KR20220116509A - 화학 분석을 위한 모바일 디바이스 및 관련 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화학적 조성물을 분석하기 위한 모바일 디바이스, 화학적 조성물을 분석하는 관련된 방법에 관한 것이다. 본 명세서에 개시된 실시형태의 장점에는 발광성 화학 센서 어레이의 간단하고 신속한 분석을 제공하는 휴대가능하고 경제적인 디바이스가 포함될 수 있다. 본 명세서에서 개시된 방법들의 장점에는 구현된 디바이스를 사용하여 광범위한 화학적 조성물의 성분들의 고도로 정확한 정성적 및 정량적 분석을 제공하는 것이 포함될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 방법들의 장점에는 화학적 조성물 내에 존재하는 극소량의 화학물질의 신속하고 간단하며 정확한 분석이 포함될 수 있다.
Description
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 12월 17일에 출원되고 발명의 명칭이 ""Mobile Devices For Chemical Analysis and Related Methods"인 미국 가특허 출원 번호 제 62/949,104에 대한 우선권을 주장하는데, 이러한 문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에서 원용에 의해 통합된다.
본 발명은 화학적 조성물을 분석하기 위한 모바일 디바이스, 화학적 조성물을 분석하는 관련된 방법에 관한 것이다. 본 명세서에 개시된 실시형태의 장점에는 발광성 화학 센서 어레이의 간단하고 신속한 분석을 제공하는 휴대가능하고 경제적인 디바이스가 포함될 수 있다. 본 명세서에서 개시된 방법들의 장점에는 구현된 디바이스를 사용하여 광범위한 화학적 조성물의 성분들의 고도로 정확한 정성적 및 정량적 분석을 제공하는 것이 포함될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 방법들의 장점에는 화학적 조성물 내에 존재하는 극소량의 화학물질의 신속하고 간단하며 정확한 분석이 포함될 수 있다.
화학적 조성물 내의 다양한 성분의 아이덴티티 및 농도를 분석하는 것은 많은 산업 분야에서 핵심적인 중요성을 가지고 있다. 그러나, 화학적 조성물을 분석하는 종래의 방법은, 온-사이트로 샘플을 취하는 것, 샘플을 원격 테스팅 설비로 수송하는 것, 및 고도로 훈련된 고임금의 인력에 의해서 작동되는 대형의 고가의 장비를 사용하여, 샘플들이 얻어진 이후에 수 시간에서 수 개월 이후에 테스트 결과를 제공하는 것을 보통 요구한다. 또한, 어떤 조성물 내의 화학적 불순물들에 대한 하나의 범용적인 테스트는 일반적으로 존재하지 않는다. 그 대신에, 테스팅되고 있는 분석물질 및 벌크 재료 내에서의 해당 분석물질의 농도에 의존하여, 일반적으로 다양한 별개의 테스트가 수행될 필요가 있다. 화학적 조성물의 실시간인 온-사이트 분석에 대한 필요성이 존재한다. 매우 다양한 불순물에 대해서 테스트할 수 있는 화학 분석 기법을 수행하기 위한 콤팩트하고 휴대용이며 저렴한 디바이스에 대한 필요성이 존재한다. 5 분 내지 2 시간의 훈련을 받은 필드 작업자에 의해서 신속하고 용이하게 수행될 수 있는 방법을 사용하여 신속하고 정확한 화학 분석 결과를 제공할 수 있는 디바이스에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명은 이동식 화학 센서 디바이스에 관한 것이다. 다양한 실시형태들에서, 이러한 이동식 화학 센서 디바이스는 카트리지 개구를 포함하는 하우징을 포함한다. 다양한 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 발광성 화학 센서들의 어레이를 포함하는 센서-보유면을 가진 적어도 하나의 화학 센서 프로브를 위치설정하도록 구성된 카트리지를 포함하고, 상기 카트리지는 상기 카트리지가 상기 카트리지 개구 내에 삽입되면 상기 하우징의 내부에 광-실링 엔클로저(light sealed enclosure)를 형성한다. 다양한 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 광을 소정 입사각에서 상기 적어도 하나의 화학 센서 프로브의 센서-보유면 상으로 지향시키도록 구성된 적어도 하나의 광원을 포함하고, 광원은 약 280 nm 내지 약 400 nm의 파장을 가지는 광을 방출할 수 있다. 다양한 실시형태는 상기 광-실링 엔클로저 내에 장착되고 상기 적어도 하나의 화학 센서 프로브로부터의 방출된 광을 검출하도록 구성된 카메라 모듈을 더 포함한다.
특정 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 상기 적어도 하나의 화학 센서 프로브로부터의 방출된 광을 상기 카메라 모듈로 반사하도록 구성된 광학 미러를 더 포함한다. 특정 실시형태들에서, 광학 미러는 보호용 은코팅을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 광학 미러는 방출된 광의 약 70% 내지 100%를 반사할 수 있다.
특정 실시형태들에서, 광원은 발광 다이오드, 수은 증기 램프, 할로겐 램프, 또는 레이저를 포함한다. 특정 실시형태들에서, 센서-보유면 상에 지향된 광의 입사각은 약 5 도 내지 약 90 도이다.
특정 실시형태들에서, 카메라 모듈은 하전된 커플링된 디바이스를 포함한다. 특정 실시형태들에서, 카메라 모듈은 상보적 금속 산화물 반도체(CMOS) 이미지 센서를 포함한다. 특정 실시형태들에서, 카메라 모듈은 마이크로렌즈, M12 렌즈, S-장착 렌즈, 또는 렌즈의 표면으로부터 약 10 cm 내지 약 16 cm를 포함하는 약 5 cm 내지 약 25 cm의 거리에 광을 포커싱하도록 구성되는 렌즈를 가지는 카메라를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 카메라 모듈은 카메라 및 적어도 하나의 화학 센서 프로브 사이에 광 투명 보호 커버를 포함한다.
특정 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 상기 하우징의 내부에 장착되는 배터리를 포함한다. 이러한 특정한 실시형태에서, 배터리 스테이션은 상기 하우징의 내부에 장착된다.
특정 실시형태들에서, 카트리지는 이동식 화학 센서 디바이스의 하우징으로부터 제거될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 상기 카트리지는, 상기 적어도 하나의 화학 센서 프로브를 수용하도록 구성된 적어도 하나의 트레이 리세스를 포함하고, 트랙을 따라서 상기 카트리지 개구 안팎으로 가역적으로 슬라이드되도록 구성된다.
특정 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스의 카트리지는 상기 화학 센서 프로브의 센서-보유면의 영역을 디스플레이하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 센서-보유면은 약 15 mm 내지 약 50 mm의 디스플레이 길이 및 약 1 mm 내지 약 20 mm의 디스플레이 폭을 가진다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 화학 센서 프로브는 약 0.1 mm 내지 약 2 mm의 프로브 두께, 약 20 mm 내지 약 60 mm의 프로브 길이, 및 약 2 mm 내지 약 30 mm의 프로브 폭을 가진다.
이동식 화학 센서 디바이스의 특정 실시형태들에서, 하우징은 약 3 cm 내지 약 7 cm의 하우징 높이, 약 7 cm 내지 약 11 cm의 하우징 폭, 및 약 10 cm 내지 약 20 cm의 하우징 길이를 가진다. 특정 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 약 45 그램 내지 약 12,000 그램의 무게를 가진다.
특정 실시형태들에서, 태그 리더기 센서는 상기 이동식 화학 센서 디바이스의 하우징의 내부에 장착된다; 이러한 일부 실시형태에서, 태그 리더기 센서는 화학 센서 프로브 중 하나 이상에 위치된 광학 태그 또는 무선 주파수 식별(RFID) 태그를 판독하도록 구성된다.
특정 실시형태들에서, 카트리지 및 하우징 중 적어도 하나는 가스 흡입부 및 가스 배출부를 포함하고, 상기 가스 흡입부 및 가스 배출부는 샘플 가스가 상기 적어도 하나의 화학 센서의 센서-보유면을 가로질러 흐를 수 있게 하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 하우징 및 광-실링 엔클로저 중 적어도 하나는 가스 흡입부 및 가스 배출부를 포함하고, 상기 가스 흡입부 및 가스 배출부는 샘플 가스가 상기 적어도 하나의 화학 센서의 센서-보유면을 가로질러 흐를 수 있게 하도록 구성된다.
특정 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 광-실링 엔클로저 내에 장착된 싱글-보드 컴퓨터 또는 멀티-보드 컴퓨터를 포함한다. 특정 실시형태들에서, 이동식 화학 센서는 광-실링 엔클로저 내에 장착되고 싱글-보드 컴퓨터 또는 멀티-보드 컴퓨터에 연결된 인쇄 회로 보드 어셈블리(PCBA)를 포함한다. 특정 실시형태들에서, PCBA 및 싱글-보드 컴퓨터는 핀 커넥터 또는 케이블 어셈블리에 의해 연결된다. 특정 실시형태들에서, PCBA는 어댑터 보드에 의하여 싱글-보드 컴퓨터에 연결된다. 특정 실시형태들에서, PCBA는 싱글-보드 컴퓨터에 직접 연결된다. 특정 실시형태들에서, 광원은 PCBA 상에 장착된다. 특정 실시형태들에서, 카트리지 검출 센서가 PCBA에 장착된다.
특정 실시형태들에서, 광원 보드는 상기 PCBA 상의 조절가능한 위치에 장착되고, 상기 적어도 하나의 광원은 상기 광원 보드 상에 장착되며, 상기 광원 보드는 상기 적어도 하나의 광원과 상기 화학 센서 프로브의 센서-보유면 사이의 입사각을 조절하도록 구성된다.
특정 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 싱글-보드 컴퓨터 또는 멀티-보드 컴퓨터 및 적어도 하나의 사용자 인터페이스 사이에 적어도 하나의 통신 링크를 포함한다. 특정 실시형태들에서, 적어도 하나의 통신 링크는 근거리 무선 연결, 범용 시리얼 버스(USB) 연결, 메모리 카드 연결, 또는 이들의 조합을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 상기 적어도 하나의 사용자 인터페이스는 다운로드된 애플리케이션을 실행할 수 있는 운영 체제를 가지는 모바일 디바이스, 모바일 전화기, 컴퓨터, 또는 이들의 조합을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 하우징은 외부 USB 포트, 외부 메모리 카드 커넥터, 외부 셔터 버튼, 외부 근거리 무선 커넥터, 외부 파워 스위치, 또는 이들의 조합을 포함한다.
특정 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 상기 싱글-보드 또는 멀티-보드 컴퓨터 내에 포함된 컴퓨터 판독가능 코드에 의해서 작동되고, 상기 컴퓨터 판독가능 코드는 상기 카메라 모듈로부터 적어도 하나의 디지털 신호를 수신하고 처리하도록 구성된다. 특정 실시형태들에서, 상기 적어도 하나의 디지털 신호는, 상기 적어도 하나의 화학 센서 프로브로부터의 방출된 광으로부터 유도된 복수 개의 RGB 값, 복수 개의 RGB 값으로부터 유도된 복수 개의 XYZ 값, 복수 개의 XYZ 값으로부터 유도된 복수 개의 xy 값, 시간, 날짜, 사용자명, 테스트 명칭, 샘플 명칭, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함하는 데이터 패킷을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 적어도 하나의 디지털 신호는 이미지 파일을 포함한다.
특정 실시형태들에서, 상기 컴퓨터 판독가능 코드는 베이스라인 판독 단계, 제어 판독 단계, 및 샘플 판독 단계 중 적어도 하나를 포함하는 테스트 프로토콜 단계들의 강제 시퀀스를 포함한다.
본 발명은 화학적 조성물을 분석하는 방법에 관한 것이다. 다양한 실시형태들에서, 이러한 방법은, 이동식 화학 센서 디바이스 및 화학 센서 프로브를 제공하는 단계 - 상기 화학 센서 프로브는 센서-보유면 상에 발광성 화학 센서들의 어레이를 포함함 -; 테스트 지속기간 동안에 상기 화학 센서 프로브를 화학적 조성물과 접촉시키는 단계; 상기 화학 센서 프로브를 홀딩하는 카트리지를 상기 이동식 화학 센서 디바이스 내에 삽입하는 단계; 상기 화학 센서 프로브를 테스트 범위의 광에 노출시키는 단계; 및 상기 발광성 화학 센서들의 어레이의 발광의 색상 및 세기를 검출하는 단계를 포함한다. 이러한 실시형태에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 화학 센서 프로브를 홀딩하는 카트리지를 위치설정하도록 구성된 카트리지 개구를 포함하는 하우징 - 상기 카트리지는 상기 카트리지가 상기 카트리지 개구 내에 삽입되면 상기 하우징의 내부에 광-실링 엔클로저(light sealed enclosure)를 형성함 -; 광을 소정 입사각에서 상기 화학 센서 프로브의 센서-보유면 상으로 지향시키도록 구성된 적어도 하나의 광원 - 상기 광원은 약 280 nm 내지 약 400 nm의 파장을 가지는 광을 방출할 수 있음 -; 및 상기 광-실링 엔클로저 내에 장착되고 상기 화학 센서 프로브로부터의 방출된 광을 검출하도록 구성된 카메라 모듈을 포함한다.
특정 실시형태들에서, 상기 화학적 조성물 내에 적어도 하나의 화학 물질이 존재한다면, 상기 방법은 상기 발광성 화학 센서들의 어레이의 발광의 색상 및 세기를 측정함으로써, 상기 화학적 조성물 내의 적어도 하나의 화학 물질을 식별하는 단계를 더 포함한다. 특정 실시형태들에서, 상기 화학적 조성물 내에 적어도 하나의 화학 물질이 존재한다면, 상기 방법은 상기 발광성 화학 센서들의 어레이의 발광의 색상 및 세기를 측정함으로써, 상기 화학적 조성물 내의 화학 물질의 농도를 측정하는 단계를 포함한다.
특정 실시형태들에서, 상기 방법은, 테스트 지속기간 동안에 상기 화학 센서 프로브를 상기 화학적 조성물과 접촉시키는 것 이전에, 베이스라인 판독 단계에서 상기 발광성 화학 센서들의 어레이를 사전 스캐닝하는 단계를 더 포함한다. 특정 실시형태들에서, 상기 방법은, 테스트 샘플에 의해 방출된 발광의 파장 대 농도 표준(concentration standard)에 의해 방출된 발광의 파장의 비율을 비교함으로써, 상기 화학적 조성물 내의 적어도 하나의 화학 물질의 농도를 측정하는 단계를 더 포함한다.
특정 실시형태들에서, 상기 방법은, 상기 화학 센서 프로브 상에 장착된 광학 태그 또는 무선 주파수 태그를 스캐닝함으로써 상기 화학 센서 프로브의 식별 코드를 식별하는 단계; 상기 식별 코드를 데이터베이스 내의 적법한 식별 코드와 매칭시키는 단계; 베이스라인 판독 단계에서 상기 발광성 화학 센서들의 어레이로부터의 방출된 광을 측정하여, 상기 화학 센서 프로브로부터 베이스라인 데이터를 제공하고 사전 스캐닝된 화학 센서 프로브를 형성하는 단계; 사전 스캐닝된 화학 센서 프로브 상에 장착된 광학 태그 또는 무선 주파수 태그를 스캐닝함으로써, 사전 스캐닝된 화학 센서 프로브의 식별 코드를 식별하는 단계; 상기 식별 코드를 데이터베이스 내의 사전 스캐닝된 화학 센서 프로브의 적법한 식별 코드와 매칭시키는 단계; 및 테스트 판독 단계에서 상기 발광성 화학 센서들의 어레이로부터의 방출된 광을 측정하여, 사전 스캐닝된 화학 센서 프로브로부터 테스트 데이터를 제공하는 단계를 더 포함한다.
특정 실시형태들에서, 상기 방법은, 상기 화학 센서 프로브 상에 장착된 광학 태그 또는 무선 주파수 태그를 스캐닝함으로써 상기 화학 센서 프로브의 식별 코드를 식별하는 단계; 상기 식별 코드를 데이터베이스 내의 부적법 코드와 매칭시키는 단계; 및 오차 신호를 전송하는 단계를 더 포함한다.
