KR20070026653A

KR20070026653A - 공기중 입자 수집 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20070026653A
Application number: KR1020067027315A
Authority: KR
Inventors: 피터 제이. 코일레; 티모시 에이. 플렛처
Original assignee: 사르노프 코포레이션
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2007-03-08
Also published as: IL178900A0; WO2006025897A3; EP1749196A2; WO2006025897A2; JP2008500542A

Abstract

공기 표본으로부터 바이오-에어로졸을 수집하기 위한 장치의 실시예들은 내부 부피체를 통해 외부면으로 액체를 펌핑하기 위한 중공관, 및 외부면 상에 배치되며 주위 공기 표면으로부터 공기중 입자를 수집하기 위한 수집면을 포함한다. 수집면을 향해 공기중 입자를 편향시키도록 공기중 입자에 전하를 인가하는 챠징 메카니즘에 의해 수집 효율성이 향상된다. 이러한 장치를 작동하는 실시예들은 공기 표면을 제공하는 단계, 중공관을 향해 공기 표본은 안내하는 단계, 및 상기 중공관의 수집면/외부면 상에 공기중 입자가 적치되도록 공기중 입자에 전하를 인가하는 단계를 포함한다.

Description

공기중 입자 수집 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR AIRBORNE PARTICLE COLLECTION}

관련 출원들에 대한 교차 참조

본 출원은 2003년 6월 24일자로 출원된 미국특허 출원번호 제 10/603,119호(발명의 명칭: "집중된 공기중 입자 수집 방법 및 장치(METHOD AND APPARATUS FOR CONCENTRATED AIRBORNE PARTICLE COLLECTION)")의 일부계속출원이며, 이러한 미국특허 출원은 그 전체가 여기에 참조되었다. 본 출원은 또한 2004년 5월 27일자로 제출된 미국특허 가출원번호 제 60/574,803호(발명의 명칭: "정전 입자 수집 시스템(ELECTROSTATIC PARTICLE COLLECTION SYSTEM)"), 및 2005년 5월 7일자로 제출된 미국특허 가출원번호 제 60/659,362호(발명의 명칭: "회전 디스크 정전 수집 시스템(SPINNING DISC ELECTROSTATIC COLLECTION SYSTEM)")를 우선권으로 주장하며, 이들 미국 가출원들은 그 전체가 여기에 참조되었다.

본 발명은 미국 국방성 고등 연구 계획국(Defense Advance Research Projects Agency)에 의해 선정된 계약 번호 제 DAAD13-03-C-0041호, 및 미국 육군 로버트 모리스 합병 센터(U.S. Army Robert Morris Acquisition Center)에 의해 선정된 계약 번호 제 W911SR-04-C-0025호에 의해 이루어졌다. 미국 정부는 본 발명의 일정한 권리를 가진다.

본 발명은 일반적으로 공기를 표본 추출하는 것에 관한 것이며, 보다 상세하게는 공기 표본으로부터 병균 및 에어로졸 입자(aerosol particles)를 수집하는 것에 관한 것이다.

에어로졸 및 병균 입자 또는 포자를 수집할 수 있는 군대, 개인 또는 개별적으로 사용되는 공기 표본추출 시스템에 대한 수요가 증가하고 있다. 현존하는 공기 표본추출 시스템은 신뢰할 만한 기능을 하는 것으로 입증된 바 있지만, 이들 시스템은 종종 규모가 너무 크고 상당량의 파워를 소비할 뿐만 아니라 많은 소음을 발생시킨다. 이들 현존하는 공기 표본추출 시스템은 또한 상당히 큰 액체 표본을 생성시키는 경향이 있으며, 이들 표본의 분석에는 수 일 또는 심지어 수 주가 걸릴 수 있다. 따라서, 현존하는 공기 표본추출 시스템은 개인 또는 개별적인 사용을 위해, 또는 공기 표본 분석을 신속하게 실시해야만 하는 환경이나 여견에 대해서는 실용적이지 않다.

따라서, 신속한 분석을 위해 비교적 작은 부피의 액체 표본을 생성시킬 수 있는, 소형이며 고효율성을 갖는 바이오-에어로졸 수집기에 대한 필요성이 당해 분야에 존재한다.

공기 표본으로부터 생물학적 에어로졸을 수집하기 위한 장치의 실시예들은 내부 부피체를 통해 외부면으로 액체를 펌핑하기 위한 중공관, 및 외부면 상에 배치되며 주위 공기 표면으로부터 공기중 입자를 수집하기 위한 수집면을 포함한다. 수집면을 향해 공기중 입자를 편향시키도록 공기중 입자에 전하를 인가하는 챠징 메카니즘에 의해 수집 효율성이 향상된다. 이러한 장치를 작동하는 실시예들은 공기 표면을 제공하는 단계, 중공관을 향해 공기 표본은 안내하는 단계, 및 상기 중공관의 수집면/외부면 상에 공기중 입자가 적치되도록 공기중 입자에 전하를 인가하는 단계를 포함한다.

상술한 본 발명의 실시예들이 달성되며 상세히 이해할 수 있도록 하기 위해, 첨부된 도면에 도해된 본 발명의 실시예들을 참조하여 앞서 간단히 요약된 본 발명을 아래에 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 전형적인 실시예들을 도해한 것이므로 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주되어서는 안 되며 본 발명에 대해 다른 동등한 효과의 실시예들을 포함할 수 있음을 주지해야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 공기중 입자 수집 장치의 일 실시예의 절개도이다.

도 2는 도 1에 도시된 공기중 입자 수집 장치의 분해도이다.

도 3은 도 1에 도시된 사이클론 배열의 평면도이다.

도 4는 도 1에 도시된 보텍스 브레이커 섹션의 평면도이다.

도 5는 도 1에 도시된 캡쳐 섹션의 분해도이다.

도 6은 도 1 및 도 5에 도시된 캡쳐 섹션과 함께 사용하도록 구성된 코로나 챠징 섹션의 개략도이다

도 7은 캡쳐 섹션 및 코로나 챠징 섹션의 제2 실시예이다.

도 8은 본 발명에 따른 수집 장치의 제2 실시예이다.

도 9는 본 발명에 따른 캡쳐 섹션의 제3 실시예이다.

도 10a는 본 발명에 따른 수집 장치의 제3 실시예의 개략도이다.

도 10b는 도 10a에 도시된 수집 장치의 절개도이다.

도 11은 본 발명에 따른 수집 장치의 제4 실시예의 절개도이다.

도 12는 본 발명에 따른, 에어로졸 입자를 액체 안으로 침전시키기 위한 입자 수집 시스템의 제5 실시예를 도해하는 개략도이다.

도 13a 및 도 13b는 도 12의 입자 수집 시스템의 전형적인 통공을 도해하는 개략도이다.

