저항성 펄스 감지

저항성 펄스 감지(RPS)는 유체 내 개별 입자의 크기를 감지하고 측정하기 위해 잘 개발된 기술을 위해 주어진 일반적인 비상업적 용어다.1953년 월리스 H. 쿨터에 의해 처음 발명된 ^[1]RPS 기법은 상표 용어인 쿨터 원칙 뒤에 숨겨진 기본 원칙이다.저항성 펄스 감지 기술은 근본적으로 전기적 특성을 반영하여 전기 구역 감지 기법이라고도 하며, 이는 광학 기반 동적 광 산란(DLS), 나노입자 추적 분석(NTA) 등 다른 입자 크기 조정 기술과 구별된다.국제표준화기구에 의한 저항성 펄스 센싱 기법의 사용을 위한 국제표준이 개발되었다.^[2]

그림 1. 약하게 전도되는 유체에 매달린 입자가 나노진정을 통해 흐르며, 나노진정의 양쪽에 위치한 전극에 의해 전기적으로 감지되는 저항성 펄스 감지를 위한 도식도.

그림 2. 저항성 펄스 센싱 시간 기반 개략도 데이터의 라인 도면수축 과정을 통과하는 한 개의 입자는 입자 부피에 비례하는 전기 저항의 순간적인 변화를 일으킨다.

시공 및 운영.저항성 펄스 감지의 기초가 되는 기본 설계 원리는 그림 1과 같다.전도성 액체에 매달린 개별 입자는 수축 과정을 통해 한 번에 한 번씩 흐른다.가장 일반적으로 사용되는 액체는 전류를 운반하기에 충분한 양의 용해 염분을 함유한 물이다.mS-S 범위의 전기 전도도와 순서 1%의 염분 농도로 해수 염도 수준 또는 광범위한 범위의 인산염 식염수 농도는 이를 위해 쉽게 충분하다.전형적인 수돗물은 이 용도에 충분히 전도할 수 있는 충분한 용해 광물을 함유하고 있다.

전기적 접촉은 전기화학 전지 구성에서 볼 수 있듯이 금속 전극을 사용하여 유체와 접촉하며, 백금 또는 기타 저전극 전위 금속을 사용하는 것이 가장 좋은 경우다.순서가 1V인 전극을 편향시키면 전류가 유체를 통해 흐르게 된다.적절히 설계되면 수축의 전기 저항이 회로의 총 전기 저항에서 지배하게 된다.전류를 모니터링하는 동안 수축 상태를 통해 흐르는 입자는 전류가 흐리게 되어 두 전극 사이의 전압 강하가 증가하게 된다.즉, 입자는 수축의 전기적 저항성에 변화를 일으킨다.입자가 수축 과정을 통과할 때 전기 저항의 변화는 그림 2에 도식적으로 나타나 있다.

작동 이론.측정된 전기 저항의 변화와 그러한 변화를 일으킨 입자의 크기 사이의 양적 관계는 1970년에 드블루아와 빈에 의해 해결되었다.^[3]De Blois and Bean found the very simple result that the resistance change ${\displaystyle \Delta R}$ is proportional to the ratio of particle volume ${\displaystyle V_{p}}$ to the effective volume ${\displaystyle V_{c}}$ of the constriction: ${\displaystyle \Delta R=A{\frac {V$$_{p}{V_{c$ $여기$서 A$${\$디스플레이 스타일$ A$}$는 수축의 상세 기하학 및 작업 유체의 전기 전도도에 따라 달라지는 요인이다$$.

그러므로 수축에 걸친 전압 강하의 변화로 나타나는 전기 저항을 감시함으로써 각 저항의 증가는 수축에 의한 입자의 통로를 나타내기 때문에 입자를 셀 수 있고, 입자 통로 중 저항의 변화 크기가 변화함에 따라 입자의 크기를 측정할 수 있다.그 입자의 부피에 비례하는일반적으로 수축에 걸쳐 압력차를 설정하여 외부에서 제어하는 수축으로 유체의 부피측 유량을 계산할 수 있기 때문에 입자의 농도를 계산할 수 있다.충분한 수의 입자 과도현상이 적절한 통계적 유의성을 제공할 수 있을 경우, 부피 입자당 부피 당 유체 단위를 갖는 농도 스펙트럼 밀도라고도 알려진 입자 크기의 함수로서의 농도를 계산할 수 있다.

최소 감지 가능 크기 및 동적 범위.저항성 펄스 감지(RPS) 계측기를 평가할 때 고려해야 할 두 가지 중요한 사항은 최소 감지 가능한 입자 크기와 계측기의 동적 범위다.최소 검출 가능한 크기는 수축의 $V$ ${\displaystyle c_{}}$ ${\$ 볼륨에 의해 결정되며, 그 수축에 걸쳐 적용되는 전압 차이 및 입자 신호를 검출하는 데 사용되는 1단계 증폭기의 노이즈에 의해 결정된다.즉, 시스템의 최소 신호 대 잡음을 평가해야 한다.최소 입자 크기는 신호에 의해 생성된 것과 동일한 주파수 대역폭에 걸쳐 통합된 노이즈와 동일한 크기의 신호를 생성하는 입자의 크기로 정의할 수 있다.RPS 계측기의 동적 범위는 수축의 직경에 의해 상단 끝에 설정되며, 그것이 수축 과정을 통과할 수 있는 최대 크기 입자가 그것이다.그 대신 약간 더 작은 최대값을 선택할 수도 있고, 아마도 이 최대 볼륨의 70%로 설정할 수도 있다.그러면 동적 범위는 최소 검출 가능한 크기에 대한 최대 입자 크기의 비율과 동일하다.이 비율은 최대 입자량과 최소 입자량의 비율 또는 최대 입자 직경 대 최소 입자 직경의 비율(첫 번째 방법의 입방체)으로 인용할 수 있다.

미세유체 저항 펄스 감지(MRPS)

원래 콜터 카운터는 유리 부피의 작은 모공을 가공하기 위해 특수 기술을 사용하여 설계되었지만, 이러한 요소들을 조작하는 비용과 복잡성은 그것들이 RPS 분석 기구의 반영구적인 부분이 된다는 것을 의미한다.이는 또한 신뢰성 있게 가공될 수 있는 최소 직경 구속을 제한하여, RPS 기법이 직경 약 1미크론 이하의 입자에 사용하기 어렵게 만들었다.

따라서 미세유체 회로를 위해 개발된 제작 기법을 RPS 감지에 적용하는 데 상당한 관심이 있었다.RPS 기술을 미세유체 영역으로 변환하면 1미크론의 유효 직경보다 훨씬 낮은 매우 작은 제약이 가능하므로 검출 가능한 최소 입자 크기가 깊은 서브마이크론 범위까지 확장된다.마이크로유체학 기술을 사용하면 또한 일회용이 되는 중요한 수축 구성 요소를 정의하기 위해 저렴한 주물 플라스틱 또는 탄성체 부품을 사용할 수 있다.일회용 엘리먼트를 사용하면 시료 교차 오염에 대한 우려를 없앨 뿐만 아니라 RPS 기기의 시간이 많이 소요되는 세척의 필요성을 없앨 수 있다.이러한 능력을 입증하는 과학적 발전은 ^[4]카시아노비츠 외 연구진,^[5] 살레와 손 연구진, 프레이킨 외 연구진 등에 의해 과학 문헌에 발표되었다.^[6]이것들은 함께 콜터 카운터 기술의 미세 유체 또는 랩 온 어 칩 버전을 제작하는 다양한 방법을 보여준다.

참조