KR20190024310A - 미소 부피 액체용 점성 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노리터 레벨의 액체의 표면장력 영향을 피하면서 점성계수를 정확하게 측정할 수 있는 미소 부피 액체용 점성 측정 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 나노 리터 용량의 미소 액체의 점성을 측정하기 위한 미소 부피 액체용 점성 측정 장치에 있어서, 베이스; 상기 베이스에 배치되며, 수평으로 이송 가능한 기판부; 상기 기판부 상단에 미소 액체를 분사하는 공급부; 상기 베이스에 배치되며, 수직으로 이송 가능한 가진부; 및 상기 가진부를 가진하며, 가진부의 응답을 특성을 이용하여 미소 액체의 점성을 산출하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

미소 부피 액체용 점성 측정 장치 및 방법{Device for measuring viscosity of minute volume liquids and method thereof}
본 발명은 미소 부피 액체용 점성 측정 장치 및 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 나노리터 스케일의 부피를 갖는 액체의 점성을 측정하기 위한 미소 부피 액체용 점성 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
점성은 액체의 물리적 특성을 나타내는 대표적인 물리량에 해당한다. 통상 액체의 점성 정도는 나타내는 값을 점성계수라 하며, 상기 점성계수에 의하여 해당 액체의 유동 특성을 파악할 수 있으므로, 점성계수 값의 정교한 측정은 해당 액체의 유동 특성 파악을 위한 필연적인 요구사항이다.
상기한 필요에 의하여 액체의 점성계수 또는 점도를 측정하는 다양한 방식들에 제안되었다.
예를 들면, 등록특허 제1103635호에는 점도를 측정하고자 하는 제 1 유체를 주입하기 위한 제 1 주입구와 제 1 유체와 혼합되지 않고 점도를 알고 있는 제 2 유체를 주입하기 위한 제 2 주입구가 형성되는 유체 주입부, 및 유체 주입부와 연결되며 제 1 유체와 제 2 유체의 점도 차이에 의한 유체 경계면을 표시하기 위해 다수 개의 표시 채널이 형성되는 표시 채널부를 포함하는 유체 점도 측정 장치가 개시되어 있다.
또한, 공개특허 제2014-0082124호에는 점성 유체를 포함하는 댐퍼의 감쇠 계수를 측정하기 위한 점성 유체의 감쇠 계수 측정 장치에 있어서, 지면에 고정되어 로드의 상하 진폭과 진동수를 생성하는 가진기; 상기 가진기의 로드의 끝단에 고정되어 로드의 진동 특성과 동일하게 연동하는 베이스; 상기 베이스 상면 중앙에 일면이 고정되고, 내부에 형성된 공간에 점성 유체를 포함하는 댐퍼; 상기 베이스 상면에 상기 댐퍼 주변에 일측이 고정되는 스프링; 상기 댐퍼의 타측과 상기 스프링의 타측에 고정되는 진동부; 상기 진동부에 장착되어 상기 진동부의 상하 이동을 감지하는 센서; 및 상기 센서의 신호를 입력받고, 상기 가진기를 제어하는 제어장치를 포함하는 점성 유체의 감쇠 계수 측정 장치가 개시되어 있다.
또한, 공개특허 제2006-0055455호에는 응답 특성의 에릭슨-레슬리 이론치와 실측 치와의 피팅에 의해 점성계수의 값을 결정하는 액정의 점성계수의 측정 방법에 있어서, 호모지니어스 배향의 액정 셀을 측정 대상으로 삼고, 우선 제1단계로서 온 응답 특성을 측정하고 그 결과로 회전 점성계수(γ1)의 값을 결정하고, 이어서 제2단계로서 오프 응답특성을 측정하고 그 결과로부터 미소윗츠의 어긋남 점성계수의 값을 결정하는 액정의 점성계수 측정 방법이 개시되어 있다.
한편, 미소 부피(예를들면 나노리터 레벨의 부피)를 갖는 액체의 경우의 액체의 점성 측정 기술은 의학과 생명과학분야에서 그 필요성이 증대되고 있다. 특히 상기 분야는 주로 생명체에서 얻을 수 있는 액체를 그 대상으로 하나, 얻을 수 있는 샘플의 양은 극히 제한적이기 때문이다.
