KR20130023386A - 광학계 감지 장치 - Google Patents

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아더 이. 주니어 콜빈
케이시 제이. 오'코너
앤드류 디. 디헤니스
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센서즈 포 메드슨 앤드 사이언스 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 검체의 존재 혹은 농도를 탐지하는 전기-광학적 감지 장치를 제공한다. 좀 더 자세히는 본 발명은 (모든 경우들에 있어서 필수적으로 제한되지는 않지만) 매끄럽고 둥근, 길게 늘어진, 달걀형, 혹은 타원형 형태(예를 들면, 콩 혹은 제약학적 캡슐 형태) 및 다양한 검체의 원 위치에서의 탐지를 위하여 사람에게 그 장치를 이식하는 것을 허용하는 크기이며 완전히 자급식인 것에 의해 특징지워지는 광학계 감지 장치에 관한 것이다.

Description

광학계 감지 장치{Optical-based sensing devices}
본 발명은 액체 또는 기체 매체에 있는 검체의 존재 혹은 농도를 탐지하는 전기-광학적 감지 장치에 관련된다. 보다 상세하게는 본 발명은 (모든 경우에 있어서 필수적으로 제한되지는 않지만) 매끄럽고 둥근, 길게 늘어진, 달걀형, 혹은 타원형 형태(예를 들면, 콩 혹은 제약학적 캡슐 형태) 및 다양한 검체의 원 위치에서의 탐지를 위하여 사람에게 그 장치를 이식하는 것을 허용하는 크기이며 완전히 자급식인 것에 의해 특징지워지는 광학계 감지 장치에 관한 것이다.
본원에 참조 병합된 미국특허 제5,517,313호는 지시 분자 및 감광 요소, 예를 들면 광검출기를 포함하는 광학계감지 장치에 관하여 기술하고 있다. 일반적으로 말하면, 본 발명의 분야에서 지시 분자는 국부적 존재하는 검체에 의해 영향 받는 하나 이상의 광학적 특성들을 가지는 분자들이다. 미국특허 제5,517,313호에 따른 장치에서 광원, 예를 들면 발광 다이오드("LED")는 적어도 일부는 형광 지시 분자를 함유하는 한 층의 물질 속에 혹은, 대안적으로 적어도 일부는 도파층 속에 위치하여 광원에 의하여 방출된 조사선(빛)이 상기 지시 분자에 충돌하여 형광을 유발한다. 고역 통과 필터는 광원으로부터 산란된 빛을 여파하면서, 지시 분자에 의하여 방출된 형광이 감광 요소(광검출기)에 도달하도록 한다.
미국특허 제5,517,313호에 기술된 장치에 사용된 지시 분자들의 형광은 국부적 존재하는 검체에 의하여 변경, 즉 감소하거나 증대된다. 예를 들어, 착화화물 트리스(4,7-디페닐-1,10-페난트롤린) 루테늄(Ⅱ) 퍼클로레이트의 황적색 형광은 산소의 국부적 존재에 의하여 멈추어진다. 그러므로 이 착화합물은 산소 센서에서 지시 분자로서 유리하게 사용될 수 있다. 형광 성질이 다양한 다른 검체에 의하여 영향을 받는 지시 분자들 또한 잘 알려져 있다.
게다가 흡수 수준이 검체의 존재 또는 농도에 의하여 영향을 받고, 빛을 흡수하는 빛을 흡수하는 지시 분자들이 또한 알려져 있다. 미국특허 제5,512,246호를 참조하라. 상기 문헌은 본원에 참조 병합되고, 스펙트럼의 감응이 슈가와 같이 국부적으로 존재하는 폴리히드록시 화합물에 의하여 감소되는 조성물들을 개시하고 있다. 그러나 그러한 광흡수 지시 분자들은 미국특허 제5,517,313호에 교시된 것과 같은 센서 구성 또는 본원에 교시되는 것과 같은 센서 구성에서 전에 사용된 적이 없다고 여겨진다.
미국 특허 제5,517,313호에 기술된 센서에서 지시 분자들을 포함하는 물질은 검체를 투과할 수 있다. 따라서 검체는 주변의 시험 매체로부터 상기 물질로 확산될 수 있고, 그럼으로써 지시분자의 형광에 영향을 미친다. 광원, 지시 분자를 포함하는 매트릭스 물질, 고역 통과 필터, 및 광검출기는 지시 분자들에 의하여 방출된 형광이 광검출기에 충돌하여 주변 매체 내의 검체 농도를 나타낼 수 있는 전기적 신호를 발생하도록 구성되어 있다.
