KR20230132836A - 자가 소독 센서 및 작동 방법 - Google Patents

Abstract

생명체 센서 및 생명체를 탐지하고 센서를 소독하는 방법이 제공된다. 센서는 바늘형 입자(needle-like particle), 전기 전도성 소판(platelet) 및 스페이서 물질을 갖는 복합 물질로 제조된 매트릭스 부재(matrix member)를 포함한다. 한 쌍의 전극이 매트릭스의 대향 단부에 전기적으로 연결되어 있다. 가열 장치는 매트릭스 부재와 열 소통되도록 배열된다. 컨트롤러는 감지 장치, 가열 장치 및 전극에 작동 가능하게 결합되며, 컨트롤러는 한 쌍의 전극으로부터 신호를 수신하고, 매트릭스 부재를 분극화(polarize)하고, 검체 용기에 샘플을 배치하는 것에 응답하여 소정 온도 범위로 가열 장치를 활성화하여 표적 생명체(target life-form)의 존재를 탐지함과 동시에 매트릭스 부재를 소독하는 것으로 구성된다.

Description

자가 소독 센서 및 작동 방법

본 명세서에 개시된 주제는 센서에 관한 것으로, 특히 표적 생명체(life-form)의 존재를 탐지함과 동시에 센서를 자가 소독할 수 있는 표적 생명체 탐지용 센서에 관한 것이다.

생물학적 위험(biohazard)이라는 용어는 건강에 위협이 되는 모든 생물학적 물질(미생물, 식물, 동물 또는 이의 부산물)을 의미한다. 오염 제거 절차의 하위 집합에서 소독과 동의어가 아닌 멸균은 물품의 사용과 관련된 질병 전파를 방지하기 위해 물품의 표면 또는 유체에 있는 모든 미생물(본 명세서에서 박테리아, 및/또는 진균 및/또는 바이러스를 포함하는 집단으로 정의된 미생물 종)을 파괴하는 과정으로 이해된다. 질병 통제 센터에 따르면 의료 시설에서 사용되는 대부분의 의료 및 수술 장치는 주로 가열 증기 멸균을 거친다. 그러나 1950년 이후 다양한 소독 수단을 필요로 하는 물질(예를 들어, 전자 제품, 플라스틱)로 만든 의료 장치 및 의료 기구가 증가했다. 결과적으로, 본 명세서에 사용된 소독 요건은, 해당 품목의 사용과 관련된 감염 또는 질병 전파를 예방하기에 충분한 처리로 이해된다.

다양한 형태의 물질, 특히 은은 고대부터 항균 용도로 알려져 있다. 그러나 현재의 코로나19 대유행과 유사한 성격의 미래 위협 전망으로 인해 특히 감염성 물질을 취급하거나 잠재적 오염으로부터 보호해야 하는 응용 분야에서 일반적이고 상대적으로 저렴한 물질의 특성을 사용하여 항균 보호를 강화하는 것이 바람직하다.

탄소는 지구상에서 가장 흔하고 내구성이 강한 원소 중 하나이다. 카본 잉크는 수천 년 동안 지속되는 문서와 도면에서 원하는 수준의 내구성을 보여준다. 그것의 그래핀 원소 형태(흑연, 또는 나노흑연, 그래핀 또는 다양한 탄소 나노튜브)는 일반적으로 미생물 종에 크게 해롭지 않다. 그래핀 유도체의 항균 활성은 화학적 변형 또는 금속 및 금속산화물 복합 나노구조에 의해 부여된다. 그래핀 또는 흑연 단독은 본 명세서에서 박테리아 및/또는 진균 및/또는 바이러스를 포함하는 집단으로 정의되는 미생물 종에 대해 오히려 무해하다.

직접 접촉을 통한 미생물 세포상의 탄소 나노튜브(CNT)의 작용 메커니즘 중 세포벽 및 세포질 막의 파괴, 막 유동성의 변화, 산화 스트레스, 효소 억제 및 몇 가지 주요 유전자의 전사 감소를 초래한다. CNT의 항균 효과는 직경, 길이, 응집 정도, 농도, 표면 기능화, 정제 정도, 특히 접촉 시간에 크게 의존하는 것으로 나타났다. 탄소 나노튜브와 같은 바늘형의 물체는 주변 조건에서 항균 활성을 나타내지만 부분적인 효과를 나타내려면 천천히 몇 시간 이상이 걸린다. 이러한 다양한 물질에 대한 일반적인 준비 방법론에는 어렵고 비용이 많이 드는 많은 단계가 포함된다.

모든 사용자와 감지 장치의 사용을 돕는 모든 사람이 테스트 중인 검체(specimen)에서 발생할 수 있는 유해한 오염으로부터 보호되는 것이 바람직하다는 것을 이해해야 한다. 테스트 중인 검체가 여전히 대사 활동과 같은 생명 활동을 할 수 있는 경우 이러한 검체 및 검체와 접촉하는 물체는 생물학적 위험으로 취급되는 것으로 가정한다.

기존의 소독 방법은 일반적으로 재사용하기 전에 현재 사용되는 일반적인 바이오 센싱(biosensing) 장치에 적용된다. 그러나, 이러한 종래의 장치 및 처리 방법은 예를 들어 세포 생명체 및 바이러스의 탐지(detection) 및 불활성화를 위한 특정 장치, 특히 구성 요소의 현장 멸균, 불활성화, 오염 제거 또는 소독을 위한 특정 장치에서 본원에 개시된 물질, 열 및 전류의 특정 조합이 사용되는 것과 같이 현장 오염 제거에 일반적으로 효과적이지 않다. 대체 방법은 장치를 손상시키거나 장치가 비싸고 제조하기 어려운 복잡한 설비(arrangement)를 포함한다.

따라서, 기존의 생명체 센서가 그들의 의도된 목적에 적합하지만, 특히 본 명세서에 기술된 특징을 갖는 센서를 제공하는 데 있어서 개선의 필요성이 남아 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면 생명체 센서가 제공된다. 센서는 바늘형 입자(needle-like particle), 전기 전도성 소판(platelet) 및 스페이서 물질을 포함하는 복합 물질로 제조된 매트릭스 부재(matrix member)를 포함한다. 한 쌍의 전극이 매트릭스의 대향 단부에 전기적으로 연결되어 있다. 가열 장치는 매트릭스 부재와 열 소통되도록 배열된다. 컨트롤러는 감지 장치(sensing device), 가열 장치 및 전극에 작동 가능하게 결합되며, 컨트롤러는 한 쌍의 전극으로부터 신호를 수신하고, 매트릭스 부재를 분극화(polarize)하고, 검체 용기에 샘플을 배치하는 것에 응답하여 소정 온도 범위로 가열 장치를 활성화하여 표적 생명체(target life-form)의 존재를 탐지함과 동시에 매트릭스 부재를 소독하는 것으로 구성된다.

본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징에 더하여, 또는 대안적으로서, 센서의 추가 구현예는 전기 전도성인 바늘형 입자를 포함할 수 있다. 본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징에 더하여, 또는 대안적으로서, 센서의 추가 구현예는 탄소 나노튜브인 바늘형 입자를 포함할 수 있다. 본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징에 더하여, 또는 대안적으로서, 센서의 추가 구현예는 6 내지 12개의 벽으로 둘러싸인 탄소 나노튜브인 다중벽 탄소 나노튜브를 포함할 수 있다.

