KR20110041423A

KR20110041423A - 큐벳

Info

Publication number: KR20110041423A
Application number: KR1020100100535A
Authority: KR
Inventors: 김준원; 정완균
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2011-04-21
Also published as: EP2490007A2; CN102575980A; CN102575980B; US8920754B2; US20120189510A1; KR101211123B1; JP5731516B2; WO2011046379A3; JP2013506858A; EP2490007A4; WO2011046379A2

Abstract

본 발명의 일 실시예는, 내부 공간을 최소화 하면서 내부 공간의 세척을 용이하게 하는 큐벳에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 큐벳은, 주입구를 가지며 제1 내부 공간을 형성하는 상단부, 상기 제1 내부 공간에 이어지고 상기 제1 내부 공간보다 작은 제2 내부 공간을 형성하는 중간부, 및 상기 제2 내부 공간에 이어지고 상기 제2 내부 공간의 단면보다 좁은 내경의 관통 구멍을 형성하는 하단부를 포함한다.
따라서 내부 공간에 용액을 분주하여 검사시 관통 구멍은 밸브 작용하여 용액을 멈추게 하고, 검사 후, 주입구를 가압하여 세척시 관통 구멍은 노즐 작용하여 용액을 배출할 수 있다.

Description

큐벳 {Cuvette}

본 발명은 큐벳에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생화학 검사를 위한 분광기 검사용 용기로 사용되는 큐벳에 관한 것이다.

일반적으로 생화학 검사는 많은 수의 검체에 대한 검사를 동시에 수행하므로 사용되는 시약의 양을 줄일 필요가 있다. 따라서 생화학 검사에 사용되는 용기의 크기, 즉 내부 공간을 작게 하려는 노력이 강구되고 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 생화학 검사용 용기는 직육면체 형상의 용기(10)(도 1)에서 유선형 역삼각형의 용기(20)(도 2)으로 변화되고 있다. 그러나 용기의 내부 공간이 작아질수록 한번 사용한 후, 재사용하기 위하여 용기의 내부 공간을 세척하는 작업이 어려워진다. 즉 직육면체 형상보다 유선형 역삼각형이 내부 공간을 줄여서 시약의 사용량을 줄이지만 용기의 내부 공간의 세척을 더 어렵게 한다.

생화학 검사에 사용되는 큐벳(cuvette)은 일측에 시약과 검체, 즉 혼합 용액의 분주를 위한 주입구를 구비하며, 주입구 이외의 영역을 밀폐한 구조로 이루어진다. 큐벳의 재사용을 위하여, 큐뱃의 내부 공간을 세척하는 과정은 주입구를 통하여 내부 공간에 세척액을 분주하고, 분주된 세척액을 다시 흡입해 내는 과정의 반복적으로 이루어진다. 즉 세척 과정에는 세척액을 분주하는 디스펜싱 노즐과 세척액을 흡입하는 석션 노즐이 사용된다.

그러나 용기의 내부 공간이 작을수록 내부 공간에 세척액을 분주하고, 내부 공간으로부터 세척액을 흡입해 내는 과정을 반복할 때, 큐벳의 내부 공간 및 바닥에 이물질이 잔류할 가능성이 증대되고, 또한 완벽한 세척이 어려워진다.

따라서 직육면체 형상의 용기(10)에 비하여, 내부 공간을 줄인 유선형 역삼각형의 용기(20)의 큐벳은 생화학 검사에 사용되는 시약의 양을 더 줄일 수 있으나, 재사용을 위한 세척이 어려워, 대부분 1회용으로 사용되고 있다.

본 발명의 일 실시예는 내부 공간을 최소화 하면서 내부 공간의 세척을 용이하게 하는 큐벳을 제공하고자 한다..

본 발명의 일 실시예에 따른 큐벳은, 시료용액을 담는 용기로 이루어져 분광기 검사에 사용되는 것으로, 주입구를 가지며 상기 용기의 제1 내부 공간을 형성하는 상단부, 및 상기 제1 내부 공간과 연통하도록 형성되며, 상기 제1 내부 공간의 횡단면보다 좁은 면적의 횡단면을 갖는 관통 구멍을 형성하는 하단부를 포함한다.