미국특허 제5,517,313호에 개시된 감지 장치는 미국 특허 제5,517,313호에 대하여 종래 기술을 구성하는 장치들에 대해 놀라운 개선을 보여준다. 그러나 대단히 중요한 환경 즉 인체 내의 검체를 감지하는 것을 가능케 하는 센서에 대한 필요성이 여전히 남아 있다. 게다가 더 나은 개성이 이 분야에서 이뤄진 결과 더 작고 효과적인 장치들을 개발하게 되었다.
미국특허 제6,400,974호 및 미국특허 제6,711,423호는 본원에 참조 병합되고, 각각 인체에서의 사용을 위해 설계된 지시 분자들 및 감광 요소를 포함하는 형광계 감지 장치를 설명한다.
일 양상에서 본 발명은 전기-광학적 감지 장치를 제공한다. 하나의 특별한 실시 예에서 감지 장치는: 외부 표면을 구비하는 하우징; 하우징의 외부 표면의 최소 일부에 위치하는 다수의 지시 분자들; 하우징 내에 수용된 회로 기판; 회로 기판의 상측이 놓여있는 평면에 본질적으로 직각인 평면에 놓여있는 측면을 구비한 지지 부재; 지지 부재의 측면에 부착되고 회로 기판의 상측 위의 일정 거리에 위치한 조사선 광원; 지시 분자들의 반응을 검출하기 위해 회로 보드에 연결된 광검출기를 포함한다.
유리하게는 지지 부재를 회로 기판에 부착하기 용이하도록, 회로 기판은 회로 기판의 상측에 그루브(groove)를 가질 수 있고 지지 부재는 그 그루브에 삽입된 단부를 가질 수 있다.
감지 장치는 조사선 광원으로부터 일정 간격 떨어지고 조사선 광원을 향하는 반사 측을 갖는 반사기를 더 포함할 수 있다. 광검출기는 조사선 광원과 반사기의 반사측 사이 영역의 하부 장소에 위치할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에서, 감지 장치는: 외부 표면을 구비하는 하우징; 하우징의 외부 표면의 최소 일부에 위치하는 다수의 지시 분자들; 하우징 내에 수용된 회로 기판; 상측과 하측을 구비한 광검출기를 포함하고, 상기 광검출기는 회로 기판 상의 회로에 전기적으로 연결되고 광검출기의 최소 상측은 감광성이고; 상측과 하측을 구비한 필터를 포함하며, 하측은 광검출기의 상측 위에 위치하고; 필터의 상측 위에 위치한 조사선 광원을 포함한다.
몇몇 실시 예에서, 감지 장치는 상측과 하측을 구비한 베이스를 더 포함할 수 있으며, 그 하측은 회로 기판의 단부에 부착되고, 광검출기의 하측은 베이스의 상측에 탑재된다. 바람직하게는 베이스의 상측은 회로 기판의 상측이 놓여 있는 평면에 본질적으로 직각이고 광검출기의 상측은 베이스의 상측에 일반적으로 평행이다. 베이스가 회로 기판에 용이하게 부착되도록, 베이스의 하측은 그 속에 그루브를 가질 수 있고, 회로 기판의 단부가 그 그루브에 삽입될 수 있다.
다른 구성들에서, 광검출기의 상측은 회로 기판의 상측이 놓여있는 평면에 본질적으로 평행인 평면에 놓여있다. 추가적으로 불투명 베이스는 조사선 광원과 필터 사이에 배치될 수 있다. 베이스는 몰리브덴으로 만들어 질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예들의 구조 및 동작뿐만 아니라, 본 발명의 위의 특징들 및 다른 특징들 및 이점들이 아래에 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명된다.
본원에 참조 병합되고 명세서의 일부를 형성하는 첨부된 도면들은 본 발명의 다양한 실시 예들을 설명하는 것을 도와주고, 기술과 같이, 본 발명의 원리들을 당업자가 본 발명을 만들고 이용하는 것을 또한 가능하게 한다. 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 동일하거나 기능적으로 유사한 요소들을 나타낸다. 추가적으로, 참조 번호의 가장 좌측의 아라비아 숫자(들)는 참조 번호가 첫 번째로 나타나는 도면을 식별한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 형광계 센서의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 형광계 센서의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 회로 기판의 투시도, 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 형광계 센서의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조립품의 개략적인 단면도이다.
도 6는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 형광계 센서의 개략적인 단면도이다.
도 1은 형광 지시 분자(116)에 근거하여 작동하는 본 발명의 실시 예에 따른 광학계 센서 ("센서")(110)의 개략적인 단면도이다. 보여지는 것과 같이 센서(110)는 센서 하우징(housing)(112)을 포함한다. 센서 하우징(112)은 적절하고 광학적으로 전송되는 폴리머 물질이다. 바람직한 폴리머 물질들은 비록 이에 제한되지는 않지만 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)과 같은 아크릴계 폴리머들이다.