본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징에 더하여, 또는 대안적으로서, 센서의 추가 구현예는 바늘형 입자와 한 쌍의 전극 사이에 침투(percolation) 경로를 제공하도록 구성된 전기 전도성 소판을 포함할 수 있다. 본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징에 더하여, 또는 대안적으로서, 센서의 추가 구현예는 나노흑연 소판, 일반 또는 복합 반도체 물질의 나노흑연 유사 소판, 금속화 유리 및 소판 유사 폼 팩터(platelet-like form factor)를 갖는 금속화 폴리머 물질을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 전기 전도성 소판을 포함할 수 있다.

본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징에 더하여, 또는 대안적으로서, 센서의 추가 구현예는 55℃ 내지 75℃ 사이의 소정 온도 범위를 포함할 수 있다. 본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징에 더하여, 또는 대안적으로, 센서의 추가 구현예는 58℃와 68℃ 사이의 소정 온도 범위를 포함할 수 있다.

본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징에 더하여, 또는 대안적으로서, 센서의 추가 구현예는 매트릭스 부재의 분극화를 포함하여 1V 내지 5V 전위차를 인가할 수 있다. 본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징에 더하여, 또는 대안적으로서, 센서의 추가 구현예는 매트릭스 부재의 분극화를 포함하여 2V 내지 3V 전위 강하를 인가할 수 있다.

본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징에 더하여, 또는 대안적으로서, 센서의 추가 구현예는 매트릭스 부재의 측면에 결합된 지지층을 포함할 수 있다.

본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징에 더하여, 또는 대안적으로서, 센서의 추가 구현예는 최대 약 30미크론의 다공성을 갖는 스페이서 물질을 포함할 수 있다. 본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징에 더하여, 또는 대안적으로서, 센서의 추가 구현예는 종이, 직물, 니트 직물, 부직포 및 개방 기공 스폰지를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 물질로 제조되는 스페이서 물질을 포함할 수 있다.

본 개시내용의 또 다른 측면에 따르면 센서 상의 표적 생명체를 탐지하고 소독하는 방법이 제공된다. 이 방법은 바늘형 입자, 전기 전도성 소판 및 스페이서 물질을 포함하는 복합 물질로 제조된 매트릭스 부재를 포함하는 샘플 용기에 샘플 물질을 넣는 것을 포함한다. 샘플 물질의 적어도 일부의 세포막은 구멍이 뚫려 있다. 샘플 물질은 소정 온도 범위로 가열된다. 샘플 물질은 분극화된다. 샘플 물질의 가열 및 분극화에 반응하여 소정의 표적 생명체의 존재가 측정된다. 매트릭스 부재는 샘플 물질의 가열 및 분극화에 적어도 일부에 기초하여 소독된다.

본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징에 더하여, 또는 대안적으로서, 상기 방법의 추가 구현예는 매트릭스 부재를 분극화시키기 전에 샘플 물질의 온도를 소정의 설정점으로 가열하는 것을 포함할 수 있다.

본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징에 더하여, 또는 대안적으로서, 상기 방법의 추가 구현예는 샘플 용기에서 샘플 물질을 순수한 물과 혼합하는 것을 포함할 수 있다.

본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징에 더하여, 또는 대안적으로서, 상기 방법의 추가 구현예는 바늘형 입자와 한 쌍의 전극 사이에 침투 경로를 제공하는 전기 전도성 소판을 포함할 수 있다.

본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징에 더하여, 또는 대안적으로서, 상기 방법의 추가 구현예는 55℃ 내지 75℃ 사이의 소정 온도 범위를 포함할 수 있다. 본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징에 더하여, 또는 대안적으로, 상기 방법의 추가 구현예는 58℃와 68℃ 사이의 소정 온도 범위를 포함할 수 있다.

본 명세서에 기술된 하나 이상의 특징에 더하여, 또는 대안적으로서, 상기 방법의 추가 구현예는 매트릭스 부재의 분극화 단계가 1V 내지 5V 전위차를 적용하는 단계를 포함할 수 있다.

이들 및 다른 이점 및 특징은 도면과 함께 취해진 다음의 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

본 개시로서 간주되는 주제는 명세서의 결론에 있는 청구범위에서 특히 지적되고 명확하게 청구된다. 본 발명의 상기 및 기타 특징 및 이점은 첨부된 도면과 함께 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다:
도 1은 일 구현예에 따른 표적 생명체를 탐지하는 자가 소독 센서의 개략도이다.
도 2a는 일 구현예에 따른 도 1 또는 도 2의 센서의 매트릭스에 사용되는 탄소 나노튜브의 전자현미경 이미지이다.
도 2b는 일 구현예에 따른 세포, 바늘형 입자 및 소판 사이의 상호작용의 개략도이다.
도 3은 일 구현예에 따른 표적 생명체를 탐지하기 위한 자가 소독 감지 시스템의 개략도이다.
도 4는 일 구현예에 따른 표적 생명체를 탐지하기 위한 자가 소독 감지 시스템의 평면도이다.
도 5는 일 구현예에 따른 도 4의 감지 시스템에 대한 동심원 전극 어레이의 개략도이다.
도 6은 일 구현예에 따른 다른 센서 장치의 개략도이다.
도 7은 일 구현예에 따른 센서 어레이를 갖는 다른 센서 장치의 개략도이다.
도 8은 일 구현예에 따른 검체의 감지 및 소독을 위한 온도 대 시간의 플롯(plot)이다.
도 9는 일 구현예에 따른 검체의 감지 및 소독을 위한 전압 대 시간의 플롯이고; 및
도 10은 일 구현예에 따른 센서 장치를 제조하기 위한 흐름도이다.
도 11a 내지 도 11d는 일 구현예에 따른 센서 조립체의 조립을 도시한다.
도 12a 내지 도 12d는 일 구현예에 따른 샘플 물질의 제조 및 테스트를 도시한다.
도 13은 도 12d의 자가 소독 감지 시스템 작동 방법의 흐름도이다.
상세한 설명은 도면을 참조하여 예를 들어 이점 및 특징과 함께 본 발명의 구현예를 설명한다.

본 발명의 구현예는 자가 소독 특징도 제공하는 감지 장치를 제공한다.

일반적으로 오염 제거는 물체를 가열하는 것과 독립적으로 달성할 수 있다. 그러나 표적 생명체의 탐지를 방해하거나 감지 장치를 손상시킬 수도 있다. 예를 들어 최소 소독 열처리는 물에 15분 이상 끓이는 방법을 사용한다. 일반적인 멸균 조건은 약 섭씨 100도 이상의 온도에서 30분 이상 동안 고압 반응용기와 증기를 사용한다.

각각의 감지 지점에 대한 온도 설정점을 제공하면서 감지 물질의 감지 지점의 가열과 전기 분극의 조합이 표적 종의 동시 탐지와 검체 및 감지 물질의 오염 제거를 허용한다는 것이 밝혀졌다.

일 구현예에서, 소독 프로세스의 기간은 감지 프로세스의 기간에 의해 제한된다. 감지 프로세스는 일반적으로 20분 미만, 다른 구현예에서는 1시간 미만이 소요된다. 일 구현예에서 감지/탐지 동작을 수행하는 동안 가열 시간은 약 10분이었다. 또 다른 구현예에서, 검체는 가열된 분극화된 센서와 접촉하고 있었다. 효모 샘플의 경우 표적 생명체의 비활성화가 5분 이내에 수행되었다. 일 구현예에서, 오염 제거 목적은 감지 프로세스의 제약에 의해 설정된 특정 한계 내에서 전기 분극화 및 특정 한계 미만의 온도에 감지 물질을 적용함으로써 이러한 제약 내에서 달성될 수 있다. 구현예에서, 온도 한계는 55℃ 내지 75℃이다. 감지 프로세스의 시간 및 화학적 제약 조건 내에서 표적 생명체를 탐지하기 위한 조건을 제공하는 데 사용되는 감지 물질 단독 또는 전기 분극 단독 또는 온도 단독으로는 소독을 일으키기에 충분하지 않다. 이 세 가지 요소의 조합이 소독을 유도하는 것으로 밝혀졌다. 뉴클레오티드 서열에 대한 예시적인 감지 프로세스는 감지 프로세스 동안 형성될 하이브리드의 녹는점 미만의 온도 적용을 사용한다. 이 조건은 도 1에 도시된 센서 장치의 오염 제거에 사용될 수 있는 온도에 대한 상한을 설정한다.

일 구현예에서, 세포막을 천공할 수 있는 바늘형 또는 얇은 관형 전기 전도성 구성요소 및 제공된 전위 및 열의 조합을 함유하는 감지 변환층과 접촉하는 2개의 전극이 제공된다. 바늘형 구성 요소는 매트릭스에 내장되어 있다. 매트릭스는 바늘 형태와 물리적 및 화학적 특성의 유사성을 나타내는 전기 전도성 물질이기도 하지만 감지 기능에서 변환기를 위한 바늘형 물질 및 전기 전도체에 대한 캐리어 및 지지대가 되는 것이 주된 목적이다.

일 구현예에서, 바늘형 전기 전도성 구성 요소와 임베딩(embedding) 전기 전도성 매트릭스 구성 요소(전기 전도성 소판)로 구성된 감지 변환 층(즉, 매트릭스) 물질의 조합, 0.5 내지 5V 범위의 전위가 적용되고 샘플이 주변 온도에서 섭씨 76도까지의 온도로 가열된다. 일 구현예에서, 샘플은 섭씨 55도와 섭씨 75도 사이의 온도로 가열될 수 있다. 이를 통해 세포막과 바이러스 코팅을 충분히 빠른 속도로 열어 표적 생명체를 탐지하고 방출된 핵산, DNA 및/또는 RNA 중에서 표적 종을 탐지하기에 충분한 데이터를 획득하는 데 사용되는 기간 동안 검체를 오염 제거할 수 있고, 따라서 체액 및 특히 침과 같은 임상 샘플에서 표적 유기체를 탐지할 수 있다.

추가로, 일 구현예에서, 탐지 공정 후의 소독 공정은 감지 구성요소를 5 볼트로 분극화하고 설비 온도를 5분 내지 10분 동안 75℃로 설정함으로써 증대될 수 있다고 믿어지며, 이는 여전히 표적 생명체를 탐지하고 20분 이내에 소독할 수 있어야 한다. 일부 하이브리드는 75℃와 같은 상승된 온도에서 분해되거나 "용해"될 수 있으며, 이는 혼성화 평형에서 바람직하지 않은 이동을 야기할 수 있으며, 이는 탐지를 방해할 수 있음을 이해해야 한다. 이를 수용하기 위해 탐지를 방해하는 온도(예를 들어 75℃)에서 작동하기보다는 탐지를 더 낮은 온도에서 수행하고 탐지 프로세스가 종료된 후 소독 기능을 강화하여 소독 프로세스를 완료할 수 있다고 생각된다.

일 구현예에서, 소독 변환 물질은 5 내지 95 중량%의 흑연 입자와 5 내지 95 중량%의 탄소 나노튜브의 조합을 포함한다. 물질의 잔부는 다른 적절한 전기 전도성 또는 반도체 물질로 채울 수 있다. 일 구현예에서, 물질의 잔부는 센서 자체가 전기 전도성을 유지한다면 전기 전도성이 아닌 결합제 또는 다공성 조절제와 같은 첨가제를 수정함으로써 채워질 수 있다. 일 구현예에서, 변환 물질은 지지층에 의해 지지될 수 있다. 지지층은 예를 들어 중합체, 세라믹, 에어로겔 발포체, 직물, 종이 및 유리 물질과 같은 물질로 만들어질 수 있지만 이에 제한되지는 않는다.

소독을 위한 또 다른 구현예에서, 변환 물질(즉, 매트릭스)은 40 중량% 내지 85 중량%의 흑연 입자 및 60 중량% 내지 15 중량%의 탄소 나노튜브의 조합을 포함하고, 다른 물질의 나머지는 탄소 나노튜브, 또는 풀러렌(fullerene) 또는 그래핀 또는 흑연 부분 산화, 수화 또는 수소화 생성물과 같은 다른 그래핀 형태의 탄소 입자, 또는 질소, 산소 또는 황을 포함하는 형태 또는 구리, 철, 망간, 아연 또는 기타 금속과 같은 일부 0가 금속 또는 탄소 또는 유기 물질 격자에 포함된 은보다 낮은 전기화학적 전위를 갖는 0가 금속 나노입자, 예를 들어 크라운 에테르, 포르피린 또는 프탈로시아닌 또는 펜타센과 같은 사이클릭 리간드, 또는 예를 들어 카르보닐 또는 시아나이드 등이 있으나 이에 제한되지 않는다.

예를 들어 효모와 같은 특정 진균은 예를 들어 구강 감염을 일으키는 것으로 알려져 있다. 효모의 불활성화에 대한 실험적 테스트를 수행하였다. 이 실험적 테스트에서 진균 병원균은 제과 제품 준비에 사용되는 진균인 사카로미세스 세레비시아(sacharomyces cerevisae)로도 알려진 상대적으로 무해한 균주인 제빵 효모로 대표되지만 이 진균의 과증식은 때때로 위장 장애를 유발할 수 있다. 도 1의 센서의 사용은 섭씨 60도의 설정 온도에서 1 내지 3볼트의 전위로 전형적인 탐지 기간의 20분 이내에 발생하는 수크로스 용액에서 효모의 비활성화를 초래한다. 검체를 소독한 후 소독 조건을 적용한 감지 지점당 최대 100,000개 세포의 효모 샘플은 처리 후 최대 8일 동안 수크로스 보충 배양에서 대사 또는 성장 활동을 나타내지 않는다. 감지 지점당 100만 마리 이상의 표적 생명체가 오염 제거될 수 있다고 믿어진다. 감지 물질 단독 접촉에 노출된 대조군 샘플은 이러한 배양에서 최대 3일 동안 비활성이었지만, 배양 3일 후 일부 샘플은 이산화탄소 생성에 의해 입증되는 대사 활성을 나타냈다. 양성 대조군 샘플은 전체 관찰 기간 동안 모두 대사적으로 활성화되었다. 효모를 접종하지 않은 음성 대조군 샘플은 관찰 기간 내내 대사적으로 불활성이었다. 60℃의 열만으로는 도입된 모든 세포가 비활성화되지 않는다. 열과 전위의 특정 조합만이 효모 검체, 주변 유체 및 침지된 장치 구성 요소를 소독하는 것으로 관찰되었다. 탐지의 교정은 표적 유기체의 수 농도를 확인하고 안정적으로 소독할 수 있는 개체군을 초과하는 것을 방지 할 수 있다. 검체 과부하를 탐지할 수 있으며 지침은 사용자에게 추가 소독 방법을 제공한다.

추가적인 예로는 이러한 시간, 열 및 전위 조건 하에서 도 1의 센서로 탐지가능한 e. 대장균, 살모넬라 및 보렐리아 부르크도르페리(e. coli, salmonella and Borrelia Burgdorferi)와 같은 박테리아 뿐만 아니라 COVID 19 및 PRRS를 포함하는 코로나 바이러스와 같은 바이러스, 새끼 돼지를 처리하는 동안 양돈장에서 얻을 수 있는 타액, 혈청 또는 공정액에 있는 돼지 호흡기 및 생식 증후군 바이러스의 탐지 및 비활성화를 포함한다.

더 많은 예는 상추와 시금치와 같은 잎이 많은 녹색 식물과 딸기와 같은 열매와 같은 농산물의 e. 대장균을 포함한다.

박테리아와 바이러스는 예를 들어 열과 전기 분극의 조합을 사용하여 상보적인 DNA와 RNA, RNA와 RNA, DNA와 DNA와 같은 핵산, RNA 및 DNA 및 이들의 조합에 대한 분자 유전학적 검사를 할 때 다른 출처의 다른 유체에서 위의 조건 하에서 비활성화될 수 있다고 여겨진다. 비활성화 온도 설정점은 종의 최적 대사 활동 또는 번식 온도보다 높다. 열 및 전기 처리의 조합은 핵산의 기공 개방 및 엔클로저(enclosure) 밖으로 핵산의 수송을 가능하게 하여 대사 또는 증식 기능을 가능하게 한다.

본 명세서에 개시된 센서의 이점은 핵산 또는 단백질 또는 독립적으로 또는 다른 생명체와의 공생 또는 기생 연합에서 생명에 대한 잠재력의 다른 특징을 포함하는 검체의 불활성화 및 소독을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

다른 구현예에서, 변환 물질은 가스 투과성 개방 기공 구조를 포함한다. 이러한 설비의 한 가지 장점은 그것이 확장 가능하고 적응적이며 임의의 형태와 모양으로 구성될 수 있으므로 온화한 조건에서 전기적으로 분극화되고 가열될 수 있지만 생물학적 위험 오염 제거를 허용하여 생물학적 위험 모니터링, 물 또는 공기 정화와 같은 유체 및 오염(배기 또는 폐수) 제어에 유용할 수 있는 기능성 직물, 예를 들어 가스 필터로서 새로운 응용분야를 허용한다는 것이다.

센서의 감지 구성 요소 소독을 위한 실험적 테스트에는 센서를 효모인 사카로미세스 세레비시아(Sacharomyces cerevisae)에 노출하고 앞서 언급한 증강 없이 타액에서 Covid 19를 탐지하는 일반적인 감지 조건을 적용하는 것이 포함된다. 효모는 10 내지 30℃의 현탁액에서 배양되었으며, 바이오센서 변환층은 10% 내지 40%의 다중벽 탄소 나노튜브와 60% 내지 90%의 나노흑연 소판을 포함하며, 다공성 지지체 상의 서브마이크론에서 수십 마이크로미터 범위의 길이를 갖는 입자에 10,000개 세포/마이크로리터 이상, 즉 전극이 장착된 변환 지점당 50,000개 세포(흑연 또는 금, 구리 등과 같은 금속, 은은 아니지만 그 자체로 항균성을 가질 수 있지만 변환기의 감지 기능을 방해함)를 접종했다. 0.5킬로 옴에서 3.5킬로 옴 범위의 전기 저항이 있는 감지 지점은 기기의 작동 제한 내에서 전압에 적용되었다(여기서는 기기 전자 장치의 -5 V 내지 +5 V 기능 범위). 1 내지 5볼트 범위의 전압과 주변 온도 이상에서 감지 온도 설정점까지 상승된 온도로 많은 박테리아 또는 바이러스 종을 탐지할 수 있다. 이는 혼성화 반응의 표적에 대한 탐지 특이성, 24회 반복실험에서 57℃ 내지 60℃, 및 각 대조군 실험에서 8회 반복실험에 의해 측정된 한계 내에 있다. 대조군 실험에는 물, 5 내지 10% 수크로스 용액, 동일한 수준에서 효모를 접종한 형질도입 물질이 포함되었지만 전기 분극이나 고온에 노출되지 않았다.

모든 물질은 생존력 시험 전 24시간 동안 배양하였다. 이 테스트의 결과, 50,000개 이상의 효모 세포에 노출된 감지 구성 요소의 24개 샘플과 위에서 설명한 전압 및 온도 조건은 배양 직후, 배양 24시간 후 또는 배양 3일 후 모두 생존의 징후를 나타내지 않았으며; 이 실험에 사용된 물 샘플이나 일반 수크로스도 마찬가지였다. 이에 상응하여 수크로스에서 배양된 효모의 모든 샘플은 생존 가능하고 대사 활성이 있었다. 수크로스 배양에서 효모로 접종된 감지 물질 함유 성분으로 구성된 음성 대조군 샘플의 75%는 생존 가능하고 감지 물질에 노출된 후 하루 만에 대사적으로 활성화되었지만 감지 조건의 적용은 없었다. 이 샘플은 설정 후 3일과 7일에 대사 활동을 계속했다.

감지 장치는 단지 2개의 전극과 하나의 감지 지점을 포함하는 구현예에 제한되지 않으며 다중화(multiplexing) 전극 및 감지 지점을 포함할 수 있음에 유의해야 한다. 전극의 전기화학적 설비는 탐지 및 소독 모두에서 여전히 기능하면서 매크로에서 나노스케일로 확장될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 전극은 감지 신호의 비접촉 전송을 허용하는 무선 주파수 식별(RFID) 태그로 형성될 수 있다. 또 다른 구현예에서 탐지 방법으로서 무선 주파수(RF) 신호 감쇠 또는 주파수 변화의 특이성이 있다.

일 구현예에서, 도 5에 도시된 감지 장치는 동축 케이블과 유사한 방식으로 배열된 관형 외부 전극 및 원통형 내부 전극을 갖는 감지 물질의 튜브 형태이다. 전극을 분리하는 물질은 외부전극에 천공되어 시약과 검체가 감지물질의 표면에 들어갈 수 있도록 하는 감지물질이다. 이러한 비제한적인 설비는 탐지 방법을 직류에서 무선 주파수 탐지로 변경하고 탐지 가능한 표적 생명체 및 바이러스의 추가 다중화를 허용하고 또한 침지 구성에서 감지를 허용한다.

또한, 전체 감지 설비는 편평하거나, 2차원적이거나, 평면형 및/또는 곡선형일 수 있음을 유의해야 한다. 즉, 본 명세서에 제공된 구현예에 따른 감지 장치는 본 명세서에 제공된 교시로부터 벗어나지 않고 임의의 바람직한 형상으로 쉽게 적응될 수 있다.

일 구현예에서, 감지 설비는 전체 전극 설비의 형상이 부착되거나 처리될 부품의 윤곽에 맞춰질 수 있도록 실질적으로 2차원적이고 평평하며 변형 가능하다. 이러한 설비는 예를 들어 웨어러블 전자 장치 및 감지 응용 분야에서 모양을 사용할 수 있게 한다.

다른 구현예에서, 감지 및 소독 설비는 설비를 덮고 있는 커버를 더 포함한다. 커버는 관심 있는 종을 포함하고 열 손실을 제한하여 오염 제거에 필요한 시간을 줄이도록 조정할 수 있다. 또한 커버는 오염 제거된 물질을 걸러내도록 조정할 수 있다. 예를 들어 우발적인 전자기 간섭을 차단함으로써 감지를 더 잘 제어하도록 커버를 구성하는 것도 가능하다. 마지막으로, 압력이 감소되거나 증가된 상태에서 설비가 작동할 수 있도록 커버를 조정할 수 있다.

본원에 제공된 구현예는 단일 구성요소로서의 센서에 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다.

본 발명의 다른 구현예에서, 감지 장치는 오염 물질, 특히 박테리아, 바이러스 또는 포자로부터 공기를 정화하도록 구성된다. 일 구현예에서, 감지 설비는 가스에 대해 투과성이며 오염된 가스가 감지 설비를 통과하는 동안 표적 오염 물질이 감지 구획에 체류하는 동안 탐지되고 비활성화된다.

이 구현예의 다른 변형예에서, 센서 설비는 튜브 형상이고 오염된 공기는 설비를 축방향으로 통과하여 설비가 오염된 공기가 설비를 통과하는 동안 공기를 오염 물질로부터 정화한다.

감지 장치는 휴대 가능하거나 휴대할 수 있음을 추가로 언급해야 하다. 또한, 일부 구현예에서, 감지 장치는 감지 장치에 전력을 공급하기 위한 통합 전기 배터리를 포함한다.

예를 들어, 소독에 대한 새로운 접근 방식은 진균증 치료에도 사용할 수 있다.

일 구현예에서, 감지 장치는 유체 필터, 특히 공기 정화 장치의 여과 표면을 덮기 위해 본 명세서에 언급된 바와 같이 감지 지점의 메시 및 대응하는 전극 패턴을 포함하는 공기 필터일 수 있다. 비제한적인 구현예에서, 필터에 전극 패턴을 갖는 감지 물질의 통합은 혼성화 감지에 의해 부과되는 제한 없이 특정 물질, 전기 분극화 및 온도를 포함하는 조합 처리를 가능하게 한다.

이제 도 1을 참조하면, 센서 장치(100)의 구현예가 도시되어 있다. 센서 장치(100)는 복수의 바늘형 입자(104), 전기 전도성 소판 및 스페이서 물질로 구성된 복합재로 만들어진 매트릭스(102)를 포함한다. 복합 물질의 일부가 도 2a의 전자현미경 이미지에 나타나 있다. 바늘형 입자(104)의 적어도 일부는 날카로운 단부(106)를 갖는다. 예시적인 구현예에서, 바늘형 입자(104)는 탄소 나노튜브이다. 일 구현예에서, 탄소 나노튜브는 다중벽 탄소 나노튜브이다. 또 다른 구현예에서, 탄소 나노튜브는 6 내지 12개의 벽을 포함한다. 다른 구현예에서, 바늘형 입자는 뻣뻣한 피브릴(fibril) 또는 나노와이어 중 하나이다.

전기 전도성 소판(platelet)은 바늘형 입자에서 전극(108, 110)으로 침투 경로를 제공한다. 일 구현예에서, 전기 전도성 소판은 나노흑연 소판, 다른 전도성 소판, 금속화된 유리 또는 중합체 물질일 수 있다. 스페이서 물질은 매트릭스에 다공성을 제공한다. 일 구현예에서, 소판은 나노흑연 소판과 MWCNT를 소정의 비율로 포함하는 온도계상의 탄소 복합재를 포함할 수 있다. 이는 감지 매트릭스에 다음과 같은 이점을 제공한다: 1) 매트릭스의 열전도도 조절(동적, 온도 종속 특성); 및 (2) 센서 생산에서 품질 관리를 가능하게 하는 특정 반도체 특성을 나타낸다. 일 구현예에서, 다공성은 약 10 미크론이다. 다공성은 유전 물질의 운반체, 탐지 대상(표적-생명체) 및 검사 중인 검체에 존재할 수 있는 병원체의 치수와 호환되도록 선택된다. 구현예에서, 매트릭스(102)는 5 내지 100 미크론 두께이다.

도 2b를 참조하면 바늘형 입자(104), 전기 전도성 소판(105) 및 사카로미세스 세레비시아(S. Cerevisiae)와 같은 세포 사이의 상호작용을 나타낸다. 본 명세서에 제공된 일부 구현예에서, 센서는 감지 매트릭스의 기본 전도, 표적 c-DNA 매트릭스로 프라이밍된 신호 및 c-DNA가 표적 핵산과 반응하는 신호로 분류되는 전기 신호의 전기 분극화 및 차별화를 허용한다. 표적 핵산은 표적 유전 물질을 포함하는 막이 파괴되고 유전 물질이 비리온 또는 세포의 구획에서 방출된 후에만 나타난다.

매트릭스(102)는 매트릭스(102)에 대한 캐리어 역할을 하는 지지층(112)에 부착(또는 적층)된다. 일 구현예에서, 지지층은 종이 또는 천과 같은 다공성 물질로 만들어진다. 물질은 니트, 직물, 부직포, 개방 기공 스펀지 또는 이들의 조합일 수 있다. 지지층(112)은 표적 생명체의 세포 치수/크기 정도의 다공성을 제공하도록 선택된다. 다른 구현예에서, 지지층(112)은 강성일 수 있고 스페이서 물질은 원하는 수준의 다공도를 제공한다.

매트릭스(102)는 당업계에 공지된 바와 같이 표적 생명체의 ssDNA로 프라이밍(prime)될 수 있다.

매트릭스(102)에 부착된 것은 한 쌍의 전극(108, 110)이다. 일 구현예에서, 전극(108, 110)은 도 1에 도시된 바와 같이 매트릭스(102)의 양단에 부착된다. 다른 구현예에서, 전극(108, 110)은 도 5에 도시된 것과 같을 수 있으며, 제1 전극은 매트릭스 물질을 사이에 두고 제2 전극 주위에 동심원으로 배치된다. 이러한 전극/매트릭스 구성은 예시적인 목적이며 청구범위가 그렇게 제한되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다.

전극(108, 110)에 부착된 것은 전극(108, 110) 및 매트릭스(102)에 전위를 인가하는 전원 공급 장치(114)이다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 전원 공급 장치(114)는 또한 센서 장치(100)의 소독을 용이하게 하기 위해 매트릭스(102)의 분극화를 허용한다.

감지 장치(100)는 매트릭스(102)와 열 소통하는 열원(116)을 더 포함한다. 열원(116)으로부터 매트릭스(102)로의 열 에너지(Q)의 흐름은 전도, 대류, 복사 또는 이들의 조합을 통할 수 있음을 이해해야 한다.

도 1의 구현예는 피펫 또는 주사기(120)에 의해 분배되는 것으로 테스트되는 샘플(118)을 도시한다. 그러나 이는 예시 목적이며 청구범위가 그렇게 제한되어서는 안 된다. 다른 구현예에서, 센서 장치(들)는 예를 들어 컵(도 4)과 같은 검체 용기에 배열될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 센서 장치(102)는 예를 들어 매트릭스(102)를 통해 흐르는 공기와 같은 유체를 수용하도록 배열될 수 있다.

이제 도 3을 참조하면, 감지 시스템(300)의 구현예가 도시되어 있다. 이 구현예에서, 검체 용기(302)가 제공되며, 이는 도 4에 도시된 것과 같은 검체 컵(302)의 형태일 수 있다. 시스템(300)은 시험될 샘플을 수용하도록 배열된 감지 지점(304)을 더 포함한다. 각각의 감지 지점(304)은 예를 들어 매트릭스(102)와 같은 매트릭스를 포함한다. 구현예에서, 감지 시스템(300)은 어레이(306)(도 4, 도 5)에 배열된 복수의 감지 지점(304)들을 포함한다. 감지 지점(304)의 어레이를 제공하는 것은 여분의 이점을 제공하고 테스트되는 샘플에서 다수의 표적 생명체를 탐지할 수 있게 한다는 것을 이해해야 한다.

감지 지점(304)에 전기적으로 결합된 전극(308)은 전원 공급 장치(310)에 전기적으로 결합되어 있다. 구현예에서, 각각의 감지 지점(304)(즉, 매트릭스), 전극(308) 및 전원 공급 장치(310)는 센서 장치(100)와 동일한 방식으로 구성된다. 열원(312)은 감지 지점(304)에 열 에너지를 제공하여 테스트 중인 샘플을 가열한다. 구현예에서, 단열층(314)은 열원(312)에 인접하여 배치된다.

하나 이상의 프로세서(318) 및 사용자 및 데이터 인터페이스(320)를 갖는 컨트롤러(316)가 제공된다. 하나 이상의 프로세서(318)는 예를 들어 본 명세서에 기술된 방법과 같이 감지 시스템(300)을 작동시키는 작동 방법을 수행하기 위한 실행 가능한 컴퓨터 명령에 응답한다. 컨트롤러(316)는 당업계에 공지된 추가 구성요소(예를 들어, 휘발성 및 비휘발성 메모리) 및 회로(예를 들어, 통신 회로)를 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다.

작동 중에, 사용자는 검체 용기에 테스트할 샘플을 보관하고, 샘플을 감지 지점(304)(예를 들어, 매트릭스)과 접촉하게 배치한다. 사용자는 예를 들어 사용자 및 데이터 인터페이스(320)를 통하는 것과 같이 동작을 개시하고, 전원 공급 장치(310)는 컨트롤러(316)에 의해 활성화된다. 전원 공급 장치(310)는 가열기(312)에 전력을 제공하여 테스트 중인 샘플의 온도를 소정의 온도 범위로 증가시킨다. 또한, 전원 공급 장치는 전극(308)에 전력을 제공하여 감지 지점(304)을 원하는 레벨로 분극화한다. 전극(308)은 표적 생명체의 존재를 결정하기 위해 하나 이상의 프로세서(318)에 다시 신호를 제공한다. 시스템(300)은 표적 생명체의 동시 탐지 및 검체 용기(302), 감지 지점(304) 및 전극(308)의 소독을 허용하도록 소정의 시간 동안 실행된다.

이제 도 4를 참조하면, 샘플 용기(302)가 컵 또는 접시 형태인 시스템(300)의 구현예가 도시되어 있다. 감지 지점(304)의 어레이(306)가 샘플 용기(302) 내에 배치된다. 구현예에서, 각각의 감지 지점(304)은 도 1에 도시된 바와 같이 매트릭스 및 한 쌍의 전극을 포함한다. 일 구현예에서, 원(322) 내의 영역을 채우기에 충분한 양의 시험될 샘플이 제공된다.

본 명세서에서 논의된 바와 같이, 감지 지점(324)은 중심 전극(328) 주위에 배치된 동심원 전극(326)의 형태일 수 있다. 도 5의 구현예에서, 감지 지점(326)은 19개의 감지 지점과 5개의 다른 표적 생명체를 3중으로 탐지할 수 있는 어레이(306)로 배열된다.

도 6은 블로팅 페이퍼(blotting paper)로 만들어진 지지층에 의해 지지되는 매트릭스(602)를 포함하는 감지 시스템(600)을 도시한다. 매트릭스(602)는 본원에서 기술된 매트릭스(102)와 동일할 수 있다. 한 쌍의 전극(608, 610)은 매트릭스(602)의 양단에 전기적으로 연결된다. 이 구현예에서, 매트릭스(602) 및 전극(608, 610)은 전극을 전기 접촉부(613, 615)와 연결하는 인쇄 회로 기판(611) 상에 배열된다. 접촉부(613, 615)는 인쇄 회로 기판(611)이 예를 들어 컨트롤러(316)와 같은 컨트롤러에 연결될 수 있게 한다.

도 7은 어레이(706)로 배열된 복수의 센서 장치(701)를 갖는 다른 감지 시스템(700)을 도시한다. 각각의 센서 장치(701)는 매트릭스 및 예를 들어 매트릭스(102) 및 전극(108, 110)과 같은 한 쌍의 전극을 포함한다. 구현예에서, 센서 장치(701)는 센서 장치(701)가 위치하는 영역에 테스트되는 샘플을 포함하는 벽(705) 내에 배치된다. 각각의 감지 장치(701)는 예를 들어 컨트롤러(316)와 같은 컨트롤러와 연결되는 핀 피드스루(feedthrough)에 전극을 전기적으로 연결하기 위해 한 쌍의 도체(705)에 의해 연결된다.

이제 도 8을 참조하면, 표적 생명체의 탐지 및 테스트 중인 샘플 및 센서 장치의 소독 동안 사용될 수 있는 예시적인 온도 프로파일의 예시적인 플롯이 도시되어 있다.

도 9는 표적 생명체, 박테리아, 바이러스, 진균 또는 다른 생명체의 탐지 및 센서 장치의 소독 동안 전압 프로파일의 또 다른 예시적인 플롯을 도시한다.

이제 도 10을 참조하면, 센서 장치를 제조하는 방법(1000)에 대한 구현예가 도시되어 있다. 이 방법은 예시이고 센서 장치는 다른 방식 및 다른 구성으로 제작될 수 있음을 이해해야 한다. 방법(1000)은 블록(1002)에서 시작하는데, 여기서 지지층은 여과지에 접착 필름 층을 적용함으로써 제조된다. 방법(1000)은 매트릭스 물질이 여과지 상에 코팅되는 블록(1004)으로 진행한다. 매트릭스 물질은 매트릭스(102)와 관련하여 설명된 것과 동일하다. 일 구현예에서, 매트릭스 물질은 닥터 블레이드를 사용하여 도포된다. 그런 다음 매트릭스 물질을 86°F(30℃) 및 18% 습도에서 최소 15시간 동안 건조되도록 둔다.

그 다음 방법은 매트릭스가 원하는 크기 및 형상으로 절단되는 블록(1006)으로 진행한다. 예를 들어, 매트릭스는 도 1(예를 들어, 8mm x 6mm)에 도시된 것과 같은 센서 장치에서 사용하기 위해 직사각형일 수 있다. 그 다음 방법(1000)은 매트릭스가 적어도 한 쌍의 전도성 패드를 갖는 센서 보드에 결합되는 블록(1008)으로 진행한다. 구현예에서, 접착 필름은 매트릭스를 센서 보드에 결합하는 데 사용된다. 매트릭스는 한 쌍의 전도성 패드 사이에 배치되도록 센서 보드에 결합된다. 전도성 잉크는 블록(1010)에서 각 매트릭스 부재의 전도성 패드에 도포된다. 일 구현예에서, 전도성 잉크는 실온 및 20% 습도에서 적어도 15시간 동안 건조될 수 있다. 습도 수준과 건조 시간은 센서의 자체 소독 기능에 영향을 주지 않고 변경될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 마지막으로, 블록(1012)에서, 각각의 매트릭스 부재는 프라이머 농도로 프라이밍되고 매트릭스 부재로 흡수되도록 허용된다.

이제 도 11a 내지 도 11d를 참조하면, 센서 시스템에서 사용되는 센서 조립체로 센서 보드를 조립하기 위한 일련의 조립 단계가 도시되어 있다. 센서 조립체(1100)는 복수의 나사 삽입부(threaded insert)(1102) 및 복수의 개구부(1104)를 갖는 하우징(1101)을 갖는 도 11a에서 시작한다. O-링(1105) 또는 다른 적절한 시일(seal)은 개구부(1104) 주위에 배치된다. 센서 보드(1106)는 매트릭스 부재(1108)가 개구부(1104) 위에 배치된 상태로 하우징(1101)에 배치된다. 구현예에서, 나사 삽입부(1102)는 센서 보드(1106)의 홀을 통해 센서 보드(1106)를 하우징에 정렬한다. 그런 다음 나사(screw)(1110)와 같은 패스너(fastener)를 사용하여 나사 삽입부(1102)를 통해 센서 보드(1106)를 하우징(1101)에 결합할 수 있다. 예시된 구현예에서, 각각의 매트릭스 부재(1108)는 전도성 패드 및 전도성 트레이스를 통해 단자(1111)에 전기적으로 결합된다.

매트릭스 부재(1108)는 O-링(1105)에 의해 개구부(1104)에 대해 밀봉된다는 것을 이해해야 한다. 개구부는 하우징(1101)을 통해 반대편으로 연장된다(도 11d). 일 구현예에서, 센서 조립체(1100)를 샘플 용기(1116)의 커버(1114)에 밀봉하기 위해 O-링(1112)이 개구부(1104) 주위에 배치된다(도 12a, 도 12b). 커버(1114)는 커버(1114)가 그 위에 설치될 때 개구부(1104)가 샘플 용기(1116)의 내부에 노출될 수 있도록 하는 중앙 개구부를 갖는다.

감지 시스템(1120)(도 12d)을 사용하기 위해, 사용자는 먼저 샘플 용기(1116)의 내부에 샘플 물질을 삽입하거나 위치시킨다. 일 구현예에서, 타액과 같은 샘플의 1 내지 3 밀리리터의 샘플은 테스트에 충분하다. 그런 다음 작업자는 약 30 밀리리터의 순수한 물을 샘플 용기(1116)에 추가하여 샘플 및 물 혼합물(1122)을 형성한다. 커버(1114)는 샘플 용기(1116)에 결합되어 혼합물(1122)(도 12b)을 감싸고 혼합물(1122)은 소정 횟수(예를 들어, 5 내지 7회) 동안 소용돌이쳐 내용물의 혼합을 완료한다.

그런 다음 샘플 용기(1116)를 뒤집고(도 12c) 감지 시스템(1120) 위에 놓는다(도 12d). 감지 시스템(1120)은 감지 시스템(300)과 동일한 방식으로 구성되고, 컨트롤러(1124), 사용자 및 데이터 인터페이스(1126), 전원 공급 장치(1128) 및 가열기(1130)를 포함한다. 센서 조립체(1101)는 단자(1111)를 통해 시스템(1120)에 연결된다. 샘플 용기(1116)가 뒤집힐 때, 혼합물(1122)은 중력의 영향 하에서 커버(1114)로 흐른다는 것을 이해해야 한다. 이는 혼합물(1122)의 일부가 개구부(1104)를 통해 흐르고 매트릭스 부재(1108)와 접촉하게 한다.

이제 도 13을 참조하면, 감지 시스템(1120)을 작동시키기 위한 방법(1300)의 구현예가 도시되어 있다. 방법(1300)은 샘플(1122)이 전술한 바와 같이 샘플 용기(1116)에서 준비되고, 그 다음 감지 시스템(1120)에 배치되는 블록(1302)에서 시작된다. 가열기(1130)는 샘플(1122)의 온도를 예를 들어 59℃와 같은 소정의 온도로 증가시키기 위해 활성화된다. 일단 온도가 원하는 설정점에 도달하면, 전원 공급 장치(1128)가 단자(1111)를 통해 센서 조립체(1101)에 전력을 공급하는 것으로 테스트가 시작된다. 이것은 감지 장치를 분극화하고 표적 생명체를 탐지할 수 있게 한다. 그 다음 방법은 표적 생명체를 탐지하기 위한 조건이 제공되는 블록(1308)으로 진행한다.

질문 블록(1310)은 표적 생명체가 탐지되고 신호가 감지 장치에서 컨트롤러(1124)로 전송될 때 예로 돌아간다. 그 다음 방법(1300)은 블록(1314)으로 진행하여 온도와 분극화의 조합이 센서 장치(즉, 매트릭스 부재(1108))를 소독하게 한다. 샘플 용기(1116)는 블록(1316)에서 감지 시스템(1120)으로부터 제거된다.

용어 "약"은 출원 당시 이용 가능한 장비를 기반으로 한 특정 수량의 측정과 관련된 오류의 정도를 포함하기 위한 것이다. 예를 들어, "약"은 주어진 값의 ± 8% 또는 5% 또는 2%의 범위를 포함할 수 있다.

또한, 용어 "예시적인"은 "예, 사례 또는 예시로 제공되는"을 의미하기 위해 본 명세서에서 사용된다. 본 명세서에서 "예시적인" 것으로 기재된 임의의 양태 또는 설계는 반드시 다른 양태 또는 설계에 비해 선호되거나 유리한 것으로 해석되어서는 안된다. 용어 "적어도 하나" 및 "하나 이상"은 1 보다 크거나 같은 임의의 정수, 즉 1, 2, 3, 4 등을 포함하는 것으로 이해된다. 용어 "복수"는 2 이상의 임의의 정수, 즉 2, 3, 4, 5 등을 포함하는 것으로 이해된다. 용어 "연결"은 간접적인 "연결"과 직접적인 "연결"을 포함할 수 있다. 또한, "제1", "제2", "제3", "상부", "하부" 등의 용어는 본 명세서에서 다양한 구성요소를 수식하여 사용될 수 있음에 유의해야 한다. 이러한 수식어는 특별히 명시되지 않는 한 수정된 요소에 대한 공간적, 순차적 또는 계층적 순서를 의미하지 않는다.

광범위한 기술어 '생명체'(복수형 '생명체들')에는 유기체 및/또는 그 일부와 표적 생명체 및 이들의 조합의 의도적 또는 비의도적 조작으로 인해 자발적으로 또는 인위적으로 발생하는 야생, 토착 또는 돌연변이 유전 물질이 제한 없이 포함된다.

본 명세서에 사용된 용어는 단지 특정한 구현예를 설명하기 위한 것으로, 본 개시내용을 제한하려는 의도가 아니다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태 한("a", "an" 및 "the")은 문맥상 달리 명백하게 지시되지 않는 한, 복수 형태도 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 사용될 때 용어 "포함하다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은, 언급된 특징, 정수, 단계, 작동, 구성요소, 및/또는 소자의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 작동, 구성요소, 소자, 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 부가(addition)를 배제하지는 않는 것으로 추가적으로 이해될 것이다.

본 개시내용은 단지 제한된 수의 구현예와 관련하여 상세하게 제공되지만, 본 개시내용은 이러한 개시된 구현예에 제한되지 않는다는 것을 쉽게 이해해야 한다. 오히려, 본 개시내용은 지금까지 기술되지 않았지만 본 개시내용의 사상 및 범위에 상응하는 임의의 수의 변형, 변경, 대체 또는 등가 배열을 포함하도록 수정될 수 있다. 추가로, 본 개시내용의 다양한 구현예가 설명되었지만, 예시적인 구현예(들)는 기술된 예시적인 측면의 일부만을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 본 개시내용은 전술한 설명에 의해 제한되는 것으로 보여서는 안 되며 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (20)

1. 바늘형(needle-like) 입자, 전기 전도성 소판(platelet) 및 스페이서 물질을 포함하는 복합 물질로 제조된 매트릭스 부재(matrix member);
   상기 매트릭스의 대향 단부에 전기적으로 결합된 한 쌍의 전극;
   상기 매트릭스 부재와 열 소통하는 가열 장치; 및
   감지 장치(sensing device), 가열 장치 및 전극에 작동 가능하게 결합되는 컨트롤러로서, 상기 컨트롤러는 한 쌍의 전극으로부터 신호를 수신하고, 상기 매트릭스 부재를 분극화(polarize)하고, 검체 용기에 샘플을 배치하는 것에 응답하여 소정의 온도 범위로 가열 장치를 활성화하여 표적 생명체(target life-form)의 존재를 탐지함과 동시에 상기 매트릭스 부재를 소독하는 것으로 구성되는, 컨트롤러;를 포함하는, 생명체 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 바늘형 입자가 전기 전도성인 것인, 생명체 센서.
3. 제2항에 있어서, 상기 바늘형 입자가 탄소 나노튜브인 것인, 생명체 센서.
4. 제3항에 있어서, 상기 다중벽 탄소 나노튜브가 6 내지 12개의 벽으로 둘러싸인 탄소 나노튜브인 것인, 생명체 센서.
5. 제1항에 있어서, 상기 전기 전도성 소판이 상기 바늘형 입자와 상기 한 쌍의 전극 사이에 침투 경로(percolation pathway)를 제공하도록 구성된 것인, 생명체 센서.
6. 제5항에 있어서, 상기 전기 전도성 소판이 나노흑연 소판, 일반 또는 복합 반도체 물질의 나노흑연 유사 소판, 금속화 유리 및 소판 유사 폼 팩터(platelet-like form factor)를 갖는 금속화 폴리머 물질을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것인, 생명체 센서.
7. 제1항에 있어서, 상기 소정의 온도 범위가 55℃ 내지 75℃인 것인, 생명체 센서.
8. 제7항에 있어서, 상기 소정의 온도 범위가 58℃ 내지 68℃인 것인, 생명체 센서.
9. 제1항에 있어서, 상기 매트릭스 부재의 분극화가 1 V 내지 5 V의 전위차를 인가하는 것을 포함하는, 생명체 센서.
10. 제9항에 있어서, 상기 매트릭스 부재의 분극화가 2 V 내지 3 V의 전위 강하를 인가하는 것을 포함하는, 생명체 센서.
11. 제1항에 있어서, 상기 매트릭스 부재의 일측에 결합되는 지지층을 더 포함하는 것인, 생명체 센서.
12. 제1항에 있어서, 상기 스페이서 물질이 약 30 미크론 이하의 다공성을 갖는 것인, 생명체 센서.
13. 제12항에 있어서, 상기 스페이서 물질이 종이, 직물, 니트 직물, 부직포 및 개방 기공 스펀지를 포함하는 그룹으로부터 선택된 물질로부터 제조되는 것인, 생명체 센서.
14. 센서 상의 표적 생명체를 탐지하고 소독하는 방법으로서, 상기 방법은,
    바늘형 입자, 전기 전도성 소판 및 스페이서 물질을 포함하는 복합 물질로 제조된 매트릭스 부재를 포함하는 샘플 용기에 샘플 물질을 넣는 단계;
    상기 샘플 물질의 적어도 일부의 세포막을 천공하는 단계;
    상기 샘플 물질을 소정의 온도 범위로 가열시키는 단계;
    상기 샘플 물질을 분극화시키는 단계;
    상기 샘플 물질의 가열 및 분극화에 반응하여 소정의 표적 생명체의 존재를 측정하는 단계; 및
    상기 샘플 물질의 가열 및 분극화에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 매트릭스 부재를 소독하는 단계를 포함하는, 센서 상의 표적 생명체를 탐지하고 소독하는 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 매트릭스 부재를 분극화하기 전에 상기 샘플 물질의 온도를 소정의 설정점으로 가열하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
16. 제14항에 있어서, 상기 샘플 용기에서 샘플 물질과 순수를 혼합하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
17. 제14항에 있어서, 상기 전기 전도성 소판이 상기 바늘형 입자와 한 쌍의 전극 사이에 침투 경로를 제공하는 것인, 방법.
18. 제14항에 있어서, 상기 소정의 온도 범위가 55℃ 내지 75℃인 것인, 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 소정의 온도 범위가 58℃ 내지 68℃인 것인, 방법.
20. 제14항에 있어서, 상기 매트릭스 부재의 분극화 단계가 1 V 내지 5 V 전위차를 인가하는 단계를 포함하는, 방법.