KR20090017012A - 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치 및방법 - Google Patents
전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치 및방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20090017012A KR20090017012A KR1020070081409A KR20070081409A KR20090017012A KR 20090017012 A KR20090017012 A KR 20090017012A KR 1020070081409 A KR1020070081409 A KR 1020070081409A KR 20070081409 A KR20070081409 A KR 20070081409A KR 20090017012 A KR20090017012 A KR 20090017012A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electromotive force
- electrode
- microorganisms
- induced electromotive
- flow path
- Prior art date
Links
- 244000005700 microbiome Species 0.000 title claims abstract description 88
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 title claims abstract description 24
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 57
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims description 36
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 9
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 238000012473 microbial detection method Methods 0.000 claims 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000002965 ELISA Methods 0.000 description 1
- ACFIXJIJDZMPPO-NNYOXOHSSA-N NADPH Chemical compound C1=CCC(C(=O)N)=CN1[C@H]1[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OC[C@@H]2[C@H]([C@@H](OP(O)(O)=O)[C@@H](O2)N2C3=NC=NC(N)=C3N=C2)O)O1 ACFIXJIJDZMPPO-NNYOXOHSSA-N 0.000 description 1
- 235000013361 beverage Nutrition 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000007479 molecular analysis Methods 0.000 description 1
- 229930027945 nicotinamide-adenine dinucleotide Natural products 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
- G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
- G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
- G01N33/48707—Physical analysis of biological material of liquid biological material by electrical means
- G01N33/48735—Investigating suspensions of cells, e.g. measuring microbe concentration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/569—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for microorganisms, e.g. protozoa, bacteria, viruses
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
- G01R27/2611—Measuring inductance
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Hematology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Virology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명은 유로관 내를 이동하는 유체에 의해 유도되는 유도 기전력을 검출하기 위해 상기 유로관 내에 설치되는 제1전극; 상기 유로관 내를 이동하는 유체에 소정 주파수의 전류를 인가하여 임피던스를 측정하기 위해 상기 유로관 내에 설치되는 제2전극; 상기 유로관의 방향과 수직인 방향으로 자계를 형성하는 자계 생성부; 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 연결되고, 상기 제1전극에 유도되는 유도 기전력 및 상기 제2전극으로 측정되는 임피던스를 이용하여 상기 유체에 포함된 미세 입자 및 미생물의 농도를 결정하는 신호처리부를 포함한다. 본 발명에 의하면, 미세입자나 미생물들의 전기적 특성을 이용하여 각 미세입자나 미생물들을 실시간(Real-time)으로 정량 및 동정(identification)을 할 수 있고, 간단한 구조의 초소형 미세 입자 및 미생물 검출 장치를 제작할 수 있다,
Description
본 발명은 패러데이의 법칙(Faraday's Law)으로 검증된 전자기 유도를 이용하여 기체화나 액상화 된 공기 중 미세입자(Particle)나 미생물이 물과 같이 이미 액상화된 용액 내에 포함된 미세입자나 미생물을 센싱하기 위한 장치에 관한 것이다.
최근의 전기화학적인 또는 광학적 검출법이라는 빠르고 정확한 디지털 정보를 바이오물질의 존재 유무와 반응성 등과 같은 아날로그 데이터 측정에 이용할 수 있게 되었다. 최근에는 급속한 산업발달로 인하여 오염정도가 날로 심각해지고 있고 특히 생활 환경에서의 질병 유해 미생물에 의한 오염정도의 진단 분야인 바이오 환경 산업의 비중이 커질 것이다.
미생물의 농도를 측정하기 위한 종래의 광학식 측정 방법은 미생물을 구성하는 분자(ATP, NADPH, FAD 등)가 특정 파장의 빛에 조사되었을 시 방출하는 특정 파장의 형광을 검출하는 것으로, 관련 장비가 고가이고, 구조가 복잡하며, 미생물 특 이 반응물질 도움 없이는 정성 분석이 불가능하다.
한편, 분자분석식 측정 방법은 DNA/RNA 또는 단백질 존재나 특성 변화를 측정하는 PCR이나 ELISA 등과 같은 전통 방식으로, 전문가의 해석이 필요하고, 장시간 소요되며, 관련 장치의 구조가 복잡하다.
