KR20110090672A - 미소입자 검출 장치 및 미소입자 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

미소입자 검출 장치는 미소 유로 및 검출부를 포함한다. 상기 미소 유로는 미소입자를 포함하는 유체의 흐름을 위한 공간을 제공하며, 상기 유체의 흐름 방향을 따라 변화하는 단면적을 갖는 가변 감지 구역을 구비한다. 상기 검출부는 상기 미소 유로에 배치되어 상기 가변 감지 구역에 전기장을 인가하고, 상기 미소입자가 상기 가변 감지 구역을 통과할 때 상기 미소입자의 크기를 나타내는 전기 신호를 측정한다.

Description

미소입자 검출 장치 및 미소입자 검출 방법{Sensor and sensing method thereby for particle size or number}
본 발명은 미소입자 검출 장치 및 미소입자 검출 방법에 관한 것으로, 특히 유체 내의 미소입자를 계수하고 상기 미소입자의 크기를 측정할 수 있는 미소입자 검출 장치 및 이를 이용한 미소입자 검출 방법에 관한 것이다.
미소입자를 계수하고 상기 미소입자의 크기를 측정하는 것은 일반적인 생물학, 식품, 환경 분야에서 주로 수행되는 실험 중 하나이다. 특히, 의료 분야에서의 입자 계수 및 크기 측정은 혈액 내의 적혈구나 백혈구의 크기나 숫자를 통해 환장의 건강 상태를 파악하는 방법으로서 매우 중요하게 이용되고 있다. 현재 많이 사용되고 있는 미소입자의 계수기로는 쿨터 계수기(Coulter counter)가 있다.
쿨터 계수기는 미국특허공보 제4,030,888호 및 미국특허공보 제4,307,339호에 개시되어 있다. 쿨터 계수기의 측정 원리는 미소입자와 버퍼의 전기 전도율 차이에 의해 발생되는 저항의 변화를 통해 미소입자의 크기를 전기 신호의 크기로 측정한다. 그러나, 이러한 방식은 상기 미소입자가 미소 유로 내에 지나가는 위치에 따라 신호의 크기가 달라지거나 큰 노이즈가 발생되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 미소입자의 크기를 보다 정확하게 측정할 수 있는 미소입자 검출 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상술한 미소입자 검출 장치를 이용하여 미소입자의 크기를 측정할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 미소입자 검출 장치는 미소 유로 및 검출부를 포함한다. 상기 미소 유로는 미소입자를 포함하는 유체의 흐름을 위한 공간을 제공하며, 상기 유체의 흐름 방향을 따라 변화하는 단면적을 갖는 가변 감지 구역을 구비한다. 상기 검출부는 상기 미소 유로에 배치되어 상기 가변 감지 구역에 전기장을 인가하고, 상기 미소입자가 상기 가변 감지 구역을 통과할 때 상기 미소입자의 크기를 나타내는 전기 신호를 측정한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가변 감지 구역의 단면적은 이산적으로 증가 또는 감소할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 가변 감지 구역의 단면적은 연속적으로 증가 또는 감소할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 검출부는 상기 가변 감지 구역의 유입부와 유출부에 각각 배치되는 한 쌍의 전극들을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 검출부는 상기 가변 감지 구역 내에 배치되는 적어도 하나의 전극을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 검출부에 측정된 상기 전기 신호의 폭은 상기 미소입자의 크기를 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가변 감지 구역은 제1 직경을 갖는 제1 구간 및 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는 제2 구간을 포함할 수 있다. 제1 크기를 갖는 제1 미소입자는 상기 제1 구간을 통과할 때 상기 검출부에 의해 검출되고, 상기 제1 크기보다 큰 제2 크기를 갖는 제2 미소입자는 상기 제1 및 제2 구간들을 통과할 때 상기 검출부에 의해 검출될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 미소입자 검출 장치는 상기 미소 유로에 형성되어 상기 가변 감지 구역의 단면적들을 변화시키기 위한 구동부를 더 포함할 수 있다.
이 경우에 있어서, 상기 구동부는 상기 미소 유로의 일측 벽면을 구성하는 가변형 박막 및 상기 가변형 박막을 변형시켜 상기 가변 감지 구역의 상기 단면적들을 제어하기 위한 가압부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 미소입자 검출 장치는 상기 미소 유로에 유체 연결되며 소정의 유효 체적을 갖는 챔버를 더 포함할 수 있고, 상기 검출부에 의해 계수된 미소입자들의 수를 이용하여 상기 챔버 내로 유입된 미소입자의 농도를 측정할 수 있다.
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 미소입자 검출 방법에 있어서, 변화하는 단면적을 갖는 가변 감지 구역이 형성된 미소 유로를 마련한다. 상기 가변 감지 구역에 배치된 한 쌍의 전극들을 가로지르는 전기장을 형성한다. 미소입자를 포함하는 유체를 상기 미소 유로의 상기 가변 감지 구역을 통과시킨다. 상기 미소입자가 상기 가변 감지 구역을 통과할 때 상기 미소입자의 크기를 나타내는 전기 신호를 측정한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가변 감지 구역은 상기 유체의 흐름 방향을 따라 이산적으로 변화하는 가변적 단면 형상들을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 가변 감지 구역은 상기 유체의 흐름 방향을 따라 연속적으로 변화하는 가변적 단면 형상들을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전기 신호를 측정하는 단계는 상기 미소입자가 상기 가변 감지 구역을 통과할 때 시간 경과에 따른 상기 전기 신호의 폭을 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가변 감지 구역은 서로 다른 직경 범위를 갖는 복수의 구간들을 포함하고, 상기 미소입자의 크기에 따라 상기 전기 신호가 검출되는 구간들이 결정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 미소입자 검출 방법은 상기 미소 유로의 일측 벽면을 변형시켜 상기 가변 감지 구역의 단면적들을 변화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 미소입자 검출 방법은 상기 미소 유로에 유체 연결되며 소정의 유효 체적을 갖는 챔버를 마련하는 단계, 상기 가변 감지 구역을 통과하여 상기 챔버 내로 유입된 미소입자들을 계수하는 단계 및 상기 계수된 미소입자들의 수를 이용하여 상기 챔버 내로 유입된 미소입자의 농도를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 미소입자 처리 장치는 변화하는 단면적을 갖는 가변 감지 구역이 형성된 미소 유로 및 상기 가변 감지 구역의 저항 변화를 측정하는 검출부를 포함한다.
따라서, 미소입자가 상기 가변 감지 구역을 통과할 때 상기 미소입자의 크기에 따라 전기 신호의 폭이 변화하는 것을 이용하여 보다 정확하게 상기 미소입자의 크기를 측정하고 계수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미소입자 검출 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 나타내는 확대 사시도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 도 1의 A 부분을 나타내는 확대 평면도이다.
도 5a 및 도 5b는 제1 크기를 갖는 미소입자 검출 방법을 나타내는 도면들이다.
도 6a 및 도 6b는 제2 크기를 갖는 미소입자 검출 방법을 나타내는 도면들이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미소입자 검출 장치를 나타내는 평면도들이다.
도 8a 및 도 8b는 제1 크기를 갖는 미소입자 검출 방법을 나타내는 도면들이다.
도 9a 및 도 9b는 제2 크기를 갖는 미소입자 검출 방법을 나타내는 도면들이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 검출 장치를 나타내는 평면도이다.
도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 12a 및 도 12b는 도 10의 가변 감지 구역의 단면적을 제어하기 위한 동작을 나타내는 도면들이다.
도 13a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 검출 장치를 나타내는 평면도이다.
도 13b는 도 13a의 가변 감지 구역을 통과하는 미소입자에 의한 검출 신호를 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 검출 장치를 나타내는 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 미소입자 검출 장치 및 미소입자 검출 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "~사이에"와 "직접 ~사이에"또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미소입자 검출 장치를 나타내는 평면도이며, 도 2는 도 1의 A 부분을 나타내는 확대 사시도이고, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ' 라인을 따라 절단한 단면도이며, 도 4는 도 1의 A 부분을 나타내는 확대 평면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 미소입자 검출 장치(10)는 미소 유로(200) 및 미소 유로(200)에 배치되는 검출부(300)를 포함한다. 미소 유로(200)는 미소입자를 포함하는 유체의 흐름을 위한 공간을 제공한다. 검출부(300)는 미소 유로(200)를 통과하는 유체 내의 미소입자를 검출하여 상기 미소입자의 개수 및 크기를 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 미소 유로(200)는 제1 포트(120) 및 제2 포트(122) 사이에 형성될 수 있다. 제1 포트(120)는 미소 유로(200)의 일측부에 구비되고, 제2 포트(122)는 미소 유로(200)의 타측부에 구비될 수 있다. 따라서, 유체는 제1 포트(120)로부터 미소 유로(200)를 거쳐 제2 포트(122)로 이동할 수 있다.
