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테라헤르쯔 시간 기반 분광 장치(Terahertz Time-Domain Spectroscopy; THz-TDS)의 가열 부재에 장착되어 테라헤르쯔 파의 주파수 대역폭에서 미생물체(microbiome)를 감지하도록,일 면에 공진 회로 영역을 적어도 하나로 가지는 베이스 플레이트; 및상기 베이스 플레이트에서 상기 공진 회로 영역에 인덕턴스(inductance(L))와 커패시턴스(capacitance(C))와 레지스턴스(resistance(R))의 공진 회로를 이루는 단위 원자 구조물를 포함하고,상기 베이스 플레이트는,상기 베이스 플레이트의 타 면을 통해 상기 가열 부재와 마주하고,상기 가열 부재는,상기 단위 원자 구조물에 상기 미생물체를 위치시키는 때,상기 베이스 플레이트와 상기 단위 원자 구조물을 통해 상기 미생물체에 열을 전달하고,상기 단위 원자 구조물은,상기 테라헤르쯔 파가 상기 단위 원자 구조물과 상기 미생물체에 조사되는 때,상기 테라헤르쯔 시간 기반 분광 장치로부터 확보되는 X축의 주파수와 Y축의 온도에 따른 테라헤르쯔 흡수도(THz-absorption)의 열 곡선(thermal curve) 그래프에서 상기 미생물체의 온도에 따라 상기 미생물체의 유전 상수의 변화를 상기 단위 원자 구조물의 공명 주파수 자취(resonance frequency locus)로 그리는, 완전 비표지자 바이오 센서
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제1 항에 있어서,상기 베이스 플레이트는,비저항 3000Ωㆍ㎝ 이고 두께 550㎛ 인 실리콘(Si) 기판을 포함하는, 완전 비표지자 바이오 센서
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3
제1 항에 있어서,상기 단위 원자 구조물은,사각의 폐루프(cloded loop)를 따라 위치되어 상기 인덕턴스를 형성하는 제1 패턴을 가지고,상기 제1 패턴에서 마주하는 양 변으로부터 상기 제1 패턴의 중앙 영역을 향해 연장하여 소정의 갭(gap)을 통해 서로 마주하고 상기 갭에 상기 커패시턴스를 형성하는 제2 패턴을 가지며,상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴에서 상기 레지스턴스를 가지고,상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴은, 금(Au)을 포함하는 금속 층으로 이루어지는, 완전 비표지자 바이오 센서
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제3 항에 있어서,상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴은,상기 단위 원자 구조물에 상기 테라헤르쯔 파를 조사시키는 때,상기 테라헤르쯔 파와 상호 작용하여 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴에 전하의 흐름을 형성하고, 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴을 통해 상기 제2 패턴의 상기 갭의 양 단에 상기 전하를 모아 유도 전류를 형성하여 상기 제2 패턴의 상기 갭에 테라헤르쯔 전기장을 형성하고,상기 제2 패턴은,상기 제2 패턴의 상기 갭의 간격(space)에서 상기 갭에 입사되는 상기 테라헤르쯔 파의 파장보다 더 작은 크기를 가지고,상기 테라헤르쯔 전기장의 세기는,상기 테라헤르쯔 파의 전기장의 세기보다 큰 크기를 가지는, 완전 비표지자 바이오 센서
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제3 항에 있어서,상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴이,상기 테라헤르쯔 파와 상호 작용하여 상기 제2 패턴의 상기 갭에 테라헤르쯔 전기장을 형성하는 때,상기 테라헤르쯔 전기장은,상기 제2 패턴의 상기 갭에 상기 테라헤르쯔 파를 집속시키며 상기 제2 패턴의 상기 갭에서 상기 테라헤르쯔 파의 전기장의 세기를 증폭시키고, 상기 단위 원자 구조물의 상기 갭에 증폭된 테라헤르쯔 파를 투과시키며,상기 단위 원자 구조물에 상기 증폭된 테라헤르쯔 파의 투과시, 상기 미생물체에 대한 상기 증폭된 테라헤르쯔 파의 흡수율 또는 흡수 단면적(absorption cross section)을 증가시키면서 상기 단위 원자 구조물에 상기 미생물체의 비존재 대비 상기 단위 원자 구조물에 상기 미생물체의 존재에서 상기 미생물체의 상기 온도에 따라 상기 단위 원자 구조물의 공명 주파수를 이동시키는, 완전 비표지자 바이오 센서
