KR102060280B1 - 복합 현장 진단 장치 및 복합 현장진단 네트워크 분석 시스템 - Google Patents
복합 현장 진단 장치 및 복합 현장진단 네트워크 분석 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 상대적으로 소형으로 구성할 수 있어 현장 진단 장치에 적용할 수 있고, 수정결정미소저울을 이용한 바이러스 분석과, 광픽업드라이드브 기반의 원자현미경을 통한 바이러스와 박테리아 식별, 및 수정결정미소저울 표면의 표면증강라만산란을 통한 화학구성 신호파악이 모두 가능한 복합 현장 진단 장치 및 복합 현장진단 네트워크 분석 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 진단 시료가 위치되는 반응셀부; 상기 반응셀부의 일측에 구비되고, 시료의 형상 정보를 광픽업을 통해 획득하도록 구성되는 광픽업기반 근접장현미경부; 및 상기 반응셀부의 타측에 구비되어 질량변화 측정을 통한 시료의 분석과 화학구성 신호를 파악하도록 구성되는 전기화학적 수정결정미소저울부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 현장 진단 장치가 제공된다.
Description
본 발명은 복합 현장 진단 장치 및 복합 현장진단 네트워크 분석 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상대적으로 소형으로 구성할 수 있어 현장 진단 장치에 적용할 수 있고, 수정결정미소저울을 이용한 바이러스 분석과, 광픽업드라이드브 기반의 원자현미경을 통한 바이러스와 박테리아 식별, 및 수정결정미소저울 표면의 표면증강라만산란을 통한 화학구성 신호파악이 모두 가능하며, 나아가 신속한 포텐쇼스탯(potentiostat)을 동시에 수행할 수 있을 뿐만 아니라 진동수(frequency), 디시패션(dissipation) 및 임피던스(impedance)를 동시에 측정할 수 있는 복합 현장 진단 장치 및 복합 현장진단 네트워크 분석 시스템에 관한 것이다.
수정결정미소저울(QCM; Quartz Crystal Microbalance)은, 수정의 압전 특성에 의하여 발생하는 공진 현상(Resonance)을 이용하여 미소 질량을 측정할 수 있는 장치로서, 상기 수정 결정 미소저울은 한 쌍의 전극과, 상기 전극들 사이에 배치된 수정 기판을 구비하며, 상기 전극은 수정기판의 양면에 금속을 입혀서 형성할 수 있다.
상기 수정 결정 미소저울은 수정을 결정축에 대해 특정한 방향으로 절단(AT-cut)하여 얇은 조각의 결정의 양면에 금속을 코팅하여 전극을 형성시켜 얻어질 수 있다.
상기 전극 사이에 전압이 가해지면 상기 수정 기판과 상기 전극들로 이루어진 구조물의 공진점에서 일정한 공진 주파수로 공진이 생긴다. 이때, 상기 한 쌍의 전극 중 하나가 공기중에 노출되어 있고, 이 전극에 미소 질량(M)이 접촉되면 그 미소 질량(M)에 의하여 공진 주파수의 값이 변화한다. 그러므로 상기 공진 주파수의 변화량을 측정함으로써, 상기 미소 질량(M) 값이 측정될 수 있다.
이러한 수정 결정 미소저울은 나노그램의 질량 변화도 측정할 수 있는 센서이므로, 기체의 농도변화 측정, 증착량 측정, 단백질 검출, 점탄성 계수의 측정 등 다양한 분야에서 응용이 가능하다.
한편, 상기 수정 결정 미소저울의 응용으로서, 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM: Electrochemical Quartz Crystal Microbalance)을 이용하여 용액 상에서도 수정 표면의 질량 변화를 측정할 수 있는데, 이 경우에 상기 QCM의 양 전극중 하나는 EQCM의 작업전극(Working Electrode)이 되어 전류-전압의 관계를 통해 작업전극의 질량 변화를 측장할 수 있다.
상기 EQCM은 단층(monolayer)이나 다층(multilayer) 박막의 생성이나 전극에 부착된 고분자 박막에서의 산화환원에 따른 물질이동, 무전해 도금, 단백질의 흡탈착 등 전극의 질량변화를 수반하는 다양한 분야에 응용가능할 수 있다.
상기 QCM 장치는 수정결정을 포함하는 셀(cell), 원하는 주파수만을 선택하여 발진하는 발진회로, 수정 결정의 전극상에서 일어나는 주파수 변화를 측정하는 진동수 계측기(frequency counter), 출력되는 전압 값을 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지털 신호로 변환시켜주는 DAQ 보드 및 이들을 제어하는 제어보드 등으로 구성될 수 있으며, 또한 상기 EQCM은 QCM에 전기화학 셀(Electrochemical cell)을 부가하여 작동 전극(Working Electrode)이 수정결정을 포함하며, 상대전극(counter electrode) 및 기준전극(reference electrode)이 추가적으로 포함되어 이루어질 수 있다.
상기 QCM 시스템을 이용한 기술로 등록실용신안공보 제20-0440969호(20080711)에서는 수용체 분자를 센서 칩 표면에 고정시킬 수 있고 기상 또는 액상의 시험 대상물을 용이하게 센서와 접촉시킬 수 있으면서 안정된 신호를 얻을 수 있는, 수정결정 미소저울(QCM) 바이오센서 장치에 관해 기재되어 있고, 상기 EQCM 시스템을 이용한 기술로 등록특허공보 제10-0859768호(2008.09.24.)에서는 전기화학반응 중 간섭발생을 최소화하는 구조의 전기화학 셀을 구비하여 전기화학반응이 일어나는 과정에서 작업전극의 표면변화가 임피던스에 미치는 영향을 실시간으로 측정가능함과 동시에 전극표면에서의 질량변화를 나노그램(ng)의 정밀도로 측정할 수 있는 EQCM 장치에 관해 기재되어 있다.
도 1에서는 종래기술에서 사용되는 EQCM 장치를 도시하였다. 이를 구체적으로 살펴보면, 상기 EQCM 장치는 수정결정(41)을 포함하는 작동전극(40, Working Electrode), 기준전극(50, reference electrode) 및 상대전극(60, counter electrode)으로서 각각 Ag/AgCl 전극과 백금 전극이 사용되는 통상의 3전극 시스템으로 이루어진 전기 화학적 셀(70)을 포함하며, 상기 셀내에 적절한 용매와 화학반응 또는 물리적 변화를 유도할 물질들이 포함될 수 있다.