도 14는 본 발명에 따른, 에어로졸 입자를 액체 안으로 침전시키기 위한 입자 수집 시스템의 제6 실시예를 도해하는 개략도이다.

도 15는 본 발명에 따른, 에어로졸 입자를 액체 안으로 침전시키기 위한 입자 수집 시스템의 제7 실시예를 도해하는 개략도이다.

이해를 돕기 위해, 도면 전체에 걸쳐 공통적인 동일한 구성요소를 지시하기 위해 가능한 한 동일한 도면 부호를 사용하였다.

본 발명의 실시예들은 호흡가능한 공기중 입자들을 수집하고 이들 입자들을 적은 액체 부피체 안으로 집중시키는 대체로 소형, 경량의 저전압 및 저소음 장치를 제공한다. 일 실시예에서, 이 장치는 대략 1 내지 10 마이크론의 범위 내의 입자 집중도를 달성할 수 있으며, 대략 분당 1000 리터(lpm; liters per minute)의 표본 속도를 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 입자 수집 장치(100)의 일 실시예의 절개도이다. 도시된 실시예에서, 입자 수집 장치(100)는 실질적으로 원통형 형상으로 구성되지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 다수의 대안의 형태 및 형상으로 본 발명의 실시예들이 구성될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 입자 수집 장치(100)는 하우징(102)을 포함하는데, 이러한 하우징(102) 내부에는 공기 흡입 조립체(104), 표본 분리 섹션(106) 및 입자 포획 지대 또는 섹션(108)이 포함되어 있다.

공기 흡입 조립체(104)는 입자 수집 장치(100) 안으로 공기 유동을 인입시키도록 구성되며 팬 모터(110), 제 1 팬(112A) 및 제 2 팬(112B), 및 공기 덕트(114)를 포함한다. 제 1 팬(112A)은 입자 수집 장치(100)의 제 1 단부(101) 부근에 배치되며 팬 모터(110)에 연결된다. 선택적인 제 2 팬(112B)은 입자 수집 장치(100)의 종축선을 따라 제 1 팬(112A)의 내부를 향해 위치하며, 일 실시예에서, 제 2 팬(112B)은 제 1 팬(112A) 보다 작다. 공기 덕트(114)는 입자 수집 장치(100)의 제 2 단부(103) 내의 개구(116)에서 시작되며 적어도 부분적으로 입자 수집 장치(100)를 통해 연장되어, 작동 될 때 제 1 팬(112A) 및 제 2 팬(112B)에 의해 인입되는 공기에 대한 유입 경로를 제공한다. 일 실시예에서, 공기 덕트(114)는 하우징(102)의 중심(105)을 통해 배치된다. 선택적으로, 공기 흡입 조립체(104)는, 공기 덕트(114)와 제 1 팬(112A) 및 제 2 팬(112B) 사이에 위치하며 예비-필터로서 작용하도록 구성되는 임팩터(impactor; 150)를 더 포함한다. 즉, 임팩터(150)는 대량의 입자들이 입자 수집 장치(100) 안으로 인입될 때 주요 유동 외부로 대량의 입자들을 여과하기 위한 복수의 관 또는 채널(152)을 포함한다.

표본 분리 섹션(106)은 입자 수집 장치(100)의 중심(105)의 반경방향 외측(즉, 도 1에 도시된 실시예에서, 공기 덕트(114)의 반경방향 외측)을 향해 위치하는 실질적으로 원형 배열의 사이클론(cyclone; 118), 및 보텍스 브레이커(vortex breaker; 120)(도 2 및 도 4에 도시됨)을 포함한다. 도 3은 도 1에 도시된 사이클론 배열의 평면도이다. 도 3은 8개의 사이클론(118)의 배열을 도시하지만, 보다 많거나 보다 적은 수의 사이클론(118)도 유리하게 사용될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 도 1 및 도 13을 동시에 참조하면, 이러한 배열 내의 각각의 사이클론(118)은 접선 입구(124)에 의해 공기 덕트(114)에 연결된다. 접선 입구(124)는 공기 덕트(114)로부터 표본 분리 섹션(106)에 유입 공기를 운반하도록 구성된다. 각각의 사이클론(118)은 주요 공기 유동으로부터 공기중 입자를 분리시키도록 구성된다. 사이클론(118)의 제 1 단부(107) 부근에 위치하는 보텍스 파인더(vortex finder; 154)는 주요 유동을 위한 제 1 출구 포트(122)를 형성하도록 사이클론(118) 안으로 돌출하는 복수의 단축 채널을 포함한다. 즉, 각각의 사이클론(118)의 제 1 단부(107)에서의 제 1 출구 포트(122)는 사이클론(118) 외부로 주요 유동을 조준하며 안내하도록 구성된다. 각각의 사이클론(118)의 제 2 단부(109) 부근에 위치한 제 2 출구 포트(126)는 보텍스 브레이커(120)로 분리된 입자 유동을 운반한다.

도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 보텍스 브레이커(120)는 사이클론(118)의 제 2 단부(109) 부근에 위치하며, 일 실시예에서, 일련의 보텍스 브레이커 챔 버(128)를 포함한다. 하나의 챔버(128)는 각각의 사이클론(118)의 제 2 단부(109)와 인접하여 위치하며 사이클론(118)으로부터 운반되는 입자 유동을 비교적 보다 밀도가 높은 저속도 유동 안으로 집중시키도록 구성된다. 대안으로, 하나의 챔버(도시 안됨)는 실질적으로 환형의 형상을 가지며 모든 사이클론(118)으로부터 에어로졸 유동(aerosol flow)을 수용하도록 구성된다. 보텍스 브레이커 챔버(128)의 벽(138) 내의 접선 슬롯(136)은 에어로졸 유동이 보텍스 브레이커 챔버(128)의 외부로 배출되어 입자 포획 지대 또는 섹션(108)을 향하게 한다.

보텍스 브레이커(120)는 제어가능한 공기/유체 경계면(130)에 으해 입자 포획 지대(108)와 분리된다. 이러한 공기/유체 경계면(130)은 보텍스 브레이커 챔버(128)의 외부와 인접하여 위치하며, 일 실시예에서, 이러한 메카니즘은 위에 높은 기공률의 소수성 박막(134)을 갖는 액체 플레이트(132)를 포함한다. 소수성 박막(134)은 공기 또는 입자 유동(즉, 가스상 매체)을 함유하게 되는 보텍스 브레이커 챔버(128)와, 아래에 보다 상세히 설명될 액체를 함유하게 되는 입자 포획 지대(108) 사이에 액체 밀봉 또는 경계면을 형성하도록 구성된다. 일 실시예에서, 소수성 박막(134)은 입자 포획 지대(108)의 적어도 일부분에 대해 열적으로 매설되는 나일론 메쉬(nylon mesh)를 포함한다. 이 나일론 메쉬는 선택적으로 그 소수성 물성을 증가시키기 위해 폴리테트라플로로에틸렌(PTFE) 또는 균등 물질로 처리된다.

