KR102208785B1 - Microfluidic droplet generating device - Google Patents

Microfluidic droplet generating device Download PDF

Info

Publication number
KR102208785B1
KR102208785B1 KR1020190094968A KR20190094968A KR102208785B1 KR 102208785 B1 KR102208785 B1 KR 102208785B1 KR 1020190094968 A KR1020190094968 A KR 1020190094968A KR 20190094968 A KR20190094968 A KR 20190094968A KR 102208785 B1 KR102208785 B1 KR 102208785B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
channel
nut
bolt
generating device
outlet
Prior art date
Application number
KR1020190094968A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
서태석
하우 반 응우엔
꿕 후인 응우엔
O 후인 응우엔
Original Assignee
경희대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경희대학교 산학협력단 filed Critical 경희대학교 산학협력단
Priority to KR1020190094968A priority Critical patent/KR102208785B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102208785B1 publication Critical patent/KR102208785B1/en

Links

Images

Classifications

    • B01F5/0085
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/14Mixing drops, droplets or bodies of liquid which flow together or contact each other
    • B01F15/0243
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/71Feed mechanisms
    • B01F35/717Feed mechanisms characterised by the means for feeding the components to the mixer
    • B01F35/7176Feed mechanisms characterised by the means for feeding the components to the mixer using pumps
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00Products made by additive manufacturing
    • B01F2005/0088
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F2025/93Arrangements, nature or configuration of flow guiding elements

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)

Abstract

The present invention relates to a microfluidic droplet generating device, which can easily adjust the size of microdroplets through a combination of bolts and nuts and rotation of the bolts. The microfluidic droplet generating device according to an embodiment of the present invention includes: a bolt; a nut screwed to the bolt through an upper hole; and a body integrally formed with the nut and having two channels formed therein through which a fluid can be injected from the outside and flow, wherein a portion of a lower hole of the nut and the two channels may be connected, and the two channels may include a first channel and a second channel.

Description

미세액적 생성 장치 {Microfluidic droplet generating device}Microfluidic droplet generating device}

본 발명은 미세액적 생성 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 볼트와 너트의 결합 및 볼트의 회전을 통해 미세액적의 크기를 조절할 수 있는 미세액적 생성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for generating microdroplets, and more particularly, to an apparatus for generating microdroplets capable of adjusting the size of microdroplets by coupling a bolt and a nut and rotating the bolt.

미세액적 기술은 상대적으로 간단한 준비 과정, 액적의 균일성, 액적 크기 및 부피의 조절 가능성, 높은 생산성 등으로 인해 최근 들어 크게 각광받고 있는 기술분야이다. (비특허문헌 1 내지 3) Microdroplet technology is a technology field that has recently been in the spotlight due to a relatively simple preparation process, uniformity of droplets, possibility of controlling droplet size and volume, and high productivity. (Non-patent documents 1 to 3)

미세액적은 특히 나노입자 합성, 고분자 합성, 세포생물학, 핵산 분석 등 다양한 분야에 반응기로써 활용될 수 있다. (비특허문헌 4 내지 11) Microdroplets can be particularly used as a reactor in various fields such as nanoparticle synthesis, polymer synthesis, cell biology, and nucleic acid analysis. (Non-Patent Documents 4 to 11)

미세액적을 생성하기 위한 장치를 제조하는 기술은 대부분 리소그래피(lithography) 또는 소프트 리소그래피(soft lithography) 방식에 의존하고 있다. 그러나 리소그래피 방법을 이용한 미세액적 생성 장치 제작은 고비용, 장기간의 제작 과정, 층별 접합 공정을 거쳐야 한다는 단점을 가지고 있다.Techniques for manufacturing devices for generating microdroplets mostly rely on lithography or soft lithography methods. However, manufacturing a microdroplet generating device using a lithography method has disadvantages of having to go through a high cost, a long manufacturing process, and a layer-by-layer bonding process.

이러한 문제점에 대한 대안으로 미세액적을 생성할 수 있는 장치의 제조 방법에 있어서 리소그래피 방법보다 신속하고 저비용으로 제조가 가능한, 3D 프린터 기술을 이용한 미세액적 생성장치 제조 방법이 대두되고 있다. (비특허문헌 12 및 13)As an alternative to this problem, in a method of manufacturing a device capable of generating microdroplets, a method of manufacturing a microdroplet generating device using a 3D printer technology, which can be manufactured at a faster and lower cost than a lithography method, has emerged. (Non-Patent Documents 12 and 13)

S. Mashaghi, A. Abbaspourrad, D.A. Weitz, A.M. van Oijen, Droplet microfluidics: A tool for biology, chemistry and nanotechnology, Trends Analyt. Chem., 82 (2016) 118-25. S. Mashaghi, A. Abbaspourrad, D.A. Weitz, A.M. van Oijen, Droplet microfluidics: A tool for biology, chemistry and nanotechnology, Trends Analyt. Chem., 82 (2016) 118-25. T.S. Kaminski, P. Garstecki, Controlled droplet microfluidic systems for multistep chemical and biological assays, Chem. Soc. Rev., 46 (2017) 6210-26. T.S. Kaminski, P. Garstecki, Controlled droplet microfluidic systems for multistep chemical and biological assays, Chem. Soc. Rev., 46 (2017) 6210-26. Y. Zhang, B. Zhu, Y. Liu, G. Wittstock, Hydrodynamic dispensing and electrical manipulation of attolitre droplets, Nat. Commun., 7 (2016) 12424. Y. Zhang, B. Zhu, Y. Liu, G. Wittstock, Hydrodynamic dispensing and electrical manipulation of attolitre droplets, Nat. Commun., 7 (2016) 12424. Q. Ji, J.M. Zhang, Y. Liu, X. Li, P. Lv, D. Jin, H. Duan, A Modular Microfluidic Device via Multimaterial 3D Printing for Emulsion Generation, Sci. Rep., 8 (2018) 4791. Q. Ji, J.M. Zhang, Y. Liu, X. Li, P. Lv, D. Jin, H. Duan, A Modular Microfluidic Device via Multimaterial 3D Printing for Emulsion Generation, Sci. Rep., 8 (2018) 4791. A. Toor, S. Lamb, B.A. Helms, T.P. Russell, Reconfigurable Microfluidic Droplets Stabilized by Nanoparticle Surfactants, ACS Nano, 12 (2018) 2365-72. A. Toor, S. Lamb, B.A. Helms, T.P. Russell, Reconfigurable Microfluidic Droplets Stabilized by Nanoparticle Surfactants, ACS Nano, 12 (2018) 2365-72. D.M. Headen, J.R. Garcia, A.J. Garcia, Parallel droplet microfluidics for high throughput cell encapsulation and synthetic microgel generation, Microsyst. Nanoeng., 4 (2018) 17076. D.M. Headen, J.R. Garcia, A.J. Garcia, Parallel droplet microfluidics for high throughput cell encapsulation and synthetic microgel generation, Microsyst. Nanoeng., 4 (2018) 17076. S. Yadavali, H.H. Jeong, D. Lee, D. Issadore, Silicon and glass very large scale microfluidic droplet integration for terascale generation of polymer microparticles, Nat. Commun., 9 (2018) 1222. S. Yadavali, H.H. Jeong, D. Lee, D. Issadore, Silicon and glass very large scale microfluidic droplet integration for terascale generation of polymer microparticles, Nat. Commun., 9 (2018) 1222. B.L. Wang, A. Ghaderi, H. Zhou, J. Agresti, D.A. Weitz, G.R. Fink, G. Stephanopoulos, Microfluidic high-throughput culturing of single cells for selection based on extracellular metabolite production or consumption, Nat. Biotechnol., 32 (2014) 473. B.L. Wang, A. Ghaderi, H. Zhou, J. Agresti, D.A. Weitz, G.R. Fink, G. Stephanopoulos, Microfluidic high-throughput culturing of single cells for selection based on extracellular metabolite production or consumption, Nat. Biotechnol., 32 (2014) 473. X. Zhao, S. Liu, L. Yildirimer, H. Zhao, R. Ding, H. Wang, W. Cui, D. Weitz, Injectable Stem Cell-Laden Photocrosslinkable Microspheres Fabricated Using Microfluidics for Rapid Generation of Osteogenic Tissue Constructs, Adv. Funct. Mater., 26 (2016) 2809-19. X. Zhao, S. Liu, L. Yildirimer, H. Zhao, R. Ding, H. Wang, W. Cui, D. Weitz, Injectable Stem Cell-Laden Photocrosslinkable Microspheres Fabricated Using Microfluidics for Rapid Generation of Osteogenic Tissue Constructs, Adv. Funct. Mater., 26 (2016) 2809-19. W. Zhang, N. Li, D. Koga, Y. Zhang, H. Zeng, H. Nakajima, J.M. Lin, K. Uchiyama, Inkjet Printing Based Droplet Generation for Integrated Online Digital Polymerase Chain Reaction, Anal. Chem., 90 (2018) 5329-34. W. Zhang, N. Li, D. Koga, Y. Zhang, H. Zeng, H. Nakajima, J.M. Lin, K. Uchiyama, Inkjet Printing Based Droplet Generation for Integrated Online Digital Polymerase Chain Reaction, Anal. Chem., 90 (2018) 5329-34. M. Nie, M. Zheng, C. Li, F. Shen, M. Liu, H. Luo, X. Song, Y. Lan, J.Z. Pan, W. Du, Assembled Step Emulsification Device for Multiplex Droplet Digital Polymerase Chain Reaction, Anal. Chem., 91 (2019), 1779-1784. M. Nie, M. Zheng, C. Li, F. Shen, M. Liu, H. Luo, X. Song, Y. Lan, J.Z. Pan, W. Du, Assembled Step Emulsification Device for Multiplex Droplet Digital Polymerase Chain Reaction, Anal. Chem., 91 (2019), 1779-1784. W. Li, L. Zhang, X. Ge, B. Xu, W. Zhang, L. Qu, C.H. Choi, J. Xu, A. Zhang, H. Lee, D.A. Weitz, Microfluidic fabrication of microparticles for biomedical applications, Chem. Soc. Rev., 47 (2018) 5646-83. W. Li, L. Zhang, X. Ge, B. Xu, W. Zhang, L. Qu, C.H. Choi, J. Xu, A. Zhang, H. Lee, D.A. Weitz, Microfluidic fabrication of microparticles for biomedical applications, Chem. Soc. Rev., 47 (2018) 5646-83. C.M. Ho, S.H. Ng, K.H.H. Li, Y.J. Yoon, 3D printed microfluidics for biological applications, Lab Chip, 15 (2015) 3627-37. C.M. Ho, S.H. Ng, K.H.H. Li, Y.J. Yoon, 3D printed microfluidics for biological applications, Lab Chip, 15 (2015) 3627-37.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 한 것으로, 3D 프린터에 의해 제조될 수 있는 미세액적 생성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide an apparatus for generating microscopic droplets that can be manufactured by a 3D printer.

