KR20200076580A - 통합 전극 구조를 갖는 전기화학적 수정결정미소저울의 반응셀, 이를 구비하는 전기화학적 수정결정미소저울 및 이를 포함하는 전기화학적 수정결정미소저울 네트워크 분석 장치 - Google Patents
통합 전극 구조를 갖는 전기화학적 수정결정미소저울의 반응셀, 이를 구비하는 전기화학적 수정결정미소저울 및 이를 포함하는 전기화학적 수정결정미소저울 네트워크 분석 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 수정결정미소저울의 전극을 통합하여 구성할 수 있어 반응 셀의 부피를 줄일 수 있고, 신속한 포텐쇼스탯(potentiostat)을 동시에 수행할 수 있으며, 진동수(frequency), 디시패션(dissipation) 및 임피던스(impedance)을 동시에 측정할 수 있는 전기화학적 수정결정미소저울의 전기화학적 셀용 전극 구조, 이를 구비하는 전기화학적 수정결정미소저울 장치 및 이를 포함하는 네트워크 분석 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 전기화학적 수정결정미소저울(QCM)에 구성되는 반응 셀로서, 수정 결정 기재; 및 상기 수정 결정 기재의 양면에 각각 형성되되 서로 분리 구성되는 작동 전극과, 카운터 전극 및 기준 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 수정결정미소저울의 반응 셀과, 이를 구비하는 전기화학적 수정결정미소저울 및 전기화학적 수정결정미소저울을 포함하는 네트워크 분석 장치가 제공된다.
Description
본 발명은 통합 전극 구조를 갖는 전기화학적 수정결정미소저울의 반응셀, 이를 구비하는 전기화학적 수정결정미소저울 및 이를 포함하는 네트워크 분석 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수정결정미소저울의 전극을 통합하여 구성할 수 있어 반응 셀의 부피를 줄일 수 있고, 신속한 포텐쇼스탯(potentiostat)을 동시에 수행할 수 있으며, 진동수(frequency), 디시패션(dissipation) 및 임피던스(impedance)을 동시에 측정할 수 있는 전기화학적 수정결정미소저울의 전기화학적 셀용 전극 구조, 이를 구비하는 전기화학적 수정결정미소저울 장치 및 이를 포함하는 네트워크 분석 장치에 관한 것이다.
수정결정미소저울(QCM; Quartz Crystal Microbalance)은, 수정의 압전 특성에 의하여 발생하는 공진 현상(Resonance)을 이용하여 미소 질량을 측정할 수 있는 장치로서, 상기 수정 결정 미소저울은 한 쌍의 전극과, 상기 전극들 사이에 배치된 수정 기판을 구비하며, 상기 전극은 수정기판의 양면에 금속을 입혀서 형성할 수 있다.
상기 수정 결정 미소저울은 수정을 결정축에 대해 특정한 방향으로 절단(AT-cut)하여 얇은 조각의 결정의 양면에 금속을 코팅하여 전극을 형성시켜 얻어질 수 있다.
상기 전극 사이에 전압이 가해지면 상기 수정 기판과 상기 전극들로 이루어진 구조물의 공진점에서 일정한 공진 주파수로 공진이 생긴다. 이때, 상기 한 쌍의 전극 중 하나가 공기중에 노출되어 있고, 이 전극에 미소 질량(M)이 접촉되면 그 미소 질량(M)에 의하여 공진 주파수의 값이 변화한다. 그러므로 상기 공진 주파수의 변화량을 측정함으로써, 상기 미소 질량(M) 값이 측정될 수 있다.
이러한 수정 결정 미소저울은 나노그램의 질량 변화도 측정할 수 있는 센서이므로, 기체의 농도변화 측정, 증착량 측정, 단백질 검출, 점탄성 계수의 측정 등 다양한 분야에서 응용이 가능하다.
