KR20170013906A - 체액 내의 성분을 검출하는 미세제조된 센서 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 체액 내의 성분을 검출하기 위한 미세제조된 센서(1)로서; 체액의 샘플을 수용하기 위한 인입 수단(2), 인입 수단으로부터 체액의 샘플을 수용하도록 인입 수단에 연결되는 유체 캐비티(6), 및 벽(14)에 의하여 한정되는 RF 공진 캐비티(13)를 포함하는, 센서에 관한 것이다. 벽들 중 적어도 하나는 유체 캐비티를 RF 공진 캐비티로부터 분리시키는 분리 벽(15)을 형성하고, 분리 벽은 유체 캐비티 내의 체액의 유전 특성이 RF 공진 캐비티의 전자기 특성에 영향을 주도록 구성된다.

Description

체액 내의 성분을 검출하는 미세제조된 센서 및 방법{A MICROFABRICATED SENSOR AND A METHOD OF DETECTING A COMPONENT IN BODILY FLUID}
본 발명은 체액 내의 성분의 레벨을 검출 또는 감지하는 미세제조된 센서 및 방법에 관한 것이다.
성분을 검출하거나 체액 내의 성분의 레벨을 감지할 필요가 있는 애플리케이션들이 여러 개 존재한다. 이것은, 예를 들어 질병을 진달하거나, 약물을 조절하거나, 인체 내의 원치않거나 불법인 물질을 검출하기 위한 것일 수 있다.
일 예로서, 포도당 모니터링은 특히 당뇨병이 있는 사람들에게는 매일 매일의 일상의 일부분이다. 정상 생활을 영위하기 위해서, 당뇨병 환자들은 신체 내의, 바람직하게는 작은 양의 체액 내의 포도당 레벨을 정확하고 빈번하게 측정해야 한다. 혈당 레벨을 결정하기 위한 가장 공통적인 방법은 일회용 포도당 테스트 스트립과 포도당 미터를 사용하는 것인데, 이에 대해서는 US 5951836 을 참조한다. 혈액을 추출하기 위해서, 랜싯(lancet)이 손가락을 찌르고, 혈액 방울이 스트립에 놓여진다. 이러한 포도당 테스트 스트립의 주된 단점은 랜싯을 사용해서 혈액을 뽑아낼 때의 통증과 피부 손상이다.
포도당 레벨을 측정하기 위한 다른 방법들이 종래 기술에서 제안되어 왔다. 주된 목표는 비-침습성 방법을 개발하는 것이다("The Pursuit of Noninvasive Glucose: Hunting the Deceitful Turkey", John L. Smith, Second edition 2011 참조). 측정 기법은 분광법, 광학법, 광 산란법, 호흡 및 경피(transdermal) 기법을 아우른다. 이러한 기법들은 주로 정확한 포도당 측정치를 얻기 어려운 점 때문에 성공적이지 않다. 그러나, 사이질액(ISF) 내의 포도당 레벨이 혈당 레벨과 아주 잘 상관된다는 것이 밝혀졌다(Suresh 등 "Comparison of glucose concentration in interstitial fluid, and capillary and venous blood during rapid changes in blood glucose levels", Vol 3, No 3, 2001, Diabetes Technology and Therepeutics).
바늘의 크기를 감소시켜서 불편함을 최소화하려고 미세제조기법(microfabrication)을 사용하는 것이, 약물의 경피성(transcutaneous) 전달에 대한 검사 분야에서 빠르게 발전하는 영역이다. 이러한 미세침은 ISF 경피를 추출하기 위해 개발되어 왔으며, US 7753888 을 참조한다.
본 발명의 목적은 체액 내의 성분을 신속하고 정확한 검출하기 위한 센서를 제공하는 것이다.
그러므로, 본 발명은 체액 내의 성분을 검출하기 위한 미세제조된 센서에 관련된다. 센서는 체액의 샘플을 수용하기 위한 인입 수단과 인입 수단으로부터 체액의 샘플을 수용하도록 인입 수단에 연결된 유체 캐비티를 포함한다. 센서는 RF 공진 캐비티로서 마이크로파 공진기를 포함한다. 마이크로파 공진기는 닫힌(또는 대략적으로 닫힌) 금속 구조 내에 전자기장을 구속하는 전자기 회로이다. 이러한 구조는 중공형이거나 유전 재료로 충진된다. 이것은 하나 또는 여러 공진 주파수에 의하여 특징지어진다. RF 공진 캐비티는 벽에 의하여 한정되고, 벽의 적어도 하나는 유체 캐비티를 RF 공진 캐비티로부터 분리시키는 분리 벽을 더 형성한다. 분리 벽은, 유체 캐비티 내의 체액의 유전 특성이 RF 공진 캐비티의 전자기 특성에 영향을 주도록 구성된다.
이를 통하여, 하나 또는 여러 개의 RF 캐비티 공진 모드의 동요(perturbation)를 이용하여 체액 내의 성분을 신속하고 정확하게 검출하는 센서가 제공된다. RF 캐비티와 연관된 공진 주파수는 캐비티 및 RF 캐비티 내에 또는 캐비티에 근접하게 도입된 임의의 유전 재료(예를 들어 가스, 액체 또는 고체 재료)의 치수의 함수이다. RF 캐비티 밖의 유전 재료와의 커플링은 용량성 또는 유도성 결합에 의하여 구현될 수 있다.
분리 벽은 멤브레인을 포함할 수 있다. 따라서, RF 공진 캐비티 및 유체 캐비티는 서로 근접하게 배치되어, RF 공진 캐비티의 전자기 특성에 대한 유체 캐비티의 특성의 양호한 커플링을 가능하게 할 수 있다.
RF 공진 캐비티의 벽은 적어도 부분적으로 금속화될 수 있지만, RF 커플링 영역은 분리 벽에 제공되어 유체 캐비티에 RF 공진 캐비티를 커플링할 수 있다. RF 커플링 영역은 분리 벽의 비-도전성 및/또는 비-금속화된 영역일 수 있다. 따라서, RF 공진 캐비티는 유체 캐비티 내에 채집된 임의의 체액에 전자기적으로 커플링될 수 있다.
RF 공진 캐비티는, 커플링 레벨과 그에 따른 체액 내의 성분에 대한 민감도가 관심 대상인 유체 내의 주어진 유전 손실에 대하여 최적화되는 방식으로 치수결정되고 설계될 수 있다. 유전 손실이 너무 크면, 체액으로의 커플이 감소되고, 그 결과 민감도가 감소한다.
유체 캐비티는 RF 공진 캐비티 내로 연장되는 부분을 포함할 수 있고, 분리 벽은 RF 공진 캐비티 내로 돌출되는 유체 캐비티의 부분을 한정하는 유전 재료의 벽을 포함할 수 있다.
따라서, 유체 캐비티의 부분 내의 체액의 유전 특성이 결정될 수 있다. 또한, RF 공진 캐비티와 유체 캐비티 사이에 다른 모드의 전자기 상호작용이 일어날 수 있다.