제1 포트(120)는 미소 유로(200)와 유체 연결되고 제2 포트(122)는 미소 유로(300)와 유체 연결될 수 있다. 예를 들면, 미소입자를 포함한 유체는 제1 포트(120)로 유입되고, 상기 유체는 미소 유로(200)를 지나 제2 포트(122)로 유입될 수 있다. 또한, 유체 공급 요소(도시되지 않음)가 제1 포트(120)에 연결되어 상기 유체를 미소 유로(200) 내로 공급할 수 있다. 따라서, 상기 유체 공급 요소는 상기 유체가 미소 유로(200)를 일정한 유속으로 흐를 수 있도록 제어할 수 있다.
예를 들면, 상기 유체는 생물학적 입자들을 포함하는 전해 용액일 수 있다. 상기 생물학적 입자들의 예로서는, 적혈구, 백혈구, 세포, 박테리아, 바이러스 등을 들 수 있다.
상기 유체 공급 요소는 미소 유로(200) 내의 유체의 흐름을 위한 유체동역학적 유압을 유도할 수 있다. 예를 들면, 상기 유체 공급 요소는 기계적 원리들(외부 주사기 펌프들, 공압 멤브레인 펌프들, 진동 멤브레인 펌프들, 진공 장치, 원심력 및 모세관 작용), 전기 또는 자기적 원리들(전기 유체 역학 펌프 및 자기 유체 역학 펌프), 열역학적 원리들 등에 기초하여 동작할 수 있다.
또한, 상기 유체 공급 요소는 상기 유체 샘플의 양측에 층을 이루는 버퍼 유체들(sheath flows)을 상기 유체 샘플과 함께 공급함으로써 유체 샘플의 균일한 미세 흐름을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 미소 유로(200)와 제1 및 제2 포트들(120, 122)은 포토리소그래피, 결정 구조의 성장 및 에칭을 포함하는 반도체 제조 공정들에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 미소 유로(200)와 제1 및 제2 포트들(120, 122)은 폴리머 물질, 무기 물질 등을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 폴리머 물질의 예로서는, PDMS(polydimethylsiloxane), PMMA(polymethylmethacrlyate) 등을 들 수 있다. 상기 무기 재료의 예로서는, 유리, 석영, 실리콘 등을 들 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 트렌치가 형성된 제1 기판(110) 상에 제2 기판(114)이 형성되어 미소 유로(200)를 형성할 수 있다. 상기 트렌치의 마주하는 제1 및 제2 측벽들(112a, 112b)은 미소 유로(200)의 가변 감지 구역(210)을 형성할 수 있다. 유체가 통과하는 미소 유로(200)의 단면적은 상기 트렌치의 마주하는 제1 및 제2 측벽들(112a, 112b) 사이의 거리에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 미소 유로(200)에는 가변 감지 구역(210)이 형성될 수 있다. 가변 감지 구역(210)은 상기 유체의 흐름 방향을 따라 변화하는 단면적을 가질 수 있다. 가변 감지 구역(210)의 변화하는 단면적들은 상기 트렌치의 마주하는 제1 및 제2 측벽들(112a, 112b) 사이의 거리에 의해 결정될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 가변 감지 구역(210)은 서로 다른 직경 범위를 갖는 복수의 구간들(S1, S2, S3)을 포함할 수 있다. 가변 감지 구역(210)은 제1 구간(S1), 제2 구간(S2) 및 제3 구간(S3)을 포함할 수 있다. 미소입자를 포함하는 유체는 순차적으로 제3 구간(S3), 제2 구간(S2) 및 제1 구간(S1)을 통과하고, 이어서 제2 구간(S2) 및 제3 구간(S3)을 통과하여 미소 유로(200)의 가변 감지 구역(210)을 빠져나갈 수 있다.
구체적으로, 제1 구간(S1)은 제1 직경(D1), 즉 제1 단면적을 가질 수 있다. 제2 구간(S2)은 제2 직경(D2), 즉 제2 단면적을 가질 수 있다. 제3 구간은 제3 직경(S3), 즉 제3 단면적을 가질 수 있다. 제2 직경(D2)은 제1 직경(D1)보다 크고, 제3 직경(D3)은 제2 직경(D2)보다 클 수 있다. 따라서, 제1 구간(S1)의 단면적은 제2 구간(S2)의 단면적보다 작고, 제2 구간(S2)의 단면적은 제3 구간(S3)의 단면적보다 작을 수 있다.
이에 따라, 가변 감지 구역(210)은 미소 유로(200) 내의 상기 유체의 흐름 방향을 따라 이산적으로 변화하는 가변적 단면 형상들을 가질 수 있다. 또한, 가변 감지 구역(210)의 단면적은 상기 유체의 흐름 방향을 따라 점차적으로 감소하다가 다시 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 검출부(300)는 가변 감지 구역(210)에 전기장을 인가하기 위한 전극들 및 상기 유체가 가변 감지 구역(210)을 통과할 때 가변 감지 구역(210) 내의 전기 신호를 측정하기 위한 전극들을 포함할 수 있다.
검출부(300)는 가변 감지 구역(210) 내의 전기 신호를 측정하기 위한 한 쌍의 전극들(310a, 310b)을 포함할 수 있다. 한 쌍의 전극들(310a, 310b)은 가변 감지 구역(210)에 전기장을 인가하고, 상기 미소입자가 가변 감지 구역(210)을 통과할 때 상기 미소입자의 크기를 나타내는 가변 감지 구역(210)의 저항 변화를 전기 신호로 측정할 수 있다.
이와 다르게, 한 쌍의 전극들(도시되지 않음)은 제1 포트(120)와 제2 포트(122)에 각각 배치되어 미소 유로(200)의 가변 감지 구역(210)에 전기장을 형성하고, 한 쌍의 전극들(310a, 310b)은 가변 감지 구역(210)의 유입부와 유출부에 각각 배치되어 상기 미소입자가 가변 감지 구역(210)을 통과할 때 상기 미소입자의 크기를 나타내는 가변 감지 구역(210)의 저항 변화를 전기 신호를 측정할 수 있다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 한 쌍의 전극들(310a, 310b)은 가변 감지 구역(210)의 유입부와 유출부에 각각 배치될 수 있다. 이와 다르게, 검출부(300)의 한 쌍의 전극들(310a, 310b)은 가변 감지 구역(210)을 형성하는 미소 유로(200)의 양측벽들(112a, 112b)을 따라 각각 배치되어 상기 미소입자의 크기를 나타내는 전기 신호를 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 검출부(300)는 한 쌍의 전극들(310a, 310b)에 전기적으로 연결된 측정기(320)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 측정기(320)는 전류계 또는 전압계일 수 있다.
이온화된 유체 내에 부유되어 있는 미소입자는 전기 이동(electrophoresis)에 의해 미소 유로(200)의 가변 감지 구역(210)을 통해 이동하게 된다. 상기 미소입자가 가변 감지 구역(210) 내로 들어오면, 상기 미소입자는 유전체로 작용하여 가변 감지 구역(210) 내의 전기장은 변화하게 된다. 즉, 가변 감지 구역(210) 내의 저항은 상기 미소입자에 의해 더 커지게 된다. 측정기(320)는 가변 감지 구역(210) 내의 상기 저항의 변화를 일정한 전기 신호의 폭으로 변환하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 검출부(300)의 측정기(320)는 상기 미소입자의 크기에 따라 특정한 전기 신호의 폭을 나타낼 수 있다. 상기 미소입자의 크기는 검출이 일어나기 위하여 사용되는 가변 감지 구역(210)의 복수의 구간들 중 특정 구간의 단면적에 대응될 수 있다.
예를 들면, 제1 크기를 갖는 미소입자는 제1 구간(S1)을 통과할 때, 검출부(300)에 의해 검출될 수 있다. 상기 제1 크기보다 더 큰 제2 크기를 갖는 미소입자는 제1 및 제2 구간들(S1, S2)을 통과할 때, 검출부(300)에 의해 검출될 수 있다.
따라서, 상기 제1 크기의 미소입자는 검출부(300)에 의해 제1 폭을 갖는 전기 신호로 변환될 수 있다. 상기 제2 크기의 미소입자는 검출부(300)에 의해 상기 제1 폭보다 더 큰 제2 폭을 갖는 전기 신호로 변환될 수 있다.
이에 따라, 상대적으로 큰 크기의 미소입자는 가변 감지 구역(210) 내에서 상대적으로 넓은 단면적을 갖는 구간을 통과할 때 검출될 수 있다. 한편, 상대적으로 작은 크기의 미소입자는 가변 감지 구역(210) 내에서 상대적으로 작은 단면적을 갖는 구간을 통과할 때 검출될 수 있다.
미소입자의 크기가 크면 클수록 검출되는 전기 신호의 폭은 더 넓어지게 된다. 따라서, 미소입자가 변화하는 단면적을 갖는 가변 감지 구역(210)을 통과할 때 전기 신호의 크기와 폭을 다중 측정함으로써, 미소입자를 계수할 수 있을 뿐만 아니라 상기 미소입자의 크기까지 측정할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가변 감지 구역(210)은 이산적으로 변화하는 가변적 단면 형상들을 가질 수 있다. 따라서, 가변 감지 구역(210)의 복수의 구간들의 수만큼의 서로 다른 폭들을 갖는 전기 신호들을 검출하여 상기 미소입자의 크기를 측정할 수 있게 된다.
이하에서는, 도 1의 미소입자 검출 장치를 이용하여 유체 내의 미소입자를 검출하고 상기 미소입자의 크기를 측정하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 5a 및 도 5b는 제1 크기를 갖는 미소입자 검출 방법을 나타내는 도면들이다. 도 5b는 도 5a의 가변 감지 구역을 통과하는 상기 미소입자에 의한 검출 신호를 나타내는 그래프이다.
도 5a를 참조하면, 변화하는 단면적을 갖는 가변 감지 구역(210)이 형성된 미소 유로를 마련한다. 가변 감지 구역(210)의 유입부 및 유출부에 각각 배치된 한 쌍의 전극들(310a, 310b)을 가로지르는 전기장을 상기 배치된 전극들(310a, 310b) 또는 외부 유체 유입 포트에 있는 별도 전극들을 이용하여 형성한다.
이어서, 미소입자(T1)를 포함하는 유체는 상기 미소 유로의 가변 감지 구역(210)을 통과한다. 상기 유체는 제1 포트(120, 도 1 참조)로부터 제2 포트(122, 도 1 참조)를 향하여 흐를 수 있다. 이 때, 미소입자(T1)는 제1 직경(d1)을 가질 수 있다. 이 후, 미소입자(T1)가 가변 감지 구역(210)을 통과할 때 미소입자(T1)의 크기를 나타내는 전기 신호를 측정한다.
도 5b를 참조하면, 검출부는 미소입자(T1)가 가변 감지 구역(210)을 통과할 때 시간 경과에 따른 전기 신호의 폭을 측정할 수 있다. 예를 들면, 상기 검출부는 한 쌍의 전극들(310a, 310b) 사이의 전압을 측정할 수 있다.
제1 직경(d1)을 갖는 미소입자(T1)가 가변 감지 구역(210)의 제1 구간(S1)을 통과할 때, 상기 검출부는 미소입자(T1)에 의한 저항 변화를 검출할 수 있다. 미소입자(T1)는 제1 직경을 갖는 제1 구간(S1)을 통과하는 시간(t2-t1) 동안 상기 검출부에 의해 검출될 수 있다. 따라서, 제1 직경(d1)의 미소입자(T1)는 상기 검출부에 의해 제1 폭을 갖는 전기 신호로 변환될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 제2 크기를 갖는 미소입자 검출 방법을 나타내는 도면들이다. 도 6b는 도 6a의 가변 감지 구역을 통과하는 상기 미소입자에 의한 검출 신호를 나타내는 그래프이다.
도 6a를 참조하면, 미소입자(T2)를 포함하는 유체는 상기 미소 유로의 가변 감지 구역(210)을 통과한다. 이 때, 미소입자(T2)는 도 5a의 미소입자(T1)의 제1 직경(d1)보다 큰 제2 직경(d2)을 가질 수 있다. 이어서, 미소입자(T2)가 가변 감지 구역(210)을 통과할 때 미소입자(T2)의 크기를 나타내는 전기 신호를 측정한다.
도 6b를 참조하면, 검출부는 미소입자(T2)가 가변 감지 구역(210)을 통과할 때 시간 경과에 따른 전기 신호의 폭을 측정할 수 있다. 예를 들면, 상기 검출부는 한 쌍의 전극들(310a, 310b) 사이의 전압을 측정할 수 있다.
제2 직경(d2)을 갖는 미소입자(T2)가 가변 감지 구역(210)의 제1 및 제2 구간들(S1, S2)을 통과할 때, 상기 검출부는 미소입자(T2)에 의한 저항 변화를 검출할 수 있다. 미소입자(T2)는 제2 직경을 갖는 제2 구간(S2), 상기 제2 직경보다 작은 제1 직경을 갖는 제1 구간(S1) 및 상기 제2 직경을 갖는 제2 구간(S2)을 통과하는 시간(t4-t3) 동안 상기 검출부에 의해 검출될 수 있다. 따라서, 제2 직경(d2)의 미소입자(T2)는 상기 검출부에 의해 제2 폭을 갖는 전기 신호로 변환될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가변 감지 구역(210)은 이산적으로 변화하는 가변적 단면 형상들을 가질 수 있다. 따라서, 가변 감지 구역(210)은 서로 다른 직경 범위를 갖는 복수의 구간들을 포함하고, 상기 미소입자의 크기에 따라 상기 전기 신호가 검출되는 구간들이 결정될 수 있다. 이에 따라, 가변 감지 구역(210)의 복수의 구간들의 수만큼의 서로 다른 폭들을 갖는 전기 신호들을 검출하여 미소입자의 크기를 측정할 수 있게 된다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미소입자 검출 장치를 나타내는 평면도들이다. 본 실시예에 따른 미소입자 검출 장치는 가변 감지 구역을 제외하고는 도 1의 실시예의 미소입자 검출 장치와 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 미소입자 검출 장치는 연속적으로 변화하는 가변적 단면 형상들을 갖는 가변 감지 구역(212, 214)을 포함할 수 있다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 가변 감지 구역(212)의 일측벽은 직선 형상을 가질 수 있다. 따라서, 가변 감지 구역(212)의 단면적은 유체의 흐름 방향을 따라 선형적으로 감소하다가 다시 증가할 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 가변 감지 구역(214)의 일측벽은 곡선 형상을 가질 수 있다. 따라서, 가변 감지 구역(214)의 단면적은 유체의 흐름 방향을 따라 비선형적으로 감소하다가 다시 증가할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 미소입자 검출 장치를 이용하여 유체 내의 미소입자를 검출하고 상기 미소입자의 크기를 측정하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 8a 및 도 8b는 제1 크기를 갖는 미소입자 검출 방법을 나타내는 도면들이다. 도 8b는 도 8a의 가변 감지 구역을 통과하는 상기 미소입자에 의한 검출 신호를 나타내는 그래프이다.
도 8a를 참조하면, 미소입자(T1)를 포함하는 유체는 상기 미소 유로의 가변 감지 구역(212)을 통과한다. 이 때, 미소입자(T1)는 제1 직경(d1)을 가질 수 있다. 이어서, 미소입자(T1)가 가변 감지 구역(212)을 통과할 때 미소입자(T1)의 크기를 나타내는 전기 신호를 측정한다.
도 8b를 참조하면, 검출부는 미소입자(T1)가 가변 감지 구역(212)을 통과할 때 시간 경과에 따른 전기 신호의 폭을 측정할 수 있다. 예를 들면, 상기 검출부는 한 쌍의 전극들(310a, 310b) 사이의 전압을 측정할 수 있다.
제1 직경(d1)을 갖는 미소입자(T1)가 가변 감지 구역(212)의 제1 구간(S1)을 통과할 때, 상기 검출부는 미소입자(T1)에 의한 저항 변화를 검출할 수 있다. 제1 구간(S1)은 미소입자(T1)의 직경보다 크고 제1 직경(D1) 이하의 직경을 가질 수 있다. 미소입자(T1)는 제1 직경(D1) 이하의 직경을 갖는 제1 구간(S1)을 통과하는 시간(t2-t1) 동안 상기 검출부에 의해 검출될 수 있다. 따라서, 제1 직경(d1)의 미소입자(T1)는 상기 검출부에 의해 제1 폭을 갖는 전기 신호로 변환될 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 제2 크기를 갖는 미소입자 검출 방법을 나타내는 도면들이다. 도 9b는 도 9a의 가변 감지 구역을 통과하는 상기 미소입자에 의한 검출 신호를 나타내는 그래프이다.
도 9a를 참조하면, 미소입자(T2)를 포함하는 유체는 상기 미소 유로의 가변 감지 구역(212)을 통과한다. 이 때, 미소입자(T2)는 제2 직경(d2)을 가질 수 있다. 이어서, 미소입자(T2)가 가변 감지 구역(212)을 통과할 때 미소입자(T2)의 크기를 나타내는 전기 신호를 측정한다.
도 9b를 참조하면, 검출부는 미소입자(T2)가 가변 감지 구역(212)을 통과할 때 시간 경과에 따른 전기 신호의 폭을 측정할 수 있다. 예를 들면, 상기 검출부는 한 쌍의 전극들(310a, 310b) 사이의 전압을 측정할 수 있다.
제2 직경(d2)을 갖는 미소입자(T2)가 가변 감지 구역(212)의 제1 및 제2 구간들(S1, S2)을 통과할 때, 상기 검출부는 미소입자(T2)에 의한 저항 변화를 검출할 수 있다. 제2 구간(S2)은 제1 구간(S1)의 제1 직경(D1)보다 크고 제2 직경(D2) 이하의 직경을 가질 수 있다. 미소입자(T2)는 제1 및 제2 구간들(S1, S2)을 통과하는 시간(t4-t3) 동안 상기 검출부에 의해 검출될 수 있다. 따라서, 제2 직경(d2)의 미소입자(T2)는 상기 검출부에 의해 제2 폭을 갖는 전기 신호로 변환될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 가변 감지 구역(212)은 연속적으로 변화하는 가변적 단면 형상들을 가질 수 있다. 따라서, 가변 감지 구역(212)은 서로 다른 직경 범위를 갖는 연속적인 구간들을 포함하고, 상기 미소입자의 크기에 따라 상기 전기 신호가 검출되는 구간들이 결정될 수 있다. 이에 따라, 가변 감지 구역(212)의 연속적인 구간들에 대응하는 서로 다른 폭들을 갖는 전기 신호들을 검출하여 상기 미소입자의 크기를 더욱 정확하게 측정할 수 있게 된다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 검출 장치를 나타내는 평면도이고, 도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 본 실시예에 따른 미소입자 검출 장치는 가변 감지 구역의 단면적들을 변화시키기 위한 구동부를 제외하고는 도 1의 실시예의 미소입자 검출 장치와 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 검출 장치는 미소 유로에 형성되어 가변 감지 구역(210)의 단면적들을 변화시키기 위한 구동부(400)를 더 포함할 수 있다. 구동부(400)는 가변 감지 구역(210)의 일측벽면을 구성하는 가변형 박막(410) 및 가변형 박막(410)을 구동시키기 위한 가압부(420)를 포함할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 가변형 박막들(410a, 410b)은 제1 기판(110)의 트렌치 내에 각각 형성되고 가변형 박막들(410a, 410b) 상에 제2 기판(120)이 형성되어 가변 감지 구역(210)의 양측벽들을 구성할 수 있다. 가압부(420a, 420b)는 가변형 박막(410a, 410b)과 상기 트렌치의 내벽들 사이에 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 가변형 박막은 PDMS를 이용하여 형성될 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 도 10의 가변 감지 구역의 단면적을 제어하기 위한 동작을 나타내는 도면들이다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 가압부(420a, 420b)는 외부의 공압 라인(도시되지 않음)과 연결될 수 있다. 상기 공압 라인을 통해 가압부(420a, 420b)에 공압이 충진될 때, 가변형 박막(410a, 410b)은 상기 공압에 의해 상기 트렌치의 중심부를 향하여 변형되어 가변 감지 구역(210)의 단면적이 제어할 수 있다.
따라서, 구동부(400)는 공압과 같은 외력에 의해 가변 감지 구역(210)의 단면적들을 정의할 수 있다. 이에 따라, 가변 감지 구역(210)의 단면적을 외력에 의해 변화시킴으로써, 미소입자의 측정 범위나 측정 분해능을 조절할 수 있게 된다.
도 13a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 검출 장치를 나타내는 평면도이고, 도 13b는 도 13a의 가변 감지 구역을 통과하는 미소입자에 의한 검출 신호를 나타내는 그래프이다. 본 실시예에 따른 미소입자 검출 장치는 가변 감지 구역의 전기장을 측정하기 위한 전극들을 제외하고는 도 1의 실시예의 미소입자 검출 장치와 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 13a를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 검출 장치의 검출부는 가변 감지 구역(210)의 유입부와 유출부에 각각 배치되는 한 쌍의 전극들(310a, 310b) 및 가변 감지 구역(210) 내에 배치되는 적어도 하나의 전극(310c)을 포함할 수 있다. 전극(310c)은 한 쌍의 전극들(310a, 310b)의 연장 방향들과 동일한 방향으로 연장 형성될 수 있다. 전극(310c)은 가변 감지 구역(210) 내에서 한 쌍의 전극들(310a, 310b) 사이에 배치될 수 있다.
예를 들면, 전극(310c)은 가변 감지 구역(210)의 제1 구간(S1) 내에 배치될 수 있다. 따라서, 검출부는 가변 감지 구역(210)의 유입부에 배치된 전극(310a)과 제1 구간(S1)에 배치된 전극(310c) 사이의 제1 전압 및 제1 구간(S1)에 배치된 전극(310c)과 가변 감지 구역(210)의 유출부에 배치된 전극(310c) 사이의 제2 전압을 측정할 수 있다.
도 13b를 참조하면, 상기 검출부는 미소입자가 가변 감지 구역(210)을 통과할 때 시간 경과에 따른 전기 신호의 폭을 측정할 수 있다.
예를 들면, 상기 검출부의 전극들(310a, 310c)은 상기 미소입자가 가변 감지 구역(210)의 제2 및 제1 구간들(S2, S1)을 통과하는 시간(t2-t1) 동안 상기 미소입자에 의한 저항 변화를 검출할 수 있다. 또한, 상기 검출부의 전극들(310c, 310b)은 상기 미소입자가 가변 감지 구역(210)의 제1 및 제2 구간들(S1, S2)을 통과하는 시간(t4-t3) 동안 상기 미소입자에 의한 저항 변화를 검출할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 검출부는 가변 감지 구역(210) 내에 배치되는 적어도 하나의 전극(310c)을 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 검출부는 가변 감지 구역(210)의 서로 다른 구간들에서 전기 신호들을 측정 및 비교함으로써 측정 신호의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 가변 감지 구역(210)의 다른 구간들에서 측정된 전기 신호를 서로 비교 분석하여 미소입자의 크기뿐만 아니라 미소입자의 속도와 같은 정보를 획득할 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 검출 장치를 나타내는 평면도이다. 본 실시예에 따른 미소입자 검출 장치는 두 개의 가변 감지 구역들 사이에 배치된 유효 체적을 갖는 챔버를 제외하고는 도 1의 실시예의 미소입자 검출 장치와 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미소입자 검출 장치(500)는 제1 및 제2 계수기들(600, 800)과 제1 및 제2 계수기들(600, 800) 사이에 배치되는 소정의 유효 체적을 갖는 챔버(700)를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 계수기들은 도 1의 가변 감지 구역을 갖는 미소 유로 및 상기 미소 유로에 배치되는 검출부를 각각 포함할 수 있다.
예를 들면, 유체 내에 포함된 미소입자들은 제1 계수기를 통과한 후 제1 밸브(810)를 통해 챔버(700) 내로 들어올 수 있다. 챔버(700) 내의 상기 미소입자들 일부는 제2 밸브(820)를 통해 제2 계수기를 통과한 후 검출 장치(500)를 빠져나올 수 있다.
따라서, 미소입자 검출 장치(500)는 유효 체적을 갖는 챔버(700)로 들어오는 입자의 수와 나가는 입자의 수의 차이를 이용하여 챔버(700)의 일정 체적에 있는 미소입자의 농도를 계산할 수 있다. 또한, 미소입자 검출 장치(500)는 챔버(700)의 일정 체적 내의 특정 크기를 갖는 미소입자들의 농도를 계산할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 미소입자 검출 장치는, 종래의 방식과는 달리, 가변 감지 구역을 도입하여 미소입자의 크기를 전기 신호의 크기와 폭으로 다중 측정하여 상기 미소입자의 크기를 보다 정밀하게 측정할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10, 500 : 미소입자 검출 장치 110 : 제1 기판
114 : 제2 기판 120 : 제1 포트
122 : 제2 포트 200 : 미소 유로
210, 212, 214 : 가변 감지 구역 300 : 검출부
310a, 310b, 310c : 전극 320 : 측정기
400 : 구동부 410 : 가변형 박막
420 : 가압부 600, 800 : 계수기
700 : 챔버

Claims (11)

  1. 미소입자를 포함하는 유체의 흐름을 위한 공간을 제공하며, 상기 유체의 흐름 방향을 따라 변화하는 단면적을 갖는 가변 감지 구역이 형성된 미소 유로; 및
    상기 미소 유로에 배치되어 상기 가변 감지 구역에 전기장을 인가하고, 상기 미소입자가 상기 가변 감지 구역을 통과할 때 상기 미소입자의 크기를 나타내는 전기 신호를 측정하기 위한 검출부를 포함하는 미소입자 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가변 감지 구역의 단면적이 이산적으로 증가 또는 감소하는 것을 특징으로 하는 미소입자 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가변 감지 구역의 단면적이 연속적으로 증가 또는 감소하는 것을 특징으로 하는 미소입자 검출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 검출부는 상기 가변 감지 구역의 유입부와 유출부에 각각 배치되는 한 쌍의 전극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 검출 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 검출부는 상기 가변 감지 구역 내에 배치되는 적어도 하나의 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 검출 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 검출부에 측정된 상기 전기 신호의 폭은 상기 미소입자의 크기를 나타내는 것을 특징으로 하는 미소입자 검출 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 가변 감지 구역은 제1 직경을 갖는 제1 구간 및 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는 제2 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 검출 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 제1 크기를 갖는 제1 미소입자는 상기 제1 구간을 통과할 때 상기 검출부에 의해 검출되고, 상기 제1 크기보다 큰 제2 크기를 갖는 제2 미소입자는 상기 제1 및 제2 구간들을 통과할 때 상기 검출부에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 미소입자 검출 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 미소 유로에 형성되어 상기 가변 감지 구역의 단면적들을 변화시키기 위한 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 검출 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 구동부는
    상기 미소 유로의 일측 벽면을 구성하는 가변형 박막; 및
    상기 가변형 박막을 변형시켜 상기 가변 감지 구역의 상기 단면적들을 제어하기 위한 가압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소입자 검출 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 미소 유로에 유체 연결되며 소정의 유효 체적을 갖는 챔버를 더 포함하고,
    상기 검출부에 의해 계수된 미소입자들의 수를 이용하여 상기 챔버 내로 유입된 미소입자의 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 미소입자 검출 장치.
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