또한, 볼트와 너트의 결합 및 볼트의 회전이라는 간단한 방법으로 미세액적의 크기를 비교적 정확하게 조절할 수 있는 미세액적 생성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, it is an object of the present invention to provide a microdroplet generating apparatus capable of relatively accurately adjusting the size of microdroplets by a simple method of coupling a bolt and a nut and rotating the bolt.

본 발명의 목적들은 상술된 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-described objects, and other objects that are not mentioned will be clearly understood from the following description.

본 발명의 일 실시예에 따른 미세액적 생성 장치는 볼트; 상부홀을 통해 상기 볼트와 나사 결합되는 너트; 및 상기 너트와 일체를 이루고, 외부로부터 유체가 주입되어 유동할 수 있는 두 개의 채널이 내부에 형성된 몸체를 포함하며, 상기 너트의 하부홀 및 상기 두 개의 채널은 일부분이 연결되고, 상기 두 개의 채널은 제1 채널 및 제2 채널을 포함할 수 있다..The microdrop generating apparatus according to an embodiment of the present invention includes a bolt; A nut screwed to the bolt through an upper hole; And a body integrally formed with the nut and having two channels formed therein through which fluid is injected from the outside to flow, and a lower hole of the nut and the two channels are partially connected, and the two channels May include a first channel and a second channel.

상기 제1 채널은 유입구 및 유출구를 포함하며, 상기 제2 채널은 상기 제1 채널의 유입구의 하부에 마련된 유입구 및 상기 제1 채널에 연결되는 유출구를 포함할 수 있다.The first channel may include an inlet and an outlet, and the second channel may include an inlet provided below the inlet of the first channel and an outlet connected to the first channel.

상기 제1 채널 및 제2 채널은 각각의 유입구로부터 서로 평행하게 연장되며, 상기 제2 채널의 유출구는 상기 제1 채널의 일부분과 수직으로 연결될 수 있다.The first channel and the second channel may extend parallel to each other from each inlet, and an outlet of the second channel may be vertically connected to a portion of the first channel.

상기 제1 채널은 상기 너트의 하부홀과 연결되며, 상기 제2 채널의 유출구는, 상기 하부홀의 단면을 가상으로 상기 너트의 축방향으로 연장하였을 때, 상기 가상으로 연장된 가상의 단면 내부에 마련될 수 있다.The first channel is connected to the lower hole of the nut, and the outlet of the second channel is provided inside the virtually extended cross section when the cross section of the lower hole is virtually extended in the axial direction of the nut. Can be.

상기 제1 채널은 유상(oil phase) 유체의 유동을 위한 것이며, 상기 제2 채널은 수상(water phase) 유체의 유동을 위한 것일 수 있다.The first channel may be for flow of an oil phase fluid, and the second channel may be for flow of a water phase fluid.

상기 제1 채널과 상기 제2 채널의 유출구의 접합부에서, 상기 제1 채널 내에 유동하는 유상 유체와 상기 제2 채널의 유출구로부터 출력된 상기 수상 유체가 만나 미세액적이 생성될 수 있다.At a junction between the first channel and the outlet of the second channel, the oily fluid flowing in the first channel and the aqueous fluid output from the outlet of the second channel may meet to generate microdroplets.

상기 너트와 결합된 볼트의 회전 각도와 상기 너트와 결합된 볼트의 하부면과 상기 제2 채널의 유출구 사이의 거리는 다음의 수학식과 같은 관계를 가질 수 있다.The rotation angle of the bolt coupled with the nut and the distance between the lower surface of the bolt coupled with the nut and the outlet of the second channel may have a relationship as shown in the following equation.

Figure 112019080041883-pat00001
Figure 112019080041883-pat00001

여기서, hg는 볼트의 하부면과 제2 채널의 유출구 사이의 거리, p는 나사산과 나사산 사이의 거리인 피치(pitch), α는 볼트의 회전 각도를 나타낸다.Here, hg is the distance between the lower surface of the bolt and the outlet of the second channel, p is the pitch, which is the distance between the thread and the thread, and α is the rotation angle of the bolt.

상기 생성되는 미세액적의 크기는 상기 너트와 결합된 볼트의 하부면과 상기 제2 채널의 유출구 사이의 거리에 종속될 수 있다.The size of the generated microdroplet may be dependent on a distance between the lower surface of the bolt coupled with the nut and the outlet of the second channel.

상기 유체의 유속이 일정 속도 이상일 때, 상기 생성되는 미세액적의 크기와 상기 너트와 결합된 볼트의 하부면과 상기 제2 채널의 유출구 사이의 거리는 상관 관계를 가질 수 있다.When the flow rate of the fluid is higher than a predetermined speed, the size of the generated microdroplets and the distance between the lower surface of the bolt coupled to the nut and the outlet of the second channel may have a correlation.

상기 미세액적 생성 장치는, 상기 제1 채널과 상기 제2 채널의 유입구에 각각 결합된 유로들을 포함하며, 상기 유로들은 각각 서로 다른 유체 공급원들에 결합되고, 상기 유체 공급원들은 동일한 시린지 펌프(syringe pump)에 설치될 수 있다.The microdroplet generating apparatus includes flow paths respectively coupled to inlets of the first channel and the second channel, the flow paths are each coupled to different fluid sources, and the fluid sources are the same syringe pump (syringe pump). pump).