RF 공진 캐비티는 폭, 길이 및 높이를 가지는 직육면체 볼륨, 또는 높이 및 직경을 가지는 원통형 볼륨으로서 형성될 수 있다.
RF 공진 캐비티는 하나의 튜닝 포스트 또는 복수 개의 튜닝 포스트를 포함할 수 있다. 튜닝 포스트는 유전체 또는 금속화된 도전성 벽 모두로 형성될 수 있다.
따라서, RF 공진 캐비티의 공진 주파수가 튜닝될 수 있다. 이것은 캐비티를 소형화하기 위하여 RF 공진 캐비티의 공진 주파수를 낮추기 위해서 사용될 수 있다. RF 공진 캐비티 내에 하나의 튜닝 포스트 또는 복수 개의 튜닝 포스트를 제공함으로써, 더 작은 치수의 캐비티, 및 따라서 더 작은 풋프린트를 가지는 센서가 얻어질 수 있다. 배치(batch) 내에 제작된 센서의 개수가 증가될 수 있어서 각 센서의 가격을 낮출 수 있기 때문에, 미세제조된 디바이스에 대해서 이것은 아주 유리한 것이다.
튜닝 포스트는 직육면체, 정육면체 또는 원기둥일 수 있고, 따라서 폭, 길이 및 높이를 가진다. 튜닝 포스트는 RF 공진 캐비티, 또는 분리 벽 반대쪽의 캐비티의 벽의 중앙에 위치될 수 있다. 튜닝 포스트의 측방향 치수는, 통상적으로 RF 공진 캐비티의 측방향 치수의 약 20-70 %, 또는 약 60%의 길이 및 폭을 가질 수 있다.
하나의 튜닝 포스트 또는 복수 개의 튜닝 포스트는 분리 벽 근방에서 RF 공진 캐비티 내에 갭을 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서 튜닝 포스트의 높이는, 캐비티의 공진 거동을 튜닝하기 위하여 RF 공진 캐비티의 높이에 상대적으로 선택될 수 있다.
튜닝 포스트는 RF 공진 캐비티의 높이의 1-10 %, 통상적으로 RF 공진 캐비티의 높이의 2 %인 갭(튜닝 포스트의 일측과 RF 공진 캐비티 사이의 거리)을 제공하도록 치수결정될 수 있다. 갭이 더 작아지면 RF 공진 캐비티의 소형화가 더 잘 이루어질 수 있지만, Q 인자가 감소된다. Q-인자는 저장된 최대치 에너지와 공진기에서 소산된 에너지 사이의 비율이고, 한 주기 동안 공진 주파수에서 평가된다.
RF 공진 캐비티 내로 연장되는 유체 캐비티의 부분은 RF 공진 캐비티 내의 갭에 걸쳐 연장될 수 있다. 따라서, 이러한 부분 내의 유체는 RF 공진 캐비티의 공진에 영향을 줄 수 있다.
유체 캐비티의 치수는 100 μm 이상, 바람직하게는 200 μm 이상일 수 있다.
센서는 유체 캐비티로부터의 유체의 배수를 위해 유체 캐비티에 연결된 유체 출구 포트를 포함할 수 있다. 이에 의하여, 체액은 센서 내의 모세관 흡입을 이용하여 추출되고 이송될 수 있다.
유체 출구 포트는 튜닝 포스트를 통과해서 연장될 수 있다.
용량성 또는 유도성 결합에 의하여 전자기(RF) 에너지가 RF 공진 캐비티의 일단부에 도입되고 동일한 단부에서 제거될 수 있고, 또는 용량성 또는 유도성 결합에 의하여 전자기(RF) 에너지가 공진 캐비티의 일단부에 도입되고 공진 캐비티의 타단부로부터 제거될 수 있다. 이것은 공진 캐비티 내에 배치된 하나 이상의 커플링 슬롯을 통해 이루어질 수 있다.
센서는 RF 캐비티가 유체 캐비티로부터 실링오프되는 방식으로 구성될 수 있다. 그러면, 유체 캐비티 내의 체액은 RF 공진 캐비티에 용량성 또는 유도성으로 커플링될 수 있지만, RF 공진 캐비티로부터 분리된다.
인입 수단은 체액의 샘플을 추출하기 위한 적어도 하나의 중공 미세침, 바람직하게는 복수 개의 중공 미세침, 더 바람직하게는 10 개 내지 100 개의 미세침을 포함할 수 있다. 따라서, 사이질액(interstitial fluid; ISF) 또는 혈액과 같은 체액이 추출되고 환자의 불편함을 최소화시키면서 센서 안으로 도입될 수 있다.
적어도 하나의 미세침은 모세관 보어, 예를 들어 단일 모세관 보어를 포함할 수 있다. 따라서, 체액은 미세침, 유체 캐비티 및 유체 출구 포트를 통한 모세관 흡입을 이용하여 추출될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 흡입력이 유체 캐비티 또는 유체 출구 포트에 인가될 수 있다.
적어도 하나의 미세침에는 모세관 보어가 막히지 않게 차폐하기 위한 캡이 제공될 수 있고, 여기에서 모세관 보어로의 적어도 하나의 개구가 미세침의 측방향으로, 미세침의 축상 또는 길이의 연장에 수직으로 제공된다.
복수 개의 개구가 측방향으로, 미세침의 원주 주위에서 제공될 수 있다. 적어도 하나의 개구가 미세침의 길이 연장에 따라 대략 중간에 제공될 수 있다. 이를 통하여 체액의 추출이 쉬워지고, 막힐 위험성도 더욱 감소된다.
적어도 하나의 미세침의 모세관 보어에는 친수성 표면이 제공될 수 있다. 이를 통하여 체액의 모세관 흐름이 지원될 수 있다.
미세침은 미세침의 길이 방향에 따라 연장되는 복수 개의 절삭 요소를 포함할 수 있다. 이것으로 피부가 절단되고 개방되어 체액의 추출을 쉬워지게 할 수 있다.
적어도 하나의 미세침은 200-1000 μm, 바람직하게는 400-900 μm, 더 바람직하게는 500-600 μm의 길이와, 50-200 μm, 바람직하게는 80-150 μm의 외부 직경을 가질 수 있다. 이것에 의하여 미세침은 피부를 관통하고 체액을 추출하기에 적합한 치수를 가진다.
적어도 하나의 미세침은, 손가락의 끝을 지지하도록 치수가 결정된 프레임 구조에 의하여 적어도 부분적으로 둘러싸일 수 있다. 이를 통하여 손가락 끝의 피부가 지지되고 당겨져서, 적어도 하나의 미세침이 피부 내로 관통하기가 쉽게 만들 수 있다.
손가락의 끝을 지지하도록 치수가 결정된 프레임 구조는 적어도 하나의 미세침의 길이 방향에 따라 돌출되는 링형 구조 이고, 바람직하게는 1-5 mm, 더 바람직하게는 2-3 mm의 직경을 가진다.