상기 관통구멍은, 모세관력에 의해 폐쇄되고, 부가압력에 의해 개방되는 밸브 기능을 하도록 구성된다.

상기 관통구멍은, 상기 용기에 담겨진 시료용액에 작용하는 중력보다 상기 시료용액과 상기 관통구멍의 내측면 사이에 작용하는 표면장력이 같거나 더 크도록 구성될 수 있다.

상기 주입구와 관통 구멍은,

의 조건을 만족하도록 형성될 수 있는데, 이 때, w₁는 상단부 주입구의 폭, h₁는 상단부 주입구의 두께, w₂는 관통구멍의 폭, h₂는 관통구멍의 두께, ρ는 액체의 밀도, g는 중력 가속도이고, H는 액체가 이루는 중력방향의 높이 차이이다.

상기 큐벳은, 상기 제1 내부 공간에 이어지고 상기 제1 내부 공간보다 작은 제2 내부 공간을 형성하는 중간부를 더 포함하고, 상기 하단부의 관통 구멍은 상기 제2 내부 공간에 이어지고 상기 제2 내부 공간의 횡단면보다 좁은 면적의 횡단면을 가질 수 있다.

상기 중간부에 형성되는 상기 제2 내부 공간은, 측정하는 빛의 경로 방향으로 설정되며, 상기 빛이 투과하는 최소 깊이 이상으로 설정되는 길이(L)를 가지고, 상기 빛의 스팟 사이즈보다 적어도 더 크게 설정되는 폭(W)을 만족하여 형성될 수 있다. 상기 제2 내부 공간의 폭은 센서의 폭보다 크게 형성될 수 있다.

상기 관통 구멍은 상기 하단부의 평단면에서 사각형 또는 원형으로 형성될 수 있다. 상기 관통 구멍은 단수 또는 복수로 형성될 수 있다. 상기 관통 구멍은 상기 하단부의 평단면에서 슬릿 형태로 형성될 수 있다. 상기 관통 구멍은 내측면을 굴곡지게 형성하거나 내측면에 미세 구조물을 형성할 수 있다.

상기 관통 구멍은 내측면에 형성되는 비습성(non-wetting) 코팅층을 더 포함할 수 있다. 상기 상단부와 상기 중간부를 일체로 형성하는 바디(body)부와, 상기 하단부를 형성하는 관통 구멍부를 서로 결합하여 형성될 수 있다. 상기 관통 구멍부는 비습성재로 형성될 수 있다.

상기 하단부는, 상기 관통 구멍에 연결되는 홈을 더 구비할 수 있다. 상기 홈은, 상기 관통 구멍에 수직하는 방향으로 형성되어 연결될 수 있다. 상기 홈은, 상기 관통 구멍의 전체 길이에 대하여 하나 또는 복수로 형성될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상단부에 제1 내부 공간을 형성하고, 하단부에 관통 구멍을 형성함에 따라, 큐벳의 내부 공간을 최소화 하여 시약의 사용량을 감소시켜 비용을 줄이는 효과가 있다.

또한, 내부 공간에 용액을 분주하여 검사시 관통 구멍이 밸브 기능을 하여 용액을 멈추게 하고, 검사 후, 주입구를 가압하여 세척시 관통 구멍이 노즐 기능을 하여 용액을 배출하므로, 세척액을 분주 및 가압 배출하는 과정을 반복하므로 내부 공간의 세척을 용이하게 하는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 생화학 검사용 용기의 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 큐벳의 사시도이다.
도 4 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 큐벳의 작동 원리를 나타내는 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 표면장력과 중력을 고려하여 본 발명의 실시예에 따른 큐벳의 주입구 및 관통구멍 형성의 조건을 설명하기 위한 모식도이다.
도 9은 도 3의 큐벳에 적용되는 하단부 및 관통 구멍의 제1 내지 제4 실시예의 평면도이다.
도 10은 도 3의 큐벳의 제작 과정 중, 바디부와 관통 구멍부의 결합 전후 상태를 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 큐벳의 작동 원리를 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 큐벳을 도시한 사시도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 큐벳을 도시한 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 큐벳의 사시도이다. 본 실시예에 따른 큐벳(100)은 상대적으로 크게 설정되는 제1 내부 공간(11)을 형성하는 상단부(12), 제1 내부 공간(11)에 이어지고 제1 내부 공간(11)보다 작게 설정되는 제2 내부 공간(21)을 형성하는 중간부(22) 및 제2 내부 공간(21)에 이어지고 제2 내부 공간(21)보다 좁은 통로로 연결되는 관통 구멍(31)을 형성하는 하단부(32)를 포함한다.