마지막으로, 도 1과 같은 전기식 측정 방법은 미생물 부착에 의한 공진 주파수 변화를 측정하는 것으로, 마이크로 채널(micro channel)(130)과 전극(electrode)(110, 120)을 이용하여 용액 속 미생물(100)이 전극 사이를 지날 때 미생물에 의한 임피던스 변화를 측정하는 것이다.
종래의 전기식 측정 방법은 용액 속 미생물의 음전하(negative charge)에 의한 전위차를 전극을 이용해 측정하는 것으로, 측정에 긴 시간이 소요되고, 마이크로 채널 클로깅(micro channel clogging)이 발생할 수 있으며, 기준 전극(reference electrode)의 차폐(shielding) 수단이 필요하다.
따라서, 종래의 미생물 농도 측정 방법은 측정 장치의 구조가 복잡하고, 측정 장치의 제작이 용이하지 않으며, 측정에 오랜 시간이 소요되며, 측정되는 미생물의 종류를 알 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 첫번째 기술적 과제는 구조가 간단하고, 제작이 용이하며, 실시간 측정이 가능하고, 측정되는 미생물의 종류를 알 수 있는 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 두번째 기술적 과제는 미세입자 및 미생물의 실시간 측정이 가능하고, 측정되는 미생물의 종류를 알 수 있는 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 첫번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 미세 입자 및 미생물의 정량을 위한 본 발명은 유로관 내를 이동하는 유체에 의해 유도되는 유도 기전력을 검출하기 위해 상기 유로관 내에 설치되는 제1전극; 상기 유로관 내를 이동하는 유체에 소정 주파수의 전류를 인가하여 임피던스를 측정하기 위해 상기 유로관 내에 설치되는 제2전극; 상기 유로관의 방향과 수직인 방향으로 자계를 형성하는 자계 생성부; 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 연결되고, 상기 제1전극에 유도되는 유도 기전력 및 상기 제2전극으로 측정되는 임피던스를 이용하여 상기 유체에 포함된 미세 입자 및 미생물의 농도를 결정하는 신호처리부를 포함하는 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치를 제공한다.
또한, 상기의 첫번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 미세 입자 및 미생물의 동정을 위한 본 발명은 임의의 미세 입자 또는 미생물을 소정의 농도로 포함하는 유체가 유로관 내를 이동함에 따라 유도되는 유도 기전력을 검출하기 위해 상기 유로관 내에 설치되는 제1전극; 상기 유로관 내를 이동하는 유체에 소정 주파수의 전류를 인가하여 임피던스를 측정하기 위해 상기 유로관 내에 설치되는 제2전극; 상기 유로관의 방향과 수직인 방향으로 자계를 형성하는 자계 생성부; 상기 유체에 포함될 수 있는 미세 입자 및 미생물의 종류별 유도 기전력 값을 저장하는 레퍼런스 저장부; 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 연결되고, 상기 제1전극에 유도되는 유도 기전력 및 상기 제2전극으로 측정되는 임피던스를 이용하여 보정된 유도 기전력을 연산하고, 보정된 유도 기전력을 상기 레퍼런스 저장부에서 검색하여 상기 유체에 포함된 미세 입자 또는 미생물의 종류를 결정하는 신호처리부를 포함하는 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치를 제공한다.