센서는 체액 내의 포도당의 레벨을 검출하도록 구성될 수 있고, 즉 포도당 센서일 수 있다. 이를 통하여 체액 내의 포도당의 레벨을 신속하고 정확하게 검출할 수 있는 센서가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명은 환자의 체액 내의 성분을 검출하는 방법으로서,
본 명세서에서 개시되는 센서를 제공하는 단계;
상기 인입 수단에 체액의 샘플을 제공하는 단계;
상기 유체 캐비티 내에 유체 샘플을 수용하는 단계;
상기 RF 공진 캐비티를 RF 신호로 여기하고 RF 응답을 검출하여 RF 측정을 수행하는 단계; 및
수행된 RF 측정에 기초하여 상기 성분을 검출하는 단계를 포함하는, 성분 검출 방법에 관한 것이다.
성분을 검출하는 단계는, 상기 RF 캐비티 공진기 내의 하나의 또는 두 개의 포트 커플링 구조를 사용하는 발진기 회로에 기초할 수 있다. RF 측정은 필터 디자인 및 1 또는 2 포트 캐비티 공진기에 기초할 수 있다.
RF 측정은 공진기 판독 및 1 또는 2 포트 측정에 기초할 수 있다.
성분을 검출하는 단계는, 수행된 RF 측정에 기초하여 성분의 레벨을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
체액은 혈액 및/또는 사이질액(ISF)일 수 있다.
상기 성분은 포도당일 수 있다.
RF 측정은 디바이스의 소형화를 위하여, 2-50 GHz의 범위, 더 바람직하게는 8-20 GHz의 범위, 가장 바람직하게는 16-18 GHz의 범위에 있는 주파수에서 수행될 수 있다.
이제 첨부 도면을 참조하여 본 발명이 예시를 통하여 설명된다:
도 1 은 제 1 예에 따른 미세제조된 센서를 사시도로 도시한다.
도 2 는 제 1 예에 따른 미세제조된 센서를 단면도로 도시한다.
도 3 은 제 1 예에 따른 미세제조된 센서를 분해도로 도시한다.
도 4 는 센서의 미세침을 사시도를 도시한다.
도 5 는 센서의 미세침의 다양한 단면도를 도시한다.
도 6 은 본 발명의 센서용 전자 판독 회로를 도시한다.
도 7 은 제 2 예에 따른 미세제조된 센서를 단면도로 도시한다.
도 8 은 제 2 에 따른 미세제조된 센서의 일부의 확대도를 도시한다.
도 9 는 본 명세서에 개시된 바와 같은 센서를 위한 미세침 웨이퍼를 미세제조하기 위한 프로세스 단계들을 개략적으로 나타낸다.
도 10 은 제 1 예에 따른 유체 캐비티 웨이퍼를 미세제조하기 위한 프로세스 단계를 개략적으로 나타낸다.
도 11 은 미세침 웨이퍼와 유체 캐비티 웨이퍼를 접합하는 프로세스 단계를 개략적으로 나타낸다.
도 12 는 제 1 예에 따른 RF 공진 캐비티 웨이퍼를 미세제조 하기 위한 프로세스 단계와 결과적으로 얻어지는 센서의 단면을 개략적으로 나타낸다.
도 13 은 제 2 예에 따른 유체 캐비티 웨이퍼를 미세제조하기 위한 프로세스 단계를 개략적으로 나타낸다.
도 14 는 제 2 예에 따라서 결과적으로 얻어지는 센서의 단면을 도시한다.
후속하는 설명에서, 체액 내의 성분의 레벨을 검출 또는 감지하기 위한 미세제조된 센서 및 방법의 다양한 실시예의 상세한 설명이 개시된다.
도 1 에서, 체액 내의 성분을 검출하기 위한 미세제조된 센서(1)의 제 1 예가 도시된다. 센서에는 체액의 샘플을 수용하기 위한 인입 수단(2)이 복수 개의 중공 미세침(3)의 형태로 제공된다. 중공 미세침은 사용자로부터 체액의 샘플을 최소의 침습성으로 추출하기 위해 제공된다. 최소한 침습성이라는 용어는, 미세침이 진입하는 지점에서 생물학적 조직에 손상이 최소가 되며, 따라서 환자의 불쾌감을 감소시킨다는 의미이다. 미세침은 5 × 5 개의 바늘의 어레이, 즉 이 경우 25 개의 미세침으로 구현된다.
링형 프레임 구조(4)가 미세침을 둘러싼다. 링형 구조의 내부 직경은 1-5 mm의 범위이고, 통상적으로 2-3 mm이며, 따라서 손가락 끝을 지지하도록 치수가 결정된다. 미세침 끝은, 링형 프레임 구조의 상면으로부터 돌출되지 않도록 그 상면에 의하여 보호된다. 따라서, 바늘은 센서의 제조 및 취급 중에 깨지지 않도록 보호되고, 센서는 제조와 취급 중에 보호 필름으로 밀봉될 수 있다. 링형 구조는, 미세침 쪽으로 눌려지면 손가락 끝의 피부가 당겨지게 되고, 따라서 미세침이 피부를 관통해서 통과하는 것을 용이하게 한다는 효과를 가진다.
도 2 에서, 센서(1)가 도 1 에 단면도로 도시된다. 미세침(3)은 단일 모세관 보어(5)를 각각 포함하고, 센서는 미세침에 의해 추출된 체액의 샘플을 수용하기 위하여 미세침에 연결되는 유체 캐비티(6)를 더 포함한다. 각각의 미세침은 모세관 유체 수송을 위하여 보어 홀(7)을 통해 유체 캐비티에 연결된다. 유체 캐비티는 유체 출구 포트(8)를 통해 주위로 개방되어 체액이 모세관 흡입되게 한다. 센서는, 함께 적층된 바늘 웨이퍼(9), 유체 캐비티 웨이퍼(10) 및 RF 캐비티 웨이퍼(11) 밖으로 미세제조된다.
유체 캐비티(6)의 하단, 즉 유체 캐비티가 RF 캐비티 웨이퍼(11)를 바라보는 측면은, 멤브레인의 측방향 연장부보다 훨씬 더 작은 두께를 가지는 멤브레인(12)에 의해 형성된다. 멤브레인의 두께는 1-2 μm의 범위일 수 있다. 멤브레인은 유전 재료, 예를 들어 실리콘으로 형성된다.
센서는 RF 캐비티 웨이퍼(11) 내에 형성된 RF 공진 캐비티(13)를 더 포함한다. RF 공진 캐비티는 전자기장을 구속하도록 적어도 부분적으로 금속화된 벽(14)에 의하여 한정된다. RF 공진 캐비티는 유체 캐비티의 멤브레인에 대향하고, 멤브레인은 RF 캐비티를 한정하는 벽의 일부를 형성한다. 따라서 멤브레인은, RF 공진 캐비티로부터 유체 캐비티를 분리시키는 분리 벽(15)을 형성한다.