도 1a는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 닫힌 구성인 이동식 화학 센서 디바이스의 상면도 및 측면도의 개략도를 도시한다.
도 1b는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 열린 구성인 도 1a의 이동식 화학 센서 디바이스의 상면도 및 측면도의 개략도를 도시한다.
도 1c는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 카트리지 내의 화학 센서 프로브에 로딩된 샘플을 가지는 도 1b의 모바일 디바이스의 확대도이다.
도 2a는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 측면도를 도시한다.
도 2b는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 도 2a의 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 상면도 및 측면도를 도시한다.
도 3a는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 측면도를 도시한다.
도 3b는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 도 3a의 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 단면도를 도시한다.
도 3c는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 도 3a 및 도 3b의 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 상면도를 도시한다.
도 4a는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 측면도를 도시한다.
도 4b는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 도 4a의 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 상면도를 도시한다.
도 4c는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 도 4a 및 도 4b의 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 단면도를 도시한다.
도 5a는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 측면도를 도시한다.
도 5b는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 도 5a의 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 상면도를 도시한다.
도 5c는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 도 5a 및 도 5b의 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 단면도를 도시한다.
도 6은 본 명세서의 일부 실시형태에 따른 이동식 화학 센서 디바이스를 사용하여 화학적 조성물을 분석하는 방법을 보여주는 흐름도를 도시한다.
도 7은 본 명세서의 일부 실시형태에 따른 컴퓨터 시스템을 보여주는 개략도를 도시한다.
도 8은 본 명세서의 일부 실시형태에 따른 이동식 화학 센서 디바이스를 사용하여 화학적 샘플을 분석하거나 배제하는 방법을 보여주는 흐름도를 도시한다.
전술된 요약 및 실시형태들의 후속하는 상세한 설명은 첨부 도면과 함께 정독할 경우 더 잘 이해될 것이다. 예를 들기 위하여, 도면에는 바람직할 수 있는 일부 실시형태들이 도시된다. 도시된 실시형태들이 도시된 구체적인 세부사항들로 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 달리 명시되지 않는 한, 도면은 척도에 맞게 도시된 것이 아니다.
도 1b는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 열린 구성인 도 1a의 이동식 화학 센서 디바이스의 상면도 및 측면도의 개략도를 도시한다.
도 1c는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 카트리지 내의 화학 센서 프로브에 로딩된 샘플을 가지는 도 1b의 모바일 디바이스의 확대도이다.
도 2a는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 측면도를 도시한다.
도 2b는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 도 2a의 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 상면도 및 측면도를 도시한다.
도 3a는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 측면도를 도시한다.
도 3b는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 도 3a의 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 단면도를 도시한다.
도 3c는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 도 3a 및 도 3b의 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 상면도를 도시한다.
도 4a는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 측면도를 도시한다.
도 4b는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 도 4a의 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 상면도를 도시한다.
도 4c는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 도 4a 및 도 4b의 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 단면도를 도시한다.
도 5a는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 측면도를 도시한다.
도 5b는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 도 5a의 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 상면도를 도시한다.
도 5c는 본 명세서의 일부 실시형태에 따른, 도 5a 및 도 5b의 이동식 화학 센서 디바이스의 개략적인 절개된 단면도를 도시한다.
도 6은 본 명세서의 일부 실시형태에 따른 이동식 화학 센서 디바이스를 사용하여 화학적 조성물을 분석하는 방법을 보여주는 흐름도를 도시한다.
도 7은 본 명세서의 일부 실시형태에 따른 컴퓨터 시스템을 보여주는 개략도를 도시한다.
도 8은 본 명세서의 일부 실시형태에 따른 이동식 화학 센서 디바이스를 사용하여 화학적 샘플을 분석하거나 배제하는 방법을 보여주는 흐름도를 도시한다.
전술된 요약 및 실시형태들의 후속하는 상세한 설명은 첨부 도면과 함께 정독할 경우 더 잘 이해될 것이다. 예를 들기 위하여, 도면에는 바람직할 수 있는 일부 실시형태들이 도시된다. 도시된 실시형태들이 도시된 구체적인 세부사항들로 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 달리 명시되지 않는 한, 도면은 척도에 맞게 도시된 것이 아니다.
달리 명시되지 않는 한, 모든 측정치는 표준 미터 단위이다.
달리 명시되지 않는 한, 어구 "어느 하나", 또는 "상기"의 모든 경우는 이들이 수식하는 대상 또는 단어의 하나 또는 두 개 이상을 가리킬 수 있다.
달리 명시되지 않는 한, 어구 "적어도 하나의"는 하나 또는 두 개의 대상을 의미한다. 예를 들어, 베이스라인 판독 단계, 제어 판독 단계, 및 샘플 판독 단계 중 "적어도 하나"는 하나의 베이스라인 판독 단계, 두 개 이상의 베이스라인 판독 단계, 하나의 제어 판독 단계, 두 개 이상의 제어 판독 단계, 하나의 샘플 판독 단계, 두 개 이상의 샘플 판독 단계, 또는 이들의 임의의 조합을 의미한다.
달리 명시되지 않는 한, 용어 "약"은 가장 가까운 정수로 반올림된, 기술된 백분율 숫자가 아닌 값의 ±10%를 가리킨다. 예를 들어, 약 280 mm는 252 내지 308 mm를 포함할 것이다. 달리 명시되지 않는 한, 용어 "약"은 백분율 숫자의 ±5%를 가리킨다. 예를 들어, 약 70%는 65 내지 75%를 포함할 것이다. 용어 "약"이 범위에 대해서 논의되면, 이러한 용어는 하한보다 작고 상한보다 큰 적절한 양을 가리킨다. 예를 들어, 약 15 mm 내지 약 50 mm는 13.5 내지 55 mm를 포함할 것이다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 설명되는 속성(높이, 폭, 길이, 비율 등)은 평균화된 측정치인 것으로 이해된다.
달리 명시되지 않는 한, 용어 "모바일"은 40 cm보다 짧은 치수 및 15,000 g 미만의 무게를 가지는 대상물을 가리킨다. 본 명세서에서 사용될 때 "모바일" 디바이스는 디바이스의 휴대성을 가리키고, 원격 신호, 예컨대 위성 신호 또는 셀폰 신호를 전송 및 수신하는 능력을 가질 수도 있고 가지지 않을 수도 있다.
달리 명시되지 않는 한, 용어 "카트리지"는 적어도 하나의 화학 센서 프로브를 홀딩하도록 구성되고 모바일 디바이스 내에 삽입가능하도록 구성된 홀딩 컴포넌트를 가리킨다. 예를 들어, 카트리지는 적어도 하나의 화학 센서 프로브를 홀딩하도록 구성된 슬라이딩 트레이를 포함할 수 있고, 카트리지는 이동식 화학 센서 디바이스의 하우징의 카트리지 개구 내로 슬라이딩되어, 분석을 위해서 적어도 하나의 화학물질 프로브를 디바이스 내에 위치시킬 수 있다.
달리 명시되지 않는 한, 용어 "제공", "제공된" 또는 "제공하는"은 임의의 요소, 양, 성분, 시약, 양, 측정의 공급, 생산, 매입, 제작, 조립, 형성, 선택, 구성, 변환, 도입, 가산, 또는 통합, 또는 본 명세서의 임의의 실시형태의 임의의 방법 또는 시스템의 분석을 가리킨다.
화학물질 및 화학물질 혼합물의 성분의 아이덴티티 및 농도를 분석하면 많은 산업용 및 법규에 의한 시약에 걸쳐서 광범위한 애플리케이션을 가진다. 이들 중 일부에는 환경적 규제, 에너지 생산, 오일 및 가스, 약제, 화학물질 제조, 음식 생산, 수문학(hydrology), 및 지구 화학(geochemistry)이 있다. 다양한 화학적 테스트는 화학물질 혼합물에 존재하는 불순물 및 극소량의 화학물질을 검출하기 위해서 중요하다. 수많은 타입의 테스트 중에서, 테스트 중 일부는 화학물질 배치 품질의 품질 보증 평가를 수행하는 것, 중수소 산화물 정제를 테스팅하는 것, 약물 제조 프로세스를 모니터링하는 것, 땅과 물을 오염물에 대해서 테스트하는 실험실 서비스를 제공하는 것, 대량판매 화학물질들의 품질 관리 테스팅, 환경적 상태를 모니터링하는 것, 연료 무결성을 테스팅하는 것, 화학물질 동위 원소를 분석하는 것, 및 수분 레벨을 추적하는 것을 포함한다. 환경 모니터링은 규제 요구 사항을 만족시키고 물 공급의 안전성을 유지하기 위하여 중요하고, 수압파쇄(fracking) 동작으로부터의 오일 및 가스 폐수를 모니터링하는 것, 재생수(reclaimed water)의 테스팅, 및 음용수 품질의 테스팅을 포함한다. 연료 무결성은 항공유에서의 디젤 배출유(diesel exhaust fluid; DEF)와 같은 공통 오염물에 대한 고순도 연료의 테스팅에 의해서 유지된다. 환경에 있는 위험한 화학물질들, 예컨대 폭발물 및 폭발성 첨가제(explosive taggant), 및 불화물 및 사이안화물과 같은 화학적 무기 약제 부산물이 식별될 수 있다.
화학 분석의 전통적인 방법은 일반적으로 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 든다. 화학물질을 전통적인 방법으로 분석하기 위해서, 흔히 샘플들은 샘플 컨테이너 내에 수집된 후 수송을 위해서 패키징되어야 하는데, 이러한 과정에서 수 일 또는 수 주가 더 걸릴 수 있다. 많은 샘플 볼륨이 요구될 수 있어서, 샘플 수집 및 수송이 더 곤란해진다. 그 뒤에 샘플은 분석되고 보고서가 생성되어야 하는데, 그러려면 고도로 훈련된 실험 인력이 입력하고 멀리 떨어진 실험실에 있는 고가의 장비를 사용해야 할 수 있다. 수행되는 복잡한 분석의 타입은 푸리에-변환 적외선 분광학(Fourier-transform infrared spectroscopy; FT-IR) 또는 핵 자기공명 측정(nuclear magnetic resonance measurement; NMR), 복소 분광법(complex spectrophotometry; UV-Vis), 또는 질량분광분석학의 변형(예를 들어 이동 시간 질량분광분석학)을 포함할 수 있다. 이러한 분석들은 어렵고 비용이 많이 들며, 수행하는데 시간이 많이 걸린다. 또한, 테스트 설비 및 장비를 셋업하기 위해서도 많은 비용이 수반될 수 있다. 전체적으로, 이러한 프로세스는 완료되려면 수 일에서 수 주가 걸릴 수 있고, 수 백에서 수백만 달러의 비용이 들 수 있다. 그리고 그러한 비용은 장비만을 포함할 수도 있다. 테스트 결과를 해석하기 위한 고도로 훈련된 작업자를 모집, 훈련, 및 보유하는 시간과 비용은 이러한 비용의 두 배 또는 세 배가 될 수도 있다. 동시에, 새로운 규제 표준이 정해지면 회사는 더 많은 화학물질 테스팅을 해야 하고, 이 과정에서 터무니없이 많은 비용이 든다는 것이 밝혀져 왔다.
본 명세서에서 개시된 실시형태는 종래에는 어렵고 시간이 많이 걸렸으며 고비용이었던 화학적 테스트가 필드에서 신속하고 용이하게, 그리고 전통적인 분석법의 비용의 일부만 들여서 수행될 수 있게 함으로써, 현재의 화학 분석 기술에 의해서 제시되는 난제를 해결할 수 있다. 본 명세서의 실시형태에 따른 이동식 화학 센서 디바이스는 빠르고 저비용이며, 현장에서 사용되는(point-of-use) 화학물질 검출 및 측정이라는 이점을 제공할 수 있다. 본 명세서에 개시된 이동식 화학 센서 디바이스는 화학 분석을 현장에서 수행하기 위한 휴대용이고 경량이며 내구성이 높은 디바이스라는 이점을 제공할 수 있다.
개시된 이동식 화학 센서 디바이스를 본 명세서에서 구현된 화학 분석 방법에서 사용하면, 화학 센서 프로브를 이동식 화학 센서 디바이스와 함께 사용함으로써 광범위한 화학물질들의 고도로 정확한 테스팅을 허용하는 이점을 제공할 수 있다. 특정한인-계 광발광 화합물은 화학적 조성물 내의 화학 용매 또는 불순물에 노출되면 그들의 상대적인 발광 방출 세기 및 파장이 변하는 것을 보여준다는 것이 발견되었다. 이러한 화합물이 액체, 기체, 및 고체를 포함하는 매우 다양한 용매의 식별 및 정량적 검출을 위한 센서로서의 역할을 할 수 있다는 것이 발견되었다. 본 개시물은 이러한 센서를 포함하는 화학 센서 프로브를 판독하고 분석할 수 있어서, 그들의 광범위한 감도 및 특이성을, 화학물질 혼합물 내에 존재하는 많은 수의 성분을 최소의 샘플 볼륨을 가지고 단일 테스트에서 신속하게 및 용이하게 모두 식별 및 정량화할 수 있는 콤팩트하고 휴대가능하며 저렴하고 사용이 용이한 포맷에서 이용하는 모바일 방식의 이동식 화학 센서 디바이스의 이점을 제공할 수 있다. 이러한 이동식 화학 센서 디바이스는 분석 화학 센서 프로브를 분석해서 전통적인 화학 분석 방법에 비하여 시간 및 비용 절감에 있어서 다양한 장점을 제공할 수 있다.
이동식 화학 센서 디바이스의 이러한 실시형태는 화학물질 혼합물 내에 존재하는 극소량의 화학물질들을 식별하기 위한 사용자 친화적이고 신속하며 간단하고 저렴한 방법을 제공할 수 있다. 이동식 화학 센서 디바이스의 이러한 실시형태는 1-2 분의 짧은 시간 동안 10 ppm에 달하는 낮은 농도까지 정량적으로 정확한 결과를 얻는 이점을 제공할 수 있고, 특정 애플리케이션에 대해서 맞춤화될 수 있는 맞춤형 옵션을 제공하며, 테스트마다 단지 수 달러만이 들어간다. 이동식 화학 센서 디바이스의 이러한 실시형태는 본 명세서의 방법이 5 분 내지 2 시간의 훈련만을 받은 스태프에 의해서 용이하게 수행될 수 있도록 단순성이라는 장점을 제공할 수 있다. 이러한 장점들과 함께, 고가의 인력 및 실험실 장비에 의한 고비용이고 시간이 많이 걸리는 샘플 수집, 수송, 및 분석이 필요 없다.
본 개시물은 화학적 조성물을 분석하기 위한 화학 센서 디바이스에 관한 것이다. 본 명세서의 일부 실시형태에 따른 화학 센서 디바이스의 일 예시도로서 도 1a의 상면도 및 측면도를 참조하면, 닫힌 구성의 화학 센서 디바이스(100)는 카트리지(106)가 카트리지 개구 내에 삽입된 카트리지 개구(104)를 포함하는 하우징(102), 및 하우징 외부에 있는 셔터 버튼(108)을 포함한다. 도 1b의 상면도 및 측면도를 참조하면, 화학 센서 디바이스(101)는 개방된 구성인 카트리지(106)를 포함한다. 도 1c의 확대도를 참조하면, 이동식 화학 센서 디바이스(103)는 카트리지(106) 내에 위치된 센서 프로브(110)를 포함하고, 화학 센서 프로브는 발광성 화학 센서들(114)의 어레이를 포함하는 센서-보유면(112)을 가진다.
일부 실시형태에 따른 화학 센서 디바이스의 예시도로서 도 2a의 절개된 측면도를 참조하면, 화학 센서 디바이스(200)는 카트리지 개구(204), 및 카트리지(206)가 카트리지 개구(204) 내에 삽입되면 하우징(202)의 내부에 광-실링 엔클로저(208)를 형성하도록 구성되는 카트리지(206)를 포함하는 하우징(202); 카메라 모듈(210), 광학 미러(212), 싱글-보드 컴퓨터(214), 및 광-실링 엔클로저(208) 내에 장착된 광원(216); 및 하우징(202)의 내부에 장착된 배터리(218)를 포함한다. 도 2b의 절개된 상면도 및 측면도를 참조하면, 하우징(202)은 광-실링 엔클로저(208) 내에 장착된 싱글-보드 컴퓨터(214), 및 카트리지(206) 내에 위치된 화학 센서 프로브(220)를 포함한다.