상기 시린지 펌프의 펌핑 속도에 따라 상기 제1 채널과 제2 채널로 주입되는 유체의 유속이 가변될 수 있다.The flow rate of the fluid injected into the first channel and the second channel may be varied according to the pumping speed of the syringe pump.

상기 미세액적 생성 장치는, 3D 프린터에 의해 제조될 수 있다.The microdroplet generating apparatus may be manufactured by a 3D printer.

본 발명의 일 실시예에 따른 미세액적 생성 장치는, 3D 프린터를 통해 제조되므로 기존의 리소그래피(lithography) 등의 방법을 이용한 미세액적 생성 장치 제조보다 비용이 절감되고 획기적으로 제조 시간을 단축할 수 있다는 효과가 있다.Since the microdroplet generating device according to an embodiment of the present invention is manufactured through a 3D printer, the cost is reduced compared to the production of the microdroplet generating device using a method such as lithography, and the manufacturing time is drastically reduced. There is an effect that you can.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세액적 생성 장치는 볼트의 회전을 통해 미세액적의 크기를 조절할 수 있는 바, 간단한 방법으로 미세액적의 크기를 정확하게 조절할 수 있다는 효과가 있다.In addition, since the microdroplet generating apparatus according to an embodiment of the present invention can adjust the size of the microdroplet through rotation of a bolt, there is an effect that the size of the microdroplet can be accurately controlled by a simple method.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세액적 생성 장치는 종래의 미세액적 생성 장치와 달리 하나의 시린지 펌프(syringe pump)만을 이용해 미세액적의 크기를 조절할 수 있다는 효과가 있다.In addition, the microdroplet generating apparatus according to an embodiment of the present invention has an effect that, unlike the conventional microdroplet generating apparatus, the size of the microdroplets can be adjusted using only one syringe pump.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 따른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 미세액적 생성 장치의 내부 구성이 표현되어 있는 도면이다.
도 2는 미세액적 생성 장치의 단면도이다.
도 3은 미세액적 생성 장치에 유체를 주입하는 유체 공급원과 시린지 펌프(syringe pump)를 도시한 도면이다.
도 4는 볼트의 회전을 통해 미세액적의 크기를 조절하는 미세액적 생성 장치의 이미지 및 액적 생성부의 폭에 따라 생성된 미세액적의 현미경 이미지를 보여주는 도면이다.
도 5는 볼트가 너트에 결합된 것을 상측에서 바라본 도면으로 볼트에 톱니가 조성되어 각도를 정확히 조절할 수 있음을 보여준다.
도 6은 액적 생성부의 폭을 일정하게 유지시키고 시린지 펌프의 펌핑 속도를 조절하여 유체의 유속에 따라 달라지는 미세액적의 크기를 보여주는 현미경 이미지 및 액적 생성부의 폭과 미세액적 크기 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 150μL/min의 유속을 일정하게 유지시킨 상태에서, 액적 생성부의 폭에 따른 PEGDA(Poly(ethylene glycol) diacrylate) 입자의 크기를 나타내는 이미지 및 그래프이다.
1 is a diagram showing an internal configuration of a microdroplet generating apparatus.
2 is a cross-sectional view of an apparatus for generating microdroplets.
3 is a diagram showing a fluid supply source and a syringe pump for injecting a fluid into a microdroplet generating device.
FIG. 4 is a view showing an image of a microdroplet generating device that adjusts the size of a microdroplet through rotation of a bolt and a microscope image of the microdroplet generated according to the width of the drop generator.
5 is a view viewed from above that the bolt is coupled to the nut, and it shows that teeth are formed in the bolt so that the angle can be accurately adjusted.
6 is a microscope image showing the size of a microdroplet that varies according to the flow rate of a fluid by maintaining a constant width of the droplet generating unit and controlling the pumping speed of a syringe pump, and a graph showing the relationship between the width of the droplet generating unit and the size of the microdroplet. .
7 is an image and graph showing the size of poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) particles according to the width of a droplet generating portion in a state where a flow rate of 150 μL/min is kept constant.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments of the present invention disclosed in this specification or application are exemplified only for the purpose of describing the embodiments according to the present invention, and the embodiments according to the present invention may be implemented in various forms. And should not be construed as limited to the embodiments described in this specification or application.

본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the embodiments according to the present invention can be modified in various ways and have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to a specific form of disclosure, and it should be understood that all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention are included.

본 명세서에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 즉, 구성요소들을 상기 용어들에 의해 한정하고자 함이 아니다.In the present specification, terms such as first and/or second are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. That is, it is not intended to limit the components by the terms.

본 명세서에서 '포함하다' 라는 표현으로 언급되는 구성요소, 특징, 및 단계는 해당 구성요소, 특징 및 단계가 존재함을 의미하며, 하나 이상의 다른 구성요소, 특징, 단계 및 이와 동등한 것을 배제하고자 함이 아니다.Components, features, and steps referred to as'include' in this specification mean the existence of the corresponding components, features, and steps, and are intended to exclude one or more other components, features, steps, and equivalents thereof. This is not.

본 명세서에서 단수형으로 특정되어 언급되지 아니하는 한, 복수의 형태를 포함한다. 즉, 본 명세서에서 언급된 구성요소 등은 하나 이상의 다른 구성요소 등의 존재나 추가를 의미할 수 있다.Unless otherwise specified and stated in the singular form in the specification, plural forms are included. That is, the components and the like mentioned in the present specification may mean the presence or addition of one or more other components.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(통상의 기술자)에 의하여 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다.Unless otherwise defined, all terms used in this specification, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. to be.

즉, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.That is, terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meaning of the context of the related technology, and should be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in this specification. It doesn't work.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings.

도 1은 미세액적 생성 장치의 내부 구성이 표현되어 있는 도면이다.1 is a diagram showing an internal configuration of a microdroplet generating apparatus.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세액적 생성 장치는 볼트(20), 볼트(20)와 나사 결합되는 너트(110) 및 너트(110)와 일체를 이루는 몸체(10)를 포함할 수 있다. 몸체(10)는 너트(110)와 일체를 이루면서, 외부로부터 유체가 주입되어 유동할 수 있는 두 개의 채널인 제1 채널(120) 및 제2 채널(130)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a microdrop generating apparatus according to an embodiment of the present invention includes a bolt 20, a nut 110 screwed to the bolt 20, and a body 10 integrally formed with the nut 110. It may include. The body 10 may include a first channel 120 and a second channel 130 which are two channels through which a fluid is injected and flowed from the outside while being integral with the nut 110.

볼트(20)는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세액적 생성 장치의 일 구성요소로서, 몸체(10)와 일체를 이루는 너트(110)의 상부홀(111)을 통해 너트(110)와 나사 결합된다. 볼트(20)의 회전을 통해 볼트의 하부가 돌출되는 정도가 조절되며, 볼트의 하부와 제2 채널(130)의 유출구 사이의 거리가 조절됨에 따라 생성할 미세액적의 크기가 조절된다. 볼트(20)의 회전을 통해 미세액적의 크기가 조절되는 메커니즘에 대해서는 후술하기로 한다.The bolt 20 is a component of the microdroplet generating apparatus according to an embodiment of the present invention, and the nut 110 and the screw through the upper hole 111 of the nut 110 integral with the body 10 Are combined. The degree of protrusion of the lower portion of the bolt is adjusted through the rotation of the bolt 20, and the size of the microdroplet to be generated is adjusted as the distance between the lower portion of the bolt and the outlet of the second channel 130 is adjusted. A mechanism by which the size of the microdroplet is adjusted through the rotation of the bolt 20 will be described later.

몸체(10)는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세액적 생성 장치의 일 구성요소로서, 타 구성요소인 너트(110)와 일체를 이루고, 그 내부에 형성된 제1 채널(120)과 제2 채널(130)을 포함할 수 있다.The body 10 is a component of the microdrop generating apparatus according to an embodiment of the present invention, and is integrally formed with the nut 110, which is another component, and a first channel 120 and a second channel formed therein. It may include a channel 130.