도 1 및 도 5를 참조하면, 입자 포획 지대(108)는 하나 이상의 마이크로 유체성 또는 나노 유체성 채널(140)을 포함하며, 이 채널(140) 내부에는 내부에 포커 싱되었던 에어로졸 또는 다른 입자들을 운반하기 위한 작은 체적의 액체가 포함되어 있다. 일 실시예에서, 상술한 나일론 메쉬가 하나 이상의 채널(140)에 대해 열적으로 매설된다. 입자 포획 지대(108)는 추가로 액체 수집 챔버(142)를 포함하는데, 여기서 액체 유동(내부에 포커싱된 입자들을 포함함)이 수집되거나, 대안으로, 분리 분석 또는 수집 장치(도시 안됨)로 유동을 운반하기 위한 운반 수단에 연결될 수 있다.

상술한 공기/유체 경계면(130)은 선택적으로 입자 포획 섹션(108)의 하나 이상의 채널(140) 내의 액체 안으로 입자들의 포커싱을 향상시키기 위해 정전기적으로 입자들을 조정하기 위한 코로나 챠징 섹션(500)과 같은 정전 포커싱 메카니즘(electrostatic focusing mechanism)을 포함한다. 코로나 챠징 섹션(500)의 일 실시예가 도 6에 개략도로 도시되어 있다. 이러한 코로나 챠징 섹션(500)은 코로나 배열체(602) 및 접지 전극(604)을 포함한다. 코로나 배열체(602)는 입자 포획 섹션(108)의 하나 이상의 채널(140)에 근접하여 배치되는 복수의 코로나 팁(606)을 포함한다. 접지 전극(604)은 코로나 배열체(602)로부터 떨어진 거리에 위치되며, 일 실시예에서는 코로나 배열체(602)로부터 채널(140)을 가로질러 위치된다. 이로써, 정전기장(electrostatic field; 608)이 코로나 배열체(602)와 접지 전극(604) 사이에 생성된다. 정전기장(608)은 액체 유동 내에 입자들을 챠징하며 채널(140)의 중앙을 향해 이들 입자들을 인도한다. 이로써, 코로나 챠징 섹션(500)은 보다 신속하고 보다 효율적인 운반을 위해 액체 유동의 중심 안으로 입자들을 재촉함으로써 액체 안으로의 입자들의 조종을 향상시키도록 구성되어 있다. 코로나 챠징 섹션(500)에 의해 발생되는 정전기장은 또한 실질적으로 균일하게 챠징된 입자 스트림을 보장한다.

도 7은 코로나 챠징 섹션(702)을 포함하는 수집 섹션(700)의 제 2 실시예의 개략도이다. 이 실시예에서, 수집 섹션(700)은 코로나 배열체(704), 전극(706), 수집 테이프(708), 저장기(710) 및 입자 제거 장치(712)를 포함한다. 일 실시예에서, 수집 테이프(708)는 제 1 표면(701) 및 제 2 표면(703)을 포함하며, 폐루프에서 수 개의 베어링(714)(예컨대, 3개 이상의 베어링) 둘레로 병진운동하도록 되어 있다. 일 실시예에서, 폐루프는 3각형과 닮았다. 코로나 배열체(704) 및 전극(706)은 채널(740) 내의 개구(722)를 통해 그리고 수집 테이프(708)의 인접하는 제 1 표면(701) 상에 입자들을 인도하는 정전기장(716)을 생성시킨다. 저장기(710)는 하부 베어링 또는 베어링(714)과 인접하여 위치하며, 저장기(710)를 통해 또는 저장기(710)를 지나서 병진운동하면서 수집 테이프(708)의 제 1 표면(701) 상에 유체의 얇은 액체층(718)을 위크(wick) 형상으로 형성시키도록 구성된다. 액체층(718)은 제 1 표면(701) 상으로의 에어로졸 입자들의 수집을 향상시킨다. 입자 제거 장치(712)는 입자들이 적층된 후, 수집 테이프(708)가 저장기(710)를 지나 병진 운동하기 전에 수집 테이프(708)로부터 입잗르을 제거하도록 위치된다. 입자 제거 장치(712)는 스퀴지(squeegee), 블레이드(blade), 진공기 또는, 액체 및 내부의 입자들이 수집 챔버(720)로 전달되도록 수집 테이프(708)로부터 액체층(718)을 제거할 수 있는 임의의 다른 장치일 수 있다. 선택적으로, 수집 테이프(708)의 제 1 표면(701)은 친수수성을 가지도록 처리되며, 제 2 표면(703)은 소수성을 가지도 록 처리된다. 수집 테이프(708)의 영역은 상당히 작아서 입자들의 보다 높은 집중도를 가능하게 한다.

도 9는 본 발명에 따른 포획 섹션(900)의 제 3 실시예를 도시하는 개략도이다. 포획 섹션(900)은 채널(902), 소수성 박막(hydrophobic membrane; 904), 정전기 포커싱 전극(electrostatic focusing electrode; 906) 및 전기 이동 전극(electrophoretic electrode; 908)을 포함한다. 소수성 박막(904)은 앞서 설명한 요소와 실질적으로 유사하지만, 추가로 도전성을 가지며 보텍스 브레이커 섹션(도시 안됨)과 인접한 채널(902)의 일부분에 대해 매설된다. 전기 이동 전극(908)은 소수성 박막(904)으로부터 채널(902)을 가로질러 위치된다. 정전기 포커싱 전극(906)은 전기 이동 전극(908)이 위치하는 측면과 인접하게 채널(902)의 외부에 위치된다. 소수성 박막(904)과 전기 이동 전극(908) 사이로 채널(902) 내부에 전기이동 펌핑 셀을 생성시키도록 채널(902)을 가로질러 차등 전압(V)가 인가된다. 정전기 포커싱 전극(906)에 의해 생성되는 정전 효과는 소수성 박막(904)을 통해 액체 유동 안으로의 입자 조종을 향상시킨다. 펌핑 셀에 의해 생성되는 전기이동 효과는 액체 유동 내에 입자들을 챠징시키고 이들 입자들을 보다 신속하고 보다 효과적인 운반을 위해 액체 유동의 중심을 향해 인도한다. 정전 효과와 전기이동 효과 사이에 간섭이 존재하는 경우에, 2개의 경쟁하는 효과들은 입자 유동 내의 효과적인 정전기 운반을 허용하며 또한 액체 유동 내의 입자들의 전기이동 운반을 허용하는 성립된 최적의 주파수에서 주기적인 방식으로 작동될 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예를 도시하며, 여기서, 수집 장치(800)는 또한 정전 집진기 섹션(802)을 포함한다. 일 실시예에서, 정전 집진기 섹션(802)은 복수의 집진기 플레이트(804) 및 하나 이상의 코로나 전극(806)을 포함하며, 이들 모두는 사이클론(810)의 입구(801)(즉, 제 1 단부) 부근에 위치된다. 정전 집진기 섹션(802)은 포획 섹션(808)으로 통과하지 않고 들어오는 주요 유동과 함께 사이클론(810)으로부터 탈출하는 적게 챠징된 입자들(즉, 하나이상의 코로나 전극(806)에 의해 사이클론(810) 내부에 챠징된 입자들)을 끌어들이도록 구성된다.