미소 부피의 액체를 대상으로 해당 액체의 점성을 측정하고자 하는 경우, 액체와 시편 등에 작용하는 표면장력의 효과와 해당 액체의 양이 제한적이어서, 상기에 개시된 점성 측정 방식의 적용을 불가능하므로 표면장력 효과를 영향을 받지 않는 새로운 방식의 측정 방법 및 장치가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 나노리터 레벨의 액체의 표면장력 영향을 피하면서 점성을 정확하게 측정할 수 있는 미소 부피 액체용 점성 측정 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 나노리터 레벨의 액체의 표면장력 영향을 피하면서 점성을 정확하게 측정할 수 있는 미소 부피 액체용 점성 측정 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 나노 리터 용량의 미소 액체의 점성을 측정하기 위한 미소 부피 액체용 점성 측정 장치에 있어서, 베이스; 상기 베이스에 배치되며, 수평으로 이송 가능한 기판부; 상기 기판부 상단에 미소 액체를 분사하는 공급부; 상기 베이스에 배치되며, 수직으로 이송 가능한 가진부; 및 상기 가진부를 가진하며, 가진부의 응답을 특성을 이용하여 미소 액체의 점성을 산출하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 가진부는: 수정 진동 포크로 이루어진 발진기; 상기 발진기의 몸체의 일단이 부착되며, 상기 발진기를 수직으로 이송하는 수직 이송체; 상기 발진기의 타단에 형성되는 두개의 캔틸레버; 상기 두개의 캔틸레버 중 하나에 부착되는 연장팁; 상기 발진기를 가진하는 신호가 입력되는 가진선; 및 상기 발진기의 응답신호가 출력되는 출력선을 포함하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 연장팁은 원형 단면의 유리 섬유 재질로 길이는 0.8 내지 1.2 mm, 단면의 직경은 100 내지 500㎛인 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 처리부는 상기 연장팁의 끝단면과 상기 시료가 접촉하여 브릿지 형태가 되는 경우, 상기 발진기에 가진 신호를 입력하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 처리부는 일정한 주기로 상기 연장팁이 부착된 캔틸레버를 수평으로 진동시키는 신호를 상기 가진선으로 출력하고, 이에 대한 응답 신호를 상기 출력선으로 입력받아 상기 미세 시료의 점성을 산출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 처리부는 일정한 주기로 상기 연장팁이 부착된 캔틸레버를 수평으로 일정 시간 진동시키는 신호 후 정지 신호를 상기 가진선으로 출력하고, 이에 대한 응답 신호를 상기 출력선으로 입력받아 상기 미세 시료의 점성을 산출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 처리부는 어떠한 신호도 상기 가진선으로 출력하지 않고, 열적 노이즈 신호를 상기 출력선으로 입력받아 상기 미세 시료의 점성을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 나노 리터 용량의 미소 액체의 점성을 측정하기 위한 미소 부피 액체용 점성 측정 방법에 있어서, 공급부를 통하여 미소 용량의 액체를 기판 상단에 배출하는 시료 준비 단계; 배출된 시료의 위치를 수정 진동 포크를 포함하는 발진기 하단으로 이송하는 시료 이송 단계; 수정 진동 포크의 2개의 캔틸레버 중 하나에 부착된 연장팁이 상기 시료와 브릿지 형태로 접촉하도록 발진기를 하강하는 발진기 하강 단계; 상기 발진기를 가진시킨 후, 상기 연장팁과 시료와의 응답을 감지하는 가진 및 응답 감지 단계; 및 감지된 시료의 응답 특성을 기초로 시료의 점성을 산정하는 점성 계산 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 가진 및 응답 감지 단계에서 상기 발진기의 가진은 연장팁이 부착된 캔틸레버를 수평으로 진동시키고, 이에 대한 응답 신호를 감지하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 가진 및 응답 감지 단계에서 상기 발진기의 가진은 연장팁이 부착된 캔틸레버를 수평으로 일정 시간 진동시킨 후 정지시키고, 이에 대한 응답 신호를 감지하는 것을 특징으로 하한다.