너트(110)는 그 내부면에 암나사산이 조성되어 볼트(20)와 나사 결합되는 곳이다. 너트(110)는 미세액적 생성 장치의 몸체(10)와 일체를 이루며 몸체(10)의 상부에 위치할 수 있다.The nut 110 is a place where a female thread is formed on its inner surface and is screwed with the bolt 20. The nut 110 may be integrally formed with the body 10 of the microdrop generating device and may be located above the body 10.

몸체(10)는 유상(oil phase) 유체가 유동하는 제1 채널(120) 및 수상(water phase) 유체가 유동하는 제2 채널(130)을 포함할 수 있다. The body 10 may include a first channel 120 through which an oil phase fluid flows and a second channel 130 through which a water phase fluid flows.

몸체(10)와 일체로 형성된 너트(110)의 하부홀(112)과, 제1 채널(120) 및 제2 채널(130)의 일부분은 서로 연결되며, 이 접합부에서 미세액적이 생성될 수 있다.The lower hole 112 of the nut 110 formed integrally with the body 10, and a portion of the first channel 120 and the second channel 130 are connected to each other, and microdroplets may be generated at this junction. .

구체적으로, 제1 채널(120)은 유입구 및 유출구를 포함하며 유입구로부터 수평 방향으로 연장되어 유출구가 형성될 수 있다. 제2 채널(130)의 유입구는 제1 채널(120)의 유입구의 하부에 마련되며, 제2 채널(130)의 유출구는 제1 채널(120)과 연결될 수 있다. 제2 채널(130)은 유입구로부터 제1 채널(120)과 평행하게 연장되고, 제2 채널(130)의 유출구는 제1 채널(120)의 일부분과 수직으로 연결될 수 있다. 즉, 제2 채널(130)은 제1 채널(120)과 수평방향으로 평행하게 연장되어 형성되다가, 하부홀(112)과, 제1 채널(120) 및 제2 채널(130)이 연결되는 접합부 쪽에서 제1 채널(120) 방향으로 수직으로 절곡되어 제2 채널(130)의 유출구의 유체 유출 방향이 제1 채널(120)이 연장되는 방향과 직교한다.Specifically, the first channel 120 includes an inlet and an outlet, and may extend from the inlet in a horizontal direction to form an outlet. The inlet of the second channel 130 is provided below the inlet of the first channel 120, and the outlet of the second channel 130 may be connected to the first channel 120. The second channel 130 may extend parallel to the first channel 120 from the inlet, and the outlet of the second channel 130 may be connected vertically to a portion of the first channel 120. That is, the second channel 130 is formed to extend in parallel with the first channel 120 in a horizontal direction, and the lower hole 112 is connected to the first channel 120 and the second channel 130. From the side, it is bent vertically in the direction of the first channel 120 so that the fluid outflow direction of the outlet of the second channel 130 is orthogonal to the direction in which the first channel 120 extends.

몸체(10)와 일체로 형성된 너트(110)의 하부홀(112)은 제1 채널(120)과 연결되며, 하부홀(112)의 단면을 가상으로 너트(110)의 축방향으로 연장하는 경우, 가상으로 연장된 가상의 단면 내부에 제2 채널(130)의 유출구가 마련되는 연결 구조를 가질 수 있다.When the lower hole 112 of the nut 110 formed integrally with the body 10 is connected to the first channel 120 and the cross section of the lower hole 112 is virtually extended in the axial direction of the nut 110 , It may have a connection structure in which an outlet of the second channel 130 is provided inside the virtually extended virtual cross section.

즉, 너트(110)의 내부는 수직 방향으로 형성되며, 너트(110)의 하부홀(112)은 제1 채널(120)과 연결된다. 하부홀(112)의 단면은 제2 채널(130)의 유출구 상부에 이격되어 형성될 수 있다.That is, the inside of the nut 110 is formed in a vertical direction, and the lower hole 112 of the nut 110 is connected to the first channel 120. The cross section of the lower hole 112 may be formed to be spaced apart from the upper portion of the outlet of the second channel 130.

도 2를 참조하면 너트(110), 제1 채널(120) 및 제2 채널(130)의 연결 구조와 볼트(20)를 통해 미세액적의 크기를 조절하는 원리를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2, the connection structure of the nut 110, the first channel 120 and the second channel 130 and the principle of adjusting the size of the microdroplet through the bolt 20 can be confirmed.

제1 채널(120)에는 유상 유체가 주입되어 수평 방향으로 유동하고, 수상 유체는 제2 채널(130)을 통해 유동하여 제1 채널(120)에 수직 방향으로 주입될 수 있다. 제1 채널(120)과 제2 채널(130)의 유출구의 접합부에서, 서로 다른 상을 가지는 두 유체의 만남으로 인해 두 상의 경계면이 생성되고 유체의 주입이 연속적으로 이루어지며 균일한 크기의 미세액적이 형성될 수 있다.An oily fluid may be injected into the first channel 120 to flow in a horizontal direction, and the aqueous fluid may flow through the second channel 130 to be injected into the first channel 120 in a vertical direction. At the junction of the outlet of the first channel 120 and the second channel 130, an interface between the two phases is created due to the encounter of two fluids having different phases, and the fluid is continuously injected, and a microfluid of uniform size Enemies can be formed.

상술하였듯이 너트(110)의 하부홀(112)은 제1 채널(120)과 연결되고, 하부홀(112)의 단면을 가상으로 너트(110)의 축방향으로 연장하면 가상으로 연장된 단면 내부에 제2 채널(130)의 유출구가 포함된다. 즉, 너트(110)의 하부홀(112)은 제1 채널(120)과 제2 채널(130)이 수직으로 연결되는 부분의 상부에 형성된다. As described above, the lower hole 112 of the nut 110 is connected to the first channel 120, and when the cross section of the lower hole 112 is virtually extended in the axial direction of the nut 110, the inside of the virtually extended cross-section is The outlet of the second channel 130 is included. That is, the lower hole 112 of the nut 110 is formed above the portion where the first channel 120 and the second channel 130 are vertically connected.

이에 따라 볼트(20)가 너트(110)에 나사 결합되는 경우, 볼트(20)의 하부면과 제2 채널(130)의 유출구 사이의 영역에서 미세액적이 생성될 수 있다. 이하, 볼트(20)의 하부면과 제2 채널(130)의 유출구 사이의 영역을 액적 생성부(140)라고 하겠다.Accordingly, when the bolt 20 is screwed to the nut 110, microdroplets may be generated in a region between the lower surface of the bolt 20 and the outlet of the second channel 130. Hereinafter, the area between the lower surface of the bolt 20 and the outlet of the second channel 130 will be referred to as the droplet generating unit 140.

위와 같은 채널 간의 연결 구조에 따라, 수상 유체가 제1 채널(120)에 수직 방향으로 주입되고 너트(110)의 하부면의 위치에 의해 액적 생성부(140)의 폭이 조절될 수 있는 바, 미세액적의 크기가 볼트(20)의 회전을 통해 조절될 수 있다.According to the connection structure between the channels as described above, the aqueous fluid is injected in the vertical direction into the first channel 120 and the width of the droplet generating unit 140 can be adjusted by the position of the lower surface of the nut 110, The size of the microdroplet may be adjusted through the rotation of the bolt 20.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세액적 생성 장치에 하나의 시린지 펌프(syringe pump)를 통한 유체의 주입을 보여주는 이미지이다.3 is an image showing the injection of fluid through one syringe pump into the microdrop generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 제1 채널(120) 및 제2 채널(130)의 유입구에 유로가 결합되어 있고, 유로들은 각각 유상 유체와 수상 유체를 포함하고 있는 서로 다른 유체 공급원들에 결합되어 있으며, 서로 다른 유체 공급원들은 동일한 시린지 펌프에 설치되어 있다. 시린지 펌프의 펌핑을 통해 제1 채널(120) 및 제2 채널(130)로 유체를 주입할 수 있다. 제1 채널(120)로는 유상 유체가 주입되고, 제2 채널(130)로는 수상 유체가 주입될 수 있다.Referring to FIG. 3, a flow path is coupled to the inlet of the first channel 120 and the second channel 130, and the flow paths are respectively coupled to different fluid supply sources including oily fluid and aqueous fluid, Different fluid sources are installed on the same syringe pump. A fluid may be injected into the first channel 120 and the second channel 130 through pumping of a syringe pump. An oily fluid may be injected into the first channel 120, and an aqueous fluid may be injected into the second channel 130.