상단부(12)는 그 상방에서 제1 내부 공간(11)으로 검체와 시약, 즉 시료용액을 투입하도록 제1 내부 공간(11)을 연장하여 형성되는 주입구(13)를 구비한다. 주입구(13) 및 제1 내부 공간(11)은 제2 내부 공간(21)에 비하여 큰 폭을 갖도록 형성되어, 용액의 주입을 용이하게 한다. 또한 주입구(13)는 본 실시예의 큐벳(100)이 적용될 검사 장비의 하드웨어에 연결되어 분주되는 용액을 제1 내부 공간(11)으로 유입한다.

중간부(22)는 검사 장비의 성능에 따라 결정되는 부분이다. 즉 제2 내부 공간(21)의 형상은 검사 장비의 성능에 관계한다. 예를 들면, 중간부(22)에서, 제2 내부 공간(21)의 두께(L)는 측정하는 빛(I)이 지나가는 경로 방향으로 설정되고, 장착된 센서가 용액의 빛 흡수율 변화를 측정 가능한 두께, 즉 빛(I)이 검사 용액을 투과하여 농도에 따라 빛의 흡수율 변화를 측정할 수 있는 최소 깊이 이상의 두께를 가진다.

일반적인 검사 장비인 분광광도계(spectrophotometer)에서, 바닥면(33)으로부터 반사되는 빛에 의한 오차를 줄이기 위하여, 바닥면(33)으로부터 이격된 위치에서 빛(I)의 스팟(Ps)을 위치시켜 측정하며, 이때 이격되는 측정 위치의 높이(H)는 빛(I)의 간섭을 방지하기 위하여, 예를 들면, 약 10cm 이상으로 설정된다.

제2 내부 공간(21)의 폭(W)은 검사 장비에 포함된 센서(미도시)의 폭보다 크게 형성되며, 또한 최소한 빛(I)의 스팟(Ps) 사이즈(spot size)보다 크게 형성된다. 이와 같이, 두께(L), 높이(H) 및 폭(W)이 제한 조건을 가짐에도 불구하고, 제1 실시예의 큐벳(100)은 종래의 큐벳(도1 및 도2 참조)에 비하여, 매우 적은 부피의 제2 내부 공간(21)을 형성할 수 있다. 제2 내부 공간(21)의 부피가 작아짐에 따라, 검사용 시약의 사용량이 줄어들고, 이로 인하여, 비용이 절감될 수 있다.

하단부(32)는 중간부(22)의 제2 내부 공간(21)에, 보다 상세하게는, 제2 내부 공간(21)의 바닥면(23)에 연결되는 관통 구멍(31)을 구비하여, 용액의 분주 및 생화학 검사 중에는 용액이 흘러내리는 것을 방지하는 밸브로 작용하고, 동시에, 검사 후 세척시 용액을 쉽게 배출할 수 있게 하는 노즐로 작용한다. 즉 하단부(32) 및 관통 구멍(31)은 모세관 밸브(capillary valve) 역할을 수행한다. 용액이 흘러내리는 것을 방지하는 밸브의 기능적인 측면에서, 관통 구멍(31)은 내경 크기가 작을수록 더 큰 압력, 즉 더 큰 용액의 중량에 견딜 수 있다. 그러나 세척 과정에서 주입구(13)에 압력을 가하여 용액을 배출하는 측면에서, 관통 구멍(31)은 내경 크기가 클수록 유리하다. 따라서 관통 구멍(31)은 압력을 가하여 세척 가능하면서 동시에 압력을 가하지 않은 상태에서는 다양한 종류의 용액이 흘러내리지 않도록 막을 수 있는 범위 내에서 내경을 최대의 크기로 설정할 수 있다.