도 1을 다시 참조하면, 작동에 있어서, 공기 흡입 조립체(104)는 공기 덕트(114)를 통해 입자 수집 장치(100) 안으로 공기를 인입시키도록 작동된다. 공기는 공기 덕트(114)를 통해 접선 입구(124)를 지나며, 이 접선 입구(124)는 사이클론(118)으로 공기 유동을 운반한다.

사이클론(118)은 주요 공기 유동으로부터 입자들을 분리시킨다. 유동장이 사이클론(118) 내부에서 빠르게 회전할 때, 원심력으로 인해 사이클론(118)의 벽으로 에어로졸 입자들이 인도되며, 여기서 입자들은 벽면에 대해 문지르게 되어 마찰-챠징될 수 있다. 유동이 사이클론(118)을 통해 제 2 단부(109)로 계속해서 소용돌이 치면, 유동으로부터 추가의 입자들이 분리된다. 에어로졸 입자들의 유동이 제 2 단부(109)를 통해 사이클론(118)에서 유출되고 보텍스 브레이커(120)의 보텍스 브레이커 챔버(128)에 유입되며, 여기서 에어로졸 입자들의 유동은 보다 밀집된 저속도 유동으로 집중된다.

주요 유동은 반대 방향으로 전환되며 사이클론(118)의 중심을 통해 뒤로 유동하며, 여기서, 이 유동은 사이클론(118)의 제 1 단부(107) 외부를 지나며, 제 1 팬(112A) 및 제 2 팬(112B)을 지나 하우징(102)의 제 1 단부(101) 내의 출구 포트(144)를 통해 운반되며, 입자 수집 장치(100)에서 나온다. 도 8에 도시된 바와 같은 집진기 섹션이 병합된다면, 사이클론(118)에 의해 주요 유동 외부로 분리되지 않은 적게 챠징된 입자들은 주요 유동이 집진기 플레이트를 통해 출구 포트(144)로 가는 도중에 집진기 플레이트로 끌려가게 될 것이다. 에어로졸 및 주요 유동을 분리하기 위해 (예컨대 하나의 커다란 사이클론이 아닌) 소형의 사이클론(118)의 배열을 사용함으로써, 낮은 압력 강하로 향상된 분리 효율성을 제공하며, 이에 의해, 보다 낮은 전력을 소모하는 보다 조용하고 보다 소형화된 입자 수집 장치(100)의 구성을 가능하게 한다. 예컨대, 일 실시예에서, 입자 수집 장치(100)는 직경이 단지 6 인치이다.

조밀화된 에어로졸 유동은 접선 슬롯(136)을 통해 보텍스 브레이커 챔버(128)의 벽(138) 내로 인입된다. 보텍스 브레이커 챔버(128)로부터 외측으로 입자들이 유동할 때, 이 입자들은 메쉬인 소수성 박막(134)에 의해 형성되는 모세관의 배열 안으로 정전기적으로 포커싱된다. 이들 입자는 메쉬(134) 내의 모세관을 통해 입자 포획 섹션(108)의 액체 안으로 인입되며, 여기서 마이크로 유체성 채널(140)을 통한 연속적인 액체 유동이 액체 수집 챔버(142) 안으로 포획된 입자들을 운반한다. 대안으로, 입자 포획 섹션(108)은 입자 수집 장치(100)의 외부로, 그리고 예컨대 ㅂ누리 수집 용기 또는 분석 장치 안으로 액체들을 운반하도록 구성되는 포트 또는 라인(도시 안됨)에 연결된다.

입자들의 유동이 공기/액체 경계면(즉 소수성 박막(134))에 도착하면, 이들 입자는 액체 유동 속도가 영(zero)에 근접하는 경계층에 머문다. 수집 액체로부터 고립되기는 하지만 액체 수집 챔버(142)와 인접하게 코로나 전극(도 6에서 도면부호 604)을 위치시킴으로써, 액체 내에서의 입자 운반이 향상된다. 이러한 방법으로, 정전기장(608)은 입자 포획 섹션(108)의 마이크로 유체성 채널(140) 내에 수집 액체를 들여보낸 후에 입자들에 대해 계속해서 작용하며, 이것은 채널(140)의 중심 부분 내의 보다 높은 속도 유동 안으로 입자들을 재촉하여, 입자들이 보다 신속하게 멀리 운반될 수 있다. 접지 전극(604)의 이러한 위치선정은 또한 에어로졸 입자들을 끌어 들이기 위해 채널(140) 내의 액체에 높은 전압을 바이어스할 필요성을 경감시킨다. 액체 내의 입자 운반을 향상시키기 위한 다른 수단들은, 제한되는 것을 아니지만, 동전기적 펌핑(electro-kinetic pumping), 펄스식 펌핑, 초음아 기술 및 점증식 펌핑을 포함한다.

작동 과정에 걸쳐, 메쉬형 소수성 박막(134)은 커다란 입자, 먼지 또는 부스러기에 의해 막히게 될 수 있다. 이러한 순간에, 채널(140) 내의 물이 소수성 박막(134)의 유지 압력을 초과하는 정도로 가압될 수 있다. 결국, 소수성 박막(134)에 의해 성립된 경계면이 무너지고, 소수성 박막(134)을 통해 물이 외부로 유출되어 먼지 및 부스러기를 유동에 의해 멀리 운반한다. 이후, 물 압력이 감소되며, 소수성 박막(134)이 액체 밀봉을 재생성하게 한다. 따라서, 소수성 박막(134)은 입자 수집 장치(100)를 해체하지 않고 용이하게 세척될 수 있다.

본 발명에 따른 수집 장치는 지금까지 실질적으로 원통형 구성을 가지는 장치로서 설명하였지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다면 변경된 형상 및 구성으 로 구축될 수도 있음을 당업자라면 이해할 것이다. 예컨대, 도 10a 및 도 10b는 실질적으로 박스-형 하우징(102)을 갖는 수집 장치(1000)의 실시예를 도시한다.

이 수집 장치(1000)는 공기 표본의 흡입을 위한 공기 흡입측(104), 및 분리된 주요 유동 공기의 배출을 위한 입구측(1004)과 마주하는 공기 출구측(1006)을 갖는 박스로서 구성된다. 공기 입구측(1004) 및 공기 출구측(1006)은 공기의 흡입 또는 배출을 위한 복수의 개구(1010)를 구비한다. 또한, 하나 이상의 포획 액체 출구(1008)가 하우징(1002)에 연결되어, 액체 및 내부에 포획된 입자들을 수집 장치 또는 분석 장치(도시 안됨)로 운반한다.