종래의 미세액적 생성 장치는, 미세액적의 크기를 조절하기 위해서 2개 이상의 시린지 펌프가 필요하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세액적 생성 장치는 볼트-너트의 조합과 볼트의 회전을 이용하여 미세액적의 크기를 조절할 수 있는 바, 하나의 시린지 펌프만으로 미세액적의 크기를 조절할 수 있다.Conventional microdroplet generating apparatus required two or more syringe pumps to control the size of microdroplets, but the microdroplet generating apparatus according to an embodiment of the present invention prevents a bolt-nut combination and rotation of the bolt. By using the bar, the size of the microdroplet can be adjusted, and the size of the microdroplet can be adjusted with only one syringe pump.

시린지 펌프를 통해 제1 채널(120) 및 제2 채널(130)로 주입되는 유체의 유속을 조절할 수 있다. 서로 다른 유체 공급원들이 하나의 시린지 펌프에 설치되어 있는 바, 제1 채널(120) 및 제2 채널(130)로 들어가는 유체의 유속을 동일하게 설정할 수 있다. The flow rate of the fluid injected into the first channel 120 and the second channel 130 may be adjusted through the syringe pump. Since different fluid supply sources are installed in one syringe pump, the flow rates of the fluid entering the first channel 120 and the second channel 130 may be set equally.

시린지 펌프의 펌핑 속도를 조절하여 유체의 유속을 조절함으로써, 미세액적의 크기를 조절할 수 있다. 즉, 시린지 펌프의 펌핑 속도에 따라 제1 채널(120) 및 제2 채널(130)로 주입되는 유체의 유속은 가변적이다. 유체의 유속에 따라 미세액적의 크기가 조절되는 원리는 후술하기로 한다.By adjusting the pumping speed of the syringe pump to control the flow rate of the fluid, the size of the microdroplet can be controlled. That is, the flow rate of the fluid injected into the first channel 120 and the second channel 130 is variable according to the pumping speed of the syringe pump. The principle of controlling the size of the microdroplet according to the flow rate of the fluid will be described later.

도 4는 볼트의 회전을 통해 미세액적의 크기를 조절하는 미세액적 생성 장치의 이미지 및 액적 생성부의 폭에 따른 미세액적의 현미경 이미지를 보여주는 도면이다.FIG. 4 is a view showing an image of a microdroplet generating device for adjusting the size of a microdroplet through rotation of a bolt and a microscopic image of microdroplets according to the width of the drop generator.

도 4를 참조하면, 볼트(20)의 회전을 통해 액적 생성부(140)의 폭을 조절함으로써, 미세액적의 크기가 조절되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the size of the microdroplet is adjusted by adjusting the width of the droplet generating unit 140 through rotation of the bolt 20.

몸체(10)의 일부를 형성하고 있는 너트(110)에 볼트(20)가 결합되고, 볼트(20)의 회전 운동이 상하 운동으로 변환됨으로써, 액적 생성부(140)의 폭이 조절되고 이를 통해 미세액적의 크기를 조절할 수 있는 것이다. 즉, 생성되는 미세액적의 크기는 너트(110)와 결합된 볼트(20)의 하부면과 제2 채널(130)의 유출구 사이의 거리에 종속될 수 있다. The bolt 20 is coupled to the nut 110 forming a part of the body 10, and the rotational motion of the bolt 20 is converted into a vertical motion, so that the width of the droplet generating unit 140 is adjusted and through this The size of the microdroplets can be adjusted. That is, the size of the generated microdroplet may depend on the distance between the lower surface of the bolt 20 coupled with the nut 110 and the outlet of the second channel 130.

액적 생성부(140)의 폭은 하기의 수학식 1과 같이 볼트(20)의 회전 각도를 통해 정확히 계산될 수 있다. The width of the droplet generating unit 140 may be accurately calculated through the rotation angle of the bolt 20 as shown in Equation 1 below.

Figure 112019080041883-pat00002
Figure 112019080041883-pat00002

hg는 액적 생성부(140)의 폭, p는 나사산과 나사산 사이의 거리인 피치(pitch), α는 볼트(20)의 회전 각도를 의미한다. 예컨대, 나사산과 나사산 사이의 거리가 0.75mm이고, 볼트(20)를 4.8도 회전시켰다면 hg는 10μm가 되는 것이다.hg is the width of the droplet generating unit 140, p is the pitch, which is the distance between the thread and the thread, and α is the rotation angle of the bolt 20. For example, if the distance between the thread and the thread is 0.75 mm, and the bolt 20 is rotated by 4.8 degrees, hg becomes 10 μm.

볼트(20)를 몸체(10)의 일부를 형성하고 있는 너트(110)에 완전히 조이는 경우, 볼트(20)의 하부면이 제2 채널(130)의 유출구와 닿게끔 설계될 수 있다. 이 경우, hg=0이 되고 제2 채널(130)의 유출구가 볼트(20)의 하부면에 의해 막혀있어 수상 유체가 액적 생성부(140)로 주입될 수 없는 바, 미세액적이 생성될 수 없다. When the bolt 20 is completely tightened to the nut 110 forming a part of the body 10, the lower surface of the bolt 20 may be designed to contact the outlet of the second channel 130. In this case, hg = 0 and the outlet of the second channel 130 is blocked by the lower surface of the bolt 20, so that the aqueous fluid cannot be injected into the droplet generating unit 140, so that micro droplets can be generated. none.

hg=0인 지점을 기준으로 잡아 볼트(20)의 회전 각도를 계산하여 미세액적의 크기를 조절할 수 있다. 유체의 유속이 일정하게 유지된다면, 미세액적은 hg가 커질수록 그 크기가 커지게 된다.It is possible to adjust the size of the microdroplet by calculating the rotation angle of the bolt 20 by holding the point at hg=0 as a reference. If the flow rate of the fluid is kept constant, the size of the microdroplets increases as hg increases.

액적 생성부(140)의 폭을 정확하게 조절하는 것이 미세액적의 크기 조절에 매우 중요한 요인인 바, 볼트(20)의 회전 각도를 정확히 제어하는 것이 가능해야 한다. 이를 위해, 볼트(20)의 상단부에 톱니(teeth)를 조성하여 회전 각도를 제어할 수 있다.Accurately adjusting the width of the droplet generating unit 140 is a very important factor in controlling the size of the microdroplets, so it should be possible to accurately control the rotation angle of the bolt 20. To this end, it is possible to control the rotation angle by forming a tooth (teeth) on the upper end of the bolt (20).

도 5는 볼트가 몸체의 일부를 형성하고 있는 너트에 결합된 것을 상측에서 바라본 도면이다.5 is a view as viewed from above that the bolt is coupled to a nut forming a part of the body.

도 5를 참조하면, 볼트(20)에 톱니가 조성되어 있는 바, 볼트(20)의 회전 각도를 정확히 제어할 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the bolt 20 has teeth formed therein, and the rotation angle of the bolt 20 can be accurately controlled.

예컨대, 볼트에 톱니가 75개 생성된 경우 톱니 하나를 회전시킬 때의 회전 각도는 360/75=4.8도이다. 따라서, 회전한 톱니의 개수를 통해 회전 각도를 계산할 수 있는 바, 수동으로도 손쉽게 미세액적의 크기를 조절할 수 있는 것이다. For example, when 75 teeth are generated in a bolt, the rotation angle when rotating one tooth is 360/75=4.8 degrees. Therefore, since the rotation angle can be calculated through the number of rotated teeth, the size of the microdroplets can be easily adjusted manually.