하단부(32)에 관통 구멍(31)을 구비하므로 검사 후, 주입구(13)를 통하여 용액을 흡입하지 않고 주입구(13)를 통해 주입된 용액에 압력을 가하여 관통 구멍(31)으로 상기 용액을 배출시키므로 제1, 제2 내부 공간(11, 21)의 세척을 용이하게 한다. 즉 본 실시예의 큐벳(100)은 내부 공간, 즉 제1, 제2 내부 공간(11, 21) 및 관통 구멍(31)의 내면의 세척을 위하여 디스펜싱(dispensing) 노즐을 필요로 하지만, 석션(suction) 노즐을 필요로 하지 않는다. 따라서 본 실시예의 큐벳(100)은 바닥면에 관통구멍이 없는 기존의 큐벳에 비하여 내부 공간을 축소하여 시약 및 검사 비용을 줄이면서, 또한 재사용을 위한 내부 공간의 세척 작업을 편리하게 한다.

도 4의 (a) 내지 (c) 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 큐벳의 작동 원리를 나타내는 단면도이다.

먼저, 도 4의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 생화학 검사 과정에서, 디스펜싱 노즐(미도시)을 통하여, 본 실시예의 큐벳(100)에 검체 및 시약으로 혼합된 용액(MS)을 필요한 양만큼 분주한다(도 4의 (a)). 이때, 용액(MS)은 제2 내부 공간(21)과 제1 내부 공간(11) 일부에 채워지며, 관통 구멍(31)을 통과하지 못하고 차단된 상태를 유지한다(도 4의 (b)).

용액(MS)과 접하는 제2 내부 공간(21) 표면의 특성, 예를 들면, 용액(MS)의 접촉각(θ) 및 용액(MS)의 표면장력에 따라, 용액(MS)은 관통 구멍(31)을 통하여 흘러내리지 않고 멈추게 된다. 예를 들면, 용액(MS)의 접촉각(θ)이 90도 보다 클 경우, 용액(MS)은 관통 구멍(31) 입구에서 멈추게 된다(도 4의 (b)).

용액(MS)의 접촉각(θ)이 90도 보다 작을 경우, 용액(MS)은 관통 구멍(31)을 통과하여 관통 구멍(31)의 끝부분에서 멈추게 되고, 관통 구멍(31)을 통과하더라도 관통 구멍(31) 끝부분에서 만나는 벽면의 익스펜션 각도(expansion angle)(β)가 90도 이상일 경우, 일정 압력까지는 용액(MS)이 더 이상 흘러내리지 않게 된다(도 4의 (c)).

즉, 본 실시예의 큐벳(100)은 관통 구멍(31)과 연결되는 제2 내부 공간(21)의 끝에서 용액(MS)을 1차적으로 멈추게 하고, 또한 제2 내부 공간(21)에서 흘러내리는 용액(MS)을 관통 구멍(31)에서 2차적으로 멈추게 하여, 큐벳(100)의 하단부(32)에 관통 구멍(31)이 형성되어 있음에도 불구하고 생화학 검사를 수행할 수 있게 한다. 이와 같이, 검체 및 시약의 혼합 용액(MS)을 큐벳(100)에 소량으로 분주하여 제2 내부 공간(21)에 멈춘 상태에서 생화학 검사를 수행한다.

한편, 본 실시예에 따른 큐벳(100)의 관통구멍(31)이 밸브기능을 할 수 있도록 그 크기를 설정하기 위해서 용액이 차있는 높이(H)와 수용된 용액의 경계면(상단부와 하단부)에서 상기 용액이 큐벳(100)의 벽면과 접하는 길이, 및 용액의 표면장력 및 접촉각의 관계를 설정할 수 있다.

도 5를 참조하면, 일반적으로 원형 튜브의 경우, 영-라플라스 방정식(Young-Laplace Equation)은 다음 수학식1과 같다.

