KR20020070429A - 센서 시스템, ｐＨ 미터, 컨테이너, 스위치 및 타겟 물질검출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기준 액체내의 타겟 물질을 검출하는 센서 시스템(70)에 관한 것으로, 이 센서 시스템은 측정 캔틸레버 표면 중 한 표면에 제 1 코팅층을 도포함으로써 동작되는 측정 캔틸레버(71)를 포함하며, 이 제 1 코팅층은 타겟 물질에 민감하다. 추가적으로, 시스템(70)은 기준 캔틸레버의 한 표면상에 기준 코팅층을 가지는 기준 캔틸레버(72)를 포함하며, 이 기준 코팅층은 제 1 코팅층보다는 타겟 물질에 덜 민감하다. 양 캔틸레버는 모두 이들이 기준 단계에서는 기준 액체에 노출되고, 검출 단계에서는 타겟 물질을 가지는 기준 액체에 노출될 수 있도록 배열된다. 검출기 유닛(73,74,83)은 기준 단계 및 검출 단계 동안에 측정 캔틸레버(71)와 기준 캔틸레버(72)의 편향의 차를 결정하는 데에 이용된다.

Description

센서 시스템, ｐＨ 미터, 컨테이너, 스위치 및 타겟 물질 검출 방법{CANTILEVER SENSORS AND TRANSDUCERS}
스캐닝 터널링 및 원자력 현미경(scanning tunneling and atomic force microscopes)의 발달은 다양한 종류의 응용을 가져다 주었다. 이러한 응용의 예에는 병렬 로컬 프로브(parallel local probes)를 이용하는 저장 시스템인 스캐닝 프로브 저장 시스템(scanning probe storage systems)과, 스캐닝 프로브 리소그래피 시스템(scanning probe lithography systems)과, 스캐닝 프로브 또는 프로브의 어레이, 원자 해상도(atomic resolution), 고효율 검사 시스템(high throughput inspection systems)을 포함하는 테스트 장비 및 반도체 칩과 같은 표면을 구성하는 데에 이용되는 스캐닝 프로브 시스템 등이 있다. 이들 모든 시스템은 공통적으로 하나이상의 캔틸레버를 포함한다.
물리적 현상 및 생화학적 반응의 검출을 위한 캔틸레버 기반 센서의 개발에 보다 많은 노력이 가해지고 있다.
그 예로는, 유럽 특허 EP 711,410 B1에 개시되며 케미컬 노즈(chemical nose)라고도 불리는 칼로리미터 센서(calorimetric sensor) 또는 미국 특허 5,737,086에 개시되는 분광 측정 시스템(spectroscopic measurement system)이 있다.
타겟 물질(target substances)의 인식 또는 액체 특성의 검출을 위한 공지된 미세 기계 센서 시스템(micromechanical sensor system)의 단점은 환경적인 파라미터에 강하게 의존하므로 그 결과를 재현하기가 어렵다는 점이다. 공지된 그 시스템의 다른 단점은 이들이 온도 변화, pH 변화 등에 매우 민감하다는 점이다. 따라서, 원자 또는 분자의 인식은 불가능하지는 않더라도 매우 어렵다.
본 발명의 목적은 다양한 환경에서의 원자, 분자, 셀(cell), 바이러스, 박테리아 또는 미생물을 신뢰성 있게 인식하는 방안을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 다양한 환경에서의 액체 특성을 신뢰성 있게 검출하기 위한 방안을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 액체 흐름의 자동화된 제어를 위한 방안을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 의약 재료 등의 올바른 배출 또는 주입(smart release or injection)을 위한 방안을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 분자 인식, 화학적 친화도 또는 물리적 특성을 기계적인 응답으로 변환시키는 방안을 제공하는 것이다.
발명의 개요
본 발명은 기준 액체(a reference liquid) 내에서 타겟 물질을 검출하는 방안에 관한 것이다. 이를 위하여, 측정 캔틸레버의 표면들 중 하나로의 제 1 코팅층(a first coating)- 이러한 제 1 코팅층은 상기 타겟 물질에 민감함 -의 도포에 의해서 동작하는 측정 캔틸레버(a measurement cantilever) 및 기준 캔틸레버의 표면들 중 하나 상에 기준 코팅층- 이러한 기준 코팅층은 제 1 코팅층보다는 타겟 물질에 덜 민감함 -을 가지는 기준 캔틸레버(a reference cantilever)가 이용된다. 측정 캔틸레버 및 기준 캔틸레버는 기준 단계에서는 기준 액체에 노출되며, 검출 단계에서는 타겟 물질을 가지는 기준 액체에 노출된다. 검출기 유닛은 기준 단계 및 검출 단계 동안에 측정 캔틸레버와 기준 캔틸레버의 편향의 차이를 결정한다.
액체 특성을 검출하는데 유사한 방안이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 휘어질 수 있는 미세 기계 리드(a bendable, micromechanical lid)를 포함하는 컨테이터(a container)에 관한 것이다. 이러한 리드는 리드가 휘어지는 경우에 컨테이너가 개방되는 방식으로 컨테이너에 접속된다. 리드의 표면 중 하나는 타겟 물질에 민감한 코팅층의 도포에 의해서 동작하게 된다. 리드가 타겟 물질에 노출되는 경우에는 리드 내의 힘이 자동으로 리드를 휘게 하여 컨테이너를 개방한다.
또한, 본 발명은 액체 흐름 시스템(liquid flow system)에 이용되는 스위치에 관한 것이다. 액체 흐름 시스템은 제 1 파이프와, 분기점(branching point)에서 제 1 파이프에 접속되는 제 2 파이프를 포함한다. 휘어질 수 있는 미세 기계 리드는 분기점에 위치한다. 이러한 리드는 리드의 표면의 일부에의 코팅층의 도포에 의해서 동작한다. 이러한 코팅층은 타겟 물질에 민감하여 리드를 타겟 물질에 노출시키면 리드 내에 힘을 발생시켜서, 리드가 자동으로 휘어지게 하여 분기점의 단면이 액체 흐름 시스템을 통하여 액체 흐름에 영향을 미치는 방식으로 변하도록 한다.