상기의 두번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은 자계 생성부를 이용하여 유로관의 방향과 수직인 방향으로 자계를 형성하는 단계; 펌프를 이용하여 유체를 상기 유로관 내로 공급하는 단계; 상기 유로관 내에 설치되는 제1전극을 이용하여 유로관 내를 이동하는 유체에 의해 유도되는 유도 기전력을 검출하고, 상기 유로관 내에 설치되는 제2전극을 이용하여 상기 유로관 내를 이동하는 임피던스를 측정하는 단계; 및 상기 제1전극에 유도되는 유도 기전력 및 상기 제2전극으로 측정되는 임피던스를 이용하여 상기 유체에 포함된 미세 입자 및 미생물의 농도를 결정하는 단계를 포함하는 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 미세입자나 미생물들의 전기적 특성을 이용하여 각 미세입자나 미생물들을 실시간(Real-time)으로 정량 및 동정(identification)을 할 수 있고, 간단한 구조의 초소형 미세 입자 및 미생물 검출 장치를 제작할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 패러데이의 법칙에 의하여 유도된 기전력(Induced Voltage)을 측정하여 각 미세입자와 미생물의 정량 및 동정을 하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
전기가 흐를 수 있는 도선으로 연결된 폐회로가 자기장 속에 놓여 있을 때 이 폐회로로 둘러싸인 면을 지나가는 자기장의 선속(ΦB)을 구할 수 있다. 이 자기장의 선속이 시간에 따라 변하는 변화율이 이 회로에 유도되는 유도기전력과 같다. 이 유도기전력으로 회로에는 전류가 흐르게 된다.
즉 폐회로가 놓인 자기장의 변화가 전압을 유도하여 전류를 흐르게 한다. 이를 그림과 수식으로 나타내면 다음과 같다.
여기서, Φ는 자기 선속(Weber, 웨버), B는 자기장(T, 테슬라)으로 1T는 1N/Aㆍm를 나타내고, A는 자기장이 지나는 면적(㎡)을 나타낸다.
ε은 유도된 기전력(V, 볼트), dΦ는 Φ의 변화량, dt는 시간(s)을 나타낸다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치의 구조도이다.
도 2에서 패러데이의 법칙에 의해 전도성을 가진 유체가 v의 방향과 속도로 일정한 B(자속밀도)와 수직을 이루며 관통하여 흐르면 유체의 속도(v)에 비례하여 유로관 내에 설치된 전극(211-215, 221-224)의 양단에 전압이 유도가 된다. 이때 유도되는 전압을 측정하여 유체의 속도를 알 수가 있다. 유도 기전력의 수식은 다음의 수학식 3 및 4와 같다.
여기서, e는 유도 기전력(Electromotive force), k는 비례상수, B는 자속밀도(Flux density), D는 관의 지름(전극 사이의 거리), A는 플루우 채널의 단면적(Cross-sectional area of flow channel)을 나타낸다.
본 발명에서 측정하고자 하는 것은 어떤 용액 내에 포함되어 있는 미세입자들이나 미생물들의 정량/동정이다. 용액 내에 포함되어 있는 미세입자들이나 미생물들은 각각 표면 전하를 띄고 있고 이러한 미세입자들이나 미생물들이 용액 내에 포함되어 있으면 그 용액의 전기전도도 등 전기적인 특성이 변한다. 이를 수식으로 나타내면 다음의 수학식 5와 같다.
여기서, 
는 실제로 전극을 통해 출력된 기전력, e는 유속에 의해 생성된 기전력, Rs는 전극을 통해 측정된 임피던스, de는 전극 사이의 지름, ζ는 유체 전도도를 나타낸다.
그러므로 유체의 전도도에 의해 기전력의 변화가 생긴다. 즉, 유체 내에 포함된 미세입자들이나 미생물들에 의해 유체의 전도도가 변하면 측정되는 기전력의 변화가 생긴다. 이 변화를 측정함으로써 유체 내에 포함된 미세입자들이나 미생물들의 정량 및 동정을 할 수 있다.
도 2에서 제1전극(211-215)은 유로관(203) 내를 이동하는 유체에 의해 유도 되는 유도 기전력을 검출하기 위해 유로관(203) 내에 설치된다. 제1전극(211-215)은 한쌍의 전극으로 구성될 수 있지만, 도 2와 같이 측정시의 에러를 보정하기 위해 유로관(203) 내에 일정한 간격으로 복수의 전극이 설치되는 형태일 수도 있다. 이 경우, 신호처리부(250)는 복수의 전극으로부터 수신되는 전압의 평균을 제1전극(211-215)에 유도되는 유도 기전력으로 이용한다.