Po : 액체 외부(공기) 압력

Pa : 액체 내부 압력

r : 원형 튜브의 반경

σ: 액체의 표면장력

θ : 튜브 내벽에서 액체의 접촉각

그리고, 횡단면의 폭이 w이고 두께가 h인 사각 채널의 경우, 영-라플라스 방정식(Young-Laplace Equation)은 다음 수학식2와 같다.

이를 본 발명의 일 실시예에 따른 큐벳의 관통구멍에 적용하여 큐벳 내부에 수용된 용액이 흘러내리지 않도록 홀딩(holding)할 수 있는 조건의 관통구멍 크기를 도출해 낼 수 있다.

즉, 용액이 하단부의 관통구멍을 지나 끝부분에 맺히게 될 때, 늘어난 단면적을 만나게 되면서 밸브(capillary burst valve)로써 역할을 할 수 있다. 이 경우 용액의 표면이 주위 벽면을 만나기 전까지 내부 압력을 견딜 수 있게 되며, 하단부의 끝부분의 바닥면의 각도만큼 용액의 접촉각이 증가한 효과를 얻게 된다. 이 때 관계식에서 접촉각은 용액의 전진 접촉각(advancing contact angle)에 바닥면의 각도를 더한 값이 적용되며, 두 각도의 합이 180도 이상인 경우 180도를 적용한다. 도 6을 참조하여, 이와 같이 도출한 관계식은 하기 수학식3과 같다.

β : 관통구멍 끝 부분에서의 바닥면과 채널이 이루는 각도

P_A : 큐벳의 관통구멍 끝 부분에서 액체(용액) 내부 압력

w₂ : 관통구멍의 폭

h₂ : 관통구멍의 두께

θ_a : 큐벳의 관통구멍 끝 부분에서 액체(용액)의 전진 접촉각

그리고 밸브 역할을 수행하는데 있어 용액이 상단부까지 접하고 있을 때 용액에 모세관력(capillary force)이 발생하게 되면, 이 때의 접촉각은 용액의 후진 접촉각(receding contact angle)을 적용하게 되고, 도 7을 참조하여, 이와 같이 도출한 관계식은 하기 수학식4와 같다.

P_R : 큐벳 상단부에서 액체(용액) 내부 압력

θr : 큐벳의 상단부에서 액체(용액)의 후진 접촉각

따라서 큐벳에 용액이 수용되어 있을 때, 하단부의 관통구멍이 밸브로써 기능하여 용액이 흘러내리지 않도록 홀딩하고 있기 위해서는 상기 큐벳에 담겨진 시료용액에 작용하는 중력보다 상기 시료용액과 상기 관통구멍의 내측면 사이에 작용하는 표면장력이 같거나 더 크도록 구성된다. 즉, 중력방향으로의 용액의 높이로 인한 정수압력(hydrostatic pressure)보다 관통구멍에서의 모세관력이 같거나 더 커야 한다. 따라서 상기 수학식3과 수학식4의 차로부터 하기 수학식5를 얻을 수 있다.

w₁: 상단부 주입구의 폭

h₁: 상단부 주입구의 두께

w₂: 관통구멍의 폭

h₂: 관통구멍의 두께

ρ : 액체의 밀도

g : 중력 가속도

H : 액체가 이루는 중력방향의 높이 차이

따라서, 관통구멍의 폭과 두께가 일정한 정사각 단면을 갖는 경우(w₂=h₂=S), 상기 수학식5는 하기 수학식6과 같이 쓸 수 있다. 여기서 S는 정사각 구멍의 한 변 길이며, 원형 구멍의 지름(D)과 같은 값을 의미한다.

따라서 큐벳의 관통구멍이 밸브 기능을 수행하기 위해서는 상기 수학식6에서 도출된 관통구멍의 한 변 길이(S) 이하인 것이 바람직하다.