또한, 본 발명은 분자 인식, 화학적 친화도 또는 물리적 특성을 기계적 응답으로 변환하는 시스템에 관한 것이다. 이러한 시스템은 동작 표면을 가지는 적어도 하나의 미세한 구조의 캔틸레버를 포함한다. 이러한 표면은 타겟 물질(분자 인식) 또는 타겟 액체의 물리적 특성에 민감한 코팅층의 도포에 의해서 동작하게 된다. 캔틸레버가 타겟 물질 또는 액체에 노출되는 경우에는 캔틸레버 내의 힘에 의해 자동으로 휘게 된다. 이러한 힘은 캔틸레버의 코팅층과 캔틸레버의 표면 사이에서 발생한다. 즉, 캔틸레버는 분자 인식, 화학적 친화도 또는 물리적 특성을 기계적 응답(운동)으로 변환시킨다. 원상 회복되는 경우에는 캔틸레버는 원래의 위치로 돌아간다. 예를 들면, 이것은 DNA 혼성 센서(DNA hybridization sensor)의 경우에는 고농도의 요소를 주입함으로써, 다른 센서의 경우에는 몇몇 다른 액체를 주입함으로써 행해질 수 있다. 이제 캔틸레버가 타겟 물질 또는 액체에 교번하는 방식으로 노출된다면, 플립플롭 또는 쌍안정 시스템이 구성될 수 있다. 이러한 시스템은 작은 미세 기계적 엔진, 펌프, 컨테이너, 흐름 시스템 등을 구성하는 데에 이용될 수 있다.
본 발명의 장점은 이 시스템들이 매우 민감하며, 대량 생산에 적합하고, 재사용이 가능하다는 점이다. 추가적으로, 본 시스템은 빠른 응답을 나타낸다. 본 발명의 다른 장점은 본 기술 분야의 당업자에게 자명하거나, 명세서에 명시적으로 언급된다.
본 발명은 분자 인식(a molecular recognition), 화학적 친화도(chemical affinity) 또는 물리적 특성(physical property)을 기계적 응답으로 변환하는 새로운 클래스의 캔틸레버 기반 센서 및 시스템(a new class of cantilever-based sensors and systems)에 관한 것이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 아래에 보다 상세히 설명된다. 도면은 실제 축적대로 나타나지 않았음에 주의하여야 한다.
도 1a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 캔틸레버의 단면도,
도 1b는 타겟 물질에 노출된 경우의 본 발명의 제 1 실시예에 따른 캔틸레버의 단면도,
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 액체 흐름 시스템의 단면도,
도 2b는 리드가 타겟 물질에 노출된 경우의 본 발명의 실시예에 따른 액체 흐름 시스템의 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 컨테이너의 단면도,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 어레이 기반 센서 시스템(an array-based sensor system)의 단면도,
도 4d는 도 4a 내지 4c에 나타난 어레이 기반 센서 시스템의 2개의 캔틸레버의 상대 편향을 나타내는 그래프,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 캔틸레버의 단면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 어레이 기반 센서 시스템을 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다른 어레이 기반 센서 시스템을 도시하는 도면,
도 8은 본 발명의 다른 실시예의 블록도.
본 발명의 여러 실시예가 기술되기 전에, 본 발명에 따른 스캐닝 프로브 시스템(scanning probe systems)의 기본적인 요소가 기술된다.
캔틸레버:
캔틸레버는 제작이 용이한 잘 알려진 요소이다. 현존하는 반도체 제조 프로세스가 이용될 수 있다. 본질적으로, 이산 캔틸레버(discrete cantilever) 및 캔틸레버의 어레이(arrays of cantilever)를 생성하는 데에 마이크로머시닝(micromachining) 기술이 이용된다. 이러한 캔틸레버의 치수를 정할 때에 캔틸레버가 형성되는 기판으로 이용되는 재료의 특정 파라미터를 고려하여야 한다. 캔틸레버 또는 캔틸레버 어레이를 적절히 설계할 때에, 이는 비용이 저렴하지만 생산량이 많은 일괄 처리(batch processing)에 의해서 대량 생산될 수 있다.
통상적으로, 캔틸레버는 실리콘 기판의 일부를 에칭 제거함으로써 만들어진다. 이러한 기판은 통상적으로 (100) 또는 (111)의 결정면을 갖는다. (100) 결정면의 실리콘은, 예를 들면 에틸 디아민 피로카테콜(ethyl diamine pyrocatechol) 또는 KOH 용액을 이용하여 습식 에칭된다. 습식 에칭 기술은 통상적으로 기판의 결정학적 방위(crystallographic orientation)에 의존한다. 즉, (100) 결정면의 실리콘은 (111) 평면의 매우 낮은 에칭 레이트를 나타내어, (100)으로부터 54.7°의 각을 가지는 잘 규정된 에칭 평면을 생성하는 (111)축을 따라 양호한 에칭 정지부를 초래한다. 다른 접근법은, 예를 들면 반응 이온 빔 에칭(reactive-ion beam etching(RIE)), 화학 보조 이온 빔 에칭(chemically assisted ion beam etching), 마이크로웨이브 보조 플라즈마 에칭(microwave assisted plasma etching) 또는 유도성으로 결합 플라즈마 에칭(inductively coupled plasma etching)과 같은 건식 에칭 기술을 이용하는 것이다. 프로세스 조건에 따라 깊은, 이방성 또는 등방성 구조가 획득되어 뛰어난 치수 제어가 이루어질 수 있다. 에칭될 구조물을 규정하는 데에 마스크가 이용될 수 있다.
유사하게, 집속 이온 빔 밀링 기술(focused ion beam milling technique)을 이용하여 캔틸레버가 제조되거나 변경될 수 있다. 이 기술에서, 미리 제조된 캔틸레버는 예를 들면 2.3*10-6mbar의 기저 압력(a base pressure)에서 진공 챔버 내에 밀봉된다. 이온 소스(an ion source)로부터, 갈륨(Ga) 이온이 고전압(10 내지 30kV)에 의해 가속되어 타겟에 집속된다. 타겟 지점에서 재료를 침식시키는 데에12 내지 12,000㎀의 전류가 사용된다. 프로세스의 효율은, 예컨대 염화물 분자의 스트림(a stream of chloride molecules)을 타겟 영역으로 보냄으로써 향상될 수 있다. 집속된 이온 빔 밀링(focused ion beam milling)을 위한 장치는 상업적으로 얻을 수 있다.
집속된 이온 빔 밀링은 통상적인 캔틸레버를 변형하는 데에도 이용될 수 있다. 예를 들면, 보다 작은 캔틸레버 또는 통상적인 캔틸레버의 캔틸레버 어레이를 형성하는 것이 가능하다.
사용된 캔틸레버는 상기 언급된 기술을 이용하여 소정의 형태를 가지도록 제조될 수 있다. 캔틸레버의 세로축에 수직인 단면의 형태는, 예컨대 직사각형, 원형, 타원형 또는 다각형일 수 있다.
IEEE Transactions on Electronic Devices, Vol. ED25, No.10, 1978, pp. 1241 - 1249에 게재된, K. E. Petersen에 의한 "Dynamic Micromechanics on Silicon : Techniques and Devices"에서 보고된 바와 같이, 갈륨 비소(gallium arsenide)와 같은 다른 반도전성 물질 또한 캔틸레버의 제조에 적합하다. 실리콘 질화물(SiNx) 또한 적합하다.
편향 센서:
캔틸레버의 편향/휘어짐을 검출하기 위하여 편향 센서가 이용된다. 캔틸레버의 편향은 통상적으로 광학 또는 압저항성 편향 센서(optical or piezoresistivedeflection sensors)를 이용하여 검출된다.
예를 들면, 압저항성 저항이 캔틸레버 암(cantilever arm)의 고정 단부에 내장될 수 있다. 캔틸레버 암의 자유 단부의 편향은 캔틸레버를 따라 스트레스를 발생시킨다. 이러한 스트레스는 캔틸레버의 기저부에서 캔틸레버의 편향에 비례하여 압저항성 저항의 저항값을 변화시킨다. 압저항성 저항의 저항값을 측정하여 캔틸레버 암의 편향에 상응하는 신호를 생성하기 위하여 저항값 측정 장치가 압저항성 저항에 결합된다. 1995년 9월 1일에 출원된 동시 계류중인 특허 출원 PCT/IB95/00724에서 처음 설명된 바와 같이, 이러한 압저항성 검출기는 캔틸레버의 고정 단부에서 압축적으로 형성되어 보다 강한 스트레스에도 견딜 수 있다.
광학 편향 센서는, 예를 들면 레이저 다이오드와 같은 광원 및 광 검출기를 포함한다. 광원에 의해서 방출된 광은 캔틸레버 상으로 보내어지며, 광 다이오드는 반사된 광이 광 다이오드에 의해서 집속되도록 배열된다. 캔틸레버의 편향은 광 빔의 변화된 편향을 야기한다. 이러한 편향에 있어서의 변화는 상기 광 다이오드에 의해서 검출될 수 있으며, 분석되어 캔틸레버의 변위양에 관한 정보를 획득할 수 있다.
모든 검출 방식이 본 발명에 이용될 수 있다.
검출기 회로:
검출 회로, 전치 증폭기 및 적절한 배선을 포함하는 소정의 수단이 제공될 수 있다. 이러한 수단을 만들기 위하여, 반도체 및 고체 상태의 산업에 공통적인현재의 툴 및 프로세스를 이용할 수 있다. 구체적인 응용에 따라, 짧은 상호 접속부, 빠른 속도 및 감소된 전력 소비를 획득하기 위하여 소형화가 불가피한 경우도 있다. 검출 회로의 일부 또는 전부가 캔틸레버 칩 내에 집적될 수도 있다.
편향 센서는 검출기 회로와 함께 검출기 유닛으로 불린다. 검출기 유닛은 데이터 획득 및 분석을 제공한다.
본 발명의 모든 실시예는 공통적으로 액체에서 생/화학적 센서로 동작하도록 구성된 적어도 하나의 미세 구조의 캔틸레버 또는 멤브레인(membrane)을 포함한다.
이제 본 발명은 제 1 실시예와 관련하여 기술된다. 이 실시예는 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있다. 캔틸레버 구조물(10)은 캔틸레버(11) 및 마운팅 베이스(a mounting base)(13)를 포함한다. 마운팅 베이스(13)는 통상적으로 캔틸레버 홀더(a cantilever holder)(도시되지 않음)에 의해서 수반된다.
각각의 캔틸레버(11)는 전측(front-side)(14) 및 후측(back-side)(15)으로 불리는 2개의 주요 표면을 가진다. 본 실시예에서, 캔틸레버의 전측(14)은 코팅층(12)에 의해서 피복된다. 캔틸레버(11)는 코팅층(12)의 도포에 의해서 개별적으로 동작된다. 간단하게 하기 위하여, 코팅층(12)은 전측(14) 전부를 피복하는 것으로 도시되고 있다. 캔틸레버의 전측(14) 또는 후측(15)의 일부에만 코팅층을 도포하는 것도 유용하다. 구체적인 코팅층(12)- 단일 층 또는 몇몇 층의 결합일 수 있음-은 물리적 프로세스 또는 생/화학적 반응을 미세 기계적응답(휘어짐(bending))으로 변환시킨다.
통상적으로, 상기 기술된 바와 같은 미세 구조의 캔틸레버 또는 멤브레인은 전측과 후측의 2개의 상이한 표면을 포함하는데, 이들은 모두 타겟 물질 또는 타겟 액체에 노출되거나, 또는 단지 하나의 표면만이 타겟 물질 또는 액체에 노출되는 경우에 상이한 친화력을 가지거나 상이하게 상호 작용한다. 캔틸레버 또는 멤브레인의 한 표면은 애널라이트(analyte)의 선택에 따라, 예를 들면 단백질(항원-항체, 수용체-리간드, 효소), 올리고뉴클레오티드(oligonucleotides), 자체 조합된 단층(self assembled monolayers)(티올(thiols)), 중합층, 셀 또는 미생물에 의해서 개별적으로 동작되어야 한다.
캔틸레버 또는 멤브레인은 (1) 캔틸레버 또는 멤브레인을 선택된 액체로 충진된 미세 유동체 네트워크(microfluidic network)의 작은 컨테이너 또는 채널 내에 도입하거나, (2) 캔틸레버 또는 멤브레인의 표면에 코팅층을 증발시키거나 도포함으로써 동작될 수 있다.
미세구조의 캔틸레버(10)가 타겟 물질에 노출되는 경우에는 도 1b에 도시된 바와 같이 캔틸레버(11)를 아래로, 또는 위로(도시되지 않음) 휘어지게 하는 힘이 발생된다. 열 효과(thermal effect), 표면 또는 계면 스트레스 생성, 정전기적 상호작용, 입체 또는 용매화 효과, 캔틸레버상의 재료의 탄력성의 증대 또는 변경을 초래하는 분자 또는 셀 구조의 변경과 같은 메카니즘 또는 이들 메카니즘의 결합은 캔틸레버를 휘어지게 할 수 있다.
미세 구조의 캔틸레버(10)는 수동 디바이스임에 주의하여야 한다. 굽힘힘(bending force)을 발생시키는 데에 액츄에이터(actuator), 여기(excitation) 수단 또는 다른 수단이 요구되지 않는다. 적절한 코팅층(12)의 도포에 의해서 타겟 물질에 노출되는 경우에 캔틸레버는 자동으로 휜다. 본 발명에 따르면, 동적인 (공진) 동작보다는 정적인 휘어짐(static bending)이 검출된다.
미세 구조의 캔틸레버 또는 멤브레인은 이들이
- 온도, 굴절률, 이온 농도 또는 pH와 같은 액체의 물리적 파라미터(본 명세서에서는 특성으로 불림)와,
- 액체내의, 특히 분자 인식 또는 캔틸레버 코팅층상의 파트너(partner)와의 생체 분자의 결합에 의한 기판 또는 재료(본 명세서에서는 타겟 물질로 불림)의 존재와,
- 표면 전하 또는 소수성(hydrophobicity), 흡수 프로세스, 자체 조합된 단층 또는 생체 분자의 pK 값, 표면상의 분자의 조직의 변화 또는 상이한 환경에의 셀의 응답과 같은 캔틸레버 상의 재료의 물리적 또는 화학적 특성 또는 캔틸레버와의 상호 작용
에 반응하거나, 이를 검출하거나 또는 이를 모니터링하도록 기능화될 수 있다.
코팅층과 타겟 물질 사이의 상호 작용에 의해서 야기되는 미세 구조의 캔틸레버 또는 멤브레인의 휘어짐(bending)은 미세 제조된 도어(door) 또는 리드(lid)를 개방하거나, 미세 유체 시스템의 밸브(valve)를 트리거(trigger)하는 데에 이용될 수 있다. 이것은, 예컨대 혈당의 정해진 값에서 개폐하거나 항체 또는 바이러스의 존재 시에 개폐하는 의약 물질의 "지능형(intelligent)" 창고(depot)를 생성하는 것을 가능하게 한다. 본 발명의 제 2 실시예는 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있다. 이 실시예는 액체 흐름 시스템(20)내에서 미세 구조의 캔틸레버(21)의 사용을 설명한다. 본 실시예에서, 미세 제조된 캔틸레버(21)는 액체 흐름 시스템(20)내에서 일종의 스위치의 역할을 한다. 액체 흐름 시스템(20)은 제 1 파이프(22) 및 제 2 파이프(23)를 포함한다. 제 2 파이프(23)는 제 1 파이프(22)제 1 파이프(22)에 접속된다. 제 1 파이프(22)와 제 2 파이프(23)의 교차점은 분기점으로 불린다. 미세 제조된 캔틸레버(21)는 제 1 파이프(23)를 폐쇄하도록 배열된다. 이 상태에서(도 2a 참조), 액체 F1은 파이프(22)의 좌측에서 우측으로 관통하여 흐른다. 제 2 파이프의 입구가 캔틸레버(21)에 의해서 덮이거나 폐쇄되므로, 액체가 제 2 파이프(23)에 진입하지 않는다.
캔틸레버(21)는 휘어질 수 있다. 그 표면 중 하나(전측 또는 후측 중 하나)는 적절한 코팅층(도 2a 및 도 2b에 도시되지 않음)의 도포에 의해서 동작된다. 이러한 코팅층은 액체 F1에 포함된 타겟 물질에 민감하다. 액체 F1에 타겟 물질이 추가된다고 가정하면, 도 2b에 도시된 바와 같이 캔틸레버(21)는 휜다. 캔틸레버(21)가 휘게되면 제 2 파이프(23)가 개방된다. 이제 액체 F1의 소정의 퍼센트가 제 1 파이프(21)로부터 제 2 파이프(23)로 흐른다. 즉, 캔틸레버는 2개의 파이프 사이의 스위치로 작용한다. 캔틸레버를 타겟 물질에 노출시키면, 분기점에서의 단면이 흐름 시스템(20)의 액체 흐름에 영향을 미치는 방식으로 변화하도록 캔틸레버를 자동으로 휘게 하는 힘이 발생된다. 타겟 물질이 액체 F1내에 포함되는 동안에는 제 2 파이프(23)가 개방된 상태로 남음에 주의하여야 한다. F1내에 더 이상의 타겟 물질이 존재하지 않거나, 그 농도가 편향 임계치 아래로 떨어지는 경우에는, 캔티레버(21)는 원래의 위치로 복귀하여 제 2 파이프가 다시 폐쇄된다.
다른 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 컨테이너 시스템(30)의 단면이 도 3에 도시되어 있다. 컨테이너는 벽(walls)(32)과 리드(a lid)(31)를 포함한다. 미세 구조의 캔틸레버는 리드(31)의 역할을 한다. 리드의 한 표면(전측 또는 후측 중 하나)은 적절한 코팅층을 피복함으로써(도 3에 도시되지 않음) 타겟 물질에 민감해 지거나 타겟 액체의 소정의 특징에 민감해 지도록 동작한다. 본 실시예에서는 캔틸레버가 컨테이터(30) 외부의 액체 F2와 컨테이터 내부의 액체 F3 사이의 pH의 차이에 민감한 방식으로 피복된다고 가정한다. 이러한 액체 F3은 의약 물질(예를 들면, 약품(a drug))을 포함할 수 있다. 이제 캔틸레버가 전측(액체 F2를 면하는 표면) 및 그 후측(액체 F3을 면하는 표면)에서 pH의 차이를 검출한다면, 캔틸레버(31)를 휘게 하는 힘이 발생된다. 캔틸레버(31)가 휘어지는 것은 도시되지 않았다. 캔틸레버가 휘어짐으로써, 컨테이너(30)가 개방되어, 액체 F2와 F3 사이의 교환/혼합이 발생한다. 그 결과, pH 차이가 없어지고, 컨테이너(30)는 다시 폐쇄된다. 액체 F3의 일부는 액체 F2 내에 유입된다. 예컨대, 이러한 효과는 소량의 의약 물질을 혈액 내에 유입시키는 데에 이용될 수 있다.
이제 적어도 2개의 캔틸레버가 이용되는 몇몇 실시예가 기술될 것이다.
이러한 어레이는 적어도 2개의 캔틸레버를 포함하는데, 이중 하나는 불활성 기준(an inert reference)으로 작용하며, 다른 하나는 센싱 캔틸레버(a sensingcantilever)로 작용한다. 양 캔틸레버는 모두 애널라이트(analyte)의 선택에 따라, 즉 단백질(항원-항체, 수용체-리간드, 효소), 올리고뉴클레오티드, 자체 조합된 단층(티올), 중합층, 셀 또는 미생물에 의해서 개별적으로 기능화될 수 있다. 이것은 선택된 액체로 충진된 미세 액체 네트워크의 작은 컨테이너 또는 채널 내에 캔틸레버를 평행하게 도입함으로써 수행될 수 있다. 캔틸레버의 휘어짐은 병렬적으로, 예를 들면 VCSEL(수직 공동 표면 방사 레이저(vertical cavity surface emitting laser))의 어레이와 같은 멀티플렉싱된 광원을 이용하는 광학 빔 편향법에 의해서 판독된다. 코팅층의 도포에 앞서 동일한 물리적 특성을 가지는 상응하는 캔틸레버 쌍이 존재하는 것이 중요하다. 이상적으로, 캔틸레버는 동일한 제조 단계를 이용하여 동시에 만들어진다.
캔틸레버 어레이 기반 시스템은 액체에서 이용되는 생/화학적 센서 시스템으로서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 센서 시스템은 캔틸레버 표면상의 단백질 흡수, 용액의 pH 변화 및 정적인 캔틸레버 휘어짐에 의한 분자 인식을 검출하는 데에 이용될 수 있다. 변형된 상업용 AFM 헤드 및 액체 셀이 센서 시스템을 구성하는 데에 이용될 수 있다. 센서 시스템(40)의 예가 도 4a 내지 4d에 도시되어 있다. 본 센서 시스템(40)은 기준 액체 내에 단일 스트랜드 DNA 스트랜드(a single stranded DNA(ssDNA) strand)(타겟 물질로 불림)를 검출하도록 설계되어 있다. 시스템(40)은 제 1 코팅층을 측정 캔틸레버의 한 표면에 도포함으로써 동작하는 측정 캔틸레버(41)를 포함한다. 본 실시예에서, 제 1 코팅층은 캔틸레버(41)의 전측(상부 표면)에 도포된다. 이러한 제 1 코팅층은 특정한 상보적인 DNA 스트랜드(aparticular complementary DNA strand)(타겟 DNA 스트랜드)에 민감하다. 기준 캔틸레버(42)는 그 상보 표면상에 기준 코팅층을 포함한다. 이러한 기준 코팅층은 제 1 코팅층보다 타겟 DNA 스트랜드에 덜 민감하다. 측정 캔틸레버(41) 및 기준 캔틸레버(42)를 기준 단계에서는 기준 액체에 노출시키고, 검출 단계에서는 타겟 물질을 가지는 기준 액체에 노출시키기 위하여, 양 캔틸레버는 모두 캔틸레버 홀더(a cantilever holder)(43)에 접속된다. 양 캔틸레버가 모두 그들의 기능화를 제외하고는 동일하여야 하는 점은 중요하다. 더욱이, 센서 시스템(40)은 기준 단계 및 검출 단계 동안에 측정 캔틸레버(41)와 기준 캔틸레버(42)의 편향의 차이를 결정하는 검출기 유닛(도 4a 내지 도 4c에 도시되지 않음)을 포함한다. 캔틸레버(41 및 42)의 휘어짐은 2개의 멀티플렉싱된 VCSEL 및 하나의 선형 위치 반응 검출기(linear position sensitive detector)를 포함하는 광학적 판독 기술에 의해서 검출될 수 있다.
여기서, 양 캔틸레버(41 및 42)는 소위 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)라고 불리는 단일 스트랜드 DNA의 짧은 스트랜드에 의해서 기능화되어 5'의 단부에서 티올 그룹(a thiol group)에 의해서 변형된다. 하나의 캔틸레버는 12mer 올리고뉴클레오티드에 의해서 피복되고, 다른 캔틸레버는 16mer 올리고뉴클레오티드에 의해서 피복되며, 이들 모두는 상이한 시퀀스로 피복되어 캔틸레버 표면은 동일한 물리적 특성을 나타내며 기본 시퀀스, 올리고뉴클레오티드의 유전 정보만이 다를 뿐이다. 12mer 캔틸레버는 16mer 캔틸레버를 위한 기준 캔틸레버의 역할을 할 수 있으며, 그 역 또한 성립한다.
센서 시스템(40)은 2개의 캔틸레버(41 및 42)가 기준 액체 및 타겟 물질에 노출되는 것을 가능하게 하는 액체 셀을 더 포함한다. 올리고뉴클레오티드의 상보적인 스트랜드를 액체 셀 내에 주입함으로써, 혼성화(hybridization)라고 불리는 염기쌍(base pairing)이 발생하여 상보적인 스트랜드는 정합 시퀀스(matching sequence)에 따라 캔틸레버(41)에 결합한다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 캔틸레버(41)는 혼성화가 발생하는 측으로부터 휜다. 2개의 캔틸레버(41 및 42)간의 휘어짐에 있어서의 차(여기서는 12mer 기능화 캔틸레버로부터의 휘어질 때의 신호 마이너스(minus) 16mer 캔틸레버로부터의 신호)가 검출되어 검출기 유닛에 의해서 기록된다.
도 4b에서, 먼저 상보적 12mer 올리고(oligo)가 주입되며, 검출 유닛의 출력 신호가 상승한다(도 4d 참조). 그런 다음, 기준 액체로 제거한 후에, 상보적 16mer가 주입되어 캔틸레버(42) 또한 아래로 휘어진다(도 4d 참조). 2개의 캔틸레버(41 및 42) 사이의 상대적 편향, 즉 휘어짐에 있어서의 차이가 도 4d에 도시되어 있다. 이러한 차 신호는 검출기 유닛의 출력 신호이다. 상기 기술된 검출기 시스템은 분자, 예를 들면 DNA와 같은 생체 분자의 인식을 가능하게 한다.
단일 스트랜드 DNA(ssDNA)의 인식을 위하여, 실리콘 캔틸레버 어레이가 매우 적합하다. 개별적인 캔틸레버의 전형적인 치수는 0.1 마이크론과 10 마이크론 사이의 두께, 50 마이크론과 1000 마이크론 사이의 길이 및 10 마이크론과 500 마이크론 사이의 폭이다. DNA 스트랜드의 인식에 매우 적합한 것은 캔틸레버 표면(47)으로부터 소위 올리고뉴클레오티드라고 불리는 단일 스트랜드 DNA(46)의 티올 변형쇼트 스트랜드(thiol-modified short strands of single-stranded DNA)가 캔틸레버(41)에 연결되도록 하는 금속층(44)(예를 들면, 금층(a gold layer))을 포함하는 도 5에 도시되어 있는 계층형 코팅층(a layered coating)이다. 단일 스트랜드 DNA의 베이스(base)(47)는 혼성화 프로세스 동안에 자신의 상보적인 DNA 스트랜드(49)의 염(50)과 함께 염기쌍을 형성한다.
