(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の通路が設けられたチャンネル、
前記チャンネルの上部または下部のいずれか一つの領域に位置する第１の光源及び第２の光源、
前記チャンネルを基準に前記第１の光源及び第２の光源が位置する領域の反対領域に設けられて前記第１の光源及び前記第２の光源から発光された光を受光するセンサー、
前記センサーから受光した光の強さの変化時点を利用して流体の速度を算出する速度算出部、及び
前記チャンネルに接続されて算出された前記流体の速度に基づいて流体の流速を調節する調節部を含むことを特徴とする流体速度測定装置。
【請求項２】
前記調節部は、
前記チャンネルの外部と接続されて前記チャンネル内部の空気を外部に排出させるベントホール部、
前記ベントホール部の入口部に接続されて予め設定された時間に基づいて前記ベントホール部の入口部を開閉させるバルブ、及び
前記バルブの作動を制御する制御部を含むことを特徴とする請求項１に記載の流体速度測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、
算出された前記流体の速度に基づいて前記バルブにオン（ｏｎ）信号及びオフ（ｏｆｆ）信号を印加することを特徴とする請求項２に記載の流体速度測定装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記オン信号が印加される時間と前記オフ信号が印加される時間が互いに異なるように設定することを特徴とする請求項３に記載の流体速度測定装置。
【請求項５】
前記調節部は、
前記ベントホール部の入口部と前記バルブを接続するチューブをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の流体速度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体速度測定装置に係り、より詳しくは、二つの光源からの発光される光の屈折率を利用して流体の速度を測定する流体速度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代人の期待寿命が増加し、それに伴う病気の種類も多様化している。そのため病気の予防や診断のための様々な診断装置や診断システムが開発されている。
その中で、体外診断装置は、血液、尿などの人体の体液などを試料として使用し、分析対象となる物質を検出し、定量分析を通じて病気の有無を迅速に判断することができるため、迅速性、効率性、正確性などの利点を持っている。
一方、妊娠診断から癌や多発性硬化症のような様々な病気の検査に至るまで多様に活用することができるバイオセンサーは、抗体のような微細なタンパク質、ＤＮＡなどを利用するため、バイオセンサーの精度が重要な課題となっている。関連先行文献として、韓国公開特許公報第２００９−０１０８４２８号がある。
特に、体外診断市場においては、患者ごとの血漿の粘度の差によりマイクロ流体チャンネル内部での流速が異なる場合がある。また、ｆｌｏｗ  ｃｙｔｏｍｅｔｒｙ、ｃｅｌｌ  ｓｏｒｔｉｎｇ、ｍｉｃｒｏ  ｆｌｏｗ  ｓｗｉｔｃｈなどでもこのような流速測定が非常に重要である。しかし、流体の速度を測定するための装置は、複雑、または大型化し、高価で精度が低い。
したがって、低価でありながら正確にマイクロ流体の速度を測定できる技術の研究が必要な状況である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】韓国公開特許第２００９−０１０８４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的とするところは、低い生産コストで生産可能でありながら、測定の精度が高い流体速度測定装置を提供することにある。
また、ユーザが簡単に設置及び使用できる測定精度が高い流体速度測定装置を提供することにある。
さらに、二つの光源から発光された光の屈折率を利用して流体の速度を正確に測定し、測定された結果に基づいて流体の速度を調節することができる流体速度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、流体の通路が設けられたチャンネル、
前記チャンネルの上部または下部のいずれか一つの領域に位置する第１の光源及び第２の光源、
前記チャンネルを基準に前記第１の光源及び第２の光源が位置する領域の反対領域に設けられて前記第１の光源及び前記第２の光源から発光された光を受光するセンサー、