즉, 본 실시예에 따른 큐벳의 관통구멍이 밸브 기능을 수행하기 위해서는 하기 수학식7의 조건을 만족하도록 주입구와 관통구멍을 설계할 수 있다.

w₁: 상단부 주입구의 폭

h₁: 상단부 주입구의 두께

w₂: 관통구멍의 폭

h₂: 관통구멍의 두께

ρ : 액체의 밀도

g : 중력 가속도

H : 액체가 이루는 중력방향의 높이 차이

도 8을 참조하면, 검사를 마친 후, 큐벳(100)을 세척하게 된다. 세척 과정에서, 큐벳(100) 상단부(12)의 주입구(13)에서 설정 압력(P)(예를 들면, 압축 공기)을 가하면, 제2 내부 공간(21)에 멈추어 있던 용액(MS)은 관통 구멍(31)을 통하여 하단부(32) 아래로 배출된다. 그리고 주입구(13)를 통하여 세척액을 투입한 후, 세척액을 관통 구멍(31)로 배출하는 과정을 반복적으로 수행하여, 큐벳(100)의 제1, 제2 내부 공간(11, 21) 및 관통 구멍(31)을 효과적으로 세척한다. 주입구(13)에 압력(P)을 가하여 관통 구멍(31)으로 용액(MS) 및 세척액을 배출하므로 석션 노즐을 필요로 하지 않는다.

도 9의 (a) 내지 (d)는 도 3의 큐벳에 적용되는 하단부 및 관통 구멍의 제1 내지 제4 실시예의 평면도이다. 하단부(32)는 상단부(12) 및 중간부(22)에 이어지는 사각형으로 형성된다. 제1 내지 제4 실시예의 관통 구멍(311, 312, 313, 314)은 다양한 형상의 내경으로 이루어질 수 있다.

제1 실시예의 관통 구멍(311)은 하단부(32)의 평단면에서, 사각형으로 형성되며, 원형으로 형성될 수도 있으며(미도시), 단수로 형성된다(a).

제2 실시예의 관통 구멍(312)은 제1 실시예와 같은 관통 구멍(311)을 복수로 형성하여, 제1 실시예의 관통 구멍(311)에 비하여, 세척 과정에 효과적으로 대응할 수 있다. 제2 실시예의 관통 구멍(312)은 제2 내부 공간(21)의 바닥면(23)의 면적 범위 내에서 여러 개로 형성될 수 있다.

용액(MS)의 중량에 의하여, 관통 구멍들(311, 312, 313, 314)에 가해지는 각각의 힘(압력)은 면적에 비례하며, 표면장력에 의하여 관통 구멍(311, 312, 313, 314)에서 용액(MS)을 막는 모세관력(capillary force)은 용액(MS)이 접하는 길이에 비례한다. 따라서 관통 구멍(311, 312, 313, 314)은 같은 면적의 내경을 가지더라도 용액(MS)이 접하는 길이가 더 길어지는 경우, 모세관력의 효과가 증대되어 더 큰 압력에 견딜 수 있다. 즉 용액(MS)을 멈추게 할 수 있다.

예를 들면, 제3 실시예의 관통 구멍(313)은 하단부(32)의 평단면에서, 좁은 폭을 가지로 일측으로 길게 설정되는 슬릿 형태(43)로 형성되며(c), 제4 실시예의 관통 구멍(314)은 내면을 굴곡지게 형성하거나 미세 구조물을 형성하여 모세관력의 효과를 극대화시킨다.

일반적으로 생화학 검사에 사용되는 용기들 중 플라스틱 계열의 재료로 만들어 진 제품들은 대부분 사출 성형으로 대량 생산되어 저렴하다. 본 실시예의 큐벳(100)은 기본적으로 사출 성형으로 제작될 수 있다.

큐벳(100)은 사출 성형에 이용되는 재료에 따라 관통 구멍(31)의 내경 표면에 형성되는 비습성(non-wetting) 코팅층(미도시)을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 비습성(non-wetting) 코팅층은 테프론(Teflon®)(Polytetrafluoroethylene, PTFE) 코팅층 또는 탄화플루오르계 고분자(fuluorocarbon based polymer) 코팅, 예를 들어, 페럴린(Parylene) 코팅으로 형성될 수 있다. 모세관 력은 용액(MS)이 접하는 길이에 비례하지만 용액(MS)이 접하는 표면에서 이루는 각도, 즉 접촉각(Contact angle)에도 비례한다. 따라서 비습성(non-wetting) 코팅층으로 접촉각을 증가시키면 모세관력 효과가 증가될 수 있다.