제2전극(221-224)은 유로관(203) 내를 이동하는 유체에 소정 주파수의 전류를 인가하여 임피던스를 측정하기 위해 유로관(203) 내에 설치된다. 여기서, 소정 주파수는 임의로 정해질 수 있다. 제2전극(221-224)은 한쌍의 전극으로 구성될 수 있지만, 도 2와 같이 측정시의 에러를 보정하기 위해 유로관(203) 내에 일정한 간격으로 복수의 전극이 설치되는 형태일 수도 있다. 이 경우, 신호처리부(250)는 복수의 전극에 의해 측정되는 임피던스의 평균을 제2전극(221-224)으로 측정되는 임피던스로 이용한다.
자계 생성부(230)는 유로관(203)의 방향과 수직인 방향으로 자계를 형성한다. 바람직하게는, 자계 생성부(230)는 솔레노이드를 이용한 전자석 또는 영구자석 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 자속 제어부(231)는 자계 생성부(230)가 전자석인 경우에, 자계 생성부(230)에 포함된 코일에 공급되는 전류의 세기, 주파수 등을 제어한다.
펌프(240)는 유로관(203)의 통로 중 어느 한쪽 입구에 연결되어, 유로관(203) 내로 유체를 미리 설정된 속도로 공급한다. 여기서, 미리 설정된 속도란, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식의 가진 자(이하 '당업자')가 반복 실 험에 의하여 용이하게 결정할 수 있는 유체의 속도를 의미한다. 펌프(240)에 의해 공급되는 유체의 속도는 제1전극(211-215)에 충분한 유도 기전력이 발생시키면서 미세 입자 및 미생물의 센싱 시간을 최소화할 수 있는 범위에서 결정된다.
신호처리부(250)는 제1전극(211-215) 및 제2전극(221-224)에 연결되고, 제1전극(211-215)에 유도되는 유도 기전력 및 제2전극(221-224)으로 측정되는 임피던스를 이용하여 유체에 포함된 미세 입자 및 미생물의 농도를 결정한다. 신호처리부(250)는 예를 들어, 임피던스를 이용하여 연산되는 기전력 값으로 유도 기전력을 보정하도록 구성될 수 있다. 이때, 신호처리부(250)에서 유도 기전력을 보정하는 방법은 임피던스를 이용하여 연산되는 기전력 값과 유도 기전력의 평균 전압을 연산하고, 평균 전압을 보정된 유도 기전력 값으로 저장하는 방식을 이용할 수 있다. 신호처리부(250)는 유도 기전력과 미세 입자 및 미생물의 농도와의 비례 관계를 이용하여 유체에 포함된 미세 입자 및 미생물의 농도를 결정한다. 이때, 신호처리부(250)는 임피던스에 의해 보정된 유도 기전력 값을 이용할 수 있다. 신호처리부(250)는 결정된 미세 입자 및 미생물의 농도에 대한 정보인 정량 정보를 출력한다.
필터(252)는 제1전극(211-215)에 연결되어, 제1전극(211-215)에 유도되는 유도 기전력으로부터 노이즈를 제거한다. 마찬가지로, 제2전극(221-224)에 연결된 필터(251)는 제2전극(221-224)에서 검출되는 임피던스에 대응하는 전압으로부터 노이즈를 제거한다. 필터(251, 252)는 예를 들어, 노이즈 제거를 위해 저역 통과 필터(Low Pass Filter)나 고역 통과 필터(High Pass Filter)를 포함할 수 있다.
증폭기(253, 254)는 필터(251, 252)로부터 출력되는 유도 기전력 또는 전압을 증폭시켜 신호처리부(250)에 전달한다. 증폭기(253, 254)는 예를 들어, 두 전극 사이의 전압 차를 증폭하는 차동 증폭기(Differential Amplifier)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치의 구조도이다.