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제3 항에 있어서,상기 테라헤르쯔 파가,주파수 대역폭을 0
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제6 항에 있어서,상기 단위 원자 구조물이, 상기 테라헤르쯔 파와 상호 작용하여 상기 제2 패턴의 상기 갭에 테라헤르쯔 전기장을 가지는 때,상기 가열 부재는,세라믹 히터를 포함하면서,상기 베이스 플레이트와 상기 단위 원자 구조물과 상기 미생물체의 가열을 통해 상기 미생물체에 온도 범위 20℃ 내지 160℃를 갖게 하고,상기 제2 패턴의 상기 갭에서 상기 테라헤르쯔 파의 전기장의 세기를 증폭시킨 후, 상기 갭을 경유하여 상기 베이스 플레이트를 지나는 증폭된 테라헤르쯔 파를 통과시키는 홀(hole)을 가지는, 완전 비표지자 바이오 센서
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8
제3 항에 있어서,상기 미생물체가,단일 종류의 박테리아(bacteria)로 이루어진 미생물막(microbial layer)이면서,상기 가열 부재가,상기 미생물체에 상기 열을 전달하면서 상기 미생물체의 온도 상승에 따라 상기 미생물체에 성장 시기(growth phase)와 열불활성 시기(thermal inactivation)와 DNA 변성 시기(DNA denaturation pahse)와 셀 벽 파괴 시기(cell wall destruction phase)를 순차적으로 가지게 하는 때,상기 단위 원자 구조물은,상기 테라헤르쯔 시간 기반 분광 장치를 통해 상기 테라헤르쯔 흡수도의 열 곡선 그래프를 바탕으로 상기 단위 원자 구조물의 상기 공명 주파수 자취를 상기 온도에 따라 미분하여 X축에 상기 온도와 함께 Y축에 상기 온도에 대한 상기 주파수의 순간변화율을 가지는 미분 열 곡선(differential thermal curve) 그래프에서 주파수 순간변화율 자취를 그리는, 완전 비표지자 바이오 센서
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9
제8 항에 있어서,상기 미생물체는,상기 미분 열 곡선 그래프에서 상기 온도에 따른 상기 주파수 순간변화율 자취를 볼 때,성장 시기 또는 열불활성 시기 또는 DNA 변성 시기 또는 셀 벽 파괴 시기의 상전이 온도(phase transition temperature)에서 상기 온도에 대한 상기 주파수의 상기 순간변화율을 수평으로 가져 상기 증폭된 테라헤르쯔 파의 흡수 피크(absorption peak)를 보이며,상기 성장 시기와 상기 열불활성 시기와 상기 DNA 변성 시기와 상기 셀 벽 파괴 시기 사이의 상전이 온도에서 물질별 공명 주파수와 굴절률의 관계를 고려하면 상기 미생물체의 유전 상수의 변화를 보이고,상기 주파수 순간변화율 자취는,상기 미생물체의 분광 지문(spectral fingerprint)으로 역할을 하는, 완전 비표지자 바이오 센서
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10
제3 항에 있어서,상기 미생물체가,단일 종류의 효모(yeast; Saccharomyces cerevisiae(사카로미세스 세레비시아)) 또는 단일 종류의 박테리아(bacteria; Escherichia coli(에스체리치아 콜리))로 이루어진 미생물막이면서,상기 가열 부재가,상기 미생물체에 상기 열을 전달하면서 상기 미생물체의 온도 상승에 따라 상기 미생물체에 성장 시기와 열불활성 시기와 DNA 변성 시기와 셀 벽 파괴 시기 중 적어도 하나를 가지게 하는 때,상기 단위 원자 구조물은,상기 테라헤르쯔 시간 기반 분광 장치를 통해 상기 테라헤르쯔 흡수도의 열 곡선 그래프를 바탕으로 상기 단위 원자 구조물의 상기 공명 주파수 자취를 상기 온도에 따라 미분하여 X축에 상기 온도와 함께 Y축에 상기 온도에 대한 상기 주파수의 순간변화율을 가지는 미분 열 곡선 그래프에서 주파수 순간변화율 자취를 그리는, 완전 비표지자 바이오 센서