도 10b에 도시된 바와 같이, 수집 장치(1000)는 공기 흡입 섹션(1008), 분리 섹션(1002), 보텍스 브레이커 섹션(1014), 및 포획 섹션(1016)을 포함한다. 공기 흡입 섹션(1008)은 하우징(1002)의 공기 입구측(1004) 내부에 형성된 개구(1010)에 연결된 복수의 채널(1020)을 포함한다. 각각의 채널(1020)은 분리 섹션(1012)에 공기 표본을 운반하기 위해 분리 섹션(1012)에 연결된 접선 입구(1022)를 구비한다.

이전의 실시예들과 마찬가지로, 분리 섹션(1012)은 공기 표본을 수용하며 주요 유동으로부터 표본들 내의 공기중 입자들을 분리하기 위해 입구(1022)에 연결되는 하나 이상의 사이클론(1024)을 포함한다. 이러한 하나 이상의 사이클론(1024)은 제 1 출구 포트(1040)를 통해 깨끗한 주요 유동을 방출시키며 제 2 출구 포트(1026)를 통해 분리된 입자들을 방출시킨다.

제 2 출구 포트(1026)는 분리된 입자들을 보텍스 브레이커 섹션(1014)의 챔 버(1028)로 운반하며, 여기서 입자 유동이 포획 섹션(1016)으로의 통과를 위해 집중된다.

포획 섹션(1016)은 보텍스 브레이커 섹션(1014)에 연결된다. 집중된 입자 유동은 보텍스 챔버(1028) 내의 출구 포트(1030)를 통해 포획 섹션 채널(1032)로 유동한다. 이 채널(1032)은 수집 또는 분석 장치(즉, 도 10a에 도시된 포획 액체 출구(1008)를 통해)로 입자들을 운반하기 위한 액체를 포함한다. 채널(1032) 내의 입자 조종성을 향상시키기 위해, 여기 개시된 소수성 메쉬 및/또는 코로나 바이어싱 조립체와 같은 정전 포커싱 메카니즘이 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 수집 장치의 제 4 실시예가 도 11에 도시된다. 이 수집 장치(1100)는 도 8에 도시된 수집 장치(800)와 실질적으로 유사하지만, 이 수집 장치(1100)는 정전 집진기 섹션 대신에 응축 섹션(condensation section; 1102)을 포함한다. 일 실시예에서, 응축 섹션(1102)은 유출되는 주요 유동과 함께 사이클론(1106)으로부터 탈출하는 작은 공기중 입자들을 냉각 및 응축시키도록 구성되는 소개식 부피체(evacuable volume; 104)를 포함한다. 이 응축 섹션(1102)은 예컨대 수집 장치(1100)의 외부로 응축된 입자들을 운반하는 포트 또는 연결부에 의해 분석 또는 적출 장치(도시 안됨)에 연결하도록 구성되다. 선택적으로, 수집 장치(110), 또는 여기에 개시된 임의의 변경예는 포획 섹션(1110) 내부에서 수집되고 응축된 입자들을 분석하기 위한 분석 장치(도시 안됨)를 유지하기 위해 포획 섹션(1110)과 인접하여 위치되는 검출기 섹션(1108)을 포함할 수 있다. 이러한 분석 장치는 수집 장치(1100)와 일체로 형성될 수 있고, 검출기 섹션(1108)은 다수의 분 리된 호환성 분석 장치와의 인터페이스를 위해 제조될 수 있다.

도 14는 본 발명에 따라 액체 안으로 에어로졸 입자들을 침전시키기 위한 입자 수집 시스템(1400)의 제 5 실시예를 도시하는 개략도이다. 이 입자 수집 시스템(1400)은 액체 매체 안에 공기중 입자를 수집하고 집중하기 위한, 예컨대 앞서 설명한 메카니즘(예컨대, 표본 분리 및 입자 포획 지대)의 위치에 구현될 수도 있다. 그러나, 입자 수집 시스템(1400)은 역시 다른 형태의 수집 장치(예컨대, 관성 분리기 전방 단부 없는 형태)로 구현될 수도 있다.

이 입자 수집 시스템(1400)은 공기 덕트(1404) 내부에 동축으로 배치되는 중공관(1402)을 포함하며, 이 중공관(1402)은 에어로졸 입자들의 유동을 포함한다. 중공관(1402)은 제 1 단부(1406), 및 이에 대향하는 제 2 단부(1408) 모두에서 개방되어 있다. 일 실시예에서, 중공관(1402)은 소결 금속, 소결 유리 및 소결 폴리머 중 하나 이상으로 이루어진다.

작동의 일 실시예에 있어서, (예컨대, 도시되지 않은 저장기 또는 다른 액체 공급원에 연결되는 하나 이상의 출구(1412)를 통해) 중공관(1402)의 제 1 단부(1406) 부근에 액체가 수용되며, 이 액체는 중공관(1402)의 내부 부피체를 통해 중공관(1402)의 개방된 제 2 단부(1408)를 향해 펌핑된다. 액체가 중공관(1402)의 개방된 제 2 단부(1408)에 근접하면, 액체나 중공관(1402)에서 나오며, 중공관(1402)의 제 2 단부(1408) 위로 그리고 중공관(1402)의 외부면을 따라 유출된다. 따라서, 중공관(1402)의 외부면에 증발이 발생되면, 보다 많은 액체가 자동으로 중공관(1402)의 표면에 전달된다. 공기 덕트(1402) 내부의 유입하는 공기 표본으로 부터의 공기중 입자들은 중공관(1402)의 외부면 상의 액체 내에 침전된다. 침정된 입자들을 포함하는 액체는 중공관(1402)의 외부면을 따라 수집 또는 분석 장치로 (중공관(1402)의 외부면 가까이 위치한 출구(1414)를 통해) 유동한다.

작동의 다른 실시예에 있어서, 공기 덕트(1404) 내부의 유입하는 공기 표본으로부터의 공기중 입자들은 중공관(1402)의 건조한 외부면 상에 적층된다. 이후, 적층된 입자들은 상술한 바와 같이 중공관(1402)을 통해 액체를 펌핑함으로써 중공관(1402)의 외부면으로부터 "린싱(rinsing)"된다.