제1전극(310)은 임의의 미세 입자 또는 미생물을 소정의 농도로 포함하는 유체가 유로관(303) 내를 이동함에 따라 유도되는 유도 기전력을 검출하기 위해 유로관(303) 내에 설치된다. 이때, 유로관(303) 내에 공급되는 유체는 일정한 양의 용액에 미지의 미세 입자 또는 미생물을 소정의 농도로 혼합한 유체이다. 여기서 소정의 농도는 당업자가 임의로 정의할 수 있는 농도값이다. 도 3에서는 미세 입자 또는 미생물을 정량하는 것이 아니라, 동정하는 것이므로, 공급되는 유체의 농도를 일정하게 유지할 필요가 있다. 또한, 공급되는 유체의 농도가 레퍼런스 저장부(360)나 기타 저장 장치에 미리 기록되고, 레퍼런스 저장부(360)가 유체의 농도별 및 미세 입자 및 미생물의 종류별 유도 기전력 값을 저장하도록 구성하면, 미세 입자 및 미생물의 동정이 가능하다.
제2전극(320)은 유로관(303) 내를 이동하는 유체에 소정 주파수의 전류를 인가하여 임피던스를 측정하기 위해 유로관(303) 내에 설치된다. 여기서, 소정 주파수는 당업자에 의해 임의로 정해질 수 있다.
자계 생성부(330)는 유로관(303)의 방향과 수직인 방향으로 자계를 형성한 다.
펌프(340)는 유로관(303)의 통로 중 어느 한쪽 입구에 연결되어, 유로관(303) 내로 유체를 미리 설정된 속도로 공급한다.
신호처리부(350)는 제1전극(310) 및 제2전극(320)에 연결되고, 제1전극(310)에 유도되는 유도 기전력 및 제2전극(320)으로 측정되는 임피던스를 이용하여 보정된 유도 기전력을 연산한다. 신호처리부(350)는 보정된 유도 기전력을 레퍼런스 저장부(360)에서 검색하여 유체에 포함된 미세 입자 또는 미생물의 종류를 결정한다. 신호처리부(250)는 결정된 미세 입자 및 미생물의 종류에 대한 정보인 동정 정보를 출력한다.
레퍼런스 저장부(360)는 유체에 포함될 수 있는 미세 입자 및 미생물의 종류별 유도 기전력 값을 저장한다. 레퍼런스 저장부(360)는 미세 입자 및 미생물의 종류별 유도 기전력 값을 테이블 형태로 저장할 수 있다. 레퍼런스 저장부(360)는 예를 들어, 플래시 메모리와 같은 비휘발성 메모리 또는 SD 메모리와 같은 휘발성 메모리 중 적어도 하나를 포함하여 위와 같은 테이블을 저장할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 방법의 흐름도이다.
먼저, 자계 생성부(230)를 이용하여 유로관(203)의 방향과 수직인 방향으로 자계를 형성한다(410 과정).
유로관(203)에 자계가 형성된 상태에서, 펌프를 이용하여 유체를 유로관(203) 내로 공급한다(420 과정).
다음, 유로관(203) 내에 설치되는 제1전극(211-215)을 이용하여 유로관(203) 내를 이동하는 유체에 의해 유도되는 유도 기전력을 검출하고, 유로관 내에 설치되는 제2전극(221-224)을 이용하여 유로관(203) 내를 이동하는 유체의 임피던스를 측정한다(430 과정).
마지막으로, 제1전극(211-215)에 유도되는 유도 기전력 및 제2전극(221-224)으로 측정되는 임피던스를 이용하여 유체에 포함된 미세 입자 및 미생물의 농도를 결정한다(440 과정). 이때, 유로관(203) 내로 공급되는 유체에 포함된 미세입자 또는 미생물의 농도가 미리 알려진 경우에는 제1전극(211-215)에 유도되는 유도 기전력의 크기에 따라 유체에 포함된 미세입자 또는 미생물의 종류를 추정할 수 있다. 이 과정(440 과정)은 임피던스를 이용하여 연산되는 기전력 값과 제1전극(211-215)에 유도되는 유도 기전력의 평균 전압을 연산하고, 평균 전압을 보정된 유도 기전력으로 설정하는 과정을 포함할 수 있다. 즉, 미세 입자 및 미생물의 정량 또는 동정에 이와 같이 보정된 유도 기전력 값을 이용한다.