RF 캐비티의 벽(14)은 전기적으로 도전성으로 제조된다. 그러나, 멤브레인(12)에서, 멤브레인에 의하여 규정되는 벽의 부분(16)은, 금속화 중에 개구를 포함하면서 남게 된다. 멤브레인의 재료 자체도 유전 재료다. 이를 통하여, 분리 벽은, 유체 캐비티 내의 체액의 유전 특성이 RF 공진 캐비티의 전자기 특성에 영향을 주도록 구성된다. 더 나아가, RF 에너지를 공진 캐비티 안팎으로 커플링하도록 구성되는 하나 이상의 커플링 슬롯이 개구로서 제공되거나, 금속화되지 않고 제공된다.
RF 공진 캐비티(13)는 직육면체 캐비티로서 형성된다. 공진 캐비티는 1-3 mm, 바람직하게는 2-2.5 mm의 범위이거나 약 2.4 mm인 길이, 1-3 mm, 바람직하게는 2-2.5 mm의 범위이거나 약 2.4 mm의 폭 및 0.5-1 mm, 바람직하게는 0.6-0.8 mm의 범위이거나 약 650 μm의 높이를 가지는 외부 치수를 가진다. RF 공진 캐비티에서, 직육면체 형상을 가지는 튜닝 포스트(17)가 분리 벽에 반대인 캐비티의 측면으로부터 돌출되어, 캐비티 내로 돌출된다. 튜닝 포스트는 RF 공진 캐비티의 공진 거동을 조절하는 기능을 가진다. 튜닝 포스트의 벽은 금속화 층 또는 다른 수단에 의해 전기적으로 도전성이다.
RF 공진 캐비티 내에 위치되는 튜닝 포스트는 주로, 캐비티 내의 전기장 또는 자기장 분포를 동요시킨다. 이를 통하여 튜닝 포스트는 캐비티 공진기의 공진 주파수를 감소시키나 증가시킨다. 튜닝 포스트의 크기 및 위치 (폭, 길이 및 높이)가 공진 주파수에서의 천이를 결정한다. 그러므로, RF 공진 캐비티의 크기는, 튜닝 포스트의 기하학적 구조 및 위치를 선택함으로써 주어진 공진 주파수에 대해 최소화될 수 있다. 도시된 예에서, 튜닝 포스트는 1440 μm × 1440 μm × 637 μm의 폭 × 길이 × 높이를 가진다.
통상적으로 공진의 기본 모드, 즉 직육면체 캐비티의 TE101 모드에 대하여, 적어도 하나의 튜닝 포스트(17)의 치수, 기하학적 구조 및 위치는 RF 공진 캐비티 내에 존재하는 전자기장에 대하여 계산된다. 이러한 치수와 배치를 가지는 튜닝 포스트는 이러한 방식으로, 공진의 기본 모드 또는 다른 모드의 공진 주파수에 변경을 야기할 수 있다. 적어도 하나의 튜닝 포스트를 캐비티의 중심에 배치함으로써, 기본 모드의 공진 주파수는 최소화되고, 반대로 기본 모드의 공진 주파수는 적어도 하나의 튜닝 포스트를 RF 공진 캐비티의 일측에 배치함으로써 증가된다. 그러므로, 기본 모드의 공진 주파수는 적어도 하나의 튜닝 포스트를 적절히 설계하고 배치함으로써 조절될 수 있다.
튜닝 포스트(17)를 도 2 에 도시된 바와 같이 RF 공진 캐비티(13)의 중심에 배치함으로써, 공진 캐비티의 치수는 최소화되는 반면에 캐비티의 특정 기본 공진 주파수는 유지할 수 있다. 이것은 센서의 치수를 최소화하기 위해서 중요하다. 센서의 풋프린트를 최소화함으로써, 더 많은 개수의 센서가 센서의 단일 배치(batch) 내에 제작될 수 있고, 이를 통하여 각각의 센서의 비용을 낮출 수 있다.
공진 주파수에서 발생하는 천이는 섭동 이론(perturbation theory)을 적용하여 계산될 수도 있다(R. E. Collin, Foundations for microwave engineering, Mc-Graw-Hill, New York, 1966). 초기 캐비티 볼륨에 저장된 전기 에너지 We 및 자기 에너지 Wm과, 대응하는 동요된 볼륨에 저장된 전기 에너지 및 자기 에너지 ΔWe 및 ΔWm을 계산하기 위하여 필드 분포가 사용되는데, 이들은 다음과 같이 각각 계산된다:
Figure pct00001
여기에서, 적분의 볼륨은 We 및 Wm에 대하여 v = a × d × b 이고 및 ΔWe 및 ΔWm에 대하여 v = W × L × Hbox 이다. 또한, E0 및 H0는 각각 미동요 전기적 및 자기장이다. 주파수 천이는 동요된 볼륨 내에 저장된 자기 에너지 및 전기 에너지 사이의 차의 캐비티 내에 저장된 총에너지에 대한 분율(fraction)로서 평가된다:
Figure pct00002
여기에서 f 및 f0는 각각 동요된 공진 주파수 및 미동요 공진 주파수이다.
튜닝 포스트의 측방향 치수가 커질수록, 튜닝 포스트의 볼륨 내의 등가 저장 에너지는 더 커진다. 포스트가 캐비티 공진기의 중앙에 위치되기 때문에 저장된 전기 에너지는 저장된 자기 에너지보다 더 크며, 이 경우 TE101 모드에 대해 전기장이 우세하다. 이러한 특정한 경우에, 포스트 동요의 결과로서 공진 주파수가 감소된다.
튜닝 포스트는 튜닝 포스트(17)와 멤브레인(12) 사이에 갭(18)을 제공하도록 치수가 결정된다. 이러한 예에서 갭은 폭이 13 μm인 것으로 도시된다. 튜닝 포스트와 갭의 치수는 챔버의 기본 공진 주파수를 튜닝하도록, 그리고 공진 캐비티를 유체 캐비티에 효율적으로 커플링하기 위하여 조심스럽게 선택된다.
도 3 의(a)에서, 치수가 a × d × b인 RF 공진 캐비티(13)가 도시되는데, 이것은 치수가 W × L × Hbox인 중앙에 포지셔닝된 튜닝 포스트(17)를 포함한다. 주파수 천이(f-f0)/f0가 캐비티 및 포스트의 측방향 치수의 비율(수평 축: W/a 퍼센트), 및 Hbox의 b에 대한 비율(0 내지 0.9)의 함수로서 도시된다. 주파수 천이는, 60 %에 가까운 비율 W/a를 가지는 상대적으로 높은 튜닝 포스트(Hbox/b = 0.9)에 대해서 가장 높다.