바람직하게는, 상기 가진 및 응답 감지 단계에서 상기 발진기의 가진은 연장팁이 부착된 캔틸레버를 진동시키지 않고, 이에 대한 열적 노이즈 신호를 감지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 미소 부피 액체용 점성 측정 장치는 수정 진동자에 부착된 광섬유 팁을 액체와 접촉시킨 후, 팁을 기계적 교란시키고 이에 따른 팁의 반응 특성을 감지하여 미소 부피 액체의 점성을 측정하는 것을 특징으로 하는 것으로, 원자 힘 현미경(AFM)에 장착하여 사용할 수 있어 수 나노 리터 레벨의 액체에 적용할 수 있는 효과를 제공하며, 더 나아가 액체와 기판 사이에 작용하는 표면 장력을 상쇄하여 정교하게 점성을 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 미소 부피 액체용 점성 측정 장치의 구성을 설명하는 구성도이며,
도 2는 도 1에 도시된 공급부의 작동 상태를 나타내는 설명도이며,
도 3은 도 1에 도시된 발진기의 구성을 설명하는 설명도이며,
도 4는 도 1에 도시된 가진부의 구성도이며,
도 5는 시료가 연장팁과 기판 사이에 배치되는 상태를 설명하는 설명도이며,
도 6은 본 발명에 따른 미소 부피 액체용 점성 측정 방법의 절차도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 기재함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속될 수 있지만, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 미소 부피 액체용 점성 측정 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전체 장치를 지지하는 베이스(2), 미소 부피의 액체 시료(1)를 공급하는 공급부(10), 상기 공급부(10)에 의하여 공급된 시료(1)가 위치하는 기판부(20), 상기 기판부(20) 상단에 위치하여 시료에 일부가 접촉하는 가진부(50), 상기 가진부(50)에 전기를 공급하여 가진부(50)에 운동을 발생시키고, 가진부(50)의 운동특성을 감지하는 처리부(90)를 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 베이스(2)는 전체 장치를 지지하는 구조물 역할을 하는 것으로, 적절한 강성을 가지는 재질로 구성되는 것이 바람직하며, 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 필요한 경우, 케이싱 등이 추가될 수 있다.
한편, 액체의 점성은 온도에 따라 변하기 때문에 필요한 경우 상기 베이스(2)는 시료(1)가 안착되는 기판부(20)의 온도를 유지하기 위한 온도 조절 장치를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 공급부(10)는 별도로 채취한 액체 시료(1)를 장치에 공급하는 역할을 하는 것으로, 미소 배관, 주사기 등과 같이 액체의 이송 또는 수송을 위한 구성으로, 자동 또는 수동으로 구현될 수 있으며, 상기와 같이 액체의 이송 기능만 구형되는 경우 그 실시 형태는 제한되지 않는다.
그리고 상기 액체 시료(1)는 나노 리터 정도의 미소 부피를 갖는 것을 그 대상으로 하나, 필요한 경우 낮은 용량의 마이크로 리터 부피를 갖는 액체를 그 대상으로 할 수 있다.
한편, 상기 기판부(20)는 기판(21)과 상기 기판(21)을 수평으로 이송하는 수평 이송체(22)를 포함하여 구성된다.
상기 기판(21)은 상단이 평면 형태로 구성되며, 상기 기판(21) 상단에 액체 시료(1)가 안착되므로, 가능한 한 평면 형태로 구성되고, 또한 표면 조도 역시 낮은값으로 유지되도록 구성한다.
그리고 상기 기판(21)의 재질은 친수성 표면 물질이 바람직하나, 평평도를 고려하는 경우 세척된 마이카 기판(freshly cleaved and rinsed mica sheet)이 가장 바람직하다.
상기 수평 이송체(22)는 일단이 상기 베이스(2)에 고정되고, 타단이 상기 기판(21) 하단에 고정되어 외부 전원에 의하여 상기 기판(21)을 좌우로 이송하는 역할을 하며, 필요한 경우 상기 기판(21)의 고정을 위한 별도의 고정 구성이 추가될 수 있다.
상기 수평 이송체(22)는 통상의 전기식 선형 액추에이터, 또는 스크류 방식을 적용할 수 있으며, 필요한 경우 수동으로 동작하는 수동 액추에이터 기구를 적용할 수 있다.