입자 수집 시스템(1400)의 다른 실시예들은 입자 유동을 포함하는 유입하는 공기 표본이 수용되는 영역에 인접하는 하나 이상의 제 2 전극의 배열체(1420)(즉, 코로나 팁) 및 중공관의 표면의 제 1 전극(1418)을 포함하는 챠징 섹션을 제공함으로써 향상될 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 전극(1418)은 (예컨대, 중공관(1402)의 외부면이 접지 전극으로서 기능하도록) 중공관(1402)의 외부면 상에 배치된 얇은 층(예컨대, 대략 0.0005 내지 0.002 인치 두께)의 도전성 물질(예컨대 주석, 티타늄 등과 같은 스퍼터링된 금속을 위해 증착된 증기)을 포함한다. 다른 실시예에서, 중공관(1402)을 포함하는 물질은 소결 금속(예컨대, 스테인리스 강, 티타늄 등), 또는 소결된 폴리머 및 소결된 금속(예컨대, 도전성 플라스틱)의 혼합물과 같은 도전성 또는 반도체성 물질일 수 있어서, 중공관(1402) 그 자체가 제 1 전극(1418)(즉, 코팅 없이)으로서 기능한다. 일 실시예에서, 코로나 팁의 배열체(1420)는 예컨대 공기 덕트(1404)의 내주 둘레에 반경방향으로 배치된다.

코로나 팁의 배열체(1420)는 제 1 전극(1418)과 협력하여 이들 사이에 정전 기장을 생성시킨다. 코로나 팁의 배열체(1420)는 코로나 방전을 생성시키기에 충분한 전압으로 바이어스되며, 정전기장을 통과하는 입자들은 필드 챠징(즉, 파우테니어 방정식(Pauthenier equation)에 따라)으로 인한 전하를 얻는다. 이때, 챠징된 입자들의 궤적은 각각의 입자가 높은 중공관(1402)의 외부면 상의 액체 내부에 침전될 높은 확률을 가지도록 영향을 받는다(예컨대, 입자들이 제 1 전극(1418)을 향해 편향된다). 일 실시예에서, 챠징된 유입하는 입자들은 대략 2㎛ 크기의 입자에 대해 대략 99% 이상의 수집 효율성을 달성하며, 여기서 수집 효율성은 제 1 전극(1418) 상에 수집된 입자들의 개수를 (예컨대, 공기 덕트(1404)의 입구에서 측정된 바와 같은) 유입하는 입자의 총 개수로 나눈 것으로 정의된다. 다른 실시예에서, 추가의 코로나 팁의 배열체가 (예컨대, 중공관(1402)의 제 1 단부(1406)에 보다 근접한) 중공관(1402)의 길이를 따라 있는 지점들 부근에 공기 덕트(1404)의 길이를 따라 구현될 수 있어서, 중공관(1402)의 실질적으로 전체 길이를 따라 입자들의 편향을 향상시킨다.

따라서, 입자 수집 시스템(1400)은 공기중 입자의 보다 효율적인 수집을 달성하기 위해 챠징 메카니즘(예컨대, 제 1 전극(1418)과 연관되어 작동하는 코로나 팁의 배열체(1420))을 수집 메카니즘(예컨대, 중공관(1402))와 결합시킨다. 이로써, 입자들은 단일 스테이지 프로세스(예컨대, 제 1 스테이지에서 입자들을 챠징시키고 제 2 스테이지에서 수집면 상에 입자들을 침적시키는 표준형 방법과 상반됨)에서 챠징 및 수집된다. 단일 스테이지 챠징 및 수집 메카니즘의 구현은 중공관(1402)의 외부면 상에 포획되는 공기중 입자의 양을 실질적으로 증가시켜서, 현 존하는 수집 장치에 의해 현재 달성되는 것 보다 우수한 분석을 위한 표본 집중을 제공한다.

도 12는 본 발명에 따라 액체 안으로 에어로졸 입자들을 침전시키기 위한 입자 수집 시스템(1200)의 제 6 실시예를 도시하는 개략도이다. 입자 수집 시스템(1400)과 마찬가지로, 입자 수집 시스템(1200)은 액체 매체 안으로 공기중 입자들을 수집 및 집중시키기 위해 예컨대, 앞서 개시된 메카니즘(예컨대, 표본 분리 및 입자 포획 지대) 대신에 구현될 수 있다.

입자 수집 시스템(1200)은 입자 수집 시스템(1400)과 실질적으로 유사하며, 입자 수집 장치의 공기 덕트(1204) 내부에 동축으로 배치되는 종공관(1202)을 포함한다. 이 중공관(1202)은 제 1 단부(1206)에서 개방되어 있고 제 2 단부(1208)에서 폐쇄되어 있다. 중공관(1202)은 그 표면 상에 액체를 위크(wick) 형상으로 형성시킬 수 있는 다공성 물질로 이루어진다. 이를 위해, 중공관(1202)은 복수의 통공(pore; 1210)을 포함한다. 예컨대, 일 실시예에서, 중공관(1202)은 소결된 유리 및 소결된 폴리머 중 하나 이상으로 이루어진다.

작동의 일 실시예에 있어서, 액체는 중공관(1202)의 개방된 제 1 단부(1206) 부근에서 (예컨대, 도시되지 않은 저장기 또는 다른 액체 공급원에 연결되는 하나 이상의 입구(1212)를 통해) 수용되며, 중공관(1202)의 내부 부피쳬를 통해 중공관(1202)의 폐쇄된 제 2 단부(1208)를 향해 펌핑된다. 이 액체가 중공관(1202)을 통해 펌핑될 때, 액체는 중공관(1202)의 통공(1210)을 통해 모세관 작용에 의해 중공관(1202)의 외부면 상에 인입된다. 따라서, 중공관(1202)의 외부면에 증발이 발 생되면, 추가의 액체가 중공관(1202)의 표면에 자동으로 전달된다. 공기 덕트(1204) 내부에 유입된 공기 표본으로부터의 공기중 입자들이 중공관(1202)의 외부면 상의 액체 내에 침적된다. 침적된 입자들을 포함하는 액체는 (예컨대, 중공관(1202)의 외부면 부근에 위치한 출구(1214)를 통해) 중공관(1202)의 외부면을 따라 입자 수집 또는 분석 장치로 유동한다.

작동의 다른 실시예에 있어서, 공기 덕트(1204) 내부의 유입된 공기 표본으로부터의 공기중 입자들은 중공관(1202)의 건조한 외부면 상에 침적된다. 이때, 침적된 입자들은 상술한 바와 같이 중공관(1202)을 통해 그리고 통공(1210)을 통해 출구(1214)로 외부로 펌핑됨으로써 중공관(1202)의 외부면으로부터 "린싱"된다.

