KR20240010196A - 전도성 폴리머를 이용한 진단 장치 및 그것의 제조 방법 - Google Patents

전도성 폴리머를 이용한 진단 장치 및 그것의 제조 방법 Download PDF

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KR20240010196A
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Abstract

본 발명은 진단 장치 및 그것의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 장치는, 절연체로 이루어진 베이스 플레이트, 및 상기 베이스 플레이트를 관통하여 형성되고 인가된 전압에 기초하여 표면에 위치한 유체를 이동시키는 적어도 하나의 전극을 포함하고, 상기 전극은 상기 인젝션 게이트가 상기 베이스 플레이트의 공간에 전도성 폴리머(Polymer)를 주입하여 형성된 것일 수 있다.

Description

전도성 폴리머를 이용한 진단 장치 및 그것의 제조 방법{CONDUCTIVE POLYMER DIAGNOSTIC DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 일렉트로웨팅(Electrowetting)을 이용한 진단 장치 및 그것의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 전도성 폴리머를 인젝션 몰딩(Injection Molding), 3D 프린팅, 토출(Dispensing), 레이저 패터닝(Laser Patterning), 스크린 프린팅(Screen Printing) 하여 전극을 형성함으로써 생산 공정을 간소화시킨 진단 장치 및 그것의 제조 방법에 관한 것이다.
일렉트로웨팅이란 유체에 인가되는 전기장으로 인해서 유체의 표면 장력이 변하는 현상을 의미한다. 예를 들어, 일렉트로웨팅에 의해 표면 장력이 변화된 유체는 인가된 전기 신호에 따라 전위차로 인한 고체-액체 간 접촉각이 달라질 수 있다. 다른 예를 들어, 일렉트로웨팅에 의해 표면 장력이 변화된 유체는 인가된 전기 신호에 따라 전극 상에서 이동할 수도 있다.
다양한 기술 분야에서 이러한 일렉트로웨팅을 이용하기 위한 시도가 계속되고 있다. 예를 들어, 카메라 렌즈의 두께를 제어하거나 전자 종이(Electronic Paper)의 상용화를 위해 일렉트로웨팅을 이용하기 위한 시도가 계속되고 있다.
미국등록특허 제9,638,662호 (2015.11.26 공개)
본 발명의 몇몇 실시예를 통해 해결하고자 하는 기술적 과제는, 생산 공정을 간소화시킬 수 있는 구조를 가진 진단 장치 및 그것의 전극 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 몇몇 실시예를 통해 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 생산 단가를 낮출 수 있는 구조를 가진 진단 장치 및 그것의 전극 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 몇몇 실시예를 통해 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 일회용 카트리지로 이용될 수 있는 진단 장치 및 그것의 전극 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술 분야에서의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 장치는, 절연체로 이루어진 베이스 플레이트, 및 상기 베이스 플레이트를 관통하여 형성되고, 인가된 전압에 기초하여 표면에 위치한 유체를 이동시키는 적어도 하나의 전극을 포함하고, 상기 전극은 상기 인젝션 게이트가 상기 베이스 플레이트의 공간에 전도성 폴리머(Polymer)를 주입하여 형성된 것일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 전도성 폴리머는 폴리머와 메탈의 컴파운드(Compound)를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 폴리머는 Siloxane, Resin, PLA, ABS, Nylon, PETG, TPU, ASA, PEI, 또는 Epoxy를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 메탈은 금(Au), 은(Ag), 또는 구리(Cu)를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 전도성 폴리머는, 탄소, 탄소 나노튜브(CNT), 탄소 섬유(Carbon Fiber), 그라파이트(Graphite), 또는 그래핀(Graphene)을 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 베이스 플레이트는 상기 인젝션 게이트와 구별되는 다른 인젝션 게이트가 몰드(Mold)의 공간에 상기 절연체를 주입하여 형성된 것일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 베이스 플레이트는 상기 절연체를 프레스 사출하거나, 평판 드릴링하여 형성된 것일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 베이스 플레이트는 상기 폴리머를 이용한 3D 프린팅에 의해 형성된 것일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 전극의 상부 너비는 상기 전극의 중부 너비보다 제1 기준 크기만큼 큰 너비이고, 상기 전극의 하부 너비는 상기 전극의 중부 너비보다 제2 기준 크기만큼 큰 너비이고, 상기 제1 기준 크기는 상기 제2 기준 크기보다 큰 것일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 전극의 너비는 상기 전극의 상부에서 중부를 향하여 테이퍼링(tapering)되고, 상기 전극의 하부에서 중부를 향하여 테이퍼링되는 것일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 장치의 예시적인 도면이다.
도 2는 도 1을 참조하여 설명된 전극 플레이트 상부의 예시적인 도면이다.
도 3은 도 1을 참조하여 설명된 전극 플레이트 하부의 예시적인 도면이다.
도 4는 도 1을 참조하여 설명된 전극 플레이트의 예시적인 단면도이다.
도 5는 도 1을 참조하여 설명된 하우징과 전극 플레이트를 보다 구체적으로 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 6은 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된 전극의 구조를 보다 구체적으로 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 7은 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된 베이스 플레이트의 구조를 보다 구체적으로 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 8은 도 1을 참조하여 설명된 전극 플레이트 상부의 다른 예시적인 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 리저버 구조를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 10 내지 도 12는 도 9에 도시된 리저버 구조를 더욱 상세히 부연설명하기 위한 도면들이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른, 액적의 광학적 관찰이 용이한 전극 구조를 나타내는 도면이다.
도 14 내지 도 18은 도 13에 도시된 전극 구조를 더욱 상세히 부연설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른, 평행 전극 구조를 갖는 진단 장치의 예시적인 형태를 나타내는 분해 사시도이다.
도 20은 도 19에 도시된 진단 장치의 상세 구조 및 그것에 의한 일렉트로웨팅 동작을 설명하기 위한 단면도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른, 온도 조절부를 구비한 진단 장치의 예시적인 형태를 나타내는 분해 사시도이다.
도 22은 도 21에 도시된 진단 장치의 상세 구조 및 그것에 의한 온도 조절 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 23 내지 도 25는, 자기력을 이용한 세척 기능을 구비한 진단 장치 및 그것에 의한 세척 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 26은 진단 장치의 검체를 테스트한 결과를 읽어내는 신호 리더기의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 27은 도 26의 광학부의 예시적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 28 내지 도 31은 도 26의 메인보드의 구성 및 기능을 부연설명하기 위한 도면들이다.
도 32는 본 발명의 다른 일 실시예로서, 진단 장치의 새로운 적층 구조를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이하의 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 첨부된 도면에 따라 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 장치의 예시적인 도면이다. 도 1은 전극 플레이트(10), 하우징(20) 및 기판(30)이 포함된 진단 장치를 도시하고 있으나, 도 1은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예를 도시하고 있을 뿐이며 필요에 따라 일부 구성 요소가 추가되거나 삭제될 수 있다.
예를 들어, 컴퓨팅 장치로 구현된 리더기(미도시)가 진단 장치에 더 포함될 수 있으며, 이때 리더기는 하우징에 수용되는 유체를 대상 전극으로 유도하기 위한 일렉트로웨팅 신호(i.e., 전기 신호)를 생성 및 제어할 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 예시적인 진단 장치의 구성 요소들은 기능적으로 구분되는 기능 요소들을 나타낸 것으로서, 복수의 구성 요소가 실제 물리적 환경에서는 서로 통합되는 형태로 구현될 수도 있음에 유의해야 한다. 이하, 도 1에 도시된 예시적인 진단 장치의 구성 요소에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
하우징(20)은 유체를 수용할 수 있다. 이때, 하우징(20)은 유체를 수용하기 위한 유체 수용부를 포함할 수 있다. 예를 들어, PCR(Polymerase Chain Reaction)을 수행하기 위해 DNA가 포함된 시료가 하우징(20)의 유체 수용부에 수용될 수 있으나. 본 예시에 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 하우징(20)의 구조는 진단 장치가 이용되는 용도에 따라 유체 수용부 외의 구성을 더 포함할 수 있다. 즉, 하우징(20)은 유체를 수용하고, 진단 장치의 외관을 형성하는 외에 추가된 기능을 제공하도록 구성될 수 있으며, 이때 공지된 진단 장치의 모든 기술이 참조될 수 있음을 유의해야 한다.
다음으로, 전극 플레이트(10)는 하우징(20)에 수용된 유체를 대상 전극의 위치로 이동시키기 위한 일렉트로웨팅 신호를 통해 유체에 분극을 유도시킬 수 있다. 이때, 전극 플레이트(10)는 일렉트로웨팅 신호를 통전시키기 위한 전극을 적어도 하나 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 전극 플레이트(10)는 베이스 플레이트 및 베이스 플레이트를 관통하여 형성된 적어도 하나의 전극을 포함할 수 있다. 여기서, 베이스 플레이트는 절연체로 이루어질 수 있다. 본 실시예에 따르면, 일렉트로웨팅을 이용하여, 전기적으로 절연된 베이스 플레이트를 관통하여 형성된 전극을 따라 전극과 유체가 사이의 표면장력을 변화시킬 수 있다. 이러한 표면장력의 변화로 인한 전극과 유체가 이루는 접촉각의 변화를 이용하여 서로 인접한 전극 사이에서 유체가 이동할 수 있다. 전극 플레이트(10)에 형성된 전극의 구조에 관해서는 추후 명세서의 기재를 통해 구체화될 것이다.
다음으로, 기판(30)은 전극 플레이트(10)에 일렉트로웨팅 신호를 전달할 수 있다. 예를 들어, 기판(30)은 유리 기판, 실리콘 기판, PCB(Printed Circuit Board) 및 TFT(Thin Film Transistor) 중 어느 하나일 수 있다. 다만, 본 예시들에 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니고, 리더기(미도시)가 전송한 일렉트로웨팅 신호를 전극 플레이트(10)에 전달할 수 있는 구조를 가진 모든 공지된 기술이 본 발명에 적용될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 컴퓨팅 장치로 구현된 리더기(미도시)가 진단 장치에 포함될 수 있으나, 진단 장치가 일회용으로 제조되어, 다수의 진단 장치가 커넥터로 리더기에 연결되어 일회적으로 이용되는 환경이라면, 도 1과 같이 리더기를 포함하지 않는 것이 진단 장치의 제조 단가를 감소시킬 수 있다.
지금까지 도 1을 참조하여 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 진단 장치에 따르면, 하우징(20)에 수용된 유체를 대상 전극의 위치로 이동시킬 수 있다.
상술한 진단 장치를 이용하면, 동물의 혈액, 소변, 대변, 타액, 비인두 도말, 비강도, 구인두 도말, 뇌척수액, 피부 조직, 머리카락, 기타 체세포, 체내 조직 및 정액 등의 시료 샘플로부터 세포, 소포, 단백질 및 핵산 등을 자동으로 추출 및 정제할 수 있고, 유전자 증폭, 해독, 합성 및 진단할 수도 있고, 항원 항체 반응을 이용한 면역 진단을 수행할 수도 있고, 화합물을 합성 및 제조할 수도 있다. 나아가, 중금속, 인체 유해물질 및 마약을 검사할 수도 있다. 앞서 예시된 진단 장치가 이용될 수 있는 기술 분야는 예시적인 것에 불과하며, 이외에도 다양한 기술 분야에서 상술한 진단 장치가 이용될 수 있음을 유의해야 한다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 전극 플레이트(10)의 구조에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 도 2는 도 1을 참조하여 설명된 전극 플레이트(10) 상부의 예시적인 도면이고, 도 3은 도 1을 참조하여 설명된 전극 플레이트(10) 하부의 예시적인 도면이고, 도 4는 도 1을 참조하여 설명된 전극 플레이트(10)의 예시적인 단면도이다.
도 2는 전극 플레이트(10) 상부에 형성된 예시적인 전극의 상부(11) 구조를 도시하고 있다. 도 2에 도시된 전극의 상부(11)는 사각형으로 형성되어 있으나, 이는 예시적인 것일 뿐 전극의 상부(11) 구조는 얼마든지 달라질 수 있음을 유의해야 한다.
도 3은 전극 플레이트(10) 하부에 형성된 예시적인 전극의 하부(12) 구조를 도시하고 있다. 도 3에 도시된 전극의 하부(12)는 원으로 형성되어 있으나, 이는 예시적인 것일 뿐 전극의 하부(12) 구조는 얼마든지 달라질 수 있음을 유의해야 한다.
도 4는 예시적인 전극의 측부 구조를 도시하고 있다. 도 4를 참조하면 전극(13)은 베이스 플레이트를 관통하여 형성될 수 있음을 이해할 수 있다. 전극과 관련하여, 몇몇 실시예에서는, 전극은 전도성 폴리머의 인젝션 몰딩, 3D 프린팅, 스크린 프린팅(Screen Printing), 레이저패터닝(Laser Patterning), 또는 토출(dispensing) 등으로 형성된 것일 수 있다. 상기 전도성 폴리머는 전도성 플라스틱을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 포토 공정 및 메탈 증착 공정 등을 포함하는 반도체 공정과 유사한 복잡한 공정 없이도, 간소화된 공정으로 진단 장치의 전극을 제조할 수 있다.
전극과 관련하여, 다른 몇몇 실시예에서는, 전극을 구성하는 전도성 폴리머는 폴리머와 메탈의 컴파운드(Compound)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 폴리머는 Siloxane, Epoxy, Resin, ABS, PLA, TPU, HIPS 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 메탈은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 또는 그 외의 전도성 금속물질을 포함할 수 있다. 이때, 전도성 폴리머는 상기 메탈과 함께 전도성 물질인 탄소 나노튜브(CNT), 탄소 섬유(Carbon Fiber), 그라파이트(Graphite), 또는 그래핀(Graphene)중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
전극과 관련하여, 다른 몇몇 실시예에서는, 전극을 구성하는 전도성 플라스틱은 PC(Polycarbonate), PMMA(Poly Methyl Methacrylate), COP(Cyclic Olefin Polymer), COC(Cyclic Olefin Copolymer), PET(Polyethylene Terephthalate), PI(Polyimide), PE(Polyethylene), Acrylic, ABS (Acrylonitrile butadiene styrene), PVDF (Polyvinylidene fluoride), PTFE (Polytetrafluoroethylene), PS (Polystyrene), PP (Polypropylene) 및 PVC (Polyvinyl chloride)의 혼합물을 포함할 수 있다. 이때, 혼합물은 상기 폴리머들과 함께 전도성 물질인 탄소 나노튜브, 그래핀, 탄소 섬유, 금, 은, 구리 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 이외에도 전기 신호를 통전시키기 위한 공지된 모든 혼합물이 전극을 제조하기 위해 본 발명에 적용될 수 있음을 유의해야 한다.
베이스 플레이트와 관련하여, 몇몇 실시예에서는, 베이스 플레이트를 구성하는 절연체는 PC(Polycarbonate), PMMA(Poly Methyl Methacrylate), COP(Cyclic Olefin Polymer), COC(Cyclic Olefin Copolymer), PET(Polyethylene Terephthalate), PI(Polyimide), PE(Polyethylene), Acrylic, ABS (Acrylonitrile butadiene styrene), PVDF (Polyvinylidene fluoride), PTFE (Polytetrafluoroethylene), PS (Polystyrene), PP (Polypropylene) 및 PVC (Polyvinyl chloride) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 이외에도 전기 신호를 절연시키기 위한 열가소성 수지를 포함한 공지된 모든 구성이 절연체를 제조하기 위해 본 발명에 적용될 수 있음을 유의해야 한다.
전극 및 베이스 플레이트와 관련하여, 몇몇 실시예에서는, 1차로 베이스 플레이트가 먼저 만들어진 후, 2차로 인젝션 게이트(또는 노즐)를 통해 베이스 플레이트의 공간에 전도성 폴리머를 주입하여 형성될 수 있다.
이때, 일 실시예로서, 베이스 플레이트는 상기 인젝션 게이트와 구별되는 다른 인젝션 게이트가 몰드(Mold)의 공간에 절연체를 주입하여 형성된 것일 수 있다.
또는, 다른 일 실시예로서, 베이스 플레이트는 절연체를 프레스 사출하거나, 평판 드릴링하여 형성된 것일 수 있다.
또는, 또 다른 일 실시예로서, 상기 베이스 플레이트는 Siloxane, 레진(Resin), ABS, PLA, TPU, Nylon, PETG, ASA, PEI, HIPS 등 이용한 3D 프린팅에 의해 형성된 것일 수 있다.
전극 및 베이스 플레이트와 관련하여, 몇몇 실시예에서는, 전극 및 베이스 플레이트는 더블 샷 인젝션 몰딩(Double Shot Injection Molding)으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 베이스 플레이트는 제1 인젝션 게이트(또는 노즐)가 제1 몰드(Mold)의 제1 공간에 절연체를 주입하여 형성되고, 전극은 제1 인젝션 게이트와 구별되는 제2 인젝션 게이트(또는 노즐)가 제2 몰드 또는 제1 몰드의 제2 공간에 전도성 폴리머를 주입하여 형성될 수 있다. 여기서, 제1 인젝션 게이트 및 제2 인젝션 게이트는 인젝션 게이트를 두개 이상 구비한 인젝터(Injector)에 포함된 구성일 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니고 단일한 인젝션 게이트를 구비한 서로 다른 인젝터에 포함된 구성일 수도 있다. 본 실시예에 따르면, 포토 공정 및 메탈 증착 공정 등을 포함하는 반도체 공정과 유사한 복잡한 공정 없이도, 간소화된 공정으로 서로 다른 재료로 이루어진 전극 및 베이스 플레이트를 제조할 수 있다. 서로 다른 재료로 이루어진 전극 및 베이스 플레이트를 제조하기 위해, 더블 샷 인젝션 몰딩을 수행하는 공지된 모든 방법이 본 발명에 적용될 수 있다.
전극 및 베이스 플레이트와 관련하여, 다른 몇몇 실시예에서는, 전극 및 베이스 플레이트가 인서트 인젝션 몰딩(Insert Injection Molding) 또는 오버몰딩(Overmolding)으로 형성될 수도 있다. 보다 구체적으로, 제1 몰드에 절연체를 주입하여 베이스 플레이트를 형성하고, 형성된 베이스 플레이트를 제2 몰드에 삽입(insert)한 후 제2 몰드에 전도성 폴리머를 주입함으로써 전극을 형성할 수 있다. 이와 반대로, 먼저 제3 몰드에 전도성 폴리머를 주입하여 전극을 형성하고, 형성된 전극을 제4 몰드에 삽입한 후 제4 몰드에 절연체를 주입함으로써 베이스 플레이트를 형성할 수도 있다. 본 실시예에 따르면, 포토 공정 및 메탈 증착 공정 등을 포함하는 반도체 공정과 유사한 복잡한 공정 없이도, 간소화된 공정으로 서로 다른 구성으로 이루어진 전극 및 베이스 플레이트를 제조할 수 있다.
앞서 설명된, 더블 샷 인젝션 몰딩, 인서트 인젝션 몰딩, 및 오버 몰딩 외에도, 둘 이상의 서로 다른 재료로 구성된 제품을 만들기 위해 서로 다른 재료를 사출 성형하는 다양한 기법들이 본 개시의 범위에 포함될 수 있음을 유의해야 한다.
상술한 다양한 방법들에 따라 형성된 전극 플레이트(10)의 상부에, 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(20)이 결합될 수 있다. 여기서, 하우징(20)의 유체 수용부(미도시)에 수용된 유체는, 일렉트로웨팅 신호에 기초하여 전극 플레이트(10)에 형성된 전극(13)을 따라 이동할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 유체는 전극 플레이트(10)에 형성된 전극(13)의 상면과 전극의 상면과 대면하는 하우징의 저면 사이의 공간을 통해, 일렉트로웨팅 신호에 의해 가이드되는 위치 및/또는 방향으로 이동될 수 있다. 도 5는 일렉트로웨팅 신호에 기초하여 전극(13)을 따라 이동하고 있는 유체(70)의 예시적인 모습을 도시하고 있으며, 하우징(20)의 유체 수용부(미도시)에 수용된 유체의 이동에 관해서는 추후 도 8을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 이하, 도 6 및 도 7을 참조하여, 전극 플레이트(10)에 포함된 전극 및 베이스 플레이트의 구조를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 도 6은 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된 전극의 구조를 보다 구체적으로 설명하기 위한 예시적인 도면이고, 도 7은 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된 베이스 플레이트의 구조를 보다 구체적으로 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 도 6에 도시된 전극 및 도 7에 도시된 베이스플레이트 각각은 본 발명의 몇몇 실시예들을 설명하기 위한 예시 도면이므로, 본 개시의 범위가 도 6 및 도 7에 도시된 구조에 한정되지 않음을 유의해야 한다.
도 6을 참조하면, 전극 플레이트(10)에 형성된 전극의 상부 너비(14)는 전극의 중부 너비(15)보다 제1 기준 크기만큼 큰 너비이고, 전극의 하부 너비(16)는 전극의 중부 너비(15)보다 제2 기준 크기만큼 큰 너비임을 알 수 있다. 여기서, 전극의 중부는 전극의 상부와 하부 사이의 임의의 위치를 의미할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전극의 중부의 위치는 진단 장치의 용도에 따라 달라질 수 있으며, 전극의 중부 너비(15)가 전극의 상부 너비(14) 및 전극의 하부 너비(16) 보다 작게 형성된 모든 구조의 전극이 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석하여야 한다. 또한, 제1 기준 크기 및 제2 기준 크기는 진단 장치의 용도에 따라 얼마든지 달라질 수 있음을 유의해야 한다.
기준 크기와 관련하여, 몇몇 실시예에서는, 제1 기준 크기가 제2 기준 크기보다 큰 것일 수 있다. 전극 플레이트(10)의 상부는 유체와 접촉하는 부분이고 전극 플레이트(10)의 하부는 전기 신호가 전도되는 부분이므로, 전극의 상부 너비(14)가 전극의 하부 너비(16) 보다 큰 것이 바람직할 수 있다.
전극과 관련하여, 몇몇 실시예에서는, 전극의 너비는 전극의 상부에서 중부를 향하여 테이퍼링(tapering)되고, 전극의 하부에서 중부를 향하여 테이퍼링되는 것일 수 있다. 본 실시예에 따르면, 서로 다른 구성으로 이루어진 전극 및 베이스 플레이트의 접착력이 높아짐으로써, 제조되는 전극 플레이트(10)의 수율을 높이고 불량률을 낮출 수 있다.
전극과 관련하여, 다른 몇몇 실시예에서는, 전극의 상부 너비가 전극의 중부 너비보다 크거나 같고, 전극의 중부 너비가 전극의 하부 너비보다 크거나 같도록 형성될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 전극은, 상부에서 하부를 향하여 테이퍼링된 형상으로 형성될 수 있다.
지금까지 도 6을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전극의 구조를 설명하였다. 다만, 도 6에 도시된 것과 달리, 전극의 상부 너비(14), 중부 너비(15) 및 하부 너비(16) 각각은 얼마든지 달라질 수 있음을 유의해야 한다.
도 7은 전극 플레이트(10)에 형성된 두개 이상의 전극으로부터 형성된 예시적인 전극 간격을 도시하고 있다. 여기서, 전극 간격은 절연체로 이루어진 베이스 플레이트 부분일 수 있다.
전극 간격과 관련하여, 몇몇 실시예에서는, 전극 간격의 상부 너비(17)가 전극 간격의 하부 너비(18)보다 작은 것일 수 있다. 여기서, 전극 간격의 베이스 플레이트는 전극 간격의 하부(40)로 인젝션 게이트를 위치시켜 절연체를 주입하여 형성된 것일 수 있다. 전극 간격의 하부 너비(18)를 전극 간격의 상부 너비(17)보다 크게 형성함으로써, 베이스 플레이트를 구성하는 절연체의 주입 시 발생하는 압력을 줄일 수 있다. 절연체의 주입 시 발생하는 압력을 줄임에 따라, 제조되는 전극 플레이트(10)의 수율을 높이고 불량률을 낮출 수도 있다.
전극 간격과 관련하여, 다른 몇몇 실시예에서는, 전극 간격의 너비가 전극 간격의 중부에서 상부를 향하여 테이퍼링되고, 전극 간격의 중부에서 하부를 향하여 테이퍼링되는 것일 수 있다. 본 실시예에 따르면, 서로 다른 구성으로 이루어진 전극 및 베이스 플레이트의 접착력이 높아짐으로써, 제조되는 전극 플레이트(10)의 수율을 높이고 불량률을 낮출 수 있다.
이하, 도 8을 참조하여, 전극 플레이트(10)에 포함될 수 있는 리저버(Reservoir, 19) 및 전극(50a, 50b)을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 도 8은 도 1을 참조하여 설명된 전극 플레이트 상부의 다른 예시적인 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 전극 플레이트(10)는 하우징(20)에 수용된 유체를 디스펜스(dispense)하는 리저버(19)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 하우징(20)에 수용된 유체가 1차적으로 리저버(19)로 유입될 수 있다. 또한, 본 개시의 리저버(19)는 인접 전극에 유체를 디스펜스하는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 하우징(20)을 거치지 않고 외부로부터 리저버(19)에 유체가 직접 유입되는 구조 또한 본 개시의 범위에서 배제되지 않음을 유의해야 한다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 리저버(19)에 인접하여 형성된 인접 전극(50a)의 상부 너비는 다른 전극(50b)의 상부 너비보다 큰 것일 수 있다. 인접 전극(50a)은 다른 전극(50b)과 비교할 때 리저버(19)에 인접해 위치하고 있으므로, 일렉트로웨팅 신호에 기초하여 대상 전극으로 이동될 유체가 필수적으로 이동하는 경로에 위치할 수 있다. 따라서, 인접 전극(50a)이 다른 전극(50b)에 비해 많은 양의 유체를 수용하거나 많은 양의 유체에 전압을 가하여 일렉트로웨팅을 유도하기 위해서, 인접 전극(50a)의 크기가 다른 전극(50b)의 크기보다 상대적으로 크게 형성될 수 있다.
인접 전극과 관련하여, 몇몇 실시예에서는, 인접 전극(50a)의 개수는 리저버(19)의 크기에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 리저버(19)의 크기가 클수록 인접 전극(50a)의 개수를 증가시킬 수 있으며, 리저버(19)의 크기가 작을수록 인접 전극(50a)의 개수를 감소시킬 수 있다. 도 8에 도시된 인접 전극(50a)의 개수는 5개이지만, 이는 예시적인 것일 뿐 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아님을 유의해야 한다.
지금까지 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 진단 장치에 대하여 설명하였다. 본 실시예에 따르면, 메탈 전극이 증착 형성된 종래의 진단 장치와 달리 간단한 공정만으로 진단 장치를 제조할 수 있다. 본 실시예에 따라 진단 장치의 제조 공정이 간단해짐으로써, 진단 장치의 제조 단가가 감소될 수 있으며, 일회용 카트리지(또는 일회용 키트)로 이용하기에 적합한 제조 단가로 진단 장치의 제조 단가가 감소될 수도 있다.
또한 본 실시예에 따르면, 포토 공정, 메탈 증착 공정, 에칭 공정 등을 포함하는 종래의 진단 장치 제조 공정에 비해 매우 간단한 사출 성형 공정을 통해, 수율을 높이고 불량률을 낮출 수 있는 구조를 가진 진단 장치를 제공할 수 있다.