상기 공급부(10)에 의하여 도출되는 시료(1)는 도 2에 도시된 바와 같이, 공급부 하단의 기판(21) 상단에 안착되므로, 점성 측정을 위하여 상기 수평 이송체(22)가 동작(또는 조작)하여 상기 시료(1)를 후술하는 상기 가진부(50) 하단에 위치하도록 한다.
필요한 경우 전기식 선형 액추에이터를 적용한 수평 이송체(22)는 상기 처리부(90)에 의하여 그 동작이 제어되도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 가진부(50)는 수직 이송체(51), 발진기(60) 및 상기 발진기(60)의 일단에 부착되는 연장팁(65)을 포함하여 구성된다.
상기 수직 이송체(51)는 일단이 베이스(2)에 고정되고, 타단은 발진기(60)의 일단에 고정된다.
따라서 상기 수직 이송체(51)가 동작하는 경우, 상기 발진기(60)가 상하로 이송한다.
상기 수직 이송체(51) 역시 전기식 선형 액추에이터를 적용하여 구성되며, 필요한 경우 수동으로 동작하는 수동 액추에이터를 적용할 수 있다.
이때, 필요한 경우, 전기식 선형 액추에이터가 적용된 수직 이송체(51)는 상기 처리부(90)에 의하여 동작이 제어되도록 구성될 수 있다.
상기 발진기(60)는 도 3에 도시된 바와 같이, 수정 진동 포크(quartz tuning fork, QTF)로 구현된다.
상기 QTF는 몸체부(61)에 연장형성되는 두개의 캔틸레버(62), 캔틸레버(62)의 가진을 위한 가진선(63)과 캔틸레버(62)의 진동에 따라 발생되는 전기적 신호가 출력되는 출력선(64)을 포함하며, 상기 캔틸레버(62)는 도 3에 도시된 상태에서 수평 방향으로 진동한다.
즉, 본 발명에 따른 미소 부피 액체용 점성 측정 장치(100)에 적용되는 발진기(60)는 가진선(63)을 통하여 전원을 인가하면, 자체의 공진주파수와 연동하여 캔틸레버(62)가 진동하고, 동시에 상기 캔틸레버(62)의 진동에 따른 전기적 신호가 출력선(64)을 통하여 출력되는 가진과 감지를 동시에 수행할 수 있는 QTF를 적용하는 것이 바람직하며, 상기 구성은 캔틸레버(62)의 진동을 측정하는 별도의 측정 장비가 필요치 않아 비교적 간단한 구성으로 점성 측정 장치를 구현할 수 있는 장점이 있다.
상기 가진선(61)과 출력선(62)은 상기 처리부(90)에 연결되며, 상기 처리부(90)는 상기 가진선(61)에 교류를 인가하여 발진기(60)의 진동을 제어하고, 또한 발진기(60)의 진동 특성을 상기 출력선(62)의 신호를 이용하여 인식한다.
상기와 같이 가진과 측정을 동시에 수행할 수 있는 QTF는 시중에 다수 출시되어 있으며, 예를 들면 ESC Inc. 사의 ECS-.327-12.5-13X모델을 들 수 있다. 시중에 출시된 서로 다른 제조사의 QTF의 품질과 규격은 거의 표준화 되어 있기 때문에, 본 발명에서는 특정 제조사의 QTF의 사용과는 무관하며, 어떤 QTF를 사용해도 동일한 결과를 얻는다.
한편, 상기 발진기(60) 중 하나의 캔틸레버(62)에는 캔틸레버(62)의 길이 방형으로 배치되는 연장팁(65)이 부착된다. 따라서 발진기(60)의 진동은 상기 연장팁(65)으로 전달되며, 상기 연장팁(65)의 하단은 시료(1)와 접촉한다.
상기 연장팁(65)은 광섬유(optical fiber)를 절단한 후, 캔틸레버(62)에 부착되며, 사용되는 광섬유는 원형 단면으로 길이는 0.8 내지 1.2 mm, 단면의 직경은 100 내지 500㎛가 바람직하다.
이때 광섬유의 길이가 0.8mm 미만인 경우에는 발진기(60)에 부착이 어려운 단점이 있으며, 1.2mm를 초과하는 경우에는 길이 방향의 진동이 실제 미세 부피와의 연동에 영향을 발생하여 부적절하다.
