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KR102566832B1 - 장치 및 이의 사용 방법 - Google Patents

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KR102566832B1
KR102566832B1 KR1020207010341A KR20207010341A KR102566832B1 KR 102566832 B1 KR102566832 B1 KR 102566832B1 KR 1020207010341 A KR1020207010341 A KR 1020207010341A KR 20207010341 A KR20207010341 A KR 20207010341A KR 102566832 B1 KR102566832 B1 KR 102566832B1
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inlet
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밀라드 아볼라사니
로버트 더블유. 엡스
코비 씨. 펠튼
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노쓰 캐롤라이나 스테이트 유니버시티
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Abstract

샘플 유입구에서 샘플 유출구까지 연장되는 유체 흐름용 경로를 제공하는 샘플 도관; 복수의 측정 부위를 포함하며 샘플 도관을 둘러싸는 써멀 하우징; 및 복수의 측정 부위 중 적어도 하나와 디텍터를 정렬시키기 위해 제1 위치에서 제2 위치로 써멀 하우징을 따라 병진 이동 가능한 모터식 스테이지를 포함하는 장치가 본원에 개시되어 있다. 본원에 설명된 장치의 사용 방법 또한 개시되어 있다.

Description

장치 및 이의 사용 방법
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2017년 9월 13일 출원된 미국 가출원 번호 제62/558,155호의 이익을 주장하며, 본원에 참조로 전체가 포함된다.
기존의 플라스크 기반 방안이 나노물질의 발견과 연구의 주요 구동력이 되었지만, 수동 배치 시스템으로 나노물질의 특성화, 선별화, 및 최적화에 접근하는 것은 샘플링 속도, 시약량, 분석 시간에 내재된 한계를 나타낸다. 또한, 고품질 나노물질의 대규모 제조를 위한 배치 합성으로부터 규모를 증가시키면, 종종 기존의 혼합 비효율성과 잘 알려진 배치간 변화성을 증폭시키는 경우가 많고, 이는 가변적이고 불리한 열 및 질량 전달 동력학을 통해 최종 제품에 추가로 영향을 줄 수 있다. 본원에 설명된 장치 및 방법은 이들 그리고 다른 필요성을 해결한다.
본원에 광범위하게 설명되고 구현되는 바와 같이, 개시된 장치와 방법의 목적에 따라, 개시된 주제는 장치 및 이의 사용 방법에 관한 것이다.
개시된 장치 및 방법의 추가적인 장점은 다음 설명에서 부분적으로 명시될 것이며, 일부는 설명에서 명백할 것이다. 개시된 장치와 방법의 장점은, 첨부된 청구범위에서 특히 지적된 요소와 조합을 통해 실현되고 달성될 것이다. 전술한 일반적 설명과 다음의 구체적 설명 모두는 예시적이고 설명적일 뿐이며, 주장한 대로 개시된 구성에 제한되지 않는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 하나 이상의 구현예의 세부 사항은 다음 도면과 아래에 설명되는 것으로 명시된다. 본 발명의 다른 특징부, 목적, 및 장점은 설명 및 도면, 그리고 청구범위로부터 명백할 것이다.
이 명세서에 포함되고 이 명세서의 일부를 구성하는, 첨부 도면은 본 개시의 몇 가지 양태를 예시하고, 설명과 함께 개시의 원칙을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본원에 개시된 장치 예시의 개략도이다.
도 2는 본원에 개시된 장치 예시의 개략도이다.
도 3은 본원에 개시된 장치 예시의 개략도이다.
도 4는 본원에 개시된 장치 예시의 개략도이다.
도 5는 본원에 개시된 장치 예시의 개략도이다.
도 6은 컴퓨터 장치 예시의 개략도이다.
도 7의 a는 콜로이드 반도체 나노결정의 선별 및 대규모 제조를 위한 배치 시스템의 혼합 및 질량 전달 제한의 개략도이다.
도 7의 b는 콜로이드 반도체 나노결정의 선별 및 대규모 제조를 위한 다상 마이크로유체 방안의 혼합 및 질량 전달 제한의 개략도이다.
도 8a 내지 도 8c: (도 8a) 3-포트 이동식 플로우 셀과 선택적 연장 모듈을 갖는 자동 모듈식 마이크로유체 플랫폼의 개략도. (도 8b) 단상 플로우를 위한 T-접합부의 개략도 및 (도 8c) Y-접합부 플러그 형성을 구현하는 다상 플로우 포맷을 위한 4-웨이 접합부의 개략도.
도 9: 동일한 광섬유-결합 미니어처 포토스펙트로미터를 사용하여, 인플로우 합성 페로브스카이트 양자점의 흡수 및 발광 스펙트럼을 자동으로 얻기 위해 사용되는 토글 스위칭 방안의 개략도.
도 10의 a 내지 c: (도 10의 a) 도 8a에 나타낸 마이크로 반응기를 따라 샘플링 포트 중 한 곳에서 UV 조사 하의 가스-액체 분할 플로우의 형광 이미지 및 (도 10의 b) 해당 연속 수집된 발광(PL) 및 (도 10의 c) 흡수 스펙트럼. 기상: QG=278 μL/min에서의 가압 질소(10 psig); 액상: QL= 185 μL/min에서의 페로브스카이트 양자점을 함유한 톨루엔. 도 10의 b와 c의 그래프에 나타낸 발광 및 흡수 스펙트럼에 사용된 적분 시간은 각각 4 ms 및 15 ms이었다. 척도 막대는 1 mm이다.
도 11: 다중 체류 시간(즉, 마이크로반응기를 통한 다양한 샘플링 포트)에 대해 다상 플로우 포맷으로 작동된 단일 총 유량 조건에서 인시츄로 얻은 CsPbBr3 양자점의 흡수 및 발광 스펙트럼의 샘플. 가압 질소(10 psig)가 연속 상에서 사용되었다. 실험 조건은 Q1=32 μL/min, Q2=5 μL/min, QG=52 μL/min이었다. 발광 및 흡수 스펙트럼에 사용된 적분 시간은 각각 4 ms 및 15 ms이었다. 이동식 플로우 셀의 주기적인 이동에 5 cm/s의 최대 속도가 사용되었다. 이동식 플로우 셀이 한번 지나가는 동안에서 데이터를 수집했다.
도 12의 a 내지 c: (도 12의 a) 27.6 cm 반응기 길이에서, 3개의 상이한 평균 유체 속도에 걸쳐 발광 피크 파장의 변화를 갖는, 단상(연한색) 및 다상(짙은색) 플로우 포맷에 대해 인시츄로 얻은 CsPbBr3 양자점의 발광 및 흡수 스펙트럼. 44 mm/s에서 측정된 흡수 스펙트럼은 포토스펙트로미터의 감지 한계 아래(0.05 a.u. 미만)에 있음을 주목한다. (도 12의 b) 단상 및 (도 12의 c) 다상 플로우 시스템에 대해 다양한 평균 유체 속도에 대해 체류 시간의 함수로서 발광 피크 파장의 시간 전개. 모든 스펙트럼은 연장 유닛 없이 완전 모듈식 반응기 전체에 걸쳐 수집되었다. 얻어진 발광 및 흡수 스펙트럼에 사용된 적분 시간은 각각 4 ms 및 15 ms이었다.
도 13의 a 내지 d: 1.0, 3.1, 및 15 cm/s의 평균 흐름 속도에서, (도 13의 a) 단일 플로우 포맷, 및 (도 13의 b) 다상 플로우 포맷을 사용하고 (도 13의 c) 0.04”의 ID를 갖는 1/16” FEP 튜브의 5 m를 통해 합성되고 UV 조사 하에 수집된 콜로이드 CsPbBr3 양자점 형광 이미지(도 13의 a와 b 이미지는 합성 후 약 30분 뒤에 찍었고, 도 13의 c는 흐름을 중지시킨 후 15초 뒤에 찍었음). 척도 막대는 2 mm이다. (도 13의 d) 다상 플로우 시스템을 사용하여 4개의 체류 시간에 대해 평균 흐름 속도의 함수로서 CsPbBr3 양자점의 발광 피크 파장에 상간 혼합 시간척도의 영향 도시. 연장 모듈을 포함시켜 28, 112, 및 198 cm의 반응기 길이에서 일정한 체류 시간 데이터의 각 세트를 샘플링하였다. 발광 피크 파장을 감지하기 위해 4 ms의 적분 시간을 사용하였다.
도 14의 a 및 b: (도 14의 a) 2 mL와 20 mL 바이알 내에 배치식 CsPbBr3 양자점 합성 가변성의 설명 (도 14의 b) UV 조사 하에 다상 마이크로유체 제품의 동등한 용적과 비교.
도 15: 자동 샘플링 시스템에 대한 공정 로직 흐름도는, LabVIEW 가상 인터페이스(VI)를 통해 실행한다. 초기화 블록은, 안정화를 위해 이동식 스테이지가 선택적으로 8번 지나간 다음에 포트를 감지하고 정렬하는 것을 또한 포함한다.
도 16의 a 내지 d: 스테이지 이동 전반에 걸친 샘플링 일관성의 설명. (도 16의 a) 모든 포트에 걸쳐 500 nm 중수소-텅스텐 광원에 대해 측정된 최대 세기에 대해 정규화된 스펙트럼 미가공 데이터 (도 16의 b) 이동식 플로우 셀이 반응기 길이를 30회 완전 통과한 것에 대해 포트에 의해 척도화된 데이터. (도 16의 c) 모든 포트에 걸쳐 400 nm에서 400nm LED에 최대 측정된 최대 세기에 대해 정규화된 스펙트럼 미가공 데이터 (도 16의 d) 이동식 플로우 셀아 반응기 길이를 30회 완전 통과한 것에 대해 포트에 의해 척도화된 데이터. 테프론 마이크로반응기 내에서 작동 유체로 톨루엔을 사용하였다. 오차 막대는 95% 신뢰 간격을 나타낸다.
도 17의 a 내지 d: 포트 위치에 의한 경로 길이 척도 보정 설명. 20개 샘플링 포트 모두에 대해 톨루엔에서 미리 합성된 CsPbBr3 양자점 샘플의 흡수 스펙트럼으로, (도 17의 a) 경로 길이 보정이 없는 경우와 (도 17의 b) 보정이 있는 경우. 20개 샘플링 포트 모두에 대해 톨루엔에서 미리 합성된 CsPbBr3 양자점 샘플의 발광 스펙트럼으로, (도 17의 c) 경로 길이 보정이 없는 경우와 (도 17의 d) 보정이 있는 경우. 5개의 반복 실험에 대해 평균화된 최종 척도 보정값을 각 시스템 구성을 위해 합성 시험 중 얻어진 스펙트럼에 적용했다.
도 18: 상이한 스펙트럼 선택 방법과 평균 유체 속도를 이용하여 얻어진, 물 속에 포화된 형광의 샘플 흡수 스펙트럼. 평균 스펙트럼(Avg)을 1초 이상으로 60개의 연속 수집된 샘플에 걸쳐 취하였고, 플러그 감지 알고리즘 스펙트럼(Dev)은 동일한 60개 샘플 내에서, 국소 분산 계산에 의해 명령된 바와 같이 10개의 추정치 최적 스펙트럼으로부터 취해졌다. 평균 스펙트럼을 사용하여 1.1 cm/s 초과의 평균 유체 속도를 갖는 다상 조건을 평가하였고, 플러그 감지 알고리즘은 1.1 cm/s 이하의 조건에 적용되었다. 15 ms의 적분 시간을 모든 스펙트럼에 사용하였다.
도 19의 a 및 b: (도 19의 a) 500nm 에서의 발광 및 (도 19의 b) 380 nm에서의 흡수에 대해 최적 샘플 시간을 갖는 단일 파장 스펙트럼 세기. 단일 샘플링 포트에서 스펙트럼을 수집하였고, 조건은 도 4에 나타낸 것과 대응한다(기상: QG=278 μL/min에서 가압 질소(10 psig); 액상: QL= 185 μL/min에서 CsPbBr3 양자점을 함유한 톨루엔). 발광 및 흡수 스펙트럼에 사용된 적분 시간은 각각 4 ms 및 15 ms이었다.
도 20의 a 내지 c: 다상 플로우 CsPbBr3 합성에서 총 유량이 (도 20의 a) 1220, (도 20의 b) 85, (도 20의 c) μL/min에 대해 이동식 플로우 셀이 한 번 지나가는 동안 수집된 샘플 흡수 스펙트럼(상)과 발광 스펙트럼(하). 감지 제한선 아래의 흡수 스펙트럼은 배제된다.
도 21: 다상 플로우 포맷(QG=465; Q1=268; Q2=42 μL/min)을 사용하여 인플로우 합성된 CsPbBr3 양자점의 샘플을 노스 캐롤라이나 주립대의 분석기기실(AIF)을 통해 JEOL 2000FX로 수집한 주사 전자 전자 현미경(STEM) 이미지. TEM 샘플은, 페로브스카이트 원액을 γ-부티롤락톤으로 침전하고, 톨루엔에 재분산한 다음에 구리 TEM 그리드(Ted Pella Inc., 200 메쉬 카본 필름) 상에 드롭 캐스팅하여 준비하였다.
도 22. 3 내지 24초, 및 37초 내지 300초의 체류 시간 범위 각각에 대해 530 μL/min(회색) 및 44 μL/min(적색)의 반응기 유량에서, 10 mM 세슘 납 용액과 30 mM 브로마이드 용액을 톨루엔에서 올레산으로 조합함으로써 합성된 콜로이드 페로브스카이트의 인시츄 흡수 스펙트럼.
도 23. 1 내지 7초, 및 37초 내지 300초의 체류 시간 범위 각각에 대해 1854 μL/min(좌) 및 44 μL/min(우)의 반응기 유량에서, 콜로이드 페로브스카이트 반응의 인시츄 형광 스펙트럼.
도 24. 4개의 유량에 대해 컴파일된 체류 시간의 함수로서 형광 피크 파장(좌 축) 및 반치폭(우 축): 1854 μL/min(청색), 530 μL/min(적색), 120 μL/min(녹색), 및 44 μL/min(황색), 각각에 대해 3개의 항으로 지수 피팅됨.
도 25. 동일한 콜로이드 페로브스카이트 합성에 대한 인시츄 흡수 스펙트럼 - 도 22 참조 - 44 μL/min 유량에서, 용매로서 톨루엔을 클로로포름으로 대체.
도 26a 및 도 26b: (도 26a) 양자점 합성 플랫폼의 개략도로 (도 26b) 양자점의 자율적 발견, 선별화, 및 최적화를 위한 기계 학습 알고리즘을 포함.
도 27: 콜로이드 나노결정의 연속 합성을 위한 증수 유체 제조 기술의 개략도.
도 28의 a 내지 d: (도 28의 a) 페로브스카이트 양자점의 음이온 교환 예시. (도 28의 b) 트레이닝 후 및 (도 28의 c) 15개의 히든 레이어로 테스트를 거친 이후에 800개의 실험 데이터를 사용하여 개발된 피드 전방 신경망의 추세선 플롯. 도 28의 d는, 130개의 "신규" 음이온 교환 반응에 대해 유효한, 개발 신경망의 추세선 플롯이다.
본원에 설명된 조성 및 방법은, 개시된 주제와 이 안에 포함된 실시예의 특정 양태를 상세히 설명한 다음을 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다.
본 장치와 방법이 개시되고 설명되기 전에, 아래에 설명된 양태는 특정 합성 방법 또는 특정 시약에 제한되지 않으며, 물론 변할 수 있음을 이해해야 한다. 본원에 사용된 용어는, 특정 양태만 설명하는 목적으로만 사용되고 제한하려는 의도가 아님을 또한 이해해야 한다.
또한, 이 명세서를 통해, 다양한 문헌이 참조된다. 이들 문헌의 개시는 전체가 본 출원에 참고로 여기에 포함되어 개시된 주제와 관련된 기술 상태를 보다 상세히 설명한다. 또한 개시된 참고 문헌은 그 안에 포함된 자료에 대해 참조로 본원에 개별적이고 구체적으로 포함되며, 이는 참고 문헌이 의존하는 문장에서 논의된다.
본 명세서에서 그리고 다음의 청구범위에서, 다수의 용어에 참조가 만들어지며, 이는 다음의 의미를 갖는 것으로 정의된다.
본 명세서의 설명과 청구범위를 통해, 용어 "포함하다" 및 예컨대 "포함한"과 "포함한다"와 같은 다른 형태의 용어는, 포함하나 이에 제한되지 않는, 그리고 예를 들어 다른 첨가제, 구성 요소, 정수, 또는 단계를 배제하려고 의도되지 않음을 의미한다.
설명과 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같이, "하나", "일" 및 "특정한 하나"의 단수 형태는 문맥이 명백히 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "하나의 조성"에 대한 참조는 이러한 조성의 혼합물을 둘 이상 포함하고, "하나의 물질"에 대한 참조는 이러한 물질의 혼합물을 둘 이상 포함하고, "특정 조성"에 대한 참조는 둘 이상의 이러한 조성의 혼합물을 포함한다 등등.
"선택적인" 또는 "선택적으로"는, 후속하여 설명된 사건 또는 환경이 일어날 수도 일어나지 않을 수 있음을 의미하고, 설명은 사건 또는 환경이 일어난 예와 일어나지 않은 예를 포함한다.
범위는 "대략" 특정값으로부터 및/또는 "대략" 다른 특정값까지로서 본원에 표시될 수 있다. 특정값의 5% 이내, 예를 들어, 특정값의 4, 3, 2, 또는 1% 이내를 "대략"으로 의미한다. 이러한 범위가 표시되는 경우, 하나의 양태는 다른 하나의 특정값으로부터 및/또는 다른 하나의 특정값까지를 포함한다. 마찬가지로 값이 근사치로 표현되는 경우, 선행자 "약"을 사용하여 특정 값이 또 다른 양태를 형성함을 이해할 것이다. 범위 각각의 종점은 다른 종점과 관련하여 모두 유의하고, 다른 종점과 독립적이라는 것을 또한 이해할 것이다.
