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KR101872380B1 - 미세유체 감지 장치 - Google Patents

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KR101872380B1
KR101872380B1 KR1020167020446A KR20167020446A KR101872380B1 KR 101872380 B1 KR101872380 B1 KR 101872380B1 KR 1020167020446 A KR1020167020446 A KR 1020167020446A KR 20167020446 A KR20167020446 A KR 20167020446A KR 101872380 B1 KR101872380 B1 KR 101872380B1
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니콜라스 매튜 쿠퍼 멕기네스
멜린다 엠. 발렌시아
매니쉬 기리
찬텔 엘리자베스 도민구
제레미 셀스
매튜 데이비드 스미스
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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Abstract

미세유체 감지 장치가 채널 및 채널 내의 임피던스 센서를 포함한다. 임피던스 센서가 채널 내의 국소적인 접지 및 전극을 포함한다. 국소적인 접지 및 전극이, 채널을 따라서 연신되는 전기장 영역을 형성한다.

Description

미세유체 감지 장치{MICROFLUIDIC SENSING DEVICE}
본 발명은 미세유체 감지 장치에 관한 것이다.
일부 미세유체 감지 장치가 유동 혈구계산(cytometry) 적용예에서 세포 또는 입자의 크기를 분화(differentiate)하기 위해서 임피던스 센서를 이용한다. 임피던스 센서는 신호 크기에 의존한다. 세포 또는 입자가 손상될 때, 그 유전적 성질이 변화될 수 있고, 그러한 미세유체 감지 장치의 정확도를 감소시킬 수 있을 것이다.
본 발명에서는 일 실시예로서 미세유체 감지 장치가 제시되는데, 이러한 장치는: 채널; 채널 내의 임피던스 센서; 및 임피던스 센서 하류에 채널 내의 제2 임피던스 센서를 포함하고, 임피던스 센서가: 채널 내의 국소적인 접지; 및 채널 내의 전극을 포함하고, 국소적인 접지 및 전극이, 채널을 따라서 연신되는 전기장 영역을 형성하며, 임피던스 센서와 제2 임피던스 센서는, 임피던스 센서와 제2 임피던스 센서에 의해 생성되는 차이 신호들의 비교 및 통계적 분석에 기초하여 유체 내에 함유된 입자의 특성이 식별되도록, 상이한 크기의 전기장 영역들을 가진다. 일 구현예로서, 장치는 채널 내의 임피던스 센서에 대해서 횡방향으로 위치된 추가의 임피던스 센서를 더 포함할 수 있다.
도 1은 예시적인 미세유체 감지 시스템의 상면도이다.
도 2는 다른 예시적인 미세유체 감지 시스템의 상면도이다.
도 3은 도 1의 시스템 또는 도 2의 시스템에 의해서 실행될 수 있는 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 4는 다른 예시적인 미세유체 감지 시스템의 상면도이다.
도 5는 다른 예시적인 미세유체 감지 시스템의 상면도이다.
도 6은 도 5의 미세유체 감지 시스템의 사시도이다.
도 7은 다른 예시적인 미세유체 감지 시스템의 상면도이다.
도 8은 다른 예시적인 미세유체 감지 시스템의 상면도이다.
도 9는 다른 예시적인 미세유체 감지 시스템의 상면도이다.
도 10는 다른 예시적인 미세유체 감지 시스템의 상면도이다.
도 11은 다른 예시적인 미세유체 감지 시스템의 상면도이다.
도 12는 다른 예시적인 미세유체 감지 시스템의 상면도이다.
도 13은 다른 예시적인 미세유체 감지 시스템의 상면도이다.
도 14는 다른 예시적인 미세유체 감지 시스템의 상면도이다.
도 15는 다른 예시적인 미세유체 감지 시스템의 사시도이다.
도 16은 도 15의 미세유체 감지 시스템의 측면도이다.
도 17은, 입자를 통한 전기장 영역의 차단(obstruction)을 도시한, 도 15의 미세유체 감지 시스템의 측면도이다.
도 18은 도 15의 미세유체 감지 시스템에 걸친 입자의 통과 중의 시간에 걸친 임피던스의 그래프이다.
도 19는 도 2, 도 5, 도 8, 도 9, 도 12, 도 13 및 도 14의 미세유체 감지 시스템에 대한 임피던스 대 B 변위의 그래프이다.
도 20은 다른 예시적인 미세유체 감지 시스템의 상면도이다.
도 21은 다른 예시적인 미세유체 감지 시스템의 상면도이다.
도 22는 다른 예시적인 미세유체 감지 시스템의 상면도이다.
도 23은 다른 예시적인 미세유체 감지 시스템의 상면도이다.
도 1은 예시적인 미세유체 감지 시스템(20)을 도시한다. 미세유체 감지 시스템(20)은 임피던스 센서에 걸쳐 유동하는 입자의 하나 이상의 특성을 센서 검출하기 위해서 임피던스 센서를 이용한다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 미세유체 감지 시스템(20)은 향상된 감지 정확도를 제공한다.
미세유체 감지 시스템(20)은 채널(22) 및 임피던스 센서(24)를 포함한다. 채널(22)은 미세유체 통로를 포함하고, 그러한 통로를 통해서 유체(26)가 하나 이상의 입자(28)를 반송한다. 이러한 개시의 목적을 위해서, "미세유체"라는 용어는, 부피를 가지거나 각각 "마이크로" 범위, 마이크로리터 또는 마이크로미터의 치수를 가지는 입자를 반송하는 유체와 상호 작용하는 장치 및/또는 통로를 지칭한다. 이러한 개시의 목적을 위해서, "입자"라는 용어는, 비제한적으로, 생물학적 세포 또는 생물학적 세포의 그룹을 포함하는, 임의의 작은 미세 피스(piece), 단편 또는 양(amount)을 포함한다. "유체"가 액체, 기체 또는 그 혼합물을 포함할 수 있을 것이다. 채널(22)은 유체(26) 및 입자(28)의 유동을, 임피던스 센서(24)에 의해서 채널(22) 내에 형성된 전기장 영역(30)(개략적으로 도시됨)을 가로질러 또는 통과하여 지향시킨다. 유체 함유 입자의 예에는, 비제한적으로, 혈액 샘플 및 잉크 함유 색소/입자 또는 기타 등등이 포함된다.
임피던스 센서(24)가 채널(22) 내에서 전기장 영역(30)을 형성한다. 임피던스 센서(24)는 국소적인 전기 접지(local electrical ground)(32) 및 전극(34)을 포함하고, 그러한 국소적인 전기 접지 및 전극이 협력하여, 채널(22) 지역 내에서 연장되는 전기장 라인의 영역(30)을 형성한다. 전기 접지(32) 및 전극(34)이, 채널(22)의 내부 표면 또는 외피(skin) 바로 아래 또는 뒤와 같이, 채널(22)의 내부에 인접한 또는 채널(22)의 내부에 비교적 밀접하게 근접한 전기 전도성 콘택에 의해서 제공된다는 점에서, 전기 접지(32) 및 전극(34) 모두가 "국소적"이다. 먼(distant) 채널(22) 또는 채널(22)의 외부에 위치된 원격 접지와 대조적으로, 접지(32)와 전극(34) 사이의 전기장 영역(30)의 전부 또는 실질적으로 대부분이 채널(22)의 내부 내에 포함된다. 결과적으로, 전기장 라인이 접지(32)와 전극(34) 사이에서 연장되는 거리는 시스템(20)의 정확도를 실질적으로 손상시키는 지점까지 신호 강도를 감소시키거나 약화시킬 정도로 길지 않다.
입자(28)가 전기장 영역(30)을 통과할 때, 영역(30)의 전기장 라인이 입자(28)에 의해서 적어도 부분적으로 차단되고, 그에 따라 영역(30)의 전기장 라인이 입자(28) 주위에서 변경되고 이동된다. 입자(28) 주위로 이동하여야 하는 것으로부터 초래되는, 영역(30)의 전기장 라인의 증가된 길이는, 전극(34)에서 검출될 수 있는 전기 임피던스를 증가 또는 상승시킨다. 결과적으로, 입자(28)에 의한 전기장 영역(30)의 차단으로부터 초래되는 임피던스의 증가는, 입자(28)의 크기와 같은, 입자(28)의 하나 이상의 특성의 지표로서의 역할을 한다.
전기장 영역(30)이 채널(22)을 따라서 그리고 그 내에서 연신(elongate)되도록, 임피던스 센서(24)의 접지(32) 및 전극(34)이 배열되거나 달리 구성된다. 다시 말해서, 전기장 영역(30)이 채널(22)의 방향을 따라서 또는 채널의 방향에 평행하게 그리고 채널(22)을 통한 유체(26)의 유동 방향에 평행하게 연장되고, 그에 따라 입자(28)가 긴 또는 연장된 기간 동안 전기장 영역(30)의 전기장 라인을 가로 막거나 차단한다. 결과적으로, 입자(28)의 일부가 전기장 영역(30)을 통해서 유동함에 따라 임피던스의 변화를 나타내는 전기 신호가 특징적인 보다 긴 상승부(ramp up) 및 하강부를 가지며, 그에 따라 입자(28)의 크기의 감지에 대한 정확도 향상을 돕는다.
도 1은, 채널(22)을 따라서 연신된 전기장 영역(30)을 형성하기 위한 접지(32) 및 전극(34)에 대한 2개의 대안적인 배열체(arrangement)를 도시한다. 제1 배열체에서, 실선에 의해서 표시된 바와 같이, 접지(32) 및 전극(34) 중 하나 또는 양자 모두가, 채널(22)에 평행하게 채널(22)의 측부(side)를 따라서 연장하는, 주요 치수, 즉 길이(L)를 갖는다. 하나의 구현예에서, 접지(32) 및 전극(34)이 채널(22)의 측벽 내에 형성된다. 다른 구현예에서, 접지(32) 및 전극(34) 모두가 채널(22)의 하나의 면 또는 표면 내에 형성되어, 채널(22)의 측벽을 따라서 또는 그에 평행하게 연장된다. 예를 들어, 하나의 구현예에서, 접지(32) 및 전극(34) 모두가 채널(22)의 바닥 내에 형성되고, 접지(32) 및 전극(34)의 각각이 채널(22)의 측벽을 따라서 또는 그에 인접하여 연장된다.
제2 배열체에서, 파선으로 표시된 바와 같이, 접지(32') 및 전극(34')이 채널(32)을 따르는 방향으로 서로로부터 이격된다. 전기장 영역(30)이 접지(32') 및 전극(34')의 상류-하류 간격의 결과로서 연신된다. 하나의 구현예에서, 접지(32') 및 전극(34') 모두가 채널(22)의 내부의 동일한 면 또는 표면 상에 형성된다. 다른 구현예에서, 접지(32') 및 전극(34')이 채널(22)을 따라서 상이한 표면들 상에 형성된다. 비록 접지(32')가 전극(34')의 하류에 있는 것으로 도시되어 있지만, 이러한 관계가 반전될 수 있을 것이다.
도 2는, 미세유체 감지 시스템(20)의 특별한 구현예인, 미세유체 감지 시스템(120)을 도시한 도면이다. 미세유체 감지 시스템(20)에서와 같이, 미세유체 감지 시스템(120)은, 전기장 영역을 통과하는 입자 또는 세포의 특성을 검출하기 위해서 채널을 따라서 연신된 전기장 영역을 생성하는 임피던스 센서를 이용한다. 미세유체 감지 시스템(120)은 공급원 저장용기(200), 펌프(202), 열 센서(203), 채널(122), 수용 저장용기(204), 임피던스 센서(124), 제어기(206) 및 출력부(208)를 포함한다. 공급원 저장용기(200)는 입자(28)를 함유하는 유체(26)의 공급을 수용하기 위한 구조물을 포함한다. 공급원 저장용기(200)가 채널(122)과 연통하여, 임피던스 센서(124)를 가로질러 채널(122)을 통해서 구동 또는 인입시키기 위한 유체(26) 및 입자(28)를 공급한다.
펌프(202)는 유체(26) 및 입자(28)를 임피던스 센서(124)를 가로질러 이동시키기 위한 메커니즘을 포함한다. 도시된 예에서, 펌프(202)는 유체(26) 및 입자(28)를 공급원 저장용기(200)로부터 채널(122)을 따라서 그리고 임피던스 센서(124)를 가로질러 수용 저장용기(204)를 향해서 구동시킨다. 다른 실시예에서, 펌프(202)가 수용 저장용기(204) 내에 대안적으로 위치되어, 유체(26) 및 입자(28)를 공급원 저장용기(200)으로부터 채널(122)을 따라서 그리고 임피던스 센서(124)를 가로질러 인입할(draw) 수 있을 것이다. 비록 하나의 펌프가 도시되어 있지만, 다른 구현예에서, 시스템(120)이 하나 초과의 펌프를 포함할 수 있을 것이다.
하나의 구현예에서, 펌프(202)는, 저항기가 소정 온도로 격발되어(fired) 액체의 일부를 증기화시켜 주변 액체 및 입자를 구동시키는 기포를 형성하는, 저항형(resistive) 또는 열적 잉크젯(TIJ) 펌프로도 지칭되는 기포 제트 펌프(bubble jet pump)를 포함한다. 그러한 구현예에서, 펌프(202)로서의 역할을 하는 TIJ 저항기가 시스템(120)을 규정된 온도까지 가열하기 위한 가열 장치로서의 역할을 부가적으로 할 수 있을 것이다. 다른 구현예에서, 펌프(202)가, 전기적으로, 자기적으로 또는 기계적으로 활성화되는 편향 막(deflective membrane)을 가지는 압력 요소(PZT) 펌프 또는 다른 펌프와 같은 다른 유형의 펌프를 포함할 수 있을 것이다.
온도 센서(203)는, 가열 장치로서의 역할을 또한 하는 TIJ 저항기에 의해서 또는 펌프(202)와 독립적인 다른 가열 장치나 구성요소에 의해서 시스템(120)이 가열된 온도를 검출하기 위해서, 하나 이상의 온도 또는 열 감지 장치를 포함한다. 온도 센서(203)는 제어기(206)와 통신되고, 펌프(202)로서의 역할을 하는 TIJ 저항형 히터 또는 독립적인 가열 구성요소에 의한 시스템(120)의 가열과 관련된 폐쇄 루프 피드백을 제공한다.
채널(122)은 유체(26) 및 입자(28)를 공급원 저장용기(200)로부터 수용 저장용기(204)로 지향시킨다. 수용 저장용기(204)는, 입자(20 8/2)가 임피던스 센서(124)를 가로질러 통과한 후에, 유체(26) 및 입자(28)를 수용한다. 일부 구현예에서, 수용 저장용기(204)가 공급원 저장용기(200)에 연결되어, 유체(26) 및 입자(28)의 재순환을 돕는다. 일부 구현예에서, 채널(122)이 하나 이상의 필터 또는 다른 구조물을 부가적으로 포함할 수 있을 것이며, 유체가 저장용기(200)로부터 저장용기(204)로 전달될 때 그러한 필터 또는 다른 구조물을 통해서 유체(26)가 유동한다. 일부 구현예에서, 시스템(120)이 복수의 상이한 크기의 채널을 포함할 수 있을 것이고, 상이한 크기의 채널들을 이용하여 상이한 크기의 입자들(28)을 분류 및 분리한다.
임피던스 센서(124)가 임피던스 센서(24)와 유사하다. 임피던스 센서(124)가 국소적인 접지(132) 및 전극(134)을 포함한다. 접지(32) 및 전극(34)이, 채널(122)에 평행한 채널(122)의 측부를 따라서 연장되는 길이(L)인 주요 치수를 갖는다. 도시된 예에서, 접지(132) 및 전극(134) 모두가 채널(22)의 하나의 면 또는 표면 내에 형성되어, 채널(122)의 측부를 따라서 또는 그에 평행하게 연장된다. 도시된 예에서, 접지(132) 및 전극(134) 모두가 채널(22)의 바닥 내에 형성되고, 접지(32) 및 전극(34)의 각각이 채널(22)의 측벽을 따라서 또는 그에 인접하여 연장된다. 접지(132) 및 전극(134) 모두가 채널(122)의 바닥 내에 형성되기 때문에, 국소적인 접지(132) 및 전극(134)을 가지는 채널(122)의 제조 또는 형성이 덜 복잡할 수 있을 것이고 저비용이 될 수 있을 것이다. 접지(132) 및 전극(134)은, 전기장 영역(130)을 통과하는 입자(28)의 특성을 검출하는데 있어서의 정확도 향상을 위해서, 채널(122)을 따른 연신된 전기장 영역을 생성한다.
제어기(206)는 임피던스 센서(124)의 동작을 제어한다. 제어기(206)는 전극(134)에 대한 전기 전하의 공급을 조절하고 센서(124)에 의한 임피던스의 검출을 제어한다. 하나의 구현예에서, 제어기(206)는, 채널(122)을 따른 유체(26) 및 입자(28)의 유동을 제어하기 위해서 펌프(202)와 같은 하나 이상의 펌프의 동작을 추가적으로 제어한다. 하나의 구현예에서, 제어기(206)는 펌프(202)의 TIJ 저항기 또는 독립적인 가열 구성요소에 의한 시스템(120)의 가열을 부가적으로 제어한다. 제어기(206)는 프로세싱 유닛(210) 및 메모리(212)를 포함한다. 이러한 적용예의 목적을 위해서, "프로세싱 유닛"이라는 용어는, 메모리(212)와 같은, 비-일시적 메모리 또는 영구적인 저장 장치 내에 포함되는 일련의 명령어를 실행하는 현재 개발된 또는 미래에 개발될 프로세싱 유닛을 의미할 것이다. 일련의 명령어의 실행으로 인해서, 프로세싱 유닛이 제어 신호를 생성하는 단계와 같은 단계를 실행한다. 프로세싱 유닛에 의한 실행을 위해서, 명령어가 리드 온리 메모리(ROM), 대용량 저장 장치, 또는 일부 다른 지속 저장장치로부터 랜덤 액세스 메모리(RAM) 내로 로딩될(loaded) 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 고정 배선형(hard wired) 회로망을 소프트웨어 명령어 대신에 또는 그와 조합하여 이용하여, 설명된 기능을 구현할 수 있을 것이다. 예를 들어, 제어기(206)가 하나 이상의 주문형 집적 회로(application-specific integrated circuit)(ASIC)의 일부로서 구현될 수 있을 것이다. 달리 구체적으로 기재되지 않은 경우에, 제어기는 하드웨어 회로망 및 소프트웨어의 어떠한 특정 조합으로도 제한되지 않고, 프로세싱 유닛에 의해서 실행되는 명령어의 어떠한 특별한 공급원으로도 제한되지 않는다.
출력부(208)는, 임피던스 센서(124)로부터의 결과를 제시하거나 그러한 결과를 입자(28)를 분석하는데 있어서 달리 이용될 수 있게 하거나 이용되게 하는 장치를 포함한다. 하나의 구현예에서, 출력부(208)가 포트, 신호 전달 콘택 또는 무선 송수신기 또는 송신기를 포함할 수 있고, 그에 의해서 센서(124)에 의해서 검출된 임피던스의 변화를 나타내는 전기 신호가 분석을 위해서 외부 장치에서 이용될 수 있고 입자(28)와 연관된 특성을 식별하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 구현예에서, 출력부(208)가 범용 직렬 버스 포트를 포함할 수 있을 것이고, 입자(28)의 크기와 같은 입자(28)의 특성을 결정하기 위해서, 그러한 범용 직렬 버스 포트에 의해서 임피던스 신호가, 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터 등과 같은 외부 컴퓨팅 장치 또는 다른 호스트 장치로 전송된다. 하나의 구현예에서, 임피던스 센서(124)에 의해서 생성된 신호로부터의 결과가 호스트 장치에 의한 추후의 검색(retrieval) 및 분석을 위해서 메모리(212) 내에 저장된다.
다른 구현예에서, 메모리(212)는, 임피던스 센서(124)에 의해서 생성된 임피던스 신호로부터 현장에서(on-site) 하나 이상의 특성을 결정하기 위해서 프로세서(210)로 지시하기 위한 컴퓨터-판독 가능 명령어를 포함한다. 예를 들어, 하나의 구현예에서, 메모리(212)는, 입자(28)가 전기장 영역(130)을 가로질러 통과할 때 센서(124)로부터의 임피던스 신호를 기초로 입자(28)의 크기를 결정하거나 추정하도록 프로세서(210)로 지시하기 위한 코드 또는 명령어를 포함할 수 있을 것이다. 그러한 구현예에서, 입자(28)의 결정된 크기와 같은 입자(28)의 결정된 특성을 나타내기 위해서, 출력부(208)가 가시적인 디스플레이 또는 청각적인 장치를 포함한다. 일부 구현예에서, 출력부(208)가 시스템(120)의 사용자와의 통신을 부가적으로 촉진하여, 시스템(120)의 동작을 위한 명령어를 제공하거나 시스템(120)의 적절한 이용 또는 테스팅의 완료와 관련한 확인 또는 피드백을 제공할 수 있을 것이다.
하나의 구현예에서, 시스템(120)이 단일 플랫폼(216) 상에서 지지되는 칩-기반의 장치로서 구현된다. 하나의 구현예에서, 플랫폼(216)이 휴대용(handheld) 플랫폼일 수 있을 것이다. 결과적으로, 시스템(120)은, 감염 질병 및 만성적 질병을 검출하기 위한 세포-기반의 진단과 같은 현장현시(point of care) 건강 진단을 위한, 구성 가능한 그리고 이동 가능한 플랫폼을 제공하는 미세유체 진단 시스템을 제공할 수 있을 것이다.
하나의 구현예에서, 플랫폼(216)이 규소 기판을 포함하고, 그러한 기판 상에는 전극(134)을 동작시키고 및/또는 제어하여 임피던스 감지를 위한 전기장 영역(130)을 생성하기 위한 임피던스 측정 회로가 제공된다. 하나의 구현예에서, 플랫폼(216)의 규소 기판이 감지된 임피던스 신호를 분석하여 입자(28)의 하나 이상의 특성을 식별하기 위한 회로망을 추가적으로 지원한다. 하나의 구현예에 따라서, 플랫폼(216)으로서 역할하는 규소 기판이 0.5 mm² 내지 5 mm²의 크기를 가지는 규소 칩을 포함하고, 그러한 규소 칩은, 펌프(202) 및 가열기 모두로서의 역할을 하는 하나 이상의 TIJ 저항기, 하나 이상의 임피던스 센서 전극(134)(및 연관된 접지(132)), 그리고 하나 이상의 열 센서(203)의 각각을, 연관된 회로망을 가지는 기판 상에서 서로 밀접하게 근접하여, 지지한다. 하나의 구현예에서, 규소 기판은, 펌프(202) 및 가열기 모두로서의 역할을 하는 하나 이상의 TIJ 저항기, 하나 이상의 임피던스 센서 전극(134)(및 연관된 접지(132)), 그리고 하나 이상의 열 센서(203)의 각각을, 5 mm 이하의 서로로부터의 간격으로 그리고 공칭적으로 0.5 mm 이하의 서로로부터의 간격으로, 지지한다.
하나의 구현예에서, 플랫폼(216)이 전원을 포함한다. 다른 구현예에서, 플랫폼(216)이 원격 전원에 연결되도록 구성된다. 하나의 구현예에서, 플랫폼(216) 및 시스템(120)의 부품이 일회용(disposable)이다. 그러한 구현예에서, 시스템(120)의 구조물 및 구성요소가, 전주(electroforming), 레이저 삭마, 이방성 식각, 스퍼터링, 건식 및 습식 식각, 포토 리소그래피, 주조, 몰딩, 스탬핑, 가공, 스핀 코팅, 라미네이팅(laminating) 등과 같은 집적회로 미세 제조 기술을 이용하여 제조될 수 있을 것이다.
도 3은 임피던스 변화를 기초로 입자 특성을 결정하는데 있어서의 감지를 위한 예시적인 방법(300)의 흐름도이다. 방법(300)이 임피던스 감지 시스템(20 또는 120)에 의해서 실행될 수 있을 것이다. 단계(310)에 의해서 표시된 바와 같이, 전극(34, 34', 134)이 전기적으로 대전되고 국소적인 접지(32, 32' 및 132) 각각과 협력하여, 채널(22, 122)을 따라서 연신된 전기장 영역(30, 130)을 형성한다. 단계(312)에 의해서 표시된 바와 같이, 제어기(206)는, 채널(22, 122) 내에서 입자(28)를 함유하는 유체(26)의 유동 중에 전기장 영역(30, 130) 내의 임피던스 변화를 감지한다. 단계(314)에 의해서 표시된 바와 같이, 제어기(206) 또는 원격 호스트 장치가 감지된 임피던스 변화를 이용하여, 입자(28)의 크기와 같은, 입자(28)의 하나 이상의 특성을 식별한다. 전기장 영역(30, 130)이 채널(122)을 따라서 연신되기 때문에, 입자(28)가 전기장 영역(30, 130) 내에서 체류하는 시간이 길어져서, 신호 신뢰성 및 검출 정확도가 향상된다.
도 4는, 미세유체 감지 시스템(20)의 예시적인 구현예인, 미세유체 감지 시스템(320)의 상면도이다. 그러한 시스템(320)이 또한, 시스템(120)과 관련하여 각각이 앞서서 도시되고 설명된, 공급원 저장용기(200), 펌프(202), 수용 저장용기(204), 제어기(206), 출력부(208) 및 플랫폼(216) 뿐만 아니라 채널(122)을 포함한다는 점에서 미세유체 감지 시스템(320)이 미세유체 감지 시스템(120)과 유사하다. 미세유체 감지 시스템(120)과 대조적으로, 미세유체 감지 시스템(320)이 임피던스 센서(324A, 324B, 324C, 324D, 324E, 324F)(집합적으로 임피던스 센서(324)로서 지칭됨)를 포함한다. 각각의 임피던스 센서(324)가 임피던스 센서(124)와 유사하고, 채널(122)을 따라서 연신된 전기장 영역을 형성한다. 도시된 예에서, 임피던스 센서(324)는 채널(122)을 따라서 상이한 크기를 가지거나 상이하게 성형되는 전기장 영역(330)을 형성한다. 도시된 예에서, 임피던스 센서(324D)가, 임피던스 센서(324A, 324B, 324E 및 324F) 각각에 의해서 형성된 전기장 영역(330A, 330B, 330E 및 330F) 보다 큰 전기장 영역(330)을 형성한다. 임피던스 센서(324C)는 전기장 영역(330D) 보다 큰 전기장 영역(330C)을 형성한다. 도시된 예에서, 보다 큰 전기장 영역이 보다 큰 전극(134)에 의해서 제공된다. 다른 구현예에서, 보다 큰 전기장이 보다 큰 국소적인 접지(132) 또는 보다 큰 국소적인 접지(132) 및 보다 큰 전극(134) 모두에 의해서 제공될 수 있을 것이다. 채널(122)을 따라서 위치되는 복수의 임피던스 센서(324)는, 입자(28)가 임피던스 센서(324)의 각각을 가로질러 통과할 때마다, 임피던스 스파이크를 가지는 신호를 생성한다. 복수의 임피던스 센서(324)에 의해서 생성되는 차이 신호들이 비교되고 통계적으로 분석되어 입자(28)의 크기를 식별한다. 예를 들어, 입자(28)의 크기를 추정하기 위해서, 평균 또는 중앙값(median)이 복수의 임피던스 센서(324)로부터의 신호로부터 결정될 수 있을 것이다.
전기장 영역들(330)의 일부가 상이한 크기들을 가지는 도시된 예에서, 입자들 사이의 크기 분화(differentiation)가 향상된다. 충분히 큰 입자-전기장 영역 보다 큰 입자가 전기장 영역(330)을 포화시킬 수 있을 것이다. 동시에, 전기장 영역(330)에 비해서 작은 입자가 임피던스 변화를 결정하기 위한 강한 신호를 초래하지 않을 수 있을 것이다. 시스템(320)이 상이한 크기의 전기장 영역들(330)을 형성하기 때문에, 임피던스 센서의 큰 입자 포화 및 작은 입자 약한 신호 강도에 의해서 발생되는 부정확성을 감소시키면서, 작은 크기의 입자 및 큰 크기의 입자 모두를 수용하도록, 전기장 영역들의 크기가 맞춰진다.
하나의 구현예에서, 2개 이상의 임피던스 센서(324)가 동작되는 주파수를 선택적으로 그리고 독립적으로 변경하도록 제어기(206)가 구성된다. 예를 들어, 임피던스 센서(324D)가 제1 주파수에서 동작될 수 있는 한편, 임피던스 센서(324E)가 제2의 별개의 주파수에서 동작된다. 상이한 임피던스 센서들(324) 사이에서 주파수를 변경하는 것에 의해서, 시스템(320)이 입자(28)의 부가적인 특성을 분석할 수 있을 것이다. 예를 들어, 생물학적 세포의 경우에, 상이한 주파수들을 이용하여 세포의 세포질 또는 막을 상이하게 여기시킬 수 있을 것이다. 세포의 상이한 부분의 그러한 상이한 여기가 세포 또는 입자(28)와 연관된 부가적인 특성의 식별을 위한 논리적인 신호를 초래할 수 있을 것이다.
도 5 및 도 6은, 미세유체 감지 시스템(20)의 예시적인 구현예인, 미세유체 감지 시스템(420)을 도시한다. 시스템(420)이 또한, 시스템(120)과 관련하여 각각이 앞서서 도시되고 설명된, 공급원 저장용기(200), 펌프(202), 수용 저장용기(204), 제어기(206), 출력부(208) 및 플랫폼(216) 뿐만 아니라 채널(122)을 포함한다는 점에서 미세유체 감지 시스템(420)이 미세유체 감지 시스템(120)과 유사하다. 미세유체 감지 시스템(120)과 대조적으로, 미세유체 감지 시스템(420)이 임피던스 센서(424)를 포함한다. 임피던스 센서(424)가 채널(122)에 걸친 포커스된 전기장 영역(430)을 형성한다. 임피던스 센서(424)가 국소적인 접지(432) 및 전극(434)을 포함한다. 국소적인 접지(432) 및 전극(434)이 채널(122)의 대향 표면들을 따라서 연장되고 크기 변화 갭(436)에 의해서 분리된다. "크기 변화 갭"이라는 용어는, 국소적인 접지(432) 및 대향하는 상응하는 전극(434)의 대향 표면들 또는 면들에 걸쳐진 그리고 그 사이의 거리를 지칭하고, 갭의 거리 또는 크기는 채널(122)을 따라서 상류로 또는 하류로 이동함에 따라 변화된다. 크기 변화 갭(436)은 갭의 가장 좁은 부분 내의 전기장 라인의 더 큰 밀도를 가지는 포커스된 중심 또는 코어 영역(438)을 구비하는 전기장(430)의 형성을 초래한다. 결과적으로, 입자(28)가 전기장 영역(430)을 통과함에 따라 센서(424)에 의해서 생성되는 전기적 임피던스 신호가, 입자(28)가 전기장 영역(430)을 얼마나 잘 막는지 또는 차단하는지를 나타내는 보다 크고 보다 날카로운 신호 스파이크를 갖는다. 포커스된 필드(field) 영역(430)을 통과하는 입자(28)에 의해서 생성되는 보다 크거나 보다 날칼로운 신호 스파이크는 입자 크기의 보다 신뢰 가능한 감지를 돕는다.
도시된 예에서, 갭(436)이 채널(122)의 폭과 실질적으로 동일한 가장 넓은 폭 및 접지(432) 및 전극(434)의 대향하는 지점들(440)의 분리에 상응하는 가장 좁은 폭(W)을 갖는다. 지점들(440)은 그 사이에서 연장되는 전기장 라인의 향상된 포커스를 제공한다. 하나의 구현예에서, 전기장 영역(430)을 가로질러 통과되는 입자(28)의 가장 큰 예상 크기를 수용하도록, 지점들(440) 사이의 폭(W)이 조율된다. 비록 갭(436)의 가장 넓은 폭이 채널(122)의 폭에 상응하지만, 다른 구현예에서, 대안적으로, 갭(436)의 가장 넓은 폭이 채널(122)의 폭 보다 좁을 수 있을 것이다.
비록 접지(432) 및 전극(434)의 각각이 각각 뾰족해지는(pointed) 것으로 도시되어 있지만, 다른 구현예에서, 접지(432) 및 전극(434) 중 하나가, 채널(122)의 측부에 평행한 표면을 가지는 편평한 막대(bar)를 대안적으로 포함할 수 있을 것이다. 비록 접지(432) 및 전극(434)의 각각이 센터링된(centered) 지점(440)을 가지는 것으로 도시되어 있지만, 다른 구현예에서, 접지(432) 및 전극(434)이 비대칭적인 지점(440)을 가질 수 있을 것이다. 예를 들어, 접지(432) 및 전극(434) 중 하나 또는 양자 모두가, 대안적으로, 공급원 저장용기(200)에 가장 근접하여 가장 넓은 그리고 수용 저장용기(204)에 가장 근접하여 가장 좁은 갭을 제공하는 구성을 가질 수 있을 것이다. 비록 접지(432) 및 전극(434)이 모두 서로 대향하는 단일 지점들(440)을 가지는 것으로 도시되어 있지만, 다른 구현예에서, 접지(432) 및 전극(434) 중 하나 또는 양자 모두가 채널(122)을 따라서 일련의 지점들 또는 들쭉날쭉한 치형부(jagged teeth)를 가질 수 있거나, 채널(122)을 따라서 볼록한 또는 오목한 곡선형 표면을 가질 수 있을 것이다.
도 6에 의해서 도시된 바와 같이, 접지(432) 및 전극(434)이 채널(122)의 단일 표면 또는 면을 따라서 형성된다. 도시된 예에서, 접지(432) 및 전극(434) 모두가 채널(122)의 대향하는 측벽들(444, 446)로부터 연장되거나 그에 인접하는 채널(122)의 바닥(442)을 따라서 형성된다. 접지(432) 및 전극(434)이, 바닥(442)과 같이, 채널(122)의 동일한 면을 따라서 형성되기 때문에, 제조 중에 지점(440)의 그리고 갭(436)의 간격의 정밀하고 신뢰 가능한 제어가 촉진된다. 또한, 접지(432) 및 전극(434)이 채널(122)의 횡단면적 면적 및 유체(26)의 유동을 차단하지 않는다. 다른 구현예에서, 접지(432) 및 전극(434)이 채널(122) 내의 대향 표면들을 따라서 형성되고 그로부터 돌출된다.
도 7은 미세유체 감지 시스템(20)의 다른 예시적인 구현예인, 미세유체 감지 시스템(520)을 도시한다. 미세유체 감지 시스템(520)이 임피던스 센서(424) 대신에 임피던스 센서(524)를 포함한다는 것을 제외하고, 미세유체 감지 시스템(520)은 미세유체 감지 시스템(420)과 유사하다. 시스템(520)의 나머지 구성요소는 도 7에서와 유사하게 번호가 부여되었거나 도 2에서 도시되어 있다.
임피던스 센서(524)가, 협력하여 전기장 영역(530)을 형성하는 접지(532) 및 전극(534)을 포함한다는 것을 제외하고, 임피던스 센서(524)가 임피던스 센서(424)와 유사하다. 접지(532) 및 전극(534)이 채널(122)을 따라서 서로로부터 이격된다는 것을 제외하고, 접지(532) 및 전극(534)이 접지(432) 및 전극(434)과 유사하다. 다시 말해서, 접지(532) 및 전극(534) 중 하나가 접지(532) 및 전극(534) 중 다른 하나의 상류에 위치된다. 결과적으로, 채널(122)을 전반적으로 수직으로 가로질러 연장되는 대신에, 전기장 영역(530)이 채널(122)에 걸쳐서 경사지게 또는 비스듬하게 연장된다. 전기장 영역(530)의 비스듬한 배향은, 전기장 영역(530)을 가로질러 통과하는 입자(28)가 전기장 영역(530)을 차단하는 시간을 증가시킨다. 결과적으로, 전기장 영역(530)의 그러한 차단은 전기 임피던스 신호의 보다 긴 상승 및 하강 시간을 초래하여, 입자(28)의 크기의 신뢰 가능하고 정확한 검출을 촉진한다. 임피던스 센서(424)에서와 같이, 국소적인 접지(532) 및 전극(534)이 채널(1222)에 걸친 크기 변화 갭에 의해서 전기장 라인의 포커스된 영역(538)로부터 분리되고, 이는 보다 날카로운 임피던스 신호 스파이크를 생성하여, 향상된 입자 크기 검출을 추가적으로 돕는다.
도 7은 미세유체 감지 시스템(20)의 다른 예시적인 구현예인, 미세유체 감지 시스템(620)을 도시한다. 시스템(620)이 또한, 시스템(120)과 관련하여 각각이 앞서서 도시되고 설명된, 공급원 저장용기(200), 펌프(202), 수용 저장용기(204), 제어기(206), 출력부(208) 및 플랫폼(216) 뿐만 아니라 채널(122)을 포함한다는 점에서 미세유체 감지 시스템(620)이 미세유체 감지 시스템(120)과 유사하다. 미세유체 감지 시스템(120)과 대조적으로, 미세유체 감지 시스템(620)은, 국소적인 접지(632)를 채널(122)을 따라서 전극(634)으로부터 이격시키는 것에 의해서 채널(122)을 따라 연신된 전기장 영역을 형성하는 임피던스 센서(624)를 포함한다. 하나의 구현예에서, 국소적인 접지(632) 및 전극(634)이 2 μ 내지 5 μ의 간격(S)을 가져, 향상된 신호 강도를 제공한다. 다른 구현예에서, 접지(632) 및 전극(634)이 다른 간격을 가질 수 있을 것이다.
도시된 예에서, 국소적인 접지(632) 및 전극(634)이 채널(122)의 측부들에 대해서 직각으로 채널(122)을 가로질러 완전히 연장되는 전기 전도성 표면 또는 막대를 포함한다. 예를 들어, 하나의 구현예에서, 국소적인 접지(632) 및 전극(634)이 노출된 탄탈륨 막대를 포함한다. 다른 구현예에서, 접지(632) 및 전극(634)이 다른 노출된 필름 또는 전기 전도성 재료 또는 금속으로 커버된 필름으로 형성될 수 있을 것이다. 다른 구현예에서, 국소적인 접지(632) 및 전극(634) 중 하나 또는 양자 모두가 대안적으로 채널(122)을 부분적으로 가로질러 연장될 수 있을 것이다. 비록 접지(632)가 전극(634)의 하류에 있는 것으로 도시되어 있지만, 다른 구현예에서, 이러한 관계가 반전될 수 있을 것이다.
도 8은 미세유체 감지 시스템(20)의 다른 구현예인, 미세유체 감지 시스템(720)을 도시한다. 시스템(720)이 임피던스 센서(624) 대신에 임피던스 센서(724)를 포함한다는 것을 제외하고, 미세유체 감지 시스템(720)은 미세유체 감지 시스템(620)과 유사하다. 접지(732) 및 전극(734)이 채널(122)을 경사지게 가로질러서 또는 비스듬하게 가로질러 연장되는 것을 제외하고 센서(624)의 접지(632) 및 전극(634)와 유사한 국소적인 접지(732) 및 전극(734)을 임피던스 센서(724)가 포함한다. 결과적으로, 접지(732) 및 전극(734)에 의해서 형성된 연신된 전기장 영역은, 전극(734)이 대전될 때, 채널(122)을 가로질러 비스듬하게 연장된다. 결과적으로, 입자(28)에 의한 전기장 영역(28)의 차단은 전기 임피던스 신호의 보다 긴 상승 및 하강 시간을 초래하여, 입자(28)의 크기의 신뢰 가능하고 정확한 검출을 촉진한다.
도 9는 미세유체 감지 시스템(20)의 다른 구현예인, 미세유체 감지 시스템(820)을 도시한다. 시스템(820)이 또한, 시스템(120)과 관련하여 각각이 앞서서 도시되고 설명된, 공급원 저장용기(200), 펌프(202), 수용 저장용기(204), 제어기(206), 출력부(208) 및 플랫폼(216) 뿐만 아니라 채널(122)을 포함한다는 점에서 미세유체 감지 시스템(820)이 미세유체 감지 시스템(120)과 유사하다. 미세유체 감지 시스템(120)과 대조적으로, 미세유체 감지 시스템(820)이 채널(122)을 따라서 이격된 복수의 임피던스 센서(824A 및 824B)(집합적으로 임피던스 센서(824)로 지칭됨)를 포함한다. 시스템(820)이 복수의 임피던스 센서(824)를 포함하기 때문에, 시스템(820)이, 비교되고 통계적으로 분석되어 입자(28)의 크기 검출의 향상된 정확도를 제공할 수 있는 복수의 신호를 이용하여, 입자(28)의 크기를 결정할 수 있을 것이다.
임피던스 센서(824A)가 국소적인 접지(832) 및 전극(834A)을 포함한다. 접지(832) 및 전극(834A)이 채널(1222)의 대향 측부들을 따라서 연장되어, 경사지게 연장되는 전기장 영역(830A)을 형성한다. 임피던스 센서(824B)가 국소적인 접지(832) 및 전극(834B)을 포함한다. 접지(832) 및 전극(834)이 채널(122)의 대향 측부들을 따라서 연장되어, 임피던스 센서(824A)에 의해서 제공되는 전기장 영역(830A)의 하류에 위치되는 경사지게 연장되는 전기장 영역(830B)을 형성한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 센서(824)가 단일 접지(832)를 공유하여, 제조 복잡성을 감소시킨다. 또한, 경사지게 연장되는 전기장(8304)은, 입자(28)가 전기장 영역(830)을 가로질러 통과할 때, 입자(28)에 대한 향상된 크기 검출 정확도를 위한 보다 긴 상승 및 하강 신호를 센서(824)로 제공할 수 있을 것이다.
도시된 예에서, 임피던스 센서(824)는 채널(122)을 따라서 상이한 크기를 가지거나 상이하게 성형되는 전기장 영역(830)을 형성한다. 도시된 예에서, 임피던스 센서(824B)가 보다 긴 전극(834B)을 가지며, 그에 따라 임피던스 센서(824A)에 의해서 형성된 전기장 영역(830A) 보다 큰 전기장 영역(830B)을 형성한다. 결과적으로, 입자들 사이의 크기 분화가 향상된다. 충분히 큰 입자-전기장 영역 보다 큰 입자가 전기장 영역(830)을 포화시킬 수 있을 것이다. 동시에, 전기장 영역(830)에 비해서 작은 입자가 임피던스 변화를 결정하기 위한 강한 신호를 초래하지 않을 수 있을 것이다. 시스템(820)이 상이한 크기의 전기장 영역들(830A, 830B)을 형성하기 때문에, 큰 입자 포화 및 작은 입자 약한 신호 강도에 의해서 발생되는 부정확성을 감소시키면서, 작은 크기의 입자 및 큰 크기의 입자 모두를 수용하도록, 전기장 영역들의 크기가 맞춰진다.
하나의 구현예에서, 2개 이상의 임피던스 센서(824)가 동작되는 주파수를 선택적으로 그리고 독립적으로 변경하도록 제어기(206)(도 2에 도시됨)가 구성된다. 예를 들어, 임피던스 센서(824A)가 제1 주파수에서 동작될 수 있는 한편, 임피던스 센서(824B)가 제2의 별개의 주파수에서 동작된다. 상이한 임피던스 센서들(324) 사이에서 주파수를 변경하는 것에 의해서, 시스템(820)이 입자(28)의 부가적인 특성을 분석할 수 있을 것이다. 예를 들어, 생물학적 세포의 경우에, 상이한 주파수들을 이용하여 세포의 세포질 또는 막을 상이하게 여기시킬 수 있을 것이다. 세포의 상이한 부분의 그러한 상이한 여기가 세포 또는 입자(28)와 연관된 부가적인 특성의 식별을 위한 논리적인 신호를 초래할 수 있을 것이다.
비록 임피던스 센서(824)가 단일의 국소적인 접지(832)를 공유하는 전극(834)의 쌍을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 다른 구현예에서, 센서(824)가 단일 전극(834)을 공유하는 국소적인 접지(832)의 쌍을 대안적으로 포함할 수 있을 것이다. 비록 국소적인 접지(832) 및 전극(834)이 채널(122)의 바닥 상에서 채널(122)을 따라 형성된 것으로 도시되어 있지만, 다른 구현예에서, 국소적인 접지(832) 및 전극(834)(또는 전극(834) 및 국소적인 접지(832))이 채널(122)의 측벽 상에 또는 채널(122)의 바닥 및 측벽 모두 상에 형성될 수 있을 것이다.
도 10은 미세유체 감지 시스템(20)의 다른 구현예인, 미세유체 감지 시스템(920)을 도시한다. 시스템(920)이 또한, 시스템(120)과 관련하여 각각이 앞서서 도시되고 설명된, 공급원 저장용기(200), 펌프(202), 수용 저장용기(204), 제어기(206), 출력부(208) 및 플랫폼(216) 뿐만 아니라 채널(122)을 포함한다는 점에서 미세유체 감지 시스템(820)이 미세유체 감지 시스템(620)과 유사하다. 미세유체 감지 시스템(120)과 대조적으로, 미세유체 감지 시스템(820)이 채널(122)을 따라서 이격된 복수의 임피던스 센서(924A 및 924B)(집합적으로 임피던스 센서(824)로 지칭됨)를 포함한다. 시스템(920)이 복수의 임피던스 센서(924)를 포함하기 때문에, 시스템(920)이, 비교되고 통계적으로 분석되어 입자(28)의 크기 검출 또는 추정의 향상된 정확도를 제공할 수 있는 복수의 신호를 이용하여, 입자(28)의 크기를 결정할 수 있을 것이다.
임피던스 센서(924A)가 국소적인 접지(932) 및 전극(934A)을 포함한다. 접지(932) 및 전극(934A)이 서로의 상류 또는 하류에서 채널(122)을 따라서 이격된다. 임피던스 센서(924B)가 국소적인 접지(932) 및 전극(934B)을 포함한다. 접지(932) 및 전극(934B)이 채널(122)을 따라서 연장되어, 임피던스 센서(924A)에 의해서 제공되는 전기장(930A)의 하류에 위치되는 전기장(930B)을 형성한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 센서(924)가 단일 접지(932)를 공유하여, 제조 복잡성을 감소시킨다.
하나의 구현예에서, 전극(934A)이 전극(934B)에 비해서 접지(932)에 더 근접하고, 그에 따라 임피던스 센서(924)에 의해서 형성된 전기장 영역(930)이 상이한 크기를 갖는다. 결과적으로, 그러한 상이한 전기장 영역(930)을 가로질러 통과되는 입자(28)가, 입자(28)에 대한 향상된 크기 검출 정확도를 위해서 비교되고 분석될 수 있는 상이한 임피던스 신호를 생성할 수 있을 것이다.
도 11은 미세유체 감지 시스템(20)의 다른 구현예인, 미세유체 감지 시스템(1020)을 도시한다. 시스템(920)이 또한, 시스템(120)과 관련하여 각각이 앞서서 도시되고 설명된, 공급원 저장용기(200), 펌프(202), 수용 저장용기(204), 제어기(206), 출력부(208) 및 플랫폼(216) 뿐만 아니라 채널(122)을 포함한다는 점에서 미세유체 감지 시스템(1020)이 미세유체 감지 시스템(120)과 유사하다. 접지를 개재하는 전극들의 접지된 쌍이 채널(122)을 가로질러 경사지게 연장된다는 것을 제외하고, 미세유체 감지 시스템(1020)이 또한 미세유체 감지 시스템(920)과 유사하다.
도 11에 의해서 도시된 바와 같이, 미세유체 감지 시스템(1020)이, 접지(1032) 및 전극(1034A)에 의해서 형성된 임피던스 센서(1024A), 및 접지(1032) 및 전극(1034B)에 의해서 형성된 임피던스 센서(1024B)를 포함한다. 전극(1034A) 및 접지(1032)가 전기장 영역(1030A)을 형성하는 한편, 전극(1034B) 및 접지(1032)가 전기장 영역(1030B)을 형성한다. 전기장 영역(1030)이 채널(122)을 경사지게 가로질러 연장된다. 결과적으로, 전기장 영역(1030)을 가로질러 통과되는 입자(28)로부터 초래되는 임피던스 신호가 보다 긴 상승 및 하강 시간을 가져서, 입자(28)에 대한 향상된 크기 검출 정확도를 촉진한다. 하나의 구현예에서, 접지(1032)가 전극(1034)으로부터 균등하게 이격된다. 다른 구현예에서, 접지(1032)가 전극(1034)으로부터 상이하게 이격되어, 향상된 크기 검출 정확도를 위한 상이한 크기의 전기장 영역(1030)을 형성한다.
도 12는 미세유체 감지 시스템(20)의 다른 구현예인, 미세유체 감지 시스템(1120)을 도시한다. 시스템(1120)이 또한, 시스템(120)과 관련하여 각각이 앞서서 도시되고 설명된, 공급원 저장용기(200), 펌프(202), 수용 저장용기(204), 제어기(206), 출력부(208) 및 플랫폼(216) 뿐만 아니라 채널(122)을 포함한다는 점에서 미세유체 감지 시스템(1120)이 미세유체 감지 시스템(120)과 유사하다. 미세유체 감지 시스템(1120)은 채널(122)을 따라서 복수의 임피던스 센서(1124A, 1124B, 1124C 및 1124D)(집합적으로 센서(1124)로 지칭됨)를 포함한다. 센서(1124A, 1124B, 1124C 및 1124D)는 단일의 국소적 접지(1132)를 공유하고, 전극(1134A, 1134B, 1134C 및 1134D(집합적으로 전극(1134)으로 지칭됨)을 각각 포함한다.
전극들(1134)이 접지(1132)의 일 측부 상에서 연장되고 접지(1132)로부터 상이하게 이격된다. 또한, 전극들(1134)의 각각이 상이한 간격 만큼 인접 전극(1134)으로부터 분리된다. 예를 들어, 전극(1134A) 및 전극(1134B)이 채널(122)을 따라서 제1 거리 만큼 서로로부터 이격되는 한편, 전극(1134B) 및 전극(1134C)이 채널(122)을 따라서 제2의 보다 먼 거리 만큼 서로로부터 이격된다. 전극들(1134) 사이의 변화되는 간격은 센서(1124)에 의해서 형성된 전기장 영역을 가로질러 통과되는 입자(28)의 크기를 결정하기 위한 부가적인 분화 제1 신호 비교를 제공한다. 다른 구현예에서, 전극들(1134)이 접지(1132)으로부터 균등하게 이격될 수 있을 것이다.
전극(1134)이 국소적인 접지(1132)와 협력하여, 상이한 크기의 중첩되는 전기장 영역들을 형성한다. 센서(1124)에 의해서 제공된 상이한 크기의 전기장 영역들이 상이한 크기의 입자들(28)을 수용하여, 신호 강도를 유지하거나 더 큰 크기의 입자(28)에 의한 포화로 인한 정확도의 가능성을 감소시킨다. 비록 접지(1132)가 전극(1134)의 상류에 있는 것으로 도시되어 있지만, 다른 구현예에서, 접지(1132)가 전극(1134)의 하류에 형성될 수 있을 것이다. 일부 구현예에서, 전극(1134) 또는 부가적인 전극(1134)의 일부가 접지(1132)의 상류에 제공되어 부가적인 전기장 영역을 제공할 수 있을 것이다.
도 13은 미세유체 감지 시스템(20)의 다른 구현예인, 미세유체 감지 시스템(1220)을 도시한다. 시스템(1220)이 또한, 시스템(120)과 관련하여 각각이 앞서서 도시되고 설명된, 공급원 저장용기(200), 펌프(202), 수용 저장용기(204), 제어기(206), 출력부(208) 및 플랫폼(216) 뿐만 아니라 채널(122)을 포함한다는 점에서 미세유체 감지 시스템(1220)이 미세유체 감지 시스템(120)과 유사하다. 미세유체 감지 시스템(1220)이 중간의 국소적인 접지를 개재하고 공유하는 상이한 크기의 전극들을 포함하는 것을 제외하고, 미세유체 감지 시스템(1220)이 미세유체 감지 시스템(920)과 유사하다. 미세유체 감지 시스템(1220)이 임피던스 센서(1224A 및 1224B)를 포함한다.
임피던스 센서(1224A)가 국소적인 접지(1232) 및 전극(1234A)을 포함한다. 접지(1232) 및 전극(1234A)이 서로의 상류 또는 하류에서 채널(122)을 따라서 이격된다. 임피던스 센서(1224B)가 국소적인 접지(1232) 및 전극(1234B)을 포함한다. 접지(1232) 및 전극(234B)이 채널(122)을 따라서 연장되어, 임피던스 센서(1224A)에 의해서 제공되는 전기장 영역(1230A)의 하류에 위치되는 전기장 영역(1230B)을 형성한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 센서(1224)가 단일의 국소적인 접지(1232)를 공유하여, 제조 복잡성을 감소시킨다.
도 13에 의해서 추가적으로 도시된 바와 같이, 전극(1234A)이 전극(1234B)에 비해서 더 짧은 길이를 가져서, 채널(122)의 보다 작은 부분을 가로질러 연장된다. 전극(1134)이 국소적인 접지(1132)와 협력하여, 상이한 크기의 전기장 영역들을 형성한다. 센서(1224)에 의해서 제공된 상이한 크기의 전기장 영역들이 상이한 크기의 입자들(28)을 수용하여, 신호 강도를 유지하거나 더 큰 크기의 입자(28)에 의한 포화로 인한 정확도를 감소시킨다. 비록 전극들(1234)이 접지(1232)로부터 균등하게 이격되는 것으로 도시되어 있지만, 다른 구현예에서, 전극들(1234)의 각각이 접지(1232)에 대해서 상이하게 이격된다.
도 14, 도 15, 도 16, 및 도 17은 미세유체 감지 시스템(1320) 및 그 동작을 도시한다. 채널(122)을 통한 유동이 임피던스 센서(1324B) 및 임피던스 센서(1324A) 상류의 그 전극(1334B) 및 그 전극(1334A)에서와 반대 방향이라는 것을 제외하고, 미세유체 감지 시스템(1320)은 전술한 미세유체 감지 시스템(1220)과 유사하다. 도 14 및 도 15는, 입자(28)에 의한 차단의 부재시의, 임피던스 센서(1324A 및 1324B) 각각에 의해서 생성된 전기장 영역(1330A 및 1330B)을 도시한다. 도 16은 유체(26)에 의해서 반송되는 입자(28)에 의한 전기장 영역(1334A)의 예시적인 차단을 도시한다. 도 16은 어떻게 전기장 라인이 반드시 입자(28) 주위로 이동하여, 임피던스를 증가시키는지를 도시한다.
도 17은, 입자(28)가 임피던스 센서(1324B 및 1324A) 각각의 전기장 영역(1330B 및 1330A)을 가로질러 연속적으로 유동될 때, 미세유체 감지 시스템(1320)에 의해서 표시되는 시간에 걸친 임피던스 신호를 도시하는 그래프이다. 도 17에 의해서 도시된 바와 같이, 입자(28)가 보다 큰 전기장 영역(1230B)을 제1 범위까지 차단함에 따라, 임피던스 신호가 제1 스파이크(1341)를 생성한다. 입자(28)가 보다 작은 전기장 영역(1230A)을 가로질러 계속 유동됨에 따라, 입자(28)는, 전기장 영역(1230A)에 비해서 더 큰 상대적인 크기로 인해서, 제2의 보다 큰 범위까지 전기장 영역(1230A)을 차단한다. 결과적으로, 임피던스 신호는 제1 스파이크(1341) 보다 큰 제2 스파이크(1343)를 생성한다. 상이한 크기의 임피던스 신호 스파이크들이 비교되고 분석되어, 입자(28)의 상응하는 크기를 확인 또는 추정할 수 있을 것이다.
도 18은, 단일 크기의 입자가 각각의 감지 시스템의 하나 이상의 임피던스 센서를 가로질러 유동할 때, 전술한 바와 같은 상이한 미세유체 감지 시스템들에 의해서 생성된 임피던스 신호들을 비교하는 그래프이다. 도 18에 의해서 도시된 바와 같이, 미세유체 감지 시스템(420)이 가장 강력한 또는 가장 큰 임피던스 신호를 생성하였다. 미세유체 감지 시스템(120)은 다음의 가장 큰 임피던스 신호를 생성하였다.
도 19는 미세유체 감지 시스템(20)의 다른 구현예인, 미세유체 감지 시스템(1420)을 도시한다. 시스템(1120)이 또한, 시스템(120)과 관련하여 각각이 앞서서 도시되고 설명된, 공급원 저장용기(200), 펌프(202), 수용 저장용기(204), 제어기(206), 출력부(208) 및 플랫폼(216)을 포함한다는 점에서 미세유체 감지 시스템(1420)이 미세유체 감지 시스템(120)과 유사하다. 미세유체 감지 시스템(1420)은 채널(1422) 및 임피던스 센서(1424)를 더 포함한다. 채널(122)은 공급원 저장용기(200)(도 2에 도시됨)으로부터 연장되는 제1 부분(1426), 수용 저장용기(204)(도 2에 도시됨)으로 연장되는 제2 부분(1427), 및 부분들(1426 및 1427)을 연결하는 중간 굽힘부(1428)를 포함한다.
임피던스 센서(1424)는, 굽힘부(1428) 내에서 그리고 그 주위에서 연장되는 전기장 영역(1430)을 형성하도록 위치된 국소적인 접지(1432) 및 전극(1434)을 포함한다. 연신된 전기장 영역(1430)은, 입자(28)가 굽힘부(1428)를 통과함에 따라, 차단되고 입자(28)의 크기를 결정하기 위한 임피던스 신호를 생성한다. 비록 접지(1432)가 전극(1434)의 상류에 있는 것으로 도시되어 있지만, 다른 구현예에서, 이러한 관계가 반전될 수 있을 것이다.
도 20은 미세유체 감지 시스템(20)의 다른 구현예인, 미세유체 감지 시스템(1520)을 도시한다. 미세유체 감지 시스템(1520)이 임피던스 센서(1524A 및 1524B)(집합적으로 센서(1524)로 지칭됨)를 포함한다는 것을 제외하고, 미세유체 감지 시스템(1520)은 미세유체 감지 시스템(1420)과 유사하다. 임피던스 센서(1524)가 국소적인 접지(1532) 및 전극(1534A)을 포함한다. 임피던스 센서(1524B)가 국소적인 접지(1532) 및 전극(1534B)을 포함한다. 임피던스 센서들(1524)이 단일의 접지(1532)를 공유하고, 각각 연신된 전기장 영역(1530A 및 1530B)을 형성한다. 시스템(1520)에 의해서 제공된 복수의 임피던스 센서가, 입자(28)의 향상된 크기 검출을 촉진하기 위해서 비교되고 분석될 수 있는, 통과하는 입자(28)에 의한 복수의 전기장 영역 차단을 제공한다. 비록 센서(1524A 및 1524B)가 단일 접지(1532)를 공유하는 것으로 설명되었지만, 다른 구현예에서, 센서(1524) 각각이 전용의 국소적인 접지를 갖는다. 또 다른 구현예에서, 대안적으로, 감지 시스템(1520)이, 굽힘부(1428) 내에서 단일 전극을 그 사이에서 공유하는 별개의 국소적인 접지들을 가지는 임피던스 센서들을 포함할 수 있을 것이다.
도 21은 미세유체 감지 시스템(20)의 다른 구현예인, 미세유체 감지 시스템(1620)을 도시한다. 시스템(1620)이 또한, 시스템(120)과 관련하여 각각이 앞서서 도시되고 설명된, 공급원 저장용기(200), 펌프(202), 수용 저장용기(204), 제어기(206), 출력부(208) 및 플랫폼(216) 뿐만 아니라 채널(122)을 포함한다는 점에서 미세유체 감지 시스템(820)이 미세유체 감지 시스템(120)과 유사하다. 미세유체 감지 시스템(120)과 대조적으로, 미세유체 감지 시스템(1620)은, 채널(122)을 통해서 유동하는 유체(26)에 의해서 반송되는 입자(28)의 크기를 결정하기 위한, 채널(122)을 따라서 그리고 가로질러 배열된 임피던스 센서의 어레이를 포함한다.
도 21에 의해서 도시된 바와 같이, 미세유체 감지 시스템(1620)은 국소적인 접지(1632A, 1632B)(집합적으로 국소적인 접지(1632)로 지칭됨) 및 전극(1634A1, 1634A2, 1634B1 및 1634B2)(집합적으로 전극(1634)으로 지칭됨)을 포함한다. 접지(1632) 및 전극(1634)이 서로 협력하여 채널(122)을 따른 그리고 그에 걸친 전기장 영역의 어레이를 형성하며, 개별적인 전기장 영역의 차단으로부터 초래되는 임피던스 신호는 입자(28)의 크기를 확인 또는 추정하는 것을 추가적으로 돕는다.
도시된 예에서, 국소적인 접지(1632A) 및 국소적인 접지(1632A)에 의해서 공유되는 전극들, 전극(1634A1 및 1634A1)이 제1 크기의 전기장 영역을 형성하는 제1 크기를 갖는다. 국소적인 접지(1632B) 및 국소적인 접지(1632B)에 의해서 공유되는 전극들, 전극(1634B1 및 1634B2)이 제2의 더 작은 크기의 전기장 영역을 형성하는 더 작은 크기를 갖는다. 채널(122)을 가로질러 그리고 채널(122)을 따른 채널(122) 내의 전기장 영역의 상이한 위치들뿐만 아니라 상이한 크기의 전기장 영역들이 입자(28) 크기의 추정의 정확도를 향상시켜, 상이한 크기의 입자들(28)을 수용하는 한편, 신호 강도를 유지하고 큰 입자(28)에 의한 전기장 영역의 포화의 영향을 감소시킨다.
비록 미세유체 감지 시스템(1620)이 임피던스 센서(1524)의 2 x 2 어레이를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 다른 구현예에서, 미세유체 감지 시스템이 임피던스 센서의 더 큰 어레이를 포함한다. 일부 구현예에서, 어레이가, 국소적인 접지 하류의 및/또는 국소적인 접지에 대해서 경사진 전극들에 의해서 공유되는 국소적인 접지를 포함하여, 물품(28)의 검출을 위한 경사진 전기장 영역을 형성할 수 있을 것이다. 또 다른 구현예에서, 시스템(1620)이 유사한 구성을 가질 수 있으나, 전극이, 국소적인 접지가 아니라, 또는 복수의 이격된 국소적인 접지들 사이에서 공유되지 않고, 임피던스 센서의 어레이를 형성한다.
도 22는 미세유체 감지 시스템(20)의 다른 구현예인, 미세유체 감지 시스템(1720)을 도시한다. 시스템(1720)이 또한, 시스템(120)과 관련하여 각각이 앞서서 도시되고 설명된, 공급원 저장용기(200), 펌프(202), 수용 저장용기(204), 제어기(206), 출력부(208) 및 플랫폼(216)을 포함한다는 점에서 미세유체 감지 시스템이 미세유체 감지 시스템(120)과 유사하다. 시스템(1720)이 채널(1422)을 포함한다는 점에서, 미세유체 감지 시스템(1720)이 감지 시스템(1420)과 유사하다. 시스템(1720)이 임피던스 센서(1724)의 어레이(1723)를 포함한다는 것을 제외하고, 미세유체 감지 시스템(1720)은 미세유체 감지 시스템(1620)과 유사하다.
도 22에 의해서 도시된 바와 같이, 임피던스 센서(1724)가 굽힘부(1428) 내의 채널(1422)의 바닥 내에 형성된다. 도시된 예에서, 임피던스 센서(1724)는 공유된 단일의 국소적인 접지(1732) 및 국소적인 접지(1372) 주위로 이격되고 임피던스 센서(1724A, 1724B, 1724C 및 1724D)를 각각 형성하는 전극(1734A, 1374B, 1374C 및 1374D)을 포함한다. 시스템(1620)의 임피던스 센서와 유사하게, 임피던스 센서(1724)는, 입자(28)의 크기의 상응하는 추정을 결정하기 위해서 분석될 수 있는 임피던스 신호를 생성하기 위해서 입자(28)의 통과에 의해서 상이하게 차단될 수 있는 전기장 영역의 어레이를 형성한다.
입자(28)의 크기의 검출을 돕는 것에 더하여, 입자(28)의 질량 및 밀도의 검출을 돕기 위해서, 미세유체 감지 시스템(1720)이 추가적으로 이용될 수 있을 것이다. 굽힘부(1428) 주위로 유동하는 입자의 모멘텀이, 어떠한 전기장 영역이 입자(28)에 의해서 차단되는지에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 입자(28)에 의해서 차단되는 개별적인 전기장 영역(1428)의 식별이 입자(28)의 질량을 그리고 그에 따라 밀도를 추가적으로 나타낼 수 있을 것이다. 더 무거운 입자가 굽힘부(1428)의 외측으로 유동하는 경향을 가질 것인 반면, 더 가벼운 입자는 굽힘부(1428)의 내측으로 유동하는 경향을 가질 것이다. 예를 들어, 더 무거운 또는 더 조밀한 입자(28)가 큰 모멘텀으로 굽힘부(1428)를 통해서 유동할 것이고, 결과적으로 그러한 입자(28)는 임피던스 센서(1724B)의 전기장 영역을, 그러한 입자가 임피던스 센서(1724D)의 전기장 영역을 차단하여 더 작은 진폭의 전기 임피던스 신호 또는 스파이크를 생성하는 정도에 대비하여, 더 큰 정도까지 차단하여, 큰 진폭의 전기 임피던스 신호 또는 스파이크를 생성한다.
비록 본 개시 내용이 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 당업자는, 청구된 청구 대상의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고도 형태 및 상세 부분에 대한 변화가 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 비록 상이한 예시적인 실시예들이 하나 이상의 장점을 제공하는 하나 이상의 특징부를 포함하는 것으로 설명되어 있을 수 있지만, 설명된 특징부가 서로 상호 교환될 수 있거나, 설명된 예시적인 실시예에서 또는 다른 대안적인 실시예에서 서로 대안적으로 조합될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 개시 내용의 기술이 비교적 복잡하기 때문에, 기술에서의 모든 변화를 예상할 수 없다. 예시적인 실시예를 참조하여 설명된 그리고 이하의 청구항에 기재된 본 개시 내용은 가능한 한 넓을 것으로 명백하게 의도된다. 예를 들어, 달리 구체적으로 기재되어 있지 않은 경우에, 하나의 특별한 요소를 인용하는 청구항이 또한 복수의 그러한 특별한 요소를 포함한다.

Claims (15)

  1. 미세유체 감지 장치로서:
    채널;
    상기 채널 내의 임피던스 센서; 및
    상기 임피던스 센서 하류에 상기 채널 내의 제2 임피던스 센서를 포함하고,
    상기 임피던스 센서가:
    상기 채널 내의 국소적인 접지; 및
    상기 채널 내의 전극을 포함하고,
    상기 국소적인 접지 및 상기 전극이, 상기 채널을 따라서 연신되는 전기장 영역을 형성하며,
    상기 임피던스 센서와 상기 제2 임피던스 센서는, 상기 임피던스 센서와 상기 제2 임피던스 센서에 의해 생성되는 차이 신호들의 비교 및 통계적 분석에 기초하여 유체 내에 함유된 입자의 특성이 식별되도록, 상이한 크기의 전기장 영역들을 가지고,
    상기 미세유체 감지 장치는,
    임피던스 센서의 전극 및 국소적인 접지를 이용하여 전기장 영역을 생성하기 위한 회로;
    상기 채널을 통해 유체 및 입자를 이동시키기 위한 열적 잉크젯(TIJ) 저항기; 및
    열 센서
    를 더 포함하는, 미세유체 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극이 상기 채널을 따르는 방향으로 상기 국소적인 접지로부터 이격되는, 미세유체 감지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극 및 상기 국소적인 접지 중 적어도 하나가 상기 채널을 따라서 주요 치수(major dimension)를 가지는, 미세유체 감지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극이 상기 채널에 대해서 비스듬하게 대면하는, 미세유체 감지 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 임피던스 센서가 제2 전극 및 상기 국소적인 접지를 포함하는, 미세유체 감지 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전극이 제1 거리 만큼 상기 국소적인 접지로부터 이격되고, 상기 제2 전극이 상기 제1 거리와 상이한 제2 거리 만큼 상기 국소적인 접지로부터 이격되는, 미세유체 감지 장치.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 채널이 상기 전극을 포함하는 제1 부분, 상기 국소적인 접지를 포함하는 제2 부분, 및 상기 제1 부분과 상기 제2 부분을 연결하는 굽힘부를 포함하고, 상기 굽힘부가 상기 국소적인 접지를 포함하는, 미세유체 감지 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 채널 내의 상기 임피던스 센서에 대해서 횡방향으로 위치된 추가의 임피던스 센서를 더 포함하는, 미세유체 감지 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 미세유체 감지 장치는 상기 채널 그리고 임피던스 센서의 전극 및 국소적인 접지를 지지하는 플랫폼을 더 포함하고,
    상기 회로는 상기 플랫폼 상에서 지지되며,
    상기 열적 잉크젯(TIJ) 저항기는 상기 임피던스 센서로부터 5 mm 이내에서 상기 플랫폼 상에서 지지되고,
    상기 열 센서는 상기 TIJ 저항기 및 상기 임피던스 센서로부터 5 mm 이내에서 상기 플랫폼 상에서 지지되는, 미세유체 감지 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전극 및 상기 국소적인 접지가 상기 채널에 걸친 크기 변화 갭에 의해서 분리되는, 미세유체 감지 장치.
  13. 미세유체 감지 방법으로서:
    기포 제트 펌프(bubble jet pump)를 이용하여 감지 장치의 채널 내에서 입자 함유 유체를 이동시키는 단계;
    상기 채널 내에서 제1 전기장 영역을 형성하는 단계;
    상기 채널 내에서 제2 전기장 영역을 형성하는 단계로서, 상기 제1 전기장 영역과 상기 제2 전기장 영역은 상이한 크기들을 가지는, 제2 전기장 영역 형성 단계;
    상기 채널 내의 입자 함유 유체의 유동 중에, 상기 제1 전기장 영역 및 상기 제2 전기장 영역 내의 임피던스 변화를 감지하는 단계; 및
    감지된 임피던스 변화, 및 상기 제1 전기장 영역과 상기 제2 전기장 영역 사이의 차이 신호들의 비교 및 통계적 분석에 기초하여 입자 특성을 식별하는 단계를 포함하는, 미세유체 감지 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
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