바람직하게는, 이 과정(440 과정)은 유로관(203) 내에 일정한 간격으로 설치된 복수의 전극으로 구성되는 제1전극(211-215)을 이용하여 측정되는 전압의 평균을 제1전극(211-215)에 유도되는 유도 기전력으로 설정하는 과정을 포함할 수 있다. 즉, 미세 입자 및 미생물의 정량 또는 동정에 이와 같이 복수의 전극으로 측정된 유도 기전력의 평균 값을 이용한다.
바람직하게는, 이 과정(440 과정)은 유로관(203) 내에 일정한 간격으로 설치된 복수의 전극으로 구성되는 제2전극(221-224)을 이용하여 측정되는 임피던스의 평균을 제2전극(221-224)으로 측정되는 임피던스로 설정하는 과정을 포함할 수 있다. 즉, 미세 입자 및 미생물의 정량 또는 동정에 이와 같이 복수의 전극으로 측정된 임피던스의 평균 값을 이용한다.
본 발명에 따른 미세 입자 및 미생물 검출 장치는 종래의 광학적, 전기적 또는 분자분석적 미생물 센싱 방법에 비해 구조가 간단할 뿐만 아니라, 실시간 센싱이 가능하고, 초소형으로 제작 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따른 미세 입자 및 미생물 검출 장치를 이용하여 분석된 데이터는 새로운 개념의 제품을 개발하거나 기존 제품에 더하여져서 제품의 기능을 향상시키거나 신뢰성을 높이는 다양한 분야에 이용이 될 수 있다. 즉, 본 발명은 초소형 미세입자 및 미생물 검출 시스템 킷에 응용되어 휴대용이나 테러방지용으로 사용될 수 있고, 물을 비롯하여 식음료에 포함된 미생물의 정량 및 동정 분석하는 기능이 있는 정수기, 공기청정기, 에어컨, 냉장고, 로봇청소기 등의 가전제품에 응용될 수 있다.
도 1은 종래의 전기식 미생물 검출 장치의 구조를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치의 구조도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 방법의 흐름도이다.
Claims (14)
- 유로관 내를 이동하는 유체에 의해 유도되는 유도 기전력을 검출하기 위해 상기 유로관 내에 설치되는 제1전극;상기 유로관 내를 이동하는 유체에 소정 주파수의 전류를 인가하여 임피던스를 측정하기 위해 상기 유로관 내에 설치되는 제2전극;상기 유로관의 방향과 수직인 방향으로 자계를 형성하는 자계 생성부; 및상기 제1전극 및 상기 제2전극에 연결되고, 상기 제1전극에 유도되는 유도 기전력 및 상기 제2전극으로 측정되는 임피던스를 이용하여 상기 유체에 포함된 미세 입자 및 미생물의 농도를 결정하는 신호처리부를 포함하는 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 신호처리부는상기 임피던스를 이용하여 연산되는 기전력 값으로 상기 유도 기전력을 보정하고, 보정된 유도 기전력과 미세 입자 및 미생물의 농도와의 비례 관계를 이용하여 상기 유체에 포함된 미세 입자 및 미생물의 농도를 결정하는 것을 특징으로 하는 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 신호처리부는상기 임피던스를 이용하여 연산되는 기전력 값과 상기 유도 기전력의 평균 전압을 연산하고, 상기 평균 전압을 보정된 유도 기전력으로 이용하는 것을 특징으로 하는 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1전극은상기 유로관 내에 일정한 간격으로 복수의 전극이 설치되고,상기 신호처리부는상기 복수의 전극으로부터 수신되는 전압의 평균을 상기 제1전극에 유도되는 유도 기전력으로 이용하는 것을 특징으로 하는 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제2전극은상기 유로관 내에 일정한 간격으로 복수의 전극이 설치되고,상기 신호처리부는상기 복수의 전극에 의해 측정되는 임피던스의 평균을 상기 제2전극으로 측정되는 임피던스로 이용하는 것을 특징으로 하는 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1전극에 연결되어, 상기 제1전극에 유도되는 유도 기전력으로부터 노이즈를 제거하는 필터; 및상기 필터로부터 출력되는 유도 기전력을 증폭시켜 상기 신호처리부에 전달하는 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 자계 생성부는솔레노이드를 이용한 전자석 또는 영구자석 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 유로관의 통로 중 어느 한쪽 입구에 연결되어, 상기 유로관 내로 유체를 미리 설정된 속도로 공급하는 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치.