한편, 상기 수정 결정 미소저울의 응용으로서, 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM: Electrochemical Quartz Crystal Microbalance)을 이용하여 용액 상에서도 수정 표면의 질량 변화를 측정할 수 있는데, 이 경우에 상기 QCM의 양 전극중 하나는 EQCM의 작업전극(Working Electrode)이 되어 전류-전압의 관계를 통해 작업전극의 질량 변화를 측장할 수 있다.
상기 EQCM은 단층(monolayer)이나 다층(multilayer) 박막의 생성이나 전극에 부착된 고분자 박막에서의 산화환원에 따른 물질이동, 무전해 도금, 단백질의 흡,탈착 등 전극의 질량변화를 수반하는 다양한 분야에 응용가능할 수 있다.
상기 QCM 장치는 수정결정을 포함하는 셀(cell), 원하는 주파수만을 선택하여 발진하는 발진회로, 수정 결정의 전극상에서 일어나는 주파수 변화를 측정하는 진동수 계측기(frequency counter), 출력되는 전압 값을 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지털 신호로 변환시켜주는 DAQ 보드 및 이들을 제어하는 제어보드 등으로 구성될 수 있으며, 또한 상기 EQCM는 QCM에 전기화학 셀(Electrochemical cell)을 부가하여 작동 전극(Working Electrode)이 수정결정을 포함하며, 상대전극(counter electrode) 및 기준전극(reference electrode)이 추가적으로 포함되어 이루어질 수 있다.
상기 QCM 시스템을 이용한 기술로 등록실용신안공보 제20-0440969호(20080711)에서는 수용체 분자를 센서 칩 표면에 고정시킬 수 있고 기상 또는 액상의 시험 대상물을 용이하게 센서와 접촉시킬 수 있으면서 안정된 신호를 얻을 수 있는, 수정결정 미소저울(QCM) 바이오센서 장치에 관해 기재되어 있고, 상기 EQCM 시스템을 이용한 기술로 등록특허공보 제10-0859768호(2008.09.24.)에서는 전기화학반응 중 간섭발생을 최소화하는 구조의 전기화학 셀을 구비하여 전기화학반응이 일어나는 과정에서 작업전극의 표면변화가 임피던스에 미치는 영향을 실시간으로 측정가능함과 동시에 전극표면에서의 질량변화를 나노그램(ng)의 정밀도로 측정할 수 있는 EQCM 장치에 관해 기재되어 있다.
도 1에서는 종래기술에서 사용되는 EQCM 장치를 도시하였다. 이를 구체적으로 살펴보면, 상기 EQCM 장치는 수정결정(41)을 포함하는 작동전극(40, Working Electrode), 기준전극(50, reference electrode) 및 상대전극(60, counter electrode)으로서 각각 Ag/AgCl 전극과 백금 전극이 사용되는 통상의 3전극 시스템으로 이루어진 전기 화학적 셀(70)을 포함하며, 상기 셀내에 적절한 용매와 화학반응 또는 물리적 변화를 유도할 물질들이 포함될 수 있다.
상기 EQCM 장치의 전기화학적 셀에는 QCM의 한쪽 전극만을 용액에 노출시키고 용액에 누출되지 않도록 밀봉시켜서 수정을 설치하여야 한다.
또한, 상기 EQCM 장치는 전해용액의 반응전위인 DC 전압을 생성하여 안정된 신호전압으로 전해 용액에 인가시키는 포텐쇼스탯(45, Potentiostat) 포함할 수 있고, 이는 작동전극에 연결된다.
또한, 상기 EQCM은 QCM 시스템에서와 마찬가지로, 원하는 주파수만을 선택하여 발진시키는 발진회로(10), 수정 결정의 전극상에서 일어나는 주파수 변화를 측정하는 진동수 계측기(20, frequency counter), 출력되는 전압 값을 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지털 신호로 변환시켜주는 DAQ 보드(30) 및 이들을 제어하는 제어 보드(미도시)와 PC 등의 장치를 포함하고 있다.
즉, 상기 전기화학적 셀부를 형성하는 구성요소인 수정진동자인 수정결정의 양면에는 금속을 입혀 전극을 만들고, 입력되는 전압의 신호에 따라 수정의 공명진동수로 진동을 하게 되며, 전극의 무게변화에 따라 수정진동자의 진동수가 변화함으로써 전극에서 일어나는 질량의 변화를 감지할 수 있게 하는 것이다.
그러나 이러한 종래 기술은 QCM 전극과 전기화학(Electrochemistry) 검출을 위한 전극의 분리로 인하여 셀(cell)의 부피가 크고 소형화할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래 기술은 외부 검출장치가 기존의 분석장치를 연결하여 사용함으로써 현장 진단 검사(POCT)를 위한 이동가능한 측정기의 제작에 한계가 따르는 문제점이 있었다.
따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 전기화학적 수정결정미소저울의 반응셀에 3극 전극을 통합 구성함으로써 상대적으로 반응 셀의 부피를 줄일 수 있고, 소형화할 수 있으며, 신속한 포텐쇼스탯(potentiostat)을 동시에 수행할 수 있는 통합 전극 구조를 갖는 전기화학적 수정결정미소저울의 반응셀, 이를 구비하는 전기화학적 수정결정미소저울을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 진동수(frequency), 디시패션(dissipation) 및 임피던스(impedance)을 동시에 측정할 수 있으며, 현장 진단 검사(POCT)를 위한 이동가능한 측정 분석 장치로서 제공할 수 있는 전기화학적 수정결정미소저울을 포함하는 네트워크 분석 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 전기화학적 수정결정미소저울(QCM)에 구성되는 반응 셀로서, 수정 결정 기재; 및 상기 수정 결정 기재의 양면에 각각 형성되되 서로 분리 구성되는 작동 전극과, 카운터 전극 및 기준 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 수정결정미소저울의 반응 셀이 제공된다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 작동 전극은 상기 수정 결정 기재의 중앙부에 형성되는 제1 원형 전극부과, 상기 제1 원형 전극부의 일측에서 상기 수정 결정 기재의 가장자리로 연장되는 제1 스트립 전극부, 및 상기 제1 스트립 전극부의 연장 단부에서 상기 수정 결정 기재의 가장자리를 따라 양측으로 연장되는 제1 호형 스트립 전극부를 포함하고, 상기 카운터 전극은 상기 수정 결정 기재의 가장자리를 따라 소정 길이 형성되는 일부 개구된 환형 스트립 전극으로 이루어지고, 상기 기준 전극은 상기 작동 전극의 원형 전극부와 이격 형성되는 제2 원형 전극부와, 상기 제2 원형 전극부의 일측에서 상기 수정 결정 기재의 가장자리로 연장되는 제2 스트립 전극부, 및 상기 제2 스트립 전극부의 연장 단부에서 상기 수정 결정 기재의 가장자리를 따라 양측으로 소정 길이 연장되는 제2 호형 스트립 전극부를 포함하며, 상기 작동 전극과 카운터 전극 및 기준 전극은 전기적으로 서로 이격되어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 제1 원형 전극부는 상기 제2 원형 전극부보다 넓은 면적을 갖고 형성되며, 상기 제1 호형 스트립 전극부와 상기 카운터 전극 및 제2 호형 스트립 전극부는 동심원을 가지며, 동일 폭과 두께를 갖고 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 상기한 일 관점에 따른 반응 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 수정결정미소저울이 제공된다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 발진기를 구비하는 수정결정미소저울부; 상기 수정결정미소저울부의 주파수 변화를 읽어들이고, 피시패션(dissipation) 및 임피던스(impedance)를 측정하여 포텐쇼스탯(potentiostat) 기능을 수행하도록 이루어지는 네트워크 분석부; 상기 네트워크 분석부로부터 들어오는 데이터를 시각화하고, 유저 인터페이스를 위한 터치 입출력을 제공하도록 구성되는 사용자 인터페이스부; 및 상기 수정결정미소저울부와 네트워크 분석부 및 사용자 인터페이스부를 구비하는 장치 본체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 수정결정미소저울을 포함하는 네트워크 분석 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 관점에 있어서, 상기 수정결정미소저울부는 수정 결정 기재, 및 상기 수정 결정 기재의 양면에 각각 형성되되 서로 분리 구성되는 작동 전극과, 카운터 전극 및 기준 전극을 포함하고, 상기 작동 전극은 상기 수정 결정 기재의 중앙부에 형성되는 제1 원형 전극부과, 상기 제1 원형 전극부의 일측에서 상기 수정 결정 기재의 가장자리로 연장되는 제1 스트립 전극부, 및 상기 제1 스트립 전극부의 연장 단부에서 상기 수정 결정 기재의 가장자리를 따라 양측으로 연장되는 제1 호형 스트립 전극부를 포함하고, 상기 카운터 전극은 상기 수정 결정 기재의 가장자리를 따라 소정 길이 형성되는 일부 개구된 환형 스트립 전극으로 이루어지고, 상기 기준 전극은 상기 작동 전극의 원형 전극부와 이격 형성되는 제2 원형 전극부와, 상기 제2 원형 전극부의 일측에서 상기 수정 결정 기재의 가장자리로 연장되는 제2 스트립 전극부, 및 상기 제2 스트립 전극부의 연장 단부에서 상기 수정 결정 기재의 가장자리를 따라 양측으로 소정 길이 연장되는 제2 호형 스트립 전극부를 포함하며, 상기 작동 전극과 카운터 전극 및 기준 전극은 전기적으로 서로 이격되어 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 있어서, 상기 제1 원형 전극부는 상기 제2 원형 전극부보다 넓은 면적을 갖고 형성되며, 상기 제1 호형 스트립 전극부와 상기 카운터 전극 및 제2 호형 스트립 전극부는 동심원을 가지며, 동일 폭과 두께를 갖고 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 있어서, 상기 수정결정미소저울부와 네트워크 분석부는 상기 장치 본체에 벤치탑(bench top) 방식으로 구성되고, 상기 사용자 인터페이스부는 상기 장치 본체의 일측에 구성되며, 상기 네트워크 분석부는 상기 수정결정미소저울부의 주파수 변화를 읽어들이는 벡터 네트워크 분석기(VNA: vector network analyzer) 기능을 포함하고, 주파수 스왑(frequency swap)과 알에프 파워 계측기(RF power meter)를 통해 상기 수정결정미소저울부의 표면의 디시패션(dissipation)을 측정하며, 상기 수정결정미소저울부의 작동 전극과 카운터 전극 및 기준 전극을 통해 전압(Voltage)과 전류(Current)를 스윕(sweep)하고 임피던스(impedance)로 변환 측정하여 포텐쇼스탯(potentiostate) 기능을 동시에 수행하도록 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 통합 전극 구조를 갖는 전기화학적 수정결정미소저울의 반응셀, 이를 구비하는 전기화학적 수정결정미소저울 및 이를 포함하는 네트워크 분석 장치에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명은 수정결정미소저울의 전극을 통합 구성함으로써 상대적으로 반응 셀의 부피를 줄일 수 있고, 이에 따라 QCM 장치를 소형화할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 신속한 포텐쇼스탯(potentiostat)을 동시에 수행할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 본 발명은 진동수(frequency), 디시패션(dissipation) 및 임피던스(impedance)을 동시에 측정할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 본 발명은 현장 진단 검사(POCT)를 위한 이동가능한 측정 분석 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
다섯째, 본 발명은 100MHz의 주파수 발생과 주파수 카운트 기능을 가지며, 임피던스 측정 및 임피던스 편이 측정이 가능한 네트워크 분석 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 EQCM 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 통합 전극 구조를 갖는 전기화학적 수정결정미소저울의 반응셀의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기화학적 수정결정미소저울을 포함하는 네트워크 분석 장치의 구성을 블록화하여 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전기화학적 수정결정미소저울을 포함하는 네트워크 분석 장치의 개념을 도식화하여 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 통합 전극 구조를 갖는 전기화학적 수정결정미소저울의 반응셀의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기화학적 수정결정미소저울을 포함하는 네트워크 분석 장치의 구성을 블록화하여 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전기화학적 수정결정미소저울을 포함하는 네트워크 분석 장치의 개념을 도식화하여 개략적으로 나타내는 구성도이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 통합 전극 구조를 갖는 전기화학적 수정결정미소저울의 반응셀, 이를 구비하는 전기화학적 수정결정미소저울 및 이를 포함하는 네트워크 분석 장치에 대하여 상세히 설명한다. 아래 설명되는 제1, 제2의 표현은 구성요소에 대한 구분을 위한 서수적 표현, 다시 말해서 기호적 표현임을 전제로 한다.
먼저, 본 발명에 따른 통합 전극 구조를 갖는 전기화학적 수정결정미소저울의 반응셀에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 통합 전극 구조를 갖는 전기화학적 수정결정미소저울의 반응셀의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 통합 전극 구조를 갖는 전기화학적 수정결정미소저울의 반응셀은, 전기화학적 수정결정미소저울(QCM; Quartz Crystal Microbalance)에 구성되는 반응 셀로서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 소정 두께와 직경을 갖고 형성되는 수정 결정 기재(substrate)(110), 및 상기 수정 결정 기재(110)의 양면에 각각 형성되되 서로 분리되어 구성되는 작동 전극(WE: Working Electrode)(120), 카운터 전극(CE: Counter Electrode) 또는 상대 전극(130) 및 기준 전극(RE: Reference Electrode)(140)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 작동 전극(120)은 상기 수정 결정 기재(110)의 중앙부에 형성되는 제1 원형 전극부(121)와, 상기 제1 원형 전극부(121)의 일측에서 상기 수정 결정 기재(110)의 가장자리로 연장되는 제1 스트립 전극부(122), 및 상기 제1 스트립 전극부(122)의 연장 단부에서 양측으로 상기 수정 결정 기재(110)의 가장자리를 따라(둘레방향을 따라) 소정 길이 연장되는 제1 호형 스트립 전극부(123)로 이루어진다.
상기 카운터 전극(130)은 상기 수정 결정 기재(110)의 가장자리를 따라(둘레방향을 따라) 소정 길이 형성되는 일부 개구된 환형 스트립 전극으로 이루어지며, 상기 작동 전극(120) 및 기준 전극(140)과 이격되어 형성된다.
상기 기준 전극(140)은 상기 작동 전극(120)의 원형 전극부(121)와 이격되어 형성되는 제2 원형 전극부(141)와, 상기 원형 전극부(141)의 일측에서 상기 수정 결정 기재(110)의 가장자리로 연장되는 제2 스트립 전극부(142), 및 상기 제2 스트립 전극부(142)의 연장 단부에서 양측으로 상기 수정 결정 기재(110)의 가장자리를 따라(둘레방향을 따라) 소정 길이 연장되는 제2 호형 스트립 전극부(143)로 이루어진다.
여기에서, 상기 제2 호형 스트립 전극부(143)는 일단부에서 상기 작동 전극(120)의 제1 호형 스트립 전극부(123)과 이격되게 형성되고, 타단부에서 상기 카운터 전극(130)과 이격되게 형성된다.
상기 작동 전극(120)과, 카운터 전극(130) 및 기준 전극(140)에 있어, 상기 제1 원형 전극부(121)는 상기 제2 원형 전극부(141)보다 넓은 면적을 갖도록 형성된다.
또한, 상기 제1 호형 스트립 전극부(123)와 상기 카운터 전극(130) 및 제2 호형 스트립 전극부(143)는 동심원상에 형성되고, 서로 이격되며, 동일 폭과 두께를 갖고 형성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 전기화학적 수정결정미소저울은 상기와 같이 구성되는 통합 전극 구조를 갖는 반응셀을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전기화학적 수정결정미소저울을 포함하는 네트워크 분석 장치를 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 전기화학적 수정결정미소저울을 포함하는 네트워크 분석 장치의 구성을 블록화하여 개략적으로 나타내는 블록도이며, 도 4는 본 발명에 따른 전기화학적 수정결정미소저울을 포함하는 네트워크 분석 장치의 개념을 도식화하여 개략적으로 나타내는 구성도이다.
아래 본 발명에 따른 전기화학적 수정결정미소저울을 포함하는 네트워크 분석 장치에 대한 설명에서, 앞서 설명한 반응 셀의 구조에 대한 설명은 설명의 간략화를 위하여 간략히 하거나 생략한다.
본 발명에 따른 전기화학적 수정결정미소저울을 포함하는 네트워크 분석 장치는, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기한 반응 셀 구조를 갖는 수정결정미소저울부(QCM)(100); 상기 수정결정미소저울부(100)의 주파수 변화를 읽어들이고, 피시패션(dissipation) 및 임피던스(impedance)를 측정하여 포텐쇼스탯(potentiostat) 기능을 수행하도록 이루어지는 네트워크 분석부(200); 상기 네트워크 분석부(200)의 콘트롤러로부터 들어오는 데이터를 시각화하고, 유저 인터페이스(User Interface)를 위한 터치 입출력을 제공하도록 구성되는 사용자 인터페이스부(300); 및 상기 수정결정미소저울부(100)와 네트워크 분석부(200) 및 사용자 인터페이스부(300)를 포함하는 장치 본체(400);를 포함한다.
상기 수정결정미소저울부(100)와 네트워크 분석부(200)는 상기 장치 본체(400)에 벤치탑(bench top) 방식으로 구성되고, 상기 사용자 인터페이스부(300)는 상기 장치 본체(400)의 일측(예를 들면, 상측)에 구성되며, 이에 따라 본 발명에 따른 전기화학적 수정결정미소저울을 포함하는 네트워크 분석 장치는 현장 진단 검사([POCT: Point of Care Testing)가 가능한 소형 EC-QCM으로 구성되어 이루어질 수 있다.
상기 수정결정미소저울(100)은 앞서 설명한 바와 같이 양면에 작동 전극(120)과 카운터 전극(130) 및 기준 전극(140)의 3극 전극을 구성하고, 진동 기능을 수행하여 전기화학적 반응을 일으키고, 이때 진동수(frequency), 디시패션(dissipation) 및 임피던스(impedance)을 동시에 측정하게 된다.
그리고 상기 수정결정미소저울(100)의 일측에는 발진기(101)가 결합되어 구성된다.
상기 네트워크 분석부(200)는 수정결정미소저울부(100)의 주파수 변화를 읽을 수 있는 vector network analyzer(VNA) 기능을 포함하며, 주파수 스왑(frequency swap)과 알에프 파워 계측기(RF power meter)를 통해 수정결정미소저울부(100) 표면의 디시패션(dissipation)을 측정하게 된다.
또한, 상기 네트워크 분석부(200)는 상기 수정결정미소저울부(100)의 3극 전극(120 내지 140; RE, WE, CE)를 통해 고속으로 전압(Voltage)과 전류(Current)를 스윕(sweep)하고, 이를 임피던스(impedance)로 변환하여 측정함으로써 고속 포텐쇼스탯(potentiostate) 기능을 동시에 수행할 수 있게 된다.
이상에 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 통합 전극 구조를 갖는 전기화학적 수정결정미소저울의 반응셀, 이를 구비하는 전기화학적 수정결정미소저울 및 이를 포함하는 네트워크 분석 장치에 의하면, 수정결정미소저울의 전극을 통합 구성함으로써 상대적으로 반응 셀의 부피를 줄일 수 있고, 이에 따라 QCM 장치를 소형화할 수 있으며, 신속한 포텐쇼스탯(potentiostat)을 동시에 수행할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 진동수(frequency), 디시패션(dissipation) 및 임피던스(impedance)을 동시에 측정할 수 있고, 현장 진단 검사(POCT)를 위한 이동가능한 측정 분석 장치를 제공할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 100MHz의 주파수 발생과 주파수 카운트 기능을 가지며, 임피던스 측정 및 임피던스 편이 측정이 가능한 네트워크 분석 장치를 제공할 수 있는 이점이 있다.
상기한 바와 같은 실시 예들은 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 수정결정미소저울(QCM)
110: 수정 결정 기재
120: 작동 전극
121: 제1 원형 전극부
122: 제1 스트립 전극부
123: 제1 호형 스트립 전극부
130: 카운터 전극
140: 기준 전극
141: 제2 원형 전극부
142: 제2 스트립 전극부
143: 제2 호형 스트립 전극부
200: 네트워크 분석부
300: 사용자 인터페이스부
400: 장치 본체
110: 수정 결정 기재
120: 작동 전극
121: 제1 원형 전극부
122: 제1 스트립 전극부
123: 제1 호형 스트립 전극부
130: 카운터 전극
140: 기준 전극
141: 제2 원형 전극부
142: 제2 스트립 전극부
143: 제2 호형 스트립 전극부
200: 네트워크 분석부
300: 사용자 인터페이스부
400: 장치 본체
Claims (2)
- 발진기를 구비하는 수정결정미소저울부;
상기 수정결정미소저울부의 주파수 변화를 읽어들이고, 피시패션(dissipation) 및 임피던스(impedance)를 측정하여 포텐쇼스탯(potentiostat) 기능을 수행하도록 이루어지는 네트워크 분석부;
상기 네트워크 분석부로부터 들어오는 데이터를 시각화하고, 유저 인터페이스를 위한 터치 입출력을 제공하도록 구성되는 사용자 인터페이스부; 및
상기 수정결정미소저울부와 네트워크 분석부 및 사용자 인터페이스부를 구비하는 장치 본체;를 포함하고,
상기 수정결정미소저울부는 수정 결정 기재, 및 상기 수정 결정 기재의 양면에 각각 형성되되 서로 분리 구성되는 작동 전극과, 카운터 전극 및 기준 전극을 포함하고,
상기 작동 전극은 상기 수정 결정 기재의 중앙부에 형성되는 제1 원형 전극부과, 상기 제1 원형 전극부의 일측에서 상기 수정 결정 기재의 가장자리로 연장되는 제1 스트립 전극부, 및 상기 제1 스트립 전극부의 연장 단부에서 상기 수정 결정 기재의 가장자리를 따라 양측으로 연장되는 제1 호형 스트립 전극부를 포함하고,
상기 카운터 전극은 상기 수정 결정 기재의 가장자리를 따라 소정 길이 형성되는 일부 개구된 환형 스트립 전극으로 이루어지고,
상기 기준 전극은 상기 작동 전극의 원형 전극부와 이격 형성되는 제2 원형 전극부와, 상기 제2 원형 전극부의 일측에서 상기 수정 결정 기재의 가장자리로 연장되는 제2 스트립 전극부, 및 상기 제2 스트립 전극부의 연장 단부에서 상기 수정 결정 기재의 가장자리를 따라 양측으로 소정 길이 연장되는 제2 호형 스트립 전극부를 포함하며,
상기 작동 전극과 카운터 전극 및 기준 전극은 전기적으로 서로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는
전기화학적 수정결정미소저울을 포함하는 네트워크 분석 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 수정결정미소저울부와 네트워크 분석부는 상기 장치 본체에 벤치탑(bench top) 방식으로 구성되고,
상기 사용자 인터페이스부는 상기 장치 본체의 일측에 구성되고,
상기 네트워크 분석부는 상기 수정결정미소저울부의 주파수 변화를 읽어들이는 벡터 네트워크 분석기(VNA: vector network analyzer) 기능을 포함하고, 주파수 스왑(frequency swap)과 알에프 파워 계측기(RF power meter)를 통해 상기 수정결정미소저울부의 표면의 디시패션(dissipation)을 측정하며, 상기 수정결정미소저울부의 작동 전극과 카운터 전극 및 기준 전극을 통해 전압(Voltage)과 전류(Current)를 스윕(sweep)하고 임피던스(impedance)로 변환 측정하여 포텐쇼스탯(potentiostate) 기능을 동시에 수행하도록 이루어지고,
상기 제1 원형 전극부는 상기 제2 원형 전극부보다 넓은 면적을 갖고 형성되며,
상기 제1 호형 스트립 전극부와 상기 카운터 전극 및 제2 호형 스트립 전극부는 동심원을 가지며, 동일 폭과 두께를 갖고 형성되는 것을 특징으로 하는
전기화학적 수정결정미소저울을 포함하는 네트워크 분석 장치.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190136637A KR20200076580A (ko) | 2019-10-30 | 2019-10-30 | 통합 전극 구조를 갖는 전기화학적 수정결정미소저울의 반응셀, 이를 구비하는 전기화학적 수정결정미소저울 및 이를 포함하는 전기화학적 수정결정미소저울 네트워크 분석 장치 |
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| KR1020190136637A KR20200076580A (ko) | 2019-10-30 | 2019-10-30 | 통합 전극 구조를 갖는 전기화학적 수정결정미소저울의 반응셀, 이를 구비하는 전기화학적 수정결정미소저울 및 이를 포함하는 전기화학적 수정결정미소저울 네트워크 분석 장치 |
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| KR1020180164852 Division | 2018-12-19 |
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|---|---|
| KR20200076580A true KR20200076580A (ko) | 2020-06-29 |
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| KR (1) | KR20200076580A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220053445A (ko) * | 2020-10-22 | 2022-04-29 | 국방과학연구소 | 수정미소저울 센서를 이용한 통신 장치, 방법, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 및 컴퓨터 프로그램 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100859768B1 (ko) | 2007-04-16 | 2008-09-24 | 전북대학교산학협력단 | 고속 임피던스 및 질량변화 복합측정기 및 측정방법 |
| KR101290262B1 (ko) | 2011-03-31 | 2013-07-26 | 국민대학교산학협력단 | 구획홈을 구비한 다채널 수정 결정 미소 저울. |
| KR101363269B1 (ko) | 2013-07-17 | 2014-02-12 | 주식회사 위즈맥 | 온도변화에 따른 주파수 변화를 최소화할 수 있는 수정 결정 미소저울 장치 |
| KR101422049B1 (ko) | 2013-01-18 | 2014-08-14 | 포항공과대학교 산학협력단 | 무전극 멀티채널 수정진동자 미세저울 센서 |
-
2019
- 2019-10-30 KR KR1020190136637A patent/KR20200076580A/ko unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100859768B1 (ko) | 2007-04-16 | 2008-09-24 | 전북대학교산학협력단 | 고속 임피던스 및 질량변화 복합측정기 및 측정방법 |
| KR101290262B1 (ko) | 2011-03-31 | 2013-07-26 | 국민대학교산학협력단 | 구획홈을 구비한 다채널 수정 결정 미소 저울. |
| KR101422049B1 (ko) | 2013-01-18 | 2014-08-14 | 포항공과대학교 산학협력단 | 무전극 멀티채널 수정진동자 미세저울 센서 |
| KR101363269B1 (ko) | 2013-07-17 | 2014-02-12 | 주식회사 위즈맥 | 온도변화에 따른 주파수 변화를 최소화할 수 있는 수정 결정 미소저울 장치 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220053445A (ko) * | 2020-10-22 | 2022-04-29 | 국방과학연구소 | 수정미소저울 센서를 이용한 통신 장치, 방법, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 및 컴퓨터 프로그램 |
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