일부 실시형태에 따른 화학 센서 디바이스의 예시도로서 도 3a의 절개된 측면도를 참조하면, 화학 센서 디바이스(300)는 케이블 어셈블리(306)에 의하여 싱글-보드 컴퓨터(304)에 연결된 인쇄 회로 보드 어셈블리(PCBA)(302), 및 PCBA(302) 상에 장착된 하나 이상의 발광 다이오드(308)를 포함한다. 도 3b의 절개된 단면도를 참조하면, PCBA(302) 및 싱글-보드 컴퓨터(304)는 케이블 어셈블리(306)에 의하여 연결된다. 본 명세서의 일부 실시형태에 따른 도 3c의 이동식 화학 센서 디바이스의 대안적 실시형태의 개략적인 절개된 상면도를 참조하면, PCBA(302) 및 싱글-보드 컴퓨터(304)는 핀 커넥터(310)에 의하여 연결된다.
본 명세서의 일부 실시형태에 따른 화학 센서 디바이스의 예시도로서 도 4a의 절개된 측면도를 참조하면, 화학 센서 디바이스(400)는 어댑터 보드(406)에 의하여 싱글-보드 컴퓨터(404)에 연결된 인쇄 회로 보드 어셈블리(PCBA)(402), 및 PCBA(402) 상에 장착된 하나 이상의 발광 다이오드(408)를 포함한다. 도 4b의 절개된 상면도를 참조하면, 어댑터 보드(406)는 싱글-보드 컴퓨터(404)를 PCBA(402)에 연결한다. 도 4c의 개략적인 절개된 단면도를 참조하면, PCBA(402) 및 싱글-보드 컴퓨터(404)는 어댑터 보드(406)에 의하여 연결되고, USB 포트(410)가 하우징(412)의 상단면 근처에 위치된다.
본 명세서의 일부 실시형태에 따른 화학 센서 디바이스의 예시도로서 도 5a의 절개된 측면도를 참조하면, 화학 센서 디바이스(500)는 싱글-보드 컴퓨터(504)에 직접 연결된 PCBA(502), PCBA(502) 상의 조절가능한 위치에 장착된 광원 보드(506), 및 광원 보드(506) 상에 장착된 적어도 하나의 광원(508)을 포함한다. 도 5b의 절개된 상면도를 참조하면, PCBA(502)는 싱글-보드 컴퓨터(504)에 직접 연결되고, 광원 보드(506)는 PCBA(502) 상의 조절가능한 위치에 장착된다. 도 5c의 절개된 단면도를 참조하면, PCBA(502)는 싱글-보드 컴퓨터(504)에 직접 연결되고, 광원 보드(506)는 PCBA(502) 상의 조절가능한 위치에 장착되며, USB 포트(510)가 하우징(512)의 상단면으로부터 멀리 위치되고, 카트리지 검출 센서(514)가 PCBA(502)에 장착된다.
본 개시물은 화학적 조성물을 분석하는 방법에 관한 것이다. 본 명세서의 일부 실시형태에 따른 방법의 일반적인 개관으로서 도 6의 흐름도를 참조하면, 이러한 방법은(600), 이동식 화학 센서 디바이스를 제공하고(602) 화학 센서 프로브를 제공하는 단계(604) - 상기 화학 센서 프로브는 센서-보유면 상에 발광성 화학 센서들의 어레이를 포함함 -; 테스트 지속기간 동안에 상기 화학 센서 프로브를 화학적 조성물과 접촉시키는 단계(606); 상기 화학 센서 프로브를 홀딩하는 카트리지를 상기 이동식 화학 센서 디바이스 내에 삽입하는 단계(608); 상기 화학 센서 프로브를 테스트 범위의 광에 노출시키는 단계(610); 및 상기 발광성 화학 센서들의 어레이의 발광의 색상 및 세기를 검출하는 단계(612)를 포함한다. 일 실시형태에서, 상기 방법은, 테스트 지속기간 동안에 상기 화학 센서 프로브를 상기 화학적 조성물과 접촉시키는 것 이전에, 베이스라인 판독 단계에서 상기 발광성 화학 센서들의 어레이를 사전 스캐닝하는 단계(614)를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 방법은, 테스트 샘플에 의해 방출된 발광의 파장 대 농도 표준(concentration standard)에 의해 방출된 발광의 파장의 비율을 비교함으로써, 상기 화학적 조성물 내의 적어도 하나의 화학 물질의 농도를 측정하는 것을 포함하는 단계(616)를 더 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 방법은, 상기 화학 센서 프로브 상에 장착된 광학 태그 또는 무선 주파수 태그를 스캐닝함으로써 상기 화학 센서 프로브의 식별 코드를 식별하는 단계(618); 상기 식별 코드를 데이터베이스 내의 부적법 코드와 매칭시키는 단계; 및 오차 신호를 전송하는 단계(620)를 포함할 수 있다.
본 개시물은 화학적 조성물을 분석하는 방법에서 사용하기 위한 컴퓨터 시스템에 관한 것이다. 본 명세서의 일부 실시형태에 따른 컴퓨터 시스템의 예시도로서 도 7의 개략도를 참조하면, 컴퓨터 시스템(701)은 중앙 처리 유닛(705), 메모리 또는 메모리 로케이션(710), 전자식 저장 유닛(715), 통신 인터페이스(720), 및 주변 디바이스(725)를 포함한다. 메모리(710), 저장 유닛(715), 인터페이스(720) 및 주변 디바이스(725)는 통신 버스(실선)를 통하여 CPU(705)와 통신하고 있다. 컴퓨터 시스템(701)은 통신 링크(720)의 도움을 받아 컴퓨터 네트워크(730)에 동작하도록 커플링된다. 컴퓨터 시스템(701)은 사용자 인터페이스(UI)(740)를 포함하는 전자식 디스플레이(735)를 포함하거나 이와 통신하고 있다.
본 개시물은 화학적 조성물을 분석하는 방법에 관한 것이다. 본 명세서의 일부 실시형태에 따른 방법의 일반적인 개관으로서 도 8의 흐름도를 참조하면, 상기 방법(800)은, 상기 화학 센서 프로브 상에 장착된 광학 태그 또는 무선 주파수 태그를 스캐닝함으로써 상기 화학 센서 프로브의 식별 코드를 식별하는 단계(802); 상기 식별 코드를 데이터베이스 내의 적법한 식별 코드와 매칭시키는 단계(804); 베이스라인 판독 단계에서 화학 센서 프로브 내의 발광성 화학 센서들의 어레이로부터의 방출된 광을 측정하여, 상기 화학 센서 프로브로부터 베이스라인 데이터를 제공하고 사전 스캐닝된 화학 센서 프로브를 형성하는 단계(806); 광학 태그 또는 무선 주파수 태그를 스캐닝함으로써, 사전 스캐닝된 화학 센서 프로브의 식별 코드를 식별하는 단계(808); 상기 식별 코드를 데이터베이스 내의 사전 스캐닝된 화학 센서 프로브의 적법한 식별 코드와 매칭시키는 단계(810); 및 테스트 판독 단계(812)에서 상기 발광성 화학 센서들의 어레이로부터의 방출된 광을 측정하여, 사전 스캐닝된 화학 센서 프로브로부터 테스트 데이터를 제공하는 단계를 포함한다. 또는, 상기 방법(800)은 화학 센서 프로브의 식별 코드를 광학 태그 또는 무선 주파수 태그를 스캐닝함으로써 식별하는 단계(802); 식별 코드를 데이터베이스 내의 부적법 코드와 매칭시키고 오차 신호를 전송하는 단계(814); 또는 식별 코드를 데이터베이스 내의 부적법 코드와 매칭시키고 오차 신호를 전송하는 단계(816)를 포함한다. 이러한 디자인의 이점은 오차 코드가 오류가 있는 측정을 방지하는 두 가지 경우가 있다는 것이다. 첫째로, 이전의 측정으로부터 오염되어 있는 프로브를 사용할 가능성을 없애거나 줄이기 위해서 이전에 사용된 프로브를 사전 스캐닝하려고 시도할 때에 오차 코드(814)가 수신될 것이다. 일 실시형태에서, 이러한 시스템 및/또는 방법은 적법한 프로브가 삽입될 때까지 추가적인 처리를 방지할 것이다. 둘째로, 제어 측정이 부족함으로 인한 열악한 품질 측정의 가능성을 없애거나 줄이기 위해서, 사전 스캔이 수행되지 않았던 프로브를 분석하기 위해 시도할 때에 오차 코드(816)가 수신될 것이다. 일 실시형태에서, 이러한 시스템 및/또는 방법은 사전 스캐닝되고, 따라서 적법한 프로브가 디바이스 내에 삽입될 때까지 추가적인 처리를 방지할 것이다.
이동식 화학 센서 디바이스의 실시형태들
본 개시물은 일반적으로 이동식 화학 센서 디바이스들에 관련한다. 다양한 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 하우징을 포함하고, 하우징은 카트리지 개구를 포함한다. 다양한 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 적어도 하나의 화학 센서 프로브를 위치설정하도록 구성되는 카트리지를 포함하고, 화학 센서 프로브는 발광성 화학 센서들의 어레이를 포함하는 센서-보유면을 가진다. 다양한 실시형태들에서, 카트리지는 카트리지가 카트리지 개구 내에 삽입되면 하우징의 내부에 광-실링 엔클로저를 형성한다. 광-실링 엔클로저는 화학 분석을 더 큰 정확도로 수행하기 위한, 그리고 화학물질 샘플들 사이의 교차-오염을 방지하는 것을 돕기 위한 광-밀(light-tight) 또는 암 환경이라는 장점을 제공할 수 있다.
다양한 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 광을 소정 입사각에서 상기 적어도 하나의 화학 센서 프로브의 센서-보유면 상으로 지향시키도록 구성된 적어도 하나의 광원을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 광원은 약 280 nm 내지 약 400 nm의 파장을 가지는 광을 방출할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 광원은 약 300 nm 내지 약 380 nm의 파장을 가지는 광을 방출할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 광원은 약 320 nm 내지 약 360 nm의 파장을 가지는 광을 방출할 수 있다. 일 실시형태에서, 디바이스는 광원 또는 제 2 광원 또는 약 400 nm 내지 약 800 nm의 파장을 가지는 광을 방출할 수 있는 가시광 광원을 포함할 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 가시광 광원을 포함한다. 다양한 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 백색 광(400 nm 내지 700 nm)의 소스이거나 이것을 포함하는 가시광 광원을 포함한다. 가시광 광원의 이점은, 모바일 디바이스가 자외선 광에 민감하지 않거나 백색 광 또는 가시광에 의해 수행될 수 있는 기능들을 수행할 수 있게 한다는 것을 포함할 수 있으며, 예컨대 시리얼 번호, 바 코드, 또는 특정한 이동식 화학 센서 디바이스에 연결된 다른 번호 또는 심볼의 읽기 또는 스캐닝을 돕는다. 특정 실시형태들에서, 광원은 발광 다이오드(LED), 수은 증기 램프, 할로겐 램프, 레이저, 또는 이들의 조합을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 광원은 하나 이상의 자외선 LED를 포함한다. 특정 실시형태들에서, 하나 이상의 UV LED는 340 nm UV LED, 365 nm UV LED, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 센서-보유면 상에 지향된 광의 입사각은 약 5 도 내지 약 90 도이다. 특정 실시형태들에서, 센서-보유면 상에 지향된 광의 입사각은 약 15 도 내지 약 75 도이다. 특정 실시형태들에서, 센서-보유면 상에 지향된 광의 입사각은 약 30 도 내지 약 60 도이다.
이동식 화학 센서 디바이스의 다양한 실시형태는 상기 광-실링 엔클로저 내에 장착되고 상기 적어도 하나의 화학 센서 프로브로부터의 방출된 광을 검출하도록 구성된 카메라 모듈을 더 포함한다. 특정 실시형태들에서, 카메라 모듈은 하전된 커플링된 디바이스 카메라를 포함한다. 특정 실시형태들에서, 카메라 모듈은 상보적 금속 산화물 반도체(CMOS) 이미지 센서를 포함한다. 특정 실시형태들에서, 카메라 모듈은 마이크로렌즈, M12 렌즈, 또는 S-장착 렌즈를 가지는 카메라를 포함한다. 특정 실시형태들에서, 카메라 모듈은 렌즈의 표면으로부터 약 10 cm 내지 약 16 cm를 포함하는 약 5 cm 내지 약 25 cm의 거리에 광을 포커싱하도록 구성되는 렌즈를 가지는 카메라를 포함한다. 이러한 실시형태는, 손에 파지하고 사용하기에 적합한 휴대용 이동식 화학 센서 디바이스 내에서 그리고 낮은 비용으로, 적어도 하나의 화학 센서 프로브로부터의 타당한 거리에서 카메라 모듈에 의하여 선명한 이미지가 촬영된다는 장점을 제공할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 카메라 모듈은 카메라 및 적어도 하나의 화학 센서 프로브 사이에 광 투명 보호 커버를 포함한다. 이러한 실시형태는 카메라 모듈을 깨끗하게 유지하고, 샘플들 사이의 교차-오염을 방지하는 장점을 제공할 수 있다.
특정 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 상기 적어도 하나의 화학 센서 프로브로부터의 방출된 광을 상기 카메라 모듈로 반사하도록 구성된 광학 미러를 더 포함한다. 특정 실시형태들에서, 광학 미러는 보호용 은코팅을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 광학 미러는 방출된 광의 약 70% 내지 100%를 반사할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 광학 미러는 방출된 광의 약 75% 내지 약 95%를 반사할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 광학 미러는 방출된 광의 약 80% 내지 약 90%를 반사할 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 광학 미러는 방출된 광의 파장의 범위에 대해서 소망되는 반사도를 제공하도록 선택될 수 있다.
특정 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 상기 하우징의 내부에 장착되는 배터리를 포함한다. 이러한 특정한 실시형태에서, 배터리 스테이션은 상기 하우징의 내부에 장착된다. 특정 실시형태들에서, 배터리는 재충전가능하거나 재충전가능하지 않을 수 있다. 특정 실시형태들에서, 배터리는 가역적으로 제거되거나 영구적으로 장착될 수 있다.
특정 실시형태들에서, 카트리지는 이동식 화학 센서 디바이스의 하우징으로부터 제거될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 카트리지는 하우징으로부터 가역적으로 제거되고 분리될 수 있다. 이러한 실시형태는 카트리지를 세척하기가 더 쉽다는 장점을 제공할 수 있다. 또한, 이러한 실시형태는 상이한 설계를 가질 수도 가지지 않을 수도 있는 다수의 카트리지들 사이에서 디바이스의 카트리지 개구 내로 들어갈 카트리지를 스위칭할 수 있다는 장점을 제공할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 카트리지는 트랙을 따라서 가역적으로 카트리지 개구 안팎으로 슬라이드되도록 구성된다. 이러한 실시형태는 잘못 배치되는 별개의 성분들이 적어지게 할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 카트리지는 적어도 하나의 화학 센서 프로브를 수용하도록 구성되는 적어도 하나의 트레이 리세스를 포함한다. 이러한 실시형태는 적어도 하나의 화학 센서 프로브를 터치할 필요가 없이 본 명세서에 개시된 화학 분석의 방법의 하나 이상의 단계를 수행할 수 있다는 장점을 제공할 수 있다. 또한, 이러한 실시형태는 이동식 화학 센서 디바이스의 카메라 모듈, 광학 미러, 및 광원과 적절하게 정렬되도록 하나 이상의 화학 센서 프로브 위치를 안정화시킨다는 장점을 제공할 수 있다. 또한, 이러한 실시형태는 화학 센서 프로브들을 분석을 위해서 로딩하거나 스위칭하거나 교환하는 것이 쉬워지게 하는 장점을 제공할 수 있다.
특정 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스의 카트리지는 상기 화학 센서 프로브의 센서-보유면의 영역을 디스플레이하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 센서-보유면은 약 15 mm 내지 약 50 mm의 디스플레이 길이를 가진다. 일부 실시형태들에서, 센서-보유면은 약 20 mm 내지 약 45 mm의 디스플레이 길이를 가진다. 일부 실시형태들에서, 센서-보유면은 약 25 mm 내지 약 40 mm의 디스플레이 길이를 가진다. 일부 실시형태들에서, 센서-보유면은 약 1 mm 내지 약 20 mm의 디스플레이 폭을 가진다. 일부 실시형태들에서, 센서-보유면은 약 5 mm 내지 약 15 mm의 디스플레이 폭을 가진다. 일부 실시형태들에서, 센서-보유면은 약 8 mm 내지 약 12 mm의 디스플레이 폭을 가진다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 화학 센서 프로브는 약 0.1 mm 내지 약 2 mm의 프로브 두께를 가진다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 화학 센서 프로브는 약 20 mm 내지 약 60 mm의 프로브 길이를 가진다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 화학 센서 프로브는 약 25 mm 내지 약 55 mm의 프로브 길이를 가진다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 화학 센서 프로브는 약 35 mm 내지 약 45 mm의 프로브 길이를 가진다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 화학 센서 프로브는 약 2 mm 내지 약 30 mm의 프로브 폭을 가진다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 화학 센서 프로브는 약 7 mm 내지 약 25 mm의 프로브 폭을 가진다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 화학 센서 프로브는 약 15 mm 내지 약 20 mm의 프로브 폭을 가진다. 이러한 실시형태는 본 명세서에 개시된 바와 같은 휴대용의 콤팩트한 이동식 화학 센서 디바이스 내에서 사용되기에 적합한 화학 센서 프로브 크기가 작아진다는 장점을 제공할 수 있다.
이동식 화학 센서 디바이스의 특정 실시형태들에서, 하우징은 약 3 cm 내지 약 7 cm의 하우징 높이를 가진다. 이동식 화학 센서 디바이스의 특정 실시형태들에서, 하우징은 약 3.5 cm 내지 약 6.5 cm의 하우징 높이를 가진다. 이동식 화학 센서 디바이스의 특정 실시형태들에서, 하우징은 약 4 cm 내지 약 6 cm의 하우징 높이를 가진다. 일부 실시형태들에서, 하우징은 약 7 cm 내지 약 11 cm 하우징 폭을 가진다. 일부 실시형태들에서, 하우징은 약 7.5 cm 내지 약 10.5 cm 하우징 폭을 가진다. 일부 실시형태들에서, 하우징은 약 8 cm 내지 약 10 cm 하우징 폭을 가진다. 일부 실시형태들에서, 하우징은 약 10 cm 내지 약 20 cm 하우징 길이를 가진다. 일부 실시형태들에서, 하우징은 약 12 cm 내지 약 18 cm 하우징 길이를 가진다. 일부 실시형태들에서, 하우징은 약 14 cm 내지 약 16 cm 하우징 길이를 가진다. 특정 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 약 45 그램 내지 약 12,000 그램의 무게를 가진다. 특정 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 약 250 그램 내지 약 7,500 그램의 무게를 가진다. 특정 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 약 1,000 그램 내지 약 5,000 그램의 무게를 가진다. 이러한 실시형태는 이동식 화학 센서 디바이스가 콤팩트한 크기 및 휴대가능한 무게를 가지는 장점을 제공할 수 있다.
특정 실시형태들에서, 태그 리더기 센서는 이동식 화학 센서 디바이스의 하우징의 내부에 장착된다. 일부 실시형태들에서, 태그 리더기 센서는 화학 센서 프로브 중 하나 이상에 위치된 광학 태그 또는 무선 주파수 식별(RFID) 태그를 판독하도록 구성된다. 이러한 실시형태는 개별적인 화학 센서 프로브를 식별하고, 교정 또는 샘플 판독이 개별적인 화학 센서 프로브에 대해서 취해졌는지 여부를 검출하며, 샘플 처리에 있어서 오차를 방지하는 장점을 제공할 수 있다.
특정 실시형태들에서, 카트리지 및 하우징 중 적어도 하나는 가스 흡입부 및 가스 배출부를 포함하고, 상기 가스 흡입부 및 가스 배출부는 샘플 가스가 상기 적어도 하나의 화학 센서의 센서-보유면을 가로질러 흐를 수 있게 하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 하우징 및 광-실링 엔클로저 중 적어도 하나는 가스 흡입부 및 가스 배출부를 포함하고, 상기 가스 흡입부 및 가스 배출부는 샘플 가스가 상기 적어도 하나의 화학 센서의 센서-보유면을 가로질러 흐를 수 있게 하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 샘플 가스는 공기를 포함한다.
특정 실시형태들에서, 카트리지 및 하우징 중 적어도 하나는 액체 흡입부 및 액체 배출부 또는 액체 드레인을 포함하고, 액체 흡입부 및 액체 배출부는 샘플 액체가 적어도 하나의 화학 센서의 센서-보유면을 가로질러 흐르게 하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 하우징 및 광-실링 엔클로저 중 적어도 하나는 액체 흡입부 및 액체 배출부를 포함하고, 액체 흡입부 및 액체 배출부는 샘플 액체가 적어도 하나의 화학 센서 프로브의 센서-보유면을 가로질러 흐르게 하도록 구성된다.
특정 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 광-실링 엔클로저 내에 장착된 싱글-보드 컴퓨터 또는 멀티-보드 컴퓨터를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 싱글-보드 컴퓨터는 콤팩트한 크기를 가지는 저비용 컴퓨터를 포함할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 싱글-보드 컴퓨터는 라스베리파이(Raspberry Pi) 컴퓨터 또는 다른 적절한 기성품인 싱글-보드 컴퓨터를 포함할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 이동식 화학 센서는 광-실링 엔클로저 내에 장착되고 싱글-보드 컴퓨터 또는 멀티-보드 컴퓨터에 연결된 인쇄 회로 보드 어셈블리(PCBA)를 포함한다. 특정 실시형태들에서, PCBA는 본 명세서에 개시된 바와 같은 콤팩트한 이동식 화학 센서 디바이스 내의 싱글-보드 컴퓨터와 연결하도록 구성된 맞춤형 PCBA를 포함할 수 있다.
특정 실시형태들에서, PCBA 및 싱글-보드 컴퓨터는 핀 커넥터 또는 케이블 어셈블리에 의해 연결된다. 특정 실시형태들에서, 핀 커넥터는 40-핀 커넥터를 포함할 수 있다. 특정 실시형태들에서, PCBA는 어댑터 보드에 의하여 싱글-보드 컴퓨터에 연결된다. 특정 실시형태들에서, 어댑터 보드는 범용 입력/출력(GPIO) 어댑터 보드를 포함할 수 있다. 특정 실시형태들에서, PCBA는 싱글-보드 컴퓨터에 직접 연결된다. 특정 실시형태들에서, 광원은 PCBA 상에 장착된다. 특정 실시형태들에서, 카트리지 검출 센서가 PCBA에 장착된다. 카트리지 검출 센서를 포함하는 실시형태들은 카트리지가 언제 이동식 화학 센서 디바이스 하우징의 카트리지 개구 내에 적합하게 삽입되는지를 검출하는 장점을 제공할 수 있다.
특정 실시형태들에서, 광원 보드는 PCBA 상의 조절가능한 위치에 장착된다. 이러한 실시형태에서, 적어도 하나의 광원은 광원 보드 상에 장착될 수 있고, 광원 보드의 위치는 적어도 하나의 광원 및 화학 센서 프로브의 센서-보유면 사이의 입사각을 조절하도록 구성될 수 있다. 특정 실시형태들에서, 광원 보드는 UV LED 보드를 포함할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 하나 이상의 UV LED가 UV LED 보드 상에 장착된다. 광원 보드를 포함하는 실시형태들은 적어도 하나의 화학 센서 프로브의 조명을 개선하기 위해서 입사각을 조절하는 장점을 포함할 수 있다. 이러한 실시형태는 화학 분석 정확도를 개선하기 위해서 광원의 위치를 다양하게 설정할 수 있다는 장점을 제공할 수 있다. 또한, 이러한 실시형태는 이동식 화학 센서 디바이스 내의 광원 보드를 교체 또는 업그레이드할 수 있다는 장점을 제공할 수 있다.
특정 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 싱글-보드 컴퓨터 또는 멀티-보드 컴퓨터 및 적어도 하나의 사용자 인터페이스 사이에 적어도 하나의 통신 링크를 포함한다. 이러한 실시형태는 본 명세서의 실시형태에 따른 이동식 화학 센서 디바이스를 사용할 때 화학 분석 데이터 저장 및 통신이 다양하다는 장점을 제공할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 적어도 하나의 통신 링크는 근거리 무선 연결, 범용 시리얼 버스(USB) 연결, 메모리 카드 연결, 또는 이들의 조합을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 근거리 무선 연결은 "블루투스" 연결을 포함할 수 있다. 이러한 실시형태는 화학 분석 데이터를 전송하거나 내보낼 수 있다는 장점을 제공할 수 있다.
특정 실시형태들에서, 상기 적어도 하나의 사용자 인터페이스는 다운로드된 애플리케이션을 실행할 수 있는 운영 체제를 가지는 모바일 센서 디바이스, 모바일 전화기, 컴퓨터, 또는 이들의 조합을 포함한다. 이러한 실시형태는 이동식 센서 디바이스가 사용자의 모바일 전화기, 컴퓨터, 또는 이들의 조합과 통신할 수 있다는 장점을 제공할 수 있다. 이러한 실시형태는 사용자의 모바일 전화기를 교체하는 기술적 위험을 피하고, 다른 모바일 전화기와 익숙하지 않음으로 인한 사용자의 혼동을 방지한다는 장점을 제공할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 하우징은 외부 USB 포트, 외부 메모리 카드 커넥터, 외부 셔터 버튼, 외부 근거리 무선 커넥터, 외부 파워 스위치, 또는 이들의 조합을 포함한다.
특정 실시형태들에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 상기 싱글-보드 또는 멀티-보드 컴퓨터 내에 포함된 컴퓨터 판독가능 코드에 의해서 작동되고, 상기 컴퓨터 판독가능 코드는 상기 카메라 모듈로부터 적어도 하나의 디지털 신호를 수신하고 처리하도록 구성된다. 특정 실시형태들에서, 상기 적어도 하나의 디지털 신호는, 상기 적어도 하나의 화학 센서 프로브로부터의 방출된 광으로부터 유도된 복수 개의 RGB 값, 복수 개의 RGB 값으로부터 유도된 복수 개의 XYZ 값, 복수 개의 XYZ 값으로부터 유도된 복수 개의 xy 값, 시간, 날짜, 사용자명, 테스트 명칭, 샘플 명칭, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함하는 데이터 패킷을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 적어도 하나의 디지털 신호는 이미지 파일을 포함한다.
특정 실시형태들에서, 상기 컴퓨터 판독가능 코드는 베이스라인 판독 단계, 제어 판독 단계, 및 샘플 판독 단계 중 적어도 하나를 포함하는 테스트 프로토콜 단계들의 강제 시퀀스를 포함한다. 이러한 실시형태는 사용자 오차, 예를 들어, 화학 센서 프로브에 먼저 교정 단계를 수행하지 않고서 샘플을 판독하려고 시도하는 것, 또는 "사용된(used)" 화학 센서 프로브 상에서 두 번째 샘플 판독을 수행하려고 시도하는 것을 피하는 장점을 제공할 수 있다. 이러한 실시형태는 이동식 화학 센서 디바이스가 사용하기 간단하고, 사용자 오차에 유연하며, 수 분 내지 2 시간의 훈련을 받은 현장 스태프에 의해서 효과적으로 쉽게 사용될 수 있다는 장점을 제공할 수 있다.
다양한 실시형태들의 화학 센서 프로브
본 개시물은 화학적 조성물을 분석하기 위한 화학 센서 프로브에 관련된다. 다양한 실시형태들에서, 화학 센서 프로브는 센서-보유면을 포함하고, 센서-보유면은 발광성 화학 센서들의 어레이를 포함한다. 이러한 실시형태에서, 발광성 화학 센서들의 어레이는 적어도 하나의 제어 센서 및 적어도 하나의 검출 센서를 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 적어도 하나의 제어 센서는 제어 플랫폼의 제어 영역 상에 장착된 인화합물(phosphorous compound)을 함유한 제어 란탄족(control lanthanide)을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 검출 센서는 검출 플랫폼의 검출 영역 상에 장착된 인화합물을 함유한 두 개 이상의 검출 란탄족의 조합을 포함할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 제어 플랫폼 및 검출 플랫폼은 센서 보유면에 부착된다.
특정 실시형태들에서, 발광성 화학 센서들의 어레이는 1 개 내지 3 개의 제어 센서 및 1 개 내지 6 개의 검출 센서를 포함한다. 다른 실시형태들에서, 발광성 화학 센서들의 어레이는 2 개의 제어 센서 및 1 개 내지 50 개의 검출 센서를 포함한다.
특정 실시형태들에서, 제어 플랫폼 및 검출 플랫폼은 섬유성(fibrous) 재료를 포함한다. 특정 실시형태들에서, 제어 플랫폼 및 검출 플랫폼은 별개의 섬유성 재료들 상에 장착된다. 특정 실시형태들에서, 섬유성 재료는 셀룰로오스(cellulosic) 재료, 종이 재료, 실리콘 종이 재료, 또는 이들의 조합을 포함한다. 매우 다양한 화학적 화합물에 대한 인화합물을 함유하는 란탄족의 높은 감도와 반응성을 고려하면, 별개의 섬유성 재료 상에 장착된 제어 플랫폼 및 검출 플랫폼의 이러한 개시내용은 제어 센서 및 검출 센서 사이의 교차-오염을 방지하는 장점을 제공할 수 있다. 이러한 이점은 복잡한 화학물질 혼합물 내의 다수의 성분을 단일 테스트에서 분석하기 위한 콤팩트한 구성을 위하여 커다란 장점을 제공할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 인화합물을 보유한 제어 란탄족은 결합제가 없이 제어 플랫폼 상에 직접 장착된다; 일부 실시형태들에서, 인화합물을 보유한 검출 란탄족은 결합제가 없이 검출 플랫폼 상에 직접 장착된다. 본 명세서에 개시된 인화합물을 함유한 란탄족은 매우 다양한 화학적 화합물에 대해서 강한 반응성을 가지고 있고, 많은 수의 상이한 화학물질을 콤팩트한 휴대용 프로브 포맷에서 분석하기 위한 어려움을 제공한다. 본 개시물은, 결합제를 사용하지 않고 제어 플랫폼 또는 검출 플랫폼에 직접 장착된 인화합물을 함유한 란탄족을 포함하는 화학 센서를 제공하고, 결합제 재료와 인화합물을 함유한 란탄족의 반응을 방지함으로써, 이러한 어려움을 해결한다. 일부 실시형태들에서, 결합제는 제어 플랫폼 또는 검출 플랫폼의 하단면을 센서 보유면에 부착시키기 위해서 사용될 수 있는 반면에, 화학 센서는 제어 플랫폼 또는 검출 플랫폼의 상단면에 장착된다. 이러한 실시형태에서, 화학 센서와 결합제의 접촉을 피하게 되어, 인화합물을 함유한 란탄족과 결합제의 반응을 방지하는 반면에, 다수의 화학물질들을 분석하기 위한 콤팩트하고 휴대용이며 저렴한 일회용 테스트 포맷이 가능해지게 한다. 제어 플랫폼 또는 검출 플랫폼이 섬유성 재료를 포함하는 실시형태들에서, 이러한 실시형태들은 화학 센서가 별개의 또는 분리된 영역 또는 형상 내에 장착될 수 있게 하고, 더 나아가 상이한 화학 센서들 사이의 교차 오염을 방지하는 것을 돕는다는 장점을 더 제공할 수 있다.
다른 실시형태들에서, 접착층은 센서 보유면 상에 장착되고, 발광성 화학 센서들의 어레이는 접착층 상에 직접 장착된다. 특정 실시형태들에서, 이러한 접착층은 센서 보유면 상에 분무될 수 있다. 특정 실시형태들에서, 발광성 화학 센서들의 어레이는 접착층 상에 선택적으로 인쇄된다. 특정 실시형태들에서, 인화합물을 함유한 제어 란탄족 및 인화합물을 보유한 검출 란탄족 중 어느 하나는 접착층 상에 장착될 수 있고, 이제 접착층은 제어 플랫폼 또는 검출 플랫폼 각각 상에 장착된다. 특정 실시형태들에서, 인화합물을 함유한 제어 란탄족, 인화합물을 함유한 검출 란탄족, 또는 이들의 조합은 잉크-젯, 스크린 인쇄, 또는 가변 인쇄의 그 외의 방법에 의하여 접착층 상에 직접적으로, 또는 센서 보유면 상에 직접적으로 분무될 수 있다.
특정 실시형태들에서, 센서 보유면은 플라스틱, 종이, 또는 목재로 형성되고, 센서 보유면은 발광성 화학 센서들의 어레이 이상의 길이 및 폭을 가진다. 일부 실시형태들에서, 센서 보유면은 핸들부를 형성하는데, 이것은 발광성 화학 센서들의 어레이로부터 약 1 mm 내지 약 10 mm에 위치된다. 특정 실시형태들에서, 핸들부는 발광성 화학 센서들의 어레이로부터 약 3 mm 내지 약 7 mm에 위치된다. 상이한 화학물질들에 대한 인화합물을 함유한 란탄족의 광범위한 반응성을 고려하면, 사용자의 손가락과의 접촉 또는 오염 또는 다른 사용자 유발 오염이 있으면 화학 센서가 정확하게 기능하는 것에 간섭을 일으킬 수 있다. 본 명세서에 개시된 바와 같은 핸들부는 센서 보유면, 또는 화학 센서들의 어레이의 나머지에 접촉할 필요가 없이 프로브를 핸들링할 수 있고, 따라서 화학 센서의 오염을 방지하고 잠재적인 잘못된 판독을 방지하는 장점을 제공할 수 있다.
특정 실시형태들에서, 제어 플랫폼 및 검출 플랫폼 중 적어도 하나는 약 0.1 mm 내지 약 2 mm의 두께를 가진다. 특정 실시형태들에서, 제어 플랫폼 및 검출 플랫폼 중 적어도 하나는 약 0.5 mm 내지 약 1.5 mm의 두께를 가진다. 특정 실시형태들에서, 제어 플랫폼 및 검출 플랫폼 중 적어도 하나는 약 0.7 mm 내지 약 1.0 mm의 두께를 가진다. 특정 실시형태들에서, 제어 플랫폼 및 검출 플랫폼 중 적어도 하나는 약 2 mm 내지 약 60 mm의 가장 긴 측정치를 가진다. 특정 실시형태들에서, 제어 플랫폼 및 검출 플랫폼 중 적어도 하나는 약 10 mm 내지 약 60 mm의 가장 긴 측정치를 가진다. 특정 실시형태들에서, 제어 플랫폼 및 검출 플랫폼 중 적어도 하나는 약 30 mm 내지 약 40 mm의 가장 긴 측정치를 가진다. 일부 실시형태들에서, 제어 영역 및 검출 영역 중 적어도 하나는 정방형 형상, 직사각형 형상, 원형 형상, 난형(ovular) 형상, 삼각 형상, 육각형의 형상, 다각형 형상, 또는 이들의 조합을 가진다. 특정 실시형태들에서, 인화합물을 함유한 제어 란탄족 및 인화합물을 함유한 두 개 이상의 검출 란탄족은, 제어 영역 또는 검출 영역 상에 분부되거나, 잉크젯 인쇄되거나, 그 위에 응축되거나 그 안에 임베딩됨으로써, 제어 영역 및 검출 영역 각각 상에 장착될 수 있다. 특정 실시형태들에서, 제어 플랫폼 또는 검출 플랫폼의 실시형태에 따르는 섬유성 재료는, 인화합물을 함유한 제어 란탄족 또는 인화합물을 함유한 두 개 이상의 검출 란탄족을 함유한 하나 이상의 용액과 접촉될 수 있고, 건조되게 되며, 제어 플랫폼 또는 검출 플랫폼을 형성하기 위해서 절단, 스탬핑, 또는 마킹될 수 있다.
특정 실시형태들에서, 프로브는 센서 보유면 상에 장착된 식별 태그를 포함한다. 특정 실시형태들에서, 식별 태그는 광학 태그 또는 무선 주파수 태그를 포함한다. 특정 실시형태들에서, 식별 태그는 프로브의 하단 또는 프로브의 핸들에 장착된다. 화학적 테스트를 수행하는 것은, 정확하게 어떤 테스트가 각각의 프로브로 수행되어 왔는지를 추적하는 것; 예를 들어, 특정 프로브가 센서 실행가능성(sensor viability)에 대해서 사전 스캐닝되었는지, 제어 테스트가 실행되었는지, 또는 검출 테스트가 이미 실행되어서 제 2 테스트가 실행되어야 하는지를 추적하는 어려움을 제공한다. 식별 태그를 포함하는 프로브의 이러한 실시형태는, 각각의 프로브에 대한 고유한 식별 태그를 사용하여 특정 프로브의 추적을 허용함으로써 이러한 어려움에 대한 해결책을 제공할 수 있어서, 어떤 테스트 단계가 각각의 프로브를 가지고 수행되었는지를 추적하고, 임의의 사전 스캐닝 또는 베이스라인 테스트 실행을 후속하는 검출 측정치와 매칭시키도록 한다. 이러한 실시형태는 검출 테스트가 실행된 이후에 프로브가 재사용되는 것을 방지하는 장점도 제공할 수 있다.
본 개시물의 실시형태는, 화학 센서 프로브가 화학적 조성물 내에 존재하는 매우 다양한 화학물질의 존재에 응답하여 색상 및 휘도의 고유한 8-인자 서명을 디스플레이할 수 있게 하는 화학 센서 구성의 장점을 제공한다. 다양한 실시형태들에서, 발광성 화학 센서들의 어레이는, 매우 상이한 다양한 화학적 화합물의 존재에 응답하여, 방출된 광의 색상 및 세기에 구별될 수 있는 응답을 제공하도록 구성된 변경된 이온 비율로 인화합물을 함유한 상이한 란탄족을 포함한다. 예를 들어, 이러한 화합물은 메탄올, 물, 및 톨루엔과 같이 서로 다른 용매를 포함할 수 있지만, 이러한 모든 용매는 잠재적으로 단일 어세이(assay)에서 정성적 및 정량적 양자 모두로 식별될 수 있다. 또한 이러한 화합물은 서로 매우 유사한 화학물질들, 예를 들어 물 및 중수소를 포함할 수 있지만, 이들과 같은 화합물은 극소량이라도 본 명세서의 화학 분석 방법에 의해서 역시 구별가능할 수 있다. 하나의 이온 중량비가 화학 분석에 대한 어느 정도의 특이성 및 감도를 제공할 수 있는 경우, 화학 센서의 인화합물 내에 더 많은 중량비의 란탄족 이온을 추가하면, 여전히 콤팩트한 단일 어세이 포맷에서 분석의 감도 및 특이성이 증가될 수 있다. 일 실시형태에서, 발광성 화학 센서들의 어레이는 인화합물을 함유한 란탄족 내에 포함된 세 개의 상이한 란탄족 이온의 적어도 네 개의 상이한 중량비 조합들을 포함한다. 화학 센서들의 어레이 사이의 네 개의 중량비 조합 각각은, 각각의 화학물질의 존재 및 화학물질 농도에 응답하여 고유한 색상 신호 및 세기 신호를 제공하고, 따라서 각각의 화학물질 및 화학물질 농도에 대하여 고유한 8-인자 "지문(fingerprint)"을 제공하며, 이들 모두는 하나의 콤팩트한 어세이 포맷으로 판독될 수 있다.
특정 실시형태들에서, 발광성 화합물은 화학적 조성물에 노출되기 전에 정화될 수 있다. 특정 실시형태들에서, 발광성 화합물은 화학적 조성물에 노출되기 이전에 가열된다. 특정 실시형태들에서, 발광성 화합물은 화학적 화합물에 노출되기 이전에 건조된다. 건조는 공기 건조, 히트 건을 사용한 건조, 진공을 사용한 건조, 또는 다른 적절한 건조 방법을 포함할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 화학적 조성물에 노출되기 전에 발광성 화합물을 정화시키면, 발광성 화합물의 합성과 연관된 용매 또는 불순물의 양이 감소되거나 없어진다. 이러한 실시형태는 프로브를 사용하는 화학 분석의 정확도 및 감도를 증가시키는 장점을 제공할 수 있다.
다양한 실시형태의 인화합물을 함유한 란탄족
본 명세서의 화학 센서 프로브의 실시형태는 하나 이상의 금속성 이온과 배위결합된 하나 이상의 카르복실기가 있는 인 원자를 포함하는 다양한 발광성 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 금속성 이온은 하나의 더 많은 란탄족 이온, 이트륨 이온, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
특정 실시형태들에서, 발광성 화합물은 하나 이상의 광 흡수기(light absorbing group)를 포함할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 광 흡수기는 카르복실기에 커플링된다. 일부 실시형태들에서, 광 흡수기는 하나 이상의 복합기(conjugated group), 방향기, 벤젠기, 페닐기, 아릴기, 알켄기, 알키네기, 아자이드(azides), 및 시아노기(cyano group)를 포함할 수 있다.
다양한 실시형태의 발광성 화합물은 다양한 타입의 금속성 이온을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 발광성 화합물은 하나의 금속성 이온을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 발광성 화합물은 복수 개의 동일한 금속성 이온, 또는 복수 개의 상이한 금속성 이온을 포함할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 발광성 화합물은 복수 개의 금속성 이온을 상이한 중량비로 포함한다. 특정 실시형태들에서, 이러한 중량비는 1:1, 2:1, 1:3, 3:1, 1:1:1, 2:1:1, 1:2:1, 1:1:2, 5:1, 1:5, 3:1:1, 1:1:3, 1:3:1, 10:1:5, 5:1:5 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 본 명세서의 발광성 화합물은 매우 다양한 화학적 화합물에 대해 화학적 화합물을 가질 수 있는데, 다양한 화학적 화합물과의 반응에서 방출된 광의 색상 및 세기는 특정 화합물뿐만 아니라 화학적 조성물 내에 존재하는 화합물의 양에도 기반하여 광범위하게 변할 수 있다. 발광성 화합물 내에 포함된 특정 금속성 이온, 포함된 상이한 금속성 이온들의 개수, 및 발광성 화합물 내에 포함된 상이한 금속성 이온의 특정 중량비에도 의존하여, 본 명세서의 발광성 화합물은 다양한 화학적 화합물의 아이덴티티 및 농도에 응답하여, 방출된 광의 색상 및 세기를 실질적으로 변경할 수 있다. 본 명세서의 프로브의 다양한 실시형태들에서, 화학적 조성물 내의 매우 다양한 화학적 화합물의 검출에 대한 특이성 및 감도가 크게 증가되는 장점을 제공하기 위해서, 발광성 화합물 내에 포함된 상이한 금속성 이온의 아이덴티티, 개수, 및 중량비는 이에 따라서 변할 수 있다.
특정 실시형태들에서, 인화합물을 함유한 제어 란탄족은 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, 및 Y로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 희토류 이온을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 인화합물을 함유한 두 개 이상의 검출 란탄족의 조합은 적어도 2 개의 상이한 희토류 이온을 포함하는데, 희토류 이온은 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, 및 Y로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 일부 실시형태들에서, 인화합물을 함유한 두 개 이상의 검출 란탄족의 조합은 Tb, Eu, 및 Tm을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 인화합물을 함유한 두 개 이상의 검출 란탄족의 조합은 Eu, Gd, 및 Tb를 포함한다.
발광성 화합물의 인 원자는 다양한 형태일 수 있다. 특정 실시형태들에서, 인 원자는 산화되지 않은 형태일 수 있다. 특정 실시형태들에서, 인 원자는 산화될 수 있다. 특정 실시형태들에서, 인 원자는 사후 합성 산화(post-synthetic oxidation) 방법에 의해서 산화될 수 있다.
특정 실시형태들에서, 발광성 화합물은 다양한 구조를 가질 수 있다. 특정 실시형태들에서, 발광성 화합물은 다공성이거나 결정질 래티스의 형태이다. 특정 실시형태들에서, 발광성 화합물 내의 금속성 이온은 인접한 발광성 화합물에 있는 카르복실기와 배위결합하여 결정질 래티스를 형성한다. 일부 실시형태들에서, 발광성 화합물은 벌집형 구조를 가지거나, 2-차원의 벌집모양 시트의 형태이거나, 중첩 배열(eclipsed arrangement)로 적층되어 큰 육각형의 채널을 가지는 3-차원의 고체가 되거나, 이들의 조합을 가진다.
특정 실시형태들에서, 발광성 화합물은 다양한 표면적을 가진다. 특정 실시형태들에서, 발광성 화합물은 약 50 m2/g 내지 약 1000 m2/g의 표면적을 가진다. 특정 실시형태들에서, 발광성 화합물은 약 250 m2/g 내지 약 800 m2/g의 표면적을 가진다. 특정 실시형태들에서, 발광성 화합물은 약 500 m2/g 내지 약 750 m2/g의 표면적을 가진다. 특정 실시형태들에서, 발광성 화합물은 약 500 m2/g 내지 약 600 m2/g의 표면적을 가진다.
발광성 화합물은 다양한 양자 수율을 가질 수 있다. 일부 실시형태들에서, 발광성 화합물은 약 20% 내지 약 95%의 범위를 가지는 광발광(photoluminescence) WO의 절대 양자 수율(absolute quantum yield)을 가진다. 특정 실시형태들에서, 발광성 화합물은 약 35% 내지 약 95%의 범위를 가지는 ФPL 값을 가진다. 특정 실시형태들에서, 발광성 화합물은 약 50% 내지 약 90%의 범위를 가지는 ФPL 값을 가진다. 특정 실시형태들에서, 발광성 화합물은 약 80% 내지 약 90%의 범위를 가지는 ФPL 값을 가진다.
특정 실시형태들에서, 발광성 화학 센서들의 어레이는 저파장 제어 센서 및 고파장 제어 센서를 포함한다. 이러한 실시형태에서, 저파장 제어 센서는 저파장 이온 X를 함유하고, 고파장 제어 센서는 고파장 이온 Z를 함유하며, X 및 Z는 서로 다르다. 이러한 실시형태에서, 발광성 화학 센서들의 어레이는 저파장 이온 X 대 고파장 이온 Z의 중량비를 가지는 적어도 하나의 검출 센서를 포함하고, 중량비는 약 10:1의 X: Z 내지 약 1:10의 X: Z의 범위를 가진다. 특정 실시형태들에서, 중량비는 약 8:1의 X: Z 내지 약 1:8의 X: Z의 범위를 가진다. 특정 실시형태들에서, 중량비는 약 5:1의 X: Z 내지 약 1:5의 X: Z의 범위를 가진다.
특정 실시형태들에서, 적어도 하나의 검출 센서는 Eu, Gd, 및 Tb로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 2 개의 란탄족 이온을 포함하는데, 적어도 2 개의 란탄족 이온의 중량비는 약 5:1의 Tb: Eu, 약 1:5의 Tb: Eu, 약 1:1:1의 Eu: Gd: Tb, 약 3:1:1의 Eu: Gd: Tb, 약 1:1:3의 Eu: Gd: Tb, 또는 약 1:3:1의 Eu: Gd: Tb를 포함한다. 특정 실시형태들에서, 적어도 2 개의 란탄족 이온의 중량비는 약 4:1의 Tb: Eu, 약 3:1의 Tb: Eu, 약 2:1의 Tb: Eu, 약 1:1의 Tb: Eu, 약 1:4의 Tb: Eu, 약 1:3의 Tb: Eu, 약 1:2의 Tb: Eu, 약 2:1:1의 Eu: Gd: Tb, 약 1:2:1의 Eu: Gd: Tb, 약 1:1:2의 Eu: Gd: Tb, 또는 이들의 조합을 포함한다.
화학적 조성물을 분석하는 방법의 실시형태들
본 개시물은 화학적 조성물을 분석하는 방법에 관한 것이다. 다양한 실시형태들에서, 이러한 방법은 이동식 화학 센서 디바이스를 제공하는 단계 및 화학 센서 프로브를 제공하는 단계를 포함한다. 다양한 실시형태들에서, 화학 센서 프로브는 센서-보유면 상의 발광성 화학 센서들의 어레이를 포함한다. 다양한 실시형태들에서, 이러한 방법은, 테스트 지속기간 동안에 상기 화학 센서 프로브를 화학적 조성물과 접촉시키는 단계; 상기 화학 센서 프로브를 홀딩하는 카트리지를 상기 이동식 화학 센서 디바이스 내에 삽입하는 단계; 상기 화학 센서 프로브를 테스트 범위의 광에 노출시키는 단계; 및 상기 발광성 화학 센서들의 어레이의 발광의 색상 및 세기를 검출하는 단계를 포함한다. 이러한 실시형태에서, 이동식 화학 센서 디바이스는 화학 센서 프로브를 홀딩하는 카트리지를 위치설정하도록 구성된 카트리지 개구를 포함하는 하우징을 포함하고, 카트리지는 카트리지가 카트리지 개구 내에 삽입되면 하우징의 내부에 광-실링 엔클로저를 형성한다. 이러한 실시형태에서, 적어도 하나의 광원은 광을 소정 입사각에서 화학 센서 프로브의 센서-보유면 상으로 지향시키도록 구성된다. 특정 실시형태들에서, 광원은 약 280 nm 내지 약 400 nm의 파장을 가지는 광을 방출할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 광원은 약 300 nm 내지 약 380 nm의 파장을 가지는 광을 방출할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 광원은 약 320 nm 내지 약 360 nm의 파장을 가지는 광을 방출할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 카메라 모듈이 광-실링 엔클로저 내에 장착되고, 화학 센서 프로브로부터의 방출된 광을 검출하도록 구성된다.
본 명세서의 방법은 화학 센서 프로브를 제공하는 단계를 포함한다. 특정 실시형태들에서, 화학 센서 프로브는 센서 보유면 또는 베이스 층에 장착된 발광성 화학 센서들의 어레이를 포함하는데, 발광성 화학 센서들의 어레이는 적어도 하나의 제어 센서 및 적어도 하나의 검출 센서를 포함하고, 적어도 하나의 제어 센서는 제어 플랫폼의 제어 영역에 장착된 인화합물을 함유한 제어 란탄족을 포함하며, 적어도 하나의 검출 센서는 검출 플랫폼의 검출 영역에 장착된 인화합물을 함유한 두 개 이상의 검출 란탄족의 조합을 포함하고, 제어 플랫폼 및 검출 플랫폼은 센서 보유면에 부착된다.
본 명세서의 방법은 화학 센서 프로브를 화학적 조성물과 접촉시키는 단계를 포함한다. 프로브는 다양한 화학적 조성물과 접촉될 수 있다. 특정 실시형태들에서, 화학적 조성물은 액상이거나 기상(vapor phase)이거나 이들의 조합이다. 특정 실시형태들에서, 화학적 조성물은 고체를 포함한다. 액체 화학적 조성물을 포함하는 특정 실시형태들에서, 액체는 용액, 용매 공급원료(feedstock), 환경 물 용액, 저수(reservoir), 폐수, 및 이들의 조합을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 화학적 조성물은 공기를 포함한다. 특정 실시형태들에서, 화학적 조성물은 그 원본 형태인 샘플이다. 특정 실시형태들에서, 화학적 조성물은 용매를 포함한다. 이러한 용매는 환경 용매, 또는 산업용 용매 또는 실험실 용매로부터의 다양한 용매를 포함할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 용매는 하나의 용매 또는 두 개 이상의 용매를 포함한다. 특정 실시형태들에서, 용매는 액체, 기체, 고체, 또는 이들의 조합을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 용매는 유기 용매, 무기 용매, 또는 이들의 조합을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 용매는 물, 알코올, 디옥산(dioxane), 톨루엔, 디메틸 포름아미드(dimethyl formamide), 헥산(hexanes), 클로로포름(chloroform), 아세톤니트릴(acetonitrile), 피리딘(pyridine), 중수소 산화물, 및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 용매는 D2O, 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide), 메탄올, 에탄올, 아세톤, n-프로파놀, 부탄, 디클로로메탄, 디에틸 에테르, 벤젠, 헥산, 및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 화학적 조성물은 하나 이상의 용질을 포함한다. 이러한 용질은 나트륨 불화물, 나트륨 염화물, 나트륨 브롬화물, 나트륨 요오드화물, 및 이들의 조합을 비한정적으로 포함할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 하나 이상의 용매는 화학적 조성물 내에 극소량의 화학물질 또는 극소량의 오염물을 포함한다. 이러한 실시형태는 다상(multi-phase) 유체, 유기물, 액체, 증기, 및 기체를 대량 분석한다는 장점을 제공할 수 있다.
본 명세서의 방법의 실시형태는 화학 센서 프로브를 테스트 지속기간 동안에 화학적 조성물과 접촉시키는 단계를 포함한다. 다양한 실시형태들에서 이러한 테스트 지속기간은 약 1 초 내지 20 분의 범위를 가질 수 있다. 일반적으로, 테스트가 너무 빠르게 수행된다면, 재료는 분석물질로 포화되지 않을 수 있어서, 오류가 있는 판독치가 초래된다. 예를 들어, 일부 순도 테스트에서는, 판독이 너무 빠르게 취해지면, 재료가 분석물질과 적절하게 반응할 시간을 가지지 않았다는 사실에 기인하여 더 높은 순도 판독치가 제공될 것이다.
특정 실시형태들에서, 하나 이상의 화학적 조성물은 하나 이상의 테스트 지속기간 동안에 프로브와 접촉될 수 있다. 특정 실시형태들에서, 본 명세서의 방법은 프로브와 화학적 조성물의 접촉 시에 나안에서 볼 수 있는 색상 변화에 의해서, 즉시적인 용매 식별이 가능하게 한다. 특정 실시형태들에서, 상기 방법은, 테스트 지속기간 동안에 프로브를 상기 화학적 조성물과 접촉시키는 것 이전에, 발광성 화학 센서들의 어레이를 사전 스캐닝하는 단계를 포함한다. 이러한 실시형태는, 화학 센서가 화학적 조성물과 반응하기 이전에 화학 센서의 교정 또는 "베이스라인(baseline)" 판독을 제공함으로써, 프로브에 오염이 존재하지 않는다는 것과 화학 센서가 화학 분석을 수행하기 이전에 필요한 실행가능성을 가진다는 것을 보장하도록 돕는다.
본 명세서의 방법의 실시형태는 프로브를 테스트 범위의 광에 노출시키는 것을 포함한다; 일 실시형태에서, 테스트 범위의 광은 약 280 nm 내지 약 400 nm의 범위에 속하는 광을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 테스트 범위의 광은 약 300 nm 내지 약 380 nm의 범위에 속하는 광을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 테스트 범위의 광은 약 320 nm 내지 약 350 nm의 범위에 속하는 광을 포함한다. 이러한 실시형태에서, 발광성 화학 센서와 화학적 조성물 내의 하나 이상의 화학물질들의 상호작용은, 프로브를 테스트 범위의 광에 노출시키면 발광성 화학 센서에 의하여 가시광의 특정한 서명 색상 및 세기가 방출되게 한다. 특정 실시형태들에서, 화학적 조성물 내의 특정 화학물질은 색상 및 휘도의 고유한 8-인자 서명을 생성한다; 이러한 광 서명은 화학적 조성물 내에 존재하는 화학물질을 식별하고 정량화하기 위해서 사용될 수 있다.
특정 실시형태들에서, 상기 화학적 조성물 내에 적어도 하나의 화학 물질이 존재한다면, 상기 방법은 상기 발광성 화학 센서들의 어레이의 발광의 색상 및 세기를 측정함으로써, 상기 화학적 조성물 내의 적어도 하나의 화학 물질을 식별하는 단계를 더 포함한다. 특정 실시형태들에서, 상기 화학적 조성물 내에 적어도 하나의 화학 물질이 존재한다면, 상기 방법은 상기 발광성 화학 센서들의 어레이의 발광의 색상 및 세기를 측정함으로써, 상기 화학적 조성물 내의 화학 물질의 농도를 측정하는 단계를 포함한다. 이러한 실시형태는 화학물질 타겟을 단지 검출하는 것뿐만 아니라 측정하는 장점을 제공할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 이러한 방법은 수 일이 아니라 분 단위로 결과를 제공하는 광범위한 용매와 호환되는 간단한 분광광도계에 의해서 정량적 화학 분석을 허용할 수 있다. 특정 실시형태들에서, 화학적 조성물은 액상 또는 기상이다. 특정 실시형태들에서, 적어도 하나의 화학 물질은 중수소를 포함하고, 화학적 조성물은 물을 포함한다. 이러한 실시형태는 용매 내의 낮은 레벨의 물을 검출하여, 다양한 품질 보장 테스팅을 허용한다는 장점을 제공할 수 있다.
특정 실시형태들에서, 이러한 방법은, 테스트 샘플에 의해 방출된 발광의 파장 대 농도 표준(concentration standard)에 의해 방출된 발광의 파장의 비율을 비교함으로써, 상기 화학적 조성물 내의 적어도 하나의 화학 물질의 농도를 측정하는 단계를 포함한다. 특정 실시형태들에서, 농도 표준에 의해 방출된 발광의 파장은 가시광의 범위에 속한다. 특정 실시형태들에서, 비율은 광의 가시 파장들의 비율이다. 특정 실시형태들에서, 테스트 샘플에 의해 방출된 발광의 파장들의 비율은 543 nm/616 nm의 비율을 포함한다. 특정 실시형태들에서, 테스트 샘플에 의해 방출된 발광의 파장들의 비율은 543 nm/616 nm/510 nm의 비율을 포함한다.
일 실시형태에서, 이러한 방법은 카메라 모듈에 의해 캡쳐되는 테스트 스트립의 RGB(적색, 녹색, 청색) 세기를 평균화하고, 이러한 평균화된 세기 값을 사용하여 XYZ 색상 공간(또는, 더 자세하게는 Yxy 공간으로) 전환하여, 이것이 CIE 1931 색상 차트(1931에 CIE(International Commission on Illumination)에 의해서 생성됨)로 매핑될 수 있게 할 수 있다.
특정 실시형태들에서, 이러한 방법은 카메라 모듈에 의해 캡쳐된 테스트 스트립의 RGB(적색, 녹색, 청색) 세기를 평균화하고, 이들을 교정된 색상 공간으로 변환함으로써, 상이한 디바이스들에서의 측정된 색상 값들이 일치하게 할 수 있다. 이러한 변환의 파라미터는 디바이스 조립 도중에 결정되고 및/또는 교정 프로시저의 일부로서 최종 사용자에 의해서 업데이트될 수 있다.
특정 실시형태들에서, 상기 방법은, 테스트 지속기간 동안에 상기 화학 센서 프로브를 상기 화학적 조성물과 접촉시키는 것 이전에, 베이스라인 또는 교정 판독 단계에서 상기 발광성 화학 센서들의 어레이를 사전 스캐닝하는 단계를 더 포함한다. 특정 실시형태들에서, 상기 방법은, 테스트 샘플에 의해 방출된 발광의 파장 대 농도 표준(concentration standard)에 의해 방출된 발광의 파장의 비율을 비교함으로써, 상기 화학적 조성물 내의 적어도 하나의 화학 물질의 농도를 측정하는 단계를 더 포함한다.
특정 실시형태들에서, 상기 방법은, 상기 화학 센서 프로브 상에 장착된 광학 태그 또는 무선 주파수 태그를 스캐닝함으로써 상기 화학 센서 프로브의 식별 코드를 식별하는 단계; 상기 식별 코드를 데이터베이스 내의 적법한 식별 코드와 매칭시키는 단계; 베이스라인 판독 단계에서 상기 발광성 화학 센서들의 어레이로부터의 방출된 광을 측정하여, 상기 화학 센서 프로브로부터 베이스라인 데이터를 제공하고 사전 스캐닝된 화학 센서 프로브를 형성하는 단계; 사전 스캐닝된 화학 센서 프로브 상에 장착된 광학 태그 또는 무선 주파수 태그를 스캐닝함으로써, 사전 스캐닝된 화학 센서 프로브의 식별 코드를 식별하는 단계; 상기 식별 코드를 데이터베이스 내의 사전 스캐닝된 화학 센서 프로브의 적법한 식별 코드와 매칭시키는 단계; 및 테스트 판독 단계에서 상기 발광성 화학 센서들의 어레이로부터의 방출된 광을 측정하여, 사전 스캐닝된 화학 센서 프로브로부터 테스트 데이터를 제공하는 단계를 더 포함한다. 특정 실시형태들에서, 상기 방법은, 상기 화학 센서 프로브 상에 장착된 광학 태그 또는 무선 주파수 태그를 스캐닝함으로써 상기 화학 센서 프로브의 식별 코드를 식별하는 단계; 상기 식별 코드를 데이터베이스 내의 부적법 코드와 매칭시키는 단계; 및 오차 신호를 전송하는 단계를 더 포함한다. 이러한 실시형태는 사용자 오차, 예를 들어, 화학 센서 프로브에 먼저 교정 단계를 수행하지 않고서 샘플을 판독하려고 시도하는 것, 또는 "사용된(used)" 화학 센서 프로브 상에서 두 번째 샘플 판독을 수행하려고 시도하는 것을 피하는 장점을 제공할 수 있다. 이러한 실시형태는 이동식 화학 센서 디바이스가 사용하기 간단하고, 사용자 오차에 유연하며, 최소의 훈련을 받은 현장 스태프에 의해서 효과적으로 쉽게 사용될 수 있다는 장점을 제공할 수 있다.
컴퓨터, 통신 링크, 및 사용자 인터페이스의 실시형태들
일부 실시형태들에서, 본 개시물은, 예를 들어 화학 센서 디바이스를 작동시키는 컴퓨터 판독가능 코드를 포함하는 싱글-보드 컴퓨터 또는 멀티-보드 컴퓨터와 같은, 본 발명의 방법을 구현하도록 프로그래밍된 컴퓨터 시스템을 제공할 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 컴퓨터 판독가능 코드는 화학 센서 디바이스의 카메라 모듈로부터 적어도 하나의 디지털 신호를 수신하고 처리하도록 구성된다. 도 7은 중앙 처리 유닛(CPU, 본 명세서에서는 "프로세서" 및 "컴퓨터 프로세서"라고도 함)(705)을 포함하는 컴퓨터 시스템(701)을 도시하는데, 이것은 싱글코어 또는 멀티코어 프로세서이거나, 병렬 처리를 위한 복수 개의 프로세서들일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 컴퓨터 시스템(701)은 메모리 또는 메모리 로케이션(710)(예를 들어, 랜덤-액세스 메모리, 판독-전용 메모리, 플래시 메모리), 전자식 저장 유닛(715)(예를 들어, 하드 디스크, 메모리 카드, USB 스토리지 디바이스), 하나 이상의 다른 시스템과 통신하기 위한 통신 링크(720)(예를 들어, 네트워크 어댑터), 예컨대 근거리 무선 연결, 범용 시리얼 버스(USB) 연결, 메모리 카드 연결, 또는 이들의 조합; 및 주변 디바이스(725), 예컨대 캐시, 다른 메모리, 데이터 저장소 및/또는 전자식 디스플레이 어댑터를 더 포함한다. 일부 실시형태들에서, 메모리(710), 저장 유닛(715), 통신 링크(720) 및 주변 디바이스(725)는 통신 버스(실선), 예컨대 마더보드를 통하여 CPU(705)와 통신하는 상태이다. 일부 실시형태들에서, 저장 유닛(715)은 데이터를 저장하기 위한 데이터 저장 유닛(또는 데이터 저장소)일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 컴퓨터 시스템(701)은 통신 링크(720)의 도움을 받아 컴퓨터 네트워크("네트워크")(730)에 동작하도록 커플링될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 네트워크(730)는 인터넷, 인터넷 및/또는 익스트라넷(extranet), 또는 인터넷과 통신하는 상태인 인트라넷 및/또는 익스트라넷일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 네트워크(730)는 일부 경우에 원격 통신 및/또는 데이터 네트워크이다. 일부 실시형태들에서, 네트워크(730)는 하나 이상의 컴퓨터 서버를 포함하고, 이것은 분산 컴퓨팅, 예컨대 클라우드 컴퓨팅이 이루어지게 할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 네트워크(730)는 일부 경우에는 컴퓨터 시스템(701)의 도움을 받아서 피어-투-피어 네트워크를 구현할 수 있는데, 이것은 컴퓨터 시스템(701)에 커플링된 디바이스가 클라이언트 또는 서버로서 동작하게 할 수 있다.
일부 실시형태들에서, CPU(705)는 머신-판독가능 명령들의 시퀀스를 실행할 수 있는데, 이것은 프로그램 또는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 명령들은 메모리 로케이션, 예컨대 메모리(710)에 저장될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 명령은 CPU(705)로 지향될 수 있고, 이것은 이제 CPU(705)가 본 개시물의 방법을 구현하도록 프로그램하거나 구성할 수 있다. CPU(705)에 의해 수행되는 동작의 예에는 페치(fetch), 디코딩, 실행, 및 재기록(writeback)이 있을 수 있다.
일부 실시형태들에서, CPU(705)는 회로, 예컨대 집적 회로의 일부일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 시스템(701)의 하나 이상의 다른 컴포넌트는 회로 내에 포함될 수 있다. 일 실시형태에서, 회로는 주문형 집적회로(ASIC)이다.
일부 실시형태들에서, 저장 유닛(715)은 드라이버, 라이브러리 및 저장된 프로그램과 같은 파일을 저장할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 저장 유닛(715)은 사용자 데이터, 예를 들어 사용자 선호사항 및 사용자 프로그램을 저장할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 컴퓨터 시스템(701)은 일부 경우에 컴퓨터 시스템(701) 외부에 있는, 예컨대 인트라넷 또는 인터넷을 통하여 컴퓨터 시스템(701)과 통신하는 상태인 원격 서버에 위치된 하나 이상의 추가적 데이터 저장 유닛을 포함할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 컴퓨터 시스템(701)은 네트워크(730)를 통하여 하나 이상의 원격 컴퓨터 시스템과 통신할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(701)은 사용자의 원격 컴퓨터 시스템과 통신할 수 있다. 원격 컴퓨터 시스템의 예에는 개인용 컴퓨터(예를 들어, 휴대용 PC), 슬레이트 또는 태블릿 PC(예를 들어, APPLE® iPad, SAMSUNG® Galaxy Tab), 전화기, 스마트 폰 또는 모바일 전화기(예를 들어, APPLE® 아이폰, 안드로이드-이네이블 디바이스, BLACKBERRY®), 다른 모바일 디바이스, 또는 개인 휴대정보 단말기가 있다. 일부 실시형태들에서, 사용자는 네트워크(730)를 통하여 컴퓨터 시스템(701)에 액세스할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 방법은 컴퓨터 시스템(701)의 전자식 저장 로케이션에 저장된, 예컨대, 예를 들어 메모리(710) 또는 전자식 저장 유닛(715)에 저장된 머신(예를 들어, 컴퓨터 프로세서) 실행가능 코드를 이용하여 구현될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 머신 실행가능 또는 머신-판독가능 코드는 소프트웨어의 형태로 제공될 수 있다. 사용 중에, 코드는 프로세서(705)에 의해서 실행될 수 있다. 일부 경우에, 코드는 저장 유닛(715)으로부터 취출되고 프로세서(705)에 의한 준비된 액세스를 위해서 메모리(710)에 저장될 수 있다. 일부 상황에서, 전자식 저장 유닛(715)은 배제될 수 있고, 머신-실행가능 명령이 메모리(710)에 저장된다.
이러한 코드는 코드를 실행하도록 적응된 프로세서를 가지는 머신과 함께 사용되도록 사전 컴파일되고 구성될 수 있고, 또는 런타임 중에 컴파일될 수 있다. 이러한 코드는, 코드가 사전 컴파일되거나 동시에 컴파일되는 방식으로 실행될 수 있게 하도록 선택될 수 있는 프로그래밍 언어로 공급될 수 있다.
본 명세서에 제공된 시스템 및 방법의 양태, 예컨대 컴퓨터 시스템(701)은 프로그래밍으로 구현될 수 있다. 기술의 다양한 양태는 통상적으로 머신 판독가능 매체에서 수행되거나 이러한 타입으로 구현되는 머신(또는 프로세서) 실행가능 코드 및/또는 연관된 데이터의 형태인 "제품" 또는 "제조물"인 것으로 여겨질 수 있다. 머신-실행가능 코드는 메모리(예를 들어, 판독-전용 메모리, 랜덤-액세스 메모리, 플래시 메모리) 또는 하드 디스크와 같은 전자식 저장 유닛에 저장될 수 있다. 일부 실시형태들에서, "저장소" 타입 매체는 컴퓨터, 프로세서 또는 기타 등등의 유형의(tangible) 메모리, 또는 그것의 연관된 모듈, 예컨대 다양한 반도체 메모리, 테이프 드라이브, 디스크 드라이브 등 중 임의의 것 또는 전부를 포함할 수 있는데, 이들은 언제라도 소프트웨어 프로그래밍을 위한 비-일시적 저장을 제공할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 소프트웨어의 전부 또는 일부는 때때로 인터넷 또는 다양한 다른 원격 통신 네트워크를 통하여 통신될 수 있다. 예를 들어, 이러한 통신은 하나의 컴퓨터 또는 프로세서로부터 다른 것으로, 예를 들어 관리 서버 또는 호스트 컴퓨터로부터 애플리케이션 서버의 컴퓨터 플랫폼으로 소프트웨어가 로딩되게 할 수 있다. 따라서, 소프트웨어 요소를 보유할 수 있는 다른 타입의 매체는 유선 및 광학 지상 네트워크를 통하여 그리고 다양한 공중-링크를 거쳐서 로컬 디바이스들 사이의 물리적 인터페이스를 거쳐서 사용되는 것과 같은 광, 전기파, 및 전자기파를 포함한다. 이러한 파를 운반하는 물리적 요소, 예컨대 유선 또는 무선 링크, 광학 링크 또는 기타 등등도 소프트웨어를 저장하는 매체라고 여겨질 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, 비-일시적인 유형의(tangible) "저장소" 매체로 한정되지 않는 한, 컴퓨터 또는 머신 "판독가능 매체"와 같은 용어는 실행되도록 명령을 프로세서에 제공하는 것에 참여하는 임의의 매체를 가리킨다.
그러므로, 머신 판독가능 매체, 예컨대 컴퓨터-실행가능 코드는 유형의(tangible) 저장 매체, 반송파 매체 또는 물리적 송신 매체를 비한정적으로 포함하는 많은 형태를 가질 수 있다. 비-휘발성 저장 매체는, 예를 들어 도면에 도시된 데이터베이스, 등을 구현하기 위하여 사용될 수 있는 것과 같은, 임의의 컴퓨터(들) 내의 저장 디바이스 등과 같은 광 디스크 또는 자기 디스크를 포함한다. 휘발성 저장 매체는 이러한 컴퓨터 플랫폼의 메인 메모리와 같은 동적 메모리를 포함한다. 유형의 송신 매체는 동축 케이블, 구리 배선, 및 컴퓨터 시스템 내의 버스를 포함하는 와이어를 포함하는 섬유 광학계(fiber optics)를 포함한다. 반송파 송신 매체는 무선 주파수(RF) 및 적외선(IR) 데이터 통신 중에 생성되는 것과 같은 전기 또는 전자기 신호, 또는 음파 또는 광파의 형태를 띨 수도 있다. 그러므로, 컴퓨터-판독가능 매체의 공통 형태는, 예를 들어 플로피 디스크, 가요성 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, PROM 및 임의의 다른 자기적 매체, 자기-광학 매체, CD-ROM, DVD 또는 DVD-ROM, 임의의 다른 광학 매체, 펀치 카드, 종이 테이프, 홀들의 패턴을 가진 임의의 다른 물리적 저장 매체, RAM, ROM, PROM 및 EPROM, FLASH EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 후술될 데이터 또는 명령을 수송하는 반송파, 또는 컴퓨터가 그로부터 프로그래밍 코드 및/또는 데이터를 판독할 수 있는 임의의 다른 매체를 포함한다. 이러한 형태의 많은 컴퓨터 판독가능 매체들이 하나 이상의 명령의 하나 이상의 시퀀스를 실행되도록 프로세서로 운반하는 것에 수반될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 컴퓨터 시스템(701)은, 예를 들어 적어도 하나의 화학적 조성물에 대한 테스트 데이터를 제공하기 위한 사용자 인터페이스(UI)(740)를 포함하는 전자식 디스플레이(735)를 포함하거나 통신하는 상태일 수 있다. UI들의 예에는 비한정적으로, 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 및 웹-기반 사용자 인터페이스가 있다.
본 개시물의 방법 및 시스템은 하나 이상의 알고리즘을 사용하여 구현될 수 있다. 알고리즘은 중앙 처리 유닛(705)에 의해서 실행되면 소프트웨어를 사용하여 구현될 수 있다. 알고리즘은, 예를 들어 적어도 하나의 화학적 조성물에 대한 테스트 데이터를 수집하기 위한 방법을 구현할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시형태는 다음의 예들에 의해 예시되지만 이들로 한정되지 않는다. 당업자들은 본 명세서에서 숫자가 부여된 단계 또는 단계의 부분을 달성하기 위한 많은 균등한 기술을 인식할 것이다.
예들
예 1:
"LanthaHD" 애플리케이션을 사용한 화학 분석 방법
1. 애플리케이션 메뉴에서 "LanthaHD" 프로그램을 선택한다.
2. 사용자명, 테스트 명칭, 및 샘플의 명칭에 대한 요구된 정보를 입력한다.
3. 카트리지 내에 위치된 테스트 스트립을 이동식 화학 센서 디바이스 하우징의 카트리지 개구 내에 삽입함으로써, 활성화된 화학 센서 프로브 테스트 스트립을 교정하고, 프로그램 메뉴로부터 "교정" 기능을 선택한다. "교정" 단계 도중에, 디바이스는 테스트 스트립의 이미지를 로깅하고 각각의 단계의 평균 RGB 값을 처리하여야 한다. 이것은 반드시 최종 사용자에게 보여야 할 필요는 없지만, 테스트 스트립이 열화되지 않았다는 것을 보장하기 위해서 RGB 값을 사전 프로그래밍된 RGB 값과 비교해야 한다.
4. 교정에 문제가 있다면, 즉 UV 램프가 오프 상태이거나, 테스트 스트립이 카메라와 정렬되지 않거나, 테스트 스트립이 열화되는 등의 경우에는 오류 메시지가 나타날 것이다. 표시된 임의의 오류를 해결하고 필요한 경우에는 교정 단계를 반복한다.
5. 성공적인 교정 판독이 획득되면, 카트리지 내의 테스트 스트립을 디바이스로부터 제거하고, 교정된 테스트 스트립을 샘플과 접촉시킨다. 애플리케이션에 있는 "타이머 시작" 기능을 선택한 후에 요구된 테스트 기간 동안 대기한다.
6. 카트리지 내의 테스트 스트립을 디바이스의 카트리지 개구 내로 삽입하고, 애플리케이션에 있는 "데이터 수집" 기능을 선택한다. 애플리케이션은 센서로부터 값을 읽어내고, 개별적인 화학 센서로부터의 수집된 데이터에 기반하여 연산을 수행한다. 사용자가 캡쳐된 이미지에 만족하도록 보장하기 위해서 "확정/새로운 테스트" 버튼을 선택하는 것이 요구된다. 데이터 분석 스크린은 지정된 영역 내의 픽셀들의 신속한 샘플링을 요구하고, 각각의 RGB 값을 취하며, 평균화하고 값을 보고한다. 데이터 분석 스크린에서는, 평균 RGB 값이 적색 대 녹색 광의 비율과 함께 표시되고, 이들은 공지된 재료의 테이블과 비교되어 방출된 광의 색상 및 세기에 기반하여 매칭을 생성한다. 또한, 사용자는 캡쳐된 이미지를 리뷰하고 평균화된 RGB 및 적색 대 녹색 비율 결과를 확인할 수 있다.
7. 이면에서, 적색 대 녹색 광의 비율이 교정 곡선과 비교된다. 교정 곡선은 알려진 농도를 특정한 색상 값에 매핑하고, 화학물질 샘플 내의 O-D 결합의 퍼센티지를 결정하기 위하여 사용된다.
8. 화학물질 샘플 내의 O-D 결합의 퍼센티지가 결과 스크린에서 결과 내에 보고되고, 메인 재료의 퍼센티지 순도, 즉 샘플 내의 H2O 대 D2O의 퍼센티지를 보여준다. 교정 곡선으로부터의 출력에 기반하여, 이러한 스크린은 측정의 불확실성에 기반하여 퍼센트 순도를 지각 오차와 함께 단순하게 보고할 것이다. 최종 사용자는 이러한 스크린을 임의의 배송(shipment)에 첨부될 순도 증명(proof of purity)으로서 저장하고 인쇄할 수 있어야 한다. 적절한 경우에는 "테스트 저장" 또는 "새로운 테스트" 버튼이 선택될 수 있다.
Claims (21)
- 이동식 화학 센서 디바이스로서,
카트리지 개구를 포함하는 하우징;
발광성 화학 센서들의 어레이를 포함하는 센서-보유면을 가진 적어도 하나의 화학 센서 프로브를 위치설정하도록 구성된 카트리지 - 상기 카트리지는 상기 카트리지가 상기 카트리지 개구 내에 삽입되면 상기 하우징의 내부에 광-실링 엔클로저(light sealed enclosure)를 형성함 -;
광을 소정 입사각에서 상기 적어도 하나의 화학 센서 프로브의 센서-보유면 상으로 지향시키도록 구성된 적어도 하나의 광원 - 상기 광원은 약 280 nm 내지 약 400 nm의 파장을 가지는 광을 방출할 수 있음 -; 및
상기 광-실링 엔클로저 내에 장착되고 상기 적어도 하나의 화학 센서 프로브로부터의 방출된 광을 검출하도록 구성된 카메라 모듈을 포함하는, 이동식 화학 센서 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 이동식 화학 센서 디바이스는,
상기 적어도 하나의 화학 센서 프로브로부터의 방출된 광을 상기 카메라 모듈로 반사하도록 구성된 광학 미러;
상기 광-실링 엔클로저 내에 장착된 싱글-보드 컴퓨터 또는 멀티-보드 컴퓨터; 또는
싱글-보드 컴퓨터 또는 멀티-보드 컴퓨터와 적어도 하나의 사용자 인터페이스 사이의 적어도 하나의 통신 링크를 더 포함하는, 이동식 화학 센서 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 카트리지는, 약 15 mm 내지 약 50 mm의 디스플레이 길이 및 약 1 mm 내지 약 20 mm의 디스플레이 폭을 가지는 센서-보유면의 영역을 디스플레이하도록 구성되고,
상기 적어도 하나의 화학 센서 프로브는 약 0.1 mm 내지 약 2 mm의 프로브 두께, 약 20 mm 내지 약 60 mm의 프로브 길이, 및 약 2 mm 내지 약 30 mm의 프로브 폭을 가지며, 또는
상기 하우징 및 상기 광-실링 엔클로저 중 적어도 하나는 가스 흡입부 및 가스 배출부를 포함하고, 상기 가스 흡입부 및 가스 배출부는 샘플 가스가 상기 적어도 하나의 화학 센서 프로브의 센서-보유면을 가로질러 흐를 수 있게 하도록 구성된, 이동식 화학 센서 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 카메라 모듈이 하전된 커플링된 디바이스 또는 상보적 금속 산화물 반도체(CMOS) 이미지 센서를 포함하거나,
상기 카메라 모듈이 마이크로렌즈, M12 렌즈, S-장착 렌즈, 또는 렌즈의 표면으로부터 약 5 cm 내지 약 25 cm의 거리에 광을 포커싱하도록 구성된 렌즈를 포함하거나, 또는
상기 카메라 모듈이 카메라와 상기 적어도 하나의 화학 센서 프로브 사이에 광 투명 보호 커버를 포함하는, 이동식 화학 센서 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 통신 링크가 근거리 무선 연결, 범용 시리얼 버스(USB) 연결, 메모리 카드 연결, 또는 이들의 조합을 포함하거나, 또는
상기 적어도 하나의 사용자 인터페이스가 다운로드된 애플리케이션을 실행할 수 있는 운영 체제를 가지는 모바일 디바이스, 모바일 전화기, 컴퓨터, 또는 이들의 조합을 포함하는, 이동식 화학 센서 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 카트리지가 상기 하우징으로부터 제거가능하거나, 또는
상기 카트리지가, 상기 적어도 하나의 화학 센서 프로브를 수용하도록 구성된 적어도 하나의 트레이 리세스를 포함하고, 트랙을 따라서 상기 카트리지 개구 안팎으로 가역적으로 슬라이드되도록 구성되며,
선택적으로, 상기 카트리지 및 상기 하우징 중 적어도 하나는 가스 흡입부 및 가스 배출부를 포함하고, 상기 가스 흡입부 및 가스 배출부는 샘플 가스가 상기 적어도 하나의 화학 센서의 센서-보유면을 가로질러 흐를 수 있게 하도록 구성된, 이동식 화학 센서 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 광원은 발광 다이오드, 수은 증기 램프, 할로겐 램프, 또는 레이저를 포함하고, 또는
상기 입사각은 약 5 도 내지 약 90 도인, 이동식 화학 센서 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 이동식 화학 센서 디바이스는,
상기 광-실링 엔클로저 내에 장착되고 상기 싱글-보드 컴퓨터 또는 멀티-보드 컴퓨터에 연결된 인쇄 회로 보드 어셈블리(PCBA)를 더 포함하거나,
상기 이동식 화학 센서 디바이스는,
상기 하우징의 내부에 장착된 배터리; 또는
상기 하우징의 내부에 장착된 배터리 스테이션을 더 포함하는, 이동식 화학 센서 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 PCBA 및 싱글-보드 컴퓨터가 핀 커넥터 또는 케이블 어셈블리에 의하여 연결되거나, 또는
상기 PCBA가 어댑터 보드에 의하여 상기 싱글-보드 컴퓨터에 연결되거나, 또는
상기 PCBA가 싱글-보드 컴퓨터에 직접 연결되거나, 또는
상기 광원이 상기 PCBA 상에 장착된, 이동식 화학 센서 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 이동식 화학 센서 디바이스는,
상기 PCBA 상의 조절가능한 위치에 장착된 광원 보드를 더 포함하고,
상기 적어도 하나의 광원은 상기 광원 보드 상에 장착되며,
상기 광원 보드는 상기 적어도 하나의 광원과 상기 화학 센서 프로브의 센서-보유면 사이의 입사각을 조절하도록 구성된, 이동식 화학 센서 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 이동식 화학 센서 디바이스는,
상기 PCBA에 장착된 카트리지 검출 센서를 더 포함하는, 이동식 화학 센서 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 하우징이 약 3 cm 내지 약 7 cm의 하우징 높이, 약 7 cm 내지 약 11 cm의 하우징 폭, 및 약 10 cm 내지 약 20 cm의 하우징 길이를 가지거나,
상기 이동식 화학 센서 디바이스가 약 45 그램 내지 약 12,000 그램의 무게를 가지거나,
태그 리더기 센서가 상기 하우징의 내부에 장착되고, 상기 태그 리더기 센서는 상기 화학 센서 프로브 중 하나 이상에 위치된 광학 태그 또는 무선 주파수 식별(RFID) 태그를 판독하도록 구성되거나, 또는
상기 하우징 및 상기 광-실링 엔클로저 중 적어도 하나가 가스 흡입부 및 가스 배출부를 포함하고, 상기 가스 흡입부 및 가스 배출부는 샘플 가스가 상기 적어도 하나의 화학 센서 프로브의 센서-보유면을 가로질러 흐를 수 있게 하도록 구성되는, 이동식 화학 센서 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 하우징은 외부 USB 포트, 외부 메모리 카드 커넥터, 외부 셔터 버튼, 외부 근거리 무선 커넥터, 외부 파워 스위치, 또는 이들의 조합을 포함하는, 이동식 화학 센서 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 광학 미러가 보호용 은코팅을 포함하거나, 또는
상기 광학 미러가 방출된 광의 약 70% 내지 100%를 반사할 수 있는, 이동식 화학 센서 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 화학 센서 디바이스는 상기 싱글-보드 또는 멀티-보드 컴퓨터 내에 포함된 컴퓨터 판독가능 코드에 의해서 작동되고,
상기 컴퓨터 판독가능 코드는 상기 카메라 모듈로부터 적어도 하나의 디지털 신호를 수신하고 처리하도록 구성된, 이동식 화학 센서 디바이스. - 제 15 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 디지털 신호가, 상기 적어도 하나의 화학 센서 프로브로부터의 방출된 광으로부터 유도된 복수 개의 RGB 값, 복수 개의 RGB 값으로부터 유도된 복수 개의 XYZ 값, 복수 개의 XYZ 값으로부터 유도된 복수 개의 xy 값, 시간, 날짜, 사용자명, 테스트 명칭, 샘플 명칭, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함하는 데이터 패킷을 포함하거나,
상기 컴퓨터 판독가능 코드가 베이스라인 판독 단계, 제어 판독 단계, 및 샘플 판독 단계 중 적어도 하나를 포함하는 테스트 프로토콜 단계들의 강제 시퀀스를 포함하거나, 또는
상기 적어도 하나의 디지털 신호가 이미지 파일을 포함하는, 이동식 화학 센서 디바이스. - 화학적 조성물을 분석하는 방법으로서,
이동식 화학 센서 디바이스 및 화학 센서 프로브를 제공하는 단계 - 상기 화학 센서 프로브는 센서-보유면 상에 발광성 화학 센서들의 어레이를 포함함 -;
테스트 지속기간 동안에 상기 화학 센서 프로브를 화학적 조성물과 접촉시키는 단계;
상기 화학 센서 프로브를 홀딩하는 카트리지를 상기 이동식 화학 센서 디바이스 내에 삽입하는 단계;
상기 화학 센서 프로브를 테스트 범위의 광에 노출시키는 단계; 및
상기 발광성 화학 센서들의 어레이의 발광의 색상 및 세기를 검출하는 단계를 포함하고,
상기 이동식 화학 센서 디바이스는,
상기 화학 센서 프로브를 홀딩하는 카트리지를 위치설정하도록 구성된 카트리지 개구를 포함하는 하우징 - 상기 카트리지는 상기 카트리지가 상기 카트리지 개구 내에 삽입되면 상기 하우징의 내부에 광-실링 엔클로저를 형성함 -;
광을 소정 입사각에서 적어도 하나의 화학 센서 프로브의 센서-보유면 상으로 지향시키도록 구성된 적어도 하나의 광원 - 상기 광원은 약 280 nm 내지 약 400 nm의 파장을 가지는 광을 방출할 수 있음 -; 및
상기 광-실링 엔클로저 내에 장착되고 상기 적어도 하나의 화학 센서 프로브로부터의 방출된 광을 검출하도록 구성된 카메라 모듈을 포함하는, 화학적 조성물 분석 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 화학적 조성물 내에 적어도 하나의 화학 물질이 존재한다면, 상기 방법은,
상기 발광성 화학 센서들의 어레이의 발광의 색상 및 세기를 측정함으로써, 상기 화학적 조성물 내의 적어도 하나의 화학 물질을 식별하는 단계; 또는
상기 발광성 화학 센서들의 어레이의 발광의 색상 및 세기를 측정함으로써, 상기 화학적 조성물 내의 화학 물질의 농도를 측정하는 단계를 더 포함하는, 화학적 조성물 분석 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 방법은, 테스트 지속기간 동안에 상기 화학 센서 프로브를 상기 화학적 조성물과 접촉시키는 것 이전에, 베이스라인 판독 단계에서 상기 발광성 화학 센서들의 어레이를 사전 스캐닝하는 단계를 더 포함하거나, 또는
테스트 샘플에 의해 방출된 발광의 파장 대 농도 표준(concentration standard)에 의해 방출된 발광의 파장의 비율을 비교함으로써, 상기 화학적 조성물 내의 적어도 하나의 화학 물질의 농도를 측정하는 단계를 더 포함하는, 화학적 조성물 분석 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 방법은,
상기 화학 센서 프로브 상에 장착된 광학 태그 또는 무선 주파수 태그를 스캐닝함으로써 상기 화학 센서 프로브의 식별 코드를 식별하는 단계;
상기 식별 코드를 데이터베이스 내의 적법한 식별 코드와 매칭시키는 단계;
베이스라인 판독 단계에서 상기 발광성 화학 센서들의 어레이로부터의 방출된 광을 측정하여, 상기 화학 센서 프로브로부터 베이스라인 데이터를 제공하고 사전 스캐닝된 화학 센서 프로브를 형성하는 단계;
사전 스캐닝된 화학 센서 프로브 상에 장착된 광학 태그 또는 무선 주파수 태그를 스캐닝함으로써, 사전 스캐닝된 화학 센서 프로브의 식별 코드를 식별하는 단계;
상기 식별 코드를 데이터베이스 내의 사전 스캐닝된 화학 센서 프로브의 적법한 식별 코드와 매칭시키는 단계; 및
테스트 판독 단계에서 상기 발광성 화학 센서들의 어레이로부터의 방출된 광을 측정하여, 사전 스캐닝된 화학 센서 프로브로부터 테스트 데이터를 제공하는 단계를 더 포함하는, 화학적 조성물 분석 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 방법은,
상기 화학 센서 프로브 상에 장착된 광학 태그 또는 무선 주파수 태그를 스캐닝함으로써 상기 화학 센서 프로브의 식별 코드를 식별하는 단계;
상기 식별 코드를 데이터베이스 내의 부적법 코드와 매칭시키는 단계; 및
오차 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는, 화학적 조성물 분석 방법.
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| US4861727A (en) | 1986-09-08 | 1989-08-29 | C. R. Bard, Inc. | Luminescent oxygen sensor based on a lanthanide complex |
| US7416703B2 (en) | 1998-04-28 | 2008-08-26 | The Johns Hopkins University | Polymer based lanthanide luminescent sensors for the detection of organophosphorus compounds |
| US6477479B1 (en) * | 1998-12-11 | 2002-11-05 | Symyx Technologies | Sensor array for rapid materials characterization |
| US7316899B2 (en) * | 2000-01-31 | 2008-01-08 | The Board Of Regents Of The University Of Texas System | Portable sensor array system |
| US7126685B1 (en) * | 2003-01-02 | 2006-10-24 | Southwest Sciences Incorporated | Optical absorbance sensitivity and reliability improvement via rotation of sample container |
| EP1787107A2 (en) | 2004-08-19 | 2007-05-23 | Blood Cell Storage, Inc. | FLUORESCENT pH DETECTOR SYSTEM AND RELATED METHODS |
| EP1805188A4 (en) | 2004-09-30 | 2010-03-03 | Mds Analytical Technologies Us | COMPLEXES OF LUMINESCENT LANTHANIDES |
| DE102004056735A1 (de) | 2004-11-09 | 2006-07-20 | Clondiag Chip Technologies Gmbh | Vorrichtung für die Durchführung und Analyse von Mikroarray-Experimenten |
| WO2006076430A1 (en) * | 2005-01-14 | 2006-07-20 | Texas Tech University | Nerve agent detection method and device |
| EP3026874B1 (en) * | 2005-04-01 | 2019-11-06 | Polymer Technology Systems, Inc. | Body fluid testing component for analyte detection |
| WO2007100353A2 (en) | 2005-09-19 | 2007-09-07 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Compositions, methods and systems for making and using electronic paper |
| US7723120B2 (en) | 2005-10-26 | 2010-05-25 | General Electric Company | Optical sensor array system and method for parallel processing of chemical and biochemical information |
| US20070272758A1 (en) * | 2006-05-23 | 2007-11-29 | Kulkarni Subodh K | Cartridge and system for duplicating optical disks |
| US9589686B2 (en) | 2006-11-16 | 2017-03-07 | General Electric Company | Apparatus for detecting contaminants in a liquid and a system for use thereof |
| WO2009012309A2 (en) | 2007-07-16 | 2009-01-22 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Nucleic acid based fluorescent sensor for divalent copper ion detection |
| US9805165B2 (en) * | 2009-01-13 | 2017-10-31 | Fio Corporation | Handheld diagnostic test device and method for use with an electronic device and a test cartridge in a rapid diagnostic test |
| US20120283575A1 (en) | 2009-10-09 | 2012-11-08 | Govind Rao | Remote non-invasive parameter sensing system and method |
| CA2994889C (en) * | 2009-12-07 | 2019-01-22 | Meso Scale Technologies, Llc | Assay cartridges and methods of using the same |
| JP5543310B2 (ja) * | 2010-09-29 | 2014-07-09 | 富士フイルム株式会社 | イムノクロマトグラフ検査方法および装置 |
| CN102153575B (zh) | 2011-01-28 | 2014-07-02 | 阜阳师范学院 | 二氧六环参与配位的稀土配合物及其制备方法和用途 |
| US10132802B2 (en) * | 2012-04-17 | 2018-11-20 | i-calQ, LLC | Device for performing a diagnostic test and methods for use thereof |
| TW201427925A (zh) | 2012-11-26 | 2014-07-16 | 喜星素材股份有限公司 | 多環芳香族化合物及使用其之有機發光裝置 |
| US10309954B2 (en) * | 2012-12-12 | 2019-06-04 | Green Domain Design Llc | Assay apparatus |
| US9488760B2 (en) * | 2013-02-28 | 2016-11-08 | Corning Incorporated | Enhanced, durable silver coating stacks for highly reflective mirrors |
| US20140287514A1 (en) | 2013-03-19 | 2014-09-25 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Luminescent microporous material for detection and discrimination of low-levels of common gases and vapors |
| EP2781910B1 (en) * | 2013-03-21 | 2024-05-15 | Microdiscovery Gmbh | Portable reader module, portable reader, and method for quantitative analysis of an assay |
| TWI560437B (en) * | 2013-11-19 | 2016-12-01 | Univ Nat Tsing Hua | Fluorescence excitation device and portable fluorescence analysis system with the same |
| CN108139329A (zh) * | 2015-10-15 | 2018-06-08 | 普拉尼特知识产权企业股份有限公司 | 用于读出ivd测定的装置 |
| EP3384276A4 (en) * | 2016-01-29 | 2018-11-07 | Leung, Hing Yiu | Detection of organic compounds |
| WO2018154078A1 (en) * | 2017-02-24 | 2018-08-30 | Fundació Institut Català De Nanociència I Nanotecnologia | An analytical test substrate as fluorescent probe for performing a detection of an analyte, a portable device for performing such detection and a system thereof |
| US10429303B2 (en) * | 2017-03-24 | 2019-10-01 | International Business Machines Corporation | Portable and autonomous, IoT enabled, optical measurement system |
| WO2019067822A1 (en) * | 2017-09-28 | 2019-04-04 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | MOBILE BIODETECTION INSTRUMENT CAPABLE OF MULTIPLE DETECTION MODALITIES |
| US20190128913A1 (en) * | 2017-10-26 | 2019-05-02 | Fundamental Solutions Corporation | Dispensing system for reagent cards used with device for the rapid detection of analytes |
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