도 10의 (a)와 (b)는 도 3의 큐벳의 제작 과정 중, 바디부와 관통 구멍부의 결합 전후 상태를 나타내는 사시도이다.

도 10의 (a)와 (b)를 참조하면, 큐벳(100)은 바디부(101)와 관통 구멍부(102)를 별도로 제작하여 접합하여 완성될 수 있다. 관통 구멍부(102)는 비습성이 우수한 재질로 형성된다. 관통 구멍부(103)와 바디부(101)를 서로 접합함으로써 큐벳(100)을 제작할 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 큐벳의 작동 원리를 나타내는 단면도이다.

도 11을 참조하면, 다른 실시예의 큐벳(200)은 관통 구멍(31)에 연결되는 홈(34)을 더 구비한다. 관통 구멍(31)은 하단부(32)에서 큐벳(200)의 높이 방향으로 형성되고, 홈(34)은 관통 구멍(31)에 수직하는 방향으로 형성 및 연결된다. 홈(34)은 관통 구멍(31)의 전체 길이에 대하여 하나 또는 복수로 형성될 수 있다.

관통 구멍(34)이 용액(MS)을 멈추게 하고 세척시 배출되게 하는 작용에 더하여, 홈(34)은 예상치 못한 외부 충격이 큐벳(200) 및 하단부(32)에 가해져 관통 구멍(34)으로 용액(MS)이 퍼져 흘러내리는 경우에도, 도 8의 (b), (c), (d)에 도시된 바와 같이, 용액(MS)을 단계적으로 수용하여 검사 중에, 용액(MS)이 큐벳(200)의 관통 구멍(34) 밖으로 완전히 흘러내리는 것을 방지한다. 따라서 본 실시예의 큐벳(200)은 검사장비의 안전성을 더욱 높일 수 있다. 홈(34)의 형상은 다양하게 형성될 수 있으며, 안전 장치의 역할뿐만 아니라 세척시 용액(MS)의 배출에 영향을 미치지 않도록 설정된다. 즉 홈(34)은 배출시 용액(MS)이 남지 않도록 설정된다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 큐벳을 도시한 사시도이다.

도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 큐벳(300)에서는 상단부(310)에 내부 공간(301)이 형성되고 상기 내부 공간(301)에 이어지면서 하단부(320)에 상기 내부 공간(301)의 횡단면보다 좁은 면적을 갖는 통로로 연결되는 관통 구멍(31)이 형성된다. 즉, 상기 내부 공간(301)의 횡단면은 전 길이에 걸쳐 주입구(13)의 면적과 동일하게 형성되며, 다만 관통 구멍(31)에 연결되는 부분에서 양쪽 코너부가 라운드 지게 형성된다.

본 실시예에 따른 큐벳(300)도 상기 도 9에 나타낸 다양한 형태의 단면을 갖는 관통 구멍을 채택할 수 있으며, 또한 도 11에 나타낸 바와 같이 관통 구멍에 연결되는 홈을 더 형성할 수도 있다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 큐벳을 도시한 사시도이다.

도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 큐벳(400)에서는 상단부(410)에 내부 공(401)이 형성되고 상기 내부 공간(401)에 이어지면서 하단부(420)에 상기 내부 공간(401)의 횡단면보다 좁은 면적을 갖는 통로로 연결되는 관통 구멍(31)이 형성된다. 즉, 상기 내부 공간(401)의 횡단면은 전 길이에 걸쳐 주입구(13)의 면적과 동일하게 형성된다.