- 임의의 미세 입자 또는 미생물을 소정의 농도로 포함하는 유체가 유로관 내를 이동함에 따라 유도되는 유도 기전력을 검출하기 위해 상기 유로관 내에 설치되 는 제1전극;상기 유로관 내를 이동하는 유체에 소정 주파수의 전류를 인가하여 임피던스를 측정하기 위해 상기 유로관 내에 설치되는 제2전극;상기 유로관의 방향과 수직인 방향으로 자계를 형성하는 자계 생성부;상기 유체에 포함될 수 있는 미세 입자 및 미생물의 종류별 유도 기전력 값을 저장하는 레퍼런스 저장부; 및상기 제1전극 및 상기 제2전극에 연결되고, 상기 제1전극에 유도되는 유도 기전력 및 상기 제2전극으로 측정되는 임피던스를 이용하여 보정된 유도 기전력을 연산하고, 보정된 유도 기전력을 상기 레퍼런스 저장부에서 검색하여 상기 유체에 포함된 미세 입자 또는 미생물의 종류를 결정하는 신호처리부를 포함하는 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치.
- 제 9 항에 있어서,상기 제1전극에 연결되어, 상기 제1전극에 유도되는 유도 기전력으로부터 노이즈를 제거하는 필터; 및상기 필터로부터 출력되는 유도 기전력을 증폭시켜 상기 신호처리부에 전달하는 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치.
- 자계 생성부를 이용하여 유로관의 방향과 수직인 방향으로 자계를 형성하는 단계;펌프를 이용하여 유체를 상기 유로관 내로 공급하는 단계;상기 유로관 내에 설치되는 제1전극을 이용하여 유로관 내를 이동하는 유체에 의해 유도되는 유도 기전력을 검출하고, 상기 유로관 내에 설치되는 제2전극을 이용하여 상기 유체의 임피던스를 측정하는 단계; 및상기 제1전극에 유도되는 유도 기전력 및 상기 제2전극으로 측정되는 임피던스를 이용하여 상기 유체에 포함된 미세 입자 및 미생물의 농도를 결정하는 단계를 포함하는 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 미세 입자 및 미생물의 농도를 결정하는 단계는상기 임피던스를 이용하여 연산되는 기전력 값으로 상기 유도 기전력을 보정하는 단계; 및상기 보정된 유도 기전력과 미세 입자 및 미생물의 농도와의 비례 관계를 이용하여 상기 유체에 포함된 미세 입자 및 미생물의 농도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 유도 기전력을 보정하는 단계는상기 임피던스를 이용하여 연산되는 기전력 값과 상기 유도 기전력의 평균 전압을 연산하고, 상기 평균 전압을 보정된 유도 기전력으로 설정하는 단계인 것을 특징으로 하는 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 미세 입자 및 미생물의 농도를 결정하는 단계는상기 유로관 내에 일정한 간격으로 설치된 복수의 전극으로 구성되는 제1전극을 이용하여 측정되는 전압의 평균을 상기 제1전극에 유도되는 유도 기전력으로 설정하는 단계; 및상기 유로관 내에 일정한 간격으로 설치된 복수의 전극으로 구성되는 제2전극을 이용하여 측정되는 임피던스의 평균을 상기 제2전극으로 측정되는 임피던스로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070081409A KR20090017012A (ko) | 2007-08-13 | 2007-08-13 | 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치 및방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070081409A KR20090017012A (ko) | 2007-08-13 | 2007-08-13 | 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치 및방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090017012A true KR20090017012A (ko) | 2009-02-18 |
Family
ID=40685898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020070081409A KR20090017012A (ko) | 2007-08-13 | 2007-08-13 | 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치 및방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20090017012A (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101307298B1 (ko) * | 2011-10-24 | 2013-09-11 | 한국건설생활환경시험연구원 | 유도 인덕턴스를 이용한 콘크리트 회수수 농도측정기 및 이를 이용한 농도 측정방법 |
| KR101582098B1 (ko) | 2015-09-08 | 2016-01-04 | 대윤계기산업주식회사 | 전자기 유도식 전기전도도 센서를 이용한 고농도 액체 측정기 |
| WO2018143523A1 (ko) * | 2017-02-03 | 2018-08-09 | 한국과학기술원 | 세포 임피던스 분광학 측정 장치 및 측정 방법 |
| KR20190041143A (ko) | 2017-10-12 | 2019-04-22 | 이은숙 | 인덕턴스 방식을 이용한 발전용수 전기전도도 측정시스템 |