미세침(3)의 일 예가 도 4 에 도시된다. 미세침은 베이스부(19)와 끝 부분(20)을 가지며 길쭉한 형상이다. 베이스부는 원통형이고 모세관 보어(5)를 형성한다. 끝 부분은 모세관 보어를 차폐하기 위한 캡(21)을 포함한다. 끝 부분은 미세침의 원주 주위에서 복수 개의 개구(23)를 형성하는 길쭉한 요소(22)에 의해서 베이스부 내에 지지된다. 이러한 길쭉한 요소는 미세침의 길이 방향을 따라 연장하고, 피부를 절삭하기 위한 절삭 요소로서 기능한다.
도 5 에서, 미세침(3)은 3 개의 다른 단면도 A-A, B-B 및 C-C로 도시된다. 단면 A-A에서, 베이스부는 유체를 유체 캐비티로 운반하기 위한 모세관 보어(5)를 형성하는 것으로 도시된다. 캡은 복수 개의 길쭉한 요소(22)에 의하여 지지된다. 도시된 예에서 길쭉한 요소의 개수는 5 개 이지만, 길쭉한 요소의 개수는 2 개 내지 20 개일 수 있다. 단면 B-B 및 C-C에서, 길쭉한 요소는 미세침의 끝 부분을 향해 가늘어져서 피부를 관통할 때 절삭하기 위한 절삭 요소를 형성한다.
도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같은 센서의 동작 시에, 손가락 끝이 미세침(3)을 향해 늘려지고 링형 프레임 구조(4)에 의해 지지된다. 그러면, 피부는 지지 구조에 의해 당겨져서, 미세침이 피부를 쉽게 통과하게 한다. 미세침은 바늘의 첨예한 끝 부분을 이용하여, 그리고 길쭉한 절삭 요소를 이용하여 피부를 절삭함으로써 피부 내로 침투한다. 손가락 피부 내의 또는 하부의 체액은 미세침의 복수 개의 개구를 이용하여 추출된다. 예를 들어, 체액은 혈액 또는 사이질액일 수 있다. 체액은 모세관 흡입력에 의해 모세관 보어 내로 추출된다. 캡은 미세침의; 모세관 보어가 손가락으로부터의 조직 물질에 의해 막힐 위험성을 감소시킨다.
그러면, 체액의 샘플은 유체, 예를 들어 모세관 흡입에 의하여 캐비티로 운반되고 그 안에서 채집된다.
예를 들어 체액의 포도당 함량을 분석하기 위하여, 캐비티 공진기의 동요가 모니터링된다. 포도당 함량은 유체 캐비티에 채집된 체액의 유전율을 변경할 것이고, 따라서 RF 캐비티 공진기의 공진에 영향을 줄 것이다. 따라서, RF 캐비티 공진기의 주파수 응답은 체액의 유전율 값이 변경되는 것을 모니터링하기 위하여 사용될 수 있다. 캐비티 공진기에 의하여 검출될 수 있는 변경은 공진 주파수의 천이 및/또는 캐비티 공진기의 공진의 대역폭의 변경이다. 유전율은 매질 내에 전기장을 형성할 때에 겪게되는 임피던스를 설명한다. 외부 필드에 대한 프루빙 재료의 응답은 필드의 주파수에 따라 달라진다. 이러한 주파수 의존성이 매질 내의 저장된 에너지 (ε') 및 매질 내의 에너지의 소산(손실) (ε")을 반영하고, 인가된 필드의 주파수(f)의 복소 함수에 의해 표현된다.
Figure pct00003
캐비티 공진기의 공진은 주파수 선택성이 높으며, 이것은 공진기의 양호도에 관련된다. 유체 캐비티 내의 다른 유전체를 프루빙하는 영향은, 다음과 같이 결과적으로 공진 주파수 천이와 공진의 대역폭에 변경을 야기한다:
Figure pct00004
여기에서, 유전율은
Figure pct00005
및
Figure pct00006
으로 기술되고, 후자는 매질 내의 에너지의 매체에 관한 것이며; V c 및 V s 는 각각 캐비티 및 샘플 볼륨이다: f c 및 f s 는 공진 주파수이고, Q c 및 Q s 는 각각 동요가 없는 양호도 및 동요가 있는 양호도이다. 도 6 에서, 센서용 전자 판독 회로의 기본적인 블록도가 개시된다. 판독 회로는 유전체 특징 결정을 위해 사용되는 고 주파수를 기저대역 신호로 변환하고, 공진 주파수 및 양호도에 대한 양자 모두의 정보가 취출될 수 있다. 발진의 주파수 및 발진기의 위상 노이즈를 측정하기 위하여 위상 노이즈 측정 기법이 고안될 수 있다. 그러면, 발진 주파수는 공진 주파수에 직접적으로 관련되고, 발진기의 위상-노이즈는 캐비티 공진기의 Q-인자에 직접적으로 관련된다.
저 위상 노이즈 발진기는 음의 저항 회로 모듈, 캐비티 공진기 및 공진 캐비티 및 음의 저항(도 6 의 DUT) 사이의 커플링을 포함한다. 발진기의 두 개의 실시예가 가능하다. 제 1 실시예는 반사 타입 발진기이다. 이것은 음의 저항 회로에 연결된 하나의 포트 공진기로 구성된다. 제 2 실시예는 쓰루(thru)-타입 발진기이고, 이 경우 공진기는 액티브 회로의 피드백 루프에 있는 필터처럼 동작한다.
위상-노이즈 측정 기법 중에서, "기준 소스/PLL 방법" 이 임베딩된 회로 내에 구현될 수 있다. 도 6 은 기준 소스/PLL 기법을 사용한 위상 검출 방법을 위한 개략적인 회로를 도시한다. 이러한 방법의 기초는 위상 검출(PD)을 위해 사용되는 이중 평형 믹서(DBM)와 함께 PLL을 사용하는 것이다.
위상차가 90°(직교)로 설정되면, 저역통과-필터(LPF) 이후에 출력되는 전압은 제로 볼트일 것이다. 작은 위상각의 경우, LPF 출력은 검출기의 출력에서의 두 개의 입력 신호들 사이의 위상차에 비례하는 전압으로 단순화된다. 그러면 변환 손실과 함께 기저대역으로 믹스다운된 위상 노이즈를 측정할 수 있다. 직교로부터 임의의 위상 동요가 발생하면, 결과적으로 출력에서 전압 동요가 초래될 것이다. 여러 방법들이 위상 검출기 개념에 기초하여 개발되어 왔다. 이들 중에서, 기준 소스/PLL(위상-잠금-루프)이 가장 널리 사용되는 방법 중 하나이다. 위상 노이즈는 레슨(Lesson)의 수학식 L(△ω)에 따라서 Q 인자에 직접적으로 비례한다:
Figure pct00007
여기에서 F는 경험적 파라미터(흔히 "디바이스 과잉 노이즈수(device excess noise number)"라고 불림)이고, k는 볼츠만 상수이다. T는 절대 온도이고, P sig 는 소산된 평균 전력 이며, ω 0 는 발진 주파수이고, Q는 로드된 양호도이며, △ω는 캐리어로부터의 오프셋이고, △ ω 1 /f 3 은 1/f 3 및 1/f 2 영역 사이의 코너의 주파수이다.
발진기 쌍, 즉 감지 발진기 및 기준 발진기 사이의 믹싱으로부터 초래되는 전압이 발진기의 주파수 판독을 감지하기 위하여 사용될 수 있고, 계속하여 공진 주파수와
Figure pct00008
에 대한 정보를 제공할 것이다. 이것은 헤테로다인 주파수 측정 방법이다. 전압 동요는 주파수 컨버터로 가는 전압으로 공급되고, 이것은 이제 주파수 카운터가 주파수 동요를 판독하도록 급전한다. 제 2 참조 발진기는 주파수가 고정된, 제 2 집적된 캐비티 공진기에 기초한 PLL 합성 발진기일 수 있다.
전압 제어 소스(VCO)의 신호는 감지 발진기의 신호와 함께 다운믹스된다. 믹싱 출력은 저역 통과 필터를 통해 위상 잠금 증폭기(PLL)로 연결된다. 노이즈 출력은 통상적으로 저잡음 증폭기, 오디오 스펙트럼 분석기, 및 기저대역 분석기에 전송된다. 이것은 위상-노이즈 측정을 이해 사용될 수 있고, 그러면 Q-인자 및
Figure pct00009
에 대한 정보를 제공할 것이다.
센서(1)의 다른 실시예가 도 7 에 도시된다. 이러한 센서는, RF 공진 캐비티(13)가 RF 공진 캐비티 내로 연장되는 소동요(small perturbation) 챔버(24)를 통해 유체 캐비티(6)로 커플링된다는 점에서 이전에 개시된 것과 다르다. 동요 챔버는 멤브레인(12)과 튜닝 포스트(17)를 연결시키는 분리 벽(25)을 이용하여 RF 공진 캐비티로부터 분리된다. 이러한 분리 벽은 금속화되지 않고, 이들은, RF 에너지가 분리 벽의 재료에 제한된 영향만을 주면서 동요 챔버 내의 유체에 커플링되도록 치수가 결정된다. 동요 챔버는 튜닝 포스트를 관통하여 연장되는 유체 출구 포트(8)로 연결된다. 다른 특징은, 전자기 파가 동요 챔버를 통해 유체 캐비티 내로 커플링되기 때문에, 미세침에 연결된 유체 저장소와 같은 역할을 하는 유체 캐비티(6)의 치수가 더 얇게 만들어질 수 있다는 것이다. 또한 도면에서, 전자기 에너지를 RF 공진 캐비티 안팎으로 커플링하기 위한 커플링 슬롯(26)이 제공된다. 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같은 센서 에도 유사한 커플링 슬롯이 제공될 수 있다.
도 8 에서 동요 챔버의 구조가 더 상세하게 도시된다. 멤브레인(12)에 의하여 한정되는 유체 캐비티(6)와 튜닝 포스트(17) 사이에서, 유체 캐비티(6)의 부분(24)은 멤브레인과 튜닝 포스트 사이의 갭을 브리징(bridging)함으로써 RF 공진 캐비티 내로 연장된다. 유체 챔버의 이러한 부분은 분리 벽(15, 25)의 정방형 구조에 의하여 둘러싸인다. 이를 통하여, 동요 챔버(24)가 분리 벽(15, 25)에 의해 형성된다. 벽들은, RF 공진 캐비티 내의 RF 파가 동요 챔버 내에 존재하는 유체 내로 연장되도록 구성된다. 이것은, 예를 들어 이들이 유전 재료로 제조되고, 전자기장에 대한 임의의 영향을 최소화하도록 얇게 치수가 결정된다는 것을 의미한다. 이러한 구조의 다른 장점은, 멤브레인을 지지하여 더 강건한 구조를 형성한다는 것이다.
후속하는 설명에서, 센서를 미세제조하는 방법이 예를 들어 설명된다. 미세제조는 마이크로미터 범위에서 구조를 제조하는 기법을 포함하는 것으로 규정된다. 최종 성분은, 마이크로미터 아래의 피쳐 크기를 포함하여, 밀리미터 범위, 또는 심지어 센티미터 범위일 수 있다. 미세제조는 리소그래피, 습식 에칭, 건식 에칭(심도 반응성 이온 에칭(DRIE)) 등 중 하나 이상을 포함할 수 있지만, 또한 전자 또는 이온 빔 머시닝, 플라즈마 빔 머시닝, 레이저 머시닝, 전자방전electro discharge) 머시닝, 마이크로밀링(micromilling), 마이크로몰딩(micromolding), 폴리머에서의 마이크로복제(microreplication), 마이크로 고체 프리폼(freeform) 제조, 마이크로 스테레오 리소그래피, 전기도금 및 유사한 프로세스 단계 및 방법을 더 포함할 수 있다. 미세제조는 제작되고 따라서 저렴한 비용으로 생산될 수 있는 소형화된 센서 디바이스를 제조할 수 있게 한다.
센서를 미세제조하는 방법의 리소그래피 단계들은 이와 유사하게 수행된다. 리소그래피에서 제 1 단계는 웨이퍼를 HMDS 오븐에서 프라임(prime)하는 것이다. 그러면, 추후에 웨이퍼 상에 코팅되는 레지스트에 대한 접착성이 좋아진다. 또한, 부수적 효과로서, 웨이퍼는 소수성이 될 것이다.
리소그래피의 다음 단계는 양의 레지스트를 이용한 것과 같은 레지스트 코팅이다.
리소그래피의 다음 단계는 에칭 패턴이 추후에 생성될 수 있도록 웨이퍼 상에 패턴을 생성하는 것이다. 상이한 에칭 구조에 대한 마스크와 웨이퍼가 UV 광으로 노광되어 레지스트 내에 패턴을 생성한다. 레지스트(패턴이 있는)는 에칭 중에 마스크로서의 역할을 하고, 이것은 웨이퍼가 에칭되고 원하는 패턴만 생성되게 하며, 레지스트가 표면의 나머지를 보호하게 한다.
그 이후에 레지스트의 패턴은 전사되고 하드 베이킹된다. 하드 베이킹의 목적은 잔여 용매를 제거하여 레지스트의 접착성을 개선하여 웨이퍼를 충분히 보호할 수 있게 하는 것이다.
실리콘 에칭 이후에, 레지스트 스트리핑(stripping) 단계가 수행되어 레지스트를 제거하고 다음 마스크로 액세스한다. 이것은, 하나의 마스크가 제거되고, 이전의 레지스트 마스크로 덮인 산화물 마스크를 가지고 다른 실리콘 에칭이 수행될 수 있기 때문에 유리하다.
산화물 스트리핑은 웨이퍼를 50 % HF에 담금으로써 수행되고, 산화물층을 제거하기 위해서 수행된다. 바늘을 형성할 때, 산화 및 산화물 스트리핑은 충분히 첨예한 바늘 끝이 생성될 때까지 반복될 수 있다.
산화물 에칭은 산화물 마스크를 생성하기 위해서 수행되는데, 이것은 레지스트 마스크가 제 1 실리콘 에칭 이후에 없을 수 있기 때문이다. 그러므로, 제 1 에칭 패턴이 레지스트에 의해 생성되기 이전에, 제 2 에칭 패턴이 레지스트에 의해 생성되고, 그 후에 산화물 에칭이 수행된다. 또한, 산화물 에칭은 웨이퍼로부터 산화물을 제거하기 위하여 수행되는데, 실리콘 에칭이 그 후에 수행돼야 한다.
센서를 제조할 때, 다음 3 개의 웨이퍼가 처리되고 추후에 서로 접합된다:
- 예를 들어 양면 연마된(DSP) 실리콘 웨이퍼의 형태인, 미세침 및 보어 홀용 바늘 웨이퍼(NW). 이러한 웨이퍼는 예를 들어 4"의(100)-지향 실리콘, p-도핑, 1-10 Ωcm 또는 등가 보통 저항성(normal resistivity), 500-1000 ±25 μm의 두께일 수 있다.
- 유체 웨이퍼(FW)는 예를 들어 양면연마된(DSP) 4" 실리콘, (100)-지향 실리콘, p-도핑, 1-10 Ωcm 또는 등가 보통 저항성, 300 ±15 μm의 두께이다.
- RF 캐비티 웨이퍼(CW)는 예를 들어 15 μm 두께의 디바이스층을 가지는 실리콘-온-절연체(SOI) 웨이퍼의 형태이고 바람직하게는 고저항성 실리콘이다.
웨이퍼들은 단결정 실리콘 웨이퍼이지만, 유리, 금속 및 플라스틱과 같은 다른 재료도 센서 내에 사용되는 것을 고려할 수 있다. 센서의 처리 방법은,
- 웨이퍼를 통과하는 보어 홀과 미세침이 있는 바늘 웨이퍼(NW)를 패터닝 및 에칭하는 단계,
- 유체 웨이퍼(FW)를 패터닝 및 에칭하는 단계,
- RF 캐비티 웨이퍼(CW)를 패터닝 및 에칭하는 단계,
- 바늘 웨이퍼와 유체 웨이퍼를 접합(예를 들어 직접 접합)하는 단계,
- 유체 및 RF 캐비티 웨이퍼를 금속화하는 단계,
- 바늘/유체와 캐비티 웨이퍼 사이를 접합(예를 들어 열압축(thermocompression) 접합)하는 단계, 및
- 웨이퍼 스택을 개별 컴포넌트로 다이싱하는 단계를 포함한다.
이러한 구조는 유도성 커플링된 플라즈마(ICP) 심도 반응성 이온 에칭(DRIE) 장치에서 에칭된다. 도 9 에서 미세침 웨이퍼를 제조하는 프로세스 단계가 도시된다.
웨이퍼에는 열적 산화물이 제공되고, 이것은 DRIE로 미세침의 보어를 에칭(b)하기 위하여 리소그래피(a)에 의해서 패터닝된다. 그러면 이러한 구조는 스트리핑되고 다시 산화된다(c). 상단측의 산화물이 패터닝되고(별형상), 제 2 레지스트 마스크(원형)가 증착되고 패터닝된다(d). 미세침은 원형 마스크를 이용하여 등방성 및 이방성 에칭의 조합에 의해 에칭된다(e). 그러면 레지스트 마스크를 제거함으로써 별모양 마스크가 노광되고, 바늘은 이방성 에칭에 의해 에칭된다(f). 그러면, 산화물이 스트리핑되고 미세침이 노광되며, 그 이후에는 추가적 산화 및 스트리핑 단계가 수행되어 바늘 끝을 날카롭게 할 수 있다.
도 10 은 도 1 및 도 2 에서 설명된 센서의 제 1 예에 따르는 유체 캐비티 웨이퍼(FW)를 처리하는 것을 일 예를 나타낸다. 위에서 설명된 바와 같이 리소그래피에 의하여 실리콘 웨이퍼에 산화물과 레지스트 마스크가 제공된다(a). 그러면, 유체 캐비티는 DRIE에 의해 에칭되고(b), 제 2 마스크(유체 출구 포트)가 노광된다. 유체 출구 포트는 에칭되고(c) 산화물이 스트리핑된다.
도 11 에 도시된 바와 같이, 바늘 웨이퍼(NW) 및 유체 캐비티 웨이퍼(CW)가 정렬되고(a) 실리콘 웨이퍼의 직접 접합에 의하여 접합된다(b).
본 명세서에서 설명된 바와 같은 센서의 제 1 예에 따르는 RF 공진 캐비티 웨이퍼(CW)는 도 12 에 도시된 바와 같이 처리된다. SOI 웨이퍼는 열적 산화에 의해 산화된다(a). SOI 웨이퍼의 디바이스층이 매립된 산화물층까지 에칭된다(b). 산화물은 패터닝되어 산화물 마스크를 형성하고(c), 레지스트 마스크가 증착되고 패터닝되며, 그 이후에 커플링 슬롯이 에칭된다(d). 그러면, 레지스트 마스크가 스트리핑되고, RF 공진 캐비티가 에칭되어 튜닝 포스트를 남긴다(e). 바닥 금속화부(bottom metallization)가 제거되고, 구조가 산화되며, 금속층이 스퍼터링 또는 기화를 이용하여 캐비티 벽에 증착된다(f). 금속된 더 두꺼운 청은 전기도금에 의해 얻어질 수 있다. 또한 접합된 바늘 / 유체 웨이퍼 적층의 바닥측이 금속화된다. 그 이후에, 웨이퍼 스택과 RF 공진 캐비티 웨이퍼가 상승된 온도(예를 들어 400 ℃) 및 압력에서 열압축 접합에 의해 조립된다(g). 각 센서 요소들이 다이싱 톱을 사용하여 웨이퍼 스택으로부터 다이싱된다.
도 7 및 도 8 에 대해서 설명된 센서의 제 2 예에 따르면, 유체 웨이퍼(FW)는 도 13 에 도시된 바와 같이 SOI 웨이퍼로부터 처리된다. 웨이퍼는 산화되고 산화물층이 양측 모두에 패터닝되어, 유체 캐비티 및 동요 챔버용 마스크를 규정한다(a). 레지스트 마스크는 쓰루홀의 에칭을 위해 유체 캐비티로부터 동요 챔버까지 침착되고 패터닝된다(b). 그 이후에 유체 캐비티와 동요 챔버는 산화물 마스크를 사용하여 에칭된다(c). RF 캐비티 웨이퍼를 바라보는 웨이퍼의 측면이 금속화된다.
RF 캐비티 웨이퍼(CW)는 도 12 와 유사하게 처리되는데, 튜닝 포스트를 통과하는 유체 출구 포트의 에칭이 더 추가된다. 웨이퍼들이 열압축 접합을 이용하여 접합되고, 각 센서 컴포넌트들로 다이싱된다. 결과적으로 얻어지는 디바이스가 도 14 에 도시된다.
RF 공진 캐비티가 있는 센서는 캐리어 상에 마운트될 수 있고, 이를 이용하여 RF 캐비티가 밀봉된다. 캐리어는 전자기 에너지를 커플링 슬롯을 통해 RF 캐비티로 주입하기 위한 적합한 RF 송전선을 포함할 수 있다. 감지 동작은 동일한 송전선에서(반사 모드) 또는 다른 추가적 커플링 슬롯에서(송신 모드) 수행될 수 있다.

Claims (28)

  1. 체액 내의 성분을 검출하기 위한 미세제조된 센서(1)로서,
    체액의 샘플을 수용하기 위한 인입 수단(2);
    상기 인입 수단으로부터 체액의 샘플을 수용하기 위하여 상기 인입 수단에 연결된 유체 캐비티(6); 및
    벽(14)에 의하여 구획되는 RF 공진 캐비티(13)를 포함하고,
    상기 벽 중 적어도 하나는, 상기 유체 캐비티를 상기 RF 공진 캐비티로부터 분리시키는 분리 벽(15)을 형성하며, 상기 분리 벽은, 상기 유체 캐비티 내의 체액의 유전 특성(dielectric properties)이 상기 RF 공진 캐비티의 전자기 특성에 영향을 주도록 구성되는, 미세제조된 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리 벽은 멤브레인(12)을 포함하는, 미세제조된 센서.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    RF 공진 캐비티의 벽(14)은 적어도 부분적으로 금속화되지만, RF 커플링 영역(16)이 상기 분리 벽에 제공되어 상기 RF 공진 캐비티를 상기 유체 캐비티에 커플링하는, 미세제조된 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 RF 커플링 영역(16)은 상기 분리 벽의 비-금속화된 영역인, 미세제조된 센서.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RF 공진 캐비티(13)는, 커플링 레벨과 그에 따른 체액 내의 성분에 대한 민감도가 체액 내의 유전 손실에 대해 최적화되는 방식으로 치수결정되고 설계되는, 미세제조된 센서.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 캐비티(6)는 RF 공진 캐비티 내로 연장되는 부분(24)을 포함하고,
    상기 분리 벽(15)은 상기 유체 캐비티의 부분을 한정하는 벽(25)을 포함하는, 미세제조된 센서.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RF 공진 캐비티는 하나의 튜닝 포스트(17) 또는 복수 개의 튜닝 포스트를 포함하는, 미세제조된 센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 하나의 튜닝 포스트(17), 또는 복수 개의 튜닝 포스트는 상기 RF 공진 캐비티 내에, 그리고 분리 벽(15) 근방에 갭(18)을 제공하도록 구성되는, 미세제조된 센서.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 튜닝 포스트(17)는, 상기 RF 공진 캐비티(13)의 공진 주파수에 변경을 생성하도록 상기 RF 공진 캐비티 내에 구성되고 배열되는, 미세제조된 센서.
  10. 제 6 항 및 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RF 공진 캐비티(13) 내로 연장되는 상기 유체 캐비티의 부분(24)은 상기 RF 공진 캐비티 내의 갭(18)에 걸쳐 연장되는, 미세제조된 센서.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 유체 캐비티로부터의 유체의 배수를 위하여 상기 유체 캐비티(6)에 연결된 유체 출구 포트(8)를 포함하는, 미세제조된 센서.
  12. 제 10 항 및 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 출구 포트(8)는 상기 튜닝 포스트(17)를 관통해 연장되는, 미세제조된 센서.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RF 공진 캐비티(13)는 적어도 100, 바람직하게는 적어도 500, 더 바람직하게는 적어도 1000 의 Q-인자를 가지는, 미세제조된 센서.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서에는 적어도 하나 이상의 RF 커플링 슬롯(26)이 제공되는, 미세제조된 센서.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RF 공진 캐비티(13)는 상기 유체 캐비티(6)로부터 실링오프되는(sealed off), 미세제조된 센서.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인입 수단은 체액의 샘플의 추출을 위한 적어도 하나의 중공 미세침(3), 바람직하게는 복수 개의 중공 미세침(3), 더 바람직하게는 10 개 내지 100 개의 미세침을 포함하는, 미세제조된 센서.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 미세침은 손가락의 끝을 지지하도록 치수결정된 프레임 구조(4)에 의하여 적어도 부분적으로 둘러싸이는, 미세제조된 센서.
  18. 제 17 항에 있어서,
    손가락의 끝을 지지하도록 치수결정된 상기 프레임 구조(4)는, 적어도 하나의 미세침의 길이 방향에 따라 돌출되고 바람직하게는 1-5 mm, 더 바람직하게는 2-3 mm의 직경을 가지는 링형 구조인, 미세제조된 센서.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서는 체액 내의 포도당의 레벨을 검출하기 위한 것인, 미세제조된 센서.
  20. 체액 내의 성분을 검출하는 방법으로서,
    제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 센서를 제공하는 단계;
    상기 인입 수단에 체액의 샘플을 제공하는 단계;
    상기 유체 캐비티 내에 유체 샘플을 수용하는 단계;
    상기 RF 공진 캐비티를 RF 신호로 여기하고 RF 응답을 검출하여 RF 측정을 수행하는 단계; 및
    수행된 RF 측정에 기초하여 상기 성분을 검출하는 단계를 포함하는, 성분 검출 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 성분을 검출하는 단계는, 상기 RF 캐비티 공진기 내의 하나의 또는 두 개의 포트 커플링 구조를 사용하는 발진기 회로에 기초하는, 성분 검출 방법.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 성분을 검출하는 단계는, 수행된 RF 측정에 기초하여 상기 성분의 레벨을 결정하는 단계를 포함하는, 성분 검출 방법.
  23. 제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RF 측정은 필터 디자인 및 1 개 또는 2 개의 포트 캐비티 공진기에 기초하는, 성분 검출 방법.
  24. 제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RF 측정은 공진기 판독(readout) 및 1 개 또는 2 개의 포트 측정에 기초하는, 성분 검출 방법.
  25. 제 20 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성분은, 공진 주파수에서의 천이 또는 공진의 대역폭 또는 진폭에서의 변동을 측정하여 검출되는, 성분 검출 방법.
  26. 제 20 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 체액은 혈액 및/또는 사이질액(interstitial fluid)인, 성분 검출 방법.
  27. 제 20 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성분은 포도당인, 성분 검출 방법.
  28. 제 20 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RF 측정은 2-50 GHz의 범위, 더 바람직하게는 8-20 GHz의 범위, 가장 바람직하게는 16-18 GHz의 범위 내의 주파수에서 수행되는, 성분 검출 방법.
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