입자 수집 시스템(1400)과 유사하게, 입자 수집 시스템(1200)의 다른 실시예들은 중공관(1202)의 외부면 상의 액체 안으로 유입된 입자들을 편향시키는 정전기장을 발생시킴으로써 향상될 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 정전기장은 입자 유동을 포함하는 유입된 공기 표본이 수용되는 영역과 인접한 하나 이상의 코로나 팁의 배열체(1220)를 제공함으로써 발생된다. 도 14를 참조하여 상술한 바와 같이, 이 코로나 팁의 배열체(1220)는 중공관(1202)의 외부면 상의 액체 안으로 유입된 입자들을 편향시키기 위해 중공관(1202)의 외부면 상에 적층된 제 1 전극(1218)과 연관되어 작동한다. 일 실시예에서, 코로나 팁의 배열체(1220)는 예컨대 공기 덕트(1204)의 내주 둘레에 반경방향으로 배치된다. 다른 실시예들에서, 중공관(1202)의 실질적으로 전체 길이를 따라 입자의 편향을 향상시키기 위해, (예컨대, 중공관(1202)의 제 1 단부(1206)에 보다 근접해서) 중공관(1202)의 길이를 따 라 추가의 지점들 부근에 추가의 코로나 팁의 배열체가 구현될 수도 있다. 다른 실시예에서, 중공관(1202)을 포함하는 다공성 물질은 소결된 금속(예컨대, 스테인레스 강, 티타늄 등) 또는 소결된 폴리머와 소결된 금속의 혼합물(예컨대, 도전성 플라스틱)과 같은 도전성 또는 반도체성 물질일 수 있어서, 중공관(1202) 그 자체가 제 1 전극(1218)으로서 기능한다(즉, 코팅없이 기능한다).

다른 실시예들에서, 중공관(1202)은 중공관(1202)의 통공(1210)을 통해 액체의 유동을 향상시키기 위한 동전기적 펌프를 더 포함한다. 이러한 동전기적 펌프는 중공관(1202) 내부에 동축으로 배치되는 제 3 전극(1216)을 포함하며, 이 제 3 전극은 유전체(예컨대, 본 실시예에서 코팅으로서 제 1 전극(1218)이 위에 적층되는 소결된 유리 또는 소결된 폴리머로 형성될 수 있는 중공관(1202) 그 자체)에 의해 제 1 전극으로부터 이격되어 있다. 제 3 전극(1216) 및 제 1 전극(1218)은 상이한 전위를 가져서, 제 3 전극(1216)과 제 1 전극(1218) 사이의 전기장이 바이어스될 때, 동전기적으로 유도되는 압력이 액체 메니커스(meniscus)를 중공관(1202)의 통공(1210)에서 외측으로 편향시킨다.

도 13a 및 도 13b는 중공관(1202)의 전형적인 통공(1210)을 나타내는 개략도이다. 구체적으로, 도 13a는 동전기적 펌핑의 효과가 없는 통공(1210)을 도시하는 한편, 도 13b는 상술한 바와 같이 동전기적 펌핑의 효과가 동일한 통공(1210)에 인가된 것을 도시한다. 도해한 바와 같이, 동전기적 펌핑의 효과는 액체의 메니커스(1300B)를 통공(1210)을 통해 외측으로 재촉하여, 중공관(1202)의 외부면이 하나 이상의 얇은 층의 액체로 실질적으로 코팅된다. 일부의 실시예들에서, 이것은 동 전기적 펌핑이 적용되지 않은 실시예(예컨대, 메니스커스(1300A) 참조)와 비교할 때 유입되는 공기 표본으로부터 입자들을 수집하기 위한 입자 수집 시스템(1200)의 성능을 향상시킬 수 있다.

입자 수집면(예컨대, 중공관(1202)의 외부면) 부근의 동전기적 펌프의 위치는 여러 장점을 제공한다. 예컨대, 이러한 배열은 복수-유닛 구성에서의 액체 분포를 용이하게 한다. 추가로, 동전기적 펌프는 정상적으로 점유되지 않은 채 유지되는 공간을 활용하여, 향상된 입자 수집 성능을 달성하기 위한 추가의 부피를 필요로 하지 않는다. 또한, 동전기적 펌프를 포함하는 입자 수집 시스템(1200)의 구성은 실질적으로 배향-의존적이며, 입자들을 수집하기 위한 액체의 최소 부피를 필요로 한다.

도 15는 본 발명에 따라 액체 안으로 에어로졸 입자들을 침적시키기 위한 입자 수집 시스템(1500)의 제 7 실시예를 나타내는 등각도이다. 입자 수집 시스템(1200 및 1400)과 마찬가지로, 입자 수집 시스템(1500)은, 액체 매체 안으로 공기중 입자들을 수집 및 집중하기 위해, 예컨대 이전에 개시된 메카니즘(예컨대 표본 분리 및 입자 포획 지대)을 대신해서 구현될 수 있다.

이 입자 수집 시스템(1500)은 일부의 방법에 있어서 입자 수집 시스템(1200 및 1400)과 유사하며, 입자 수집 장치의 공기 덕트 내부에 동축으로 배치되도록 구성되는 중공관(1502)을 포함한다. 이 중공관(1502)은 제 1 단부(1506) 및 제 2 단부(1508) 모두에서 개방되어 있다.

또한, 입자 수집 시스템(1500)은 중공관(1502)의 제 2 단부(1508)에 위치한 회전 디스크(1504)를 포함한다. 이 회전 디스크(1504)는 회전 디스크(1504)의 회전 축선이 중공관(1502)의 종축선과 실질적으로 동축으로 배향되도록 위치되며, 따라서, 회전 디스크(1504)는 중공관(1502)의 종축선을 중심으로 회전가능하다.

이 회전 디스크(1504)는 실질적으로 그 중심에 배치되는 포트(1514) 및 제 1 반경(r₁)을 갖는 평면(1510)을 포함한다. 이 제 1 반경(r₁)은 전체 회전 디스크(1504)의 반경(r₂) 보다 작아서, 회전 디스크(1504)의 평면(1510)과 회전 디스크(1504)의 외주 사이에 트랜치(trench; 1512)가 형성된다.

작동의 일 실시예에서, 액체는 (예컨대, 도시되지 않은 저장기 또는 다른 액체 공급원에 연결되는 하나 이상의 입구에 의해) 중공관(1502)의 제 1 단부(1506) 부근에서 수용되며, 중공관(1502)의 내부를 통해 중공관(1502)의 제 2 단부(1508)를 향해 펌핑된다. 이 액체가 중공관(1502)의 제 2 단부(1508)에 근접하면, 이 액체는 회전 디스크의 포트(1514)를 통해 중공관(1502)에서 배출되며 회전 디스크(1504)의 평면(1510) 상에 흘러 넘친다. 따라서, 회전 디스크(1504)의 평면(1510)에 증발이 발생되면, 회전 디스크(1504)의 평면(1510)으로 추가의 액체가 자동으로 전달된다. 공기 덕트 내부의 유입된 공기 표본으로부터의 공기중 입자들은 회전 디스크(1504)의 평면(1510) 상에 액체 내에 침적된다. 회전 디스크(1504)가 회전하면, 회전 운동에 의해 침적된 입자들을 포함하는 액체가 포트(1514)로부터 멀어져서 끌려가고, 액체가 수집되는 트랜치(1512)를 향해 원심력으로 펌핑된다. 이후, 침적된 입자들을 포함하는 수집된 액체는 (예컨대, 중공관(1502)의 외 부면 또는 트랜치(1512) 부근에 위치한 도시되지 않은 출구를 통해) 입자 수집 또는 분석 장치로 빨아 올려지거나, 펌핑되거나 또는 그렇지 않으면 운반된다.