미세액적의 크기는 액적 생성부(140)의 폭 뿐만 아니라 수상 유체 및 유상 유체의 유속에 의해서도 조절될 수 있다. 따라서, 볼트(20)의 회전과 용액의 유속을 함께 조절함으로써 다양한 크기의 미세액적을 제조할 수 있다.The size of the microdroplets may be adjusted not only by the width of the droplet generating unit 140 but also by the flow rates of the aqueous fluid and the oily fluid. Therefore, by controlling the rotation of the bolt 20 and the flow rate of the solution together, microdroplets of various sizes can be manufactured.

미세액적의 초기 생성 단계에서, 수상 유체가 수평 방향으로 흐르는 유상 유체로 주입됨에 따라 액적은 마개(plug) 형태로 생성되고 초기 단계에서의 액적은 hg(액적 생성부(140)의 폭)보다 더 큰 크기를 갖는다. 초기 단계에서의 액적이 생성된 후, 점성력이 계면장력보다 커지게 되면 마개 형태의 액적은 방울 모양의 미세액적으로 분화된다. In the initial generation stage of the microdroplet, as the aqueous fluid is injected into the oily fluid flowing in the horizontal direction, the droplet is generated in the form of a plug, and the droplet at the initial stage is more than hg (the width of the droplet generating unit 140). It has a large size. After the droplets are generated in the initial stage, when the viscous force becomes greater than the interfacial tension, the stopper-shaped droplet is differentiated into droplet-shaped micro droplets.

그러나 유체의 유속이 충분하지 못한 경우, 충분한 전단 응력(shear stress)이 액적에 가해지지 못하고 계면장력이 액적을 hg(액적 생성부(140)의 폭)에 관계없이 성장하게끔 하는 요소로 작용한다. 따라서 hg(액적 생성부(140)의 폭)의 크기에 관계없이 비슷한 크기의 미세액적 생성을 초래한다.However, when the flow velocity of the fluid is not sufficient, sufficient shear stress is not applied to the droplet, and the interfacial tension acts as a factor that causes the droplet to grow regardless of hg (width of the droplet generating unit 140). Therefore, regardless of the size of hg (the width of the droplet generating unit 140), microdroplets having a similar size are generated.

반면에 유체의 유속이 충분히 빠른 경우, 미세액적의 크기는 hg(액적 생성부(140)의 폭)에, 약간의 오차는 있으나 선형적으로 비례하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 미세액적의 크기와 hg는 상관 관계를 가질 수 있다.On the other hand, when the flow velocity of the fluid is sufficiently fast, it can be seen that the size of the microdroplet is linearly proportional to hg (the width of the droplet generating unit 140), although there is a slight error. That is, the size of the microdroplet and hg may have a correlation.

도면을 참조하여, 하기 실험예를 통해 더욱 상세하게 hg(액적 생성부(140)의 폭), 유체의 유속과 생성되는 미세액적 크기 간의 관계를 설명한다.With reference to the drawings, the relationship between hg (width of the droplet generating unit 140), the flow velocity of the fluid, and the size of the generated microdroplets will be described in more detail through the following experimental examples.

실험예Experimental example 1 One

유체의 유속 및 액적 생성부의 폭(hg)과 생성되는 미세액적 크기 간의 관계를 확인하기 위한 실험을 시행하였다. 액적 생성부의 폭(hg)은 20μm, 60μm, 100μm, 200μm로, 유체의 유속은 50μL/min, 100μL/min, 150μL/min, 200μL/min로 설정하고, 각각의 유속과 액적 생성부의 폭(hg) 조건에서 생성되는 미세액적의 크기를 측정하였다.An experiment was conducted to confirm the relationship between the flow velocity of the fluid and the width (hg) of the droplet generating portion and the size of the generated microdroplets. The width (hg) of the droplet generating section is set to 20 μm, 60 μm, 100 μm, and 200 μm, and the flow velocity of the fluid is set to 50 μL/min, 100 μL/min, 150 μL/min, 200 μL/min, and the respective flow velocity and the width of the droplet generating section (hg ) The size of the microdroplets generated under the condition was measured.

도 6은 위와 같은 실험 조건에서 생성된 미세액적의 크기를 보여주는 현미경 이미지 및 일정한 유속 조건에서 액적 생성부의 폭(hg)과 미세액적의 크기 간의 관계를 나타내는 그래프이다.6 is a microscope image showing the size of the microdroplets generated under the above experimental conditions and a graph showing the relationship between the width (hg) of the droplet generation unit and the size of the microdroplets under a constant flow rate condition.

도 6의 현미경 사진을 참조하면, 유체의 유속이 100, 150, 200μL/min인 경우, 즉, 유속이 충분한 속도를 가지는 경우, 액적 생성부의 폭(hg)이 커질수록 미세액적의 크기도 커지는 것을 확인할 수 있다. 예컨대, 유체의 유속이 150μL/min으로 설정된 경우, 액적 생성부의 폭(hg)이 20, 60, 100 및 200μm로 조절될 때 미세액적의 직경은 각각 238, 292, 547 및 952μm인 것으로 확인되었다.Referring to the micrograph of FIG. 6, when the flow velocity of the fluid is 100, 150, 200 μL/min, that is, when the flow velocity has a sufficient velocity, the larger the width (hg) of the droplet generating portion, the larger the size of the micro droplet. I can confirm. For example, when the flow rate of the fluid is set to 150 μL/min, when the width (hg) of the droplet generating portion is adjusted to 20, 60, 100 and 200 μm, the diameters of the microdroplets were found to be 238, 292, 547 and 952 μm, respectively.

그러나 유속이 50μL/min일 때, 즉, 유체의 유속이 충분하지 못한 경우, 미세액적의 크기는 액적 생성부의 폭(hg)에 관계없이 1350μm의 직경 근방으로 형성되고 그 크기에서 차이가 크지 않음을 확인할 수 있다.However, when the flow rate is 50 μL/min, that is, when the flow rate of the fluid is insufficient, the size of the microdroplet is formed in the vicinity of the diameter of 1350 μm regardless of the width (hg) of the droplet generating part, and the difference is not large. I can confirm.

도 6의 그래프를 참조하면, 유속이 충분한 속도를 가지는 경우, 액적 생성부의 폭(hg)과 미세액적의 크기는 약간의 오차는 있으나 선형적으로 비례하는 관계임을 확인할 수 있다. Referring to the graph of FIG. 6, when the flow velocity has a sufficient velocity, it can be seen that the width (hg) of the droplet generating unit and the size of the micro droplet have a slight error, but are linearly proportional.

따라서, 액적 생성부의 폭(hg)과 시린지 펌프를 이용한 유체의 유속을 함께 조절하여 수십 μm~수천 μm에 이르는 다양한 크기의 미세액적을 제조할 수 있다.Accordingly, microdroplets of various sizes ranging from several tens of μm to several thousands of μm can be manufactured by adjusting the width (hg) of the droplet generating unit and the flow rate of the fluid using a syringe pump together.

실험예Experimental example 2 2

유체의 유속을 150μL/min으로 일정하게 유지시킨 상태에서, 액적 생성부의 폭을 20, 60, 100 및 200μm로 조절하면서 PEGDA(poly(ethylene glycol) diacrylate) 입자를 생성하였다.In a state where the flow rate of the fluid was kept constant at 150 μL/min, PEGDA (poly(ethylene glycol) diacrylate) particles were produced while adjusting the width of the droplet generating portion to 20, 60, 100 and 200 μm.

도 7은 유체의 유속을 150μL/min으로 일정하게 유지시킨 상태에서 액적 생성부의 폭에 따라 생성된 PEGDA 입자를 나타내는 이미지 및 액적 생성부의 폭과 생성된 PEGDA 입자 크기 간의 관계를 나타내는 그래프이다. FIG. 7 is an image showing the PEGDA particles generated according to the width of the droplet generating unit while the fluid flow rate is kept constant at 150 μL/min, and a graph showing the relationship between the width of the droplet generating unit and the generated PEGDA particle size.

본 실험에서 액적 생성부의 폭과 미세액적의 크기 간의 관계는, 약간의 오차는 있으나 선형적으로 비례하는 관계임을 그래프를 통해 확인할 수 있다. In this experiment, it can be confirmed through a graph that the relationship between the width of the droplet generating unit and the size of the microdroplet has a slight error but is linearly proportional.