또한, 상기 광섬유의 직경은 상기한 바와 같이, 100 내지 500㎛ 범위에서 나노 리터의 액체(시료(1))와 접촉 특성이 우수한 장점이 있다.
상기 발진기(60)는 수직 액추에이터(51)에 의하여 상하로 이송하고, 상기 처리부(90)에 의하여 상기 발진기(60)에 부착된 연장팁(65)이 진동을 인가하고, 또한 연장팁(65)이 부착된 캔틸레버(62)의 진동에 따라 발생하는 기전력은 상기 처리부(90)에 전송되어 연장팁(65)의 진동 특성을 파악하는 특성을 가진다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 시료(1)가 공급부(10)에 의하여 기판(21) 상단에 분사된 경우, 상기 수평 이송체(22)를 구동하여, 상기 시료(1)가 상기 가진부(50)의 연장팁(65) 하단에 위치하도록 한다.
이후 상기 수직 이송체(51)를 구동하여 상기 연장팁(65)의 끝단이 상기 시료(1)와 접촉하도록 한다.
상기와 같은 상태에서 상기 시료(1)는 도 5에 도시된 바와 같이, 기판(21)과 연장팁(65)의 끝단 사이에 브릿지 형태로 변형된다.
이때 상기 연장팁(65)의 끝단면은 액체 시료(1)와 접촉하도록 구성하며, 일부 시료(1)에 침투하는 경우에는 일정시간 경과 후에는 시료(1)의 증발 등에 의하여 상기와 같은 브릿지 형태로 변경되며, 이후 발진기(60)의 진동은 브릿지 형태의 구성에서 수행한다.
본 발명에 따른 미소 부피 액체용 점성 측정 장치(100)는 상기와 같은 상태(브릿지 형태)에서 상기 발진기(60)에 특정 주파수의 진동 신호를 입력하고, 실제 연장팁(65)과 상기 시료(1) 사이의 반응에 따른 발진기(60)의 응답 신호를 수신한 후, 상기 입력 신호와 응답 신호를 기초로 하여 시료(1)의 점성을 측정한다.
상기와 같이, 발진기(60)에 진동 신호를 입력하고, 또한 발진기(60)의 응답 신호는 상기 처리부(90)에서 수행하며, 상기 처리부(90)는 컴퓨터, 테이블릿, 전용 보드로 구현될 수 있으며, 물론 사용자 인터페이스를 포함한다.
또한 필요한 경우 상기 발진기(60)의 진동 특성을 육안으로 파악하기 위하여 카메라 시스템을 추가할 수 있으며, 이때 상기 카메라 시스템을 이용하여 추가적으로 상기 연장팁(65)의 진동 특성을 실시간으로 파악할 수 있다.
상기 발진기(60)에 인가되는 진동 신호와 반대로 상기 발진기(60)에서 출력되는 기전력을 기초로 상기 처리부(90)는 발진기(60)의 응답 특성을 수신하며, 이때 가진 신호는 다음과 같은 3가지 방식 중 하나이다.
방식 1) 발진기(60)의 연장팁(65)에 수평 방향으로 진동 힘을 인가하고, 상기 연장팁(65)의 진동의 진폭과 위상 변동을 측정한다.
방식 2) 발진기(60)의 연장팁(65)에 수평 방향으로 진동 힘을 인가한 후, 바로 인가힘을 0으로 변경하고, 이때의 연장팁(65)의 과도 상태를 측정한다.
방식 3) 연장팁(65), 기판(2) 및 시료(1)가 브릿지 상태로 위치시킨 후, 연장팁(65)의 열적 노이즈 스펙트럼을 측정한다.
상기 처리부(90)는 상기와 같은 3가지 방식 중 선택된 방식의 응답 특성을 측정하고, 응답 특성의 ‘탄성’계수 성분을 추출한다(일반적으로 응답 신호는 탄성과 댐핑 계수로 분리 가능하다). 구체적으로 방식 1)에 대한 탄성 계수 성분 kint는 아래의 식으로 구할수 있고, 방식 2)와 3)의 응답 신호에서도 마찬가지로 탄성 계수 성분을 추출하는 방정식을 유도할 수 있다.