회전 디스크(1504)의 건조한 평면(1510) 상에는 공기 덕트 내부의 유입되는 공기 표본으로부터의 공기중 입자들이 침적된다. 이때, 이러한 침적된 입자들은 상술한 바와 같이 중공관(1502)을 통해 액체를 펌핑하고 회전 디스크(1504)를 회전시킴으로써 회전 디스크(1504)의 평면(1510)으로부터 "린싱"된다.

입자 수집 시스템(1200 및 1400)과 유사하게, 입자 수집 시스템(1500)의 다른 실시예들은 입자 유동을 포함하는 유입된 공기 표본이 수용되는 영역과 인접한 하나 이상의 코로나 팁의 배열체를 제공함으로써 향상될 수 있다. 이 코로나 팁의 배열체는 도 14를 참조하여 상술한 바와 같이, 회전 디스크(1504)의 평면(1510) 상의 액체 안으로 유입된 입자들을 편향시키기 위해 중공관(1502)의 외부면 상에 적층된 제 1 전극과 연관되어 작동한다. 일 실시예에서, 코로나 팁의 배열체는 예컨대 공기 덕트의 내주 둘레로 반경방향으로 배치된다.

일 실시예에서, 회전 디스크(1504)는 중력이 실질적으로 무시되게 하도록 충분히 높은 속도로 회전된다. 이러한 실시예에서, 입자 수집 시스템(1500)은 입자가 침적되는 액체를 운반하는 데에 중력에 의존하지 않기 때문에 입자 수집 시스템(1500)을 병합한 입자 수집 장치에 대해 보다 높은 정도의 배향 성능을 제공한다.

다른 실시예들에서, 회전 디스크(1504)는 공기 덕트를 통과하는 공기유동에 실질적으로 수직인 운동 방향으로 공기 덕트의 내외로 이동하는 와이어 수집 수단 또는 이동 테이프와 같은 상이한 메카니즘과 대체될 수도 있다.

따라서, 본 발명은 바이오-에어로졸 수집의 분야에서 상당한 진보를 가져온다. 병균, 에어로졸 또는 다른 바람직하지 않은 입자들의 검출을 위해 용이하게 분석될 수 있는 작은 부피의 액체 안으로 공기 중 입자들의 상당히 효율적인 수집을 달성하는 장치를 제공한다. 이러한 장치의 효율성은 휴대용 입자 수집 장치에 이 장치를 용이하게 병합시킬 수 있는 소형화된 크기의 장치와 상반된다. 또한, 이 장치의 배향-의존적인 구성은 이러한 장치를 여러 환경 및 장치에서의 사용을 적합하게 한다.

본 발명의 실시예를 상술하였지만, 본 발명의 다른 실시예 및 추가의 실시예가 본 발명의 기본 범위를 벗어나지 않는 한에서 고안될 수 있으며, 이러한 본 발명의 범위는 다음의 청구의 범위에 의해 결정된다.

Claims

공기 표본으로부터 공기중 입자를 수집하기 위한 장치로서,

중공관으로서, 상기 중공관의 내부 부피체를 통해 상기 중공관의 외부면으로 액체를 펌핑하기 위한 중공관과,

상기 외부면 상에 배치되며 상기 공기 표본으로부터 상기 공기중 입자를 수집하기 위한 수집면과, 그리고

상기 공기중 입자가 상기 수집면을 향해 편향되도록 상기 공기중 입자를 챠징하는 챠징 메카니즘을 포함하는,

공기 표본으로부터의 공기중 입자 수집 장치.
제1항에 있어서,

상기 중공관은 모세관 작용에 의해 상기 내부 부피체로부터 이를 통과하여 상기 수집면 상에 상기 액체를 인입시키기 위한 복수의 통공을 포함하는 다공성 물질로 형성되는,

공기 표본으로부터의 공기중 입자 수집 장치.
제1항에 있어서,

상기 중공관은 도전성 또는 반도체성 물질로 형성되는,

공기 표본으로부터의 공기중 입자 수집 장치.
제1항에 있어서,

상기 중공관은 상기 내부 부피체로부터 이를 통과하여 상기 수집면 상에 상기 액체를 인입시키기 위한 개방 단부를 포함하는,

공기 표본으로부터의 공기중 입자 수집 장치.
제1항에 있어서,

상기 수집면은 도전성 물질의 층을 포함하는,

공기 표본으로부터의 공기중 입자 수집 장치..
제5항에 있어서,

상기 챠징 메카니즘은,

상기 도전성 물질의 층에 의해 형성되는 제1전극, 및

그 사이에 정전기장을 생성시키도록 상기 제1 전극과 협력하기 위한 제2 전극을 포함하는,

공기 표본으로부터의 공기중 입자 수집 장치.
제5항에 있어서,

상기 도전성 물질의 층은 제2 전극과 협력하기 위한 제1 전극을 형성하여, 상기 제1 전극 및 제2 전극이 유전 물질에 의해 분리될 때 동전기적 펌프를 생성하 는,

공기 표본으로부터의 공기중 입자 수집 장치.
제1항에 있어서,

상기 수집면은 상기 중공관의 일단부에 위치한 회전 디스크인,

공기 표본으로부터의 공기중 입자 수집 장치.
공기 표본 내의 공기중 입자를 분석하기 위한 입자 분석 시스템으로서,

상기 입자 분석 시스템 안으로 상기 공기 표본을 인입시키기 위한 공기 흡입 조립체와,

내부 부피체를 통해 외부면으로 액체를 펌핑하기 위한 중공관으로서, 상기 외부면 상에 배치되며 상기 공기 표본으로부터 상기 공기중 입자를 수집하기 위한 수집면을 더 포함하는 중공관과,

상기 공기중 입자가 상기 수집면을 향해 편향되도록 상기 공기중 입자를 챠징하기 위한 챠징 메카니즘과, 그리고

상기 수집면으로부터 상기 액체를 운반하기 위한 출구를 포함하는,

공기 표본 내의 공기중 입자 분석 시스템.
공기 표본으로부터 공기중 입자를 수집하는 방법으로서,

상기 공기 표본을 제공하는 단계와,

제1 단부 및 제2 단부를 갖는 중공관을 향해 상기 공기 표본을 인도하는 단계와, 그리고

상기 공기중 입자를 단일 스테이지에서 챠징 및 수집하기 위해 상기 공기중 입자를 상기 중공관의 외부면을 향해 편향시키도록 상기 공기중 입자에 전하를 인가하는 단계를 포함하는,

공기 표본으로부터의 공기중 입자 수집 방법.