센서(110)는 층(114) (층(114)은 하우징(112)의 표면의 전부 또는 일부를 커버할 수 있음) 전반에 걸쳐 분포하는 형광 지시 분자들(116)을 가지는 센서 하우징(112)의 외부 표면의 적어도 일부에 코팅되는 매트릭스 층(114)을 더 포함한다.
센서(110)는 지시 분자들(116)과 상호 작용하는 파장 범위에 걸친 조사선을 포함하여, 조사선을 방출하는 예를 들어, 발광 다이오드(LED) 또는 다른 조사선 광원을 더 포함한다. 예를 들어, 형광계 센서의 경우에, 조사선 센서(118)는 지시 분자들(116)이 형광을 방출하도록 하는 파장에서 조사선을 방출한다. 센서(110)는 광검출기(12)(예를 들어, 포토다이오드, 포토트랜지스터, 포토레지스터 또는 다른 감광 요소)를 포함하고, 형광계 센서의 경우에, 광검출기(120)는 지시 분자에 의해 방출된 형광에 감응하여 그에 대한 응답으로 지시 분자의 형광 수준을 나타내는 신호를 발생하도록 한다. 2개의 광검출기들(120a, 12b)이 센서(110)가 하나 이상의 광검출기를 가질 수 있다는 것을 설명하기 위해 도 1에 도시된다. 광원(118)은 예를 들어 Nichia Corporation (www.nichia.com)의 LED 모델 번호 EU-U32SB를 사용하여 구현될 수 있다. 다른 LED들은 센서(110)에 적용된 특정 지시 분자 및 탐지될 대상인 특정 검체들에 따라 사용될 수 있다.
지시 분자(116)는 (도 1에 도시된 것과 같이) 센서 본체의 표면에 코팅될 수 있고, 매트릭스 층(114) 내에 내포될 수 있고, 매트릭스 층(114)은 당업자에게 알려진 방법들에 따라 마련되고 센서 하우징(112)의 표면에 코팅된 생체적합성 폴리머 매트릭스를 포함한다. 바람직하게는 검체를 투과하는 적당한 생체적합성 매트릭스 물질들은 몇몇 메타클레이트들(예를 들어, HEMA) 및 하이드로겔들을 포함하고, 유리하게는 선택적으로 -특히 검체를- 투과 가능하게 만들어질 수 있다-즉 분자량 컷오프 기능을 수행한다.
센서(110)는 전체적으로 자급식(self-contained) 수 있다. 환언하면, 센서는 바람직하게는 (예를 들어, 광원(118)을 구동하기 위해) 센서에 전원을 공급하거나 센서로부터 신호를 전송하도록 어떤 전기 리드선이 센서 하우징(112) 안으로나 센서 하우징(112) 밖으로 연장되지 않는 방식으로 구성되어 있다. 그보다는 센서(110)는 당업계에 잘 알려진 (도시되지 않은) 외부 전원에 의해 전원을 공급받을 수 있다. 예를 들어, 외부 전원은 유도성 요소(142)(예를 들어 구리 코일 또는 다른 유도성 요소)에서 전류를 유도하는 자기장을 발생시킬 수 있다. 추가적으로 회로(166)는 유도성 요소(142)를 외부 데이터 판독기에 정보를 전달하기 위해 사용할 수 있다. 회로(166)는 별개의 회로 요소들, 집적 회로(예를 들어, 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC), 및/또는 다른 전기 컴포넌트들)를 포함할 수 있다. 외부 전원 및 데이터 판독기는 동일한 장치일 수 있다.
대안적인 실시 예에서, 센서(110)는 예를 들어 마이크로배터리들, 마이크로 발생기들 및/또는 다른 전원들과 같은, 내부의 자급식 전원에 의해 전원을 공급받을 수 있다.
도 1에 도시된 같이, 센서(110)의 많은 전기-광학적 컴포넌트들이 회로 기판(170)에 안전하게 보관된다. 회로 기판(170)는 센서(110)의 다양한 컴포넌트들 간에 통신 경로들을 제공한다.
도 1에 또한 도시된 것과 같이, 고역 통과 필터 또는 대역 통과 필터와 같은 광학 필터들(134a, 134b)은 광검출기(120a, 120b)의 감광 측을 각각 커버할 수 있다. 필터(134a)는 광원(118)에 의해 발생된 조사선의 양이 검출기(120a)의 감광 측(135a)에 입사되는 것을 막거나 그 양을 상당히 감소시킬 수 있다. 동시에, 필터(134a)는 형광 지시 분자(116)에 의해 방출된 형광이 그것을 통과하여 광검출기(120a)의 감광 측(135)에 입사되게 한다. 이것은, 광원(118)으로부터의 입사 조사선에 기인하는 광검출기 신호의 "잡음"을 상당히 감소시킨다.
본 발명의 일 양상에 따라, 센서(110)가 개발된 애플리케이션은-적당한 오직 한 애플리케이션을 아닐지라도 - 인체 내의 다양한 생물학적 검체들을 측정하는 것이다. 예를 들어 센서(10)는 인체 내의 글루코오스, 산소, 독소, 제약 혹은 다른 약제, 호르몬, 및 다른 대사 물질인 검체를 측정하는 데 사용될 수 있다. 매트릭스 층(114) 및 지시 분자들(116)의 구체적인 조성물은 센서가 사용되어 검출할 특정 검체 및/또는 센서가 사용되어 검체를 검출할 장소(예를 들면, 혈액 내 혹은 피하 조직 내)에 따라서 변할 수 있다. 그러나 바람직하게는 매트릭스 층(114)은 만약 존재한다면 지시 분자들이 검체에 노출되는 것을 쉽게 해야 한다. 또한 지시 분자들의 광학적 특성(예를 들어, 형광 지시 분자들의 형광 수준)은 지시 분자들이 노출되는 구체적인 검체의 농도의 함수인 것이 바람직하다.
인체 내의 원 위치에서의 사용을 쉽게 하기 위하여, 하우징(112)은 바람직하게는 매끄럽고, 타원형 또는 둥근 형태로 만들어진다. 유리한 점은 콩 또는 제약적으로 젤라틴 캡슐의 대략적인 크기와 형태를 가지고 있다는 것이며, 즉 길이(L)는 약 500 미크론 내지 약 0.5 인치이고 직경(M)은 약 300 미크론 내지 0.3 인치로 전반적으로 매끄럽고 둥근 표면을 가지고 있다는 것이다. 이러한 구성은 센서(110)가 인체에 이식되는 것을 허용하고, 즉 센서가 본질적인 인체의 기능을 간섭하거나 과도한 통증이나 불쾌감을 유발하지 않고 피부에 혹은 피하 조직 속으로(내장 혹은 혈관 속으로를 포함하여) 이식되는 것을 허용한다.
몇몇 실시 예들에서, 하우징의 바람직한 길이는 약 0.5 인치에서 0.85 인치이고 바람직한 직경은 약 0.1 인치에서 0.11 인치이다.
도 1의 실시 예에서, 광원(118)은 회로 기판(170)의 상측에 대해 올라가 있다. 좀더 자세히는, 도시된 실시 예에서, 광원(118)은 지지 부재(174)에 고정되고, 지지 부재(174)는 광원(118)을 측면(171) 위로 올리고 전기적으로 광원(118)을 기판(170) 상의 회로에 연결시켜서 전원이 광원(118)에 전달되도록 한다. 광원과 측면(171) 사이의 거리(d)는 일반적으로 0 내지 0.030 인치 범위이다. 바람직하게는 거리(d)는 0,010 내지 0.020 인치 범위이다. 지지 부재(174)는 회로 기판일 수 있다. 회로 기판(170)은 부재(174)의 인접 단부(173)를 수용하기 위한 그루브(180)를 갖는다. 이 특징은 기판(170)의 투시도, 평면도인 도 3에 더 도시되어 있다.
몇몇 실시 예들에서, 지지 부재(174)는 그 표면에 배치되고 전기적으로 전원(118)에 연결된 전기 접촉부(contact)(158)(예를 들어, 전기를 전도하기 위한 전도성 패드 또는 다른 장치)를 포함할 수 있다. 접촉부(158)는 전기적 상호연결부(interconnect)(159)(예를 들어 회로 트레이스(trace) 또는 전송선)를 통해 그루브(180) 내에 배치될 수 있는 대응하는 전기 접촉부(157)와 전기적으로 연결된다. 접촉부(157)는 회로 기판(170) 상의 회로(166) 혹은 다른 회로에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 몇몇 실시 예들에서, 회로(166)에서 광원(118)으로의 전기 경로가 존재한다.
도 1에 또한 도시된 것과 같이, 반사기(176)는 기판(170)의 단부에서 기판에 부착될 수 있다. 바람직하게는 반사기(176)는 기판(170)에 부착되어서 반사기(176)의 앞면 부분(177)이 측면(171)에 직각이고 광원(118)을 향하도록 한다. 바람직하게는 앞면(177)은 광원(118)에 의해 방출된 조사선을 반사한다. 예를 들어, 앞면(177)은 그 안에 배치된 반사 코팅을 가질 수 있고 앞면(177)은 반사 물질로 구성될 수 있다.
이제 광검출기들(120)을 참조하면, 광검출기들(120)은 바람직하게는 광원(118)과 반사기(176) 사이에 위치한 측면(171) 영역 하부에 배치된다. 예를 들어, 몇몇 실시 예들에서, 광검출기들(120)은 광원(118)과 반사기(176) 사이의 영역 하부 장소에서 기판(170)의 하측(175)에 탑재된다. 광검출기들(120)이 기판(170)의 하측(175)에 탑재된 실시 예들에서, 각 광검출기(120)를 위한 구멍은 바람직하게는 기판(170)을 뚫고 만들어 진다. 이것은 도 3에 도시된다. 도 3에 도시된 것과 같이, 2개의 구멍들(301a, 301b)이 기판(170) 내에 만들어져서, 지시 분자들(116)로부터의 빛이 광검출기들(120a)에 도달하는 통로를 제공한다. 회로 기판(170)의 구멍들은 예를 들어, 드릴로 뚫거나, 레이저 기계 가공 등에 의해 만들어질 수 있다. 각 광 검출기(120)는 도 1에 도시된 것과 같이 구멍에 들어가는 빛이 광검출기(120)의 감광 측에 입사되기 쉽도록 위치한다. 이 기술은 또한 광검출기(120)에 입사되는 주변광을 또한 감소시킨다.
도 1에 추가적으로 도시된 것과 같이, 기판(170)의 각 구멍은 빛이 대응하는 필터(134)를 통과해서만 광검출기(120)에 도달할 수 있도록 필터(134)를 포함할 수 있다. 광검출기들(120)의 하측 및 모든 측면들은 광검출기(120)에 입사되는 주변광의 양을 더 감소시키기 위해 암광 차단 에폭시(black light blocking epoxy)(190)로 덮일 수 있다.
일실시 예에서, 광검출기(120a)는 지시 분자들(116)에 의해 방출되거나 흡수된 빛에 대응하는 신호를 만들기 위해 사용되고 참조 신호를 만들기 위해 사용된다. 이 실시 예에서, 형광 요소(154)는 필터(134b)의 상부에 위치할 수 있다. 바람직하게는 형광 요소(154)는 미리 결정된 파장에서 형광을 방출한다. 형광 요소(154)는 미리 결정된 파장에서 형광을 방출하는 테르븀 또는 다른 형광 요소로 만들어 질 수 있다. 이 실시 예에서, 필터(134a) 및 필터(134b)는 빛의 서로 다른 파장들을 필터링한다. 예를 들어, 필터(134a)는 400nm 아래의 파장들을 필터링할 수 있고 필터(134b)는 500nm 아래의 파장들을 필터링할 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 센서(210)를 도시한다. 도 2에 도시된 것과 같이, 센서(210)는 센서(110)와 유사하다. 근본적인 차이는 반사기(176)가 지지 부재(202)로 대체된다는 것이고, 지지 부재(202)는 기판(170)의 단부(194)에 연결되고 광원(118)이 지지 부재(202)에 고정된다. 이 실시 예에서, 지지 부재(174)는 반사기(209)로 대체된다. 반사기(176)와 유사하게, 반사기(209)는 광원(118)을 향하는 반사 표면(211)을 갖는다. 추가적으로 광검출기(120a)가 광원 가까이에 머무르도록 하기 위해, 광검출기(120a)는 광검출기(120b)와 위치를 바꿀 수 있고 필터(134a)는 필터(134b)와 위치를 바꿀 수 있다. 형광 요소(154)는 필터(134b)의 상부에 머무르도록 재배치될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이 몇몇 실시 예들에서, 지시 분자들(116)은 광원(118)과 반사기(176) 사이에 있는 영역(193) 위의 영역에만 위치할 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학계 센서의 개략적인 측면도이다. 센서(410)는 센서(110)와 동일한 컴포넌트들을 많이 포함한다. 그러나 광원(118)의 배치에서, 센서(410)의 광검출기(120a) 및 필터(134a)는 센서(110)의 배치와 상이하다.
도 4에 도시된 것과 같이, 베이스(412)는 회로 기판(170)의 단부(413)에 탑재되어 있다. 베이스(412)의 상측(414) 및 하측(416)은 각각 일반적으로 기판(170)의 측면이 놓인 평면에 직각인 평면에 놓일 수 있다. 하측(416)은 그 안에 기판(170)의 단부를 수용하는 그루브(418)를 가질 수 있다. 그루브(418)는 베이스(412)를 기판(170)에 고정하는 것을 용이하게 한다.
광검출기(120a)는 베이스(412)의 상측(414)에 탑재될 수 있다. 광검출기(120a)는 베이스(412)에 탑재되어서 광검출기(120a)의 감광 측(135)은 기판(170)의 측면(171)이 놓여 있고 상측(414)과 동일한 방향을 향하는 평면에 일반적으로 수직인 평면에 놓이도록 한다.
필터(134a)는 바람직하게는 광검출기(120a)의 측면(135a) 위에 배치되어서 측면(135)에 입사되는 빛이 모두는 아니더라도 대부분 우선 필터(134a)를 통과해야만 하도록 한다. 필터(134a)는 광검출기(120a)에 고정적으로 탑재될 수 있다. 예를 들어, 적합한 굴절률(refractive index, RI)을 가진 에폭시(501)(도 5 참조)가 필터(134a)를 광검출기(120a)에 고정시키기 위해 사용될 수 있다.
몇몇 실시 예들에서, 베이스(412)는 그 안에(예를 들어 측면(414)) 배치된 2개 이상의 전기 접촉부를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 것과 같이, 제1 전기 접촉부(471) 및 제2 전기 접촉부(472)는 베이스(412)의 측면(414)에 배치된다. 전선(473)(또는 다른 전기 연결기)은 광검출기(120a)를 전기 접촉부(471)에 바람직하게 전기적으로 연결시키고 전선(474)(또는 다른 전기 연결기)은 광원(118)을 전기 접촉부(472)에 바람직하게 전기적으로 연결시킨다. 접촉부(471)는 전기 상호연결부(476)를 경유해서 대응하는 접촉부(475)에 전기적으로 연결된다. 유사하게 접촉부(472)는 전기 상호연결부(478)를 경유해서 대응하는 접촉부(477)에 전기적으로 연결된다. 접촉부들(475, 477)은 바람직하게는 그루브(418)에 삽입된 기판(170)의 단부에 배치된다. 접촉부들(475, 477)은 회로 기판(170) 상의 회로(166) 또는 다른 회로에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 몇몇 실시 예들에서, 베이스(412)는 회로(166)에서 광원(118) 및/또는 광검출기(120a)까지의 전기 경로 부분을 제공한다.
도 5를 참조 하면 도 5는 광검출기(120a), 필터(134a) 및 광원(118)의 배열을 더 도시한다. 도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 광원(118)은 필터(134a)의 상측(467)에 탑재되어 있다. 따라서, 도 4 및 도 5에 보이는 것과 같이 필터(134a) 및 광원(118)이 정렬된다. 즉, 도 5에 보이는 것과 같이, 필터(134a) 및 광원(118)은 각각 광검출기(120a)의 감광 측(135)의 최소한 일부에 걸치는 영역에 배치되어 있다.
바람직하게는, 비-투명, 비-반투명 베이스(431)는 광원(118)과 필터(134) 사이에 배치된다. 불투명한 베이스(431)는 광원(118)로부터 방출된 빛이 필터(134a)의 측면(467)에 입사되는 것을 방지한다. 베이스(431)는 금속을 입힌 몰리브덴 탭(molytab) 또는 다른 불투명 구조체일 수 있다. 에폭시(555)는 광원(118)을 베이스(431)에 고정시키고 베이스(431)를 필터(134a)에 고정시키기 위해 사용될 수 있다.
바람직하게는, 이 실시 예에서, 광원(118)은 광원으로부터 전송된 빛의 대부분이 도 4 및 도 5에 보이는 것과 같이 측면(467)에서 떨어진 방향으로 전송되도록 구성되고 방향이 정해진다. 예를 들어 보여지는 실시 예에서 빛은 우선적으로 하우징(102)의 단부(491)를 향하게 유도된다. 바람직하게는 지시 분자들(116)이 광원(118)으로부터 방출되는 조사선을 수신하도록 단부(491) 상에 위치한다. 위에서 논의된 것과 같이, 지시 분자들(116)은 수신된 조사선에 반응할 것이고, 반응은 지시 분자들(116)의 영역에서 측정되는 검체의 농도의 함수일 것이다. 광검출기(120a)는 반응을 검출한다.
도 6을 참조하면, 도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 광학계 센서(610)의 개략적인 단면도이다. 센서(610)는 센서(110)와 동일한 컴포넌트들을 많이 포함한다. 또한 센서(610)는 센서(610) 내에 광검출기(120a), 필터(134a) 및 광원(118)이 바람직하게는 정렬되어 있다는 점에서 센서(410)와 유사하다. 또한 센서(410)에서와 같이, 센서(610) 내의 필터(134a)는 광검출기(120a)의 측면(135)에 고정되어 탑재되어 있을 수 있고 광원(118)은 필터(134a)의 측면(467)에 고정적으로 탑재되어 있을 수 있고, 광검출기(120a), 필터(134a), 광원(118) 어셈블리가 도 6에 도시된 것과 같이 하우징(102)의 단부(491)에 인접하여 위치할 수 있다.
그러나, 센서(610)의 광원(118), 광검출기(120a) 및 필터(134a)의 방위는 센서(410)의 방위와 서로 다르다. 예를 들어, 센서(610)에서 광검출기(120a)의 측면(135)은 하우징(102)의 세로축에 본질적으로 직각인 방향을 향한다. 추가로, 센서(610)에서, 필터(134a) 및/또는 광검출기(120a)는 베이스(412)가 없을 수 있도록 기판(170)에 직접 고정된다. 보여지는 실시 예에서, 필터(134a) 및/또는 광검출기(120a)는 기판(170)의 단부(413)에 직접 고정된다.
위에서 설명된 하나 이상의 실시 예들에서, 하우징(102)은 하우징(102)에 수용되어 있는 컴포넌트들이 돌아다닐 수 없게 하는 물질로 채워질 수 있다. 예를 들어, 하우징(102)은 기판(170) 전 또는 후에 광학 에폭시로 채워질 수 있고 에폭시에 부착된 컴포넌트들이 하우징(120)에 삽입된다. Billerica의 Epoxy Technology의 EPO-TEK 301-2 에폭시, MA 및/또는 다른 에폭시들이 사용될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들/ 변경들이 위에서 설명되었지만, 제한이 아니라 예시로서 나타내진 것임이 이해되어야 한다. 따라서 본 발명의 폭과 범위는 위에서 설명된 예시적인 실시 예들 중 어느 것에도 제한되어서는 안되고 아래의 청구항들 및 그 동등물에 따라서만 정의되어야 한다.

Claims (33)

  1. 검체의 존재 또는 농도를 검출하기 위한 전기-광학적 감지 장치로서,
    외부 표면을 구비하는 하우징;
    하우징의 외부 표면의 최소 일부에 위치하는 다수의 지시 분자들;
    하우징 내에 수용된 회로 기판(circuit board);
    상측과 하측을 구비한 광검출기를 포함하며, 상기 광검출기는 회로 기판 상의 회로에 전기적으로 연결되고 광검출기의 최소 상측은 감광성이고;
    상측과 하측을 구비한 필터를 포함하며, 하측은 광검출기의 상측 위에 위치하고;
    필터의 상측 위에 위치한 조사선 광원을 포함하는 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상측과 하측을 구비한 베이스를 더 포함하며, 하측은 회로 기판의 단부에 부착되고, 광검출기의 하측은 베이스의 상측에 탑재되는, 센서.
  3. 제2항에 있어서, 베이스의 상측은 회로 기판의 상측이 놓여 있는 평면에 본질적으로 직각인 평면에 놓여 있는, 센서.
  4. 제3항에 있어서, 광검출기의 상측은 베이스의 상측에 일반적으로 평행인, 센서.
  5. 제2항에 있어서, 베이스의 하측은 그 속에 그루브를 갖고, 회로 기판의 단부가 상기 그루브에 삽입되는, 센서.
  6. 제2항에 있어서,
    베이스 상에 배치된 제1 전기 접촉부;
    베이스 상에 배치된 제2 전기 접촉부를 더 포함하며,
    광검출기는 제1 전기 접촉부와 전기적으로 연결되고,
    조사선 광원은 제2 전기 접촉부와 전기적으로 연결되는, 센서.
  7. 제6항에 있어서, 제1 전기 접촉부는 회로 기판에 배치된 제3 전기 접촉부에 전기적으로 연결되고 제2 전기 접촉부는 회로 기판에 배치된 제4 전기 접촉부에 전기적으로 연결되는, 센서.
  8. 제7항에 있어서, 제1 전기 접촉부와 제3 전기 접촉부를 전기적으로 연결시키고 제2 전기 접촉부와 제4 전기 접촉부를 전기적으로 연결시키는 기능을 하는 베이스 상에 또는 내부에 배치된 회로 트레이스를 더 포함하는, 센서.
  9. 제1항에 있어서, 광검출기의 상측은 회로 기판의 상측이 놓여있는 평면에 본질적으로 평행인 평면에 놓여있는, 센서.
  10. 제1항에 있어서, 광원과 필터 사이에 배치되는 불투명 베이스를 더 포함하는, 센서.
  11. 제10항에 있어서, 상기 베이스는 몰리브덴을 포함하는, 센서.
  12. 제11항에 있어서, 상기 필터는 에폭시를 사용하여 광검출기에 고정되는, 센서.
  13. 제12항에 있어서, 상기 에폭시는 상기 필터의 하측과 상기 광검출기의 하측 사이에 배치되는, 센서.
  14. 제13항에 있어서, 상기 에폭시의 반사 지수(reflective index)는 필터의 반사 지수에 일치되는, 센서.
  15. 제1항에 있어서, 조사선 광원은 발광 다이오드인, 센서.
  16. 검체의 존재 또는 농도를 검출하기 위한 전기-광학적 감지 장치로서,
    외부 표면을 구비하는 하우징;
    상기 하우징의 외부 표면의 적어도 일부에 위치하는 복수의 지시 분자들;
    상기 하우징 내에 수용된 회로 기판;
    상기 회로 기판에 연결되며, 상기 지시 분자들의 반응을 검출하기 위한 제1 광검출기;
    상기 회로 기판에 연결되며, 참조 형광 요소의 반응을 검출하기 위한 제2 광검출기;
    상기 제1 및 제2 광검출기들의 감광측들 위의 일정 거리에 위치한 조사성 광원; 및
    상기 조사선 광원으로부터 이격되며, 상기 회로 기판에 부착된 반사기를 포함하는 감지 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광검출기들의 상기 감광측들을 각기 커버하는 제1 및 제2 광학 필터들 더 포함하는 감지 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 회로 기판은 그것을 관통하여 연장되는 제1 및 제2 구멍들을 구비하고, 상기 제1 및 제2 구멍들에 상기 제1 및 제2 광학 필터들이 각기 배치되며, 상기 제1 및 제2 구멍들 아래에서 상기 제1 및 제2 광검출기들은 각기 상기 회로 기판의 하측에 부착되는, 감지 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광검출기들의 비-감광측들은 암광-차단 에폭시(black light-blocking epoxy)로 커버되는, 감지 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 참조 형광 요소는 테르븀인, 감지 장치.
  21. 제18항에 있어서, 상기 참조 형광 요소는 상기 제2 광학 필터의 상부에 위치하며, 미리 결정된 파장에서 형광을 방출하는, 감지 장치.
  22. 제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광학 필터들은 빛의 다른 파장들을 필터링하는, 감지 장치.
  23. 제16항에 있어서, 상기 회로 기판의 상측이 놓여있는 평면에 본질적으로 직각인 평면에 놓여있는 측면을 구비한 지지 부재를 더 포함하고,
    상기 조사선 광원은 상기 지지 부재의 상기 측면에 부착되는, 감지 장치.
  24. 제8항에 있어서, 상기 회로 기판은 상기 회로 기판의 상측에 그루브를 구비하며, 상기 지지 부재는 상기 그루브에 삽입된 단부를 구비하는, 감지 장치.
  25. 제8항에 있어서, 제1 전기 접촉부가 지지 부재의 표면에 배치되고, 그리고 상기 조사선 광원은 상기 전기 접촉부에 전기적으로 연결되는, 감지 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제1 전기 접촉부는 제1 전기 접촉부는 상기 회로 기판상에 배치된 제2 전기 접촉부에 전기적으로 연결되는, 감지 장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 지지 부재상에 또는 내부에 배치되며, 상기 제1 전기 접촉부와 상기 제2 전기 접촉부를 전기적으로 연결시키는 기능을 하는 회로 트레이스를 더 포함하는 감지 장치.
  28. 제16항에 있어서, 상기 거리는 0.254 밀리미터(mm) 내지 0.762 밀리미터 범위인, 감지 장치.
  29. 제16항에 있어서, 상기 반사기는 상기 조사선 광원을 향하는 반사 측을 구비하는, 감지 장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광검출기들은 상기 조사선 광원 및 상기 반사기의 상기 반사 측 사이 영역의 하부 장소에 위치하는, 감지 장치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광검출기들의 상기 감광측들은 상기 반사기의 상기 반사측이 향하는 방향에 본질적으로 직각인 방향으로 향하는, 감지 장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광검출기들의 상기 감광측들은 상기 회로 기판의 상측 하부에 위치하는, 감지 장치.
  33. 검체의 존재 또는 농도를 검출하기 위한 전기-광학적 감지 장치로서,
    외부 표면을 구비하는 하우징;
    상기 하우징의 외부 표면의 적어도 일부에 위치하는 복수의 지시 분자들;
    상기 하우징 내에 수용된 회로 기판;
    상기 회로 기판에 연결되며, 상기 지시 분자들의 반응을 검출하기 위한 제1 광검출기;
    상기 회로 기판에 연결되며, 참조 형광 요소의 반응을 검출하기 위한 제2 광검출기;
    상기 제1 및 제2 광검출기들의 감광측들 위의 일정 거리에 위치한 조사성 광원; 및
    상기 조사선 광원으로부터 이격되며, 상기 조사선 광원을 향하는 반사 측을 구비하는 반사기를 포함하고,
    상기 회로 기판은 상기 회로 기판의 상측에 그루브를 구비하며, 상기 반사기는 상기 그루브에 삽입된 단부를 구비하는, 감지 장치.
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