수학식 1]
Figure pat00001
여기서 k는 QTF의 자체 탄성계수이고,A0는 연장팁이 결합된 진동자의 공진진동수 f0에서 진폭이며, f는 구동진동수이다. 또한 Q는 광섬유 팁이 부착된 진동자의 퀄리티 팩터(quality factor)이다. A와 θ는 각각 연장팁과 액체시료가 접촉하여 브릿지 형태를 이룰 때, 진폭과 위상 값이다. 위에서 구한 응답 신호의 탄성 계수 성분 kint를 아래 공식에 대입하면 액체의 점성 η를 얻는다.
수학식 2]
Figure pat00002
여기서 σ는 팁와 액체가 접촉한 면적(통상 연장팁의 밑부분 표면적)이고, ρ는 액체의 밀도이다.
즉, 상기 방식 1, 방식 2 또는 방식 3을 통하여 연장팁(65)를 가진하고, 이에 따른 연장팁(65)의 응답성을 측정한 후, 측정된 값을 이용하여 수학식 1을 이용하여 탄성성분 kint값을 구하고(방식 1에 대해서는 수학식 1을 이용하여 kint값을 구함), 계산된 kint값을 사용하여 수학식 2를 통하여 최종적으로 액체의 점성값 η을 계산한다.
다음은 본 발명에 따른 미소 부피 액체용 점성 측정 방법에 대하여, 상기 기술한 미소 부피 액체용 점성 측정 장치(100)를 참조하여 구체적으로 설명한다. 다만 일부 중첩되는 내용의 설명은 필요한 경우 생략한다.
물론, 본 발명에 따른 미소 부피 액체용 점성 측정 방법은 상기에 기술한 미소 부피 액체용 점성 측정 장치를 이용할 수 있으나, 다른 실시예 형태로 구현된 장치를 이용할 수 있으므로, 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 미소 부피 액체용 점성 측정 방법은 도 6에 도시된 바와 같이, 시료 준비 단계(S1), 시료 이송 단계(S2), 발진기 하강 단계(S3), 가진 및 응답 감지 단계(S4) 및 점성 계산 단계(S5)를 포함하여 구성된다.
이하 각 단계에 대하여 구체적으로 설명한다.
시료 준비 단계(S1)
시료 준비 단계(S1)는 특정 영역에서 취득된 나노 리터 레벨의 미소 액체를 공급부(10)를 통하여 기판(21) 상단에 배출하는 단계이다.
이때 시료(1)는 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(21) 중 공급부(10) 하단에 위치하는 부위에 안착된다.
시료 이송 단계(S2)
시료 준비 단계(S1)가 완료된 경우 상기 시료(1)는 공급부(10) 하단에 위치하므로, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(21)을 이송하여 시료(1)가 발진기 하단에 위치하도록 상기 기판(21)을 이송한다.
발진기 하강 단계(S3)
상기 시료 이송 단계(S2)를 수행한 경우, 상기 시료(1)가 상기 발진기(60) 하단에 위치하므로, 이후에는 도 4에 도시된 바와 같이, 발진기(60)에 부착된 연장팁(65)의 하단면이 상기 시료(1) 접촉하도록 상기 발진기(60)를 하강한다.
이때 상기 연장팁(65) 하단면과 시료(1) 그리고 기판(21) 상면이 브릿지 형태가 되도록 한다.
가진 및 응답 감지 단계(S4)
가진 및 응답 감지 단계(S4)는 처리기(90)를 통하여 발진기(60)에 가진 신호를 출력하여 상기 발진기(60)를 가진시키고, 이에 따른 발진기(60)의 응답을 감지하는 단계이다.
이때 가진과 응답 측정은 상기 설명한 3가지 방식 중 하나를 선택한다.
점성 계산 단계(S5)
점성 계산 단계(S5)는 상기 가진 및 응답 감지 단계(S4)를 통하여 수신된 발진기(60)의 응답값을 이용하여 최종적으로 점성을 계산하는 단계이다.