이 명세서 전체에 걸쳐 "제1"과 "제2"라는 식별자는 개시된 주제의 다양한 요소와 단계를 구별하는 데 도움을 주기 위해서만 사용됨이 이해된다. "제1"과 "제2"라는 식별자는 이들 용어에 의해 수정된 구성 요소 또는 단계에 특정한 순서, 양, 선호도 또는 중요성을 암시하고자 의도하는 것은 아니다.
샘플의 합성을 위한 모듈식 마이크로유체 반응기 및 이의 사용 방법이 본원에 개시된다. 이제 도 1을 참조하면, 본원에 장치(100)가 개시되고, 상기 장치는, 샘플 유입구(104)에서 샘플 유출구(106)까지 연장되는 유체 흐름용 경로를 제공하는 샘플 도관(102); 샘플 도관(102)을 둘러싸며 복수의 측정 부위(110)를 포함하는 써멀 하우징(108); 상기 복수의 측정 부위 중 하나 이상에서 샘플 도관(102)으로부터 분광 시그널을 포착하도록 구성된 디텍터(118); 및 제1 위치(114)에서 제2 위치(116)로 써멀 하우징(108)을 따라 병진 이동 가능한 모터식 스테이지(112)를 포함하되, 모터식 스테이지(112)가 복수의 측정 부위(110) 중 하나 이상과 디텍터(118)를 정렬시키고 써멀 하우징(108)을 따라 디텍터(118)를 병진 이동시키기 위해 구성되도록 디텍터(118)는 모터식 스테이지(112)에 결합된다. 본원에 사용되는 바와 같이, 상기 복수의 측정 부위 중 하나 이상과 디텍터를 "정렬"시키는 것은, 디텍터가 샘플 도관 내에 존재하는 유체 샘플에서 분광학적으로 정보를 얻을 수 있음을 의미한다.
샘플 도관(102)은 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 샘플 도관(102)은 실질적으로 원형 단면을 가질 수 있다. 샘플 도관(102)은 임의의 적절한 재질을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 샘플 도관(102)은 테플론 튜브를 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 샘플 도관(102)은 0.01 인치 이상의 내부 직경(예, 0.02 인치 이상, 0.03 인치 이상, 0.04 인치 이상, 0.05 인치 이상, 0.06 인치 이상, 0.07 인치 이상, 또는 0.08 인치 이상)을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 샘플 도관(102)은 0.1 인치 이하의 내부 직경(예, 0.09 인치 이하, 0.08인치 이하, 0.07 인치 이하, 0.06 인치 이하, 0.05 인치 이하, 0.04 인치 이하, 또는 0.03 인치 이하)을 가질 수 있다. 샘플 도관(102)의 내부 직경은 전술한 최소값 중 임의의 값에서 전술한 최대값 중 임의의 값까지의 범위일 수 있다. 예를 들어, 샘플 도관(102)은 0.01 인치 내지 0.1 인치의 내부 직경(예, 0.01 인치 내지 0.05 인치, 0.05 인치 내지 0.1 인치, 0.01 인치 내지 0.03 인치, 0.03 인치 내지 0.06 인치, 0.06 인치 내지 0.1 인치, 또는 0.02 인치 내지 0.09 인치)을 가질 수 있다.
특정 실시예에서, 샘플 도관(102)은 0.0625 인치 이상(예, 0.065 인치 이상, 0.0675 인치 이상, 0.07 인치 이상, 0.0725 인치 이상, 0.075 인치 이상, 0.0775 인치 이상, 0.08 인치 이상, 0.0825 인치 이상, 0.085 인치 이상, 0.0875 인치 이상, 0.09 인치 이상, 0.0925 인치 이상, 0.095 인치 이상, 0.0975 인치 이상, 0.1 인치 이상, 0.1025 인치 이상, 0.105 인치 이상, 0.1075 인치 이상, 0.11 인치 이상, 0.1125 인치 이상, 0.1150 인치 이상, 0.1175 인치 이상, 또는 0.12 인치 이상)의 외부 직경을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 샘플 도관(102)은 0.125 인치 이하(예, 0.1225 인치 이하, 0.12 인치 이하, 0.1175 인치 이하, 0.115 인치 이하, 0.1125 인치 이하, 0.11 인치 이하, 0.1075 인치 이하, 0.105 인치 이하, 0.1025 인치 이하, 0.1 인치 이하, 0.0975 인치 이하, 0.095 인치 이하, 0.0925 인치 이하, 0.09 인치 이하, 0.0875 인치 이하, 0.085 인치 이하, 0.0825 인치 이하, 0.08 인치 이하, 0.0775 인치 이하, 0.075 인치 이하, 0.0725 인치 이하, 0.07 인치 이하, 또는 0.0675 인치 이하)의 외부 직경을 가질 수 있다. 샘플 도관(102)의 외부 직경은 전술한 최소값 중 임의의 값에서 전술한 최대값 중 임의의 값까지의 범위일 수 있다. 예를 들어, 샘플 도관(102)은 0.0625 인치 내지 0.125 인치의 외부 직경(예, 0.0625 인치 내지 0.0925 인치, 0.0925 인치 내지 0.125 인치, 0.0625 인치 내지 0.075 인치, 0.075 인치 내지 0.0875 인치, 0.0875 인치 내지 0.1 인치, 0.1 인치 내지 0.1125 인치, 0.1125 인치 내지 0.125 인치, 또는 0.075 인치 내지 0.1 인치)을 가질 수 있다.
샘플 유입구(104)에서 샘플 유출구(106)까지의 샘플 도관(102) 길이는, 일부 실시예에서 샘플의 원하는 특징에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 샘플 유입구(104)에서 샘플 유출구(106)까지의 샘플 도관(102) 길이는 1 센티미터(cm) 이상(예, 2 cm 이상, 3 cm 이상, 4 cm 이상, 5 cm 이상, 10 cm 이상, 15 cm 이상, 20 cm 이상, 25 cm 이상, 50 cm 이상, 75 cm 이상, 100 cm 이상, 125 cm 이상, 150 cm 이상, 175 cm 이상, 200 cm 이상, 225 cm 이상, 250 cm 이상, 275 cm 이상, 300 cm 이상, 325 cm 이상, 350 cm 이상, 375 cm 이상, 400 cm 이상, 425 cm 이상, 또는 450 cm 이상)일 수 있다. 일부 실시예에서, 샘플 유입구(104)에서 샘플 유출구(106)까지의 샘플 도관(102) 길이는 500 센티미터(cm) 이하(예, 475 cm 이하, 450 cm 이하, 425 cm 이하, 400 cm 이하, 375 cm 이하, 350 cm 이하, 325 cm 이하, 300 cm 이하, 275 cm 이하, 250 cm 이하, 225 cm 이하, 200 cm 이하, 175 cm 이하, 150 cm 이하, 125 cm 이하, 100 cm 이하, 75 cm 이하, 50 cm 이하, 25 cm 이하, 20 cm 이하, 15 cm 이하, 10 cm 이하, 또는 5 cm 이하)일 수 있다. 샘플 유입구(104)에서 샘플 유출구(106)까지의 샘플 도관(102) 길이는 전술한 최소값 중 임의의 값에서 전술한 최대값 중 임의의 값까지의 범위일 수 있다. 예를 들어, 샘플 유입구(104)에서 샘플 유출구(106)까지의 샘플 도관(102) 길이는 1 cm 내지 500 cm(예, 1 cm 내지 250 cm, 250 cm 내지 500 cm, 1 cm 내지 100 cm, 100 cm 내지 200 cm, 200 cm 내지 300 cm, 300 cm 내지 400 cm, 400 cm 내지 500 cm, 50 cm 내지 450 cm, 또는 3 cm 내지 196 cm)일 수 있다. 도 2를 이제 참조하면, 일부 실시예에서, 샘플 도관(102)은 하나 이상의 모듈(120)을 포함할 수 있되, 상기 하나 이상의 모듈(120) 각각은 소정 길이의 유체 흐름 경로를 포함하여 샘플 도관(102)은 하나 이상의 모듈을 유체 연결함으로써 원하는 길이의 유체 흐름 경로를 갖도록 구성될 수 있게 한다.
써멀 하우징(108)은 임의의 적절한 열 전도성 재질을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 써멀 하우징(108)은 금속(예, 알루미늄)을 포함할 수 있다.
복수의 측정 부위(110)는, 예를 들어 실질적으로 분광학상 투명할 수 있다. 본원에 사용되는 바와 같이, "실질적으로 분광학상 투명한" 것은 관심 파장 부위 또는 파장에서 실질적으로 투명한 임의 재질을 포함하는 것을 의미한다. 복수의 측정 부위(110)는, 예를 들어 복수의 빈 공간, 실질적으로 분광학상 투명한 재질을 포함하는 복수의 윈도우, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 실질적으로 분광학상 투명한 재질은, 글라스, 석영, 이산화규소, 폴리머, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
장치(100)는 예를 들어 광원(122)을 추가로 포함할 수 있다. 광원은 임의 유형의 광원일 수 있다. 적절한 광원의 예시는 자연 광원(예, 태양광)과 인공 광원(예, 백열등 벌브, 발광 다이오드, 가스 방전 램프, 아크 램프, 레이저 등)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광원(122)은 백열등, 발광 다이오드, 가스 방전 램프, 아크 램프, 레이저 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 광원은 발광 다이오드, 할로겐 램프, 텅스텐 램프, 또는 이들의 조합을 포함한다.
장치(100)는, 광원(122)이 복수의 측정 부위(110) 중 하나 이상에서 샘플 도관(102)을 조사하기 위해 구성되도록 구성될 수 있는 광원(122)을 포함한다. 일부 실시예에서, 광원(122)은 모터식 스테이지(112)에 결합되어, 모터식 스테이지(112)가 써멀 하우징(108)을 따라 광원(122)을 병진 이동하도록 구성될 수 있다.
디텍터(118)는, 예를 들어 카메라, 광학 현미경, 전자 현미경, 스펙트로미터, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 디텍터(118)는 스펙트로미터를 포함한다. 스펙트로미터의 예시는 라만 스펙트로미터, UV-VIS 흡수 스펙트로미터, IR 흡수 스펙트로미터, 형광 스펙트로미터, 및 이들의 조합을 포함하나, 이에 제한되지 않는다.
특정 실시예에서, 장치는 모터식 스테이지에 결합된 3-포트 셀을 추가로 포함할 수 있되, 상기 3-포트 셀은 하나 이상의 디텍터와 하나 이상의 광원을 유지할 수 있다. 특정 실시예에서, 광원은 LED 광원을 포함할 수 있고, 디텍터는 형광 스펙트로미터를 포함할 수 있되, 장치는, LED 광원과 형광 스펙트로미터가 측정 부위에 관해 서로 수직하게 정렬되도록 구성된다. 특정 실시예에서, 광원은 광폭 광원을 포함할 수 있고, 디텍터는 흡수 스펙트로미터를 포함할 수 있되, 장치는, 광폭 광원이 형광 스펙트로미터와 측정 부위에 관해 일직선을 이루도록 구성된다.
장치(100)는, 일부 실시예에서 샘플 유입구(104)에 유체 연결된 샘플 준비 요소(126)를 추가로 포함한다. 이제 도 3을 참조하면, 샘플 준비 요소(126)는, 제1 유입구(130), 제2 유입구(132), 및 유출구(134)를 포함하는 샘플 혼합용 챔버(128)(제1 유입구(130), 제2 유입구(132), 및 유출구(134)는 챔버(128)를 경유해 유체 연결되고 유출구(134)는 샘플 유입구(104)에 유체 연결됨); 챔버(128)의 제1 유입구(130)에 제1 전구체 유입구(138)를 유체 연결하는 제1 전구체 도관(136); 및 챔버(128)의 제2 유입구(132)에 제2 전구체 유입구(142)를 유체 연결하는 제2 전구체 도관(140)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 챔버(128)는 제3 유입구(144)를 추가로 포함할 수 있고, 샘플 준비 요소(126)는, 챔버(128)의 제3 유입구(144)에 연속 상 유입구(148)를 유체 연결하는 연속 상 도관(146)을 추가로 포함한다. 일부 실시예에서, 챔버(128)는 혼합 요소를 추가로 포함한다. 장치(100)가 단상 또는 다상 플로우(예, 가스-액체 또는 액체-액체)에 대해 구성될 수 있도록, 샘플 준비 요소(126)의 포함 여부 그리고 챔버(128) 내의 유입구 갯수를 선택할 수 있다.
샘플 준비 요소(126)는, 일부 실시예에서, 써멀 자켓(150)을 추가로 포함할 수 있되, 써멀 자켓(150)은 챔버(128), 제1 전구체 도관(136), 제2 전구체 도관(140), 및 연속 상 도관(146)이 존재하는 경우에 이를 실질적으로 감싼다. 써멀 자켓(150)은 임의의 적절한 열 전도성 재질을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 써멀 자켓(150)은 금속(예, 알루미늄)을 포함한다.
장치(100)는, 일부 실시예에서, 써멀 자켓(150) 및/또는 써멀 하우징(108)의 온도를 제어하기 위해, 써멀 자켓(150) 및/또는 써멀 하우징(108)에 열적으로 연결된 가열 요소를 추가로 포함할 수 있다. 가열 요소는 써멀 자켓(150) 및/또는 써멀 하우징(108)의 온도를, 예를 들어 25°C 이상(예, 30°C 이상, 35°C 이상, 40°C 이상, 45°C 이상, 50°C 이상, 55°C 이상, 60°C 이상, 65°C 이상, 70°C 이상, 75°C 이상, 80°C 이상, 85°C 이상, 90°C 이상, 95°C 이상, 100°C 이상, 110°C 이상, 120°C 이상, 130°C 이상, 140°C 이상, 150°C 이상, 160°C 이상, 170°C 이상, 180°C 이상, 또는 190°C 이상)의 온도로 설정할 수 있다. 일부 실시예에서, 가열 요소는 써멀 자켓(150) 및/또는 써멀 하우징(108)의 온도를, 예를 들어 210°C 이하(예, 200°C 이하, 190°C 이하, 180°C 이하, 170°C 이하, 160°C 이하, 150°C 이하, 140°C 이하, 130°C 이하, 120°C 이하, 110°C 이하, 100°C 이하, 95°C 이하, 90°C 이하, 85°C 이하, 80°C 이하, 75°C 이하, 70°C 이하, 65°C 이하, 60°C 이하, 55°C 이하, 50°C 이하, 45°C 이하, 40°C 이하, 또는 35°C 이하)의 온도로 설정할 수 있다. 가열 요소가 써멀 자켓(150) 및/또는 써멀 하우징(108)을 설정시키는 온도는 전술한 최소값 중 임의의 값에서 전술한 최대값 중 임의의 값까지의 범위일 수 있다. 예를 들어, 가열 요소는 써멀 자켓(150) 및/또는 써멀 하우징(108)의 온도를, 25°C 내지 210°C 이하(예, 25°C 내지 115°C, 115°C 내지 210°C, 25°C 내지 55°C, 55°C 내지 85°C, 85°C 내지 105°C, 105°C 내지 135°C, 135°C 내지 160°C, 165°C 내지 195°C, 195°C 내지 210°C, 또는 35°C 내지 200°C)의 온도로 설정할 수 있다.
일부 실시예에서, 장치(100)는, 샘플 유입구(104)를 경유해 제1 유량에서 샘플 도관(102) 내에 샘플을 주입하기 위해 인젝터가 구성되도록, 샘플 저장소에 유체 연결된 인젝터를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 장치(100)는, 제1 전구체 유입구(138)를 경유해 제1 전구체 저장소로부터 제1 전구체 도관(136) 내에 제1 전구체의 양을 주입하기 위해 인젝터가 구성되도록 제1 전구체 저장소에 유체 연결된 인젝터, 제2 전구체 유입구(142)를 경유해 제2 전구체 저장소로부터 제2 전구체 도관(140) 내에 제2 전구체의 양을 주입하기 위해 인젝터가 구성되도록 제2 전구체 저장소에 유체 연결된 인젝터를 추가로 포함할 수 있고, 이에 의해 챔버(128)에 샘플을 형성한다. 일부 실시예에서, 장치(100)는, 샘플 유입구(104)를 경유해 제1 유량에서 챔버(128)로부터 샘플 도관(102) 내에 샘플을 주입하기 위해 인젝터가 구성되도록, 챔버(128)에 유체 연결된 인젝터를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 장치는, 연속 상 유입구(148)를 경유해 연속 상 도관(146) 내에 연속 상의 양을 주입하기 위해 인젝터가 구성되도록, 연속 상 저장소에 유체 연결된 인젝터를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 장치(100)가 단상 또는 다상 플로우(예, 가스-액체 또는 액체-액체)를 위해 구성될 수 있도록, 하나 이상의 인젝터를 구성할 수 있다.
제1 유량은, 예를 들어 0.1 μL/min 이상(예, 0.2 μL/min 이상; 0.3 μL/min 이상; 0.4 μL/min 이상; 0.5 μL/min 이상; 1 μL/min 이상; 2 μL/min 이상; 3 μL/min 이상; 4 μL/min 이상; 5 μL/min 이상; 10 μL/min 이상; 15 μL/min 이상; 20 μL/min 이상; 25 μL/min 이상; 30 μL/min 이상; 35 μL/min 이상; 40 μL/min 이상; 45 μL/min 이상; 50 μL/min 이상; 60 μL/min 이상; 70 μL/min 이상; 80 μL/min 이상; 90 μL/min 이상; 100 μL/min 이상; 125 μL/min 이상; 150 μL/min 이상; 175 μL/min 이상; 200 μL/min 이상; 225 μL/min 이상; 250 μL/min 이상; 300 μL/min 이상; 350 μL/min 이상; 400 μL/min 이상; 450 μL/min 이상; 500 μL/min 이상; 600 μL/min 이상; 700 μL/min 이상; 800 μL/min 이상; 900 μL/min 이상; 1,000 μL/min 이상; 1,250 μL/min 이상; 1,500 μL/min 이상; 1,750 μL/min 이상; 2,000 μL/min 이상; 2,250 μL/min 이상; 2,500 μL/min 이상; 3,000 μL/min 이상; 3,500 μL/min 이상; 4,000 μL/min 이상; 4,500 μL/min 이상; 5,000 μL/min 이상; 6,000 μL/min 이상; 7,000 μL/min 이상; 8,000 μL/min 이상; 9,000 μL/min 이상; 10,000 μL/min 이상; 12,500 μL/min 이상; 15,000 μL/min 이상; 17,500 μL/min 이상; or 20,000 μL/min 이상)일 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 유량은 25,000 μL/min 이하(예, 22,500 μL/min 이하; 20,000 μL/min 이하; 17,500 μL/min 이하; 15,000 μL/min 이하; 12,500 μL/min 이하; 10,000 μL/min 이하; 9,000 μL/min 이하; 8,000 μL/min 이하; 7,000 μL/min 이하; 6,000 μL/min 이하; 5,000 μL/min 이하; 4,500 μL/min 이하; 4,000 μL/min 이하; 3,500 μL/min 이하; 3,000 μL/min 이하; 2,500 μL/min 이하; 2,250 μL/min 이하; 2,000 μL/min 이하; 1,750 μL/min 이하; 1,500 μL/min 이하; 1,250 μL/min 이하; 1,000 μL/min 이하; 900 μL/min 이하; 800 μL/min 이하; 700 μL/min 이하; 600 μL/min 이하; 500 μL/min 이하; 450 μL/min 이하; 400 μL/min 이하; 350 μL/min 이하; 300 μL/min 이하; 250 μL/min 이하; 225 μL/min 이하; 200 μL/min 이하; 175 μL/min 이하; 150 μL/min 이하; 125 μL/min 이하; 100 μL/min 이하; 90 μL/min 이하; 80 μL/min 이하; 70 μL/min 이하; 60 μL/min 이하; 50 μL/min 이하; 45 μL/min 이하; 40 μL/min 이하; 35 μL/min 이하; 30 μL/min 이하; 25 μL/min 이하; 20 μL/min 이하; 15 μL/min 이하; 10 μL/min 이하; 5 μL/min 이하; 4 μL/min 이하; 3 μL/min 이하; 2 μL/min 이하; 또는 1 μL/min 이하)일 수 있다.
제1 유량은 전술한 최소값 중 임의의 값에서 전술한 최대값 중 임의의 값까지의 범위일 수 있다. 예를 들어, 제1 유량은 0.1 μL/min 내지 25,000 μL/min(0.1 μL/min 내지 1 μL/min; 1 μL/min 내지 10 μL/min; 10 μL/min 내지 100 μL/min; 100 μL/min 내지 1,000 μL/min; 1,000 μL/min 내지 25,000 μL/min; 5 μL/min 내지 5,000 μL/min; 또는 44 μL/min 내지 1854 μL/min)일 수 있다.
일부 실시예에서, 샘플은 복수의 입자, 예컨대 복수의 금속 입자, 복수의 반도체 입자, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 샘플은 복수의 폴리머로 덮인 금속 입자, 예컨대 복수의 플라즈몬 입자, 복수의 양자점 입자, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
복수의 입자는 평균 입자 크기를 가질 수 있다. "평균(average) 입자 크기"와 "평균(mean) 입자 크기"는 상호 교환적으로 본원에 사용되고, 일반적으로 입자 집단에 있어서 입자의 통계적인 평균 입자 크기를 지칭한다. 예를 들어, 실질적으로 구 형상을 갖는 복수의 입자에 대한 평균 입자 크기는, 복수의 입자의 평균 직경을 포함할 수 있다. 실질적으로 구 형상을 갖는 입자의 경우, 입자의 직경은, 예를 들어 유체 역학적 직경으로 지칭될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 입자의 유체 역학적 직경은 입자 표면 상의 두 지점 사이의 최대 선형 거리를 지칭할 수 있다. 이방성 입자의 경우, 평균 입자 크기는, 예를 들어 입자 평균 최대 치수(예, 막대 형상의 입자의 경우 길이, 정육면체 형상의 입자의 경우 대각선, 삼각형 형상의 입자의 경우 이등분선)를 지칭할 수 있다. 이방성 입자의 경우, 평균 입자 크기는, 예를 들어 입자의 유체 역학적 크기를 지칭할 수 있다. 평균 입자 크기는, 종래 기술에 공지된 방법, 예컨대 주사 전자 현미경, 투과 전자 현미경, 및/또는 동적 광 산란에 의한 평가법을 사용하여 측정될 수 있다.
예를 들어, 복수의 입자는 1 nm 이상(예, 2 nm 이상, 3 nm 이상, 4 nm 이상, 5 nm 이상, 6 nm 이상, 7 nm 이상, 8 nm 이상, 9 nm 이상, 10 nm 이상, 15 nm 이상, 20 nm 이상, 25 nm 이상, 30 nm 이상, 35 nm 이상, 40 nm 이상, 45 nm 이상, 50 nm 이상, 60 nm 이상, 70 nm 이상, 80 nm 이상, 90 nm 이상, 100 nm 이상, 125 nm 이상, 150 nm 이상, 175 nm 이상, 200 nm 이상, 225 nm 이상, 250 nm 이상, 300 nm 이상, 350 nm 이상, 400 nm 이상, 450 nm 이상, 500 nm 이상, 600 nm 이상, 700 nm 이상, or 800 nm 이상)의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 입자는 1 μm(마이크론) 이하(예, 900 nm 이하, 800 nm 이하, 700 nm 이하, 600 nm 이하, 500 nm 이하, 450 nm 이하, 400 nm 이하, 350 nm 이하, 300 nm 이하, 250 nm 이하, 225 nm 이하, 200 nm 이하, 175 nm 이하, 150 nm 이하, 125 nm 이하, 100 nm 이하, 90 nm 이하, 80 nm 이하, 70 nm 이하, 60 nm 이하, 50 nm 이하, 45 nm 이하, 40 nm 이하, 35 nm 이하, 30 nm 이하, 25 nm 이하, 20 nm 이하, 15 nm 이하, 10 nm 이하, 9 nm 이하, 8 nm 이하, 7 nm 이하, 6 nm 이하, or 5 nm 이하)의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 복수의 입자의 평균 입자 크기는, 전술한 최소값 중 임의의 값에서 전술한 최대값 중 임의의 값까지의 범위일 수 있다. 예를 들어, 복수의 입자는 1 nm 내지 1 마이크론(예, 1 nm 내지 500 nm, 500 nm 내지 1 μm, 1 nm 내지 200 nm, 200 nm 내지 400 nm, 400 nm 내지 600 nm, 600 nm 내지 800 nm, 800 nm 내지 1 μm, 1 nm 내지 100 nm, 1 nm 내지 50 nm, 또는 5 nm 내지 900 nm)의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 복수의 입자는 실질적으로 단분산일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "단분산" 및 "균일한 크기 분포"는 모든 입자가 동일하거나 거의 동일한 크기인 입자 집단을 일반적으로 설명한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 단분산 분포는 분포의 80%(예, 분포의 85%, 분포의 90%, 또는 분포의 95%)가 중간 입자 크기의 25% 이내(예, 중간 입자 크기의 20% 이내, 중간 입자 크기의 15% 이내, 중간 입자 크기의 10% 이내, 또는 중간 입자 크기의 5% 이내)에 놓이는 입자 분포를 지칭한다.
복수의 입자는 임의 형상(예, 구, 막대, 사변형, 타원, 삼각형, 다각형 등)의 입자를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 입자는 등방성 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 입자는 이방성 형상을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 복수의 입자는, 제1 재료를 포함하고 제1 입자 형상과 제1 평균 입자 크기를 갖는 입자의 제1 집단, 및 제2 재료를 포함하고 제2 입자 형상과 제2 평균 입자 크기를 갖는 입자의 제2 집단, 또는 이의 조합을 포함할 수 있되, 상기 제1 입자 형상과 상기 제2 입자 형상은 상이하고, 상이 제1 재료와 상기 제2 재료는 상이하고, 상기 제1 평균 입자 크기와 상기 제2 평균 입자 크기는 상이하다. 일부 실시예에서, 복수의 입자는, 복수의 입자 집단의 혼합물을 포함할 수 있되, 상기 혼합물 내의 입자 집단 각각은 형상, 조성, 크기 또는 이들의 조합에 대해 상이하다.
일부 실시예에서, 샘플은 유기 분자를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 장치(100)는, 샘플 유출구(106)에 유체 결합되는 제2 디텍터를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 장치(100)는, 샘플 유출구(106)에 유체 결합되는 크로마토그래프를 추가로 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 장치(100)는, 모터식 스테이지, 디텍터, 광원, 가열 요소, 샘플 유입구(104)를 경유해 제1 유량에서 샘플 도관(102) 내로 샘플을 주입하기 위해 인젝터가 구성되도록 샘플 저장소에 유체 결합된 인젝터, 제1 전구체 유입구(138)를 경유해 제1 전구체 도관(136) 내로 제1 전구체의 양을 주입하기 위해 인젝터가 구성되도록 제1 전구체 저장소에 유체 결합된 인젝터, 제2 전구체 유입구(142)를 경유해 제2 전구체 도관(140) 내로 제2 전구체의 양을 주입하기 위해 인젝터가 구성되도록 제2 전구체 저장소에 유체 결합된 인젝터, 연속 상 유입구(148)를 경유해 연속 상 도관(146) 내로 연속 상의 양을 주입하기 위해 인젝터가 구성되도록 연속 상 저장소에 유체 결합된 인젝터, 또는 이들의 조합으로부터 시그널을 송신하고 수신하고/수신하거나 프로세싱하도록 구성된 컴퓨터 장치(200)를 추가로 포함할 수 있고, 예를 들어 도 4 및 도 5에 나타내고 있다.
도 6은 본원에 개시된 실시예가 구현될 수 있는 컴퓨터 장치(200) 예시를 나타낸다. 컴퓨터 장치(200)는, 컴퓨터 장치(200)의 다양한 구성 요소 중에 정보를 통신하기 위한 버스 또는 다른 통신 장치를 포함할 수 있다. 가장 기본적인 구성에서, 컴퓨터 장치(200)는 전형적으로 적어도 하나의 프로세싱 유닛(202)(프로세서)와 시스템 메모리(204)를 포함한다. 컴퓨터 장치의 정확한 구성과 유형에 따라, 시스템 메모리(204)는 (랜덤 액세스 메모리(RAM)과 같이) 휘발성, (리드 온리 메모리(ROM), 플래시 메모리 등과 같은) 비휘발성, 또는 상기 둘의 일부 조합일 수 있다. 가장 기본적인 이 구성은 도 20에 점선(206)으로 나타나 있다. 프로세싱 유닛(202)은, 컴퓨터 장치(200)의 작동에 필요한 산술 및 논리 작동을 수행하는, 프로그래밍 가능한 표준 프로세서일 수 있다.
컴퓨터 장치(200)는 추가적인 특징부/기능부를 가질 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 장치(200)는, 제거식 저장 장치(208) 및 비제거식 저장 장치(210)와 같은 추가적인 저장 장치를 포함할 수 있고, 자기 또는 광학 디스크 또는 테이프를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 컴퓨터 장치(200)는, 상기 장치를 다른 장치와 통신시키는 네트워크 연결부(들)(216)를 또한 포함할 수 있다. 컴퓨터 장치(200)는, 키보드, 마우스, 터치 스크린, 안테나와 같은 입력 장치(들)(214) 또는 전술한 시스템에서 카메라 등과 통신하도록 구성된 다른 시스템을 또한 가질 수 있다. 디스플레이, 스피커, 프린터, 등과 같은 출력 장치(들)(212)가 또한 포함될 수 있다. 추가 장치는, 컴퓨터 장치(200)의 구성 요소 중에 데이터의 통신을 용이하게 하기 위해 버스에 연결될 수 있다.
유형의 컴퓨터 판독 가능 미디어에 코딩된 프로그램 코드를 실행하도록, 프로세싱 유닛(200)을 구성할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 미디어는, 컴퓨터 장치(200)(즉, 머신)로 하여금 특정 방식으로 작동시키는 데이터를 제공할 수 있는 임의의 미디어를 지칭한다. 다양한 컴퓨터 판독 가능 미디어는, 프로세싱 유닛(202)에 실행을 위해 명령어를 제공하도록 사용될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 미디어의 일반적인 형태는, 예를 들어 자기 미디어, 광학 미디어, 물리 미디어, 메모리 칩 또는 카트리지, 캐리어 웨이브, 또는 컴퓨터가 읽을 수 있는 임의의 다른 미디어를 포함한다. 예시적인 컴퓨터 판독 가능 미디어는 휘발성 미디어, 비휘발성 미디어, 통신 미디어를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 휘발성 및 비휘발성 미디어는 컴퓨터 판독 가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 다른 데이터와 같은 정보를 저장하기 위해 임의의 방법 또는 기술로 실행될 수 있고, 보편적인 형태는 아래에 자세히 설명된다. 통신 미디어는, 동심원 케이블, 구리 와이어 및/또는 광섬유 케이블뿐만 아니라 음파 또는 광파, 예컨대 라디오파 및 적외선 데이터 통신 중에 발생되는 것을 포함할 수 있다. 예시적인 유형의 컴퓨터 판독 가능 미디어는 집적 회로(예, 필드 프로그래머블 게이트 어레이 또는 응용 특정 IC), 하드 디스크, 광학 디스크, 자기 광학 디스크, 플로피 디스크, 자기 테이프, 홀로그램 저장 미디어, 고체 상태 장치, RAM, ROM, 전기식 소거 가능 프로그램 리드 온리 메모리(EEPROM), 플래시 메모리나 다른 메모리 기술, CD-ROM, 디지털 다목적 디스크(DVD)나 다른 광학 저장 장치, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장 장치나 다른 자기 저장 장치를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예시적인 구현예에서, 프로세싱 유닛(202)은 시스템 메모리(204)에 저장된 프로그램 코드를 실행할 수 있다. 예를 들어, 버스는 데이터를 시스템 메모리(204)에 전달할 수 있고, 이로부터 프로세싱 유닛(202)은 명령어를 수신해서 실행한다. 시스템 메모리(204)에 수신된 데이터는, 프로세싱 유닛(202)에 이해 실행되기 전 또는 후에 제거식 저장 장치(208) 또는 비제거식 저장 장치(210) 상에 선택적으로 저장될 수 있다.
컴퓨터 장치(200)는 일반적으로 다양한 컴퓨터 판독 가능 미디어를 포함한다. 컴퓨터 판독 가능 미디어는, 장치(200)에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용 가능한 미디어일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 미디어, 제거식 및 비제거식 미디어 모두를 포함한다. 컴퓨터 저장 장치 미디어는, 컴퓨터 판독 가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 다른 데이터와 같은 정보를 저장하기 위해 임의의 방법 또는 기술로 구현되는 휘발성 및 비휘발성 미디어, 제거식 및 비제거식 미디어 모두를 포함한다. 시스템 메모리(204), 제거식 저장 장치(208), 및 비제거식 저장 장치(210) 모두는 컴퓨터 저장 장치 미디어의 모든 예시이다. 컴퓨터 저장 장치 미디어는 RAM, ROM, 전기식 소거 가능 프로그램 리드 온리 메모리(EEPROM), 플래시 메모리나 다른 메모리 기술, CD-ROM, 디지털 다목적 디스크(DVD)나 다른 광학 저장 장치, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장 장치나 다른 자기 저장 장치, 또는 컴퓨터 장치(200)에 의해 액세스될 수 있고 원하는 정보를 저장하도록 사용될 수 있는 임의의 다른 미디어를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 이러한 임의의 컴퓨터 저장 장치 미디어는 컴퓨터 장치(200)의 부분일 수 있다.
본원에 설명된 다양한 기법은 하드웨어나 소프트웨어, 또는 적당한 곳에서 이들의 조합과 연결하여 구현될 수 있다. 따라서, 현재 개시된 주제 또는 이들의 특정 양태나 일부의 방법, 시스템, 및 연관 시그널 프로세싱은, 플로피 디스크, CD-ROM, 하드 드라이브, 또는 임의의 다른 기계 판독 가능 저장 장치 미디어와 같이 유형 미디어로 구체화되는 프로그램 코드(즉, 명령어)의 형태를 가질 수 있되, 상기 프로그램 코드는 컴퓨터 장치와 같은 머신으로 로딩되어 이에 의해 실행되고, 상기 머신은 현재 개시된 주제를 실행하기 위한 장치가 된다. 프로그램 가능한 컴퓨터 상에 프로그램 코드를 실행하는 경우, 컴퓨터 장치는 일반적으로 프로세서, 상기 프로세서에 의해 판독 가능한 저장 장치 미디어(휘발성 그리고 비휘발성 메모리 및/또는 저장 장치 요소를 포함함), 적어도 하나의 입력 장치, 및 적어도 하나의 출력 장치를 포함한다. 하나 이상의 프로그램은, 예를 들어 응용 프로그램 인터페이스(API), 재사용 가능한 제어 등을 사용하여서, 현재 개시된 주제와 연결하여 설명된 프로세스를 구현하거나 사용할 수 있다. 이러한 프로그램은, 컴퓨터 시스템과 통신하는 하이레벨 절차 또는 객체 지향 프로그래밍 언어로 구현될 수 있다. 그러나, 프로그램(들)은, 원하면 어셈블리 또는 기계어로 구현될 수 있다. 어느 경우에서든, 언어는 컴파일 또는 해석된 언어일 수 있고, 하드웨어 구현과 조합될 수 있다.
일부 실시예에서, 모터식 스테이지, 디텍터, 광원, 가열 요소, 샘플 유입구(104)를 경유해 제1 유량에서 샘플 도관(102) 내로 샘플을 주입하기 위해 인젝터가 구성되도록 샘플 저장소에 유체 결합된 인젝터, 제1 전구체 유입구(138)를 경유해 제1 전구체 도관(136) 내로 제1 전구체의 양을 주입하기 위해 인젝터가 구성되도록 제1 전구체 저장소에 유체 결합된 인젝터, 제2 전구체 유입구(142)를 경유해 제2 전구체 도관(140) 내로 제2 전구체의 양을 주입하기 위해 인젝터가 구성되도록 제2 전구체 저장소에 유체 결합된 인젝터, 연속 상 유입구(148)를 경유해 연속 상 도관(146) 내로 연속 상의 양을 주입하기 위해 인젝터가 구성되도록 연속 상 저장소에 유체 결합된 인젝터, 또는 이들의 조합으로부터 시그널을 하나 이상의 컴퓨터 장치 전체 또는 일부 상에 송신하고 수신하고/수신하거나 프로세싱할 수 있다. 예를 들어, 장치는 하나 이상의 추가 컴퓨터 장치를 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 시스템 메모리(204)는 그 위에 저장된 컴퓨터 실행 가능 명령어를 갖고, 이를 프로세서가 실행하는 경우에 상기 프로세서로 하여금,
a. 써멀 하우징(108)을 따라 모터식 스테이지(112)를, 디텍터(118)가 제1 측정 부위에 근접한 제1 위치에서 정렬되도록 하는 곳까지 병진 이동시키고,
b. 상기 제1 측정 부위에 근접한 제1 위치에서 디텍터(118)를 통해 제1 세기를 갖는 제1 분광 시그널을 포착시키고,
c. 선택적으로, 상기 제1 분광 시그널 및/또는 상기 제1 분광 시그널의 세기를 저장시키고,
d. 선택적으로, 상기 제1 분광 시그널 및/또는 상기 제1 분광 시그널의 세기를 출력시키고,
e. 써멀 하우징(108)을 따라 모터식 스테이지(112)를, 상기 제1 측정 부위에 근접한 제1 위치로부터 상기 제1 측정 부위에 근접한 제2 위치까지 병진 이동시키고,
f. 상기 제1 측정 부위에 근접한 제2 위치에서 디텍터(118)를 통해 제2 세기를 갖는 제2 분광 시그널을 포착시키고,
g. 선택적으로, 상기 제1 분광 시그널 및/또는 상기 제1 분광 시그널의 세기를 저장시키고,
h. 선택적으로, 상기 제1 분광 시그널 및/또는 상기 제1 분광 시그널의 세기를 출력시키고,
i. 상기 제2 분광 시그널의 세기에 상기 제1 분광 시그널의 세기를 비교시키고,
j. 상기 분광 시그널의 세기가 최대인 위치를 발견하기 위해 단계(a 내지 i)를 반복시키고, 이에 의해 상기 제1 측정 부위의 위치를 결정시키고,
k. 상기 제1 측정 부위의 위치를 출력시킨다.
일부 실시예에서, 시스템 메모리(204)는 그 위에 저장된 컴퓨터 실행 가능 명령어를 갖고, 이를 프로세서가 실행하는 경우에 상기 프로세서로 하여금, 제2 측정 부위의 위치를 결정하고 출력하기 위해 단계(a 내지 k)를 반복시킨다.
특정 실시예에서, 시스템 메모리(204)는 그 위에 저장된 컴퓨터 실행 가능 명령어를 갖고, 이를 프로세서가 실행하는 경우에 상기 프로세서로 하여금,
a. 샘플 유입구(104)를 경유해 샘플 도관(102)으로 제1 유량에서 샘플을 주입시키고,
b. 선택적으로, 써멀 하우징(108)의 온도를 제1 온도로 설정시키고,
c. 모터식 스테이지(112)를 써멀 하우징(108)을 따라 제1 측정 부위로 병진 이동시키고,
d. 상기 제1 측정 부위에서 샘플 도관(102) 내의 상기 샘플로부터 분광 시그널을 포착시키고,
e. 선택적으로, 상기 샘플의 특성을 결정하기 위해 상기 분광 시그널을 분석시키고,
f. 상기 분광 시그널, 상기 샘플의 특성, 상기 써멀 하우징의 온도, 또는 이들의 조합을 출력시킨다.
일부 실시예에서, 시스템 메모리(204)는 그 위에 저장된 컴퓨터 실행 가능 명령어를 갖고, 이를 프로세서가 실행하는 경우에 상기 프로세서로 하여금, 제2 측정 부위에서 단계(a 내지 e)를 반복시킨다.
특정 실시예에서, 시스템 메모리(204)는 그 위에 저장된 컴퓨터 실행 가능 명령어를 갖고, 이를 프로세서가 실행하는 경우에 상기 프로세서로 하여금,
a. 제1 전구체 저장소로부터 제1 전구체 유입구(138)를 경유해 제1 전구체 도관(136) 내로 제1 전구체의 양을 주입시키고, 제2 전구체 저장소로부터 제2 전구체 유입구(142)를 경유해 제2 전구체 도관(140) 내로 제2 전구체의 양을 주입시키고, 선택적으로 연속 상 저장소로부터 연속 상 유입구(148)를 경유해 연속 상 도관(146) 내로 연속 상의 양을 주입시키고, 이에 의해 챔버(128)에 샘플을 형성시키고,
b. 선택적으로, 써멀 하우징(108) 및/또는 써멀 자켓(150)의 온도를 제1 온도로 설정시키고,
c. 챔버(128)로부터 샘플 유입구(104)를 경유해 샘플 도관(102)으로 제1 유량에서 샘플을 주입시키고,
d. 모터식 스테이지(112)를 써멀 하우징(108)을 따라 제1 측정 부위로 병진 이동시키고,
e. 상기 제1 측정 부위에서 샘플 도관(102) 내의 상기 샘플로부터 분광 시그널을 포착시키고,
f. 선택적으로, 상기 샘플의 특성을 결정하기 위해 상기 분광 시그널을 분석시키고,
g. 선택적으로, 상기 분광 시그널 및/또는 상기 샘플의 특성을 출력시키고,
h. 입력 파라미터에, 상기 포착된 분광 시그널 및/또는 상기 샘플의 특성을 비교시키고,
i. 상기 입력 파라미터가 상기 포착된 분광 시그널 및/또는 상기 샘플의 특성과 상이한 경우, 모터식 스테이지(112)를 써멀 하우징(108)을 따라 제2 측정 위치로 이동시키고 단계(e 내지 h)를 반복시키고/반복시키거나 상기 제1 전구체의 양, 상기 제2 전구체의 양, 상기 연속 상의 양, 써멀 하우징(108)의 온도, 써멀 자켓(142)의 온도, 상기 제1 유량, 또는 이들의 조합을 조정시키고 단계(a 내지 h)를 반복시키고,
j. 상기 입력 파라미터가 상기 포착된 분광 시그널 및/또는 상기 샘플의 특성과 동일한 경우, 상기 주입된 제1 전구체의 양, 상기 주입된 제2 전구체의 양, 상기 주입된 연속 상의 양, 써멀 하우징(108)의 온도, 써멀 자켓(142)의 온도, 상기 측정 부위의 위치, 상기 포착된 분광 시그널, 상기 샘플의 특성, 상기 제1 유량, 또는 이들의 조합을 출력시킨다.
특정 실시예에서, 시스템 메모리(204)는 그 위에 저장된 컴퓨터 실행 가능 명령어를 갖고, 이를 프로세서가 실행하는 경우에 상기 프로세서로 하여금,
a. 샘플 유입구(104)를 경유해 샘플 도관(102)으로 제1 유량에서 샘플을 주입시키고,
b. 선택적으로, 써멀 하우징(108)의 온도를 제1 온도로 설정시키고,
c. 샘플 유출구(106)에서 크로마토그래프를 통해 상기 샘플로부터 크로마토그래피 시그널을 포착시키고,
d. 선택적으로, 상기 샘플의 특성을 결정하기 위해 상기 크로마토그래피 시그널을 분석시키고,
e. 상기 크로마토그래피 시그널, 상기 샘플의 특성, 상기 써멀 하우징의 온도, 또는 이들의 조합을 출력시킨다.
특정 실시예에서, 시스템 메모리(204)는 그 위에 저장된 컴퓨터 실행 가능 명령어를 갖고, 이를 프로세서가 실행하는 경우에 상기 프로세서로 하여금,
a. 제1 전구체 저장소로부터 제1 전구체 유입구(138)를 경유해 제1 전구체 도관(136) 내로 제1 전구체의 양을 주입시키고, 제2 전구체 저장소로부터 제2 전구체 유입구(142)를 경유해 제2 전구체 도관(140) 내로 제2 전구체의 양을 주입시키고, 그리고 선택적으로 연속 상 저장소로부터 연속 상 유입구(148)를 경유해 연속 상 도관(146) 내로 연속 상의 양을 주입시키고, 이에 의해 챔버(128)에 샘플을 형성시키고,
b. 선택적으로, 써멀 하우징(108) 및/또는 써멀 자켓(150)의 온도를 제1 온도로 설정시키고,
c. 챔버(128)로부터 샘플 유입구(104)를 경유해 샘플 도관(102)으로 제1 유량에서 샘플을 주입시키고,
d. 샘플 유출구(106)에서 크로마토그래프를 통해 상기 샘플로부터 크로마토그래피 시그널을 포착시키고,
e. 선택적으로, 상기 샘플의 특성을 결정하기 위해 상기 크로마토그래피 시그널을 분석시키고,
f. 선택적으로, 상기 크로마토그래피 시그널 및/또는 상기 샘플의 특성을 출력시키고,
g. 입력 파라미터에, 상기 포착된 크로마토그래피 시그널 및/또는 상기 샘플의 특성을 비교시키고,
h. 상기 입력 파라미터가 상기 포착된 크로마토그래피 시그널 및/또는 상기 샘플의 특성과 상이한 경우, 상기 제1 전구체의 양, 상기 제2 전구체의 양, 상기 연속 상의 양, 써멀 하우징(108)의 온도, 써멀 자켓(142)의 온도, 상기 제1 유량, 또는 이들의 조합을 조정시키고 단계(a 내지 g)를 반복시키고,
i. 상기 입력 파라미터가 상기 포착된 크로마토그래피 시그널 및/또는 상기 샘플의 특성과 동일한 경우, 상기 주입된 제1 전구체의 양, 상기 주입된 제2 전구체의 양, 상기 주입된 연속 상의 양, 써멀 하우징(108)의 온도, 써멀 자켓(142)의 온도, 상기 포착된 크로마토그래피 시그널, 상기 샘플의 특성, 상기 제1 유량, 또는 이들의 조합을 출력시킨다.
일부 실시예에서, 상기 샘플은 복수의 입자를 포함하고, 상기 샘플의 특성 및/또는 상기 입력 파라미터는, 상기 복수의 입자의 형광 특성, 상기 복수의 입자의 흡수 특성, 상기 복수의 입자의 평균 입자 크기, 상기 샘플 내에서 상기 복수의 입자의 농도, 상기 복수의 입자의 단분산성, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 샘플은 유기 분자를 포함하고, 상기 샘플의 특성 및/또는 상기 입력 파라미터는, 상기 유기 분자의 형광 특성, 상기 유기 분자의 흡수 특성, 상기 유기 분자의 정체성, 상기 샘플 내에서 상기 유기 분자의 농도, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
나노물질의 준비를 위한 모듈식 시스템이 본원에 또한 개시되며, 상기 시스템은, 샘플 유입구에서 샘플 유출구까지 연장되는 유체 흐름용 경로를 제공하는 샘플 도관(상기 샘플 도관은 하나 이상의 모듈로부터 형성되고, 원하는 길이의 유체 흐름용 경로를 갖는 샘플 도관이 상기 모듈 중 하나 이상에 유체 연결됨으로써 조립될 수 있도록, 상기 하나 이상의 모듈 각각은 소정 길이의 유체 흐름 경로를 포함함); 및 상기 샘플 도관을 둘러싸는 써멀 자켓을 포함한다.
본원에 설명된 임의의 장치 또는 시스템을 사용하여 샘플을 준비하기 위한 방법이 또한 본원에 설명된다.
예를 들어, 본원에 설명된 임의의 장치에서 측정 부위의 위치를 결정하기 위한 방법이 본원에 설명되며, 상기 방법은,
a. 써멀 하우징(108)을 따라 모터식 스테이지(112)를, 디텍터(118)가 제1 측정 부위에 근접한 제1 위치에서 정렬되도록 하는 곳까지 병진 이동하는 단계;
b. 상기 제1 측정 부위에 근접한 제1 위치에서 디텍터(118)를 통해 제1 세기를 갖는 제1 분광 시그널을 포착하는 단계;
c. 써멀 하우징(108)을 따라 모터식 스테이지(112)를, 상기 제1 측정 부위에 근접한 제1 위치로부터 상기 제1 측정 부위에 근접한 제2 위치까지 병진 이동하는 단계;
d. 상기 제1 측정 부위에 근접한 제2 위치에서 디텍터(118)를 통해 제2 세기를 갖는 제2 분광 시그널을 포착하는 단계;
e. 상기 제2 분광 시그널의 세기에 상기 제1 분광 시그널의 세기를 비교하는 단계;
f. 상기 분광 시그널의 세기가 최대인 위치를 발견하기 위해 단계(a 내지 e)를 반복하고, 이에 의해 상기 제1 측정 부위의 위치를 결정하는 단계; 및
g. 선택적으로, 제2 측정 부위의 위치를 결정하기 위해 단계(a 내지 f)를 반복하는 단계를 포함한다.
샘플로부터 분광 시그널을 포착하기 위한 방법이 또한 본원에 설명되고, 상기 방법은,
a. 샘플 유입구(104)를 경유해 샘플 도관(102)으로 제1 유량에서 샘플을 주입하는 단계;
b. 선택적으로, 써멀 하우징(108)의 온도를 제1 온도로 설정하는 단계;
c. 모터식 스테이지(112)를 써멀 하우징(108)을 따라 제1 측정 부위로 병진 이동하는 단계;
d. 상기 제1 측정 부위에서 샘플 도관(102) 내의 상기 샘플로부터 분광 시그널을 포착하는 단계;
e. 선택적으로, 상기 샘플의 특성을 결정하기 위해 상기 분광 시그널을 분석하는 단계; 및
f. 선택적으로, 제2 측정 부위에서 단계(a 내지 e)를 반복하는 단계를 포함한다.
원하는 특징을 갖는 샘플을 합성하기 위한 방법이 또한 본원에 설명되고, 상기 방법은,
a. 제1 전구체 저장소로부터 제1 전구체 유입구(138)를 경유해 제1 전구체 도관(136) 내로 제1 전구체의 양을 주입하고, 제2 전구체 저장소로부터 제2 전구체 유입구(140)를 경유해 제2 전구체 도관(140) 내로 제2 전구체의 양을 주입하고, 그리고 선택적으로 연속 상 저장소로부터 연속 상 유입구(148)를 경유해 연속 상 도관(146) 내로 연속 상의 양을 주입하고, 이에 의해 챔버(128)에 샘플을 형성하는 단계;
b. 선택적으로, 써멀 하우징(108) 및/또는 써멀 자켓(150)의 온도를 제1 온도로 설정하는 단계;
c. 챔버(128)로부터 샘플 유입구(104)를 경유해 샘플 도관(102)으로 제1 유량에서 샘플을 주입하는 단계;
d. 모터식 스테이지(112)를 써멀 하우징(108)을 따라 제1 측정 부위로 병진 이동하는 단계;
e. 상기 제1 측정 부위에서 샘플 도관(102) 내의 상기 샘플로부터 분광 시그널을 포착하는 단계;
f. 선택적으로, 상기 샘플의 특성을 결정하기 위해 상기 분광 시그널을 분석하는 단계;
g. 입력 파라미터에, 상기 포착된 분광 시그널 및/또는 상기 샘플의 특성을 비교하는 단계; 및
h. 상기 입력 파라미터가 상기 포착된 분광 시그널 및/또는 상기 샘플의 특성과 상이한 경우, 모터식 스테이지(112)를 써멀 하우징(108)을 따라 제2 측정 위치로 이동하고 단계(e 내지 g)를 반복하고/반복하거나 상기 제1 전구체의 양, 상기 제2 전구체의 양, 상기 연속 상의 양, 써멀 하우징(108)의 온도, 써멀 자켓(142)의 온도, 상기 제1 유량, 또는 이들의 조합을 조정하고 단계(a 내지 g)를 반복하는 단계를 포함한다.
샘플로부터 크로마토크래피 시그널을 포착하기 위한 방법이 또한 본원에 설명되고, 상기 방법은,
a. 샘플 유입구(104)를 경유해 샘플 도관(102)으로 제1 유량에서 샘플을 주입하는 단계;
b. 선택적으로, 써멀 하우징(108)의 온도를 제1 온도로 설정하는 단계;
c. 샘플 유출구(106)에서 크로마토그래프를 통해 상기 샘플로부터 크로마토그래피 시그널을 포착하는 단계; 및
d. 선택적으로, 상기 샘플의 특성을 결정하기 위해 상기 크로마토그래피 시그널을 분석하는 단계를 포함한다.
