KR20230134274A - 용액 내 입자 측정 방법 및 이를 수행하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용액 내 존재하는 입자를 측정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 입자 측정 장치는 전압을 인가하는 전원부; 유체가 통과하는 미세 유로 상 순차 나열된 복수의 전극이 형성된 칩; 상기 칩에 형성된 복수의 전극과 일정 전기적 상태를 이루도록 브릿지 회로의 적어도 일부가 인쇄된 회로부; 및 상기 전원부는 상기 회로부에 전압을 인가하고, 상기 미세 유로를 통과하는 유체 내 입자로 인한 상기 브릿지 회로의 출력 신호의 변화를 계측하는 계측부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 전기 신호의 변화를 이용하여 용액 내 미세한 입자를 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 전기 신호의 변화의 크기와 시간을 이용하여 미세 입자의 성질을 보다 정확하게 측정할 수 있다.

Description

용액 내 입자 측정 방법 및 이를 수행하는 장치{Method for measuring particles in solution and apparatus for performing the same method}

본 발명은 용액 내 존재하는 입자를 측정하는 방법에 관한 것이다.

미세한 입자가 포함된 용액의 순도나, 세포 단위의 분석을 위해서 다양한 입자 카운팅 기술들이 개발되고 있다.

예를 들어, 광 산란 방식은 광이 시료에 직접적으로 투과된 후 시료 내의 입자 표면에 의해 반사되어 감지되는 빛의 양과 측정하고자 하는 입자의 크기 또는 굴절률과의 상호 관계를 통해 입자의 개수와 크기를 산출한다. 다만, 입자의 표면이 불규칙한 형태를 띄는 경우에는 빛을 반사하는 정도가 표면에 따라 달라질 수 있으며 이에 따른 오차가 발생되는 문제가 있다.

반면 전기저항을 이용하는 방식은 전도성이 있는 시료를 전극 사이의 틈으로 통과시키고, 이때 발생되는 전기 펄스를 이용하여 입자를 계수한다.

대표적으로 임피던스 기반의 유세포 분석기는 전기저항법의 원리를 이용하여 입자 크기 및 분포를 측정한다. 전해질 용액에 분산된 입자가 미세 유로 내 작은 구멍을 통과할 때 일정한 전류가 흐르고 있는 두 전극사이의 저항이 증가하여 전위차가 발생하는 것을 측정하여 입자의 크기와 분포로 변환한다.

다만, 이러한 유세포 분석을 위해서는 잘 제어된 미세 환경에서 훈련된 작업자가 필요하며 복잡한 기기로 인해 실험실 환경 외에서는 사용이 어렵다는 단점이 있다.

따라서 휴대용 목적의 분석이나 진단을 위해서는 보다 간소화된 구조가 고안될 필요가 있다.

본 발명은 용액 내 입자를 측정하는 보다 간소화된 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

보다 구체적으로 본 발명은 미세 유로가 형성된 칩과 브릿지 회로를 구성함으로써 출력되는 신호를 각각 개별적으로 처리하여 용액 내 입자를 측정하는 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

보다 구체적으로 본 발명은 휘트스톤 브릿지를 통해 센싱된 전기 신호를 이용하여 미세한 입자의 통과를 계수하는 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

보다 구체적으로 본 발명은 입력된 신호와 출력된 신호에 따른 전기적 상태 변화의 크기 및 시간을 이용하여 입자의 특성을 측정하는 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 입자 측정 장치는 전압을 인가하는 전원부; 유체가 통과하는 미세 유로 상 순차 나열된 복수의 전극이 형성된 칩; 상기 칩에 형성된 복수의 전극과 일정 전기적 상태를 이루도록 브릿지 회로의 적어도 일부가 인쇄된 회로부; 및 상기 전원부는 상기 회로부에 전압을 인가하고, 상기 미세 유로를 통과하는 유체 내 입자로 인한 상기 브릿지 회로의 출력 신호의 변화를 계측하는 계측부를 포함한다.