나아가 본 실시예에 따르면, 일렉트로웨팅 신호에 기초하여, 하우징에 수용된 액체가 리저버 및 전극을 따라, 보다 원활하게 이동할 수 있는 구조를 가진 진단 장치를 제공할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 진단 장치의 사출 생산성을 높이고 불량률을 더욱 낮추기 위한 리저버 구조를 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 리저버 구조를 예시적으로 나타내는 도면이다. 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 리저버(100)는 각각에 전극이 형성되는 복수의 영역(111, 112, 113, 114, 115), 및 상기 복수의 영역(111, 112, 113, 114, 115) 사이에 위치하여 각 영역을 구분하는 복수의 벽(121, 122, 123, 124)을 포함한다.
본 실시예에 따른 리저버(100)는 도 8에 도시된 리저버(19)와 달리, 각 벽(121, 122, 123, 124)에 적어도 하나의 확장부(131, 132, 133)가 형성된다.
이에 대해, 도 10 내지 도 12를 참조하여 더욱 상세히 부연설명한다.
도 10은 도 9에 도시된 리저버(100)의 일부분을 발췌한 도면이다.
도 10에서, 리저버(100)는 제1 영역(111), 제1 영역(111)에 인접한 제2 영역(112), 및 제1 영역(111)과 제2 영역(112) 사이의 제1 벽(121)을 포함한다.
일 실시예로서, 제1 영역(111) 및 제2 영역(112)에는 인젝션 몰딩에 의해 전도성 폴리머가 주입되어 전극이 형성될 수 있다.
그리고, 제1 벽(121)은 제1 벽(121)의 길이 방향(A)을 따라 형성되고 주변부(141, 142, 143, 144)보다 폭이 증가된 적어도 하나의 확장부(131, 132, 133)를 갖는다.
여기서 주변부(141, 142, 143, 144)는 제1 벽(121)의 일부분으로서, 확장부(131, 132, 133)와 인접한 위치에 형성된 부분을 의미한다.
이처럼, 제1 벽(121)에 주변부(141, 142, 143, 144)의 폭(w2)보다 증가된 폭(w1)을 갖는 확장부(131, 132, 133)를 형성하면, 제1 영역(111) 또는 제2 영역(112)에 전극을 형성할 때 인젝션 몰딩에 의한 주입 압력을 제1 벽이(121)이 더욱 잘 견딜 수 있게 된다.
가령, 도 8에 도시된 리저버(19) 구조에서는 전극 형성을 위해 전도성 폴리머를 주입할 때, 그 주입 압력을 견디지 못하고 각 영역 사이의 벽이 휘어지는 현상이 빈번히 발생하게 된다.
그에 반해, 본 실시예의 리저버(100)는, 제1 벽(121)을 따라 형성된 확장부(131, 132, 133)가 증가된 폭(w1)을 가지고 전도성 폴리머 주입 시의 주입 압력에 더욱 강하게 저항하므로 제1 벽(121)의 휘어짐 현상을 최소화하게 된다.
한편, 본 실시예의 리저버(100) 구조에 따르면, 제1 벽(121)의 휘어짐을 방지하여 제품의 불량률을 낮추는 것 외에도, 제품의 생산성을 높이는 데에도 기여할 수 있다.
가령, 도 8의 리저버(19) 구조에서는 벽의 휘어짐을 방지하기 위해, 베이스 플레이트의 사출 단계에서부터 리저버 부분을 더욱 정밀하게 사출해야 하였고, 그로 인해 전체적인 제품 생산성이 낮아지는 문제가 있었다. 그러나, 본 실시예의 리저버(100) 구조에서는, 확장부(131, 132, 133)에 의해 벽의 휘어짐 현상이 완화되므로, 기존과 같이 베이스 플레이트의 사출 단계에서 리저버 부분을 정밀하게 사출해야 하는 부담이 없어진다. 그에 따라, 전체적인 제품 생산성도 향상될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 확장부(131, 132, 133)는 횡단면의 형상이 원형인 원기둥의 형상일 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 확장부(131, 132, 133)는 횡단면의 형상이 타원형, 또는 다각형인 기둥의 형상 또는 직선 및 곡선으로 이루어진 닫힌 도형일 수도 있다. 여기서, 횡단면은 제1 벽(121)의 길이 방향(A)을 따라 확장부(131, 132, 133)를 절단한 단면을 의미한다.
일 실시예로서, 적어도 하나의 확장부(131, 132, 133)는 제1 벽(121)을 따라 미리 결정된 거리만큼 서로 떨어져 형성될 수 있다. 이에 대한 부연설명을 위해 도 11을 참조한다.
도 11에서, 적어도 하나의 확장부(131, 132, 133)는 미리 결정된 거리(d)만큼 서로 떨어진 위치에 각각 형성된다. 즉, 적어도 하나의 확장부(131, 132, 133) 중 제1 확장부(131)가 형성된 위치에서 거리 d만큼 떨어진 위치에 제2 확장부(132)가 형성되고, 다시 제2 확장부(132)가 형성된 위치에서 거리 d만큼 떨어진 위치에 제3 확장부(133)가 형성될 수 있다.
이는 각 영역(111, 112)에 전도성 폴리머를 주입할 때, 각 확장부(131, 132, 133)가 주입 압력을 서로 균등히 분담하고 제1 벽(121)을 효과적으로 지지하도록 하기 위함이다.
예를 들어, 적어도 하나의 확장부(131, 132, 133)가 제1 벽(121)의 왼쪽에 쏠려 형성된다고 가정하자. 이때, 전도성 폴리머가 주입되면, 가장 오른쪽에 위치한 제3 확장부(133)에 상대적으로 많은 주입 압력이 가해지게 되고, 제3 확장부(133)가 과도한 주입 압력을 견디지 못하고 휘어지거나 파손될 수 있다. 또한, 이러한 경우, 제1 벽(121)의 오른쪽 부분은 확장부(131, 132, 133)로부터 상대적으로 멀리 떨어지게 되어 확장부(131, 132, 133)에 의해 지지되지 못하고, 주입 압력에 의해 쉽게 휘어질 수 있다.
따라서, 적어도 하나의 확장부(131, 132, 133)는 도 11에 도시된 것처럼, 미리 결정된 거리(d)만큼 등간격으로 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 일 실시예로서, 리저버(100)의 각 벽에 형성된 확장부들은 서로 대칭적인 위치에 형성될 수 있다. 이에 대해 도 12를 참조하여 부연설명한다.
도 12를 참조하면, 제1 영역(111), 제2 영역(112), 및 제3 영역(113)이 포함된 리저버(100)의 일부분이 발췌되어 도시된다. 각 영역(111, 112, 113)의 사이에는 적어도 하나의 확장부가 형성된 제1 벽(121) 및 제2 벽(122)이 형성된다.
앞서의 실시예들에서 설명한 바와 같이, 제1 벽(121)은 제1 영역(111)과 제2 영역(112) 사이에 위치하여 영역들(111, 112)을 서로 구분한다. 그리고, 제1 벽(121)에는 제1 벽(121)의 길이 방향을 따라 일정 간격만큼 떨어진 적어도 하나의 확장부(131, 132, 133)가 형성된다.
유사하게, 제2 벽(122)은 제2 영역(112)과 제3 영역(113) 사이에 위치하여 영역들(112, 113)을 서로 구분한다. 그리고, 제2 벽(122)에도 제2 벽(122)의 길이 방향(A)을 따라 일정 간격만큼 떨어진 적어도 하나의 다른 확장부(141, 142, 143)가 형성된다.
이때, 상기 적어도 하나의 다른 확장부(141, 142, 143)는 상기 적어도 하나의 확장부(131, 132, 133)와 대칭적(symmetric) 위치에 형성될 수 있다. 여기서 대칭적의 의미는, 제2 영역(112)의 중심선(B)을 기준으로 서로 마주보는 위치에 적어도 하나의 확장부(131, 132, 133)와 적어도 하나의 다른 확장부(141, 142, 143)가 각각 형성되는 것을 의미한다.
이는 리저버(100)의 각 영역(111, 112, 113)에 전도성 폴리머가 동시 주입될 때, 각 벽(121, 122)의 구조적 안정성을 높이는 역할을 할 수 있다. 가령, 적어도 하나의 확장부(131, 132, 133)와 적어도 하나의 다른 확장부(141, 142, 143)가 서로 대칭적이지 않은 위치에 형성되면, 제2 영역(112) 내에서 유체역학적으로 난류가 더 잘 발생하여 제1 벽(121) 또는 제2 벽(122)에 더 강한 국소 압력이 가해질 수 있다.
따라서, 벽(121, 122)의 각 부분에 가해지는 압력을 최대한 균등하게 분산하기 위해, 적어도 하나의 확장부(131, 132, 133)와 적어도 하나의 다른 확장부(141, 142, 143)를 서로 대칭적인 위치에 형성하는 것이 바람직하다.
이상의 실시예들을 통해 설명한, 본 발명에 따른 리저버 구조에 의하면 전도성 폴리머의 인젝션 몰딩 시 각 벽의 휘어짐 현상을 최소화함으로써, 사출 생산성을 향상시키고 제품 불량률을 줄일 수 있게 된다. 그에 따라, 생산 공정이 간소화되고 생산 단가도 크게 낮출 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 진단 장치에 있어, 액적(droplet)의 광학적 관찰이 더욱 용이해지는 전극 구조를 설명한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른, 액적의 광학적 관찰이 용이한 전극 구조를 나타내는 도면이다. 도 13의 (a)는 통상의 전극 구조를 도시하고, 도 13의 (b)는 본 실시예에 따른 전극 구조를 도시한다.
도 13의 (a)를 참조하면, 통상의 전극 구조는 전극(11) 전체를 불투명 전도체, 예를 들어 전도성 폴리머가 채우고 있다. 따라서, 전극(11) 위에 위치한 액적이 불투명 전도체에 의해 가려져, 액적에 대한 광학적 관찰이 어려운 문제가 있다.
한편, 도 13의 (b)를 참조하면, 본 실시예에 따른 전극 구조는 전극(210)의 내부에 불투명 전도체가 채워지지 않은 홀(hole, 211)이 형성된다. 따라서, 전극(210) 위에 위치한 액적을 홀(211)을 통해 직접 관찰할 수 있어, 액적 및 액적에서 방출되는 빛에 대한 광학적 관찰이 용이해진다.
도 14 내지 도 18은 도 13에 도시된 전극 구조를 더욱 상세히 부연설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 13의 전극(210) 구조를 더욱 상세히 확대한 도면이다. 도 14를 참조하면, 전극(210)은 전극(210)의 중심에 위치한 홀(211) 및 주변부(212)를 포함한다.
앞서 설명한 것처럼, 홀(211)은 전극(210) 내부에 형성된, 불투명 전도체가 채워지지 않은 구성이다.
일 실시예로서, 홀(211)의 내부는 비어있거나 투명 전도체 또는 절연물질로 채워질 수 있다.
일 실시예로서, 홀(211)은 도 13에 도시된 것처럼 전극(210)의 중심에 위치할 수 있다.
주변부(212)는 전극(210) 중 홀(211)을 둘러싸고 있는 부분으로서 불투명 전도체가 채워진 부분이다. 일 실시예로서, 상기 불투명 전도체는 전도성 폴리머일 수 있다.
도 14에 도시된 전극(210)의 구조에 따르면, 전극(210)위에 위치한 액적은 주변부(212)에 인가되는 전위, 또는 전기 신호에 의해 특정 방향으로 유도될 수 있고, 액적 및 액적이 방출하는 빛은 전극(210)의 홀(211)을 통해 광학적으로 관찰할 수 있다. 따라서, 일렉트로웨팅에 의한 액적의 유도를 문제없이 수행하면서 액적의 광학적 관찰이 가능한 전극 구조가 가능하게 된다.
한편, 본 실시예에서 홀(211)은 원형인 것으로 예시되었으나, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 홀(211)은 원형 외에도 타원형, 또는 다각형 형상일 수도 있다.
일 실시예로서, 홀(211)의 크기는 전극(210)의 크기가 클수록 커질 수 있다. 이에 대한 부연설명을 위해 도 15를 참조한다.
도 15는 서로 크기가 상이한 복수의 전극(220, 230)이 도시된다. 본 발명에 따른 진단 장치는 서로 상이한 크기의 전극을 동시에 포함할 수 있다. 가령, 도 8의 예를 참조하면, 리저버(19) 근처에 위치한 전극(50a)은 다른 전극(50b)보다 더 큰 크기를 가질 수 있다.
이처럼, 하나의 진단 장치에 크기가 다른 전극이 있을 때, 크기가 더 큰 전극(220)에 형성된 홀(P)은 크기가 더 작은 전극(230)에 형성된 홀(Q)보다 더 큰 크기를 가질 수 있다.
홀의 크기가 클수록, 액적을 관찰할 수 있는 면적이 넓어 광학적 관찰에는 더 용이하지만, 그만큼 전도체가 채워진 주변부 면적은 줄어들게 되므로 액적을 유도하는 힘은 작아질 수 있다. 따라서, 액적을 유도하기 위한 최소한의 힘을 확보하기 위해, 작은 전극(230)에서는 홀(Q)의 크기가 일정 미만으로 제한되어야 한다. 반면에, 큰 전극(220)에서는 홀(P)의 크기를 크게 하여도 주변부의 면적이 일정 이상 확보될 수 있으므로, 작은 전극(230)에 비해 더 큰 크기의 홀을 가지는 것이 가능하다.
일 실시예로서, 홀의 크기와 전극의 크기의 비(ratio)는 미리 결정된 범위 이내로 제한될 수 있다. 이에 대한 부연설명을 위해 도 16을 참조한다.
앞서 도 16의 설명에서와 같이, 홀(241)의 크기를 크게 하면 액적의 광학적 관찰은 더 용이하지만, 그만큼 주변부(242)의 면적이 줄어들어 액적을 유도하는 힘은 작아질 수 있다. 따라서, 전극(240)의 크기에 대한 홀(241)의 비를 적정 범위로 조정함으로써, 액적에 대한 광학적 관찰과 일렉트로웨팅에 의한 액적의 유도를 모두 달성할 수 있다.
일 실시예로서, 홀의 크기와 전극의 크기의 비는 폭의 비일 수 있다. 도 16의 예에서, 전극(240)은 폭 wd1인 정사각형이고, 홀(241)은 폭 wd2인 원이다. 이 경우, 홀의 크기와 전극의 크기의 비 R은 wd2/wd1 이 될 수 있다.
다른 일 실시예로서, 홀의 크기와 전극의 크기의 비는 면적의 비일 수 있다. 다시 도 16의 예를 참조하면, 전극(240)의 면적은 wd1^2 이고, 홀(241)의 면적은 π*(wd2/2)^2 이다. 이 경우, 홀의 크기와 전극의 크기의 비 R은 π*(wd2/2)^2/wd1^2 이 될 수 있다.
일 실시예로서, 상기 홀의 크기와 전극의 크기의 비 R은 1/2 미만의 값으로 그 범위가 제한될 수 있다. 홀의 크기가 전극의 크기의 1/2을 초과하면 일렉트로웨팅에 의한 액적의 유도 기능이 과도하게 약해질 수 있기 때문이다.
한편, 전극의 크기가 동일하더라도, 액적의 광학적 관찰이 중요한 관심 전극에서는 홀의 크기가 더 커질 수 있다. 이에 대한 부연설명을 위해 도 17을 참조한다.
도 17을 참조하면, 서로 크기가 동일한 복수의 전극(251, 252, 253, 254, 255, 256)이 도시된다. 그 중, 제1 전극(251)과 제6 전극(256)이 액적의 광학적 관찰이 중요한 관심 전극이라고 가정하자. 예를 들어, 제1 반응이 일어난 액적이 제1 전극(251)으로 유도되고, 해당 액적이 제2 전극 내지 제5 전극(252, 253, 254, 255)를 거치며 제2 반응을 하여 제6 전극(256) 상에서 반응 결과를 빛으로 방출한다고 가정하자.
이 경우, 액적의 제1 반응 결과를 관찰할 수 있는 제1 전극(251)과 제2 반응 결과를 관찰할 수 있는 제6 전극(256)에서는 광학적 관찰을 용이하게 하기 위해 홀의 크기를 상대적으로 크게 하는 것이 바람직할 수 있다. 반면에, 액적의 광학적 관찰이 크게 중요하지 않은 제2 전극 내지 제5 전극(252, 253, 254, 255)에서는 일렉트로웨팅에 의한 액적의 유도를 더욱 용이하게 하기 위해 홀의 크기를 줄이고 주변부의 면적을 넓히는 것이 바람직할 수 있다.
따라서, 전극의 크기가 동일한 경우라도, 액적의 광학적 관찰이 중요한 관심 전극에서는 홀의 크기를 상대적으로 더 크게 형성할 수 있다.
한편, 전극의 홀이 투명한 절연체로 이루어지는 경우, 홀은 베이스 플레이트에 일체화된 형태로 만들어질 수 있다. 이에 대한 부연설명을 위해 도 18을 참조하면,
도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 플레이트 및 홀의 예시적인 형태(260)가 도시된다.
홀(261)은 투명한 절연체로 구성되고, 홀(261)은 하부(261b)가 연결부(263)를 통해 베이스 플레이트(262)에 연결된다. 홀(261)의 상부(261a)는 베이스 플레이트(262)와 일정 간격을 두고 이격, 분리된 상태이다. 홀(261)과 베이스 플레이트(262) 사이에는 전도성 폴리머가 채워져 전극의 주변부를 구성하게 된다.
일 실시예로서, 홀(261)은 인젝션 몰딩 방식에 의해 베이스 플레이트(262)와 함께 만들어질 수 있다. 가령, 홀(261) 및 베이스 플레이트(262)에 상응하는 공간이 형성된 몰드에 인젝션 게이트를 통해 투명한 절연체를 주입함으로써, 홀(261) 및 베이스 플레이트(262)가 한번에 만들어질 수 있다. 이에 따르면, 하나의 공정으로 홀 및 베이스 플레이트가 형성되므로, 전체 공정이 간소화되고 장치의 제작 비용이 감소하게 된다.
이상의 실시예들을 통해 설명한, 본 발명에 따른 전극 구조에 의하면, 전극 내부에 형성된 홀을 통해 액적 및 액적에서 방출되는 빛을 광학적으로 관찰할 수 있게 된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 진단 장치에 있어, 서로 평행인 복수의 전극을 구비하여 일렉트로웨팅의 구동력(Electrowetting force)을 향상시킨 실시예를 설명한다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른, 평행 전극 구조를 갖는 진단 장치의 예시적인 형태를 나타내는 분해 사시도이다.
도 19의 실시예도 도 1의 실시예와 유사하게 전극 플레이트(10), 하우징(20) 및 기판(30)을 포함한다. 다만, 도 19의 실시예는 전극 플레이트(10)와 하우징(20) 사이에 다른 전극 층(310) 및 다른 기판(320)을 포함한다.
하우징(20)은 유체를 수용할 수 있다. 이때, 하우징(20)은 유체를 수용하기 위한 유체 수용부를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 하우징(20)의 구성 및 기능은 앞서 도 1 내지 도 8에서 설명된 하우징(20)의 구성 및 기능과 실질적으로 동일하므로, 설명의 중복을 피하기 위해 여기서는 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.
전극 플레이트(10)는 하우징(20)에 수용된 유체를 대상 전극의 위치로 이동시키기 위한 일렉트로웨팅 신호를 통해 유체에 분극을 유도시킬 수 있다. 이때, 전극 플레이트(10)는 일렉트로웨팅 신호를 통전시키기 위한 전극을 적어도 하나 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 전극 플레이트(10)의 구성 및 기능은 앞서 도 1 내지 도 8에서 설명된 전극 플레이트(10)의 구성 및 기능과 실질적으로 동일하므로, 설명의 중복을 피하기 위해 여기서는 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.
기판(30)은 전극 플레이트(10)에 일렉트로웨팅 신호를 전달할 수 있다. 예를 들어, 기판(30)은 유리 기판, 실리콘 기판, PCB(Printed Circuit Board) 및 TFT(Thin Film Transistor) 중 어느 하나일 수 있다. 본 실시예에 따른 기판(30)의 구성 및 기능은 앞서 도 1 내지 도 8에서 설명된 기판(30)의 구성 및 기능과 실질적으로 동일하므로, 설명의 중복을 피하기 위해 여기서는 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.
다른 전극 층(310)은 전극 플레이트(10)와 이격된 상태로, 전극 플레이트(10)와 마주보는 위치에 배치된다. 다른 전극 층(310)과 전극 플레이트(10) 사이에는 유체가 위치한다. 전극 플레이트(10)가 내부에 형성된 전극 어레이(electrode array)를 통해 유체에 일렉트로웨팅 신호를 인가할 때, 다른 전극 층(310)은 유체에 미리 결정된 기준 전위를 인가한다.
이에 의하면, 앞서 도 1 내지 도 9의 실시예에서 하부의 전극 플레이트(10)만으로 유체를 유도할 때 보다, 유체 내 분극이 더욱 잘 발생하여 일렉트로웨팅 구동력이 향상되고, 그에 따라 유체가 의도한 방향으로 더욱 잘 유도될 수 있다.
일 실시예로서, 상기 미리 결정된 기준 전위는 접지, 즉 0V 일 수 있다.
다른 기판(320)은 다른 전극 층(310)의 상부에 위치하여, 다른 전극 층(310)에 미리 결정된 기준 전위를 인가하기 위한 전기적 경로를 제공한다.
다른 기판(320)은 예를 들어, 유리 기판, 실리콘 기판, PCB(Printed Circuit Board) 및 TFT(Thin Film Transistor) 중 어느 하나일 수 있다. 다만, 본 예시들에 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니고, 기준 전위를 다른 전극 층(310)에 전달할 수 있는 구조를 가진 모든 공지된 기술이 본 발명에 적용될 수 있다.
한편, 다른 전극 층(310)은 다양한 형태로 형성될 수 있다.
일 실시예로서, 다른 전극 층(310)은 다른 기판(320)에 전도성 폴리머, ITO(Indium Tin Oxide), 또는 메탈을 코팅(coating), 증착, 부착, 또는 접착시킨 형태로 형성될 수 있다.
다른 일 실시예로서, 다른 전극 층(310)은 전극 플레이트(10) 내에 전극을 형성한 방식과 동일하게, 별도의 베이스 플레이트가 구비되고 베이스 플레이트 상에 또는 그 내부에 형성되거나, 베이스 플레이트의 내부를 다른 전극 층(310)이 관통하는 형태로 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 별도의 베이스 플레이트는 인젝션 게이트가 몰드의 일부 공간에 절연체를 주입하여 형성되고, 상기 다른 전극 층(310)은 상기 인젝션 게이트와 구별되는 다른 인젝션 게이트가 상기 몰드의 다른 공간에 전도성 폴리머를 주입하여 형성된 것일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 절연체는 PC(Polycarbonate), PMMA(Poly Methyl Methacrylate), COP(Cyclic Olefin Polymer), COC(Cyclic Olefin Copolymer), PET(Polyethylene Terephthalate), PI(Polyimide), PE(Polyethylene), Acrylic, ABS(Acrylonitrile butadiene styrene), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PTFE(Polytetrafluoroethylene), PS(Polystyrene), PP(Polypropylene) 및 PVC(Polyvinyl chloride) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이외에도 전기 신호를 절연시키기 위한 열가소성 수지를 포함한 공지된 모든 구성이 절연체를 제조하기 위해 본 발명에 적용될 수 있다.
일 실시예로서, 상기 전도성 폴리머는 폴리머와 전도성 물질의 혼합물을 포함할 수 있다. 이때, 혼합물은 상기 폴리머와 함께 전도성 물질인 탄소 나노튜브, 그래핀, 탄소 섬유 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 이외에도 전기 신호를 통전시키기 위한 공지된 모든 혼합물이 전극을 제조하기 위해 본 발명에 적용될 수 있다.
도 20에서는 도 19에 도시된 진단 장치의 단면 구조 및 그것에 의한 일렉트로웨팅 동작을 설명한다. 도 20의 설명에서는, 설명의 편리함을 위해 전극 플레이트(10) 내에 형성된 전극 어레이를 제1 전극, 기판(30)을 하부 기판, 전극 플레이트(10)와 하우징(20) 사이의 다른 전극 층(310) 및 다른 기판(320)을 각각 제2 전극, 상부 기판으로 지칭하기로 한다. 이하 도면을 참조하여 설명한다.
도 20은 도 19의 적층 구조를 갖는 진단 장치의 단면도이다.
도 20을 참조하면, 하부 기판(30), 내부에 제1 전극(13)이 형성된 전극 플레이트(10), 제2 전극(310), 상부 기판((320), 및 하우징(20)이 적층된 진단 장치의 구조가 도시된다.
제 1 전극(13)과 제2 전극(310) 사이에는 제1 전극(13)과 제2 전극(310) 간 간격을 유지하기 위한 스페이서(330)가 배치되어, 그로 인해 유체(70)가 이동할 수 있는 공간(A)이 만들어진다.
일 실시예로서, 유체(70)와 제1 전극(13) 사이에, 또는 유체(70)와 제2 전극(310) 사이에 유전체 층(미도시)이 추가로 적층될 수도 있고, 제1 전극(13) 또는 제2 전극(310) 표면에 소수성 코팅(hydrophobic coating) 처리가 될 수도 있다.
도 20의 진단 장치에서, 유체(70)를 특정 방향으로 유도하기 위해, 제1 전극(13)에는 유체(70)를 상기 특정 방향으로 이동시키기 위한 일렉트로웨팅 신호가 인가되고, 제2 전극(310)에는 기준 전위가 인가된다. 이에 의해, 유체(70) 내부에 전기장에 의한 분극이 발생하고, 그에 따라 표면 장력 및 모양이 변화하여 유체(70)을 원하는 방향으로 이동시킬 수 있게 된다.
이때, 도 20의 진단 장치는 기준 전위가 인가되는 제2 전극(310)을 구비하고 있어, 도 1 내지 도 8의 진단 장치보다 더 강한 전기장을 형성하므로 유체(70)를 이동시키기 위한 일렉트로웨팅 구동력 역시 더 강해지게 된다.
이상의 실시예들을 통해 설명한, 진단장치의 구조에 의하면, 일렉트로웨팅 신호가 인가되는 하부 전극과 기준 전위를 갖는 상부 전극에 의해, 일렉트로웨팅 구동력이 향상되므로 유체의 유도가 더욱 손쉽게 이루어질 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 진단 장치에 있어, 국소 영역에 대한 온도 조절 기능 및 유체 내 세척 기능을 구비한 실시예를 설명한다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른, 온도 조절부를 갖는 진단 장치의 예시적인 형태를 나타내는 분해 사시도이다.
도 21의 실시예도 도 1의 실시예와 유사하게 전극 플레이트(10), 하우징(20) 및 기판(30)을 포함한다. 다만, 도 21의 실시예는 전극 플레이트(10)와 하우징(20) 사이에 다른 기판(1110)을 더 포함한다.
하우징(20)은 유체를 수용할 수 있다. 이때, 하우징(20)은 유체를 수용하기 위한 유체 수용부를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 하우징(20)의 구성 및 기능은 앞서 도 1 내지 도 8에서 설명된 하우징(20)의 구성 및 기능과 실질적으로 동일하므로, 설명의 중복을 피하기 위해 여기서는 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.
전극 플레이트(10)는 하우징(20)에 수용된 유체를 대상 전극의 위치로 이동시키기 위한 일렉트로웨팅 신호를 통해 유체에 분극을 유도시킬 수 있다. 이때, 전극 플레이트(10)는 일렉트로웨팅 신호를 통전시키기 위한 전극을 적어도 하나 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 전극 플레이트(10)의 구성 및 기능은 앞서 도 1 내지 도 8에서 설명된 전극 플레이트(10)의 구성 및 기능과 실질적으로 동일하므로, 설명의 중복을 피하기 위해 여기서는 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.
기판(30)은 전극 플레이트(10)에 일렉트로웨팅 신호를 전달할 수 있다. 예를 들어, 기판(30)은 유리 기판, 실리콘 기판, PCB(Printed Circuit Board) 및 TFT(Thin Film Transistor) 중 어느 하나일 수 있다. 본 실시예에 따른 기판(30)의 구성 및 기능은 앞서 도 1 내지 도 8에서 설명된 기판(30)의 구성 및 기능과 실질적으로 동일하므로, 설명의 중복을 피하기 위해 여기서는 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.
다른 기판(1110)은 전극 플레이트(10)의 상부에 위치하여, 하나 이상의 온도 조절부(1111)를 구비한다. 온도 조절부(1111)는 전극 플레이트(10)의 일부 영역을 국소 가열하기 위한 히터(Heater)일 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 온도 조절부(1111)는 전극 플레이트(10)의 일부 영역을 국소 냉각하기 위한 쿨러(Cooler)일 수도 있다.
일 실시예로서, 온도 조절부(1111)가 히터인 경우, 온도 조절부(1111)는 전류가 흐를 때 열을 발생시키는 하나 이상의 저항기(Resistor)를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 온도 조절부가 히터인 경우, 온도 조절부는 자기유도 방식의 발열장치를 포함할 수 있다.
일 실시예로서, 다른 기판(1110)은 유리 기판, 실리콘 기판, PCB(Printed Circuit Board) 및 TFT(Thin Film Transistor) 중 어느 하나일 수 있다. 다만, 본 예시들에 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니고, 온도 조절부(1111)가 임베디드 될 수 있는 구조를 가진 모든 공지된 기술이 본 발명에 적용될 수 있다.
도 22는 도 21에 도시된 진단 장치의 상세 구조 및 그것에 의한 온도 조절 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 22에서는 도 21에 도시된 진단 장치의 단면 구조 및 그것에 의한 온도 조절 동작을 설명한다. 도 22에서는 용어의 명확함을 위해, 상대적으로 아래쪽에 위치한 기판(30)을 하부 기판, 상대적으로 위쪽에 위치한 다른 기판(1110)을 상부 기판으로 지칭하기로 한다.
도 22를 참조하면, 하부 기판(30), 내부에 전극(13)이 형성된 전극 플레이트(10), 상부 기판((1110), 및 하우징(20)이 적층된 진단 장치의 구조가 도시된다.
전극 플레이트(10)와 상부 기판(1110) 사이에는 전극 플레이트(10)와 상부 기판(1110)간 간격을 유지하기 위한 스페이서(1130)가 배치되어, 그로 인해 유체(70)가 이동할 수 있는 공간(A)이 만들어진다.
상부 기판(1110)에는 하나 이상의 온도 조절부(1111)가 배치된다. 온도 조절부(1111)는 열 영역(B) 내 위치한 유체(70)의 온도를 조절할 수 있는 구성으로서, 예를 들어 열 영역(B)을 선택적으로 국소 가열하기 위한 히터, 또는 열 영역(B)을 국소 냉각하기 위한 쿨러일 수 있다. 상기 열 영역(B)은 전극 플레이트(10)의 적어도 일부 영역을 포함한다.
온도 조절부(1111)가 히터인 경우, 상부 기판(1110)을 통해 전달되는 제어 신호에 따라 온도 조절부(1111)가 가열되고, 온도 조절부(1111)로부터 열 영역(B)으로 열이 전달된다. 그로 인해, 열 영역(B) 내 위치한 유체(70)도 가열된다.
이러한 온도 조절 기능은 미리 결정된 온도 조건에서 특정 프로세스를 수행할 수 있도록 하는 데 필요하다. 예를 들어, 온도 조절 기능은 유체 분석을 위한 DNA 변성 등에 필요할 수 있다. 구체적으로, 온도 조절부(1111)는 유체(70) 내 DNA의 변성에 적합한 온도로 열 영역(B)을 가열하거나, 주형가닥 DNA에 대한 프라이머(Primer)의 어닐링(Anealing), 또는 DNA 중합효소에 의한 프라이머의 신장(Extension)과 같은 다른 반응 단계를 수행하는 데 효과적인 온도로 열 영역(B)을 가열하도록 제어될 수 있다.
도 22의 실시예에 따르면, 진단 장치는 온도 조절부(1111)를 구비함으로써, 유체 분석 및 진단에 필요한 최적의 온도 조건을 충족시킬 수 있게 된다.
도 23 내지 도 25는, 자기력을 이용한 세척 기능을 구비한 진단 장치 및 그것에 의한 세척 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
여기서, 세척이란 유체(70) 내에 포함된 몇몇 물질을 유체(70) 외부로 분리, 제거하는 것을 의미한다.
도 23을 참조하면, 유체(70) 내부에는 복수의 마그네틱 비드(Magnetic Beads, M)가 포함된다. 그리고, 진단 장치의 내부 또는 외부에는 마그네틱 비드(M)을 특정 위치 또는 방향으로 유도하거나 고정하기 위한 자기력 제공부(400)가 구비된다. 자기력 제공부(400)는 영구 자석, 또는 전자석을 포함할 수 있다.
자기력 제공부(400)는 유체 분석 전에, 유체(70)로부터 몇몇 물질을 제거하기 위해 이용될 수 있다. 이때, 상기 제거되는 물질은 유체(70)에 포함된 오염 물질, 과잉 공급된 시약, 또는 별도 분석을 위해 유체(70)로부터 분리할 물질 등을 포함할 수 있다.
먼저, 유체(70) 내에 마그네틱 비드(M)가 포함된다. 이때, 마그네틱 비드(M)는 처음부터 유체(70) 내에 포함되거나, 유체(70)가 현재의 위치로 유도되는 과정에서 진단 장치 내 특정 구간에서 유체(70)로 주입되거나, 진단 장치 내 특정 위치에 미리 배치되어 있다가 유체(70)가 해당 위치로 이동함에 따라 유체(70)와 자연스럽게 혼합되는 방식으로 유체(70) 내에 포함될 수 있다.
도 23에서는, 아직 세척 기능이 구동되기 전이므로, 자기력 제공부(400)는 오프(OFF) 상태로 유지되어, 유체(70)로 자기력이 작용하지는 않는다. 이때, 마그네틱 비드(M)는 유체(70) 내 특정 물질에 반응하여 해당 물질과 바인딩(Binding)된다.
일 실시예로서, 자기력 제공부(400)는 진단 장치 내에 구비된 일 구성일 수도 있고, 진단 장치 외부의 별도 테스터(Tester)에 구비된 일 구성일 수도 있다.
한편, 본 실시예에서, 자기력 제공부(400)는 하부 기판(30)의 아래에 위치하는 것으로 예시되었으나 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 자기력 제공부(400)는 하부 기판(30)과 전극 플레이트(10) 사이에 위치하거나, 상부 기판(1110)의 상부 또는 하부에 위치하거나, 진단 장치의 상부 또는 측면에 위치할 수도 있다.
이어서, 도 24 및 도 25을 참조하여 세척 기능의 구동 방법을 설명한다.
도 24에서, 자기력 제공부(400)는 온(ON) 상태로 전환되고, 자기력 제공부(400)로부터 유체(70)로 자기력이 작용한다. 유체(70)에 작용된 자기력은 유체(70) 내 마그네틱 비드(M)를 자기력 제공부(400)가 위치한 방향으로 끌어당긴다. 이때, 마그네틱 비드(M)에 바인딩 된 물질도 함께 자기력 제공부(400)가 위치한 방향으로 끌어당겨진다.
이어서 도 25를 참조하면, 마그네틱 비드(M) 및 그에 바인딩 된 물질이 자기력 제공부(400)가 위치한 방향으로 끌어당겨지는 동안, 전극(13)에 인가된 일렉트로웨팅 신호에 따라 유체(70)가 다른 위치로 이동된다. 이때, 마그네틱 비드(M)는 자기력에 의해 아래쪽으로 끌어당겨지고 있어, 유체(70)를 따라가지 않고 유체(70)와 분리된 채 원래의 위치에 남겨진다. 이때, 마그네틱 비드(M)에 바인딩 된 물질도 마그네틱 비드(M)와 함께 원래의 위치에 남겨진다.
이러한 방식으로, 유체(70)로부터 특정 물질, 즉 마그네틱 비드(M)에 바인딩 된 물질이 분리, 제거될 수 있다.
도 26은 진단 장치의 검체를 테스트한 결과를 읽어내는 신호 리더기의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 26을 참조하면, 신호 리더기(2100, signal reader)는 하우징(2110), 광학부(2120), 상부 소켓(2130), 하부 소켓(2140), 메인보드(2160)을 포함한다. 상부 소켓(2130)과 하부 소켓(2140) 사이에는 앞서 도 1 내지 도 25에서 설명한 진단 장치(2150)가 카트리지 형태로 삽입될 수 있다. 일 실시예로서, 신호 리더기(2100)는 스크린(미도시)를 더 포함할 수 있다.
신호 리더기(2100)는 진단 장치(2150)에 인가되는 일렉트로웨팅 신호를 생성 및 제어한다. 진단 장치(2150) 내에 있는 샘플은 신호 리더기(2100)를 통해 colorimetry, fluorometry, imaging 등과 같은 광학적 방법으로 센싱 될 수 있다. 또는, 진단 장치(2150) 내에 있는 샘플은 신호 리더기(2100)를 통해 전기화학적 방법이나 전자기 유도의 방법으로 센싱 될 수도 있다.
광학부(2120)는 진단 장치(2150) 내 샘플을 센싱하기 위한 광학적 수단을 제공한다.
상부 소켓(2130) 및 하부 소켓(2140)은 진단 장치(2150)를 수용하기 위한 기구적 수단을 제공한다.
메인보드(2160)는 진단 장치(2150)에 대한 온도 제어, 자기장 제어, 유체 위치 검출 등의 전기적 또는 전자적 제어를 수행한다.
도 27은 도 26의 광학부의 예시적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 27을 참조하면, 광학부는 청색 LED, 포토다이오드, 이색성 거울(dichroic mirror), 하나 이상의 렌즈 및 하나 이상의 필터를 포함할 수 있다.
도 28 및 도 29는 도 26의 메인보드의 유체 위치 검출 기능을 부연설명하기 위한 도면이다.
도 28은 메인보드에 구비된 유체 위치 검출 회로의 예시적인 구성을 나타낸다. 메인보드는 진단 장치 내 일렉트로웨팅 전극 상의 유체 위치를 파악하기 위한 도 28에 도시된 것과 같은 유체 위치 검출 회로를 포함할 수 있다. 메인보드는 유체 위치 검출 회로를 이용하여, 유체의 움직임에 따른 저항값 또는 캐피시턴스의 변화를 센싱하거나 이미지 센서를 이용함으로써 유체의 현재 위치를 검출할 수 있다.
도 29는 유체 위치 검출 회로를 이용한 유체 위치 검출 결과의 예시적인 형태를 도시한다.
도 29의 (a)는 일렉트로웨팅 신호에 따른 유체 이동이 실패한 경우를 나타낸다. 유체 이동 신호(2220)가 하이(High)로 증가했음에도 불구하고 해당 구간에서 유체 센싱 신호(2210)가 여전히 로우(Low) 상태이므로, 이는 일렉트로웨팅 신호를 인가했어도 실제로 유체 이동은 일어나지 않은 것을 의미한다.
도 29의 (b)는 일렉트로웨팅 신호에 따른 유체 이동이 성공한 경우를 나타낸다. 유체 이동 신호(2220)가 하이(High)로 증가함에 따라 해당 구간에서 유체 센싱 신호(2210)도 하이(High) 변화했으므로, 이는 일렉트로웨팅 신호의 인가에 의해 실제로 유체 이동이 일어난 것을 의미한다.
도 30 및 도 31는 도 26의 메인보드의 온도 제어 기능을 부연설명하기 위한 도면이다.
도 30은 메인보드에 구비된 온도 제어 회로의 예시적인 구성을 나타낸다. 메인보드는 진단 장치의 온도 조절부(예를 들어, 히터)의 온도를 제어하기 위해 도 30에 도시된 것과 같은 온도 제어 회로를 포함할 수 있다. 메인보드는 지단 장치 내 온도에 따른 저항값의 변화 또는 기타 온도 센서의 값을 센싱하여 온도 제어 회로를 통해 온도를 컨트롤 한다.
도 31은 복수의 온도 센싱 회로 출력을 하나의 온도 제어기로 제어하기 위한 예시적인 형태를 도시한다.
온도 센서 선택 신호(2320)가 변화함에 따라 온도 제어기로 입력되는 센서 값(2310)이 선택된 센서 출력으로 변화한 것을 확인할 수 있다.
도 32는 본 발명의 다른 일 실시예로서, 진단 장치의 새로운 적층 구조를 나타내는 도면이다. 도 32를 참조하면, 본 실시예에 따른 적층 구조를 갖는 진단 장치(2400)는 하부 하우징(2411), PCB 기판(2412), 하부 기판(2413), 금속패턴층(2414), 유전체층(2415), 소수성 코팅층(2416)이 순차 적층된 하부 플레이트와 소수성 코팅층(2421), 컨덕션 층(2422), 상부 기판(2423), 히터(2424), 상부 하우징(2425)가 순차 적층된 상부 플레이트를 포함할 수 있다. 상기 상부 플레이트와 하부 플레이트는 서로 이격되어 그 사이에 유체가 수용되는 공간이 형성될 수 있다.
상기 공간에는 상부 플레이트와 하부 플레이트를 접합하는 본딩(2431), 적어도 하나의 필러(2432), 및/또는 적어도 하나의 샘플(2433)이 있을 수 있다.
일 실시예로서, PCB 기판(2412)은 인터커넥트 층으로서 기능할 수 있다.
일 실시예로서, 하부 기판(2413)에는 전도성 폴리머 전극이 형성될 수 있다.
일 실시예로서, 컨덕션 층(2422)은 ITO, 메탈 또는 전도성 폴리머를 포함할 수 있다.
유전체층(2415)은 전도성 폴리머 전극, 또는 컨덕션 층과 유체 사이에 전기적 절연을 제공하기 위한 구성으로서, 절연 폴리머 또는 Parylene-C, SiO2, Si3N4 등의 물질을 포함할 수 있다.
소수성 코팅층(2416, 2421)은 금속 패턴층(2414) 또는 컨덕션 층(2422) 표면의 소수성 코팅 처리를 위한 층으로, 소수성 코팅층(2416, 2421)은 HMDS, fluorine 용액 또는 가스 등을 이용하여 스핀코팅, 딥코팅, 스프레이코팅, 플라즈마 코팅 등의 방법으로 코팅 처리될 수 있다.
필러(2432)는 상부 플레이트와 하부플레이트 사이에 채워져, 유체의 이동을 원활하게 하고 고온에서 유체의 증발 및 기포 발생을 막는 유체성 물질이다. 필러(2432)는 물에 용해 되지 않는 비극성 용매, 또는 그것과 계면활성제나 윤활제의 혼합물일 수 있다.
일 실시예로서, 필러(2432)로서 siloxane 또는 silicone oil이 사용 될 수 있다.
한편, 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에는 상부 플레이트와 하부 플레이트 간 간격을 유지하기 위한 스페이서가 배치되어, 그로 인해 유체가 이동할 수 있는 공간이 만들어질 수 있다. 이때, 상부 플레이트와 하부 플레이트는 접착물질, 초음파 융착, 레이저 융착 등의 방법을 이용하여 접착 될 수 있다.
지금까지 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들 및 그 실시예들에 따른 효과들을 언급하였다. 본 발명의 기술적 사상에 따른 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 명세서의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명의 기술적 사상이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 발명이 다른 구체적인 형태로도 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명에 의해 정의되는 기술적 사상의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 절연체로 이루어진 베이스 플레이트; 및
    상기 베이스 플레이트를 관통하여 형성되고, 인가된 전압에 기초하여 표면에 위치한 유체를 이동시키는 적어도 하나의 전극을 포함하고,
    상기 전극은 상기 인젝션 게이트가 상기 베이스 플레이트의 공간에 전도성 폴리머(Polymer)를 주입하여 형성된 것인,
    진단 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전도성 폴리머는,
    폴리머와 메탈의 컴파운드(Compound)를 포함하는,
    진단 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 폴리머는,
    Siloxane, Resin, PLA, ABS, Nylon, PETG, TPU, ASA, PEI, 또는 Epoxy를 포함하는,
    진단 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 메탈은,
    금(Au), 은(Ag), 또는 구리(Cu)를 포함하는,
    진단 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 전도성 폴리머는,
    폴리머와 탄소, 탄소 나노튜브(CNT), 탄소 섬유(Carbon Fiber), 그라파이트(Graphite), 또는 그래핀(Graphene)의 컴파운드를 포함하는,
    진단 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는,
    상기 인젝션 게이트와 구별되는 다른 인젝션 게이트가 몰드(Mold)의 공간에 상기 절연체를 주입하여 형성된 것인,
    진단 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는,
    상기 절연체를 프레스 사출하거나, 평판 드릴링하여 형성된 것인
    진단 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는,
    상기 폴리머를 이용한 3D 프린팅에 의해 형성된 것인
    진단 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 전극의 상부 너비는 상기 전극의 중부 너비보다 제1 기준 크기만큼 큰 너비이고, 상기 전극의 하부 너비는 상기 전극의 중부 너비보다 제2 기준 크기만큼 큰 너비이고,
    상기 제1 기준 크기는 상기 제2 기준 크기보다 큰 것인,
    진단 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 전극의 너비는,
    상기 전극의 상부에서 중부를 향하여 테이퍼링(tapering)되고, 상기 전극의 하부에서 중부를 향하여 테이퍼링되는 것인,
    진단 장치.
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