미세액적 크기의 표준 편차를 미세액적 크기의 평균 값으로 나눈 값인 변동계수(CV%, coefficient of variation %)는 2.5~4.1%로 측정되어, 생성된 PEGDA 입자의 크기는 우수한 균일성을 가지는 것으로 확인되었다.The coefficient of variation (CV%, coefficient of variation %), which is the value obtained by dividing the standard deviation of the microdroplet size by the average value of the microdroplet size, is measured as 2.5~4.1%, and the size of the produced PEGDA particles has excellent uniformity. Was confirmed.

실험을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세액적 생성 장치가 생성하는 미세액적 크기의 정확성 및 균일성을 확인할 수 있다.Through the experiment, it is possible to confirm the accuracy and uniformity of the size of the microdroplets generated by the microdroplet generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 미세액적 생성 장치는 3D 프린터로 제조될 수 있다. 사용할 수 있는 3D 프린터의 종류에 특별한 제한은 없으나 제조 시간을 단축하고 미세액적 생성 장치의 표면을 매끄럽게 할 수 있다는 점에서 DLP(Digital Light Processing) 3D 프린터로 미세액적 생성 장치를 만드는 것이 바람직하다. The apparatus for generating microdroplets according to an embodiment of the present invention may be manufactured by a 3D printer. There is no particular limitation on the types of 3D printers that can be used, but it is desirable to make a microdroplet generator with a DLP (Digital Light Processing) 3D printer in that it can shorten the manufacturing time and smooth the surface of the microdroplet generator. .

본 발명의 일 실시예에 따른 미세액적 생성 장치는 볼트-너트의 결합이라는 비교적 간단한 구조로 미세액적의 크기를 조절하여 생성할 수 있는 장치인 바, 복잡한 공정을 거치지 않고 3D 프린터를 통한 제조가 가능하다.The device for generating microdroplets according to an embodiment of the present invention is a device capable of generating microdroplets by adjusting the size of microdroplets with a relatively simple structure of bolt-nut coupling, and thus, manufacturing through a 3D printer is possible without going through a complicated process. It is possible.

3D 프린터를 통해 채널의 직경, 채널 간의 연결 구조, 피치(pitch), 볼트(20) 상단부의 톱니 개수 등을 사용자가 원하는 바에 따라 다양하게 설계할 수 있고, 설계 조건을 3D 프린터에 입력하여 미세액적 생성 장치를 제조할 수 있다.Through the 3D printer, the diameter of the channel, the connection structure between the channels, the pitch, and the number of teeth at the top of the bolt 20 can be variously designed according to the user's desire, and the design conditions can be entered into the 3D printer to Can manufacture enemy spawning devices.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

10 : 몸체
20 : 볼트
110 : 너트
111 : 상부홀
112 : 하부홀
120 : 제1 채널
130 : 제2 채널
140 : 액적 생성부
10: body
20: bolt
110: nut
111: upper hole
112: lower hole
120: first channel
130: second channel
140: droplet generation unit

Claims (12)

볼트;
상부홀을 통해 상기 볼트와 나사 결합되는 너트; 및
상기 너트와 일체를 이루고, 외부로부터 유체가 주입되어 유동할 수 있는 두 개의 채널이 내부에 형성된 몸체를 포함하며,
상기 너트의 하부홀 및 상기 두 개의 채널은 일부분이 연결되고,
상기 두 개의 채널은 제1 채널 및 제2 채널을 포함하고,
상기 제1 채널은 유입구 및 유출구를 포함하며,
상기 제2 채널은 상기 제1 채널의 유입구의 하부에 마련된 유입구 및 상기 제1 채널에 연결되는 유출구를 포함하며,
상기 너트와 결합된 볼트의 회전 각도와 상기 너트와 결합된 볼트의 하부면과 상기 제2 채널의 유출구 사이의 거리는 다음의 수학식과 같은 관계를 갖는, 미세액적 생성 장치.
Figure 112020127665205-pat00011

여기서, hg는 볼트의 하부면과 제2 채널의 유출구 사이의 거리, p는 나사산과 나사산 사이의 거리인 피치(pitch), α는 볼트의 회전 각도를 나타냄.
volt;
A nut screwed to the bolt through an upper hole; And
It comprises a body integrally formed with the nut and formed therein with two channels through which a fluid is injected and flowed from the outside,
The lower hole of the nut and the two channels are partially connected,
The two channels include a first channel and a second channel,
The first channel includes an inlet and an outlet,
The second channel includes an inlet provided below the inlet of the first channel and an outlet connected to the first channel,
The rotation angle of the bolt coupled with the nut and the distance between the lower surface of the bolt coupled with the nut and the outlet of the second channel have a relationship as shown in the following equation.
Figure 112020127665205-pat00011

Here, hg is the distance between the lower surface of the bolt and the outlet of the second channel, p is the pitch, which is the distance between the thread and the thread, and α is the rotation angle of the bolt.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 채널 및 상기 제2 채널은 각각의 유입구로부터 서로 평행하게 연장되며,
상기 제2 채널의 유출구는 상기 제1 채널의 일부분과 수직으로 연결되는,
미세액적 생성 장치.
The method of claim 1,
The first channel and the second channel extend parallel to each other from each inlet,
The outlet of the second channel is vertically connected to a portion of the first channel,
Microdroplet generating device.
제1항에 있어서,
상기 제1 채널은 상기 너트의 하부홀과 연결되며,
상기 제2 채널의 유출구는,
상기 하부홀의 단면을 가상으로 상기 너트의 축방향으로 연장하였을 때, 상기 가상으로 연장된 가상의 단면 내부에 마련된,
미세액적 생성 장치.
The method of claim 1,
The first channel is connected to the lower hole of the nut,
The outlet of the second channel,
When the cross-section of the lower hole is virtually extended in the axial direction of the nut, it is provided inside the virtually extended virtual cross-section,
Microdroplet generating device.
제1항에 있어서,
상기 제1 채널은 유상(oil phase) 유체의 유동을 위한 것이며,
상기 제2 채널은 수상(water phase) 유체의 유동을 위한 것인,
미세액적 생성 장치.
The method of claim 1,
The first channel is for flow of an oil phase fluid,
The second channel is for flow of a water phase fluid,
Microdroplet generating device.
제1항에 있어서,
상기 제1 채널과 상기 제2 채널의 유출구의 접합부에서, 상기 제1 채널 내에 유동하는 유상 유체와 상기 제2 채널의 유출구로부터 출력된 수상 유체가 만나 미세액적이 생성되는,
미세액적 생성 장치.
The method of claim 1,
At a junction between the first channel and the outlet of the second channel, the oily fluid flowing in the first channel and the aqueous fluid output from the outlet of the second channel meet to generate microdroplets,
Microdroplet generating device.
삭제delete 제6항에 있어서,
상기 생성되는 미세액적의 크기는 상기 너트와 결합된 볼트의 하부면과 상기 제2 채널의 유출구 사이의 거리에 종속되는,
미세액적 생성 장치.
The method of claim 6,
The size of the generated microdroplets is dependent on the distance between the lower surface of the bolt coupled with the nut and the outlet of the second channel,
Microdroplet generating device.
제6항에 있어서,
상기 유체의 유속이 일정 속도 이상일 때,
상기 생성되는 미세액적의 크기와 상기 너트와 결합된 볼트의 하부면과 상기 제2 채널의 유출구 사이의 거리는 상관 관계를 갖는,
미세액적 생성 장치.
The method of claim 6,
When the flow rate of the fluid is above a certain speed,
The size of the generated microdroplets and the distance between the lower surface of the bolt coupled with the nut and the outlet of the second channel have a correlation,
Microdroplet generating device.
제1항에 있어서,
상기 미세액적 생성 장치는,
상기 제1 채널과 상기 제2 채널의 유입구에 각각 결합된 유로들을 포함하며,
상기 유로들은 각각 서로 다른 유체 공급원들에 결합되고,
상기 유체 공급원들은 동일한 시린지 펌프(syringe pump)에 설치된,
미세액적 생성 장치.
The method of claim 1,
The microdroplet generating device,
And flow paths respectively coupled to inlets of the first channel and the second channel,
The flow paths are each coupled to different fluid sources,
The fluid sources are installed in the same syringe pump,
Microdroplet generating device.
제10항에 있어서,
상기 시린지 펌프의 펌핑 속도에 따라 상기 제1 채널과 상기 제2 채널로 주입되는 유체의 유속이 가변되는,
미세액적 생성 장치.
The method of claim 10,
The flow rate of the fluid injected into the first channel and the second channel is varied according to the pumping speed of the syringe pump,
Microdroplet generating device.
제1항에 있어서,
상기 미세액적 생성 장치는,
3D 프린터에 의해 제조되는,
미세액적 생성 장치.