상기 계측부는 상기 입자가 상기 나열된 전극과 전극 사이에 위치함에 따른 상기 전기 신호의 위상 변화를 검출하고, 상기 위상 변화의 횟수로 상기 유체 내 입자를 카운팅한다.

상기 계측부는 상기 위상 변화된 전기 신호의 진폭의 크기로 상기 유체 내 입자의 크기를 산출하는 것이 바람직하다.

상기 전원부에서 인가된 전기 신호를 교류 신호로 변환 후 상기 변환된 교류 신호를 증폭하고 미리 결정된 오프셋으로 조정하는 신호 변환부를 더 포함하고, 상기 계측부는 상기 오프셋 조정된 전기 신호의 인가 후 상기 브릿지 회로에서 계측되는 출력 신호로 상기 전기적 상태의 변화를 계측하는 것이 바람직하다.

상기 계측부는 상기 오프셋 조정된 원 전기 신호를 이용하여 상기 출력 신호를 곱셉 증폭시키고, 증폭된 출력 신호 내 특정 주파수 신호를 제거하여 직류화하고 상기 전기적 상태의 변화에 의한 전기적 위상 값 신호를 검출하는 것이 바람직하다.

상기 제거되는 주파수는 적어도 상기 원 전기 신호의 주파수와 유사한 주파수로 설정되는 것이 바람직하다.

상기 계측부는 직류화된 출력 신호의 발생 주기를 이용하여 상기 입자의 상기 유로 통과 시간을 산출하는 것이 바람직하다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 입자 측정 방법은 유체가 통과하는 미세 유로 상 순차 나열된 복수의 전극과 일정 전기적 상태를 이루는 브릿지 회로에 전압을 인가하는 단계; 및 상기 미세 유로를 통과하는 유체 내 입자로 인한 상기 브릿지 회로의 출력 신호의 변화를 계측하는 단계를 포함한다.

상기 계측하는 단계는 상기 입자가 상기 나열된 전극과 전극 사이에 위치함에 따른 상기 전기 신호의 위상 변화를 검출하고, 상기 위상 변화의 횟수로 상기 유체 내 입자를 카운팅하는 것이 바람직하다.

상기 계측하는 단계는 상기 위상 변화된 전기 신호의 크기로 상기 유체 내 입자의 크기를 산출하는 것이 바람직하다.

상기 전압을 인가하는 단계는, 전기 신호를 교류 신호로 변환 후 상기 변환된 교류 신호를 증폭하는 단계; 상기 증폭된 전기 신호를 미리 결정된 오프셋으로 조정하는 단계; 및 상기 오프셋 조정된 전기 신호를 상기 브릿지 회로에 인가하는 단계를 포함한다.

상기 계측하는 단계는, 상기 브릿지 회로에서 출력되는 출력 신호 간의 차이를 산출하고 차이를 증폭시키는 단계; 상기 오프셋 조정된 원 전기 신호를 이용하여 상기 차이가 증폭된 신호를 곱셈 증폭시키는 단계; 및 상기 증폭된 출력 신호 내 특정 주파수 신호를 제거하여 직류화하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 전기 신호의 변화를 이용하여 용액 내 미세한 입자를 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 전기 신호의 변화의 크기와 시간을 이용하여 미세 입자의 성질을 보다 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 본 발명은 간단한 회로 구성을 통해 비교적 낮은 전압으로도 효율적으로 입자의 특성을 측정할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 개인의 기준 값을 이용하여 측정된 입자의 생물학적 특성을 수치화함으로써 임상적 진단에 직접적으로 활용할 수 있다.

또한, 본 발명은 측정 장치의 소형화를 통한 휴대용 측정 장치로써 보급화가 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 입자 수치를 측정하기 위한 장치의 구조를 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 입자 수치를 측정하는 장치의 전원부 구조를 나타내는 도이다.
도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 입력 전기 신호의 전원부 처리 과정을 나타내는 도이다.
도 4은 본 발명에 따른 입자 수치를 측정하기 위한 장치의 계측부 구조를 나타내는 도이다.
도 5a 내지 5d는 본 발명에 따른 출력 전기 신호의 계측부 처리 과정을 나타내는 도이다.
도 6a 내지 6d는 본 발명에 따른 입자에 의한 전기 신호의 검출 과정을 나타내는 도이다
도 7은 본 발명에 따른 입자 수치를 측정하기 위한 계측된 신호의 특성을 나타내는 도이다.
도 8은 본 발명에 따른 입자 수치를 측정하기 위한 전극 구조의 특성을 나타내는 도이다.
도 9는 본 발명에 따른 입자 수치를 측정하기 위한 방법의 흐름을 나타내는 도이다.

이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시 되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

또한, 발명을 설명함에 있어서 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 측정되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 입자 수치를 측정하기 위한 장치(100)의 구조를 나타내는 도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 입자 측정 장치(100)는 전원을 제공하는 전원부(110)와 회로가 인쇄된 회로부(120) 및 회로부(120)에서 출력된 전기 신호를 검출하여 계측하는 계측부(130)를 포함한다.

또한 입자 측정 장치(100)는 기판 상에 외부로 개방된 유입구와 배출구 사이에 형성된 미세 유로와 유로에는 복수의 전극들이 접하며 나열된 측정용 칩(140)을 포함하여 구성될 수 있다.

칩(140)은 입자 측정 장치(100)에 탈착 되는 구조로 형성될 수 있으며 따라서 사용자는 매 측정 시 칩을 교환하면서 측정하고자 하는 용액 내 입자를 측정할 수 있도록 한다.

또한 삽입된 칩(140) 상의 전극들은 회로부의 전극들과 함께 브릿지 회로를 구성하며 이를 통해 보다 미세한 전기적 특성의 변화를 계측부(130)가 검출할 수 있도록 한다.

본 실시예에서 계측부(130)는 미세 유로 상에 전해질 용액이 통과하되 용액 내 입자가 전극 사이를 통과하지 않은 상태를 기본 상태로 브릿지 회로에서 출력되는 전기 신호를 측정한다. 계측부(130)는 측정된 신호 대비 용액 내 입자가 유로 상의 전극과 전극 사이를 통과함에 따른 임피던스 등의 전기적 특성 변화에 의한 전기 신호의 변화를 통해 입자를 검출한다.

구체적으로 용액 내 입자가 나열된 전극과 전극 사이에 위치함에 따라 전기 신호의 위상 변화를 검출하고, 위상 변화된 신호의 발생 횟수로 유체 내 입자를 카운팅할 수 있다.

이때 본 실시예에 따른 입자 측정 장치(100)가 건전지와 같은 휴대용 전원장치의 직류 전압의 전원을 통해서도 동작할 수 있도록 전원부에서 인가되는 전원을 교류화하는 전처리 과정을 인가전에 수행할 수 있다.

도 2를 참고하여 입력 신호의 전처리 과정에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 실시예에 따른 전원부의 세부 구성을 나타내는 블록도이다.

도 2를 참고하면, 전원부는 전원 소스(112) 외에 함수 발생기(114) 및 신호 변환부(116)를 더 포함한다.

일반적으로 배터리와 같은 휴대용 장치의 전원의 경우 단자가 일정한 극을 유지함에 따라 직류 전원의 형태로 전기 신호가 출력되므로 본 실시예에서 함수 발생기(114)는 전원(112)으로부터 제공되는 전위차로부터 입자에 따른 위상과 같은 성분의 변화를 명확히 검출하기 위해 직류 신호를 교류 신호 형태로 변환시켜 준다.

구체적으로 함수 발생기(114)는 인가되는 전압을 결정된 함수의 주기로 연속적인 파형을 갖는 주기적인 신호로 변환한다. 함수 발생기(114)는 필요에 따라 마이크로컨트롤유닛, 함수발생장치 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.