-
2007
- 2007-08-13 KR KR1020070081409A patent/KR20090017012A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101307298B1 (ko) * | 2011-10-24 | 2013-09-11 | 한국건설생활환경시험연구원 | 유도 인덕턴스를 이용한 콘크리트 회수수 농도측정기 및 이를 이용한 농도 측정방법 |
| KR101582098B1 (ko) | 2015-09-08 | 2016-01-04 | 대윤계기산업주식회사 | 전자기 유도식 전기전도도 센서를 이용한 고농도 액체 측정기 |
| WO2018143523A1 (ko) * | 2017-02-03 | 2018-08-09 | 한국과학기술원 | 세포 임피던스 분광학 측정 장치 및 측정 방법 |
| KR20190041143A (ko) | 2017-10-12 | 2019-04-22 | 이은숙 | 인덕턴스 방식을 이용한 발전용수 전기전도도 측정시스템 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107850571B (zh) | 缺陷测量方法、缺陷测量装置及检查探针 | |
| RU2364860C2 (ru) | Датчик для определения внутреннего и наружного диаметров для устройства контроля рассеяния магнитного потока | |
| CN103471981B (zh) | 一种基于微流控芯片的高通量颗粒计数装置及方法 | |
| Makra et al. | Electrochemical sensing with nanopores: A mini review | |
| CN106644900B (zh) | 一种基于非均匀电场的阻抗脉冲颗粒计数装置及其计数方法 | |
| US20090219012A1 (en) | Microelectronic sensor device for concentration measurements | |
| RU2645834C1 (ru) | Способ и устройство для определения расхода в трубопроводах больших диаметров | |
| Pitruzzello et al. | Multiparameter antibiotic resistance detection based on hydrodynamic trapping of individual E. coli | |
| JP2009505085A (ja) | 磁気誘導式の流量測定装置 | |
| JP5583278B2 (ja) | 細胞の磁気的な流れ測定方法および装置 | |
| Goyal et al. | Low aspect ratio micropores for single‐particle and single‐cell analysis | |
| KR20090017012A (ko) | 전자기 유도를 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치 및방법 | |
| CN101198840A (zh) | 磁感应流量计 | |
| Karnaushenko et al. | Monitoring microbial metabolites using an inductively coupled resonance circuit | |
| David et al. | Assessment of pathogenic bacteria using periodic actuation | |
| Sun et al. | A microfluidic cell size/density sensor by resistive pulse detection | |
| KR20090017013A (ko) | 자기장을 이용한 미세 입자 및 미생물 검출 장치 및 그방법 | |
| EP1488230B1 (en) | Drift compensated magnetic permeability detector | |
| DK1541973T3 (da) | Magnetisk-induktiv flowmåler og målefremgangsmåde til en magnetisk-induktiv flowmåler | |
| CN104634968A (zh) | 用于致病菌检测的生物传感器系统 | |
| US20200309577A1 (en) | Magnetic Flowmeter with Enhanced Signal/Noise Ratio | |
| JP2005283378A (ja) | 流体特性分析方法、および装置 | |
| ATE350671T1 (de) | Verfahren und anordnung zur kontaktlosen bestimmung von räumlichen geschwindigkeitsverteilungen in elektrisch leitfähigen flüssigkeiten | |
| CN106053544A (zh) | 感应式工业型管道内复电导率在线检测装置和方法 | |
| Mohamadi Nasrabadi et al. | Real-time separation of aerosolized Staphylococcus epidermidis and polystyrene latex particles with similar size distributions |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |