KR20030072268A - 온도 조절이 가능한 투명 열판 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생물 현미경을 이용하여 생물의 세포 등을 관찰할 때 상기 세포 등에 열을 전달할 수 있는 투명 열판을 포함하는 장치로서, ITO박막이 증착된 열판과, 상기 열판 상면에 결합되는 도전선 및 열전쌍, 그리고 절연체를 내장하는 플레이트와, 상기 열판에 인가되는 전류를 제어하는 제어 박스를 포함하는 장치를 제공한다.

본 발명은 투과판으로서 석영을, 그리고 박막으로서 ITO를 이용함으로서 조사되는 광원의 감소 및 열판의 손상이 없이 세포의 활동 온도에 맞추어 열을 가할 수 있으며, 비례 제어법을 이용함으로서 그 온도 제어를 보다 정확하고 편리하게 할 수 있는 이점이 있다.

Description

온도 조절이 가능한 투명 열판 장치{Programmable warm plate}

본 발명은 투명 열판 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 현미경을 이용하여 생물의 세포 등을 관찰할 때 세포의 활동 온도에 맞추어 적절하게 열을 전달할 수 있는 투명 열판을 포함하는 장치에 관한 것이다.

현미경은 대물렌즈 및 접안렌즈를 조합하여 사람의 눈으로 식별할 수 없는 미세한 관찰체를 식별할 수 있도록 확대할 수 있는 장치로서, 이러한 현미경 중에서 생물의 조직이나 세포를 40 내지 1500배정도 확대하여 관찰할 수 있는 현미경을 일반적으로 현미경(Biological Microscope)이라고 한다.

생물 현미경에 이용되는 광원은 자연광 또는 자연광에 가까운 할로겐 램프를 주로 사용하게 되는데, 광원을 이용함에 있어 자연광을 이용하는 경우는 재물대 하부에서 회동 가능하게 설치된 반사판의 각도를 적절하게 조정하고 이에 따라 반사되는 자연광이 재물대의 홀을 통해 상기 재물대 상단에 안치되는 시료를 투과되도록 하여 이용하며, 할로겐 램프를 이용하는 경우는 할로겐 램프에 전원을 인가하여 발생되는 빛 자체를 이용하게 된다.

한편, 생물 현미경을 이용하여 동물의 세포를 관찰할 때는 동물의 몸체에서 세포를 일부 떼어내어 재물대 상단에 안치시킨 다음 관찰하게 되는데, 세포는 동물의 몸체와 분리되기 전에는 동물의 체온과 동일한 온도를 유지하게 되나 일단 분리된 이후에는 몸체가 아니라 세포가 접하게 되는 용기의 온도로 떨어지게 된다.

세포가 본래 유지해야 하는 온도를 유지하지 못한다는 것은 실제 세포의 활동 및 분열 등을 정확하게 관찰할 수 없다는 것을 의미하여 세포 등을 연구하는 연구자들에게 큰 어려움으로 지적되어 왔다.

이에 세포가 몸체와 분리되기 전에 유지하는 온도 상태를 유지할 수 있도록 이용되는 광원의 종류나 그 구성 등을 적절하게 수정, 변경하여 이용하고 있으나,광원을 온도 유지 수단으로 이용하는 방식들은 분리된 세포에 열을 적절하게 전달하지 못한다는 한계를 가지고 있었다.

근자 일부 외국에서 유리 제품 표면에 특수한 재료를 도포하고 전선을 연결한 다음 전압을 조정하여 특수 재료가 도포된 유리 상면에 세포를 올려놓고 관찰하는 방식이 제안되고 있으나, 이러한 방식은 유리 자체가 열에 약해 세포에 전달될 수 있는 열량이 제한될 수밖에 없으며, 열을 가함에 있어 온도를 일정하게 유지하기 곤란하다는 문제가 있었으며, 특히 이 방식은 도포된 재료로 인해 조사되는 빛의 투과량이 크게 감소되어 세포 관찰에 적절치 않아 연구자들이 사용하는 것을 꺼리고 있는 것이 작금의 현실이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 동물의 세포를 관찰함에 있어 관찰하고자 하는 세포에 일정하게 열을 가해줄 수 있는 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 세포에 열을 가함에 있어 고온에서도 안정감 있게 전달되는 열량을 제어할 수 있는 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 투과되는 광원의 감소를 최소한으로 하여 세포를 더욱 명확하게 관찰할 수 있는 장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 투명 열판 장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 투명 열판 장치의 열판부 결합 관계도.

도 3은 본 발명에 따른 투명 열판 장치의 제어 박스의 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 투명 열판 장치의 작동 구성도.

도 5는 본 발명에 따른 투명 열판 장치에 있어 열판의 다른 실시예를 보여주는 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 열판부 200 : 제어 박스

300 : 연결선

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 중앙을 관통하는 중앙 홀과, 상기 중앙 홀의 상면 외주를 따라 단차지게 형성되는 삽입 홈을 포함하는 제1 플레이트와, 상면에 ITO박막이 증착된 투과판과, 상기 ITO박막이 증착된 투과판 상면의 외주를 따라 패턴되어 결합되는 도전선과, 상기 ITO박막이 증착된 투과판 상면의 결합되는 열전쌍을 포함하며 상기 제1 플레이트의 삽입 홈에 안치되는 열판과, 상기 열판의 도전선 상부에 놓여지는 절연체와, 제1 플레이트의 중앙 홀에 대응하여 형성되는 홀과, 상기 홀의 외주 면을 수직하게 관통하는 관통 홀을 포함하며 상기 절연체 상부에 놓여져 상기 제1 플레이트와 결합되는 제2 플레이트와, 일단은 상기 도전선 및 열전쌍과 연결되어 상기 제2 플레이트의 관통 홀에 삽입되는 커넥터와, 상기 열판의 구동을 위한 제어 박스와, 상기 커넥터의 타단과 상기 제어 박스를 연결하는 연결선을 포함하는 투명 열판 장치를 제공한다.

상기 투과판은 용융 수정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 열전쌍은 크로멜-알루멜으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 열전쌍은 은을 용융시켜 상기 투과판 상면에 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 제어 박스는 상기 열판의 온도 및 설정 온도를 표시하는 표시부와, 온도를 설정하기 위한 조작 스위치를 포함하는 조작부와, 상기 열전쌍에 의해 검출된 전류를 증폭시키는 PID 증폭기와, 상기 PID 증폭기에서 증폭된 신호를 발생시키는 펄스 발생기와, 상기 펄스 발생기에서 발생된 신호를 증폭 제어하며 상기 열전쌍에 전원을 공급하는 전압 제어기를 포함하는 PID 제어부로 이루어지는 것을 특징으로한다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 투명 열판 장치(10)의 전체 구성도로서, 본 발명은 현미경에서 관찰하고자 안치되는 세포 등에 열을 전달하는 열판부(100)와, 상기 열판부(100)를 제어하는 제어 박스(200)와, 상기 열판부(100) 및 제어 박스(100)를 연결하는 연결선(300)을 포함하여 이루어진다.

상기 열판부(100)의 상세 구성도는 도 2에 개시되어 있는데, 본 발명에 따른 열판부(100)는 제1 플레이트(120)와, 상기 제1 플레이트(120)와 결합되는 제2 플레이트(180)와, 결합되는 상기 제1 및 제2 플레이트(120, 180) 내부에 안치되는 열판(140) 및 절연체(160), 그리고 커넥터(190)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1 플레이트(120)에는 중앙 홀(122)이 형성되며, 상기 제1 플레이트 중앙 홀(122)의 상면 외주에는 단차진 삽입 홈(124)이 형성된다.

상기 열판(140)은 투과판(142)과, 박막(144)과, 도전선(146) 및 열전쌍(148)을 포함하여 이루어진다.

상기 투과판(142)은 조사되는 광원을 투과시키는 판으로서 투명하기만 하면 어느 하나의 재질에 한정되는 것은 아니나 전달되는 열을 감안하여 용융수정(또는 석영)으로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 박막(144)은 상기 투과판(142)의 양면에 증착되는 막으로서 도전에 따라 저항체로 작용하여 발열체의 기능을 수행하게 되는데, 인디움(In)과 주석(Sn)으로 이루어지는 ITO박막으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 투과판(142)에의 ITO박막 증착은 이-빔(e-beam) 또는 증발(evaporation) 등 다양한 방법 중에서 선택하여 사용할 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 ITO박막을 증착함에 있어 그 두께는 증착된 ITO박막의 저항이 300 옴 내지 3 킬로옴의 범위에서 유지될 수 있도록 증착되는 것이 바람직하다.

또한, 도면에는 박막(144)이 투과판(142)의 양면에 증착되는 것으로 도시하고 있으나, 본 발명은 상기 투과판(142)의 양면 중 선택되는 어느 하나의 면에만 증착하는 것을 배제하지 않는데, 양면 중 어는 하나의 면만을 증착하는 경우는 하면을 증착하는 것이 열이 하부에서 상부로 자연스럽게 전달될 수 있어 바람직하다.

상기 도전선(146)은 상기 각 박막(144)에 전류를 공급하기 위한 것으로서, 제1 플레이트 중앙 홀(122)의 직경보다 크게 투과판(142)의 외주를 따라 박막(144) 상면에 패턴되어 결합된다.

상기 도전선(146)을 제1 플레이트 중앙 홀(122)의 직경보다 크게 투과판(142)의 외주를 따라 결합시키는 것은 상기 제1 플레이트 중앙 홀(122)을 통해 조사되는 광원의 투과를 방해하지 않기 위함이다.

상기 열전쌍(148)은 도전선(146)에 의해 공급되는 전류로 박막(144)이 발열하면 이에 따라 발생되는 전류를 검출하기 위한 것으로서, 박막(144)이 증착된 투과판(142)의 양면 또는 양면 중 선택되는 어느 하나의 면에 결합될 수 있는데, 양면 중 선택되는 어느 하나의 면에 결합시키는 경우는 상면에 결합시키는 것이 바람직하다.

상기 열전쌍(148)은 어느 하나의 조합에 한정되는 것은 아니나 크로멜-알루멜을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열전쌍(148)은 박막(144)에 도시된 것과 같이 은(149)을 용융시켜 결합시키는 것이 상기 박막(144)의 발열에 의한 전류를 상기 열전쌍(148)이 보다 정확하며 안정적으로 검출할 수 있어 바람직하다.

또한, 도면에는 상기 열전쌍(148)이 투과판(142) 중앙을 향해 돌출되는 형태로 결합되어 있으나, 이러한 구성에 한정되지 않음은 물론이다.

한편, 도 5에는 본 발명에 따른 열판(150)의 다른 실시예로서, 사각형상의 투과판(152)과, 상기 투과판(152)에 증착되는 박막(154)과, 상기 박막(154) 상면에 결합되는 도전선(156) 및 열전쌍(158)을 포함하는 열판을 보여준다.

이 실시예에서 열판(150)을 구성하는 각 구성요소들은 형상을 제외하고는 도 2에 개시된 열판(140)의 각 구성요소에서 설명한 내용과 동일하다

이 실시예와 같이 열판의 형상은 한정되지 않고 다양하게 변경, 수정될 수 있음은 자명하며, 이와 더불어 상기 열판을 내장하는 제1, 2 플레이트의 형상 또한 이에 따라 적절하게 변경될 수 있음도 물론이다.

상기 절연체(160)는 박막(144)과 결합되는 도전선(146)과 제1 플레이트(120) 및 후술할 제2 플레이트(180) 사이를 절연시키기 위한 것으로서 통상적인 절연 물질이면 무방하며, 그 형상은 상기 도전선(146)이 상기 제1 및 제2 플레이트(120, 180)와 접촉되지 않으며 상기 제1 플레이트의 중앙 홀(122)을 통해 조사되는 광원의 투과를 방해하지 않도록 구성되면 족하다.

상기 제2 플레이트(180)는 제1 플레이트 중앙 홀(122)에 대응되는 제2 플레이트 중앙 홀(182)을 구비하며, 상기 제2 플레이트 중앙 홀(182)의 외주 면에는 후술할 커넥터(190)를 결합시키기 위해 상기 제2 플레이트(180)를 수직하게 관통하는 관통 홀(184)이 형성된다.

상기 관통 홀(184)은 하나 이상 복수 개로 형성될 수도 있다.

상기 제2 플레이트(180)는 제1 플레이트(120)의 삽입 홈(124)에 열판(140) 및 절연체(160)가 각각 안치된 상태에서 상기 제1 플레이트(120)와 결합된다.

상기 제1 및 제2 플레이트(120, 180)의 결합은 볼트 등과 같은 별도의 체결수단(188)을 상기 제1 및 제2 플레이트(120, 180) 외주 면에 각각 형성되는 체결 홈(126, 186)에 삽입함으로서 이루어진다.

한편, 도시되지는 않았지만 상기 제2 플레이트 중앙 홀(182)에도 제1 플레이트(120)의 삽입 홈(124)과 같은 단차진 삽입 홈이 형성되어 열판(140) 및 절연체(160)가 상기 제1, 2 플레이트(120, 180)의 각 삽입 홈으로 이루어지는 내부 공간에 안치될 수 있게 구성할 수도 있다.

상기 커넥터(190)는 도전선(146) 및 열전쌍(148)을 후술할 연결선(300)과 연결시키기 위한 것으로서, 일단에는 상기 도전선(146) 및 열전쌍(148)이 각각 연결되며 타단에는 후술할 연결선(300)이 삽입 결합된다.

도면에는 도전선(146) 한 쌍 및 열전쌍(148) 한 쌍 등 모두 네개의 선이 상기 커넥터(190)의 일단에 결합되는 것을 한정하여 타단에는 네개의 핀만을 도시하고 있으나 이는 다양하게 변경될 수 있다.

도 3 및 도 4는 각각 본 발명에 따른 투명 열판 장치의 제어 박스 사시도 및 제어 흐름도로서, 상기 제어 박스(200)는 전면에 돌출되는 조작부(240)와, 내장되는 제어부를 포함하여 이루어진다.

상기 조작부(240)는 사용자가 관찰하고자 하는 세포의 활동 온도에 맞추어 열판의 온도를 설정하기 위한 조작 스위치(244)와, 상기 조작 스위치(240)에 의해 설정되는 온도 및 현재 열판의 온도를 표시하는 표시부(242)를 포함하여 이루어진다.

상기 조작 스위치(244)는 도시된 것과 달리 단순하게 숫자를 증감시킬 수 있는 누름 버튼 이외, 이를 더욱 미세하게 증감시킬 수 있는 별도 누름 버튼이 포함될 수 있음은 물론이다.

상기 표시부(242)는 통상적으로 수치를 표시할 수 있는 장치로서 LED, EL, 또는 액정 등 다양한 종류 중에서 임의로 선택하여 사용 가능하다.

한편, 상기 제어 박스(200)에는 장치에 전원을 인가하는 전원 스위치(220)와, 열판부(100)와 상기 제어 박스(200)를 연결하는 연결선(300)의 결합단(260)이 더욱 포함된다.

상기 제어부는 열판(140)에 인가되는 전류와, 상기 열판(140)의 발열에 따른 전류 정보에 따라 재 인가되는 전류를 PID 조절법으로 제어하는 장치로서, PID 증폭기와, 펄스 발생기와, PID 전압 제어기를 포함하여 이루어진다.

상기 PID 증폭기는 열전쌍(148)에 의해 검출된 전류를 증폭시키며, 상기 펄스 발생기는 상기 PID 증폭기 증폭기에서 증폭된 신호를 발생시키게 되며, 상기PID 전압 제어기는 상기 펄스 발생기에서 발생된 신호를 비례형으로 증폭 제어하여 상기 열전쌍(148)에 전원을 공급하는 기능을 담당한다.

또한, 상기 PID 증폭기는 열전쌍(148)에 의해 검출된 전류를 온도로 환산하여 이를 표시부(242)에 표시하게 된다.

상기 PID 비례 제어는 관련 업계에 널리 알려진 공지 기술인 바 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 상기 제어부는 통상적인 220V 전압을 미 도시된 별도의 전압 조절 단자를 이용하여 3 내비 12V 범위 내로 감압시켜 사용하게 되나 6V로 감압시켜 사용하는 것이 바람직하다.

상기 연결선(300)은 일단은 커넥터(190)와 타단은 제어 박스(200)의 결합단(260)과 각각 연결되어, 상기 제어 박스(200)에서 제어된 전류를 열판(140)의 도전선(146)에 전달하고 상기 열판(140)의 열전쌍(148)에 의해 검출된 전류를 상기 제어 박스(200)의 제어부로 전달하는 기능을 담당한다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 작동 구성을 도 2 내지 도 4를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 관찰하고자 하는 세포를 열판(140) 상면에 올려놓은 다음(또는 세포가 올려지는 별도 시료 판을 열판 상면에 안치시킨 다음) 전원 스위치(220)를 온 시키고, 조작 스위치(244)를 이용하여 세포의 활동 온도(예로 36.5℃)에 맞추어 적절한 온도를 설정한다.

온도가 설정되면 설정되는 온도가 표시부에 현시됨과 동시에 외부 전원이 감압된 상태에서 PID 증폭기, 펄스 발생기 및 전압 제어기에 의해 설정된 온도에 대응되는 전류로 환산되어 도전선(146)에 인가된다(예로 5V/6㎃).

도전선(146)에 전류가 인가되면 ITO박막의 저항으로 인해 열이 발생되며, 발생되는 열은 열전쌍(148)에 의해 전류로 검출되어 PID 증폭기로 전송된다.

PID 증폭기는 전송된 전류 신호를 증폭한 다음 온도로 환산하여 열판(140)의 현재 온도 상태를 현시함과 동시에 이를 다시 PID 증폭기 및 펄스 발생기를 거쳐 전압 제어기로 전달하면, 상기 전압 제어기는 비례 제어를 하여 당초 설정된 설정 온도와 현재 열판(140)의 온도 차이가 상쇄되도록 전류 신호를 상기 열판(140)의 도전선(146)으로 인가하게 된다.

이러한 과정이 반복되어 열판(140)의 온도가 당초 설정된 온도와 동일한 상태가 되면 전압 제어기는 그 상태가 유지되도록 인가되는 전류를 제어하게 되고, 이로서 관찰하고자 하는 세포가 그 활동 온도와 동일한 온도상태를 유지할 수 있게 되는 것이다.

관찰 중에 열판(140)의 발열 정도가 달라지면 그에 따라 발생 전류가 달라지므로 전압 제어기는 다시 제어를 하여 이전 상태로 복원시킬 수 있음은 물론이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 한정하여 상술하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양하게 변경 또는 수정될 수 있음은 자명하다 할 것이다.

본 발명은 투과판의 손상 없이도 열을 가할 수 있어 관찰하고자 하는 세포를 그 활동 온도에 맞추어 일정한 온도를 유지시킬 수 있으며, 그 온도 제어를 보다 정확하고 편리하게 할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 투과판으로서 석영과, 발열체로서 ITO박막을 이용함으로서 세포에 일정하게 열을 전달할 수 있으면서도 투과되는 광원의 감소를 최소한으로 줄여준다.

Claims (5)

1. 중앙을 관통하는 중앙 홀과, 상기 중앙 홀의 상면 외주를 따라 단차지게 형성되는 삽입 홈을 포함하는 제1 플레이트와,

   제1 플레이트의 중앙 홀에 대응하여 형성되는 홀과, 상기 홀의 외주 면을 수직하게 관통하는 관통 홀을 포함하며 상기 제1 플레이트와 결합되는 제2 플레이트와,

   양면에 ITO박막이 증착되는 투과판과, 상기 ITO박막이 증착된 투과판 양면의 외주를 따라 패턴되어 결합되는 도전선과, 상기 ITO박막이 증착된 투과판의 상면 또는 양면에 결합되는 열전쌍을 포함하며 상기 제1 플레이트의 삽입 홈에 안치되는 열판과,

   상기 열판의 도전선과 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 삽입되는 절연체와,

   일단은 상기 각 도전선 및 열전쌍과 연결되어 상기 제2 플레이트의 관통 홀에 삽입되는 커넥터와,

   상기 열판의 구동을 위한 제어 박스와,

   상기 커넥터의 타단과 상기 제어 박스를 연결하는 연결선

   을 포함하여 제어 박스의 제어에 따라 열판을 일정한 온도로 가열시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 투명 열판 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 투과판은 용융 수정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투명 열판 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 열전쌍은 크로멜-알루멜로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투명 열판 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 열전쌍은 은을 용융시켜 상기 투과판 상면에 결합되는 것을 특징으로 하는 투명 열판 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제어 박스는 상기 열판의 온도 및 설정 온도를 표시하는 표시부와, 온도를 설정하기 위한 조작 스위치를 포함하는 조작부와,

   상기 열전쌍에 의해 검출된 전류를 증폭시키는 PID 증폭기와, 상기 PID 증폭기에서 증폭된 신호를 발생시키는 펄스 발생기와, 상기 펄스 발생기에서 발생된 신호를 증폭 제어하며 상기 열전쌍에 전원을 공급하는 PID 전압 제어기를 포함하는 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투명 열판 장치.