점성의 계산은 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 최종 계산한다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 시료 2: 베이스
10: 공급부 20: 기판부
21: 기판 22: 수평 이송체
50: 가진부 51: 수직 이송체
60: 발진기 61: 몸체부
62: 캔틸레버 63: 가진선
64: 출력선 65: 연장팁
90: 처리부 100: 점성 측정 장치

Claims (11)

  1. 나노 리터 용량의 미소 액체의 점성을 측정하기 위한 미소 부피 액체용 점성 측정 장치에 있어서,
    베이스;
    상기 베이스에 배치되며, 수평으로 이송 가능한 기판부;
    상기 기판부 상단에 미소 액체를 분사하는 공급부;
    상기 베이스에 배치되며, 수직으로 이송 가능한 가진부; 및
    상기 가진부를 가진하며, 가진부의 응답을 특성을 이용하여 미소 액체의 점성을 산출하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 부피 액체용 점성 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 가진부는:
    수정 진동 포크로 이루어진 발진기;
    상기 발진기의 몸체의 일단이 부착되며, 상기 발진기를 수직으로 이송하는 수직 이송체;
    상기 발진기의 타단에 형성되는 두개의 캔틸레버;
    상기 두개의 캔틸레버 중 하나에 부착되는 연장팁;
    상기 발진기를 가진하는 신호가 입력되는 가진선; 및
    상기 발진기의 응답신호가 출력되는 출력선을 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 부피 액체용 점성 측정 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 연장팁은 원형 단면의 유리 섬유 재질로 길이는 0.8 내지 1.2 mm, 단면의 직경은 100 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는 미소 부피 액체용 점성 측정 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 처리부는 상기 연장팁의 끝단면과 상기 시료가 접촉하여 브릿지 형태가 되는 경우, 상기 발진기에 가진 신호를 입력하는 것을 특징으로 하는 미소 부피 액체용 점성 측정 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 처리부는 일정한 주기로 상기 연장팁이 부착된 캔틸레버를 수평으로 진동시키는 신호를 상기 가진선으로 출력하고, 이에 대한 응답 신호를 상기 출력선으로 입력받아 상기 미세 시료의 점성을 산출하는 것을 특징으로 하는 미소 부피 액체용 점성 측정 장치.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 처리부는 일정한 주기로 상기 연장팁이 부착된 캔틸레버를 수평으로 일정 시간 진동시키는 신호 후 정지 신호를 상기 가진선으로 출력하고, 이에 대한 응답 신호를 상기 출력선으로 입력받아 상기 미세 시료의 점성을 산출하는 것을 특징으로 하는 미소 부피 액체용 점성 측정 장치.
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 처리부는 어떠한 신호도 상기 가진선으로 출력하지 않고, 열적 노이즈 신호를 상기 출력선으로 입력받아 상기 미세 시료의 점성을 산출하는 것을 특징으로 하는 미소 부피 액체용 점성 측정 장치.
  8. 나노 리터 용량의 미소 액체의 점성을 측정하기 위한 미소 부피 액체용 점성 측정 방법에 있어서,
    공급부를 통하여 미소 용량의 액체를 기판 상단에 배출하는 시료 준비 단계;
    배출된 시료의 위치를 수정 진동 포크를 포함하는 발진기 하단으로 이송하는 시료 이송 단계;
    수정 진동 포크의 2개의 캔틸레버 중 하나에 부착된 연장팁이 상기 시료와 브릿지 형태로 접촉하도록 발진기를 하강하는 발진기 하강 단계;
    상기 발진기를 가진시킨 후, 상기 연장팁과 시료와의 응답을 감지하는 가진 및 응답 감지 단계; 및
    감지된 시료의 응답 특성을 기초로 시료의 점성을 산정하는 점성 계산 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 부피 액체용 점성 측정 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 가진 및 응답 감지 단계에서 상기 발진기의 가진은 연장팁이 부착된 캔틸레버를 수평으로 진동시키고, 이에 대한 응답 신호를 감지하는 것을 특징으로 하는 미소 부피 액체용 점성 측정 장치.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 가진 및 응답 감지 단계에서 상기 발진기의 가진은 연장팁이 부착된 캔틸레버를 수평으로 일정 시간 진동시킨 후 정지시키고, 이에 대한 응답 신호를 감지하는 것을 특징으로 하는 미소 부피 액체용 점성 측정 장치.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 가진 및 응답 감지 단계에서 상기 발진기의 가진은 연장팁이 부착된 캔틸레버를 진동시키지 않고, 이에 대한 열적 노이즈 신호를 감지하는 것을 특징으로 하는 미소 부피 액체용 점성 측정 장치.
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