The method of claim 1,
The microdroplet generating device,
Manufactured by a 3D printer,
Microdroplet generating device.

KR1020190094968A 2019-08-05 2019-08-05 Microfluidic droplet generating device KR102208785B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190094968A KR102208785B1 (en) 2019-08-05 2019-08-05 Microfluidic droplet generating device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190094968A KR102208785B1 (en) 2019-08-05 2019-08-05 Microfluidic droplet generating device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102208785B1 true KR102208785B1 (en) 2021-01-28

Family

ID=74239184

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190094968A KR102208785B1 (en) 2019-08-05 2019-08-05 Microfluidic droplet generating device

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102208785B1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000516526A (en) * 1996-07-26 2000-12-12 バイオ―ドット,インコーポレイティド Feeder with improved dynamic range
KR100541336B1 (en) * 2001-03-27 2006-01-11 무사시 엔지니어링 가부시키가이샤 Droplets forming method and device for discharging constant-volume droplets
KR20170124770A (en) * 2016-05-03 2017-11-13 인하대학교 산학협력단 Apparatus for manufacturing microdroplets
KR101818342B1 (en) * 2016-05-17 2018-01-15 현대제철 주식회사 Mixing apparatus
KR101845449B1 (en) * 2016-11-14 2018-04-04 이양근 Flow control valve for dutch coffee extractor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000516526A (en) * 1996-07-26 2000-12-12 バイオ―ドット,インコーポレイティド Feeder with improved dynamic range
KR100541336B1 (en) * 2001-03-27 2006-01-11 무사시 엔지니어링 가부시키가이샤 Droplets forming method and device for discharging constant-volume droplets
KR20170124770A (en) * 2016-05-03 2017-11-13 인하대학교 산학협력단 Apparatus for manufacturing microdroplets
KR101818342B1 (en) * 2016-05-17 2018-01-15 현대제철 주식회사 Mixing apparatus
KR101845449B1 (en) * 2016-11-14 2018-04-04 이양근 Flow control valve for dutch coffee extractor

Non-Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. Toor, S. Lamb, B.A. Helms, T.P. Russell, Reconfigurable Microfluidic Droplets Stabilized by Nanoparticle Surfactants, ACS Nano, 12 (2018) 2365-72.
B.L. Wang, A. Ghaderi, H. Zhou, J. Agresti, D.A. Weitz, G.R. Fink, G. Stephanopoulos, Microfluidic high-throughput culturing of single cells for selection based on extracellular metabolite production or consumption, Nat. Biotechnol., 32 (2014) 473.
C.M. Ho, S.H. Ng, K.H.H. Li, Y.J. Yoon, 3D printed microfluidics for biological applications, Lab Chip, 15 (2015) 3627-37.
D.M. Headen, J.R. Garcia, A.J. Garcia, Parallel droplet microfluidics for high throughput cell encapsulation and synthetic microgel generation, Microsyst. Nanoeng., 4 (2018) 17076.
M. Nie, M. Zheng, C. Li, F. Shen, M. Liu, H. Luo, X. Song, Y. Lan, J.Z. Pan, W. Du, Assembled Step Emulsification Device for Multiplex Droplet Digital Polymerase Chain Reaction, Anal. Chem., 91 (2019), 1779-1784.
Q. Ji, J.M. Zhang, Y. Liu, X. Li, P. Lv, D. Jin, H. Duan, A Modular Microfluidic Device via Multimaterial 3D Printing for Emulsion Generation, Sci. Rep., 8 (2018) 4791.
S. Mashaghi, A. Abbaspourrad, D.A. Weitz, A.M. van Oijen, Droplet microfluidics: A tool for biology, chemistry and nanotechnology, Trends Analyt. Chem., 82 (2016) 118-25.
S. Yadavali, H.H. Jeong, D. Lee, D. Issadore, Silicon and glass very large scale microfluidic droplet integration for terascale generation of polymer microparticles, Nat. Commun., 9 (2018) 1222.
T.S. Kaminski, P. Garstecki, Controlled droplet microfluidic systems for multistep chemical and biological assays, Chem. Soc. Rev., 46 (2017) 6210-26.
W. Li, L. Zhang, X. Ge, B. Xu, W. Zhang, L. Qu, C.H. Choi, J. Xu, A. Zhang, H. Lee, D.A. Weitz, Microfluidic fabrication of microparticles for biomedical applications, Chem. Soc. Rev., 47 (2018) 5646-83.
W. Zhang, N. Li, D. Koga, Y. Zhang, H. Zeng, H. Nakajima, J.M. Lin, K. Uchiyama, Inkjet Printing Based Droplet Generation for Integrated Online Digital Polymerase Chain Reaction, Anal. Chem., 90 (2018) 5329-34.
X. Zhao, S. Liu, L. Yildirimer, H. Zhao, R. Ding, H. Wang, W. Cui, D. Weitz, Injectable Stem Cell-Laden Photocrosslinkable Microspheres Fabricated Using Microfluidics for Rapid Generation of Osteogenic Tissue Constructs, Adv. Funct. Mater., 26 (2016) 2809-19.
Y. Zhang, B. Zhu, Y. Liu, G. Wittstock, Hydrodynamic dispensing and electrical manipulation of attolitre droplets, Nat. Commun., 7 (2016) 12424.

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Khan et al. Microfluidic synthesis of colloidal silica
CN106140340B (en) Micro-fluidic chip based on flow focusing type microchannel synthesis micro emulsion drop
Deng et al. Simple and cheap microfluidic devices for the preparation of monodisperse emulsions
Eggersdorfer et al. Tandem emulsification for high-throughput production of double emulsions
JP6246587B2 (en) Method for forming droplets in a microfluidic circuit
Chen et al. Gas-liquid-liquid multiphase flow in microfluidic systems–A review
Chung et al. Design and experiments of a short-mixing-length baffled microreactor and its application to microfluidic synthesis of nanoparticles
Lade Jr et al. Dynamics of capillary-driven flow in 3D printed open microchannels
Mastiani et al. Flow regime mapping of aqueous two-phase system droplets in flow-focusing geometries
Zhang et al. Droplet generation in cross-flow for cost-effective 3D-printed “plug-and-play” microfluidic devices
Gol et al. Continuous transfer of liquid metal droplets across a fluid–fluid interface within an integrated microfluidic chip
Mastiani et al. Numerical simulation of high inertial liquid-in-gas droplet in a T-junction microchannel
Li et al. A new droplet-forming fluidic junction for the generation of highly compartmentalised capsules
WO2020078367A1 (en) Pressure insensitive microfluidic circuit for droplet generation and uses thereof
Surya et al. Alternating and merged droplets in a double T-junction microchannel
Xu et al. A region-selective modified capillary microfluidic device for fabricating water–oil Janus droplets and hydrophilic–hydrophobic anisotropic microparticles
Ye et al. 3D-printed air-blast microfluidic nozzles for preparing calcium alginate microparticles
KR102208785B1 (en) Microfluidic droplet generating device
Mo et al. Passive nanofluidic diode using non-uniform nanochannels
Palogan et al. Effect of surface coating on droplet generation in flow-focusing microchannels
EP2957338A1 (en) Mixing of fluids
Conchouso et al. Simulation of a 3D flow-focusing capillary-based droplet generator
Xuan et al. Development of a microfluidic flow-focusing droplet generating device utilising rapid prototyping technique
JP4356312B2 (en) Microchannel structure
Hung et al. Controlled droplet fusion in microfluidic devices

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant