KR20220027985A - 매체의 멀티 파라미터 분석을 위한 센서 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 매체(105)의 멀티 파라미터 분석을 위한 센서 모듈(1) 및 그 용도들에 관한 것이다. 본 발명에 따른 센서 모듈(1)은 기판(100) 상의 파라미터-민감 코팅들(103)을 갖는 광자 및 비-광자 측정 원리들의 조합을 특징으로 한다. 매체(105)의 복수의 특성들은 넓은 파라미터 범위들에 걸쳐 검출될 수 있으며, 여기서, 적어도 예컨대, 정확도, 장기 안정성, 해상도, 재현성, 에너지 소비, 제조 비용, 필요한 공간 요건들과 관련하여 대응하는 파라미터에 대해 가장 적합한 방법이 사용될 수 있다.

Description

매체의 멀티 파라미터 분석을 위한 센서 모듈
[0001] 본 발명은, 광자 신호를 방출하기 위한 적어도 하나의 유기 발광기 및 광자 신호들을 검출하기 위한 적어도 하나의 디바이스 ―적어도 하나의 유기 발광기 및 광자 신호들을 검출하기 위한 적어도 하나의 디바이스는 반도체 기판 상에 또는 반도체 기판에 모놀리식으로 형성됨 ― 를 가지며, 그리고 적어도 하나의 유기 발광기 및/또는 광자 신호들을 검출하기 위한 적어도 하나의 디바이스를 적어도 부분적으로 커버하고 매체와 접촉하는 적어도 하나의 기능 층 시스템을 추가로 갖는, 매체의 멀티 파라미터 분석을 위한 센서 모듈에 관한 것이며, 기능 층은, 매체의 멀티 파라미터 분석을 위한 센서 모듈의 사용뿐만 아니라, 측정 매체의 적어도 하나의 특성에 의해 영향을 받을 수 있는 적어도 하나의 특성을 갖는 적어도 하나의 활성 영역을 갖는 방식으로 설계된다.
[0002] 매체를 멀티 파라미터적으로(multiparametrically), 즉 준-동시적으로 측정될 복수의 물리적, 화학적, 생화학적 및/또는 생물학적 파라미터들에 기초하여 분석하기 위해, 파라미터들 각각에 대해, 개별적인 센서들의 조합들이 흔히 사용되며, 이의 소형화 가능성은 매우 제한적이다. 추가의 단점들은 높은 에너지 소비와, 신호대 잡음비를 개선하고 전자기 호환성을 보장하기 위해 많은 노력이 필요하다는 것이다. 특히, 높은 생산 비용들로 인해, 이러한 개별적인 센서 조합들은 저렴한 일회용 모듈들로서 환경적으로 그리고 경제적으로 설계될 수 없다. 현재 실시에서, 이는 트랜스듀서와 송신기/프로세싱 유닛의 분리를 초래하며, 여기서, 흔히, 트랜스듀서만이, 때로는 또한 송신기/사전-프로세싱 유닛과 함께, 일회용 아이템으로서 설계된다. 교환 후에, 고객에 의해 조정/교정이 수행되어야 하며, 이는 사용 비용을 증가시키고, 때로는 부가적인 시험 기술 및 충분한 자격들을 필요로 하며, 예컨대 제약 분야의 중요한 응용들에서, 에러들 및 교차-오염에 대한 민감성을 증가시킨다.
[0003] 예컨대, pH, 전도도, 온도, 농도의 동시적인 결정은 특히 생물학적, 생화학적 또는 화학적 측정 작업들에 대해 흥미로울 수 있다.
[0004] 종래 기술로부터, 예컨대 [Krujatz2016]으로부터, 생명공학 애플리케이션들을 위한 OLED-기반 유기 광센서들이 알려져 있다. 이러한 유형의 센서들은, 광 소스로서의 유기 발광 다이오드(OLED)들뿐만 아니라 광자 검출기들 둘 모두를 가지며, 예컨대, 수용액들 내의 용존 산소량, 혈액 내의 산소 포화도를 결정하기 위해, 또는 포도당의 효소적 검출(enzymatic detection)을 위해, 포토루미네선스(photoluminescence) 센서들, 바이오센서들 또는 흡수/투과 센서들로서 사용된다. OLED들은 포일(foil)들, 유리 또는 실리콘과 같은 기판들에 적용된다. 또한, 분석물의 상이한 파라미터들, 이를테면 용존 산소량, 락테이트, 포도당 등의 동시 검출을 위한 OLED-기반 센서 어레이들이 알려져 있다.
[0005] DE 10 2007 056 275 B3은 매체를 분석하기 위한 칩, 매체를 조명하기 위한 유기 반도체들, 및 능동 CMOS 기판 상에 매트릭스 어레인지먼트로 모놀리식으로 통합된 광검출기들을 개시한다. 추가적인 능동 전자 엘리먼트들이 신호 프로세싱을 위해 기판에 통합될 수 있다.
[0006] DE 10 2006 030 541 A1에서, 예컨대, 살아있는 존재들의 생리적 파라미터들을 검출하기 위한 또는 정보를 시각적으로 디스플레이하기 위한 광학 어레인지먼트가 개시된다. 이 경우, 적어도 하나의 유기 발광 다이오드 및 적어도 하나의 광 다이오드 및/또는 하나의 CMOS 광 다이오드가 바람직하게는 공통 기판 상에 배열 또는 형성되고, 전자 평가 및 제어 유닛에 연결된다. 어레인지먼트는 개별 엘리먼트들을 증폭, 저장 및/또는 제어하기 위한 추가의 능동 및 수동 전자/전기 컴포넌트들을 가질 수 있다.
[0007] WO 2011/048472 A1은 층 구조 및 광원으로서 OLED를 갖는, 면역진단을 위한 광학 센서 시스템을 도시하며, 이 시스템에서, 형광성 또는 인광성 마커 엘리먼트가 항체에 결합된다.
[0008] EP 1 672 356 B1은 일회용 광 센서를 개시하며, 이 광 센서에서, 광 소스 및 포토다이오드는 기판 상에 배열되고, 분석물에 기초하여 광 신호를 방출하는 기능 층으로부터 분리 층에 의해 분리된다.
[0009] 광원으로서 OLED 및 음향 센서를 갖는 센서 디바이스는 EP 2 988 807 B1로부터 알려져 있다.
[00010] CMOS 기술에서 압력 측정을 위한 MEMS 센서는 DE 10 2014 010 116 B4로부터 알려져 있으며, 그 센서의 전면은 측정될 매체와 접촉하고 그리고 부식에 대한 센서의 신뢰성 있는 보호를 제공한다.
[00011] DE 10 2016 220 086 A1은 CMOS 기판들 상에 배열된 다수의 센서 세그먼트들로 구성된 미세구조 유기 센서 컴포넌트를 설명한다. 각각이 하나 이상의 방출기들을 갖는 적어도 하나의 발광 다이오드가 기판 상에 부가적으로 배열될 수 있다.
[00012] EP 2 955 759 B1은, 매립된 배선을 갖는 유전체 층을 갖는 기판 상에 광검출기를 갖는 반도체 컴포넌트를 위한 생산 방법을 개시한다.
[00013] 광자 및 비-광자 측정 원리들을 기판 상의 파라미터-민감 코팅(parameter-sensitive coating)들과 조합하는 어떠한 멀티 파라미터 센서 모듈들도 종래 기술로부터 알려져 있지 않다.
[0014] 따라서, 본 발명의 목적은, 센서 모듈을 사용하여 매체의 복수의 특성들이 넓은 파라미터 범위들에 걸쳐 검출될 수 있게 하는 디바이스를 제공하는 것이며, 여기서, 적어도, 예컨대, 정확도, 장기 안정성, 분해능, 재현성, 에너지 소비, 제조 비용들, 필요한 공간 요건들과 관련하여 대응하는 파라미터에 대해 가장 적절한 방법이 사용될 수 있다.
[0015] 목적은 청구항 제1항의 특징들을 갖는 센서 모듈에 의해 달성된다. 본 발명의 발전들은 종속항들에서 특정된다.
[0016] 본 발명에 따른 솔루션은, 센서 모듈이 유리하게, 동일한 반도체 기판 상에서 광자 및 비-광자 측정 원리들을 서로 결합한다는 사실에 기반한다.
[0017] 본 출원의 맥락에서, "광자 측정 원리들"은 광자 신호들의 검출을 위한 광학 방법들 및 기술들의 사용을 의미하는 것으로 이해되며, 광자 신호들은 원칙적으로 전체 전자기 스펙트럼의 광자들을 포함하는 것이 가능하며, 광자들은 측정 기술에 의해 전기 신호들로 변환될 수 있다. 본 발명에 따르면, 광자 신호들은 특히, 가시광의 범위 또는 근적외선의 범위의 파장들을 갖는 광자들을 포함한다.
[0018] 본 출원의 맥락에서, "비-광자 측정 원리들"은 정보 캐리어들로서 광자들의 검출에 기반하지 않는 측정 방법들을 의미하는 것으로 이해된다.
[0019] 센서 모듈은 반도체 기판 상에 또는 반도체 기판에 모놀리식으로 형성되는 적어도 하나의 유기 발광기, 특히 유기 발광 다이오드(OLED), 및 광 신호들을 검출하기 위한 적어도 하나의 디바이스(광 검출기(PD:photodiode))를 갖는다. 본 발명의 맥락에서, "모놀리식"은, 유기 발광기 및 광자 신호들을 검출하기 위한 디바이스가 반도체 기판과 분리할 수 없는 유닛을 형성하는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 예컨대, 다양한 반도체 프로세스들, 예컨대 CMOS 프로세스에서, 광 검출기들로서 기능할 수 있는 컴포넌트-고유 광 다이오드들이 pn 계면들에 형성된다.
[0020] 게다가, 센서 모듈은, 적어도 하나의 유기 발광기 및/또는 적어도 하나의 PD를 적어도 부분적으로 커버하고, 분석될 매체와 직접 또는 간접적으로 접촉하는 적어도 하나의 기능 층 시스템을 갖는다. 기능 층 시스템은, 매체의 적어도 하나의 특성에 의해 영향을 받을 수 있는 적어도 하나의 특성을 갖는 적어도 하나의 활성 영역을 갖는 방식으로 설계된다. 이는, 기능 층 시스템의 적어도 하나의 활성 영역이 적어도 하나의 센서-능동 컴포넌트를 포함하고, 분석될 매체와의 그 상호작용은 적어도 하나의 유기 광 방출기에 의해 방출된 제1 광자 신호에 대한 센서-능동 컴포넌트의 응답에 영향을 미친다는 것을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 센서-능동 컴포넌트는 제1 광자 신호와 관련된 제2 광자 신호를 방출한다. 제2 광자 신호는, 예컨대, 제1 광자 신호의 (부분) 반사 및/또는 (부분) 흡수 및/또는 (부분) 산란/후방산란일 수 있고, 제1 광자 신호와 비교하여 세기-변조될 수 있거나, 예컨대, 제2 광자 신호는 또한, 제1 광자 신호와 비교하여 형광에 의해 파장 변조될 수 있다. 분석될 매체의 특성에 관한 정보를 포함하는 이러한 광자 응답의 검출은 적어도 하나의 PD에 의해 이루어진다. 기능적 층 시스템의 센서-능동 컴포넌트는, 예컨대, 작용기, 염료, 효소, 단백질, 항체, 핵산, 바이러스 또는 귀금속(noble metal) 클러스터일 수 있다. 센서-능동 컴포넌트는 또한, 예컨대 폴리머일 수 있으며, 폴리머의 팽윤 거동은 매체의 pH 또는 온도에 의존한다.
[0021] 본 출원의 맥락에서, "특성"이라는 용어는 또한, 속성들의 변화들을 포함하고; 특히, 제2 광자 신호는 매체의 특성의 절대 및/또는 상대적 값들에 관한 정보를 포함할 수 있다.
[0022] 매체와의 상호작용을 통한 광자 응답의 영향은, 예컨대, 발광 분광법(luminescence spectroscopy)(예컨대, 형광 분광법), 분광 광도법(spectrophotometry)(예컨대, 흡수 측정, 반사 측정), 컬러 측정(예컨대, 비율 측정, 광도 측정, 비색 측정/컬러 변화), SPR(plasmon resonance) 및/또는 NDIR(non-dispersive infrared) 측정 방법들에 의해 검출될 수 있다.
[0023] 본 발명에 따르면, 반도체 기판은 또한, 바람직하게는 매체의 광자적으로 결정된 특성과 상이한 적어도 하나의 제2 특성이 비-광자 측정 원리에 의해 결정될 수 있거나, 센서 모듈이 적어도 하나의 제2 특성을 결정하기 위한 적어도 하나의 컴포넌트를 갖는 방식으로 설계되며, 컴포넌트는 반도체 기판 또는 캐리어 상에 배열된다.
[0024] 센서 모듈은 유리하게, 상이한 센서 기술들의 고도로 통합된 조합을 제공한다. 본 발명에 따른 센서 모듈은 입증된 반도체 생산 기술들을 사용한 저렴한 대량 생산에 적합하다. 따라서, 예컨대, 종래의 솔루션들과 비교하여 에너지, 사이즈 및 제조 비용들을 여전히 절약하면서, 적어도 예컨대, 정확도, 장기 안정성, 분해능, 재현성, 에너지 소비, 제조 비용들, 필요한 공간 요건들과 관련하여, 측정될 각각의 파라미터에 대해 가장 적합한 방법이 사용될 수 있다.