센서 시스템(40)은 정적인 캔틸레버의 휘어짐에 의해서 분자 인식을 모니터링하는 것을 가능하게 한다. 본 실시예에서, 캔틸레버의 휘어짐은 상보적인 올리고뉴클레오티드에 의존한다. 현재 셋업(setup)에서, 감도는 전체 표면 덮힘률(a complete surface coverage)에 해당하는 109분자 보다 양호하다. 시변 휨 신호(time dependent bending signal)는 Langmuir 흡착 운동(a Langmuir adsorption kinetic)에 의해서 조절될 수 있다. 또한, 시스템(40)은 길이는 동일하지만, 상이한 염기 서열을 가지는 스트랜드(strand)를 검출할 수 있으며, 단일 염기 부정합까지도 검출할 수 있다. 이것은 잡종화에 의한 시퀀싱(sequencing)에 의한 (변이 분석(mutation analysis), 단일 뉴클레이티드 다형성(single nucleotide polymorphism)과 같은)유전적인 변형의 검출을 가능하게 한다.
염기 쌍은, 예를 들면 고농도의 요소를 액체 셀 내에 주입함으로써 화학적으로 깨어질 수 있다. 그런 다음, 실험은 동일한 센서 시스템(40)으로 반복될 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, Si 캔틸레버의 한 측은 금속층에 의해서 피복된다.이 층의 두께는 1㎚에서 500㎚ 사이에 존재한다. 광학 판독(optical readout)에 대한 자신의 반사력(reflectivity)을 증가시키기 위하여 20㎚의 두께를 가지는 금속층이 적합하다. 금속층은, 예를 들어 전자 빔 증발(electron beam evaporation)에 의해서 도포될 수 있다. 다른 층은, 예를 들어 캔틸레버 상에 스프레이 코팅될 수 있다.
양 캔틸레버 모두의 각각의 측은 티올(thiol-) 또는 실란(silane) 화학 반응에 의해서 개별적으로 기능화될 수 있다. 2개 이상의 캔틸레버를 병렬로 이용함으로써, 캔틸레버 중 하나가 기준으로 동작될 수 있다. 이것은 액체에서의 캔틸레버의 정적 편향을 측정하는 데에 특히 중요한데, 이는 액체의 온도 및 (예를 들면, pH 또는 이온 농도에 따른)굴절률의 작은 변화가 신호에 상당히 영향을 미치기 때문이다(예를 들면, ℃ 당 100㎚, 또는 pH 유닛 당 10㎚의 편향). 이들 효과는 특정 감광 캔틸레버와 비활성 기준 캔틸레버 사이의 차동 신호를 평가함으로써 상쇄될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c에 도시된 시스템은 RNA를 검출하거나 인식하는 데에도 이용될 수 있다.
다른 실시예에서, 이제는 1개의 캔틸레버가 불활성 알킬티올(an inert alkylthiol)(CH3)에 의해서 기능화되고, 다른 캔틸레버는 용액(0.1M 인산염 버퍼)의 pH에 기인하여 양성자가 첨가되거나 양성자가 제거될 수 있는 카르복시티올(COOH)에 의해서 기능화된다. 낮은 pH에서, COOH가 제거된 캔틸레버 표면(COOH-terminated cantilever surface)은 하전되지 않지만(uncharged), 보다 많은 양성자가 제거된 COO-그룹이 보다 높은 pH에서 생성됨에 따라 음으로 충전된다. 이것은 충전된 티올층으로부터 캔틸레버를 휘도록 한다. 이러한 센서 시스템은 미세하게 제조된 고감도의 국부 pH 미터(pH-meter)로 이용될 수 있다. 휘어짐 신호(bending signal)는 고정된 티올층(thiollayer)에 대하여 캔틸레버 표면상의 감소된 카르복시 그룹에 따라 감소된다. 카르복시티올 피복된 캔틸레버(carboxythiol-covered cantilever)의 휘어짐은 용액에 이온을 추가함으로써 증가된다. 이것은 반대 이온(counter ions)에 의한 정전기적 반발력 및 표면 전하의 스크리닝(screening)이 유일한 이유가 캔틸레버의 휘어짐이 아님을 나타낸다.
다른 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 센서 시스템(60)은 7개의 측정 캔틸레버(A 내지 G)의 어레이 및 7개의 반대 기준 캔틸레버(A' 내지 G')를 포함한다. 캔틸레버 홀더(cantilever holder)의 역할을 하는 어레이의 마운팅 베이스(mounting base)(61)는 액체의 흐름 F4를 인도하는 채널(channel)을 제공하도록 구성된다. 액체 F4는 모든 캔틸레버가 액체에 노출되는 방식으로 채널(62)을 따라 흐른다. 본 경우에, 각각의 캔틸레버는 검출 회로에 판독 신호를 제공하는 압전 검출기(piezoelectric detector)를 포함한다. 검출 회로는 각각의 캔틸레버로부터 신호를 수신하여 7개의 출력 신호를 생성한다. 이들 7개의 신호는 캔틸레버 쌍 A-A', B-B', ..., G-G'에 의해서 제공된 신호들의 차신호이다. 검출 회로는 7개의 출력 신호의 순차적인 처리를 위해 컴퓨터 시스템에 접속될 수 있다.
2개의 캔틸레버(71,72) 및 전형적인 검출 유닛을 가지는 센서 시스템의 블록도가 도 7에 도시되어 있다. 본 실시예에서는 캔틸레버(71(72)) 당 1개의 광학 편향 센서 시스템(73(74))이 존재한다. 이러한 각각의 편향 센서 시스템(73(74))은, 예를 들어 레이저 다이오드와 같은 광원(75(76)) 및 광검출기(77(78))를 포함한다. 광원(75(76))에 의해서 방출된 광(79(80))은 캔틸레버(71(72)) 상에 보내어지고, 광다이오드(77(78))는 반사된 광(81(82))이 광다이오드에 의해서 수집되도록 배열된다. 캔틸레버(71(72))의 편향은 광 빔(81(82))의 편향이 변경되도록 한다. 편향에 있어서의 이러한 변화는 출력 신호 OUT1(OUT2)을 생성하는 상기 광다이오드(77(78))에 의해서 검출될 수 있다. 이들 출력 신호 OUT1 및 OUT2(광전류)는 유닛(83)에 의해서 분석되어 2개의 캔틸레버(71 및 72)의 상대적 변위량에 관한 정보를 획득한다.
유닛(83)은 광다이오드(77,78)의 광전류가 수신되는 2개의 입력(84,85)을 가진다. 블록(86 및 87)은 광전류를 전압(88,89)으로 변형한다. 구성 블록(90)은 2개의 전압 사이의 차를 생성한다. 선택적인 증폭기(91)가 이용되어 차신호(92)를 증폭한다. 본 예에서, 결과적인 신호(93)는 인터페이스 카드(94)에 공급되며, 이 인터페이스 카드를 통하여 유닛(83)이 컴퓨터에 접속된다(도시되지 않음). 컴퓨터는 추가적인 처리에서 결과적인 신호를 기록한다. 편향 센서 시스템(73,74)과, 유닛(83) 및/또는 컴퓨터 사이에 피드백 루프가 존재할 수도 있다. 여기서 편향 센서 시스템(73 및 74)은 유닛(83)과 함께 검출 유닛으로 불린다.
본 발명의 다른 실시예가 도 8에 도시되어 있다. 이 도면은 캔틸레버 어레이(102)를 수용하는 액체 셀(101)을 가지는 센서 시스템(100)의 도식적인 셋업(setup)을 도시한다. 액체 셀(101)은 입력(112) 및 출력(113)을 가진다. 시스템의 검출기 유닛은 시다중화법(a time-multiplexing scheme)을 통하여 광원(본 실시예에서는 VCSEL 어레이)(104)을 스위칭 온 및 스위칭 오프하는 획득 및 제어 유닛(ADC)(103)을 포함한다. 전형적인 VCSEL은 760㎚의 파장 및 약 0.1㎽의 출력 전력을 가진다. 레이저 광(105)은 0.1 내지 1초 사이의 레이트에서 멀티플렉싱될 수 있다. VCSEL 어레이(104)로부터의 레이저 광(105)은 포커싱 옵틱(focusing optics)을 통하여 어레이(102)의 캔틸레버(106,107)의 에이펙스(apex)로 보내어지며, 그런 다음 반사되어 선형 위치 감지 검출기(PSD)(108)에 의해서 집속된다. 이러한 PSD(108)는 각각의 캔틸레버(107 및 106)를 위한 광전류 y1 및 y2를 생성한다. 반대 전극으로부터의 광전류 y1 및 y2는 I-V 변환기(109)에 의해서 전압으로 변환된다. 그런 다음, 출력 전압 V1 및 V2는 증폭기(110)에 의해서 증폭된다(증폭 인자 G). 그런 다음, 획득 및 제어 유닛(103)은 증폭기의 출력 신호 k(t)를 처리한다. ADC(103)는, 예를 들어 디지털 출력 신호 m을 생성하기 위하여 아날로그 디지털 변환기를 포함할 수 있다. 그런 다음, 신호 m은 퍼스널 컴퓨터(PC)(111)로 보내어 져서, 예를 들면 신호가 처리되거나 기록될 수 있다. 기록된 정보의 처리는 퍼스털 컴퓨터(111)상에서 오프 라인에서 수행될 수 있다.
기능화된/민감화된 캔틸레버 어레이는 적어도 10번 재사용할 수 있으며, 사용 전에 적어도 7일 동안 저장될 수 있다.
장차, 어레이 당 캔틸레버의 수는 증가될 수 있으며, 그리고/또는 2차원 캔틸레버 어레이 대신에 3차원 캔틸레버 어레이가 이용될 수 있다. 더욱이, 캔틸레버는 더 소형화될 수 있다. 이것은 새로운 클래스의 나노미케니컬 DNA 칩(nanomechanical DNA)과 이러한 칩들의 애플리케이션을 가능하게 한다. 본 실시예는 (예를 들면, 형광단(fluorophores)에 의한)레이블링(labeling)을 요구하는 공지된 인식 구조에 대하여 명백한 장점을 가진다. 본 발명에 따른면, 생체 분자가 캔틸레버의 정적인 휘어짐을 통해서 검출되기 때문에 레이블링이 요구되지 않는다.
검축기 유닛은 차동 신호가 기록되는 것을 가능하게 할 수 있다. 2개의 캔틸레버로부터의 차동 신호가 측정되어 기생 신호 또는, 예를 들면 온도 변화를 통한 휘어짐과 같은, 굴절율 변화로부터의 배경 신호, 또는 캔틸레버의 동일한 표면상에서 발생하는 반응 및 흡수를 없앤다.
본 발명에 따른 캔틸레버 어레이는 "생체 분자 트위저(biomolecular tweezer)"의 종류로 이용될 수 있다. 생체 분자, 특히 긴 DNA 스트랜드의 생체 분자는 캔틸레버의 휘어짐에 의해서 검출될 수 있으며, 나중에 캔틸레버는 어레이로부터 끊길 수 있다. 분자는 표면상의 그들의 결합 파트너로부터 제거될 수 있으며, 생화학적 방법에 의해서 더 분석될 수 있다.
실시 세부 사항에 의해서, 본 발명의 접근 방법은 분자, 셀, 바이러스, 박테리아, 미세 조직, 원자, 이온, 양자 및 가능하게는 전자의 검출을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 시스템은 프로세스 및 품질 제어, 의학 분석을 위한 이용가능한 바이오센싱, 향기 디자인, 오에놀러지(oenology) 및 액체 분석을 위한 센싱 디바이스에 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 센서 시스템은 pH 미터를 구성하는 데에 이용될 수 있다. 이 경우에, 측정 캔틸레버는 pH 감지 코팅층을 포함할 것이며, 기준 캔틸레버는 pH 비감지 코팅층을 포함할 것이다.
본 명세서에 기술된 시스템은 생체 외부 및 생체 내부에서 이용될 수 있다.

Claims (22)

  1. 기준 액체 내에서 타겟 물질(a target substance)을 검출하는 센서 시스템(sensor system)(70)에 있어서,
    측정 캔틸레버(cantilever)의 표면 중 하나에 제 1 코팅층- 상기 제 1 코팅층은 상기 타겟 물질에 민감함 -을 도포함으로써 동작되는 측정 캔틸레버(71)와,
    기준 캔틸레버의 표면 중 하나에 기준 코팅층- 상기 기준 코팅층은 상기 제 1 코팅층보다 상기 타겟 물질에 덜 민감함-을 가지는 기준 캔틸레버(72)와,
    상기 측정 캔틸레버(71) 및 상기 기준 캔틸레버(72)를 기준 단계에서는 상기 기준 액체에 노출시키고, 검출 단계에서는 상기 타겟 물질을 가지는 상기 기준 액체에 노출시키는 캔틸레버 홀더(a cantilever holder)(95)와,
    상기 기준 단계 및 상기 검출 단계 동안에 상기 측정 캔틸레버(71)와 상기 기준 캔틸레버(72)의 편향의 차이를 결정하는 검출기 유닛(a detector unit)(73,74,83)
    를 포함하는 센서 시스템.
  2. 타겟 액체의 특성을 검출하는 센서 시스템에 있어서,
    측정 캔틸레버 표면 중 하나에 제 1 코팅층- 상기 제 1 코팅층은 상기 타겟 액체의 특성에 민감함 -을 도포함으로써 동작되는 측정 캔틸레버와,
    기준 캔틸레버의 표면중 하나 상에 기준 코팅층- 상기 기준 코팅층은 상기 제 1 코팅층보다 상기 타겟 액체의 특성에 덜 민감함 -을 가지는 기준 캔틸레버와,
    상기 타겟 액체의 특성이 변화하는 동안에 상기 측정 캔틸레버 및 상기 기준 캔틸레버를 상기 타겟 액체에 노출시키는 캔틸레버 홀더와,
    상기 타겟 액체의 특성이 변화하는 동안에 상기 측정 캔틸레버와 상기 기준 캔틸레버의 편향의 차이를 결정하는 검출기 유닛
    을 포함하는 센서 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 코팅층은 2개 이상의 층을 포함하는 센서 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 코팅층은 금속층을 포함하는 센서 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅층은 단일 스트랜드 DNA 또는 RNA(single stranded DNA or RNA)를 포함하는 센서 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅층은 올리고뉴클레오티드(oligonucleotides)를 포함하는 센서 시스템.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 측정 캔틸레버 및 상기 기준 캔틸레버는 티올 화학제(thiol-chemistry) 또는 실란 화학제(silane chemistry) 중 하나에 의해서 개별적으로 동작하는 센서 시스템.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 검출기 유닛은 광학적 검출 시스템 또는 압저항성 검출 시스템(piezoresistive detection system)을 포함하는 센서 시스템.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 검출기 유닛은 상기 측정 캔틸레버 및 상기 기준 캔틸레버의 정적 편향을 측정하도록 설계되는 센서 시스템.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 측정 캔틸레버는 pH 민감 코팅층을 포함하고, 상기 기준 캔틸레버는 pH 비민감 코팅층을 포함하는 센서 시스템.
  11. 청구항 10에 따른 센서 시스템을 포함하는 pH 미터(pH-meter).
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟 물질은 특정 원자, 또는 특정 분자, 또는 특정 셀, 또는 특정 바이러스, 또는 특정 박테리아, 또는 특정 미세조직인 센서 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟 물질은 생체 분자인 센서 시스템.
  14. 측정 캔틸레버의 표면 중 하나에 제 1 코팅층- 상기 제 1 코팅층은 타겟 물질에 민감함 -을 도포함으로써 동작되는 측정 캔틸레버 및 기준 캔틸레버의 표면중 하나에 기준 코팅층- 상기 기준 코팅층은 상기 제 1 코팅층보다 상기 타겟 물질에 덜 민감함 -을 가지는 기준 캔틸레버에 의해서 기준 액체 내의 타겟 물질을 검출하는 방법에 있어서,
    ① 상기 측정 캔티레버 및 상기 기준 캔틸레버를 상기 기준 액체에 노출시키는 단계와,
    ② 상기 측정 캔틸레버 및 상기 기준 캔틸레버의 편향을 측정하는 단계와,
    ③ 상기 측정 캔틸레버 및 상기 기준 캔틸레버를 상기 타겟 물질을 가지는 상기 기준 액체에 노출시키는 단계와,
    ④ 상기 측정 캔틸레버 및 상기 기준 캔틸레버의 편향을 측정하는 단계와,
    ⑤ 상기 단계 ①과 상기 단계 ③ 사이의 편향의 차이를 결정하는 단계
    를 포함하는 타겟 물질 검출 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 단계 ③은 상기 단계 ①에 앞서 수행되는 타겟 물질 검출 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 단계 ①은 시스템 셋업(setup) 또는 초기화 동안 수행되는 타겟 물질 검출 방법.
  17. 휘어질 수 있는 미세기계적 리드(micromechanical lid)(31)를 포함하는 컨테이너(container)(30)에 있어서,
    상기 리드(31)는, 상기 리드(31)가 휘어지는 경우에 상기 컨테이너가 개방되거나 폐쇄되도록 상기 컨테이너에 접속되고,
    상기 리드의 표면 중 하나에 코팅층- 상기 코팅층은 타겟 물질에 민감함 -을 도포함으로써 동작되며,
    상기 리드(31)의 상기 타겟 물질(F2)에의 노출은 상기 리드(31)내에 상기 리드를 자동으로 휘게하는 힘을 발생시키는 컨테이너.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 컨테이너의 내부에 접하는 상기 리드의 표면은 상기 코팅층으로 피복되는 컨테이너.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 컨테이너의 외부의 일부를 형성하는 상기 리드의 상부 표면은 상기 코팅층으로 피복되는 컨테이너.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 리드는 멤브레인(membrane) 또는 캔틸레버와 유사한 구조인 컨테이너.
  21. 제 17 항에 있어서,
    제약 물질을 수반하는 컨테이너.
  22. 액체 흐름 시스템에 이용되는 스위치에 있어서,
    제 1 파이프(22)와,
    분기점에서 상기 제 1 파이프(22)에 접속되는 제 2 파이프(23)와,
    상기 분기점에 위치하고, 상기 리드의 표면 중 하나에 코팅층- 상기 코팅층은 타겟 물질에 민감함 -을 도포함으로써 동작되는 휘어질 수 있는 미세기계적 리드(21)
    를 포함하되,
    상기 리드(21)의 상기 타겟 물질에의 노출은 상기 리드(21) 내에 상기 분기점에서의 단면이 상기 액체 흐름 시스템(20)을 통해서 상기 액체 흐름에 영향을 미치는 방식으로 변경되도록 자동으로 휘도록 하는 힘을 발생시키는 컨테이너.
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