ja) | 2007-10-30 | 2011-01-20 | ニュー・ヨーク・ユニヴァーシティ | ホログラフィックビデオ顕微鏡による粒子の追跡および特徴付け |
| JP2011525967A (ja) | 2008-06-05 | 2011-09-29 | ジ アドミニストレイターズ オブ ザ チューレン エデュケイショナル ファンド | ポリマー合成中の機能進化をモニタリングする方法及び装置 |
| JP2012515351A (ja) * | 2009-01-16 | 2012-07-05 | ニューヨーク ユニバーシティー | ホログラフィビデオ顕微鏡観察を伴う自動的リアルタイム粒子特徴付け及び三次元速度測定 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000225302A (ja) | 1999-02-04 | 2000-08-15 | Mitsubishi Chemicals Corp | 粒度分布の特徴量の推定方法、粒子の製造方法及びこれらに用いる装置 |
| JP2011502256A (ja) | 2007-10-30 | 2011-01-20 | ニュー・ヨーク・ユニヴァーシティ | ホログラフィックビデオ顕微鏡による粒子の追跡および特徴付け |
| JP2011525967A (ja) | 2008-06-05 | 2011-09-29 | ジ アドミニストレイターズ オブ ザ チューレン エデュケイショナル ファンド | ポリマー合成中の機能進化をモニタリングする方法及び装置 |
| JP2012515351A (ja) * | 2009-01-16 | 2012-07-05 | ニューヨーク ユニバーシティー | ホログラフィビデオ顕微鏡観察を伴う自動的リアルタイム粒子特徴付け及び三次元速度測定 |
| US20130278743A1 (en) | 2010-11-05 | 2013-10-24 | New York University | Method and sysem for measuring porosity of particles |
| JP2014503794A (ja) | 2010-11-12 | 2014-02-13 | ユニヴェルシテ・リブレ・ドゥ・ブリュッセル | 透明粒子の特性を決定する光学的方法 |
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