[0025] 크기, 에너지 소비 및 비용들의 최소화로 인해, 본 발명에 따른 센서 모듈을 일회용 물품으로서 설계하는 것이 가능하며, 이는 유리하게 모든 파라미터들의 공장 교정을 가능하게 한다. 효과적인 자체 모니터링 및/또는 보상 또는 참조가 가능해진다.
[0026] 또한, 본 발명에 따른 센서 모듈은, 간단하고 유리한 방식으로 광자 및 비-광자 측정 원리로부터 측정 위치를 유리하게 선택할 수 있는 가능성을 제공한다.
[0027] 기능 층 시스템은 또한, 환경으로부터의 유기 발광기 및 PD 또는 반도체 칩에 대한 차폐부로서 작용한다.
[0028] 본 발명에 따른 디바이스의 일 실시예에서, 반도체 기판은 CMOS로서 설계된다. OLED-on-Si-CMOS 기술을 사용하면, 집적 CMOS 회로 기술은 안정적이고 효율적인 발광기에 의해 보완될 수 있으며, OLED가 CMOS 백플레인 위에 모놀리식으로 배열되는 것이 가능하다.
[0029] 본 발명에 따른 디바이스의 실시예들에서, 반도체 기판은 전기화학 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스, 또는 온도 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스, 또는 임피던스 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스, 또는 자기장 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스, 후방산란 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스, 또는 유동 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스, 또는 유량 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스, 또는 열 유동 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스, 또는 압력 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스, 또는 전술한 것들의 조합을 포함한다. 디바이스들은 유리하게, 반도체 기판에 모놀리식으로 통합될 수 있다. 또한, 디바이스들이 기능 층 시스템에 통합되고 그리고/또는 기능 층 시스템 상에 배열되는 것이 유리할 수 있다.
[0030] 전기화학 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스는 바람직하게는, 전극-온-CMOS 또는 ISFET 또는 ChemFET 또는 ENFET 또는 pH-FET 또는 고체-상태 전해질 구조, 또는 전술된 것들의 조합을 포함한다.
[0031] 온도 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스는 바람직하게는 R-온-CMOS 센서 또는 열전대 센서 또는 반도체 센서 또는 전술된 것들의 조합을 포함한다.
[0032] 임피던스 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스는 바람직하게는 인터디지털(interdigital) 전극 구조를 포함한다.
[0033] 자기장 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스는 바람직하게는 홀 센서를 포함한다.
[0034] 유량 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스는 바람직하게는 열선(hot wire) 풍속계의 원리를 포함한다.
[0035] 열 유동 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스는 바람직하게는 서모파일 센서(thermopile sensor)를 포함한다.
[0036] 압력 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스는 바람직하게는 박막 센서 또는 후막 센서 또는 압전 저항 센서 또는 MEMS 센서 또는 전술된 것들의 조합을 포함한다.
[0037] 추가적인 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 센서 모듈은, 정의가능한 포지션들에 서로 공간적으로 분리되거나 반도체 기판에 배열될 수 있고, 각각이 제1 광자 신호를 방출하는 복수의 유기 발광기들을 가지며, 상이한 유기 광 방출기들의 제1 광자 신호들의 파장들이 서로 상이하거나 동일한 것이 가능하다. 복수의 유기 발광기들은 세그먼트들 또는 어레이들로 배열될 수 있다.
[0038] 추가적인 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 센서 모듈은, 정의가능한 포지션들에 서로 공간적으로 분리되거나 또는 반도체 기판에 배열될 수 있는, 광자 신호들을 검출하기 위한 복수의 디바이스들을 갖는다. 광 신호들을 검출하기 위한 복수의 디바이스들은, 이들이 서로 상이한 스펙트럼 감도 범위들을 갖는 방식으로 설계될 수 있어서, 서로 다른 디바이스들은 상이한 파장들의 광 신호들을 검출할 수 있다. 그러나 광자 신호들을 검출하기 위한 복수의 디바이스들은 또한, 이들이 동일한 감도 범위들 또는 중첩하는 감도 범위들을 갖는 방식으로 설계될 수 있으며, 대응하는 검출된 제2 광자 신호를 이것의 방출 위치에 할당하는 것은 개구수들의 구별가능한 중첩들을 통해 발생한다. 광자 신호들을 검출하기 위한 복수의 디바이스들은 또한 세그먼트들 또는 어레이들로 배열될 수 있다.
[0039] 복수의 유기 발광기들 및 광자 신호들을 검출하기 위한 복수의 디바이스들을 갖는 본 발명에 따른 센서 모듈의 구성은, 유리하게는, 매체의 공간 분해 분석의 가능성을 제공하며, 이는 기능적 층 시스템의 작은 활성 영역을 갖는 경우에도 특히 유리하다. 본 발명의 맥락에서, "공간 분해된"은 검출된 신호들을 측정 위치 또는 발생 위치에 할당하는 것을 의미하는 것으로 이해된다.
[0040] 본 발명에 따른 센서 모듈과 관련된 공간 해상도의 다양한 개념들이 아래에서 더 상세히 설명된다.
[0041] 한편으로, 기능 층 시스템의 활성 영역은 복수의 센서-능동 컴포넌트들, 예컨대 염료들을 가질 수 있으며, 이들은 서로 다른 유기 발광기들에 의해 여기되고 서로 상이한 파장들을 갖는 제1 광자 신호들을 방출하고, 서로 상이한 파장들을 갖는 제2 광자 신호들을 방출하며, 서로 다른 스펙트럼 감도 범위들을 갖는 서로 다른 대응하는 PD들에 의해 검출된다.
[0042] 다른 한편으로, 기능 층 시스템의 활성 영역의 복수의 센서-능동 컴포넌트들이 상이하게 여기되지만, 동일한 감도 범위의 제2 광자 신호들을 방출하는 경우가 또한 있을 수 있다. 이 경우, 서로 상이한 PD들에 의해 검출된 제2 광자 신호들을 이들의 방출 위치, 특히 센서-능동 컴포넌트들 중 하나에 할당하는 것은, 광 방출기들/센서-능동 컴포넌트들/PD로 구성된 광학 시스템의 개구수를 통해 발생할 수 있다.
[0043] 게다가, 본 경우에, 센서-능동 컴포넌트들의 시간-지연 여기가 또한 발생할 수 있거나, 또는 제2 광자 신호들의 혼합/중첩이 검출될 수 있다.
[0044] 본 발명에 따른 센서 모듈의 추가적인 바람직한 실시예에서, 광자 신호들을 검출하기 위한 적어도 하나의 디바이스는 적어도 하나의 유기 발광기 바로 아래에 배열된다. 이러한 구성에서, 예컨대 세기 및/또는 위상 변동들을 참조하기 위한 방출된 제1 광자 신호는 유리하게는 직접 측정될 수 있다.
[0045] 센서 모듈을 참조할 목적으로, 2개의 제2 광자 신호들 또는 2개의 비-광자 신호들 또는 제2 광자 및 비-광자 신호의 도움으로 생성된 측정된 값들의 적어도 하나의 조합이 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 센서 모듈 상의 유기 발광기 및 PD의 위치 할당은 특히 유리하게, 참조될 포지션에서 직접적으로 참조하는 것을 가능하게 한다.
[0046] 본 발명에 따른 센서 모듈의 추가적인 바람직한 실시예에서, 기능 층 시스템은 하나 초과의 활성 영역을 갖고, 활성 영역들은 서로 공간적으로 분리되어 배열된다. 공간적 분리는 또한, 하나가 다른 하나 위에 놓인, 즉, 광자 신호들을 검출하기 위한 디바이스와 유기 발광기 사이의 동일한 광학 경로에 있는 복수의 활성 영역들의 어레인지먼트를 포함한다.
[0047] 한편으로, 활성 영역들은 동일한 센서-능동 컴포넌트들을 포함할 수 있고, 매체의 동일한 특성에 민감할 수 있다. 활성 영역들의 공간 분리로 인해, 이러한 구성에서, 소정의 특성에 관한 매체의 공간 분해 분석이 가능하다.
[0048] 다른 한편으로, 활성 영역들은, 이들이 서로 상이한 특성들에 민감한 방식으로 설계될 수 있다. 이는, 예컨대, 상이한 센서-능동 컴포넌트들을 사용하여, 또는 복수의 활성 영역들 중 적어도 하나가 정의된 코팅을 갖는다는 점에서 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 센서 모듈은 유리하게, 특히 콤팩트하고, 간단하며, 소형화된 방식으로 매체의 멀티 파라미터 분석을 가능하게 한다.
[0049] 기능 층 시스템의 복수의 활성 영역들은 또한, 서로 상이한 스펙트럼 감도들을 가질 수 있으며, 여기서, 상이한 활성 영역들의 센서-능동 컴포넌트들이 광자적으로 여기될 수 있는 스펙트럼 영역들은 중첩될 수 있다. 이 실시예는 유리하게, 광자 신호들을 검출하기 위한 복수의 디바이스들 및 복수의 유기 발광기들을 갖는 센서 모듈의 본 발명의 실시예와 조합될 수 있다.
[0050] 유리한 실시예는, 제1 광자 신호에 의한, 하나가 다른 하나 아래에 배열된 기능 층 시스템의 복수의 활성 영역들 중 하부 활성 영역 ― 하부 활성 영역은 광학 경로에서 그 위에 배열된 추가 활성 영역으로 (일반적으로 서로 다른 파장 범위를 포함하는) 제2 광자 신호를 방출하고 그로 인해 센서-능동 컴포넌트들은 이 추가의 활성 영역에서 여기됨 ― 의 여기(excitation)를 포함하며, 주변 매체의 적어도 하나의 특성에 의해 야기되는 이러한 추가의 활성 영역의 특성들의 변화들에 의해 변조되는 제3 광자 신호가 방출되고, 반도체 기판과 이러한 추가의 활성 영역 사이에 배열된 기능 층 시스템의 적어도 영역들/층들은 이러한 제3 광자 신호에 대해 투명하여, 이 경우, 제3 광자 신호로 지칭되는 이 신호는 적어도 하나의 포토다이오드에 의해 수신될 수 있다.
[0051] 요약하면, 본 발명에 따른 센서 모듈은 2개의 양상들에서 공간 분해 분석의 가능성을 제공한다:
- 한편으로, 매체와 관련하여, 즉, 검출된 제2 광자 신호 및/또는 비-광자 신호는 매체 내의 측정 위치에 할당될 수 있고, 이 위치에서의 매체의 특성을 설명할 수 있다;
- 다른 한편으로, 송신된 제1 광자 신호 및 검출된 제2 광자 신호의 내부 할당에서는 NA(numerical aperture)를 사용한다.
[0052] 추가의 실시예에서, 본 발명에 따른 센서 모듈의 기능 층 시스템은 기능 층 캐리어 상에 배열된 적어도 하나의 기능 층을 포함한다. 기능 층 시스템은 복수의 층들로부터 형성될 수 있으며, 그 복수의 층들 중 단지 하나 이상만이 활성 영역들을 갖는다.
[0053] 일반적으로, 기능 층 캐리어는 제1 및 제2 광자 신호의 파장에 대해 투명하다. 특히, 기능 층 캐리어는 광학 렌즈로서, 또는 광학 렌즈 어레이로서, 또는 광학 필터로서, 또는 광학 격자로서, 또는 전술된 것들의 조합으로서 설계될 수 있다. 기능 층 캐리어는 반도체 기판 바로 위에 또는 반도체 기판으로부터 일정 거리에 배열될 수 있다. 기능 층 캐리어는 또한, 직접 결합 프로세스들(예컨대, 글루잉(gluing), 애노드 본딩, 접착제 본딩, 주조)에 의해 반도체 기판을 수용하거나 또는 반도체 기판(가능한 구조들을 포함함)을 캡슐화/밀봉하는 하우징의 일부로서 설계될 수 있다. 이는 유리하게, 효과적인, 예컨대 비-기생의 발광 모듈 캡슐화를 가능하게 한다.
[0054] 추가의 실시예에서, 본 발명에 따른 센서 모듈은, 데이터, 예컨대 측정 데이터, 프로그램 코드, 로그북 데이터, 이력 데이터를 저장하기 위한, 그리고/또는 데이터를 평가하고 영향을 주기 위한, 예컨대, 데이터 예컨대, 측정 데이터, 평가 데이터, 상태 정보, 데이터 로거 데이터를 보상하고 그리고/또는 송신하기 위한, 그리고/또는 통신을 위한 적어도 하나의 디바이스를 갖는다. 송신 및 통신은 디지털 및/또는 아날로그, 유선 또는 무선일 수 있다. 센서 모듈은 또한 자율적으로 작동할 수 있고, 측정 데이터는 측정이 완료된 후에 판독될 수 있다.
[0055] 추가의 실시예에서, 본 발명에 따른 센서 모듈은, 적어도 하나의 유기 발광기를 제어 및/또는 변조/복조하기 위한 적어도 하나의 디바이스 및/또는 광자 신호들을 검출하기 위한 적어도 하나의 디바이스를 갖는다.
[0056] 전술된 디바이스들은 바람직하게는 반도체 기판에 모놀리식으로 형성된다.
[0057] 추가적인 실시예에서, 본 발명에 따른 센서 모듈은 센서 모듈을 동작시키기 위해 사용될 전기 에너지를 제공하기 위한 적어도 하나의 디바이스를 갖는다. 이는, 예컨대 배터리 또는 슈퍼커패시터일 수 있다. 디바이스는 또한, 일반적으로 에너지 하베스팅(energyharvesting)으로 알려져 있는 바와 같이, 다른 형태들의 에너지, 예컨대 사운드의 포텐셜 에너지, 운동 에너지 또는 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 데 적합할 수 있다. 또한, 에너지는 예컨대, NFC 또는 QI와 같은 표준들에 의해 무선으로 송신되거나 필드 커플링에 의해 유도될 수 있다. 이로써, 센서 모듈은 유리하게, 자율적으로 작동할 수 있다.
[0058] 추가의 실시예에서, 본 발명에 따른 센서 모듈은 예컨대, 센서 모듈의 온도 제어, 특히 열 안정화를 위한 또는 기능적 층 시스템에서 효소들을 활성화시키기 위한 적어도 하나의 작동 컴포넌트, 예컨대 히터, 또는 미세유체들을 제어하기 위한 작동 컴포넌트들을 갖는다. 유리하게, 본 발명에 따른 센서 모듈의 액추에이터 시스템은 에너지-효율적인 방식으로 그리고 반응-가속적인 방식으로 가장 작은 공간에 통합될 수 있다. 콤팩트한 설계로 인해, 센서 모듈의 열 안정화는 에너지 효율적인 방식으로 그리고 짧은 제어 시간들로 수행될 수 있다.
[0059] 또한, 본 발명에 따른 복수의 센서 모듈들은, 예컨대 입방형 어레인지먼트로 베이스 모듈과 결합될 수 있고, 베이스 모듈 내에서, 예컨대 공통 전력 공급부, 데이터 프로세싱, 데이터 저장소 또는 통신을 사용할 수 있으며, 센서 모듈들은 개별적으로 교체가능하도록 또는 모듈식으로 장착될 수 있다.
[0060] 본 발명에 따른 센서 모듈들의 작고 컴팩트한 설계는 센서 모듈 조합의 더 빠른 반응 시간들, 더 빠른 응답 시간들, 및 더 짧은 안정화 시간들을 가능하게 한다.
[0061] 본 발명에 따른 센서 모듈은 바람직하게는 랩온어칩(lab-on-a-chip) 시스템에서 사용된다. 이러한 목적을 위해, 미세유체들은 기능적 층 시스템에 직접적으로 또는 간접적으로 커플링될 수 있거나, 또는 미세유체들은 기능적 층 시스템 또는 반도체 기판의 구조적 부분일 수 있다.
[0062] 본 발명에 따른 센서 모듈은 유리하게, 간단한 방식으로 소독가능하거나 또는 살균가능하도록 설계될 수 있다. 이는 추가의 바람직한 용도들을 초래한다.
[0063] 특히, 일회용 발효 백에서의 발효 모니터링을 위한, 본 발명에 따른 센서 모듈의 사용이 더욱 바람직하다. 이들은, 통상적으로 감마선을 이용하여, 제조자에 의해 공장에서 이미 소독된다. 제어 파라미터들을 검출하기 위한 측정 기술의 후속적인 도입은 번거롭고, 일회용 발효 백의 후속적인 오염을 초래할 수 있다. 따라서, 제약 산업에서, 예컨대, 세정(clean-up)을 체크하기 위해 광범위한 절차들이 수행되어야 하며, 그 절차들은 비용이 많이 들고, 시간 소모적이며, 결국 교차-오염의 위험을 수반한다. 본 발명에 따른 센서 모듈은 소독될 수 있기 때문에, 그 센서 모듈은, 소독 전의 일회용 발효 백에 배치될 수 있다. 본 발명에 따른 센서 모듈은 저렴하고 생체에 적합하며, 환경에 대한 손상 없이 용이하게 처분 또는 재순환될 수 있어서, 일회용 물품으로서 유리하게 사용될 수 있다. 감마 소독 외에도, 예컨대 소독제들에 의하여, 오토클레이빙(autoclave)(스팀-소독가능)에 의해, 플라즈마 소독에 의해, UV 방사에 의해, 다른 멸균 및 소독 옵션들이 이용가능하다.
[0064] 더욱이, 생체 파라미터들을 모니터링하기 위한 본 발명에 따른 센서 모듈의 사용이 바람직하다. 이는, 예컨대, 호흡 내의 CO2 및/또는 O2 농도, 타액 내의 포도당 및/또는 락테이트 농도의 측정을 포함한다. 광자 측정 원리를 사용하는 CO2 및/또는 O2 부분압의 경피 측정들 및 비-광자 측정 원리를 사용하는 피부에 대한 온도 및 pH 측정들을 통해, 파라미터들의 특히 유리한 조합이 획득될 수 있다.
[0065] 다양한 생체 파라미터들의 모니터링(monitoring)은 건강(fitness) 분야에서 점점 더 중요해지고 있다. 예컨대, 과체중 환자들의 영양 계획이 측정된 산소 소비(메타볼릭 파라미터들의 검출 및 분석; 메타볼릭)에 적용되면, 과체중 환자들은 개인화된 영양 프로그램으로 더 많은 체중을 감소시킨다는 것을 알 수 있다.
[0066] 다른 중요한 적용 분야는 의료 기술이다. 유익하게, 본 발명에 따른 센서 모듈(module)에 의해 메타볼릭 질환들, 이를테면 당뇨병이 검출될 수 있거나, 또는 장내 세균총(intestinal flora)의 장애 또는 효소 장애들이 더 긴 시간 기간에 걸쳐 연속적으로 조사될 수 있다.
[0067] 예컨대 수술 동안 또는 집중 모니터링 동안, 환자 안전을 증가시키기 위해, 폐들의 내부 부분 가스 교환의 대표적인 샘플들을 획득하는 것이 매우 바람직하다. 본 발명에 따른 센서 모듈은, 예컨대, 기도 개구에서의 호흡 가스들의 유동의 측정과 함께 초고속 산소 및/또는 이산화탄소 분압 센서(pO2 및/또는 pCO2)의 조합을 제공하며, 따라서 이러한 매우 바람직하고 중요한 정보를 제공하며, 그런 다음, 이 정보는, 예컨대, 중환자실 환자들 및 마취 하의 환자들에 대한 인공 호흡기 설정들을 최적화하는 데 사용될 수 있다.
[0068] CO2 및 O2는 신체 및 피부 조직을 통해 쉽게 확산되고, 따라서 피부의 표면에 부착된 대응하는 비-침습적 센서를 사용하여 측정될 수 있는 가스들이다. 경피적 측정들의 경우, 본 발명에 따른 센서 모듈은 피부에 적용될 수 있는 캐리어 상에 배열될 수 있다.
[0069] 본 발명에 따른 센서 모듈은 치과 교정기, 코 클립 또는 바이트 가드 상에 배열될 수 있다.
[0070] 또는, 센서 모듈은 인공 호흡기 및/또는 마취 디바이스 및/또는 폐 기능 디바이스에 통합될 수 있다.
[0071] 또한, 본 발명에 따른 센서 모듈은 혈액 샘플들뿐만 아니라 소변 및 대변 샘플들을 위한 수집 용기 상에 배열될 수 있다.
[0072] 본 출원의 맥락에서, 어레인지먼트는 또한, 센서 모듈이 매체에 대해 접근가능하도록 위에서 언급된 보조기들에 내장되는 실시예들을 포함한다.
[0073] 생체 파라미터들을 모니터링하기 위해 본 발명에 따른 센서 모듈을 사용할 때, 센서 모듈은 유리하게는 동물들 또는 인간들에 이식될 수 있다.
[0074] 추가의 실시예에서, 본 발명에 따른 센서 모듈은 삼키기 위한 캡슐로서 패키징될 수 있다. 이는 위장관을 통한 더 양호한 통과를 가능하게 한다.
[0075] 본 발명에 따른 센서 모듈의 본 발명에 따른 사용들은 복수의 이점들을 제공하며, 이들 중 일부는 아래에 열거된다.
[0076] 낮은 취득 가격들 및 공장 교정/조정 및 소독의 가능성으로 인해, 본 발명에 따른 센서 모듈은 일회용 물품으로서 설계될 수 있고, 요, 혈액 또는 대변 샘플들과 함께 처분되며 이는 또한, 교차 오염의 위험을 최소화한다.
[0077] 매체의 멀티 파라미터 분석은 다양한 생체 파라미터들의 병렬 실시간 또는 온라인 모니터링을 가능하게 한다.
[0078] 본 발명에 따른 용도들은 비-침습적으로 설계될 수 있으며; 피분석물이 소비되지 않는다.
[0079] 종래의 전기화학 산소 센서들과 비교하여, 본 발명의 기반이 되는 센서 모듈은, O2 센서 기술에서 현재 사용되는 높은 비율들의 납이 회피되기 때문에, 더 환경 친화적이다.
[0080] 초고속 응답 시간들(10%-90%의 <50 ms 상승 시간) 및 작은 크기(<1 ml, <25 g), 낮은 에너지 소비 및 낮은 열 손실로 인해, 예컨대, 가연성 또는 폭발성 분석물들, 세정제들 또는 마취제들의 경우에는 점화의 위험을 제공하지 않거나(폭발 방지, ATEX), 환자의 안전을 위협하지 않으면서 주요 파라미터들은 메인 호흡 흐름에서 직접 모니터링될 수 있다.
[0081] 센서 모듈은, 예컨대, 감마선, 플라즈마 소독, 오토클레이빙, 소독 세정제들에 의해 소독될 수 있다.
[0082] 본 발명에 따른 센서 모듈은 자율적으로 전력을 공급받도록 설계될 수 있다. 이는, 라디오 통신의 가능성을 제공하고, 초소형이고, 가장 낮은 전력 손실들을 가지며, 광자 및 비-광자 감각 파라미터들을 검출할 수 있고, 참조하기 위한 통합 방법들을 갖고, 그리고 동시에, 기능 층은 매체에 대한 캡슐화의 일부를 나타낼 수 있으며, 이는 소형화를 가능하게 한다.
[0083] 본 발명은 예시되고 설명된 실시예들로 제한되는 것이 아니라, 본 발명의 맥락 내에서 동일한 효과를 갖는 모든 실시예들을 또한 포함한다. 게다가, 본 발명은 또한, 개별 특징들이 상호 배타적이지 않거나 개별 특징들의 특정 조합이 명시적으로 배제되지 않는다면, 구체적으로 설명된 특징 조합들로 제한되는 것이 아니라, 전체로서 개시된 개별 특징들 중 임의의 특징들의 특정 특징들의 임의의 다른 조합에 의해 또한 정의될 수 있다.
[0084] 이하에서, 본 발명은, 실시예들에 제한되지 않고, 실시예들에 기초하여 설명될 것이다.
[0085] 표들 및 도면들에서:
표 1은 매체의 다양한 특성들을 결정하기 위한 양자 측정 원리들의 예들 및 센서-능동 컴포넌트에 대한 예들을 도시한다.
표 2는 매체의 다양한 특성들을 결정하기 위한 비-광자 측정 원리들의 예들 및 특성을 측정하기 위한 디바이스들의 예들을 도시한다.
도 1은 매체의 멀티 파라미터 분석을 위한 본 발명에 따른 센서 모듈의 개략적인 측면도이다.
도 2는 매체의 멀티 파라미터 분석을 위한 본 발명에 따른 센서 모듈의 실시예의 개략적인 측면도이다.
도 3은 발효 챔버 내의 본 발명에 따른 센서 모듈을 도시한다.
표 1: 광자 측정 원리들의 예들.
매체의 특성 측정 원리/
측정 방법 		센서-능동 컴포넌트
용존 산소량 광자/형광 측정 유기 염료(예컨대, PSAN에서의 PtTFPL 또는 폴리스티렌에서의 PtTFPP)
pH 광자/형광 측정 유기 염료(예컨대, HPTS, 세미나프타르로다플루오르(SNARF), 히드록시쿠마린)
온도 광자/형광 측정 유기 염료(예컨대, 로다민, 또는 PVC의 Eu(tta)3(dpbt))
용존 CO2량 광자/형광 측정 가스-투과성 및 양성자-불침투성 중합체(예컨대, 테프론, 실리콘 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE))와 조합된 유기 염료(예컨대, HPTS)
포도당 광자/ 형광 측정 포도당 옥시다제 효소(glucose oxidase)와 조합된 유기 염료(예컨대, PtTFPL 또는 PtTFPP)
락테이트 광자/형광 측정 락테이트 옥시다제와 조합된 유기 염료(예컨대, PtTFPL 또는 PtTFPP)
압력 광자/형광 측정 유기 염료(예컨대, FIB의 PtTFPP 또는 PtTFPL)
독소 측정 광자/형광 측정 GFP 유전자의 GFP 단백질
독소 측정 광자/SPR 측정 얇은 귀금속 층/층 시스템 상의 이온 채널
굴절률 광자/SPR 측정 얇은 귀금속 층/층 시스템(예컨대, Ag, Au)
수소 광자/SPR 측정 귀금속 층/층 시스템(예컨대, 팔라듐 층)
pH 광자/비색 측정 비색 표시자들; 예컨대, 브로모페놀 블루[브로모크레졸 퍼플])
일산화탄소 광자/비색 측정 비색 표시자들(예컨대, 이핵 로듐 착물)
이산화질소 광자/비색 측정 비색 표시자들(예컨대, N,N,N',N'-테트라메틸-p-페닐렌디아민; 퀴논들)
암모늄 광자/비율 형광 측정 유기 염료(예컨대, 암모늄을 위한 옥사진 170 과염소산염, 질산염 측정을 위한 알루미늄-함유 화합물들을 갖는 옥사진 170 과염소산염-에틸 셀룰로오스(O17-EC) 막)
SpO2 광자/비율 흡수 측정 2-파장 반사 펄스 옥시메트리
표 2: 비-광자 측정 원리들의 예들.
매체의 특성 측정 원리/
측정 방법 		디바이스
pH 비-광자/전기화학 측정 예컨대, 작동 전극으로서 금속 산화물 층(예컨대, 이리듐 산화물, 루테늄 산화물), 기준 전극으로서 은/은 염화물을 갖는 전극 어레인지먼트;
ISFET
온도 비-광자/밴드갭 전압 레퍼런스 브로코 셀
백금 후층 센서
R-온-CMOS
세포 성장/세포 사멸 비-광자/임피던스 측정 방법 인터디지털 전극 구조
용존 CO2량 비-광자/전위차 측정 원리 가스-투과성 및 양성자-불침투성 중합체(예컨대, 테프론, 실리콘 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE))와 조합된 전극 배열
포도당 비-광자/전류 측정 효소 포도당 옥시다제와 조합된 2- 또는 3-전극 배열
락테이트 비-광자/전류 측정 효소 락테이트 옥시다제와 조합된 2- 또는 3-전극 배열
압력 비-광자/ 박막 센서, 후막 센서, 압전 저항 센서, MEMS 센서
[0086] 적어도 하나의 광자 측정 원리를 온도 측정을 위한 디바이스와 결합할 때, 원하는 파라미터들의 측정 위치가 비교적 자유롭게 선택될 수 있는 본 발명에 따른 센서 모듈의 장점은, 예컨대, R-온-CMOS 센서가 형광성 광에 대한 검출 구조 바로 옆에 배열될 수 있어서, 연관된 형광성 염료의 보정 가변 "온도"가 큰 지연 또는 전달 특성 없이 검출될 수 있다는 점에서 특히 유리하게 사용될 수 있다.
[0087] 도 1은 매체(105)의 멀티 파라미터 분석을 위한 본 발명에 따른 센서 모듈(1)의 개략적인 측면도이다. 센서 모듈(1)은 제1 광자 신호를 방출하기 위한 적어도 하나의 유기 발광기(101) 및 광자 신호들을 검출하기 위한 적어도 하나의 디바이스(102)를 갖는다. 유기 발광기(101) 및 광자 신호들을 검출하기 위한 디바이스(102)는 유리하게는 CMOS 반도체 기판으로서 형성되는 반도체 기판(100) 상에 모놀리식으로 형성된다. 또한, 센서 모듈(1)은, 적어도 하나의 유기 발광기(101) 및/또는 광자 신호들을 검출하기 위한 적어도 하나의 디바이스(102)를 커버하고 매체(105)와 접촉하는 적어도 하나의 기능 층 시스템(103)을 갖는다. 기능 층 시스템(103)은 적어도 하나의 활성 영역(104)을 갖는다. 센서 모듈(1)은 비-광자 측정 원리에 의하여 제2 특성을 결정하기 위한 컴포넌트(106)를 가지며, 이 컴포넌트는 반도체 기판(100) 상에 배열된다.
[0088] 또한, 센서 모듈(1)은 유리하게, 데이터를 저장하고 그리고/또는 데이터를 평가하고 영향을 주기 위한 그리고/또는 데이터를 송신하기 위한 그리고/또는 통신을 위한 적어도 하나의 디바이스, 및/또는 통신을 위한 적어도 하나의 디바이스 및/또는 적어도 하나의 유기 발광기를 제어 및/또는 변조/복조하기 위한 적어도 하나의 디바이스 및/또는 광자 신호들을 검출하기 위한 적어도 하나의 디바이스(107)를 갖는다. 또한, 센서 모듈(1)은 유리하게, 센서 모듈(1)을 동작시키기 위해 사용될 전기 에너지를 제공하기 위한 디바이스(108)를 갖는다.
[0089] 도 2는 매체(105)의 멀티 파라미터 분석을 위한 본 발명에 따른 센서 모듈(1)의 실시예의 개략적인 측면도이다. 센서 모듈(1)은 도 1로부터의 센서 모듈에 대응한다. 기능 층 시스템(103)은 기능 층 캐리어(103.1) 및 기능 층(103.2)을 갖는다. 기능 층 캐리어(103.1)는 광학 렌즈로서, 또는 광학 렌즈 어레이로서, 또는 광학 필터로서, 또는 광학 격자로서, 또는 전술된 것들의 조합으로서 설계될 수 있다.
[0090] 도 3은, 매체(105)로 채워진 발효 반응기(2) 내의 센서 모듈(1)을 개략적으로 도시한다. 센서 모듈(1)은 도 1에 도시된 센서 모듈(1)에 대응한다. 기능 층 시스템(103)은 매체(105)와 접촉하고, 매체(105)로부터 광자 신호들을 검출하기 위한 디바이스(102) 및 유기 발광기(101)를 차폐한다는 것을 알 수 있다. 센서 모듈(1)은 데이터를 저장하기 위한 그리고/또는 데이터를 평가하고 영향을 주기 위한 그리고/또는 데이터를 송신하기 위한 그리고/또는 통신을 위한 적어도 하나의 디바이스(107)를 갖는다. 또한, 센서 모듈(1)은 적어도 하나의 유기 발광기를 제어 및/또는 변조/복조하기 위한 적어도 하나의 디바이스 및/또는 광자 신호들을 검출하기 위한 적어도 하나의 디바이스(도시되지 않음)를 가질 수 있다. 게다가, 센서 모듈(1)은 센서 모듈을 동작시키기 위해 사용될 전기 에너지를 제공하기 위한 디바이스(도시되지 않음)를 가질 수 있다.
1 센서 모듈
100 반도체 기판
101 유기 발광기
102 광자 신호들의 검출을 위한 디바이스
103 기능성 층 시스템
103.1 기능성 층 캐리어
103.2 기능성 층
104 활성 영역
105 매체
106 적어도 하나의 제2 특성을 결정하기 위한 컴포넌트
107 데이터를 저장하기 위한 그리고/또는 데이터를 평가하고 영향을 주기 위한 그리고/또는 데이터를 송신하기 위한 그리고/또는 통신을 위한 디바이스
2 발효 반응기
비특허 인용 문헌
[Krujatz2016] Krujatz F. et al "Exploiting the Potential of OLED-based Photo-Organic Sensors for Biotechnological Applications"; Chem Sci J 2016 Vol. 7, Issue 3, 1000134, DOI: 10.4172/2150-3494.1000134

Claims (31)

  1. 매체(105)의 멀티 파라미터 분석을 위한 센서 모듈(1)로서,
    - 제1 광자 신호를 방출하기 위한 적어도 하나의 유기 발광기(101),
    - 광자 신호들을 검출하기 위한 적어도 하나의 디바이스(102) ― 상기 적어도 하나의 유기 발광기(101) 및 상기 광자 신호들을 검출하기 위한 적어도 하나의 디바이스(102)는 반도체 기판(100) 상에 또는 반도체 기판(100)에 모놀리식으로 형성됨 ―, 및
    - 상기 적어도 하나의 유기 발광기(101) 및/또는 상기 광자 신호들을 검출하기 위한 적어도 하나의 디바이스(102)를 적어도 부분적으로 커버하고, 매체(105)와 접촉하는 적어도 하나의 기능 층 시스템(103) ― 상기 기능 층 시스템(103)은 상기 매체(105)의 적어도 하나의 특성에 의해 영향받을 수 있는 적어도 하나의 특성을 갖는 적어도 하나의 활성 영역(104)을 갖는 방식으로 설계됨 ―을 포함하며,
    상기 기능 층 시스템(103)의 적어도 하나의 활성 구역(104)은, 상기 적어도 하나의 유기 발광기(101)에 의해 광자적으로 여기될 수 있고, 상기 광자 신호들을 검출하기 위한 적어도 하나의 디바이스(102)에 의해 검출되는 제2 광자 신호를 방출하고 ― 상기 제2 광자 신호는 상기 매체(105)의 적어도 하나의 특성에 관한 정보를 포함함 ―, 그리고
    상기 반도체 기판(100)은, 적어도 하나의 제2 특성이 비-광자 측정 원리에 의해 결정될 수 있는 방식으로 설계되거나 또는 상기 센서 모듈은 적어도 하나의 제2 특성을 결정하기 위한 적어도 하나의 컴포넌트(106)를 가지며, 상기 센서 모듈은 상기 반도체 기판(100) 또는 캐리어 상에 설계되는 것을 특징으로 하는,
    센서 모듈(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판(100)은 CMOS로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반도체 기판(100)은, 전기화학 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스 또는 온도 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스 또는 임피던스 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스 또는 자기장 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스 또는 후방산란 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스 또는 유동 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스 또는 유량 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스 또는 열 유동 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스 또는 압력 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스 또는 전술한 것들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전기화학 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스는, 전극-온-CMOS 또는 ISFET 또는 ChemFET 또는 ENFET 또는 pH-FET 또는 고체-상태 전해질 구조 또는 전술된 것들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  5. 제3항에 있어서,
    상기 온도 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스는, R-온-CMOS 센서 또는 열전대 센서 또는 반도체 센서 또는 전술된 것들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  6. 제3항에 있어서,
    상기 임피던스 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스는 인터디지털(interdigital) 전극 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  7. 제3항에 있어서,
    상기 자기장 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스는 홀(Hall) 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  8. 제3항에 있어서,
    상기 유량 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스는, 열선(hot wire) 풍속계의 원리를 포함하는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  9. 제3항에 있어서,
    상기 열 유동 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스는, 서모파일(thermopile) 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  10. 제3항에 있어서,
    상기 압력 측정을 수행하기 위한 적어도 하나의 디바이스는, 박막 센서 또는 후막 센서 또는 압전 저항 센서 또는 MEMS 센서 또는 전술된 것들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 모듈(1)은, 정의가능한 포지션들에서 서로 공간적으로 분리되어 배열될 수 있으며, 각각이 서로 다른 파장들을 갖는 제1 광자 신호 또는 각각이 동일한 파장을 갖는 제1 광자 신호를 방출하는 복수의 유기 발광기들(101)을 갖는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 모듈(1)은 정의가능한 포지션들에서 서로 공간적으로 분리되어 배열될 수 있는 광자 신호들을 검출하기 위한 하나 초과의 디바이스(102)를 가지며,
    상기 광자 신호들을 검출하기 위한 디바이스들(102)은 서로 상이한 스펙트럼 감도 범위들을 가져서, 각각, 서로 상이한 파장들을 갖는 제2 광자 신호를 검출하는 방식으로 설계되거나, 또는 상기 광자 신호들을 검출하기 위한 디바이스들(102)은, 동일한 감도 범위들 또는 중첩하는 감도 범위들을 갖는 방식으로 설계되며, 대응하는 검출된 제2 광자 신호를 그 방출의 위치로 할당하는 것은 구별가능한 개구수들을 통해 이뤄지는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광자 신호들을 검출하기 위한 적어도 하나의 디바이스(102)는, 적어도 하나의 유기 발광기(101) 바로 아래에 배열되는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기능 층 시스템(103)은 하나 초과의 활성 영역(104)을 갖고, 상기 활성 영역들(104)은 서로 공간적으로 분리되어 배열되는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  15. 제14항에 있어서,
    상기 기능 층 시스템(103)의 활성 영역들(104)은, 별개의 활성 영역들(104)에 의해 방출된 상기 제2 광자 신호들이 상기 매체(105)의 다양한 특성들에 관한 정보를 포함하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기능 층 시스템(103)은, 기능 층 캐리어(103.1) 상에 배열된 적어도 하나의 기능 층(103.2)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  17. 제16항에 있어서,
    상기 기능 층 캐리어(103.1)는, 광학 렌즈로서 또는 광학 렌즈 어레이로서 또는 광학 필터로서 또는 광학 격자로서 또는 전술된 것들의 조합으로서 설계되는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 모듈(1)은, 데이터를 저장하기 위한 그리고/또는 데이터를 평가하고 영향을 주기 위한 그리고/또는 데이터를 송신하기 위한 그리고/또는 통신을 위한 적어도 하나의 디바이스(107)를 갖는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 모듈(1)은, 상기 적어도 하나의 유기 발광기(101) 및/또는 광자 신호들을 검출하기 위한 적어도 하나의 디바이스(102)를 제어하기 위한 그리고/또는 변조/복조하기 위한 적어도 하나의 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 디바이스(107)는, 상기 반도체 기판(100)에 모놀리식으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 모듈(1)은, 상기 센서 모듈(1)을 동작시키기 위해 사용될 전기 에너지를 제공하기 위한 적어도 하나의 디바이스를 갖는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 작동 컴포넌트가 상기 센서 모듈(1) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1).
  23. 랩온어칩(lab-on-a-chip) 시스템에서의, 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 센서 모듈(1)의 용도.
  24. 특히, 일회용 발효 백에서의 발효 모니터링을 위한, 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 센서 모듈(1)의 용도.
  25. 생체 파라미터들을 모니터링하기 위한, 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 센서 모듈(1)의 용도.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 센서 모듈(1)은 피부에 적용될 수 있는 캐리어에 배열되는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1)의 용도.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 센서 모듈(1)은 치과 교정기, 코 클립 또는 바이트 가드(bite guard) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1)의 용도.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 센서 모듈(1)은 인공 호흡기 또는 마취 디바이스 또는 폐 기능 디바이스에 통합되는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1)의 용도.
  29. 제25항에 있어서,
    상기 센서 모듈(1)은 소변 또는 대변 또는 혈액 샘플들을 위한 수집 용기에 배열되는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1)의 용도.
  30. 제25항에 있어서,
    상기 센서 모듈(1)은 이식가능하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1)의 용도.
  31. 제25항에 있어서,
    상기 센서 모듈(1)은 삼킬 수 있는 캡슐에 배열되는 것을 특징으로 하는, 센서 모듈(1)의 용도.
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