前記センサーから受光した光の強さの変化時点を利用して流体の速度を算出する速度算出部、及び
前記チャンネルに接続されて算出された前記流体の速度に基づいて流体の流速を調節する調節部を含むことを特徴とする。
【０００６】
前記調節部は、
前記チャンネルの外部と接続されて前記チャンネル内部の空気を外部に排出させるベントホール部、
前記ベントホール部の入口部に接続されて予め設定された時間に基づいて前記ベントホール部の入口部を開閉させるバルブ、及び
前記バルブの作動を制御する制御部を含むことを特徴とする。
【０００７】
前記制御部は、
算出された前記流体の速度に基づいて前記バルブにオン（ｏｎ）信号及びオフ（ｏｆｆ）信号を印加することを特徴とする。
【０００８】
前記制御部は、
前記オン信号が印加される時間と前記オフ信号が印加される時間が互いに異なるように設定することを特徴とする。
【０００９】
前記調節部は、
前記ベントホール部の入口部と前記バルブを接続するチューブをさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、低い生産コストの２つの光源とセンサーを利用して、すべてのユーザが容易に設置して簡単に使用することができ、低い生産コストでありながら測定の精度が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例に係る流体速度測定装置を通じて流体の速度測定の原理を説明するためのグラフである。
【図２】本発明の一実施例に係る流体速度測定装置を通じて流体の速度測定の原理を説明するためのグラフである。
【図３】本発明の一実施例に係る流体速度測定装置を通じて流体の速度測定の原理を説明するためのグラフである。
【図４】本発明の他の一実施例に係る流体速度測定装置を示す図面である。
【図５】本発明の一実施例に係る流体速度測定装置を通じて流体の速度測定及び流速制御の原理を説明するためのグラフである。
【図６】本発明の一実施例に係る流体速度測定装置を通じて流体の速度測定及び流速制御の原理を説明するためのグラフである。
【図７】本発明の一実施例に係る流体速度測定装置を通じて流体の速度測定及び流速制御の原理を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施例に係る流体速度測定装置について図面を参照して説明する。
図１、図２は、本発明の一実施例に係る流体速度測定装置を示すグラフである。
図示のように、流体速度測定装置１００は、チャンネル１１０、第１の光源１２１、第２の光源１２２、センサー１３０及び速度算出部１４０を含む。
チャンネル１１０には、流体が流れる通路が設けられている。前記流体は、マイクロ流体を含み検体になり得る。検体とは、検出対象溶液を意味するものであって、分析物質を含有するものと疑われる物質を意味する。例えば、検体は、血液、唾液、脳脊髄液、汗、尿、母乳、腹水、粘液、鼻液（ｎａｓａｌ  ｆｌｕｉｄ）、喀血、関節血液、腹腔液、及びその他などを含んで生理的流体のような任意の生物学的供給源（例えば、人、動物など）から生ずる。
また、検体は、生物学的供給源から直接採取して使用することができ、または検体の特性を改質する前処理を実行して使用することができる。前処理としては、ろ過、沈殿、希釈、混合、濃縮、干渉成分の不活性化、溶解（ｌｙｓｉｓ）、試薬添加などの方法が含まれる。一例として、血液から血漿を分離するなどの措置が実行される。
【００１３】
第１の光源１２１及び第２の光源１２２は、チャンネル１１０の上部領域に位置し、センサー１３０は、チャンネルの下部領域に設けられる。
図示していないが、第１の光源１２１及び第２の光源１２２は、チャンネル１１０の下部領域に位置し、センサー１３０は、チャンネルの上部領域に設けることもできる。すなわち、本発明の一実施例によれば、チャンネル１１０を基準として第１の光源１２１及び第２の光源１２２が位置している領域と反対の領域にセンサー１３０が設けられればよい。
第１の光源１２１及び第２の光源１２２は、チャンネル１１０に対して９０度以外の所定の角度をなして光が入射されるように位置する。第１の光源１２１及び第２の光源１２２から発光される光が、チャンネル１１０に対して９０度をなして入射されると、光の反射や散乱などの光が広がる現象が発生して測定の敏感度が低下する可能性がある。
【００１４】
また、第１の光源１２１及び第２の光源１２２が平行にならないようにする。第１の光源１２１及び第２の光源１２２が角度１８０度をなすと（つまり、平行になると）、第１の光源１２１及び第２の光源１２２から発光された光を受光するためのセンサー１３０のサイズを大きくする必要があるためコストが増加する。
また、第１の光源１２１と第２の光源１２２がチャンネル１１０に対してなす角度及び方向は調節が可能である。図２は、図１において第１の光源１２１及び第２の光源１２２がチャンネル１１０に対してなす角度が調節された例を示す。
例えば、第１の光源１２１及び第２の光源１２２から発光されるレーザーの種類に応じて第１の光源１２１及び第２の光源１２２の角度及び方向の調節が可能である。また、チップ支持（図示せず）の構造、またはチップの形状に応じて、第１の光源１２１及び第２の光源１２２の角度及び方向の調節が可能である。
【００１５】
センサー１３０は、チャンネル１１０の下部領域に設けられて第１の光源１２１及び第２の光源１２２から発光された光を受光する。センサー１３０は、二つの光源１２１、１２２から発光された光がすべて受光されるように設けられる。すなわち、本発明の一実施例による流体速度測定装置は、一つのセンサーが二つの光源の光をすべて受光する構造を有することによって、コストを節減することができる。
一方、本発明の一実施例によれば、第１の光源１２１及び第２の光源１２２から発光された光が、チャンネル１１０の下部領域で相互交差した後、センサー１３０に受光されるように、第１の光源１２１、第２の光源１２２及びセンサー１３０が位置する。上記のように、チャンネル１１０の下部領域で交差した光がセンサー１３０に受光されるようにすることによって、センサー１３０のサイズを減らすことができる。
【００１６】
また、センサー１３０とチャンネル１１０との間の距離（ｋ）が大きいほどセンサー１３０に受光される光の強度が弱くなるので、測定の精度が低下する可能性がある。したがって、マイクロ流体の種類及び光源との距離などを考慮して、距離（ｋ）は０．１ｍｍ〜１０ｍｍにする。
また、第１の光源１２１から発光した光がチャンネル１１０と会う第１の入射地点と第２の光源１２２から発光した光がチャンネル１１０と会う第２の入射地点間の距離（ｄ）によって、センサー１３０のサイズが変わる。したがって、測定されたマイクロ流体であることなどを考慮して、距離（ｄ）は１ｍｍ〜１０ｍｍにする。
速度測定部１４０は、センサー１３０で受光した光の強さを利用して、流体の速度を測定することができる。
【００１７】
図３は、本発明の一実施例に係る流体速度測定装置を通じて流体の速度測定の原理を説明するためのグラフである。
図示したグラフは、縦軸の点線によって３つの領域に区分することができる。  左側の領域は、最初にチャンネル１１０の内部に流体が流れないため、第１の光源１２１及び第２の光源１２２から発光された２つの光が全て屈折されずにセンサー１３０に受光された状態を示す。中央の領域は、チャンネル１１０の内部に流体が一部の領域まで流れ、第１の光源１２１から発光された光は屈折されてセンサー１３０に受光されるが、第２の光源１２２から発光された光は全て屈折されずにセンサー１３０に受光された状態を示す。右側の領域は、最初にチャンネル１１０の内部に流体が十分に流れ、第１の光源１２１及び第２の光源１２２から発光された２つの光が全て屈折されてセンサー１３０に受光された状態を示す。
【００１８】
図３のグラフで確認できるように、光の強さは、第１屈折時点（第１の光源の光の屈折が開始される時点）及び第２屈折時点（第２の光源の光の屈折が開始される時点）で変化が起きる。
屈折時点の差（ｔｉｍｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）を流体が距離ｄを流れる時間（ｔ）で測定することができる。
速度算出部１４０は、時間（ｔ）と距離ｄを用いて、流体の速度を算出することができる。
一方、本発明の一実施例によれば、流体速度測定装置は測定された流体の速度に基づいて流体の流速を調節することができる。
図４は、本発明の他の一実施例に係る流体速度測定装置を示す図面である。
図示したように、流体速度測定装置２００は、チャンネル２１０、第１の光源２２１、第２の光源２２２、センサー２３０、速度算出部２４０、及び調節部２５０を含む。
チャンネル２１０には流体の通路が設けられている。流体はマイクロ流体を含むことができ、検体に成りうる。
【００１９】
第１の光源２２１及び第２の光源２２２は、チャンネル２１０の上部領域に位置し、センサー２３０は、チャンネルの下部領域に設けられる。
図示していないが、第１の光源２２１及び第２の光源２２２は、チャンネル２１０の下部領域に位置し、センサー２３０は、チャンネルの上部領域に設けられる。すなわち、本発明の一実施例によれば、チャンネル２１０を基準として第１の光源２２１及び第２の光源２２２が位置している領域と反対の領域にセンサー２３０が設けられればよい。
第１の光源２２１及び第２の光源２２２は、チャンネル２１０に対して９０度以外の所定の角度をなして光が入射されるように位置することができる。第１の光源２２１及び第２の光源２２２から発光される光が、チャンネル２１０に対して９０度をなして入射されると、光の反射や散乱などの光が広がる現象が発生して測定の敏感度が低下する可能性がある。
【００２０】
また、第１の光源２２１及び第２の光源２２２が平行にならないようにすることができる。第１の光源２２１及び第２の光源２２２が角度１８０度をなすと（つまり、平行になると）、第１の光源２２１及び第２の光源２２２から発光された光を受光するためのセンサー２３０のサイズを大きくする必要があるためコストが増加する。
また、第１の光源２２１と第２の光源２２２がチャンネル２１０に対してなす角度及び方向は調節が可能である。
例えば、第１の光源２２１及び第２の光源２２２から発光されるレーザーの種類に応じて、第１の光源２２１及び第２の光源２２２の角度及び方向の調節が可能である。また、チップ支持（図示せず）の構造、またはチップの形状に応じて、第１の光源２２１及び第２の光源２２２の角度及び方向の調節が可能である。
【００２１】
センサー２３０は、チャンネル２１０の下部領域に設けられて第１の光源２２１及び第２の光源２２２から発光された光を受光することができる。センサー２３０は、二つの光源２２１、２２２から発光された光がすべて受光されるように設けられる。すなわち、本発明の一実施例による流体速度測定装置は、一つのセンサーが二つの光源の光をすべて受光する構造を有することによって、コストを節減することができる。
一方、本発明の一実施例によれば、第１の光源２２１及び第２の光源２２２から発光された光が、チャンネル２１０の下部領域で相互交差された後、センサー２３０に受光されるように、第１の光源２２１、第２の光源２２２及びセンサー２３０を位置させることができる。上記のように、チャンネル２１０の下部領域で交差した光がセンサー２３０に受光されるようにすることによって、センサー２３０のサイズを減らすことができる。
【００２２】
速度算出部２４０は、センサー２３０で受光した光の強さを利用して、流体の速度を測定することができる。流体の速度測定は、図３の説明がそのまま適用される。
調節部２５０は、算出された流体の速度に基づいて流体の流速を調節することができる。調節部２５０は、ベントホール部２５１、チューブ２５２、バルブ２５３、及び制御部２５４を含む。
ベントホール部２５１は、チャンネル２１０の外部と接続されてチャンネル２１０の内部の空気を外部に排出させることができる。
バルブ２５３は、ベントホール部２５１の入口部にチューブ２５２を介して接続され、あらかじめ設定した時間に応じてベントホール部２５１の入口部を開閉させることができる。
【００２３】
また、制御部２５４は、バルブ２５３の動作を制御することができる。例えば、制御部２５４は、算出された流体の速度に基づいて、バルブ２５３にオン（ｏｎ）信号及びオフ（ｏｆｆ）信号を印加することができる。具体的に制御部２５４は、オン信号とオフ信号が印加される時間、印加される回数、印加される順序などを決定することができる。特に制御部２５４には、流体の流速に応じたバルブ２５３のオン信号とオフ信号の印加される時間、印加される回数、印加される順序などがテーブル化されて格納できる。
一方、上記のように、流体の流速に応じてバルブ２５３のオン信号とオフ信号が決定されると、制御部２５４はバルブ２５３を制御することができる。具体的に制御部２５４は、オン信号とオフ信号を交互にバルブ２５３に印加することができる。
【００２４】
また、制御部２５４は、オン信号が印加される時間とオフ信号が印加される時間が互いに異なるように設定することができる。具体的に、オン信号が印加される時間はオフ信号が印加される信号よりも短くすることができる。
例えば、制御部２５４は、流体の流速が第１流速である場合、オン信号を第１の時間の間バルブ２５３に印加することができる。また、制御部２５４は、オフ信号を第２の時間の間バルブ２５３に印加することができる。この時、第１の時間と第２の時間は、上述したように、互いに異なるように形成できる。
図５は、本発明の一実施例に係る流体速度測定装置を通じて流速制御の原理を説明するためのグラフである。
ｔｐは、バルブの開閉時間の合計で単位サイクル時間を示す。ｔｐ＝バルブが開く時間（ｔｏ）＋バルブが閉まる時間（ｔｃ）である。ｖは、測定された流速を意味する。
【００２５】
チャンネル２１０と接続されるベントホール部２５１が閉まると、チャンネル２１０の内部を流動する物質はチャンネル２１０内部の空気により空気の圧力が加えられ、空気の圧力による抵抗がチャンネルによる毛細管力と同一になると、チャンネル内部の物質は移動できなくなる可能性がある。そして、時間に沿って流体の粘度が変化するため、変化する流体の粘度を考慮して流速を調節することができる。
図６は、ｔｐが一定である時、流速と時間の関係を示し、図７は、測定された流速と流体の移動距離との関係を示す。
流速が速ければ、同じオープン時間でも移動距離が多くなるため、開く時間を減らし、閉まる時間を増加させなければならない。また、流速が速くなるほど単位時間当たりの移動距離が増えるため、開く時間を調整することによって流速を一定にしなければならない。
上述したように、本発明の一実施例による流体の速度測定は、光の屈折率を利用するため透明な流体にも適用可能である。
【００２６】
上述した流体の速度測定及び流速制御方法は、様々なコンピュータ手段を通じて実行できるプログラム命令形態で具現されてコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録される。このとき、コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独または組み合わせて含む。一方、記録媒体に記録されるプログラム命令は、本発明のために特別に設計されて構成されたものであり、またはコンピュータソフトウェア当業者に公知されて使用可能なものである。
【００２７】
コンピュータで読み取り可能な記録媒体には、ハードディスク、フロッピーディスク、及び磁気テープのような磁気媒体（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍｅｄｉａ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどの光記録媒体（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｅｄｉａ）、フロップティカルディスク（Ｆｌｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｉｓｋ）のような磁気ー光媒体（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｅｄｉａ）、およびロム（ＲＯＭ）、ラム（ＲＡＭ）、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を格納して実行するように特別に構成されたハードウェアデバイスが含まれる。
一方、このような記録媒体は、プログラム命令、データ構造などを指定する信号を伝送する搬送波を含む光または金属線、導波管などの伝送媒体であることもできる。
【００２８】
また、プログラム命令は、コンパイラによって作られるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを使用してコンピュータによって実行されることができる高級言語コードを含む。上述したハードウェアデバイスは、本発明の動作を実行するために１つ以上のソフトウェアモジュールとして動作するように構成することができ、その逆も同様である。
上述した流体の速度測定装置は、上記説明した実施例の構成と方法が限定されるるものではなく、実施例は、様々な変形が可能であり、各実施例の全部又は一部が選択的に組み合わされて構成することもできる。
【符号の説明】
【００２９】
１００、２００  流体速度測定装置
１１０、２１０  チャンネル
１２１、１２２、２２１、２２２  光源
１３０、２３０  センサー
１４０、２４０  速度算出部
２５０  調節部
２５１  ベントホール部
２５２  チューブ
２５３  バルブ
２５４  制御部
【図１】
0006322864.tif 000002
【図２】
0006322864.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006322864.tif 000008