원하는 특징을 갖는 샘플을 합성하기 위한 방법이 또한 본원에 개시되고, 상기 방법은,
a. 제1 전구체 저장소로부터 제1 전구체 유입구(138)를 경유해 제1 전구체 도관(136) 내로 제1 전구체의 양을 주입하고, 제2 전구체 저장소로부터 제2 전구체 유입구(140)를 경유해 제2 전구체 도관(140) 내로 제2 전구체의 양을 주입하고, 그리고 선택적으로 연속 상 저장소로부터 연속 상 유입구(148)를 경유해 연속 상 도관(146) 내로 연속 상의 양을 주입하고, 이에 의해 챔버(128)에 샘플을 형성하는 단계;
b. 선택적으로, 써멀 하우징(108) 및/또는 써멀 자켓(150)의 온도를 제1 온도로 설정하는 단계;
c. 챔버(128)로부터 샘플 유입구(104)를 경유해 샘플 도관(102)으로 제1 유량에서 샘플을 주입하는 단계;
d. 샘플 유출구(106)에서 크로마토그래프를 통해 상기 샘플로부터 크로마토그래피 시그널을 포착하는 단계;
e. 선택적으로, 상기 샘플의 특성을 결정하기 위해 상기 크로마토그래피 시그널을 분석하는 단계;
f. 입력 파라미터에, 상기 포착된 크로마토그래피 시그널 및/또는 상기 샘플의 특성을 비교하는 단계;
g. 상기 입력 파라미터가 상기 포착된 크로마토그래피 시그널 및/또는 상기 샘플의 특성과 상이한 경우, 상기 제1 전구체의 양, 상기 제2 전구체의 양, 상기 연속 상의 양, 써멀 하우징(108)의 온도, 써멀 자켓(142)의 온도, 상기 제1 유량, 또는 이들의 조합을 조정하고 단계(a 내지 f)를 반복하는 단계를 포함한다.
예를 들어, 복수의 입자를 준비하기 위한 방법이 본원에 또한 설명되고, 상기 방법은, 제1 전구체를 제2 전구체와 접촉시킴으로써 유체 전구체 샘플을 형성하는 단계; 상기 유체 전구체 샘플을 본원에 설명한 임의 장치의 샘플 유입구 내에 주입하는 단계; 상기 샘플 유입구에서 상기 샘플 유출구까지 상기 유체 전구체 샘플을 흐르게 하되, 상기 제1 전구체가 상기 제2 전구체와 반응하면서 상기 유체 전구체 샘플이 상기 샘플 유입구에서 상기 샘플 유출구까지 흘러 상기 샘플 유출구에 도달하기 전에 복수의 입자를 포함한 샘플을 형성하는 단계; 및 상기 샘플 유출구에서 상기 복수의 입자를 모으는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 복수의 입자는 원하는 특성을 갖고, 상기 방법은 본원에 설명된 임의 장치를 사용하여 상기 원하는 특성을 달성하기 위해 합성 조건을 최적화하는 단계를 추가로 포함한다.
유기 분자를 준비하기 위한 방법이 본원에 또한 설명되고, 상기 방법은, 제1 전구체를 제2 전구체와 접촉시킴으로써 유체 전구체 샘플을 형성하는 단계; 상기 유체 전구체 샘플을 본원에 설명한 임의 장치의 샘플 유입구 내에 주입하는 단계; 상기 샘플 유입구에서 상기 샘플 유출구까지 상기 유체 전구체 샘플을 흐르게 하되, 상기 제1 전구체가 상기 제2 전구체와 반응하면서 상기 유체 전구체 샘플이 상기 샘플 유입구에서 상기 샘플 유출구까지 흘러 상기 샘플 유출구에 도달하기 전에 유기 분자를 포함한 샘플을 형성하는 단계; 및 상기 샘플 유출구에서 상기 유기 분자를 모으는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 유기 분자는 원하는 특성을 갖고, 상기 방법은 본원에 설명된 임의 장치를 사용하여 상기 원하는 특성을 달성하기 위해 합성 조건을 최적화하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명의 구현예가 다수 설명되어 있다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않는 한 다양한 변형물이 만들어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 다른 구현예가 다음 청구범위의 범주 내에 있다.
아래 실시예는 본원에 설명된 시스템과 방법의 특정 양태를 추가로 예시하고자 하는 것이고, 청구범위의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
다음의 실시예는 개시된 주제에 따른 방법 및 결과를 예시하기 위해 설명된다. 이들 실시예는 본원에 개시된 주제의 모든 양태를 포함하고자 의도된 것은 아니며, 오히려 대표적인 방법과 결과를 예시하고자 하는 것이다. 이들 실시예는, 당업자에게 명백한 본 발명의 균등물 및 변형물을 배제하고자 의도된 것은 아니다.
숫자(예, 양, 온도 등)에 관해 정확도를 보장하기 위한 노력을 했지만, 일부 오차 및 편차를 설명해야 한다. 달리 표시하지 않으면, 부분은 중량으로, 온도는 °C나 주변 온도로, 압력은 대기압이거나 그 근처이다. 예를 들어 성분 농도, 온도, 압력, 및 다른 측정 범위의 측정 조건과, 설명된 공정을 최적하기 위해 사용될 수 있는 조건의 다양한 변형 및 조합이 있다.
실시예 1
지난 20년에 걸쳐, 양자점(QD)으로 알려진 콜로이드 반도체 나노결정(예, CdSe, ZnS, InP, 및 유기/무기 페로브스카이트)은 용액 처리된 광전지 및 발광 다이오드에서 소자 레벨 응용을 위해 광범위하게 탐구되었다. II-VI족 및 III-V족 양자점의 합성(핵생성 및 성장)은 광범위하게 특성화되었지만, 차세대 양자점, 예컨대 유기/비유기 할라이드 페로브스카이트 양자점의 근본적이고 완전한 이해는 여전히 확립되어야 한다. 이들 족에 대한 반응 동력학의 포괄적인 특성화뿐만 아니라 배치간 가변성을 책임질 연속적인 인라인의 최적화는, 대량 규모 제조에서 밴드 갭 엔지니어링을 상당히 개선시켰다. 차세대 양자점을 발견하고 개선하려는 노력으로, 양자점 합성과 연관된 대형 파라미터 공간(연속적이고 이산적인 변수)을 빨리 찾고 동시에 응용 준비된 고품질의 나노입자를 전달하는 탄탄한 자동화 방안을 개발하기 위한 필요성이 상당히 존재한다(Yap et al. Chem. Eng. Sci., 2017, 169, 117-127; Niu et al. Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 5806-5820).
비록 종래의 플라스크 기반 방안은 지난 30년에 걸쳐 양자점의 발견과 연구에 주가 되는 구동력이었지만(Murray et al. Annu. Rev. Mater. Sci., 2000, 30, 545-610; Murray et al. J. Am. Chem. Soc., 1993, 115, 8706-8715), 수동 배치 시스템을 이용해 양자점의 특성화, 선별화, 및 최적화에 접근하는 방식은, 샘플링 속도, 시약 용적, 및 분석 시간에 본질적인 제한성을 제공한다(Marre et al. Chem. Soc. Rev., 2010, 39, 1183-1202; Zhang et al. Adv. Mater., 2014, 26, 2600-2606). 또한, 고품질 양자점의 대규모 제조를 위한 배치 합성으로부터 규모를 증가시키는 경우, 기존의 혼합 비효율성과 잘 알려진 배치간 변화성을 종종 증폭시키는 경우가 많고, 이는 가변적이고 불리한 열 및 질량 전달 동력학을 통해 최종 제품에 추가로 영향을 줄 수 있다. 무기 할라이드 페로브스카이트 양자점(예, 세슘 납 트리할라이드)의 경우, 핵생성과 성장 동력학은 초 단위로 일어난다(Hou et al. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9(22), 18417-18422; Protesescu et al. Nano Lett., 2015, 15, 3692-3696). 따라서, 정확한(즉, 질량 전달 제한인 아닌) 반응 동력학의 특성화를 위해, 배치 시스템에서 충분히 작은 담퀼러 수(Da)를 얻는 것이 도전적일 수 있고, 이는 불균질한 핵 생성 공정을 초래할 수 있다(도 7의 a)(Hartman et al. Angew. Chemie Int. Ed., 2011, 50, 7502-7519).
지난 십 년에 걸쳐, 마이크로유체학은, 종래 플라스크 기반 시스템과 연관된 전술의 문제점을 해결하는 쪽에서 대안적인 방안으로서 촉진되었다(Lignos et al. Chem. Mater., 2014, 26, 2975-2982; Il Park et al. Annu. Rev. Mater. Res., 2010, 40, 415-443; Phillips et al. Lab Chip, 2014, 14, 3172-3180; Lignos et al. Small, 2015, 11, 4009-4017; Lignos et al. Nano Lett., 2016, 16, 1869-1877). 화학물질 소비 및 샘플링 효율에서 배치 시스템에 비해 우월한 단상 마이크로 유체 방안은, 가끔 원하지 않는 축 방향의 분산을 갖는 라미나 흐름 지배 영역에 제한되고, 이는 반경 방향 확산으로 질량 전달을 제약할 수 있다(Tice et al. Langmuir, 2003, 19, 9127-9133). 대조적으로, 마이크로규모의 다상 플로우는 실질적으로 더 짧은 혼합 시간 척도를 1 ms 정도로 달성할 수 있는데, 그 이유는 이동하는 액적 내에 형성된 두 개의 비대칭 재순환 패턴에 기인하기 때문이다(Gunther et al. Langmuir, 2005, 21, 1547-1555). 다상 마이크로유체학의 향상된 혼합 및 질량 전달 특징은, 콜로이드 나노결정의 합성의 인라인 최적화 및 고처리량 선별에 대한 이상적인 옵션이 되게 한다(도 7의 b). 최근에, 조합 샘플링(Toyota et al. J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 7527-7534), 3-상 플로우 포맷(Nightingale et al. Nat. Commun., 2014, 5, 3777), 단일 액적 조화 진동 흐름 방법(Abolhasani et al. Chem. Mater., 2015, 27, 6131-6138), 및 칩 기반 접근법(Krishnadasan et al. J. Mater. Chem., 2004, 14, 2655-2660; Leung et al. Analyst, 2005, 130, 46-51; Yen et al. Angew. Chemie, 2005, 117, 5583-5587; Khan et al. Langmuir, 2004, 20, 8604-8611)을 포함하는 상이한 다상 마이크로유체 방안은, 다양한 콜로이드 반도체 나노결정을 노동 및 재료 효율적으로 특성화하고 선별화할 뿐만 아니라 확장된 규모로 합성하는 것에 대해 개발되고 있다(Nightingale et al. J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 4067-4076). 그러나, 증수된 나노-제조 플랫폼 내의 플러그 형성 및 유량의 일관성은, 균일한 혼합 및 질량 전달 특징과 관해 중요한 파라미터를 제시한다는 점에 유의해야 한다(Al-Rawashdeh et al. Ind. Eng. Chem. Res., 2013, 52, 11516-11526; Zhang et al. Annu. Rev. Chem. Biomol. Eng., 2017, 8, 285-305; Kun Yap et al. Chem. Eng. Sci., 2017, 169, 117-127; Nieves-Remacha et al. Ind. Eng. Chem. Res., 2012, 51, 16251-16262).
나노물질 합성의 인시츄 마이크로유체 연구는, 일정한 길이의 반응기 세그먼트(Murray et al. Annu. Rev. Mater. Sci., 2000, 30, 545-610; Murray et al. J. Am. Chem. Soc., 1993, 115, 8706-8715)를 갖는 반응기 유출구에 부착된 단일 감지 지점(예, UV-VIS, 형광, 또는 IR 분광기)을 사용하여 통상 수행된다. 그 다음, 이 정지 시스템 내에서 다양한 유량에 의해 시간 의존성 데이터를 얻는다. 그러나, 나노결정 핵의 형성이 혼합 정도에 강하게 의존하는 것과 결합하여, 다상 마이크로유체 방안의 평균 흐름 속도와 혼합 시간 척도 사이의 직접적인 상관 관계는, 현저히 다른 혼합 특징 하에서 얻어지는 시간 스펙트럼 측정을 생성할 것이다.
콜로이드 유기/무기 금속-할라이드 페로브스카이트 나노결정은 최근에 상업적인 광전지 및 발광 다이오드에서의 반도체 재료에 있어서 잠재적인 저 비용 대체물로 출현하고 있다. 그러나, 다른 III-V족 및 IV-VI족 반도체 나노결정과 다르게, 콜로이드 페로브스카이트 나노결정의 연구는 핵생성 및 성장 동력학의 기본적이고 포괄적인 이해를 아직 개발해야 한다. 본원에서, 제어된 혼합을 통해 합성 온도에서 빠르고 느린 동력학을 갖는 콜로이드 나노결정의 합성의 최적화 및 인시츄 선별을 위한 모듈식 마이크로유체 플랫폼이 논의된다. 4개 차수의 반응 시간 범위 전체에 걸친 풍부한 데이터 수집을 이용해, 나노결정 성장은 모듈식 마이크로유체 반응기 내에서 포괄적으로 특성화된다. 개발된 고처리량 선별 플랫폼은, 3 cm 내지 196 cm의 범위로 조절 가능한 길이를 갖는 튜브형 마이크로반응기를 따라 인플로우로 합성된 페로브스카이트 나노결정의 인시츄 스펙트럼 특성화에 필요한 병진 이동 능력을 갖춘 3-포트 플로우 셀을 특징으로 한다. 병진 이동하는 플로우 셀을 이용하여, 단일 평형 플로우 반응기 내에서 일정한 혼합 시간 척도에서 20개의 고유 체류 시간과 연관된 최대 40개의 고유 샘플 스펙트럼을 얻음으로써, 정지 플로우 셀 시스템에 대한 선별 효율에 상당한 개선을 입증한다. 개발된 기법은, 스펙트럼당 평균 20 μL의 총 액체 소비량과 샘플링시 2 μL 정도로 작게 사용한다. 단상과 다상 플로우 포맷 모두에서 하루에 최대 30,000개의 고유 스펙트럼을 지속적으로 샘플링할 수 있다. 개발된 플러그 앤 플레이 마이크로유체 플랫폼을 사용하여, 100 ms에서 17분 범위의 체류 시간에 흡수 및 방출 밴드 갭에 대한 인시츄 모니터링을 통해, 세슘 납 트리할라이드 나노결정의 성장을 연구한다. 자동화된 마이크로유체 플랫폼은 유사한 반응 시간 척도에서 단상 및 다상 플로우 시스템 사이의 직접 비교를 통해 합성된 나노결정의 품질 향상에 대한 혼합 개선 효과를 체계적으로 연구할 수 있다. 다상 플로우 포멧의 향상된 혼합 특징은, 동일한 체류 시간에서 최대 25 nm의 범위에서 동력학적으로 조정 가능한 방출 파장을 갖는 고품질 페로브스카이트 나노결정을 생성한다. 이 플랫폼의 추가 적용은, 광범위한 나노물질(예, 금속 또는 반도체)의 콜로이드 합성에서 신속한 파라미터 최적화를 허용할 수 있고, 이는 유사한 특징적 길이 척도를 갖는 증수 플랫폼에서 연속 제조로 직접 이전 가능하다.
실험
재료. 세슘 수산화물 용액(H2O ≥ 99.9%에서 50 wt%, 미량 금속 기준), 납(II) 산화물(≥ 99.9%, 미량 금속 기준), 테트라옥틸암모늄 브로마이드(98%), 올레산(기술 등급 90%)을 시그마 알드리치사로부터 구입했다. 톨루엔(분자체 위로 99.85% 여분 건조)은 ARCOS Organics사로부터 구입했다.
전구체 준비 및 합성
전구체 준비 및 페로브스카이트 합성은, 혼합 분석과 연속적인 흐름 실험을 더욱 더 적절하게 하도록 미미한 개조를 이용해, 조정되었다(Wei et al. Chem. Commun., 2016, 52, 7265-7268).
전구체 1(세슘-납). 8 mL 바이알 안에 0.6 mmol 세슘 수산화물, 0.6 mmol 납(II) 산화물, 및 3 mL 올레산을 투명한 용액이 형성될 때까지(약 15분) 160°C에서 먼저 가열한 다음, 120°C에서 1시간 동안 가열하여, 고농도 Cs-Pb 용액(3 mL)을 준비하였다. 밀봉된 50 mL 바이알 안에서 톨루엔 47.5 mL로 고농도 용액 0.5 mL를 추가로 희석하여, 합성에 사용된 Cs-Pb 전구체(0.0021 M)를 준비하였다.
전구체 2(브로마이드). 밀봉된 20 mL 바이알 안에 1 mL 올레산과 14 mL 톨루엔에 109 mg 테트라옥틸암모늄 브로마이드를 용해한 다음 투명 용액이 얻어질 때까지 격렬하게 휘젓음으로써, Br 전구체 용액(0.013 M; 15 mL)을 준비하였다.
두 개의 전구체를 6.4:1(전구체 1):(전구체 2)의 용적 비율로 연속적으로 흐르게 함으로써, 단상 및 다상 플로우 합성 모두를 수행하였다. 마이크로 반응기 내의 흐름 평형은, 가장 먼 샘플링 포트에 대해 세 개의 체류 시간을 기다린 다음에 일어나는 것으로 가정하였다. 플로우 합성에서 사용된 동일한 용적 비율로 빠르게(700 rpm) 휘젓은 Cs-Pb 전구체에 Br 용액을 빨리 주입함으로써, 비교 배치 합성을 수행하였다.
반응기 설계
도 8a에 나타낸 모듈식 선별 플랫폼은, 길이 조절 가능한 테프론 튜브 규격품(Microsolv, 불소화된 에틸렌 프로필렌(FEP), 0.125” OD, 0.04” ID), 병진 이동하는 3-포트 플로우 셀, 샘플링 포트를 갖는 모듈식 플로우 셀 트랙 집합체, 및 반응기 길이 양단 각각에 상승된 지지 구조를 포함한다. 지지 구조, 플로우 셀, 샘플링 트랙은 각각 알루미늄으로 기계 가공되었으며(ProtoLabs), 모듈식 반응기 연장부는 입체 적층 레진으로 3D 프린팅되었다(Metacrylate Photolymer Resin, Formlabs Form 2, 0.025 mm Layer 분해능). 재구성 가능한 마이크로반응기 시스템은 단상 및 다상 플로우 포맷 모두에서 작동할 수 있다. 단상 플로우 실험은 그림 8b에 나타낸 T-접합부(IDEX Health & Science, 1/16" PEEK)를 포함하고, 다상 플로우 실험은 전구체의 T-접합부 조합 다음에 비활성 가스(10 psig, 질소)를 갖는 Y-접합부 플러그 형성을 갖는 PEEK 4 웨이 접합부를 활용하며, 그림 8c에 나타나 있다. 자동 마이크로반응기 시스템의 작동은, 3개의 시린지 펌프(Harvard Apparatus, PHD Ultra), 최대 선형 속도가 5 cm/s인 30 cm 이동식 스테이지(Thorlabs, LTS300), 광섬유-결합 형광 및 흡수 특성화 광원(Thorlabs, M536LP1; Ocean Optics DH-2000BAL), 및 광섬유-결합 포토스펙트로미터(Ocean Optics, 불꽃 미니어처 스펙트로미터)를 제어하기 위해 LabVIEW 스크립트를 통해 수행된다. 이동식 스테이지, 시린지 펌프, 광섬유-결합 광원, 및 광섬유-결합 미니어처 포토스펙트로미터는 도 15에 나타낸 바와 같이 자동화된 LabVIEW 제어를 통해 조정된다. 자동 제어를 시작하기 위해, 사용자는 원하는 입력을 지정하며, 조건 유량, 시린지 치수, 적분 시간, 평균에 대한 스펙트럼 수(기본 10개), 플로우 방식(단상 또는 다상), 원하는 샘플링 시간 범위(다상만 해당) 및 대략적인 샘플링 포트 위치를 포함한다. 시스템은, 먼저 하드웨어 구성 요소 각각과 통신을 설정하고 중립 조건을 설정함으로써, 작동을 시작한다. 그 다음 시스템은 안정화 및 포트 정렬 단계를 거친다. 이들 프로세스를 먼저 수행하기 위해 톨루엔을 반응 튜브에 수동으로 주입한다. 그 다음, 이동식 스테이지는 내장된 테플론 반응기와 함께 알루미늄 트랙을 따라 8회의 완전 패스를 실행한다. 초기 8회 패스 중에, 이동식 스테이지는 각 샘플링 포트에서 잠시 정지하여, 이후 샘플링 중에 새로 조립된 시스템 내에서 설정 이동을 감소시킨다. 그 다음, 시스템은 각각의 포트에서 최적 샘플링을 위한 정확한 스테이지 위치를 감지한다. 이렇게 하기 위해, 365 nm LED를 켜고, 각 포트에 대해 350 nm에서의 국소 최대 스펙트럼 세기가 발견될 때까지 소정의 근사 포트 위치 주변의 1 mm 범위에 걸쳐 고르게 분산된 20개 지점을 샘플링한다. 그 다음, 이 위치를 저장하고 이후 샘플링을 위한 특정 포트 위치로 사용한다. 표시된 경우, 시스템은 각 포트에서 각각의 적분 시간에 각 광원에 대한 톨루엔의 밝고 어두운 상태의 기준을 모은다.
첫 번째 유량 조건이 설정된 후, 가장 먼 샘플링 포트에 대한 사용자 정의 시스템 용적을 기초로, 시스템은 세 개의 체류 시간을 대기하여 평형에 도달한다. 그 다음, 이동식 스테이지는, 각 포트 위치에서 광원 토글 시스템을 작동시켜, 접합부에 가장 가까운 포트(T 또는 교차점)로부터 샘플링을 시작한다. 이 프로세스는 원하는 모든 시험 파라미터를 설정하고 샘플링할 때까지 각 조건에 대해 반복된다. 그 다음, 시스템은, 스크립트 작동을 종료하기 전에, 모든 시린지 펌프를 중지하고 광원을 차단함으로써 정지 절차를 거친다.
마이크로반응기 시스템에서, 전구체 1의 용적 유량 Q1, 및 전구체 2의 용적 유량 Q2를 제어하여 전구체 비율을 조정하였다. 액체 플러그의 크기는, 연속 상(즉, 가압 질소) QG의 상대적인 유량을 총 액체 상, QL=Q1+Q2로 조절함으로써 미세조정되었다. 원하는 공급 조건에서 평형에 도달하면, 이동식 스테이지는 20개의 샘플링 포트 각각을 따라 3-포트 플로우 셀을 자동으로 위치시킨다. 흡수 및 발광(PL) 경로 길이 보정을 적용하여 포트간 변화를 고려한다(도 16의 a 내지 d 및 도 17의 a 내지 d).
포트 정렬 및 샘플링 프로세스는, 최소 30회 패스, 즉 샘플링 조건에 대해 정확한 흡수 및 발광 측정 결과를 갖는다. 도 16의 a 내지 d는 정렬 및 포트 감지 프로세스 후 각 포트에서 측정된 광원 세기를 샘플링하여 일관적인 특성화를 나타낸다. 또한, 각 개별 포트에 걸쳐 이들 세기를 확대하면 반응 시스템 전체에 걸쳐 상당히 균일한 스펙트럼 측정 결과를 갖는 것을 입증한다. 실험 중, 톨루엔 기준을 포함하여, 시험한 샘플 조건 30개마다 포트 정렬을 수행하였다.
불규칙한 튜브 배치나 미미한 변형 등의 요인에 기인해, 각 포트 위치에서의 샘플링 경로 길이의 변화를 책임지기 위해, 경로 길이 보정을 각 포트에 매 정렬 주기 내에서 적용했다. 톨루엔에서 합성된 CsPbBr3 양자점 샘플에 대해 상이한 포트에 걸쳐 이 스케일링 작업을 수행함으로써, 반응 시스템 전체에 걸쳐 수집된 데이터를 직접 비교할 수 있다. 스케일 팩터는 베이스 라인 보정된 발광 및 흡수 곡선에 대해 결정되었으며, 실험적으로 측정된 흡수 및 광도 스펙트럼에 적용되었고, 비교 가능한 방식으로 프로세싱되었다. 경로 길이 보정 프로세스의 샘플 데이터는 도 17의 a 내지 d에 나타나 있다.
사전 등록된 포트 위치에 도달하면, 스테이지가 일시적으로 정지되고, 도 9에 나타낸 광원 토글 샘플링 시스템이 적용된다. 단일 조건의 샘플링은, 흡수 및 발광 모두에 대한 10개의 개별 스펙트럼에 걸친 평균이 포함되고, 최소 400 ms 이내에 완료될 수 있다. 다상 플로우에 대한 샘플링 시간은, 특정 조건 유량, 예를 들어 적어도 두 개의 플러그가 샘플링 포트를 패스하는 데 필요한 지속 시간에 의존한다.
설계된 모듈식 마이크로유체 시스템은, 광범위한 평균 유체 속도(0.6 mm/s 내지 13 cm/s)에 걸쳐 원하는 나노결정 성장 특징을 포착하도록 조절될 수 있다. 반응기 연장 모듈을 이용해, 3 cm에서 196 cm의 마이크로반응기 길이로 샘플을 취할 수 있는 반면, 이 모듈식 시스템 내의 가변 유체 유량은 100 ms에서 17분까지 4개 차수의 양에 걸쳐 체류 시간을 허용한다. (이동식 3-포트 플로우 셀과 결합하여 연장 모듈에 의해 달성된) 조절 가능한 마이크로반응기 길이는, 개발된 마이크로유체 플랫폼을, 동등한 체류 시간에서 유체 속도의 차이로 인한 혼합 특성의 체계적인 특성화에 이상적인 방안으로 만든다. 단일 평형 플로우 조건에 대해 최대 40개의 고유 포트를 신속하게 샘플링함으로써, 마이크로유체 플랫폼은 각 고유 스펙트럼에 대해 평균 2 μL의 전구체를 사용하며, 하루 안에 15,000개의 실험 조건에 해당하는 최대 30,000개의 스펙트럼을 획득할 수 있다.
결과 및 토의
플러그 감지
마이크로규모의 다상 플로우 포맷의 경우, 매 감지 지점에서 연속적으로 획득한 스펙트럼 데이터는, 다른 상이 샘플링 포트를 가로질러 이동할 때, 상당히 변화한다(도 10의 a 내지 c 참조). 연속(가스) 상과 분산(액체) 상 사이의 해당 발광과 흡수 스펙트럼이 변할 뿐만 아니라, 이들 만곡된 인터페이스에서의 굴절 특성은 최종 스펙트럼 데이터를 실질적으로 변경시킬 수 있다. 다중 플러그에 걸쳐 스펙트럼을 평균화하는 것은 이 가변성에 대해 허용 가능한 대응이고, 비교적 높은 평균 속도로 작동하는 동안 분명히 합리적이고 필요한 접근법이다(도 18).
(밀리 초의 정도로) 요구되는 적분 및 스크립트 실행 시간에 기인하여, 단일 이동 플러그 내에서 얻어질 수 있는 스펙트럼의 수에는 본연의 제한이 있다. 1.1 cm/s보다 높은 평균 플러그 속도에서, 플러그 감지 방법은 샘플 수집에 더 이상 적합하지 않고, 그 대신 고르게 분포된 샘플 세트 전체에 걸쳐 평균을 내는 것이 더욱 적용 가능해진다. 도 18은 이러한 구별의 필요성을 입증하는 흡수 스펙트럼의 샘플 세트를 보여준다. 천천히 움직이는 플러그에 걸쳐 무분별하게 평균화함으로써, 샘플링이 시작되는 임의의 지점은 이동 플러그의 유일한 표현이 되며, 움직이는 액체 플러그 내의 벌크 용액을 효과적으로 특징짓지 못한다. 플러그 감지 방법을 빠르게 움직이는 플러그에 적용할 때, 국부적 분산은 샘플을 의미있게 대표하지 않는다. 따라서, 가변 유량에서 다상 시스템에 대한 샘플링을 효율적이고 정확하게 수행하기 위해서, 두 가지 접근 방식의 조합이 요구된다.
도 19의 a 및 b는 플러그 감지 프로세스의 샘플 선택에 사용하기 위해 시간 경과에 따른 마이크로규모의 다상 플로우 시스템에 대한 단일 세기 스펙트럼 데이터를 보여준다. 흡수 데이터(도 19의 a) 와 발광 데이터(도 19의 b)의 경우, 시스템은 가스 상에서의 베이스라인 값, 가스-플러그 인터페이스에서의 날카로운 피크, 및 플러그 자체에서 작은 고평부를 특징으로 한다. 플러그 감지 스크립트는 캐리어 상 및 인터페이스와 연관된 극값을 먼저 줄인 후, 가장 낮은 국소(5점)의 분산을 갖는 샘플 10개를 찾아내고, 이는 그 다음 각 시험 조건 스펙트럼을 얻기 위해 평균을 구한다.
그러나, 낮은 플러그 속도 조건에서, 긴 적분 시간에 걸쳐 스펙트럼을 평균화하는 것은, 샘플링 시간과 정확성 측면에서 상당한 제한이 되는데, 그 이유는 동등한 양의 액체 샘플링 시간이 샘플링 지점을 통과하기 위해서는 더 많은 시간이 필요하기 때문이다. 이러한 샘플링 제약을 해결하기 위해 저 유량 시스템(Uave ≤ 11 mm/s)의 스펙트럼 특성화는 플러그 감지 알고리즘을 구현했고, 이는 단일 액체 플러그 내에서 안정화된 영역을 찾기 위해 연속적으로 샘플링된 스펙트럼에 국소 분산 계산을 적용한다. 그 다음, 플러그 감지 방안은 연속적인 샘플링 시간 범위 내에서 10개의 최적의 스펙트럼을 선택했고 이들 모두 평균했다(도 18과 도 19의 a 및 b). 이 기법은, 그렇지 않으면 다르게 요구되는 시간의 일부에서 일관되고 동등한 스펙트럼 수집을 가능하게 했다.
나노결정의 성장과 급증은, 각각의 평형 유량에서 이동식 플로우 셀이 한 번 지나가는 동안 얻은 발광과 흡수 스펙트럼을 사용하여 모니터링될 수 있다. 도 11은, 일정한 평균 흐름 속도 1.8 mm/s의 Uave로 합성된 CsPbBr3 양자점의 흡수 및 발광 스펙트럼의 시간 전개를 인시츄로 얻은 예를 나타낸다. 일정한 총 평균 흐름 속도에서 서로 다른 체류 시간(즉, 다른 샘플링 포트)에서 얻은 시간 스펙트럼 데이터는, 서로 다른 성장 시간에서 형성된 나노결정의 평균 농도 및 얻어진 방출 밴드 갭은 혼합 정도 변화에 영향을 받지 않음을 보장한다. 따라서, 이동식 3-포트 플로우 셀은, 합성 기간 중에 유사한 혼합 및 질량 전달 특징을 갖는 콜로이드 나노결정의 합성에 관한 스펙트럼 정보를 처음으로 제공할 수 있다. 도 11과 같이, 흐름 방향을 따라 액체 플러그 내에서 CsPbBr3 양자점의 흡수도 증가는, 시간에 따라 농도의 증가(신규 핵 형성)에 해당한다. 발광 곡선 아래의 영역의 성장은 더 많은 나노결정의 형성을 더욱 확인시켜 주는 반면, 흡수 스펙트럼의 제1 엑시톤 피크 파장뿐만 아니라 16초의 5022 nm에서 150초의 507 nm로의 발광 파장의 점진적인 적색 변이는 이전에 탐구되었던 것보다 더 긴 반응 시간 척도에 걸쳐 나노결정의 느린 성장을 시사한다(Wei et al. Chem. Commun., 2016, 52, 7265-7268; Protesescu et al. J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 14202-14205).
사례 연구: 페로브스카이트 양자점의 형성에 대한 혼합의 효과
개발된 모듈식 마이크로유체 플랫폼의 다용성을 입증하기 위해, 이동식 3-포트 플로우 셀을 사용하여 CsPbBr3 양자점의 방출 밴드 갭에 대한 전구체의 초기 단계 혼합 효과를 연구하였다. 이 상관 관계는 일부 방법을 통해 입증되었다. 먼저, 도 12의 a에 나타낸 바와 같이, 마이크로반응기를 따라 유사한 체류 시간(즉, 성장 시간)에서 인플로우 합성된 CsPbBr3 양자점의 흡수 및 발광 스펙트럼을 단상과 다상 플로우 포맷 사이에서 비교하였다. 450초의 체류 시간에 대응하는 비교적 낮은 평균 흐름 속도 0.63 mm/s에서, 단상 및 다상 플로우 포맷 사이에서 λP가 1.1 nm인 약간의 차이만 관측되어 두 시스템에 유사한 혼합 특성을 시사했다. 그러나, 평균 흐름 속도가 44 mm/s로 증가함에 따라, 단상 및 다상 플로우 포맷 사이의 발광 피크 파장의 변화는 크기가 차수로 더 커져, 6.2초의 체류 시간에 11.6 nm 차이로 증가하였다. 또한, 해당 흡수 스펙트럼은 유사한 체류 시간에서 다상 플로우로 전환되는 경우 더 높은 CsPbBr3 농도(흡수도)를 보였다. 도 12의 a에 나타난 결과는, 상끼리의 혼합과 질량 전달 특징이 합성된 CsPbBr3 양자점의 방출 밴드갭 및 농도에 큰 영향을 준다는 것을 시사한다. 평균 흐름 속도가 감소함에 따라, 단상 및 다상 플로우 시스템 둘 모두에서 질량 전달이 확산 방식에 가까워지지만, 평균 흐름 속도를 증가시킴으로써, 다상 플러그 내에서 형성된 재순환 패턴에 기인한 대류 혼합이 상끼리의 혼합을 현저하게 강화하기 시작하고 균등한 단상 시스템의 것으로부터 다상 나노결정을 분리시킨다. 다상 플로우에 의해 제공되는 향상된 혼합 특성은, 단상 제품에서 발견되는 것에 비교해서 더 높은 청색 변이 입자의 더 높은 벌크 농도의 제조를 가능하게 한다(그림 12a). 설계된 마이크로유체 플랫폼의 모듈화를 이용하여, 도 12의 a에 나타낸 CsPbBr3 양자점의 콜로이드 합성의 동일한 인시츄 선별화를 3 내지 300 cm 사이에서 변하는 반응기 길이에서 임의 선택하여 수행할 수 있다. 이 현상은 단상 및 다상 시스템 모두에 걸쳐 유사한 평균 흐름 속도에서 λP를 광범위하게 선별함으로써 또한 입증되고, 도 12의 b와 c에 각각 나타나 있다. CsPbBr3 양자점의 인시츄로 얻어진 흡수 및 발광 스펙트럼 3 세트의 예가 도 20의 a 내지 c에 나타나 있다. 예상한 대로, 가변 평균 흐름 속도 전체에 걸쳐 동일한 체류 시간에서 단상 플로우 시스템 내의 CsPbBr3 양자점의 발광 피크 파장 사이에는 유의한 차이가 관찰되지 않았다. 따라서, CsPbBr3 양자점의 체류 시간과 방출 밴드갭 사이의 연속적인 관계가 단상 플로우 시스템에서 관찰되었다(도 12의 b). 그러나, 다상 플로우에서 시험하면, 평균 유체 속도가 CsPbBr3 양자점의 방출 밴드갭에 훨씬 더 큰 영향을 주는 것을 입증했다. 다상 플로우 시스템에서 합성된 페로브스카이트 나노결정은, 상이한 평균 흐름 속도 전체에 걸쳐 상당히 뚜렷한 성장 경로를 따랐다(도 12의 c). 도 12의 c에서 볼 수 있는 바와 같이, 평균 흐름 속도가 높을수록(즉 더 빠른 혼합 시간 척도일수록) 더 높은 방출 밴드 갭에 해당하는 더 낮은 발광 피크를 갖는 양자점을 생성했다. 다상 플로우 시스템에서 상이한 평균 흐름 속도를 사용하여 합성된 합성된 CsPbBr3 양자점에 대해, 등가 체류 시간에서 25 nm만큼 큰 발광 피크 파장 차이가 관측되었다.
CsPbBr3 양자점의 방출 밴드갭의 안정성, 의존성 및 제어는, 플로우 샘플의 수집과 이미징을 통해 추가로 평가되었고, 도 13의 a 내지 d에 나타나 있다. Uave의 상이한 값에서 단상 플로우 포맷을 사용하여 합성된 CsPbBr3 양자점은, 도 13의 a에 나타낸 것과 유사한 방출 밴드 갭(즉, 형광색)을 갖는 콜로이드 용액 결과를 갖고, 이는 도 12의 b에 나타낸 단상 플로우 시스템의 평균 흐름 속도에 대한 CsPbBr3 양자점의 발광 피크 파장의 독립성과 일치한다. 그러나, 다상 플로우 시스템을 이용한 합성 CsPbBr3 양자점(도 21)은, 상이한 평균 유체 속도(즉, 상이한 상끼리의 혼합 특징)에서 뚜렷한 방출 밴드 갭 결과를 가졌다. 다음으로, 연장 모듈을 이용하여 자동화된 마이크로유체 플랫폼 내에 가변 반응기 길이를 적용함으로써, 다상 플로우 시스템의 평균 흐름 속도와 CsPbBr3 양자점의 발광 피크 파장 사이의 상관 관계를 도 13의 d에 나타냈다. 이 결과는, 초기 혼합 동력학이 이후 시간 척도에서 물리 화학적 특성뿐만 아니라 페로브스카이트 나노결정의 핵 생성 및 성장 경로에 큰 영향을 미친다는 주장을 또한 지지한다. 따라서, 종래 배치 합성 접근법의 양자점 제품은, 가변 질량 전달 시간 척도, 및 상이한 규모(예, 작은 바이알 대 큰 플라스크)에 걸친 초기 주입 시간에서의 상이한 Da 값으로 인해 상당한 가변성을 갖는다(도 14의 a). 대조적으로, 개발된 다상 마이크로유체 방안은 일관되고 재현 가능한 혼합과 질량 전달 특징을 제공했고, 따라서 유사한 방출 밴드 갭을 갖는 양자 점을 상이한 처리량으로 생산할 수 있었다(도 14의 b).
결론
결론적으로, 반도체 나노결정의 콜로이드 합성과 연관된 대형 파라미터 공간의 기초 및 응용 연구를 위해 완전 자동화된 모듈식 마이크로 유체 플랫폼을 본원에 설계하고 개발하였다. 모듈식 마이크로유체 플랫폼과 통합된 3-상 이동식 플로우 셀은, 종래의 마이크로반응기를 사용하여 이전에는 접근할 수 없었던 파라미터 공간에 접근시킬 수 있었다. 모듈식 마이크로반응기 설정을 사용하여, CsPbBr3 양자점의 사례 연구를 위해 반응 조건의 신속하고 효과적인 특성화가 입증되었다. 기존 배치 선별 방법보다 훨씬 우수한 속도 및 화학물질 사용량에서 데이터를 수집하였고, 이는 그렇지 않으면 얻을 수 있는 것보다 훨씬 더 넓은 범위와 더 높은 빈도수에 걸쳐 샘플링을 할 수 있었다. 마이크로반응기의 전체 길이를 따라 CsPbBr3 양자점의 흡수 및 발광 스펙트럼의 동시 수집을 통해, 일정한 흐름 속도에서의 나노결정 성장의 보다 정확한 표현(즉, 유사한 상끼리의 혼합 시간 척도)을 확립했다. 또한, 4차수의 양인 크기 반응 시간 척도 전체에 걸쳐 제어된 나노결정 성장의 인시츄 스펙트럼 모니터링은, 최종 나노결정 특성(방출 밴드 갭)과 초기 단계의 반응 동력학 사이의 상관 관계를 개발시킬 수 있었다. 모듈식 마이크로유체 플랫폼을 활용하여, 선택된 페로브스카이트 합성에 고유하고, 특정한 나노결정 형성의 이해에 필수적인 동력학적 현상을 입증하였다.
개발된 마이크로유체 플랫폼은, 전구체 조성 및 비율의 변화뿐만 아니라 합성 온도를 포함하되 이에 제한되지 않는 광범위한 반응 조건 전반에 걸쳐 높은 처리량의 특성화를 추가로 허용할 수 있다. 개발된 모듈식 플랫폼의 일반 포맷은, 동일한 시스템을 추가적인 콜로이드 나노결정 합성(예, 금속 나노결정)을 선별하는데 적용시켜 상당히 개선된 재료 및 시간 효율적인 특성화를 가능하게 한다. 효과적으로 증수된 다상 플로우 플랫폼과 함께 개발된 모듈식 설정을 추가 적용하면, 콜로이드 나노결정의 합성 및 광학적 특성의 실시간 최적화를 향상시키며, 이에 의해 제품 최적화 및 발견 속도를 향상시킬 뿐만 아니라, 대규모 반도체 나노결정의 대규모 나노 제조에서 생산 품질도 향상시킨다.
실시예 2
유기/무기 금속 할라이드 페로브스카이트 나노결정의 액상 처리 공정에서의 최근 발전(Protesescu et al. Nano Lett., 2015, 15, 3692-3696)에 기인해, 상기 재료 군이 상용 광전지(Saliba et al. Energy & Environmental Science, 2016, 9, 1989-1997) 및 발광 다이오드(LED)(Liu et al. Nat Photon, 2014, 8, 133-138)에서 반도체를 저비용으로 교체하는 잠재력 있는 후보로서 급속히 출현하고, 이에 따라 대규모 제조 방법을 향한 적극적인 연구를 자극하고 있다. 고 품질의 페로브스카이트 나노결정의 연속적인 나노제조를 위한 효과적인 플랫폼은, 정확한 밴드갭 튜닝 능력과 일관된 양자 산출 최적화를 필요로 한다. 그러나, II-VI와 IV-VI 양자점의 합성과는 달리, 콜로이드 페로브스카이트의 연구는 초기 단계의 핵 생성 및 성장 동력학에 대해 기초적이고 포괄적인 이해를 여전히 개발해야 한다.
페로브스카이트 형성에 대한 기존 지식에 있어서 이 격차에 대응하여, 세슘 납 할라이드 페로브스카이트의 실온 합성 (Wei et al., Chem. Commun., 2016, 52, 7265-7268)을 이용해, 이는 체류 시간, 질량 전달 제한(즉, 유체 속도), 및 용매 조성에 관한 것으로, 연속 흐름에서 나노결정 형성을 체계적으로 선별하기 위한 자동화된 마이크로유체 플랫폼이 본원에 설명된다. 이 모듈식 선별 플랫폼(도 8a)은, 0.04" 내경 모세관 마이크로반응기 세그먼트의 30 cm 길이를 따라 인시츄 스펙트럼 특성화에 대한 병진 이동 능력을 갖는 3-포트 플로우 셀을 특징부로 한다. 설계는 조절 가능한 플로우 셀이 포함하고, 이는 단일 평형 유량에서 최대 20개의 다른 체류 시간을 샘플링하도록 한다. 일정한 유량으로 반응기 길이를 따라 스펙트럼 데이터를 포착함으로써, 다양한 질량 전달 조건 하에서 나노결정 성장의 진행을 체계적으로 연구할 수 있다. 또한, 전체 LabVIEW 자동 제어를 병진 이동하는 플로우 셀과 페어링함으로써, 시스템은 작동자의 영향을 최소화하고 수동 샘플링 기법보다 훨씬 빠르고 효율적으로 데이터를 지속적으로 수집할 수 있다(시간당 600개 조건의 평균 샘플링 속도 및 조건 당 60 μL의 반응물 소비를 가짐).
시스템에서 4개의 유량 조건을 테스트하여, 1초에서 5분 사이의 연관 체류 시간을 갖는 스펙트럼 데이터를 수집했다. 최종 흡수(도 22) 및 형광(도 23) 스펙트럼은 유체 속도의 차이로 인해 일부 편차가 생기면서 그 시간 척도에 걸쳐 결정 성장의 완전한 진행을 보여준다. 도 23은, 예를 들어 높은 공급 유량 하나와 낮은 공급 유량 하나에서의 형광 피크가 진행하는 것을 나타낸다. 고 유량 피크 성장은 저 유량 시스템에서 보다 더 빨리 일어나고, 이는 늦게 이동하는 시스템에서 결정 형성이 일부 질량 전달 제한을 겪음을 제시한다. 샘플링된 유량 사이의 일관성 있는 결정 성장은, 형광 피크 파장 이동, 및 시험된 체류 시간의 전체 범위에 걸쳐 나타낸 반치폭(FWHM) 감소로 표시된다(도 24). 피크 파장 전개는, 515에서 485 nm로 1초 및 5분 체류 시간 동안 각각 움직이면서 결정 성장의 진행을 확인한다. FWHM의 감소는 이전 문헌(Wei et al. Chem. Commun., 2016, 52, 7265-7268)에서 보고된 38 nm에서 낮은 18 nm로 이동함에 따라 나노결정 집단 중에 크기 분포가 좁은 것을 나타낸다. 합성의 추가적인 특성화는 클로로포름 대신 톨루엔 용제로 교환하고 프로세스를 반복함으로써 수행되었다(도 25).
실시예 3
개발된 모듈식 마이크로유체 기술은, 재료 및 시간 효율적인 선별화, 발견, 및 유기 분자의 액상 합성의 최적화뿐만 아니라, 타겟 분자의 대규모 연속 제조를 포함한 연속적 플로우 화학 응용에 또한 활용될 수 있다.
모듈식 마이크로반응기는, 원하는 수율과 선택도에서 유기 분자의 연속적인 합성을 위해 각 합성 단계에서 상이한 온도 및 반응 시간을 갖는 단일 단계 및 다중 단계 유기 합성 화학물질에 대해 재구성될 수 있다.
인시츄 형광, UV-VIS, Near-IR, IR 스펙트럼의 특성화 도구 외에, 모듈식 반응기는, HPLC(고압 액체 크로마토그래피), UPLC(초고압 액체 크로마토그래피), GC(가스 크로마토그래피), MS(질량 분석기)를 포함한 크로마토그래피 기법을 이용한 유기 분자의 인라인 특성화를 위해 재구성할 수 있다.
실시예 4
도 26a에 나타낸 자율형 로봇 플로우 반응기는 콜로이드 나노결정(금속 또는 반도체)의 핵 생성및 성장 단계에 대한 연구에 활용될 수 있다. 실시간 분광 데이터는 인공지능(AI) 방법(예, 콘볼루션 신경망)을 사용하여 분석될 수 있다. 양자점(QD)의 최적 크기와 크기 분포 제어는, 광범위한 실험 입력(예, 전구체 비율, 리간드 농도, 반응 온도, 반응 시간, 전구체 반응도, 핵 생성 및 성장 동력학)을 통해 연구함으로써 표적을 맞출 수 있다(도 26b). 지능형 유체 나노 제조 접근 방식은, 기계 학습과 AI 방법을 활용하여 확장 가능한 반응에 빠르게 수렴할 수 있고, 이는 상당히 효율적인 단일 및 다중 접합 태양 전지를 위해 정밀하게 엔지니어링되고 상당히 단분산인 나노결정을 생성한다(도 27).
플로우 반응기의 모듈화는, 다중 병렬 유체 반응기를 사용하여(즉, 증수 방안), 콜로이드 합성 반응을 시간당 10 g/hr의 처리량에서 1 kg/hr로 쉽게 규모 확장시킬 수 있다. 예를 들어, 모듈당 100개의 채널로 구성된 플로우 반응기는 10개의 모듈을 사용하여 연간 ~100톤의 처리량으로 나노결정 생산 규모를 확장할 수 있다. 또한, 양자점 합성, 정화, 리간드 교환의 연속적인 직렬 작동은 이러한 반응기를 이용하여 고품질 콜로이드 나노결정의 합성에 전례 없는 공정이 강화되는 결과를 초래할 수 있다. 시린지 없는 펌프는 콜로이드 나노결정의 중단없는 연속 제조를 위해 플로우 반응기 시스템에 이용될 수 있다. (예를 들어, CNC 가공되거나 3D 인쇄된) 전구체 분배 모듈은 콜로이드 나노결정의 대규모(즉, 증수) 제조를 위해 100개의 마이크로반응기 채널 내로 나노결정 전구체를 균일하게 분배할 수 있다.
도 28의 a 내지 d는 자율형 플로우 반응기(도 26a 및 도 26b)를 사용하여 생성된 콜로이드 페로브스카이트 양자점(QD)의 빅데이터를 이용해 피드 전방 신경망 알고리즘의 통합을 나타낸다. 예를 들어, 도 28의 b 및 c는 인플로우 음이온 교환 반응의 과정에서 실험적으로 획득한 800개의 페로브스카이트 양자점 밴드 갭(인시츄 형광 스펙트럼 분석)에 MATLAB의 NeuroSolutions AI 툴 박스를 사용한 베이시안 정규화 훈련 방법을 나타낸다. 도 28의 d는 이전에 보지 못한(훈련되거나 시험되지 못한) 130개의 실험에 대한 페로브스카이트 양자 점의 방출 밴드 갭을 예측하는 데 있어 훈련된 신경망의 성능을 보여준다.
명백하고 발명에 고유한 다른 장점은, 당업자에게 명백할 것이다. 특정 형상과 하위 조합은 유용하며 다른 형상과 하위 조합을 참조하지 않고 사용할 수 있는 점을 이해할 것이다. 이것은 청구 범위의 범주에 고려되었고 청구 범위의 범주에 있다. 가능한 많은 구현예가 그 범주에서 벗어나지 않고 본 발명으로 이루어질 수 있기 때문에, 여기에 제시되거나 첨부된 도면에 나타난 모든 주제는 제한적인 의미가 아니라 예시로 해석되어야 함을 이해해야 한다.
첨부된 청구 범위의 방법은 본원에 설명된 특정 방법에 의해 범주 내에 제한되지 않으며, 이는 청구 범위의 몇 가지 양태를 예시하는 것으로서 의도되고, 기능적으로 균등한 임의 방법은 청구 범위의 범주 내에 포함되도록 의도된다. 여기에 나타내고 설명된 방법 외에, 다양한 방법의 수정은 첨부된 청구 범위의 범주 내에에 포함되도록 의도된다. 또한 본원에 개시된 대표적인 특정 방법 단계만 구체적으로 기술하고 있지만, 다른 방법 단계의 조합도 특별히 언급하지는 않더라도 첨부된 청구 범위의 범주 내에 포함되도록 의도된다. 따라서, 단계, 요소, 성분 또는 구성물의 조합은 본원에서 명시적으로 또는 덜 언급될 수 있지만, 단계, 요소, 성분 및 구성물의 다른 조합이 비록 언급되지 않더라도 포함된다.

Claims (61)

  1. 샘플을 제조하는 연속 흐름 장치로서, 상기 장치는:
    샘플 유입구에서 샘플 유출구까지 연장되는 연속 유체 흐름용 경로를 제공하는 샘플 도관;
    상기 샘플 도관을 둘러싸며 복수의 측정 부위를 포함하는 써멀 하우징;
    상기 복수의 측정 부위 중 하나 이상에서 상기 샘플 도관으로부터 분광 시그널을 포착하도록 구성된 디텍터; 및
    제1 위치에서 제2 위치로 상기 써멀 하우징을 따라 병진 이동 가능한 모터식 스테이지를 포함하되, 상기 디텍터는 상기 모터식 스테이지에 결합되고, 상기 모터식 스테이지가 써멀 하우징을 따라 상기 디텍터를 병진 이동하도록 구성되어, 상기 복수의 측정 부위 중 하나 이상과 상기 디텍터를 정렬하고;
    상기 장치는 유체 전구체 샘플을 샘플 유입구로부터 샘플 유출구로 연속적으로 흐르게 하도록 구성되고, 유체 전구체 샘플은 제1 전구체 및 제2 전구체를 포함하며, 유체 전구체 샘플이 샘플 유입구로부터 샘플 유출구로 연속적으로 흐름에 따라, 제1 전구체가 제2 전구체와 반응하여, 샘플 유출구에 도착하기 전에 샘플을 형성하며;
    샘플은 복수의 입자 또는 유기 분자를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 샘플 도관은 하나 이상의 모듈을 포함하되, 상기 하나 이상의 모듈 각각은 제1 소정 길이의 연속 유체 흐름 경로를 포함하여, 상기 샘플 도관은, 하나 이상의 모듈을 유체 연결함으로써 제2 소정 길이의 연속 유체 흐름의 연속 경로를 갖도록 구성되는, 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 써멀 하우징은 금속으로 형성되는, 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 측정 부위는 복수의 빈 공간, 실질적으로 분광학상 투명한 재질을 포함하는 복수의 윈도우, 또는 이들의 조합을 포함하여, 복수의 측정 부위는 실질적으로 분광학상 투명한, 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 장치는, 프로세서와 상기 프로세서에 작동 가능하게 결합된 메모리를 포함하는 컴퓨터 장치를 추가로 포함하고, 상기 메모리는 그 위에 저장된 컴퓨터 실행 가능 명령어를 추가로 갖고, 이를 상기 프로세서가 실행하는 경우에 상기 프로세서로 하여금,
    a. 상기 써멀 하우징을 따라 상기 모터식 스테이지를, 상기 디텍터가 제1 측정 부위에 근접한 제1 위치에서 정렬되도록 하는 곳까지 병진 이동시키고,
    b. 상기 제1 측정 부위에 근접한 제1 위치에서 상기 디텍터를 통해 제1 세기를 갖는 제1 분광 시그널을 포착시키고,
    c. 상기 제1 분광 시그널 및/또는 상기 제1 분광 시그널의 세기를 저장시키고,
    d. 상기 제1 분광 시그널 및/또는 상기 제1 분광 시그널의 세기를 출력시키고,
    e. 상기 써멀 하우징을 따라 상기 모터식 스테이지를, 상기 제1 측정 부위에 근접한 제1 위치로부터 상기 제1 측정 부위에 근접한 제2 위치까지 병진 이동시키고,
    f. 상기 제1 측정 부위에 근접한 제2 위치에서 상기 디텍터를 통해 제2 세기를 갖는 제2 분광 시그널을 포착시키고,
    g. 상기 제2 분광 시그널 및/또는 상기 제2 분광 시그널의 세기를 저장시키고,
    h. 상기 제2 분광 시그널 및/또는 상기 제2 분광 시그널의 세기를 출력시키고,
    i. 상기 제2 분광 시그널의 세기에, 상기 제1 분광 시그널의 세기를 비교시키고,
    j. 상기 분광 시그널의 세기가 최대인 위치를 발견하기 위해 단계(a 내지 i)를 반복시키고, 이에 의해 상기 제1 측정 부위의 위치를 결정시키고,
    k. 상기 제1 측정 부위의 위치를 출력시키는, 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 프로세서는 제2 측정 부위의 위치를 결정하고 출력하기 위해, 단계(a 내지 k)를 반복하도록 추가 구성되는, 장치.
  7. 제1항에 있어서, 샘플 유입구에 유체 연결하는 샘플 준비 요소를 추가로 포함하며, 상기 샘플 준비 요소는,
    제1 유입구, 제2 유입구, 및 유출구를 포함하는 샘플 혼합용 챔버(상기 제1 유입구, 상기 제2 유입구, 및 상기 유출구는 상기 챔버를 경유해 유체 연결되고 상기 유출구는 상기 샘플 유입구에 유체 연결됨);
    상기 챔버의 제1 유입구에 제1 전구체 유입구를 유체 연결하는 제1 전구체 도관; 및
    상기 챔버의 제2 유입구에 제2 전구체 유입구를 유체 연결하는 제2 전구체 도관을 포함하는, 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 장치는, 프로세서와 상기 프로세서에 작동 가능하게 결합된 메모리를 포함하는 컴퓨터 장치를 추가로 포함하고, 상기 메모리는 그 위에 저장된 컴퓨터 실행 가능 명령어를 추가로 갖고, 이를 상기 프로세서가 실행하는 경우에 상기 프로세서로 하여금,
    a. 상기 샘플 유입구를 경유해 상기 샘플 도관으로 제1 유량에서 유체 전구체 샘플을 주입시키고,
    b. 상기 써멀 하우징의 온도를 제1 온도로 설정시키고,
    c. 상기 모터식 스테이지를 상기 써멀 하우징을 따라 제1 측정 부위로 병진 이동시키고,
    d. 상기 제1 측정 부위에서 상기 샘플 도관 내의 샘플로부터 분광 시그널을 포착시키고,
    e. 상기 샘플의 특성을 결정하기 위해 상기 분광 시그널을 분석시키고,
    f. 상기 분광 시그널, 상기 샘플의 특성, 상기 써멀 하우징의 온도, 또는 이들의 조합을 출력시키는, 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 그 위에 저장된 컴퓨터 실행 가능 명령어는, 이를 프로세서가 실행하는 경우에 상기 프로세서로 하여금, 제2 측정 부위에서 단계(a 내지 e)를 추가로 반복시키는, 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 장치는, 프로세서와 상기 프로세서에 작동 가능하게 결합된 메모리를 포함하는 컴퓨터 장치를 추가로 포함하고, 상기 메모리는 그 위에 저장된 컴퓨터 실행 가능 명령어를 추가로 갖고, 이를 상기 프로세서가 실행하는 경우에 상기 프로세서로 하여금,
    a. 제1 전구체 저장소로부터 상기 제1 전구체 유입구를 경유해 상기 제1 전구체 도관 내로 제1 전구체의 양을 주입시키고, 제2 전구체 저장소로부터 상기 제2 전구체 유입구를 경유해 상기 제2 전구체 도관 내로 제2 전구체의 양을 주입시키고, 이에 의해 상기 챔버에 유체 전구체 샘플을 형성시키고,
    b. 상기 써멀 하우징의 온도를 제1 온도로 설정시키고,
    c. 상기 챔버로부터 상기 샘플 유입구를 경유해 상기 샘플 도관으로 제1 유량에서 상기 유체 전구체 샘플을 주입시키고,
    d. 상기 모터식 스테이지를 상기 써멀 하우징을 따라 제1 측정 부위로 병진 이동시키고,
    e. 상기 제1 측정 부위에서 상기 샘플 도관 내의 샘플로부터 분광 시그널을 포착시키고,
    f. 상기 샘플의 특성을 결정하기 위해 상기 분광 시그널을 분석시키고,
    g. 상기 분광 시그널 및/또는 상기 샘플의 특성을 출력시키고,
    h. 입력 파라미터에, 상기 포착된 분광 시그널 및/또는 상기 샘플의 특성을 비교시키고,
    i. 상기 입력 파라미터가 상기 포착된 분광 시그널 및/또는 상기 샘플의 특성과 상이한 경우,
    상기 모터식 스테이지를 상기 써멀 하우징을 따라 제2 측정 위치로 이동시키고 단계(e 내지 h)를 반복시키거나;
    상기 제1 전구체의 양, 상기 제2 전구체의 양, 상기 써멀 하우징의 온도, 상기 제1 유량, 또는 이들의 조합을 조정시키고 단계(a 내지 h)를 반복시키거나; 또는
    이들을 조합하거나, 및
    j. 상기 입력 파라미터가 상기 포착된 분광 시그널 및/또는 상기 샘플의 특성과 동일한 경우, 상기 주입된 제1 전구체의 양, 상기 주입된 제2 전구체의 양, 상기 써멀 하우징의 온도, 상기 측정 부위의 위치, 상기 포착된 분광 시그널, 상기 샘플의 특성, 상기 제1 유량, 또는 이들의 조합을 출력시키는, 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 샘플은 복수의 입자를 포함하고, 상기 샘플의 특성은 상기 복수의 입자의 형광 특성, 상기 복수의 입자의 흡수 특성, 상기 복수의 입자의 평균 입자 크기, 상기 샘플 내에서 상기 복수의 입자의 농도, 상기 복수의 입자의 단분산성, 또는 이들의 조합을 포함하며; 또는
    상기 샘플은 유기 분자를 포함하고, 상기 샘플의 특성은 유기 분자의 형광 특성, 유기 분자의 흡수 특성, 유기 분자의 정체성, 샘플 내에서 유기 분자의 농도, 또는 이들의 조합을 포함하는, 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 샘플 유출구에 유체 결합된 크로마토그래프를 추가로 포함하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 장치는, 프로세서와 상기 프로세서에 작동 가능하게 결합된 메모리를 포함하는 컴퓨터 장치를 추가로 포함하고, 상기 메모리는 그 위에 저장된 컴퓨터 실행 가능 명령어를 추가로 갖고, 이를 상기 프로세서가 실행하는 경우에 상기 프로세서로 하여금,
    a. 상기 샘플 유입구를 경유해 상기 샘플 도관으로 제1 유량에서 유체 전구체 샘플을 주입시키고,
    b. 상기 써멀 하우징의 온도를 제1 온도로 설정시키고,
    c. 상기 샘플 유출구에서 상기 크로마토그래프를 통해 상기 샘플로부터 크로마토그래피 시그널을 포착시키고,
    d. 상기 샘플의 특성을 결정하기 위해 상기 크로마토그래피 시그널을 분석시키고,
    e. 상기 크로마토그래피 시그널, 상기 샘플의 특성, 상기 써멀 하우징의 온도, 또는 이들의 조합을 출력키는, 장치.
  14. 제7항에 있어서, 상기 장치는, 샘플 유출구에 유체 연결된 크로마토그래피 및 프로세서와 상기 프로세서에 작동 가능하게 결합된 메모리를 포함하는 컴퓨터 장치를 추가로 포함하고, 상기 메모리는 그 위에 저장된 컴퓨터 실행 가능 명령어를 추가로 갖고, 이를 상기 프로세서가 실행하는 경우에 상기 프로세서로 하여금,
    a. 제1 전구체 저장소로부터 상기 제1 전구체 유입구를 경유해 상기 제1 전구체 도관 내로 제1 전구체의 양을 주입시키고, 제2 전구체 저장소로부터 상기 제2 전구체 유입구를 경유해 상기 제2 전구체 도관 내로 제2 전구체의 양을 주입시키고, 이에 의해 상기 챔버에 유체 전구체 샘플을 형성시키고,
    b. 상기 써멀 하우징의 온도를 제1 온도로 설정시키고,
    c. 상기 챔버로부터 상기 샘플 유입구를 경유해 상기 샘플 도관으로 제1 유량에서 상기 유체 전구체 샘플을 주입시키고,
    d. 상기 샘플 유출구에서 상기 크로마토그래프를 통해 상기 샘플로부터 크로마토그래피 시그널을 포착시키고,
    e. 상기 샘플의 특성을 결정하기 위해 상기 크로마토그래피 시그널을 분석시키고,
    f. 상기 크로마토그래피 시그널 및/또는 상기 샘플의 특성을 출력시키고,
    g. 입력 파라미터에, 상기 포착된 크로마토그래피 시그널 및/또는 상기 샘플의 특성을 비교시키고,
    h. 상기 입력 파라미터가 상기 포착된 크로마토그래피 시그널 및/또는 상기 샘플의 특성과 상이한 경우, 상기 제1 전구체의 양, 상기 제2 전구체의 양, 상기 써멀 하우징의 온도, 상기 제1 유량, 또는 이들의 조합을 조정시키고, 단계(a 내지 g)를 반복시키고,
    i. 상기 입력 파라미터가 상기 포착된 크로마토그래피 시그널 및/또는 상기 샘플의 특성과 동일한 경우, 상기 주입된 제1 전구체의 양, 상기 주입된 제2 전구체의 양, 상기 써멀 하우징의 온도, 상기 포착된 크로마토그래피 시그널, 상기 샘플의 특성, 상기 제1 유량, 또는 이들의 조합을 출력시키는, 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 샘플은 복수의 입자를 포함하고, 상기 샘플의 특성은 상기 복수의 입자의 형광 특성, 상기 복수의 입자의 흡수 특성, 상기 복수의 입자의 평균 입자 크기, 상기 샘플 내에서 상기 복수의 입자의 농도, 상기 복수의 입자의 단분산성, 또는 이들의 조합을 포함하며; 또는
    상기 샘플은 유기 분자를 포함하고, 상기 샘플의 특성은 유기 분자의 형광 특성, 유기 분자의 흡수 특성, 유기 분자의 정체성, 샘플 내에서 유기 분자의 농도, 또는 이들의 조합을 포함하는, 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 샘플은 복수의 입자를 포함하고, 상기 샘플의 특성 및/또는 상기 입력 파라미터는, 상기 복수의 입자의 형광 특성, 상기 복수의 입자의 흡수 특성, 상기 복수의 입자의 평균 입자 크기, 상기 샘플 내에서 상기 복수의 입자의 농도, 상기 복수의 입자의 단분산성, 또는 이들의 조합을 포함하며; 또는
    상기 샘플은 유기 분자를 포함하고, 상기 샘플의 특성 및/또는 상기 입력 파라미터는 유기 분자의 형광 특성, 유기 분자의 흡수 특성, 유기 분자의 정체성, 샘플 내에서 유기 분자의 농도, 또는 이들의 조합을 포함하는, 장치.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 샘플은 복수의 입자를 포함하고, 상기 샘플의 특성 및/또는 상기 입력 파라미터는, 상기 복수의 입자의 형광 특성, 상기 복수의 입자의 흡수 특성, 상기 복수의 입자의 평균 입자 크기, 상기 샘플 내에서 상기 복수의 입자의 농도, 상기 복수의 입자의 단분산성, 또는 이들의 조합을 포함하며; 또는
    상기 샘플은 유기 분자를 포함하고, 상기 샘플의 특성 및/또는 상기 입력 파라미터는 유기 분자의 형광 특성, 유기 분자의 흡수 특성, 유기 분자의 정체성, 샘플 내에서 유기 분자의 농도, 또는 이들의 조합을 포함하는, 장치.
  18. 샘플을 준비하기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
    제1 전구체를 제2 전구체와 접촉시킴으로써 유체 전구체 샘플을 형성하는 단계;
    상기 유체 전구체 샘플을, 제1항의 장치의 샘플 유입구 내에 주입하는 단계;
    상기 샘플 유입구에서 상기 샘플 유출구까지 상기 유체 전구체 샘플을 연속적으로 흐르게 하되, 상기 제1 전구체가 상기 제2 전구체와 반응하면서 상기 유체 전구체 샘플이 상기 샘플 유입구에서 상기 샘플 유출구까지 연속적으로 흘러 상기 샘플 유출구에 도달하기 전에 샘플을 형성하는 단계; 및
    상기 샘플 유출구에서 샘플을 모으는 단계를 포함하고,
    상기 샘플은 하나의 특성을 가지며, 상기 샘플은 복수의 입자 또는 유기 분자를 포함하고, 및
    상기 방법은 합성 조건을 최적화하여 제1항의 장치를 이용하여 상기 특성을 달성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  19. 연속 흐름 장치 내에서 샘플의 준비 방법으로서, 연속 흐름 장치는
    샘플 유입구에서 샘플 유출구까지의 연속 유체 흐름용 경로를 제공하는 샘플 도관;
    상기 샘플 도관을 둘러싸며 복수의 측정 부위를 포함하는 써멀 하우징;
    상기 복수의 측정 부위 중 하나 이상에서 상기 샘플 도관으로부터 분광 시그널을 포착하도록 구성된 디텍터; 및
    제1 위치에서 제2 위치로 상기 써멀 하우징을 따라 병진 이동 가능한 모터식 스테이지를 포함하되,
    상기 디텍터는 상기 모터식 스테이지에 결합되고, 상기 모터식 스테이지가 써멀 하우징을 따라 상기 디텍터를 병진 이동하도록 구성되어, 상기 복수의 측정 부위 중 하나 이상과 상기 디텍터를 정렬하고;
    상기 방법은:
    a. 소정량의 제1 전구체를 소정량의 제2 전구체와 접촉시켜 유체 전구체 샘플을 형성하는 단계;
    b. 써멀 하우징이 제1 온도를 갖는 동안, 유체 전구체 샘플을 제1 유량으로 연속 흐름 장치의 샘플 유입구에 주입하는 단계,
    c. 유체 전구체 샘플이 샘플 유입구로부터 샘플 유출구로 연속적으로 흐르되, 유체 전구체 샘플이 샘플 유입구로부터 샘플 유출구로 흐름에 따라, 제1 전구체가 제2 전구체와 반응하여, 샘플 유출구에 도착하기 전에 샘플을 형성하는 단계;
    d. 제1 측정 부위에서 샘플 도관 내의 샘플로부터 분광 시그널을 포착하는 단계;
    e. 분광 시그널을 분석하여 샘플의 특성을 결정하는 단계;
    f. 분광 시그널 및/또는 상기 특성을 입력 파라미터와 비교하는 단계;
    g. 입력 파라미터가 분광 시그널 및/또는 상기 특성과 상이한 경우:
    써멀 하우징을 따라 모터식 스테이지를 제2 측정 부위로 병진 이동시키고 제2 측정 부위에서 단계(d-f)를 반복하거나;
    제1 전구체의 양, 제2 전구체의 양, 써멀 하우징의 온도, 제1 유량, 또는 이들의 조합을 조정하며, 단계(a-f)를 반복하거나; 또는
    이들을 조합하는 단계; 및
    h. 입력 파라미터가 분광 신호 및/또는 상기 특성과 동일한 경우, 샘플 유출구에서 샘플을 수집하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 샘플은 복수의 입자를 포함하고, 상기 샘플의 특성 및/또는 상기 입력 파라미터는, 상기 복수의 입자의 형광 특성, 상기 복수의 입자의 흡수 특성, 상기 복수의 입자의 평균 입자 크기, 상기 샘플 내에서 상기 복수의 입자의 농도, 상기 복수의 입자의 단분산성, 또는 이들의 조합을 포함하며; 또는
    상기 샘플은 유기 분자를 포함하고, 상기 샘플의 특성 및/또는 상기 입력 파라미터는 유기 분자의 형광 특성, 유기 분자의 흡수 특성, 유기 분자의 정체성, 샘플 내에서 유기 분자의 농도, 또는 이들의 조합을 포함하는 방법.
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