본 실시예에 따른 큐벳(400)도 상기 도 9에 나타낸 다양한 형태의 단면을 갖는 관통 구멍을 채택할 수 있으며, 또한 도 11에 나타낸 바와 같이 관통 구멍에 연결되는 홈을 더 형성할 수도 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100 : 큐벳 11 : 제1 내부 공간
12 : 상단부 13 : 주입구
21 : 제2 내부 공간 22 : 중간부
23, 33 : 바닥면 31, 311, 312, 313, 314 : 관통 구멍
32 : 하단부 101 : 바디부
103 : 관통 구멍부 I : 빛
H : 높이 L : 두께
P : 측정 위치 W : 폭
θ : 접촉각 β : 익스펜션 각도(expansion angle)
34 : 홈

Claims

시료용액을 담는 용기로 이루어져 분광기 검사에 사용되는 큐벳에 있어서,
주입구를 가지며 상기 용기의 제1 내부 공간을 형성하는 상단부; 및
상기 제1 내부 공간과 연통하도록 형성되며, 상기 제1 내부 공간의 횡단면보다 좁은 면적의 횡단면을 갖는 관통 구멍을 형성하는 하단부
를 포함하는 큐벳.
제 1 항에 있어서,
상기 관통구멍은, 모세관력에 의해 폐쇄되고, 부가압력에 의해 개방되는 밸브 기능을 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 큐벳.
제 1 항에 있어서,
상기 관통구멍은, 상기 용기에 담겨진 시료용액에 작용하는 중력보다 상기 시료용액과 상기 관통구멍의 내측면 사이에 작용하는 표면장력이 같거나 더 크도록 구성되는 것을 특징으로 하는 큐벳.
제 1 항에 있어서,
상기 주입구와 관통 구멍은,

의 조건을 만족하도록 형성되는 큐벳.
이 때, w₁는 상단부 주입구의 폭, h₁는 상단부 주입구의 두께, w₂는 관통구멍의 폭, h₂는 관통구멍의 두께, ρ는 액체의 밀도, g는 중력 가속도이고, H는 액체가 이루는 중력방향의 높이 차이이다.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 내부 공간에 이어지고 상기 제1 내부 공간보다 작은 제2 내부 공간을 형성하는 중간부를 더 포함하고,
상기 하단부의 관통 구멍은 상기 제2 내부 공간에 이어지고 상기 제2 내부 공간의 횡단면보다 좁은 면적의 횡단면을 갖는 큐벳.
제 5 항에 있어서,
상기 중간부에 형성되는 상기 제2 내부 공간은,
측정하는 빛의 경로 방향으로 설정되며, 상기 빛이 투과하는 최소 깊이 이상으로 설정되는 두께(L)를 가지고,
상기 빛의 스팟 사이즈보다 적어도 더 크게 설정되는 폭(W)을 만족하여 형성되는 큐벳.
제 6 항에 있어서,
상기 제2 내부 공간의 폭은 센서의 폭보다 더 크게 형성되는 큐벳.
제 5 항에 있어서,
상기 상단부와 상기 중간부를 일체로 형성하는 바디(body)부와,
상기 하단부를 형성하는 관통 구멍부를 서로 결합하여 형성되는 큐벳.
제 8 항에 있어서,
상기 관통 구멍부는 비습성(non-wetting)재로 형성되는 큐벳.
제 1 항에 있어서,
상기 관통 구멍은 상기 하단부의 횡단면이 사각형 또는 원형으로 형성되는 큐벳.
제 1 항에 있어서,
상기 관통 구멍은 복수 개로 형성되는 큐벳.
제 1 항에 있어서,
상기 관통 구멍은 상기 하단부의 횡단면이 슬릿 형상으로 형성되는 큐벳.
제 1 항에 있어서,
상기 관통 구멍은 내측면이 굴곡지게 형성되거나 내측면에 미세 구조물이 형성되는 큐벳.
제 1 항에 있어서,
상기 관통 구멍은 내측면에 형성되는 비습성(non-wetting) 코팅층을 더 포함하는 큐벳.
제 1 항에 있어서,
상기 하단부는,
상기 관통 구멍에 연결되는 홈을 더 구비하는 큐벳.
제 15 항에 있어서,
상기 홈은,
상기 관통 구멍에 수직하는 방향으로 형성되어 연결되는 큐벳.
제14 항에 있어서,
상기 홈은,
상기 관통 구멍의 전체 길이에 대하여 하나 또는 복수로 형성되는 큐벳.