다음, 신호 변환부(116)는 연속적인 파형을 갖는 교류 신호를 증폭하고 미리 결정된 오프셋으로 조정한다. 오프셋의 조정을 통해 증폭된 교류 신호를 사인파의 형태를 갖도록 양과 음의 전압 값이 반복되는 형태로 최종 변환한다. 주기적으로 양과 음의 전압 값이 반복되는 교류 신호는 전극을 통한 전원에 의한 분석 용액의 전기분해를 방지한다.

이상의 신호 처리 과정에서 변환되는 신호에 대해서는 도 3을 참고하여 보다 상세히 설명한다.

도 3a를 참고하면, 상술한 바와 같이 휴대용 장치에 주로 이용되는 배터리에서 출력되는 전압은 직류 형태로 일정한 신호를 갖는다. 주기성이 없는 직류 신호의 경우 전도되는 물질의 특성에 따라 미세한 위상차를 가지는 전기 신호를 검출하는 것이 어렵다.

따라서, 함수 발생기(114)는 전원(112)의 직류 신호를 연속적인 파형으로 변경하고 도 3b와 같은 형태의 주기적인 신호로 변환할 수 있다.

이어서, 신호변환부(116)는 함수 발생기(114)의 출력을 전기 신호의 변화량을 증가시키기 위하여 입력 신호를 증폭함과 동시에 사인파의 형태를 갖도록 오프셋을 조정함으로써 도 3c와 같은 최종 입력 신호를 생성할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 전원부(110)는 교류 신호의 변환을 통해 휴대용 장치에 일반적으로 이용되는 배터리의 단일 방향성의 전기 신호에서 전해질 내 이온이 극단적으로 쏠리고 용액이 전기분해되며 저항이 높아지는 문제를 해결함과 동시에 사인파의 주기적인 신호의 주기 성분을 이용하여 전해질 용액 내의 입자의 흐름을 검출할 수 있도록 한다.

이상의 과정을 통해 생성된 주기적인 신호는 회로부(120)로 인가된 이후 계측부(130)는 브릿지 회로에서 출력되는 전기 신호로서 바람직하게는 시간에 따른 전압 크기의 변화를 검출한다.

본 실시예에서 브릿지 회로는 휘트스톤 브릿지로 복수의 저항과 전극 간 임피던스가 상호 평형 상태를 이루도록 설계될 수 있다. 따라서 절대적인 신호 값의 검출에 비하여 브릿지 회로 내 상태 변화로 발생되는 전기 신호를 통해 보다 민감하게 검출할 수 있다.

다만, 브릿지 회로에서 검출되는 전기 신호의 경우 노이즈에 대해서도 함께 민감하게 반응함으로써 본 실시예에 따른 계측부(130)는 신호의 변화 중에서 검출하고자 하는 특정 입자에 따른 성분의 변화를 정확히 구분해 낼 필요가 있다.

따라서, 본 발명에 따른 계측부(130)는 정확한 검출을 위한 구성들을 포함한다.

도 4를 참고하면, 계측부(130)는 버퍼(132), 증폭기(134), 곱셈기(136) 및 필터(138)를 포함한다.

버퍼(132)는 입력 임피던스가 무한에 가깝다는 특징을 이용해, 브릿지 회로에서 출력되는 출력 신호를 계측부(130)의 다른 회로의 구성요소에 영향을 받지 않고 거의 그대로의 신호를 증폭기(134)로 입력되도록 한다.

증폭기(134)는 입력 신호 간의 차이를 산출하고, 차이 값을 증폭시켜 주는 역할을 한다. 입력 신호는 용액으로부터의 다양한 노이즈를 가질 수 있어, 차이 값 증폭을 통해 노이즈를 1차적으로 제거하고 입자로부터 발생되는 비대칭적 신호 값 만을 추출해내도록 한다. 추출된 신호는 곱셈기(136)로 입력되도록 한다.

다음 곱셈기(136)는 증폭기(134)의 출력 신호를 곱셈 증폭시킨다. 구체적으로 오프셋 조정된 사인파 형태의 원 전기 신호를 이용하여 출력 신호를 상호 곱함으로써 증폭시킬 수 있다. 원신호는 출력신호와 같은 신호 주파수를 갖기 때문에 사용되며, 필요에 따라 원신호 외의 같은 주파수를 갖는 다른 신호도 사용이 가능하다.

용액 내 입자가 유로를 통과하는 동안 유로 상의 전극과 전극 사이에 위치하는 경우 입자에 의한 전극과 전극 사이의 임피던스가 순간적으로 증가할 수 있으며, 추가로 입자의 커패시터 역할로 인한 전위차가 발생할 수 있다. 이에 따라 전압 신호의 진폭과 위상에 변화가 발생될 수 있다.

따라서, 곱셈기(136)는 위상 차를 갖는 신호를 추출하기 위하여 원 전기 신호와 출력 신호를 곱함으로써 파형 신호를 증폭함과 동시에 위상 값을 상수화 시킨다. 곱셈기(136)의 출력은 주파수를 변수로 갖는 교류파와 위상차에 영향을 받는 직류 파의 합으로 산출된다. 따라서 최종적으로 입자에 의해 발생된 위상 차 만을 추출하기 위하여 필터(138)는 곱셈기(136)의 출력 신호에서 교류파를 필터링한다.

즉, 상술한 계측부(130)에서 검출된 출력 신호로부터 입자에 의해 발생된 순수한 타겟 신호를 추출하기위한 처리 과정은 도 5를 참고하여 보다 상세히 설명한다.

도 5a를 참고하면, 최초 휘트스톤 브릿지에서 출력되는 전기 신호는 용액과 입자의 전기적 특성의 차이에 따라 해석이 불가능한 형태의 복잡한 파형을 가질 수 있다.

따라서, 버퍼(132)는 출력 신호 중에서 신호의 튀는 양을 보상함으로써 해석 가능한 형태의 파형 신호로 변환한다. 변환된 신호는 도 5b와 같은 형태로 전체 신호의 양상은 사인파에 가까운 형태를 가질 수 있다.

이때, 버퍼(132)는 입력 임피던스가 무한대에 가깝다는 특징을 이용해, 서로 다른 회로를 연결하면서 계측하는 신호값에 손실이 없도록 해준다. 버퍼를 지난 신호값은 증폭기(134)를 통해 신호의 차이 값을 증폭시켜 노이즈를 1차적으로 제거한다. 신호에 포함된 입자에 의한 전기적 성분 변화는 곱셈기(136)를 이용하여 신호를 증폭 및 추출시킨다. 신호 증폭 및 추출을 위해 본 실시예에서는 입력 신호로서 전원부(110)의 오프셋 조정된 사인파 형태의 입력 신호와 출력 신호를 곱할 수 있다. 도 5c와 같은 형태의 증폭된 신호가 곱셈기(136)에서 출력될 수 있다.

버퍼를 통해 보상 후 증폭된 신호는 곱셈회로를 통과하게 되면 주파수 성분과 위상차에 해당하는 상수형태의 직류 파형이 섞이게 된다. 필터(138)는 주파수 성분의 신호를 제거함으로써 입자의 영향으로 발생된 미세한 위상차 신호를 검출한다.

즉, 주파수 성분의 신호를 제거하고 남은 신호에는 위상 차를 갖는 신호가 도 5d와 같은 형태로 남는다.

입력 신호의 주파수에 해당하는 성분이 제거된 출력 신호는 전원에서 최초 인가되는 신호와 같은 형태로 직류화 되며 따라서 계측부(130)는 보다 명확히 신호 내 입자에 따른 변화 성분을 추출할 수 있다.

이상 필터(138)에서 출력된 신호는 입자가 순간적으로 전극 상에 위치하였다가 사라짐에 따라 특정 파형을 가지게 되며 이를 통해 입자의 통과 여부를 판단한다.

이하, 본 실시예에서 입자의 통과에 따라 검출된 위상 변화된 특정 파형 신호의 생성 과정에 대하여 도 6을 참고하여 보다 상세히 설명한다.

도 6a를 먼저 참고하면, 입자가 전극을 통과하기 이전의 상태에서 브릿지 회로 내 전압 신호는 서로 평형 상태로 입력 전기 신호의 위상과 동일하다. 따라서, 필터(138)에서 출력된 신호는 직류 파형을 그대로 가지게 된다.

이어서 입자가 보다 진행하여 첫번째 전극과 두번째 전극 사이에 위치하게 되는 경우에는 해당 전극과 전극 사이에 입자가 저항 또는 커패시터로 작용함에 따른 전압 강하가 발생되며, 이에 따라 전압(V1)의 위상(θ1)이 전압(V2)의 위상(θ2)에 비해 감소되는 효과가 발생된다. 따라서, 위상의 변화에 따른 전기 신호는 필터(138)를 통해 입력 신호와 동주파수 신호가 제거된 파형의 일부 형태로 도 6b와 같이 검출될 수 있다. 또는 입력 신호와 미리 결정된 범위 내의 유사 주파수 신호를 제거함으로써 파형을 검출하는 것도 가능하다.

다음, 입자가 다시 첫번째 전극을 통과하고 두번째 전극과 세번째 전극 사이에 위치하는 경우에는 반대로 두번째 전극과 세번째 전극 사이에서 전압 강하가 발생되고, 전압(V2)의 위상(θ2)과 전압(V1)의 위상(θ1) 간에 차이가 발생된다. 이에 따라 다시 위상 차이가 발생하게 되고 V1의 위상은 V2의 위상에 비해 커지게 됨에 따른 신호가 도 6c의 형태로 검출된다.

최종 입자가 전극을 모두 통과하면 다시 기본 상태로 복귀하게 되고 도 6d와 같은 형태의 신호가 검출된다.

나아가, 입자가 세포인 경우 세포 특성상 전극과 전극사이에 위치하게 되는 경우 커패시터의 역할을 수행할 수 있으며 따라서, 입자의 크기나 특성이 커패시턴스에 영향을 줄 수 있으며 신호에 해당 특징이 반영될 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 연속적인 입자의 파형을 검출함으로써 입자 수를 카운팅함과 동시에 파형의 크기를 이용하여 입자의 크기를 산출하는 것도 가능하다.

도 7을 참조하면, 신호의 파장 길이는 입자의 통과 시간으로 산출될 수 있다. 또한 신호의 크기는 상술한 바와 같이 입자가 커패시터 역할을 수행함에 따른 전압 변화와 비례하므로 입자의 크기로 산출하는 것도 가능하다.

또한, 이상의 신호는 입자가 전극의 통과 시작 시점부터 통과 완료 시점까지 발생되므로 해당 신호의 시간적인 특성 또는 입자의 통과 속도로 변환하여 추가적인 입자의 특성을 산출하는 것도 가능하다.

예를 들어, 용액 내 입자가 세포와 같이 탄성을 가지는 경우 본래의 강성(Stiffness)에 따라 형태와 크기를 변경할 수 있으며 본래의 크기보다 작은 폭의 통로도 몸체의 직경을 줄임으로써 통과가 가능하다. 하지만 인체 내 세포가 다양한 물질과 결합되거나 또는 노화로 물리적 강성이 높아지는 경우에는 탄성이 줄어들고 보다 단단해지게 된다.

강성이 높아진 세포는 동일한 폭의 통로라도 통과하는데 더 많은 시간이 소요되며 본 실시예에 따른 입자 측정 장치는 통과 시간(파장 길이)과 강성에 영향을 미치는 요소 간의 비례관계를 이용하여 세포의 특성을 파악하고 진단 등의 생물학적 판단을 수행하는 것도 가능하다.

예를 들어 당화된 혈색소의 영향으로 강성이 높아진 혈액 내 적혈구는 동일한 폭의 통로라도 통과하는데 더 많은 시간이 소요되며 본 실시예에 따른 입자 측정 장치는 통과 시간과 당화혈색소 수치(HbA1C Level) 간의 비례관계를 이용하여 개별 적혈구의 당화정도를 판단하는 것도 가능하다.

또한, 도 7과 8을 참조하면, 유체는 미세한 전극의 패턴으로 형성되되 전극과 전극 사이의 간격(d)는 미리 산출할 수 있으므로 파형의 파장 길이(b)를 통해 전극의 통과 속도를 산출하는 것도 가능하다.

이상 본 실시예에 따른 계측부(130)는 필터(138)에서 출력된 직류 신호의 특징을 이용하여 입자 개수를 카운팅할 수 있으며 신호의 크기나 길이를 이용하여 입자 고유의 특성을 통해 입자를 구분하는 것도 가능하다.

이하, 도 9를 참조하여 본 실시예에 따른 입자 측정 방법에 대하여 설명한다.

도 9를 참고하면, 먼저 유체가 통과하는 미세 유로 상 순차 나열된 복수의 전극과 일정 전기적 상태를 이루는 브릿지 회로에 전압을 인가하기 위해 우선적으로 전기 신호를 교류 신호로 변환 후 상기 변환된 교류 신호를 증폭한다.

다음, 증폭된 전기 신호를 사인파와 같은 형태로 변형하기 위하여 미리 결정된 오프셋으로 조정한다(S200)

이상의 전처리된 입력 신호를 브릿지 회로에 인가한다(S300).

다음, 미세 유로를 통과하는 유체 내 입자로 인한 브릿지 회로의 전기적 상태의 변화를 출력되는 전기 신호로부터 계측한다(S400). 구체적으로 계측을 위해서 브릿지 회로에서 출력되는 출력 신호의 일부 중 입자와 용액의 특성 차이에 따른 튀는 신호만을 추출하여 증폭시킬 수 있다.

증폭된 출력 신호 내 특정 주파수 신호를 제거하여 최종 직류화함으로써 입자가 유로 내 나열된 전극과 전극 사이에 위치함에 따라 발생되는 미세 신호를 검출하고, 검출된 신호의 발생 횟수로 유체 내 입자를 카운팅할 수 있다.

또한. 위상 변화된 전기 신호의 크기로 상기 유체 내 입자의 크기를 산출함과 동시에 전기 신호의 진폭을 통해 통과 시간을 산출하는 것도 가능하다.

이상 본 발명에 따르면, 전기 신호의 변화를 이용하여 용액 내 미세한 입자를 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 전기 신호의 변화의 크기와 시간을 이용하여 미세 입자의 성질을 보다 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 본 발명은 간단한 회로 구성을 통해 비교적 낮은 전압으로도 효율적으로 입자의 특성을 측정할 수 있도록 한다.

입자의 당화에 따른 입자의 물리적 성질 변화를 이용하여 당화 정도 용이하게 측정할 수 있다.

또한, 각각의 개별 입자의 단단한 정도를 미세한 유로를 통과하는 시간을 통해 산출함으로써 생화학적 기법의 측정 장비와 비교하여 외부적, 인적 요인에 보다 안정적으로 당화 정도를 측정할 수 있다.

또한, 본 발명은 간단한 회로 구성을 통해 입자의 통과로 발생하는 미세한 전기적 변화를 인식하고 이를 통해 입자의 당화 정도를 측정할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 개인의 기준 값을 이용하여 측정된 입자 수치를 보정함으로써 임상적 진단에 직접적으로 활용할 수 있다.

나아가, 여기에 설명되는 다양한 실시예는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.

하드웨어적인 구현에 의하면, 여기에 설명되는 실시예는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 일부의 경우에 본 명세서에서 설명되는 실시예들이 제어 모듈 자체로 구현될 수 있다.

소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리 모듈에 저장되고, 제어 모듈에 의해 실행될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

1. 전압을 인가하는 전원부;
   유체가 통과하는 미세 유로 상 순차 나열된 복수의 전극이 형성된 칩;
   상기 칩에 형성된 복수의 전극과 일정 전기적 상태를 이루도록 브릿지 회로의 적어도 일부가 인쇄된 회로부; 및
   상기 전원부는 상기 회로부에 전압을 인가하고, 상기 미세 유로를 통과하는 유체 내 입자로 인한 상기 브릿지 회로의 출력 신호의 변화를 계측하는 계측부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용액 내 입자 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 계측부는 상기 입자가 상기 나열된 전극과 전극 사이에 위치함에 따른 상기 전기 신호의 위상 변화를 검출하고, 상기 위상 변화의 횟수로 상기 유체 내 입자를 카운팅하는 것을 특징으로 하는 용액 내 입자 측정 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 계측부는 상기 위상 변화된 전기 신호의 진폭의 크기로 상기 유체 내 입자의 크기를 산출하는 것을 특징으로 하는 용액 내 입자 측정 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 전원부에서 인가된 전기 신호를 교류 신호로 변환 후 상기 변환된 교류 신호를 증폭하고 미리 결정된 오프셋으로 조정하는 신호 변환부를 더 포함하고,
   상기 계측부는 상기 오프셋 조정된 전기 신호의 인가 후 상기 브릿지 회로에서 계측되는 출력 신호로 상기 전기적 상태의 변화를 계측하는 것을 특징으로 하는 용액 내 입자 측정 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 계측부는 상기 오프셋 조정된 원 전기 신호를 이용하여 상기 출력 신호를 증폭시키고, 증폭된 출력 신호 내 특정 주파수 신호를 제거하여 직류화하고 상기 전기적 상태의 변화에 의한 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 용액 내 입자 측정 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제거되는 주파수는 상기 원 전기 신호의 주파수와 동일 또는 유사한 주파수로 설정되는 것을 특징으로 하는 용액 내 입자 측정 장치.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 계측부는 직류화된 출력 신호의 발생 주기를 이용하여 상기 입자의 상기 유로 통과 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 용액 내 입자 측정 장치.
8. 유체가 통과하는 미세 유로 상 순차 나열된 복수의 전극과 일정 전기적 상태를 이루는 브릿지 회로에 전압을 인가하는 단계; 및
   상기 미세 유로를 통과하는 유체 내 입자로 인한 상기 브릿지 회로의 출력 신호의 변화를 계측하는 단계를 포함하는 용액 내 입자 측정 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 계측하는 단계는 상기 입자가 상기 나열된 전극과 전극 사이에 위치함에 따른 상기 전기 신호의 위상 변화를 검출하고,
   상기 위상 변화의 횟수로 상기 유체 내 입자를 카운팅하는 것을 특징으로 하는 용액 내 입자 측정 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 계측하는 단계는 상기 위상 변화된 전기 신호의 크기로 상기 유체 내 입자의 크기를 비롯한 구조적, 전기적 특성을 산출하는 것을 특징으로 하는 용액 내 입자 측정 방법.
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 전압을 인가하는 단계는,
    전기 신호를 교류 신호로 변환 후 상기 변환된 교류 신호를 증폭하는 단계;
    상기 증폭된 전기 신호를 미리 결정된 오프셋으로 조정하는 단계; 및
    상기 오프셋 조정된 전기 신호를 상기 브릿지 회로에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용액 내 입자 측정 방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 계측하는 단계는,
    상기 브릿지 회로에서 출력되는 출력 신호 간의 차이를 산출하고 차이를 증폭시키는 단계;
    상기 오프셋 조정된 원 전기 신호를 이용하여 상기 차이가 증폭된 신호를 곱셈 증폭시키는 단계; 및
    상기 곱셈 증폭된 신호 내 특정 주파수 신호를 제거하여 직류화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용액 내 입자 측정 방법.

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