상기 EQCM 장치의 전기화학적 셀에는 QCM의 한쪽 전극만을 용액에 노출시키고 용액에 누출되지 않도록 밀봉시켜서 수정을 설치하여야 한다.
또한, 상기 EQCM 장치는 전해용액의 반응전위인 DC 전압을 생성하여 안정된 신호전압으로 전해 용액에 인가시키는 포텐쇼스탯(45, Potentiostat) 포함할 수 있고, 이는 작동전극에 연결된다.
또한, 상기 EQCM은 QCM 시스템에서와 마찬가지로, 원하는 주파수만을 선택하여 발진시키는 발진회로(10), 수정 결정의 전극상에서 일어나는 주파수 변화를 측정하는 진동수 계측기(20, frequency counter), 출력되는 전압 값을 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지털 신호로 변환시켜주는 DAQ 보드(30) 및 이들을 제어하는 제어 보드(미도시)와 PC 등의 장치를 포함하고 있다.
즉, 상기 전기화학적 셀부를 형성하는 구성요소인 수정진동자인 수정결정의 양면에는 금속을 입혀 전극을 만들고, 입력되는 전압의 신호에 따라 수정의 공명진동수로 진동을 하게 되며, 전극의 무게변화에 따라 수정진동자의 진동수가 변화함으로써 전극에서 일어나는 질량의 변화를 감지할 수 있게 하는 것이다.
그러나 이러한 종래 기술은 QCM 전극과 전기화학(Electrochemistry) 검출을 위한 전극의 분리로 인하여 셀(cell)의 부피가 크고 소형화할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래 기술은 외부 검출장치가 기존의 분석장치를 연결하여 사용함으로써 현장 진단 검사(POCT)를 위한 이동가능한 측정기의 제작에 한계가 따르는 문제점이 있었다.
한편, 라만 분석 시스템는 라만 스펙트럼을 측정하는 분광계를 이용하여 라만 스펙트럼이 나타내는 시료의 물성 특징을 분석하는 장치로서, 라만 스펙트럼을 생성하기 위해 레이저를 주로 사용하는 광원과 분광계를 기본으로 구성된다.
사용되는 레이저로서는 자외선에서 적외선 파장 영역에 이르는 다양한 파장의 레이저가 상용되고 있으며, 생체 시료를 대상으로 하는 경우에는 주로 가시광선 및 근 적외선 영역의 에너지를 갖는 레이저를 많이 사용한다. 이에는 아르곤 레이저의 5145nm 라인, 크립톤 레이저의 647nm 라인 및 YAG 등 고체 레이저의 532nm 라인과 660nm라인과 785nm 라인 등이 그 예이다. 분광계로는 레일리 산란 등의 미광(謎光)을 충분히 제거할 필요가 있어서 더블 모노크로메이터를 2개 및 3개를 사용하는 방법이 사용되어 왔는데, 최근에는 우수한 광 특성을 갖는 간섭필터를 사용하고 1개의 모노크로메이터 필터를 사용하는 것이 보편화되었다.
도 2는 종래의 라만 분석 시스템의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 라만 분석 시스템에서 레이저 광원(10)으로부터 출발하는 광원은 공간 필터(11: Spatial Filter)와 미러(12: Mirror) 및 다이크로익 미러(13: Dichroic Mirror)로 구성되는 광 경로를 거쳐 X축 미러(14: X-axis Mirror)에 도착한다.
종래의 라만 분석 시스템는 광 경로 상에 X축 및 이와 수직인 Y축으로 움직이는 X축 미러(14: X-axis Mirror) 및 Y축 미러(15: Y-axis Mirror)를 배치하고, 이들을 각각 미세 조정하여 대물렌즈(20)를 통해 광원이 입사되어 스테이지(29) 상의 시료(21)와 만나는 경로를 스팟(Spot) 별로 미세하게 이동시킬 수 있다. X축 미러(14) 및 Y축 미러(15)는 보이스 코일 모터(16,17: Voice Coil Motor) 및 이의 구동을 제어하는 드라이버(18,19)를 통해 미세 조정이 가능하다. 대물렌즈(20)를 통해 입사한 광원은 시료(21)와 부딪쳐 산란하게 되는데, 대부분은 입사광과 같은 에너지를 가지고 산란하나, 일부는 고유한 정도로 시료(21)와 에너지를 주고받아 비탄성 산란하게 된다. 이때, 시료(21)의 물성 특성에 따라 광원이 에너지를 잃는 스톡스(Stokes) 산란 및 광원이 에너지를 얻는 안티스톡스(Anti-Stokes) 산란의 파장은 고유한 형태로 나타나며, 분광계(50)는 에지 필터(28: Edge Filter)를 통해 이를 수집(일반적으로 스톡스 산란)하여 고유한 형태의 스펙트럼으로 표시할 수 있다.
종래의 라만 분석 시스템에서는 이러한 스팟 별 스펙트럼 영상을 카메라(40)로 반복적으로 촬영한 후 컴퓨터(30)로 분석하여 시료(21)의 특성을 파악한다.
상기한 종래의 라만 분석 시스템는 일 예시에 대하여 설명한 것으로, 이러한 라만 분석 시스템을 포함한 기존 라만분석 설비는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 기존 라만 분석 장비는 정밀도가 고도로 요구되는 고가의 부속품이 복수로 탑재되어야 하여 장비들은 부피가 크고 수억대의 고가 장비로 구성되는데, 이러한 장치는 상대적으로 높은 정밀도를 요구하지 않는 현장 진단 장치에 사용하기 매우 어려운 실정이다. 다시 말해서, 기존 라만 분석 장비는 복잡하고 고가의 장비로 이루어지며, 현장 진단용으로 이용하기 어려울 뿐만 아니라 분석의 활용 측면에서 한계를 가지고 있는 문제점이 있다.
둘째, 기존 라만 분석 장비는 바이러스(Virus) 진단과 케미컬(Chemical) 샘플의 분석, 현장 교육, 실험실 등 나노 정밀도의 분석 시스템이 현장에서 요구되어 왔지만 신뢰성 있는 자료 및 정량적 자료를 제공할 수 있는 장비는 대형화하여 그 요구 조건을 충족시키지 못하고 있다.
따라서, 보다 소형화 및 저가격화된 나노 라만 장비에 대한 연구와 제작이 필요한 실정이며, 이와 함께 복합적인 기능을 실행할 수 있는 현장 진단 검사(POCT)에 대한 연구와 개발 또한 필요한 실정이다.
따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 상대적으로 소형으로 구성할 수 있어 현장 진단 장치에 적용할 수 있고, 수정결정미소저울을 이용한 바이러스 분석과, 광픽업드라이드브 기반의 원자현미경을 통한 바이러스와 박테리아 식별, 및 수정결정미소저울 표면의 표면증강라만산란을 통한 화학구성 신호파악이 모두 가능한 복합 현장 진단 장치 및 복합 현장진단 네트워크 분석 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전기화학적 수정결정미소저울의 반응셀에 3극 전극을 통합 구성함으로써 상대적으로 반응 셀의 부피를 줄일 수 있고, 신속한 포텐쇼스탯(potentiostat), 진동수(frequency), 디시패션(dissipation) 및 임피던스(impedance)을 동시에 측정할 수 있는 복합 현장 진단 장치 및 복합 현장진단 네트워크 분석 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 진단 시료가 위치되는 반응셀부; 상기 반응셀부의 일측에 구비되고, 시료의 형상 정보를 광픽업을 통해 획득하도록 구성되는 광픽업기반 근접장현미경부; 및 상기 반응셀부의 타측에 구비되어 질량변화 측정을 통한 시료의 분석과 화학구성 신호를 파악하도록 구성되는 전기화학적 수정결정미소저울부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 현장 진단 장치가 제공된다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 반응셀부는 수정 결정 기재, 및 상기 수정 결정 기재의 양면에 각각 형성되되 서로 분리 구성되는 작동 전극과, 카운터 전극 및 기준 전극을 포함하고, 상기 작동 전극은 상기 수정 결정 기재의 중앙부에 형성되는 제1 원형 전극부과, 상기 제1 원형 전극부의 일측에서 상기 수정 결정 기재의 가장자리로 연장되는 제1 스트립 전극부, 및 상기 제1 스트립 전극부의 연장 단부에서 상기 수정 결정 기재의 가장자리를 따라 양측으로 연장되는 제1 호형 스트립 전극부를 포함하고, 상기 카운터 전극은 상기 수정 결정 기재의 가장자리를 따라 소정 길이 형성되는 일부 개구된 환형 스트립 전극으로 이루어지고, 상기 기준 전극은 상기 작동 전극의 원형 전극부와 이격 형성되는 제2 원형 전극부와, 상기 제2 원형 전극부의 일측에서 상기 수정 결정 기재의 가장자리로 연장되는 제2 스트립 전극부, 및 상기 제2 스트립 전극부의 연장 단부에서 상기 수정 결정 기재의 가장자리를 따라 양측으로 소정 길이 연장되는 제2 호형 스트립 전극부를 포함하며, 상기 작동 전극과 카운터 전극 및 기준 전극은 전기적으로 서로 이격되어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 제1 원형 전극부는 상기 제2 원형 전극부보다 넓은 면적을 갖고 형성되며, 상기 제1 호형 스트립 전극부와 상기 카운터 전극 및 제2 호형 스트립 전극부는 동심원을 가지며, 동일 폭과 두께를 갖고 형성될 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 광픽업기반 근접장현미경부는 복수의 레이저광원을 선택적으로 생성하는 블루레이 레이저 광원; 상기 레이저 광원의 에너지와 위치를 제어하기 위한 광원 제어부; 상기 레이저 광원이 입출사되고, 상기 시료에 대한 초점을 조절하도록 구비되는 초점용 광학렌즈; 상기 초점용 광학렌즈에 구비되어 펄스폭변조 방식으로 제어되는 코일모터부; 상기 초점용 광학렌즈로부터 들어오는 검출 신호를 생성하도록 구성되는 포토 디텍터 어레이부; 및 상기 포토 디텍터어레이부의 검출신호를 검출하여 상기 초점용 광학렌즈의 초점을 조절하도록 상기 코일모터부를 제어하는 인터페이스 회로부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 전기화학적 수정결정미소저울부는 복수의 레이저광원을 선택적으로 생성하는 레이저 광원; 상기 레이저 광원 에너지와 위치를 제어하기 위한 광원 제어부; 상기 레이저 광원이 입출사되고, 상기 시료에 대한 초점 조절을 위해 구비되는 초점용 광학렌즈; 상기 초점용 광학렌즈에 구비되어 펄스폭변조 방식으로 제어되는 코일모터부; 상기 초점용 광학렌즈의 초점을 조절하도록 상기 코일모터부를 제어하는 인터페이스 회로부; 상기 레이저 광원으로부터 라만 산란을 발생시키고, 스톡스(stokes) 신호만을 분리하도록 이루어지는 라만스펙트럼 광학부; 상기 라만스펙트럼 광학부로부터 라만 신호를 검출하기 위한 스펙트로 미터부; 상기 스펙트로 미터부에서 검출한 라만 신호를 분석하도록 구성되는 분석부; 및 상기 스펙트로 미터부의 검출신호를 검출하여 나노 라만의 공간 분해능 및 시료에 대한 마이크로 위치를 제어하기 위한 스텝모터부;를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 광픽업기반 근접장현미경부는 복수의 레이저광원을 선택적으로 생성하는 블루레이 레이저 광원과, 상기 레이저 광원의 에너지와 위치를 제어하기 위한 광원 제어부와, 상기 레이저 광원이 입출사되고, 상기 시료에 대한 초점을 조절하도록 구비되는 초점용 광학렌즈와, 상기 초점용 광학렌즈에 구비되어 펄스폭변조 방식으로 제어되는 코일모터부와, 상기 초점용 광학렌즈로부터 들어오는 검출 신호를 생성하도록 구성되는 포토 디텍터 어레이부, 및 상기 포토 디텍터어레이부의 검출신호를 검출하여 상기 초점용 광학렌즈의 초점을 조절하도록 상기 코일모터부를 제어하는 인터페이스 회로부를 포함하고, 상기 전기화학적 수정결정미소저울부는, 복수의 레이저광원을 선택적으로 생성하는 레이저 광원과, 상기 레이저 광원 에너지와 위치를 제어하기 위한 광원 제어부와, 상기 레이저 광원이 입출사되고, 상기 시료에 대한 초점 조절을 위해 구비되는 초점용 광학렌즈와, 상기 초점용 광학렌즈에 구비되어 펄스폭변조 방식으로 제어되는 코일모터부와, 상기 초점용 광학렌즈의 초점을 조절하도록 상기 코일모터부를 제어하는 인터페이스 회로부와, 상기 레이저 광원으로부터 라만 산란을 발생시키고, 스톡스(stokes) 신호만을 분리하도록 이루어지는 라만스펙트럼 광학부와, 상기 라만스펙트럼 광학부로부터 라만 신호를 검출하기 위한 스펙트로 미터부와, 상기 스펙트로 미터부에서 검출한 라만 신호를 분석하도록 구성되는 분석부, 및 상기 스펙트로 미터부의 검출신호를 검출하여 나노 라만의 공간 분해능 및 시료에 대한 마이크로 위치를 제어하기 위한 스텝모터부를 포함하고, 상기 광픽업기반 근접장현경부와 상기 전기화학적 수정결정미소저울부는, 상기 레이저 광원과, 상기 광원 제어부와, 상기 초점용 광학렌즈와, 상기 코일모터부, 및 상기 인터페이스 회로부가 공용되게 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 상기한 본 발명의 일 관점에 따른 복합 현장 진단 장치의 상기 반응셀부와, 상기 광픽업기반 근접장현미경부, 및 발진기를 포함하는 상기 전기화학적 수정결정미소저울부; 상기 전기화학적 수정결정미소저울부의 주파수 변화를 읽어들이고 피시패션(dissipation) 및 임피던스(impedance)를 측정하여 포텐쇼스탯(potentiostat) 기능을 수행하며, 상기 광픽업기반 근접장현미경부로부터 시료의 형상 정보를 취득하여 분석하도록 이루어지는 네트워크 분석부; 상기 네트워크 분석부의 컨트롤러로부터 들어오는 데이터를 시각화하고, 유저 인터페이스를 위한 터치 입출력을 제공하도록 하기 장치 본체의 일측에 구성되는 사용자 인터페이스부; 및 상기 반응셀과 광픽업기반 근접장현미경부 및 수정결정미소저울부와 네트워크 분석부 및 사용자 인터페이스부를 포함하는 장치 본체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 현장 진단 네트워크 분석 시스템이 제공된다.
본 발명에 따른 복합 현장 진단 장치 및 복합 현장진단 네트워크 분석 시스템에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명은 상대적으로 소형으로 구성할 수 있어 콤팩트한 현장 진단 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 수정결정미소저울을 이용한 바이러스 분석과, 광픽업드라이드브 기반의 원자현미경을 통한 바이러스와 박테리아 식별, 및 수정결정미소저울 표면의 표면증강라만산란을 통한 화학구성 신호파악이 모두 가능하여 기능성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 본 발명은 수정결정미소저울의 전극을 통합 구성함으로써 상대적으로 반응 셀의 부피를 줄일 수 있어 소형화를 확실하게 도모할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 본 발명은 신속한 포텐쇼스탯(potentiostat), 진동수(frequency), 디시패션(dissipation) 및 임피던스(impedance)을 동시에 측정할 수 있는 효과가 있다.
다섯째, 본 발명은 100MHz의 주파수 발생과 주파수 카운트 기능을 가지며, 임피던스 측정 및 임피던스 편이 측정이 가능한 네트워크 분석 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 EQCM 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 라만 분석 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 복합 현장 진단 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 복합 현장 진단 장치를 구성하는 반응셀부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 복합 현장 진단 장치를 구성하는 광픽업기반 근접장현미경부의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 복합 현장 진단 장치를 구성하는 광픽업기반 수정결정미소저울부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 복합 현장진단 네트워크 분석 시스템의 구성을 블록화하여 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 종래의 라만 분석 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 복합 현장 진단 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 복합 현장 진단 장치를 구성하는 반응셀부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 복합 현장 진단 장치를 구성하는 광픽업기반 근접장현미경부의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 복합 현장 진단 장치를 구성하는 광픽업기반 수정결정미소저울부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 복합 현장진단 네트워크 분석 시스템의 구성을 블록화하여 개략적으로 나타내는 블록도이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 복합 현장 진단 장치 및 복합 현장진단 네트워크 분석 시스템에 대하여 상세히 설명한다. 아래 설명되는 제1, 제2의 표현은 구성요소에 대한 구분을 위한 서수적 표현, 다시 말해서 기호적 표현임을 전제로 한다.
먼저, 본 발명에 따른 복합 현장 진단 장치에 대하여 도 2 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 복합 현장 진단 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 복합 현장 진단 장치를 구성하는 반응셀부의 구성을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 복합 현장 진단 장치를 구성하는 광픽업기반 근접장현미경부의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 복합 현장 진단 장치를 구성하는 광픽업기반 전기화학적 수정결정미소저울부의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 복합 현장 진단 장치는, 현장 진단 장치에 적용할 수 있고, 수정결정미소저울을 이용한 바이러스 분석과, 광픽업드라이드브 기반의 원자현미경을 통한 바이러스와 박테리아 식별, 및 전기화학적 수정결정미소저울 표면의 표면증강라만산란을 통한 화학구성 신호파악을 구현할 수 있도록 하는 것으로, 크게 도 2 내지 도 6에 나타낸 바와 같이 반응셀부(100), 광픽업기반 근접장현미경부(200), 및 광픽업기반 전기화학적 수정결정미소저울부(300)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 본 발명에 따른 복합 현장 진단 장치는 진단 시료가 위치되는 반응셀부(100); 상기 반응셀부(100)의 일측에 구비되어 시료의 형상 정보를 광픽업을 통해 획득하도록 구성되는 광픽업기반 근접장현미경부(200); 및 상기 반응셀부(100)의 타측에 구비되어 질량변화 측정을 통한 시료의 분석과 화학구성 신호를 파악하도록 구성되는 전기화학적 수정결정미소저울부(300);를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 반응셀부(100)는 도 4에 나타낸 바와 같이 소정 두께와 직경을 갖고 형성되는 수정 결정 기재(substrate)(110), 및 상기 수정 결정 기재(110)의 양면에 각각 형성되되 서로 분리되어 구성되는 작동 전극(WE: Working Electrode)(120)과, 카운터 전극(CE: Counter Electrode) 또는 상대 전극(130), 및 기준 전극(RE: Reference Electrode)(140)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 작동 전극(120)은 상기 수정 결정 기재(110)의 중앙부에 형성되는 제1 원형 전극부(121)와, 상기 제1 원형 전극부(121)의 일측에서 상기 수정 결정 기재(110)의 가장자리로 연장되는 제1 스트립 전극부(122), 및 상기 제1 스트립 전극부(122)의 연장 단부에서 양측으로 상기 수정 결정 기재(110)의 가장자리를 따라(둘레방향을 따라) 소정 길이 연장되는 제1 호형 스트립 전극부(123)로 이루어진다.
상기 카운터 전극(130)은 상기 수정 결정 기재(110)의 가장자리를 따라(둘레방향을 따라) 소정 길이 형성되는 일부 개구된 환형 스트립 전극으로 이루어지며, 상기 작동 전극(120) 및 기준 전극(140)과 이격되어 형성된다.
상기 기준 전극(140)은 상기 작동 전극(120)의 원형 전극부(121)와 이격되어 형성되는 제2 원형 전극부(141)와, 상기 원형 전극부(141)의 일측에서 상기 수정 결정 기재(110)의 가장자리로 연장되는 제2 스트립 전극부(142), 및 상기 제2 스트립 전극부(142)의 연장 단부에서 양측으로 상기 수정 결정 기재(110)의 가장자리를 따라(둘레방향을 따라) 소정 길이 연장되는 제2 호형 스트립 전극부(143)로 이루어진다.
여기에서, 상기 제2 호형 스트립 전극부(143)는 일단부에서 상기 작동 전극(120)의 제1 호형 스트립 전극부(123)과 이격되게 형성되고, 타단부에서 상기 카운터 전극(130)과 이격되게 형성된다.
상기 작동 전극(120)과, 카운터 전극(130) 및 기준 전극(140)에 있어, 상기 제1 원형 전극부(121)는 상기 제2 원형 전극부(141)보다 넓은 면적을 갖도록 형성된다.
또한, 상기 제1 호형 스트립 전극부(123)와 상기 카운터 전극(130) 및 제2 호형 스트립 전극부(143)는 동심원상에 형성되고, 서로 이격되며, 동일 폭과 두께를 갖고 형성된다.
상기 각 전극부의 표면에는 금 나노 물질이 코팅되어 이루어질 수 있으며, 이에 따라 전극 표면에서 표면증강라만산란 효과를 증폭시킬 수 있다.
다음으로, 상기 광픽업기반 근접장현미경부(200)는 미세한 탐침을 시료 표면 가까이 가져갈 때 생기는 원자 간의 상호 작용력을 측정해 시료 표면의 형상을 알아내는 원자현미경(AFM: Atomic Forece Microscope)과 같은 장치를 포함하여 이루어질 수 있다
구체적으로, 상기 광픽업기반 근접장현미경부(200)는 원자현미경의 팁의 위치를 실시간으로 탐지하여 나노미터 단위의 높이 정보를 획득하고, 레이저광원의 에너지 및 대물렌즈의 초점을 실시간으로 제어할 수 있도록 구성되는 것이다.
구체적으로, 상기 광픽업기반 근접장현미경부(200)는, 복수의 레이저광원(예를 들면, Near Infrared Ray, Red, Violet 등)을 선택적으로 생성하는 블루레이 레이저 광원(210)과, 상기 레이저 광원(210)의 에너지와 위치를 제어하기 위한 광원 제어부(220)와, 원자현미경의 팁을 나노미터(nanometer)로 위치 검출하고 브라이트 필드(bright field: 비춰지는 부분)에서의 원자현미경의 초점 조절, 다시 말해서 상기 시료에 대한 초점 조절을 위해 구비되는 초점용 광학렌즈(230)와, 상기 초점용 광학렌즈(230)에 부착되어 펄스폭변조 방식으로 제어되는 코일모터부(240)와, 상기 초점용 광학렌즈(230)로부터 들어오는 검출신호를 생성하도록 구성되는 포토 디텍터 어레이부(photo detector array part)(251, 252), 및 상기 포토 디텍터어레이부(251, 252)의 검출신호를 검출하여 상기 초점용 광학렌즈(230)의 초점을 실시간 조절하도록 상기 코일모터부(240)를 제어하는 인터페이스 회로부(260)를 포함한다.
상기 광원 제어부(220)는 레이저 광원(210)의 위치를 모니터링하도록 구비되는 광원 위치 센서(221), 및 레이저 광원(210)의 세기(강도)를 모니터링하도록 구비되는 광원 강도 센서(222)를 포함한다.
상기 포토 디텍터 어레이부는 광영상 정보를 포커싱하기 위한 광픽업 렌즈(251), 및 광영상 정보를 전기신호로 전환할 수 있는, 예를 들면 위치오차 검출센서, 예를 들면 CMOS 센서 및/또는 CCD 센서(252)로 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 전기화학적 수정결정미소저울부(300)는 복수의 레이저광원(예를 들면, Near Infrared Ray, Red, Violet 등)을 선택적으로 생성하는 블루레이 레이저 광원(310)과, 상기 레이저 광원(310)의 에너지와 위치를 제어하기 위한 광원 제어부(321, 322)와, 나노미터(nanometer)로 위치 검출하고 브라이트 필드(bright field: 비춰지는 부분)에서의 초점 조절, 다시 말해서 상기 시료에 대한 초점 조절을 위해 구비되는 초점용 광학렌즈(330)와, 상기 초점용 광학렌즈(330)에 부착되어 펄스폭변조 방식으로 제어되는 코일모터부(340)와, 상기 초점용 광학렌즈(330)의 초점을 실시간 조절하도록 상기 코일모터부(340)를 제어하는 인터페이스 회로부(350)와, 상기 레이저 광원(310)으로부터 라만 산란을 발생시키고, 스톡스(stokes) 신호만을 분리하도록 이루어지는 라만스펙트럼 광학부(360)와, 상기 라만스펙트럼 광학부(350)로부터 라만 신호를 검출하기 위한 스펙트로 미터부(370)와, 상기 스펙트로 미터부(370)에서 검출한 라만 신호를 분석하도록 구성되는 분석부(380), 및 상기 스펙트로 미터부(370)의 검출신호를 검출하여 나노 라만의 공간 분해능 및 시료에 대한 마이크로 위치를 제어하기 위한 스텝모터부(390)를 포함한다.
상기 광원 제어부(320)는 레이저 광원(310)의 위치를 모니터링하도록 구비되는 광원 위치 센서(321), 및 레이저 광원(310)의 세기(강도)를 모니터링하도록 구비되는 광원 강도 센서(322)를 포함한다.
여기에서, 상기 전기화학적 수정결정미소저울부(300)를 구성하는 상기 레이저 광원(310)과, 광원 제어부(321, 322)와, 초점용 광학렌즈(330)와, 코일모터부(340)와, 및 인터페이스 회로부(350)는 소정의 광학계를 통해 상기 광픽업기반 근접장현미경부(200)의 해당 구성요소들과 공용으로 구성될 수 있다.
상기 라만스펙트럼 광학부(360)는 라만 산란을 야기하기 위한 협대역 레이저 클리닝 필터(short-pass filter 또는 line filter)부, 레일리 산란(rayleigh scattering)과 스톡스(stokes) 신호를 분리하기 위한 라만 필터인 롱-패스 필터(long-pass filter)부, 및 상기 롱-패스 필터부에 의해 분리된 스톡스 신호를 상기 스펙트로 미터부(370)로 입사시키기 위한 라만 미러를 포함한다.
상기 스펙트로 미터부(370)는 Mbed와 아두이노(arduino)를 구비하여 구성되는 임베딩유닛 및 입사되는 스톡스 신호를 제공받는 CCD센서를 포함하여 이루어져 소형의 라만 스펙트로미터로 구성될 수 있다.
상기 분석부(380)는 라만 스펙트럼의 실시간 분석을 위한 소프트웨어 기술을 구비하여 구성될 수 있는데, 이러한 분석부(380)는 나노라만의 스펙트럼을 획득하여 기존의 라이브러리(library)와 비교하고, 표면증강 라면 신호의 특이성을 분석하여 형광, 레일리 산란(Rayleigh 산란), 미광(stray light) 등을 분석하도록 이루어진다.
계속해서, 상기 스텝모터부(390)는 시료(샘플)의 경사를 마이크론(micron) 단위로 제어하도록 이루어지는 마이크로위치 제어부를 포함하여 구성된다.
상기 마이크로위치 제어부는 나노 라만의 공간 분해능을 나노미터 단위로 제어할 수 있으며, 시료(샘플)의 마이크로한 위치를 제어할 수 있는 멀티 스케일 스캐너(multi scale scanner)라면 어떠한 구성이 적용될 수 있는 것으로, 예를 들면 마이크로한 위치를 탐색하기 위해 평면적 위치(X-Y축 위치)를 마이크로 단위로 조정하기 위한 스텝 모터부(step motor part), 및 시료의 경사 위치를 조정하기 위한 3축 리니어 모터부(linear motor part)를 포함할 수 있다.
이에 더하여 본 발명은 상기 마이크로 위치 제어부에 의한 마이크로 위치 제어와 함께, 레이저 위치를 피드백(feedback) 신호로 사용하여 원자현미경의 팁 및 시료 위치를 나노 단위로 제어하도록 구성되는 나노위치 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 나노위치 제어부는 원자현미경의 팁을 통해 얻어진 정보에 기초하여 피에조 디스크(piezodisk) 또는 부저(buzzer)를 이용하여 3축 제어하기 위한 3축 리니어 모터부를 포함한다.
상기 피에조 디스크는 외부 스피커 구동 회로(예를 들면, PC의 스피커 단자)를 통해 표면 방향으로 길이가 늘어나거나 줄어들 수 있는 것으로, 이러한 길이의 변동 범위는 수십 나노미터의 범위로 지렛데와 같은 원리의 위부 스캐너 기둥에 연결되어 수십 마이크로미터로 움직임이 가능하다. X축과 Y축의 구동을 위해 각각 2개씩 한 조의 부저가 수축과 팽창을 주기적으로 반복함으로써 스캐너를 구성하고 마이크로미터의 면적을 스캔할 수 있다. 이러한 피에조 디스크는 공지의 것을 채용할 수 있으므로 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명에 따른 복합 현장진단 네트워크 분석 시스템을 도 7을 참조하여 상세히 설명한다. 도 7은 본 발명에 따른 복합 현장진단 네트워크 분석 시스템의 구성을 블록화하여 개략적으로 나타내는 블록도이다.
아래 본 발명에 따른 복합 현장진단 네트워크 분석 시스템에 대한 설명에서, 앞서 설명한 각 구성부에 대한 설명은 설명의 간략화를 위하여 간략히 하거나 생략한다.
본 발명에 따른 복합 현장진단 네트워크 분석 시스템은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기한 반응셀부(100)를 공용하도록 구성되는 근접장현미경부(200) 및 수정결정미소저울부(QCM)(300)와; 상기 수정결정미소저울부(300)의 주파수 변화를 읽어들이고 피시패션(dissipation) 및 임피던스(impedance)를 측정하여 포텐쇼스탯(potentiostat) 기능을 수행하며, 상기 근접장현미경부(200)으로부터 시료의 형상 정보를 취득하여 분석하도록 이루어지는 네트워크 분석부(400); 상기 네트워크 분석부(400)의 컨트롤러로부터 들어오는 데이터를 시각화하고, 유저 인터페이스(User Interface)를 위한 터치 입출력을 제공하도록 구성되는 사용자 인터페이스부(500); 및 상기 근접장현미경부(200) 및 수정결정미소저울부(300)와 네트워크 분석부(400) 및 사용자 인터페이스부(500)를 포함하는 장치 본체(600);를 포함한다.
상기 반응셀부(100)를 공용하도록 구성되는 근접장현미경부(200) 및 수정결정미소저울부(QCM)(300)와 네트워크 분석부(400)는 상기 장치 본체(500)에 벤치탑(bench top) 방식으로 구성되고, 상기 사용자 인터페이스부(500)는 상기 장치 본체(600)의 일측(예를 들면, 상측)에 구성되며, 이에 따라 본 발명에 따른 네트워크 분석 시스템은 현장 진단 검사(POCT: Point of Care Testing)가 가능하게 구성되어 이루어질 수 있다.
상기 근접장현미경부(200)는 반응셀부(100)의 시료의 형상 정보를 취득하고, 상기 수정결정미소저울(300)은 일측에 발진기가 결합되어 진동 기능을 수행하여 전기화학적 반응을 일으키고, 이때 진동수(frequency), 디시패션(dissipation) 및 임피던스(impedance)을 동시에 측정하게 된다.
상기 네트워크 분석부(400)는 근접장현미경부(200)로부터 취득된 시료 형상 정보를 형상정보 데이터와 비교 분석하여 추출하며, 상기 수정결정미소저울부(300)의 주파수 변화를 읽을 수 있는 vector network analyzer(VNA) 기능을 포함하여 주파수 스왑(frequency swap)과 알에프 파워 계측기(RF power meter)를 통해 디시패션(dissipation)을 측정하게 된다.
또한, 상기 네트워크 분석부(400)는 상기 반응셀부(100)의 3극 전극(120 내지 140; RE, WE, CE)을 통해 고속으로 전압(Voltage)과 전류(Current)를 스윕(sweep)하고, 이를 임피던스(impedance)로 변환하여 측정함으로써 고속 포텐쇼스탯(potentiostate) 기능을 동시에 수행할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 복합 현장진단 네트워크 분석 시스템은, QCM을 이용한 바이러스 분석(결합, Binding)이 가능하다. 즉, 본 발명은 QCM을 통해 마이크로 크기에서의 바이러스 결합(Virus binding) 효율 등을 검사할 수 있고, 표면 고정화를 통한 타겟 박테리아의 포집 및 정량 분석이 가능하며, QCM의 디시패션(dissipation) 기능을 이용하여 표면에서의 바이러스 결합 특성을 간접적으로 파악할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 복합 현장진단 네트워크 분석 시스템은, 광픽업기반 원자현미경을 통한 바이러스 및 박테리아의 식별(모양 식별, Morphological identification)과 높은 해상도를 통한 분석이 가능하고, 용매, 매질, 표면 상호작용은 용매 속에 포함되어 있는 입자의 사이즈와 모양에 따라 다르게 작용하므로 QCM과 표면에서의 단백질 모양, 흡수성(adsorbate), 표면효과(surface coverage, discontinuous adsorbate layer) 등의 측정과 QCM 신호와의 상호 분석에 따른 나노물질을 검사할 수 있어, 바이러스와 같이 나노크기의 물질에 대한 정량적 및 정성적 정보를 얻을 수 있게 된다.
이상에 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 복합 현장 진단 장치 및 복합 현장진단 네트워크 분석 시스템에 따르면, 상대적으로 소형으로 구성할 수 있어 콤팩트한 현장 진단 장치를 제공할 수 있고, 수정결정미소저울을 이용한 바이러스 분석과, 광픽업드라이드브 기반의 원자현미경을 통한 바이러스와 박테리아 식별, 및 수정결정미소저울 표면의 표면증강라만산란을 통한 화학구성 신호파악이 모두 가능하여 기능성을 확보할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 수정결정미소저울의 전극을 통합 구성함으로써 상대적으로 반응 셀의 부피를 줄일 수 있어 소형화를 확실하게 도모할 수 있고, 신속한 포텐쇼스탯(potentiostat), 진동수(frequency), 디시패션(dissipation) 및 임피던스(impedance)을 동시에 측정할 수 있으며, 100MHz의 주파수 발생과 주파수 카운트 기능을 가지며, 임피던스 측정 및 임피던스 편이 측정이 가능한 네트워크 분석 시스템을 제공할 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기한 바와 같은 복합 현장 진단 장치 및 복합 현장진단 네트워크 분석 시스템은 상대적으로 소형이고 단순한 광학계를 포함하여 구성될 수 있어 경제성을 향상시키고, 바이러스(Virus) 진단과 케미컬(Chemical) 샘플의 분석, 현장 교육, 실험실 등 나노 정밀도의 분석을 현장에서 실시할 수 있어 현장진단성을 향상시키고, 활용성을 증대시킬 수 있으며, 나노미터의 표면 형상 분석과 동시에 표면에서 발생하는 라만 신호를 검출하여 화학적 분자 구성 정보를 현장에서 정량적인 자료를 신뢰성 있게 제공할 수 있는 이점이 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 반응셀부
110: 수정 결정 기재
120: 작동 전극
121: 제1 원형 전극부
122: 제1 스트립 전극부
123: 제1 호형 스트립 전극부
130: 카운터 전극
140: 기준 전극
141: 제2 원형 전극부
142: 제2 스트립 전극부
143: 제2 호형 스트립 전극부
200: 광픽업기반 근접장현미경부
210, 310: 레이저 광원
220: 광원 제어부
221, 321: 광원 위치 센서
222, 322: 광원 강도 센서
230, 330: 초점용 광학렌즈
240, 340: 코일모터부
251: 광픽업 렌즈
252: 위치오차 검출센서(CMOS 센서 또는 CCD 센서)
260, 350: 인터페이스 회로부
300: 전기화학적 수정결정미소저울부
360: 라만스펙트럼 광학부
370: 스펙트로 미터부
380: 분석부
390: 스텝모터부
400: 네트워크 분석부
500: 사용자 인터페이스부
600: 장치 본체
110: 수정 결정 기재
120: 작동 전극
121: 제1 원형 전극부
122: 제1 스트립 전극부
123: 제1 호형 스트립 전극부
130: 카운터 전극
140: 기준 전극
141: 제2 원형 전극부
142: 제2 스트립 전극부
143: 제2 호형 스트립 전극부
200: 광픽업기반 근접장현미경부
210, 310: 레이저 광원
220: 광원 제어부
221, 321: 광원 위치 센서
222, 322: 광원 강도 센서
230, 330: 초점용 광학렌즈
240, 340: 코일모터부
251: 광픽업 렌즈
252: 위치오차 검출센서(CMOS 센서 또는 CCD 센서)
260, 350: 인터페이스 회로부
300: 전기화학적 수정결정미소저울부
360: 라만스펙트럼 광학부
370: 스펙트로 미터부
380: 분석부
390: 스텝모터부
400: 네트워크 분석부
500: 사용자 인터페이스부
600: 장치 본체
Claims (7)
- 삭제
- 삭제
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- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 진단 시료가 위치되는 반응셀부;
상기 반응셀부의 일측에 구비되고, 시료의 형상 정보를 광픽업을 통해 획득하도록 구성되는 광픽업기반 근접장현미경부; 및
상기 반응셀부의 타측에 구비되어 질량변화 측정을 통한 시료의 분석과 화학구성 신호를 파악하도록 구성되는 전기화학적 수정결정미소저울부;
상기 전기화학적 수정결정미소저울부의 주파수 변화를 읽어들이고 피시패션(dissipation) 및 임피던스(impedance)를 측정하여 포텐쇼스탯(potentiostat) 기능을 수행하며, 상기 광픽업기반 근접장현미경부로부터 시료의 형상 정보를 취득하여 분석하도록 이루어지는 네트워크 분석부;
상기 네트워크 분석부의 컨트롤러로부터 들어오는 데이터를 시각화하고, 유저 인터페이스를 위한 터치 입출력을 제공하도록 하기 장치 본체의 일측에 구성되는 사용자 인터페이스부; 및
상기 반응셀과 광픽업기반 근접장현미경부 및 수정결정미소저울부와 네트워크 분석부 및 사용자 인터페이스부를 포함하는 장치 본체;를 포함하고,
상기 반응셀부는 수정 결정 기재, 및 상기 수정 결정 기재의 양면에 각각 형성되되 서로 분리 구성되는 작동 전극과, 카운터 전극 및 기준 전극을 포함하고,
상기 작동 전극은 상기 수정 결정 기재의 중앙부에 형성되는 제1 원형 전극부과, 상기 제1 원형 전극부의 일측에서 상기 수정 결정 기재의 가장자리로 연장되는 제1 스트립 전극부, 및 상기 제1 스트립 전극부의 연장 단부에서 상기 수정 결정 기재의 가장자리를 따라 양측으로 연장되는 제1 호형 스트립 전극부를 포함하고,
상기 카운터 전극은 상기 수정 결정 기재의 가장자리를 따라 소정 길이 형성되는 일부 개구된 환형 스트립 전극으로 이루어지고,
상기 기준 전극은 상기 작동 전극의 원형 전극부와 이격 형성되는 제2 원형 전극부와, 상기 제2 원형 전극부의 일측에서 상기 수정 결정 기재의 가장자리로 연장되는 제2 스트립 전극부, 및 상기 제2 스트립 전극부의 연장 단부에서 상기 수정 결정 기재의 가장자리를 따라 양측으로 소정 길이 연장되는 제2 호형 스트립 전극부를 포함하고,
상기 작동 전극과 카운터 전극 및 기준 전극은 전기적으로 서로 이격되어 형성되고,
상기 제1 원형 전극부는 상기 제2 원형 전극부보다 넓은 면적을 갖고 형성되고,
상기 제1 호형 스트립 전극부와 상기 카운터 전극 및 제2 호형 스트립 전극부는 동심원을 가지며, 동일 폭과 두께를 갖고 형성되고,
상기 광픽업기반 근접장현미경부는, 복수의 레이저광원을 선택적으로 생성하는 블루레이 레이저 광원과, 상기 레이저 광원의 에너지와 위치를 제어하기 위한 광원 제어부와, 상기 레이저 광원이 입출사되고, 상기 시료에 대한 초점을 조절하도록 구비되는 초점용 광학렌즈와, 상기 초점용 광학렌즈에 구비되어 펄스폭변조 방식으로 제어되는 코일모터부와, 상기 초점용 광학렌즈로부터 들어오는 검출 신호를 생성하도록 구성되는 포토 디텍터 어레이부, 및 상기 포토 디텍터어레이부의 검출신호를 검출하여 상기 초점용 광학렌즈의 초점을 조절하도록 상기 코일모터부를 제어하는 인터페이스 회로부를 포함하여 구성되고,
상기 전기화학적 수정결정미소저울부는, 복수의 레이저광원을 선택적으로 생성하는 레이저 광원과, 상기 레이저 광원 에너지와 위치를 제어하기 위한 광원 제어부와, 상기 레이저 광원이 입출사되고, 상기 시료에 대한 초점 조절을 위해 구비되는 초점용 광학렌즈와, 상기 초점용 광학렌즈에 구비되어 펄스폭변조 방식으로 제어되는 코일모터부와, 상기 초점용 광학렌즈의 초점을 조절하도록 상기 코일모터부를 제어하는 인터페이스 회로부와, 상기 레이저 광원으로부터 라만 산란을 발생시키고, 스톡스(stokes) 신호만을 분리하도록 이루어지는 라만스펙트럼 광학부와, 상기 라만스펙트럼 광학부로부터 라만 신호를 검출하기 위한 스펙트로 미터부와, 상기 스펙트로 미터부에서 검출한 라만 신호를 분석하도록 구성되는 분석부, 및 상기 스펙트로 미터부의 검출신호를 검출하여 나노 라만의 공간 분해능 및 시료에 대한 마이크로 위치를 제어하기 위한 스텝모터부를 포함하며,
상기 광픽업기반 근접장현미경부와 상기 전기화학적 수정결정미소저울부는, 상기 레이저 광원과, 상기 광원 제어부와, 상기 초점용 광학렌즈와, 상기 코일모터부, 및 상기 인터페이스 회로부가 공용되게 구성되는 것을 특징으로 하는
복합 현장 진단 네트워크 분석 시스템.
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| RU2616854C2 (ru) | Сканирующий зондовый микроскоп для оптической спектрометрии |
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