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11
제10 항에 있어서,상기 미생물체는,상기 미분 열 곡선 그래프에서 상기 온도에 따른 상기 주파수 순간변화율 자취를 볼 때,효모의 셀 벽 파괴 시기의 상전이 온도에서 상기 온도에 대한 상기 주파수의 상기 순간변화율을 수평으로 가져 상기 증폭된 테라헤르쯔 파의 흡수 피크를 보이거나,박테리아의 성장 시기 또는 열불활성 시기 또는 DNA 변성 시기의 상전이 온도에서 상기 온도에 대한 상기 주파수의 상기 순간변화율을 수평으로 가져 상기 증폭된 테라헤르쯔 파의 흡수 피크를 보이며,상기 효모의 상기 셀 벽 파괴 시기의 상기 상전이 온도 주변에서, 또는 상기 박테리아의 성장 시기와 열불활성 시기와 DNA 변성 시기 사이의 상전이 온도에서 물질별 공명 주파수와 굴절률의 관계를 고려하면 상기 효모 또는 박테리아의 유전 상수의 변화를 보이고,상기 주파수 순간변화율 자취는,상기 효모 또는 박테리아의 분광 지문 또는 형상 변화 체크 지시자(morphology-change checking indicator)로 역할을 하는, 완전 비표지자 바이오 센서
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제3 항에 있어서,상기 미생물체가,제1 종류의 박테리아(Escherichia coli(에스체리치아 콜리)와 Lacticaseibacillus casei(락티카제이바실러스 카제이))를 혼합시킨 제1 미생물막, 또는 제2 종류의 박테리아(Staphylococcus aureus(스타필로코커스 아우레우스)와 Streptococcus mitis(스트렙토코쿠스 미티스))를 혼합시킨 제2 미생물막이면서,상기 가열 부재가,상기 미생물체에 상기 열을 전달하면서 상기 미생물체의 온도 상승에 따라 상기 미생물체에 성장 시기와 열불활성 시기와 DNA 변성 시기와 셀 벽 파괴 시기 중 적어도 하나를 가지게 하는 때,상기 단위 원자 구조물은,상기 테라헤르쯔 시간 기반 분광 장치를 통해 상기 테라헤르쯔 흡수도의 열 곡선 그래프를 바탕으로 상기 단위 원자 구조물의 상기 공명 주파수 자취를 상기 온도에 따라 미분하여 X축에 상기 온도와 함께 Y축에 상기 온도에 대한 상기 주파수의 순간변화율을 가지는 미분 열 곡선 그래프에서 주파수 순간변화율 자취를 그리는, 완전 비표지자 바이오 센서
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13
제12 항에 있어서,상기 미생물체는,상기 미분 열 곡선 그래프에서 상기 온도에 따른 상기 주파수 순간변화율 자취를 볼 때,제1 미생물막의 성장 시기 또는 열불활성 시기 또는 DNA 변성 시기 또는 셀 벽 파괴 시기의 상전이 온도에서 상기 온도에 대한 상기 주파수의 상기 순간변화율을 수평으로 가져 상기 증폭된 테라헤르쯔 파의 흡수 피크를 보이거나,제2 미생물막의 성장 시기 또는 열불활성 시기 또는 DNA 변성 시기 또는 셀 벽 파괴 시기의 상전이 온도에서 상기 온도에 대한 상기 주파수의 상기 순간변화율을 수평으로 가져 상기 테라헤르쯔 파의 흡수 피크를 보이며,제1 미생물막 또는 제2 미생물막의 성장 시기 및 열불활성 시기 및 DNA 변성 시기 및 셀 벽 파괴 시기 사이의 상전이 온도에서, 물질별 공명 주파수와 굴절률의 관계를 고려하면, 상기 제1 미생물막 또는 제2 미생물막의 유전 상수의 변화를 보이고,상기 주파수 순간변화율 자취는,상기 제1 종류의 박테리아에서 또는 상기 제2 종류의 박테리아에서 개별 박테리아의 색깔 또는 선으로 표시된 점유 면적을 둘러싸면서 상기 개별 박테리아를 구별시키는 역할을 하는, 완전 비표지자 바이오 센서
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테라헤르쯔 파(terahertz wave)의 주파수 대역폭에서 완전 비표지자 바이오 센서 상에 위치되는 미생물체(microbiome)를 감지하도록,극초단 레이저 펄스빔(ultrashort laser pulse beam)을 펌프 빔과 프로브 빔으로 분리하고, 상기 펌프 빔을 바탕으로 상기 테라헤르쯔 파를 만드는 테라웨이브 발생부;가열 부재 상에 상기 완전 비표지자 바이오 센서를 탈착시키면서 상기 테라웨이브 발생부의 상기 테라헤르쯔 파를 상기 완전 비표지자 바이오 센서에 통과시켜 상기 테라헤르쯔 파의 전기장의 세기를 증폭시키는 시료 장착부; 및상기 시료 안착부의 증폭된 테라헤르쯔 파와 상기 테라웨이브 발생부의 상기 프로브 빔을 전달받아 시간 기반 펄스형 테라헤르쯔 파형을 만든 후, 상기 시간 기반 펄스형 테라헤르쯔 파형을 바탕으로 테라헤르쯔 흡수도(THz-absorption)의 열 곡선(thermal curve) 그래프를 확보하는 테라웨이브 검출부를 포함하고,상기 완전 비표지자 바이오 센서는,베이스 플레이트 상에서, 인덕턴스(inductance(L))와 커패시턴스(capacitance(C))와 레지스턴스(resistance(R))의 공진 회로를 이루는 단위 원자 구조물과 함께, 상기 단위 원자 구조물에 위치되는 상기 미생물체를 가지고,상기 단위 원자 구조물은,상기 테라헤르쯔 파가 상기 단위 원자 구조물과 상기 미생물체에 조사되는 때,상기 테라웨이브 검출부로부터 확보되는 X축의 주파수와 Y축의 온도에 따른 상기 테라헤르쯔 흡수도(THz-absorption)의 열 곡선(thermal curve) 그래프에서 상기 미생물체의 온도에 따라 상기 미생물체의 유전 상수의 변화를 상기 단위 원자 구조물의 공명 주파수 자취(resonance frequency locus)로 그리는, 테라헤르쯔 시간 기반 분광 장치
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제14 항에 있어서,상기 테라웨이브 발생부는,펄스형 펨토초 레이저, 빔분배기, 제1 광전도 안테나, 그리고 복수의 제1 비축 포물경(off-axis parabolic mirror)을 포함하고,상기 펄스형 펨토초 레이저는,티타늄-사파이어 레이저(Ti; Sapphire laser)를 포함하면서 상기 극초단 레이저 펄스빔을 만들고,상기 빔분배기는,상기 펄스형 펨토초 레이저로부터 상기 극초단 레이저 펄스빔을 전달받아 상기 극초단 레이저 펄스빔을 상기 펌프 빔과 상기 프로브 빔으로 만들고,상기 제1 광전도 안테나는,갈륨비소(GaAs)를 포함하면서 소형 다이폴 안테나로써 기능을 하여 상기 빔분배기로부터 상기 펌프빔을 전달받아 상기 테라헤르쯔 파를 만들고,상기 복수의 제1 비축 포물경은,상기 제1 광전도 안테나의 상기 테라헤르쯔 파를 상기 시료 장착부의 상기 완전 비표시자 바이오 센서에 전달하는, 테라헤르쯔 시간 기반 분광 장치
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16
제14 항에 있어서,상기 시료 장착부는,상기 베이스 플레이트에서,비저항 3000Ωㆍ㎝ 이고 두께 550㎛ 인 실리콘(Si) 기판을 포함하고,상기 단위 원자 구조물에서,사각의 폐루프(cloded loop)를 따라 위치되어 상기 인덕턴스를 형성하는 제1 패턴을 가지고,상기 제1 패턴에서 마주하는 양 변으로부터 상기 제1 패턴의 중앙 영역을 향해 연장하여 소정의 갭(gap)을 통해 서로 마주하고 상기 갭에 상기 커패시턴스를 형성하는 제2 패턴을 가지며,상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴에서 상기 레지스턴스를 가지고,상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴은, 금(Au)을 포함하는 금속 층으로 이루어지는, 테라헤르쯔 시간 기반 분광 장치
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제16 항에 있어서,상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴이,상기 테라헤르쯔 파와 상호 작용하여 상기 제2 패턴의 상기 갭에 테라헤르쯔 전기장을 형성하는 때,상기 테라헤르쯔 전기장은,상기 제2 패턴의 상기 갭에 상기 테라헤르쯔 파를 집속시키며 상기 제2 패턴의 상기 갭에서 상기 테라헤르쯔 파의 전기장의 세기를 증폭시키고, 상기 단위 원자 구조물의 상기 갭에 상기 증폭된 테라헤르쯔 파를 투과시키며,상기 단위 원자 구조물에 상기 증폭된 테라헤르쯔 파의 투과시, 상기 미생물체에 대한 상기 증폭된 테라헤르쯔 파의 흡수율 또는 흡수 단면적(absorption cross section)을 증가시키면서 상기 단위 원자 구조물에 상기 미생물체의 비존재 대비 상기 단위 원자 구조물에 상기 미생물체의 존재에서 상기 미생물체의 상기 온도에 따라 상기 단위 원자 구조물의 공명 주파수를 이동시키는, 테라헤르쯔 시간 기반 분광 장치
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제16 항에 있어서,상기 완전 비표시자 바이오 센서가,상기 베이스 플레이트의 일면 상에 상기 단위 원자 구조물과 상기 미생물체를 가지고,상기 단위 원자 구조물과 상기 테라헤르쯔 파의 상호 작용을 통해 상기 제2 패턴의 상기 갭에 테라헤르쯔 전기장을 가지는 때,상기 가열 부재는,세라믹 히터를 포함하면서 상기 베이스 플레이트의 타면과 마주하고,상기 베이스 플레이트와 상기 단위 원자 구조물과 상기 미생물체의 가열을 통해 상기 미생물체에 온도 범위 20℃ 내지 160℃를 갖게 하고,상기 제2 패턴의 상기 갭에서 상기 테라헤르쯔 파의 상기 전기장의 세기를 증폭시킨 후, 상기 갭을 경유하여 상기 베이스 플레이트를 지나는 상기 증폭된 테라헤르쯔 파를 통과시키는 홀(hole)을 가지는, 테라헤르쯔 시간 기반 분광 장치
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제14 항에 있어서,상기 테라웨이브 발생부가,상기 빔분배기에서 상기 극초단 레이저 펄스빔을 상기 펌프 빔과 상기 프로브 빔으로 분리시키는 때,상기 테라웨이브 검출부는,복수의 제2 비축 포물경, 제2 광전도 안테나, 그리고 연산부를 포함하고,상기 복수의 제2 비축 포물경은,상기 시료 안착부의 상기 증폭된 테라헤르쯔 파를 상기 제2 광전도 안테나에 전달하고,상기 제2 광전도 안테나는,아연텔레륨(ZnTe)를 포함하면서 상기 복수의 제2 비축 포물경으로부터 상기 증폭된 테라헤르쯔 파와 함께, 상기 빔분배기로부터 상기 프로브 빔을 전달받아 상기 시간 기반 펄스형 테라헤르쯔 파형을 만들고,상기 연산부는,상기 광전도 안테나로부터 상기 시간 기반 펄스형 테라헤르쯔 파형을 전달받아 상기 시간 기반 펄스형 테라헤르쯔 파형에 고속 푸리에 변환을 적용하여 상기 테라헤르쯔 흡수도의 열 곡선 그래프를 확보하는, 테라헤르쯔 시간 기반 분광 장치
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제14 항에 있어서,상기 미생물체가,박테리아로 이루어진 미생물막이면서,상기 가열 부재가,상기 미생물체에 상기 열을 전달하면서 상기 미생물체의 온도 상승에 따라 상기 미생물체에 성장 시기와 열불활성 시기와 DNA 변성 시기와 셀 벽 파괴 시기를 순차적으로 가지게 하는 때,상기 단위 원자 구조물은,상기 테라웨이브 검출부를 통해 상기 테라헤르쯔 흡수도의 열 곡선 그래프를 바탕으로 상기 단위 원자 구조물의 상기 공명 주파수 자취를 상기 온도에 따라 미분하여 X축에 상기 온도와 함께 Y축에 상기 온도에 대한 상기 주파수의 순간변화율을 가지는 미분 열 곡선 그래프에서 주파수 순간변화율 자취를 그리는, 테라헤르쯔 시간 기반 분광 장치
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제19 항에 있어서,상기 미생물체는,상기 미분 열 곡선 그래프에서 상기 온도에 따른 상기 주파수 순간변화율 자취를 볼 때,성장 시기 또는 열불활성 시기 또는 DNA 변성 시기 또는 셀 벽 파괴 시기의 상전이 온도(phase transition temperature)에서 상기 온도에 대한 상기 주파수의 상기 순간변화율을 수평으로 가져 상기 증폭된 테라헤르쯔 파의 흡수 피크(absorption peak)를 보이며,상기 성장 시기와 상기 열불활성 시기와 상기 DNA 변성 시기와 상기 셀 벽 파괴 시기 사이의 상전이 온도에서 물질별 공명 주파수와 굴절률의 관계를 고려하면 상기 미생물체의 유전 상수의 변화를 보이고,상기 주파수 순간변화율 자취는,상기 미생물체의 분광 지문(spectral fingerprint)으로 역할을 하는, 테라헤르쯔 시간 기반 분광 장치
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