KR100367063B1 - 비혼화성유체사이의확산전달을위한방법및장치 - Google Patents

비혼화성유체사이의확산전달을위한방법및장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100367063B1
KR100367063B1 KR1019970702780A KR19970702780A KR100367063B1 KR 100367063 B1 KR100367063 B1 KR 100367063B1 KR 1019970702780 A KR1019970702780 A KR 1019970702780A KR 19970702780 A KR19970702780 A KR 19970702780A KR 100367063 B1 KR100367063 B1 KR 100367063B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fluid
sheet
hole
interface
sheet means
Prior art date
Application number
KR1019970702780A
Other languages
English (en)
Other versions
KR970706875A (ko
Inventor
에드워드 앤드류 쇼 존
이아인 심슨 리처드
제임스 불 안드리안
마크 심퍼 안드리안
조지 고드프리 홈스 로버트
Original Assignee
브리티쉬 뉴클리어 퓨얼 피엘씨
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
Priority claimed from GB9421313A external-priority patent/GB9421313D0/en
Priority claimed from GBGB9515357.3A external-priority patent/GB9515357D0/en
Application filed by 브리티쉬 뉴클리어 퓨얼 피엘씨 filed Critical 브리티쉬 뉴클리어 퓨얼 피엘씨
Publication of KR970706875A publication Critical patent/KR970706875A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100367063B1 publication Critical patent/KR100367063B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/40—Concentrating samples
    • G01N1/4005—Concentrating samples by transferring a selected component through a membrane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D11/00—Solvent extraction
    • B01D11/04—Solvent extraction of solutions which are liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D11/00—Solvent extraction
    • B01D11/04—Solvent extraction of solutions which are liquid
    • B01D11/0403—Solvent extraction of solutions which are liquid with a supercritical fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D11/00—Solvent extraction
    • B01D11/04—Solvent extraction of solutions which are liquid
    • B01D11/0403—Solvent extraction of solutions which are liquid with a supercritical fluid
    • B01D11/0407—Solvent extraction of solutions which are liquid with a supercritical fluid the supercritical fluid acting as solvent for the solute
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D11/00—Solvent extraction
    • B01D11/04—Solvent extraction of solutions which are liquid
    • B01D11/0415—Solvent extraction of solutions which are liquid in combination with membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D11/00—Solvent extraction
    • B01D11/04—Solvent extraction of solutions which are liquid
    • B01D11/0419—Solvent extraction of solutions which are liquid in combination with an electric or magnetic field or with vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D11/00—Solvent extraction
    • B01D11/04—Solvent extraction of solutions which are liquid
    • B01D11/0426—Counter-current multistage extraction towers in a vertical or sloping position
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D11/00—Solvent extraction
    • B01D11/04—Solvent extraction of solutions which are liquid
    • B01D11/0426—Counter-current multistage extraction towers in a vertical or sloping position
    • B01D11/043—Counter-current multistage extraction towers in a vertical or sloping position with stationary contacting elements, sieve plates or loose contacting elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D11/00—Solvent extraction
    • B01D11/04—Solvent extraction of solutions which are liquid
    • B01D11/0446—Juxtaposition of mixers-settlers
    • B01D11/0453—Juxtaposition of mixers-settlers with narrow passages limited by plates, walls, e.g. helically coiled tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D11/00—Solvent extraction
    • B01D11/04—Solvent extraction of solutions which are liquid
    • B01D11/0496—Solvent extraction of solutions which are liquid by extraction in microfluidic devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/24—Dialysis ; Membrane extraction
    • B01D61/246—Membrane extraction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/24—Dialysis ; Membrane extraction
    • B01D61/28—Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30—Micromixers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30—Micromixers
    • B01F33/3039—Micromixers with mixing achieved by diffusion between layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0093—Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/34—Purifying; Cleaning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/40—Concentrating samples
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/14—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by using distillation, extraction, sublimation, condensation, freezing, or crystallisation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/447—Systems using electrophoresis
    • G01N27/44704—Details; Accessories
    • G01N27/44743—Introducing samples
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/60—Construction of the column
    • G01N30/6095—Micromachined or nanomachined, e.g. micro- or nanosize
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F2025/91—Direction of flow or arrangement of feed and discharge openings
    • B01F2025/917—Laminar or parallel flow, i.e. every point of the flow moves in layers which do not intermix
    • B01F2025/9171—Parallel flow, i.e. every point of the flow moves in parallel layers where intermixing can occur by diffusion or which do not intermix; Focusing, i.e. compressing parallel layers without intermixing them
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00783—Laminate assemblies, i.e. the reactor comprising a stack of plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00819—Materials of construction
    • B01J2219/00824—Ceramic
    • B01J2219/00828—Silicon wafers or plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00819—Materials of construction
    • B01J2219/00833—Plastic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00819—Materials of construction
    • B01J2219/00844—Comprising porous material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00851—Additional features
    • B01J2219/00853—Employing electrode arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00905—Separation
    • B01J2219/00907—Separation using membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00993—Design aspects
    • B01J2219/00995—Mathematical modeling
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/40—Concentrating samples
    • G01N1/4005—Concentrating samples by transferring a selected component through a membrane
    • G01N2001/4016—Concentrating samples by transferring a selected component through a membrane being a selective membrane, e.g. dialysis or osmosis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/60—Construction of the column
    • G01N30/6052—Construction of the column body
    • G01N30/6069—Construction of the column body with compartments or bed substructure

Abstract

본 발명은 비혼화성 유체 사이의 용질과 같은 물질의 확산 전달 및 혼합 없이 액체의 후속 분리를 촉진시키기 위하여, 구멍(10)의 높이가 200㎛ 미만이고(시트의 폭 및 유체 흐름의 방향에 대해 수직으로 측정됨), 각각의 구멍내의 유체 사이에 경계면이 형성되고 경계면에 바로 인접한 위치에 다량의 유체 흐름가 있는, 소공성 시트(8)의 반대면상에 제 1 및 제 2 비혼화성 유체를 운반시키는 제 1 및 제 2 흐름 경로(1,2)를 갖는 장치 및 방법에 관한 것이다. 확산 전달은 경계면을 횡단하여 일어나고, 후속하여 유체는 혼합 없이 영역으로부터 유동한다. 시트(8)에 대해 수직으로 측정된 흐름 경로의 폭은 10 내지 500㎛이다. 각각의 구멍의 벽은 평행하거나 점점 가늘어진 형태일 수 있다.

Description

비혼화성 유체 사이의 확산 전달을 위한 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR DIFFUSIVE TRANSFER BETWEEN IMMISCIBLE FLUIDS}
본 발명은 제 1 및 제 2 비혼화성 유체 사이의 공정, 예를 들어 하나의 유체로부터 또 다른 유체로의 물질 전달을 수행하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
액체/액체 물질 전달 공정에서의 막의 사용은 공지되어 있다. EP-A-0246965 및 키아니(Kiani) 등의 문헌[Journal of Membrane Science, 20 (1984) 125-145 "Solvent Extraction with Immobilised in a Microporous Hydrophobic Membrane"] 둘 모두에는 두 가지 비혼화성 액체 사이의 용질 전달이 기재되어 있으며, 액체 사이의 경계면은 막에 의해 규정된다. 물질 전달은 실제로 막의 포어(pore)내에서 일어나며, 이러한 공정에 사용되는 전형적인 막은 셀가드(Celgard)(등록상표) 2400 마이크로포러스(microporous) 폴리프로필렌 박막이다. 막은 두께가 25㎛ 정도이고, 유효 포어 직경이 0.02㎛인 것이 전형적이다. 따라서, 물질 전달이 일어나는 포어는 본질적으로 매우 길고 얇다. 키아니의 문헌에는 소수성 막이 기재되어 있다. 막의 한쪽 측면상의 수성상은 막의 반대쪽 측면상의 유기상 보다 고압인 상태에 있으며, 액체 경계면은 막의 수성 측면상에서 안정화된다.
이러한 장치와 관련된 문제점은 경계면에 있는 포어내의 액체가 본질적으로 정체상태가 된다는 점이다. 막의 어느 한쪽 측면상에서의 유체 흐름에 대해, 막은 유체 속도가 막 유체 경계에서 본질적으로 0이 되도록 고체벽으로서 작용한다. 이것은 상간(interphase) 수송에 대해 불리한 상태를 제공하는데, 이는 막 포어내에 체류하는 정체된 유체가 전달시키려는 물질의 확산 거리를 늘리기 때문이다. 또한, 이러한 정체 영역에는 확산시키려는 용질의 경계면 수송을 간섭할 수 있는 파편 및 바람직하지 못한 반응 생성물이 축적될 수 있다.
발명의 요약
본 발명은 유체 경계면이 시트의 어느 한쪽 면상에서 두 가지 비혼화성 유체 사이에 생성되는 시트내의 구멍이, 경계면에 대해 본질적으로 평행한 유체 흐름 중 하나 또는 둘 모두내에서 각각의 구멍내의 경계면까지 및 경계면에서 연속적이어서, 신속한 확산이 경계면을 가로질러 일어날 수 있게 하도록 위치하는, 천공된 또는 작은 구멍이 있는 시트를 확산 전달 공정에 제공한다는 개념을 기초로 한다.
본 발명은, 첫 번째 일면에서, 작은 구멍이 있는 시트 수단(8)의 양쪽 측면상에 위치한 각각의 제 1 유체와 제 2 유체에 대한 제 1 유체 경로(1) 및 제 2 유체 경로(2)를 포함하며 유체 사이의 경계면이 사용 도중에 각각의 구멍에서 형성되거나 각각의 구멍내에서 형성되는, 제 1 비혼화성 유체와 제 2 비혼화성 유체 사이의 확산 전달 공정을 수행하는 장치에 있어서, 유체 흐름의 방향 및 시트 수단의 두께 둘 모두에 대해 수직으로 측정하여 구멍(10)의 일부 또는 전부 각각의 최소 높이가 200㎛ 미만이고, 각각의 구멍이 구멍으로부터의 유체 유출을 간섭하지 않으면서 유체가 구멍내로 유입되도록 하는 형태를 가져서 유체 흐름의 상당한 성분을 경계면에 바로 인접한 위치에 유도시킬 수 있고, 시트 수단의 영역의 외부에서는 각각의 제 1 및 제 2 유체가 혼합됨이 없이 이러한 영역내로 유입하고 유출하도록제 1 및 제 2 흐름 경로가 분리되어 있음을 특징으로 하는 장치를 제공한다.
또 다른 일면에서, 본 발명은 제 1유체로부터 제 1유체와 비혼화성인 제 2유체로의 물질의 확산 전달 공정을 수행하는 방법으로서,
(1) 구멍이 있는 시트 수단을 가로질러 서로 연통하는 제 1 및 제 2 흐름 경로(1, 2)를 제공하는 단계(여기서, 시트 수단내의 구멍(10)의 일부 또는 전부 각각의 최소 높이는 유체 흐름의 방향 및 시트 수단의 폭 둘 모두에 대해 수직인 방향으로 경계면 위치에서 측정하여 200㎛ 미만이고, 각각의 구멍은 구멍으로부터 유출되는 유체를 간섭하지 않으면서 유체가 구멍내로 유입되도록 하는 형태를 갖는다),
(2) 최소한 시트 수단의 영역내에서, 유체의 흐름이 본질적으로 층류가 되고, 안정한 경계면이 경계면 위치에서 시트 수단의 구멍에서 형성되거나 구멍내에서 형성되고, 각각의 유체의 유체 흐름의 상당한 성분이 경계면에 바로 인접한 위치에 유도되도록, 제 1 및 제 2 유체를 각각의 제 1 및 제 2 흐름 경로를 통해 유동시키는 단계,
(3) 전달시키려는 물질의 전체량중 상당량(1% 이상)을 확산 전달시키는 단계, 및
(4) 유체를 유체의 혼합없이 이들의 각각의 흐름 경로를 통해 시트 수단의 영역 쪽으로 또는 이 영역으로부터 먼 쪽으로 유동시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 유체의 혼합의 위험을 유발시키지 않고 두 가지 비혼화성 유체 사이의 확산 전달 공정을 수행하는 동시에, 경계면에서 유체의 정체영역을 생성시키지 않고 신속한 전달 공정을 달성시킬 수 있는 방법 및 수단이 제공된다.
구멍의 높이가 커질수록, 안정한 경계면을 유지시키는 것이 더욱 어렵게되며, 실제로 200㎛를 초과하는 높이는 유용하지 않다. 1 내지 30㎛의 높이가 바람직한 것으로 밝혀졌다. 유체 흐름 방향의 구멍의 길이는 경계면의 최대 면적을 위해 연장되는 것이 바람직하며, 원하는 길이일 수 있다.
시트 수단은 모두가 본질적으로 균일한 크기를 갖는 구멍을 가질 수 있으며, 이 경우, 모든 구멍은 상기 치수 요건을 충족한다. 그러나, 형성 방법이 구멍의 크기의 불규칙도를 수반하는 경우, 일반적으로 단 하나의 구멍도 200㎛를 초과하는 높이를 가지지 않아야 하고, 바람직하게는 30㎛ 이하의 높이를 가져야 한다.
경계면을 가로지르는 구멍의 폭에 관하여, 시트 및 경계면에 대해 일반적으로 수직인 내벽을 갖는 구멍의 경우, 시트의 두께를 가로질러 경계면을 가로지르는 구멍의 폭은 구멍의 폭 대 구멍의 높이의 종횡비에 의해 결정될 것이다. 유체가 시트 수단의 양쪽 측면으로부터 구멍내로 유동할 수 있게 하고, 유체 흐름의 상당한 성분을 경계면에 유도시키기 위해, 일반적으로 종횡비가 1 이하일 필요가 있다. 따라서, 구멍 높이가 감소함에 따라, 구멍 폭도 감소되어야 하며, 실제로 시트 수단의 형태에 의해 결정되는 하한선이 존재할 것이다. 종횡비가 1 보다 큰 경우, 경계면에 인접해 있는 유체 흐름는 구멍내로 유입하는 유체 흐름이 구멍으로부터 유출되는 유체 흐름를 간섭하기 때문에 약화된다.
시트 수단이 실리콘의 에칭된 시트로서 형성되는 경우에 특히 관련있는 구멍의 대안적인 형태에 있어서, 각각의 구멍의 벽은 테이퍼(taper)를 가질 수 있고, 경계면이 구멍의 협소한 말단부 또는 구멍내의 협착부에서 형성되도록 매우 넓을 수 있고, 유체 흐름은 협소한 말단부 또는 협착부 보다 1배 또는 2배 넓을 수 있는 구멍의 다른쪽 말단부로부터 유입된다. 이러한 구성은 제조의 용이함을 위해 바람직할 수 있다. 이러한 구성은 종횡비 1 이하의 상기 제약을 받지 않는데, 이는 유체의 유입 및 유출이 구멍의 업스트림 말단부 및 다운스트림 말단부에서 테이퍼링(tapering)된 벽을 따라 자연적으로 분리될 것이기 때문이다.
시트 수단은 일반적으로 평면 시트로서 형성될 수 있지만, 평면 시트가 반드시 평면으로 위치되지 않을 수 있고, 롤 또는 실린더로서 형성될 수 있다. 시트 부재는 다른 구조물, 예를 들어 제 1 및 제 2 유체에 대한 유체 흐름 경로의 벽과 일체적일 수 있다.
몇몇 경우에 있어서, 시트 수단은 3차원 구조물의 일체적 부분으로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 시트 수단은 시트 섹션을 지지하는 유체 흐름 채널의 측벽을 맞무는 대형 3차원 블록 사이에서 연장하는 시트 섹션으로서 형성될 수 있다. 대안으로서 및 본 발명자들의 공동계류중인 출원 (PQ12,618) GB-A-2294260에 상세하게 기술된 바와 같이, 시트 수단은 구체 사이의 공간이 시트 수단의 구멍을 규정짓도록 함께 융합될 수 있는 유리와 같은 미소구체(microsphere)의 박층에 의해 규정될 수 있다.
한 가지 형태에 있어서, 소형 구체의 박층의 어느 한쪽 측면상에 패킹된 대형 구체는 시트 수단에 대한 지지체를 형성하고, 시트 수단의 어느 한쪽 면상을 유동하는 유체에 대한 유체 흐름 경로를 제공한다. 대안으로서, 시트 수단은 섬유 사이의 공간이 시트 수단의 구멍을 규정짓도록 융합되거나 함께 결합될 수 있는, 직포 또는 부직포 형태의 섬유의 박층에 의해 규정될 수 있다. 한 가지 형태에 있어서, 소형 섬유의 박층의 어느 한쪽 면상에 패킹되거나 직조된 대형 섬유는 시트 수단에 대한 지지체를 형성하고, 시트 수단의 어느 한쪽 면상을 유동하는 유체에 대한 유체 흐름 경로를 제공한다.
본 발명에 따르면, 상당량의 확산 전달은 시트 수단의 구멍을 가로질러 일어난다. 하기 설명되는 바와 같이, 물질의 상당한 확산 전달이 두 가지 유체 사이의 시트 수단을 가로질러 일어나게 하기 위해서는, 경계면 영역내의 유체 흐름 경로의 폭에 대한 일정한 제약이 존재한다. 상기 경계면 영역에 인접해 있고 여기에 수직인 제 1 흐름 경로의 폭(l)은 하기 부등식에 의해 주어지는 것으로 나타난다:
l2<D.t.x-1
상기 부등식에서,
D는 제 2 유체로 전달시키려는 전달 물질을 함유하는 제 1 유체에 대한 확산 계수이고, t는 시트 수단의 구멍의 경계면 영역내의 위치를 점유하는 유체 부분에 대한 0.1 내지 100초의 시간 간격이고, x는 0.005 이상의 상수이다.
시간 t는 유체가 구멍의 경계면 영역내에서 실제로 소비한 시간을 나타내며, 구멍이 시트 수단내에서 상당한 거리를 두고 이격되어 있는 경우, 시트 수단의 영역내에서 유체가 소비한 전체 시간은 적당한 배율이 곱해질 것이다.
시트 수단은 메시(mesh)의 형태, 즉 가닥 사이에 구멍을 갖도록 가닥으로부터 직조된 시트일 수 있다. 대안적으로, 시트 수단은 시트가 일정한 방식으로 천공된 다공성 호일의 형태일 수 있다. 예를 들어, 시트가 실리콘 시트인 경우, 천공은 에칭에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로, 시트 수단은 플라스틱 중합체로부터 다공성 막으로서 생성될 수 있으며, 이 경우, 구멍은 충분히 크게 만들어 질 수 있다.
구멍이 유체 흐름의 방향으로 연장되는 경우, 경계면의 최대 면적을 위해 및 경계면에서의 흐름의 유지를 보조하기 위해, 시트 수단의 물리적 안정성이 유지될 수 있기만 하면 구멍은 원하는 길이가 될 수 있다.
본 발명에 따른 시트 부재를 형성시키는 한 가지 방법은 실리콘의 얇은 시트 또는 다른 반도체 기판을 에칭시킴으로써 수행된다. 명백하게는, 실리콘 기판상에 지지될 수 있는 실리콘 니트라이드 또는 옥사이드층을 포함하는, 금속 또는 세라믹과 같은 다른 재료가 사용될 수 있다. 특히, 실리콘 기판을 사용하여 결정면을 따라 에칭시킴으로써, 상기 설명된 테이퍼링된 내벽을 갖는 구멍을 생성시킬 수 있다.
대안으로서, 실리콘 시트의 양쪽 측면으로부터 에칭시키거나, 2개의 에칭된 시트를 마주보게 위치시킴으로써, 반대 방향으로 테이퍼링되는 벽이 구멍의 중심에서 만나서 구멍의 중점에서 최소 두께를 제공하도록 배치시킬 수 있다. 이곳이 경계면이 우선적으로 위치하고, 시트 수단의 양쪽 측면으로부터의 유체가 구멍의 협소해지는 섹션으로 유동하게 되는 위치이다.
유체는 일반적으로 액체일 것이지만, 이들이 서로 비혼화성이기만 하면 하나의 유체가 초임계 유체 또는 기체일 수 있다. 기체의 경우, 기체는 경계면에서 본질적으로 정체상태일 수 있는데, 이는 경계면을 가로질러 확산 전달되는 물질이 기체내의 경계면으로부터 매우 신속하게 확산되기 때문이다.
몇몇 적용에 있어서, 본 발명에 따른 시트 수단의 한쪽 측면상의 액체는 정체상태이어서, 예를 들어 저장소를 형성할 수 있거나, 정지기 동안에 원하는 수준의 교환이 일어나도록 간헐적으로 이동할 수 있다.
3가지 이상의 유체를 포함하는 공정이 관련된 경우, 방법을 수행하는 적당한 수단은 유체의 층이 각각의 시트의 각각의 측면상에 있는 2개 이상의 이격된 시트의 스택을 제공할 수 있다. 이러한 방식으로, 병렬적 프로세싱이 선택된 유체 사이의 하나 이상의 경계면을 가로질러 확산하는 원하는 물질에 대해 수행될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구체예는 첨부된 도면을 참조로 하여 하기 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 첫 번째 구체예의 개략도이고;
도 2 및 3은 두 가지 비혼화성 유체 사이의 안정한 경계면을 형성시키는 데 있어서의 고려사항을 예시한 도면이고;
도 4, 5 및 6은 본 발명의 작은 구멍이 있는 시트내의 구멍의 구성 형태를 도시한 개략도이고;
도 7은 전극 구조물의 형태가 혼입된 시트내의 구멍의 개략도이고;
도 8은 3차원 구조물내에 혼입된 본 발명의 구체예의 개략도이다.
도 1에 개략적으로 도시된 첫 번째 구체예를 참조하면, 채널 1 및 2 형태의 2개의 유체 흐름 경로는 각각의 고체 기판(3,4)내에서 그루브(groove) 절단으로서 형성되고, 밀링되거나 에칭된다. 영역(6)내의 각각의 채널은 각각의 기판의 말단 표면과 연통한다. 기판은 시트(8)를 사이에 두고 서로 마주보는 형태로 위치하며, 적어도 영역(6)내의 시트(8)는 작은 구멍(10)이 있는 시트로서 형성된다. 시트(8)는 중심 사이의 간격이 100㎛이고 직경이 25㎛인 원형 구멍을 갖는 20㎛ 두께의 실리콘 시트로부터 형성된다. 구멍의 벽은 시트에 대해 평행하고 수직이다.
사용 도중에, 채널(1 및 2)내에서 유동하는 서로 비혼화성인 제 1 유체(수성) 및 제 2 유체(유기성)의 경우, 경계면은 별도의 경계면 영역이 시트의 각각의 구멍내에서 형성되면서 시트(8)내에서 규정되며, 이러한 경계면을 가로질러 원하는 물질(수성상에 용해된 금속)의 이동이 액체 사이의 확산 수송 공정에 의해 일어날 수 있다. 시트의 치수의 결과로써, 유체 흐름의 상당한 성분이 경계면에 있는 각각의 유체내에 존재하게 되어, 앞서 설명한 잇점을 제공한다.
시트(8)에 대해 수직인 방향에서의 채널(1 및 2)의 치수는 채널 사이의 각각의 비혼화성 유체에 가용성인 용질의 상당한 전달(1% 이상, 바람직하게는 50% 이상)이 유체가 시트의 한쪽 말단부로부터 다른쪽 말단부로 유동하는데 소요되는 시간내에 유체간 경계면으로의 확산 공정 및 경계면으로부터의 확산 공정에 의해 발생할 수 있을 정도이다. 각각의 유체 흐름 채널(1,2)에 대한 폭 치수에 대한 적당한 값은 하기와 같이 결정될 수 있다.
확산에 의해 물질의 평형 분배를 향해 계속 동작하는 시스템의 경우, 진행은 주 유체의 확산 계수 D, 시간 t, 및 시스템의 기하학과 치수의 함수이며, 이는 확산 수송의 방향의 특성 길이 l에 의해 표현될 수 있다. 확산 공정의 전개는 무차원 변수인 D.t/l2의 측면에서 설명될 수 있는 것으로 여겨질 수 있다(참조: The Mathematics of Diffusion - J.Crank - Second Edition 1975, Oxford University Press). 본 발명에 따르면, 일반 적용을 갖는 이러한 방정식이 유체 흐름 경로 또는 채널의 폭을 결정하는 데에 사용될 수 있는 것으로 인식되었다.
본 발명에 따라 일어나는 상당한 확산의 경우, 불리한 부공정(side process)의 부재하에서 매우 긴 시간 동안 유체의 접촉을 통해 전달될 수 있는 전달가능한 물질의 1% 이상, 바람직하게는 50% 이상의 전달이 일어나야 한다.
Dt/l2>0.01인 경우, 전달은 일반적으로 평형에서 최대 1% 내지 10%에 해당할 것이지만, Dt/l2>0.1인 경우에는 전달이 약 50% 이상일 것이다. 따라서, 전달시키려는 성분의 확산 계수 및 원하는 전달 시간으로부터, 적당한 시스템 치수를 결정할 수 있다. 확산 계수는 종, 매질 및 온도에 의존하지만, 액체 매질내의 소형 내지 중간 크기의 분자의 경우, D값은 약 10-9내지 10-11m2s-1를 갖는 경향이 있다. 일부 중합체와 같은 고분자량 종에 대한 액체 매질내에서의 확산 계수는 실질적으로 낮을 수 있지만(예를 들어, 10-13m2s-1), 기체내에서의 계수는 일반적으로 몇 배 높다. 예로서, 10-10m2s-1이하의 확산 계수를 갖는 종의 신속한(1초 이하) 상당한 전달(50% 이하)의 경우, 유체간 경계면에 대해 수직인 치수에 대한 적당한 길이 l은 D 및 t에 대한 관련 수치를 Dt/l2에 대입하고 그 식을 0.1로 놓음으로써 대략 주어진다. 이러한 예는 l=32㎛임을 제공하지만, 실제로 10 내지 100㎛의 치수가 적당할 수 있다. 일반적으로 신속하고 상당한 확산 전달에 대해 기술된 식 Dt/l2를 이용하여 계산된 적당한 치수에 대한 값이 비혼화성 유체 사이의 전달을 수행하기 위한 구조물내의 폭 치수에 대해 10 내지 500㎛의 평균값을 제공할 수 있는 것으로 여겨질 수 있다.
상기 식은 도 1의 구체예의 측면에서 다음과 같이 바꿔서 표현될 수 있다:
l2<D.t.x-1,
상기 식에서,
x는 0.1, 0.01, 또는 0.005 이상의 값을 갖는 상수이고;
D는 각각의 제 1 또는 제 2 유체내에서의 전달시키려는 물질에 대한 확산 계수이고;
t는 유체가 경계면 근처에 머물러 있는 시간이고, 구멍이 있는 시트의 경우, 시트를 가로질러 이동하는 동안에 각각의 구멍 경계면 근처에서 소요되는 전체 또는 통합 시간을 나타내고;
l은 경계면에 대해 수직인 각각의 유체 흐름 경로의 폭이다.
층류 흐름 상태가 장치내에서 우세해지는 것을 보장함으로써, 난류 흐름에 의해 생성되는 경계면을 가로지르는 압력차 변동이 방지되어, 다공성 구조물은 얇고 비교적 개방 구조가 될 수 있다. 1 보다 훨씬 큰, 특히 10 이상의 포이 길이 대 직경 종횡비를 갖는 종래의 막은 본 발명에서 유용하지 않다. 유리한 신속 전달이 일어나기 위해, 시트 두께는 시트를 횡단하는 유체의 통과 시간내에서의 관심있는 종의 확산 거리 보다 작아야 한다. 오프닝(opening)의 최대 횡단면 치수는 유체간 경계면 표면 장력 및 경계면을 가로지르는 압력에 의해 결정된다. 중요한 치수는 유체 흐름의 방향에 대해 수직인 각각의 구멍 또는 오프닝의 높이이다. 각각의 구멍에 대한 최대 높이는 구멍내에서 안정한 경계면을 유지시키기 위해 200㎛이지만, 사용 도중의 신뢰성 및 제조의 용이함을 위해 높이가 1 내지 30㎛인 것이 바람직하다.
최대 압력차 및 횡단면 치수 및 최소화된 직경 사이의 널리 공지된 관계에 따라, 경계면 안정성은 실린더형 구멍을 사용함으로써 최대화될 수 있지만, 유체 사이의 경계면 전달은, 개방 영역을 최대화시키고, 유체내에서의 흐름이 경계면까지 및 경계면에서 연속적이 되도록 함으로써 향상될 것이다. 후자 조건은 원형 횡단면을 갖지 않는 오프닝에 의해, 특히 오프닝이 흐름의 방향으로 연장되는 경우에 가장 잘 충족될 수 있다.
시트의 물리적 안정성을 향상시키고 유체내에서의 흐름을 경계면까지 유지시키기 위해, 구멍은 유체 채널중 하나 또는 둘 모두로부터 경계면쪽으로 테이퍼링되는 프로파일을 나타내도록 구성될 수 있다. 이것은 특히 작은 구멍 폭이 경계면에서의 치수의 매우 급격한 변화와 함께 달성될 수 있도록 하여 경계면의 피닝(pinning)을 도울 것이다. 이러한 상황은 테이퍼링된 프로파일의 다양한 형태를 나타내는 도 4 및 5에 도시되어 있다. 도 4 및 5에 도시된 프로파일에 있어서, 경계면은 구멍의 테이퍼링된 말단부에서 여기에 규정된 첨단 불연속점에 자연적으로 존재할 것이다.
도 4를 참조하면, 다양한 도면은 {111} 평면에 의해 규정되는 에칭벽을 갖는, {100} 결정면의 실리콘의 시트를 통해 이방성 에칭에 의해 형성된 구멍을 갖는다. 유체 흐름의 방향은 페이지로부터 나오는 방향이다. 따라서, 도 4a는 시트 표면과 약 55oC의 각을 이루면서 테이퍼링되는 벽(44)을 갖는 구멍(42)을 갖는 400㎛ 폭의 실리콘 시트(40)를 나타낸다. 이것은 경계면 위치에서 유체 흐름에 대해 수직인 50㎛의 높이를 갖는 구멍(46)의 한쪽 말단 및 610㎛의 높이를 갖는 구멍(48)의 다른쪽 말단을 생성시킨다.
도 4b 및 도 4c는 도시된 바와 같이 약간 다른 치수를 갖는 유사한 구성을 도시한다.
도 4d는 실리콘 시트가 구멍(42)에 대해 허리가 있는 횡단면을 제공하기 위해 양쪽 면으로부터 에칭된 배열을 도시한다. 벽(43)은 유체 흐름에 대해 수직인 높이 150㎛를 갖는 구멍의 상부 말단(48)으로부터 내측으로 테이퍼링되고, 벽(44)은 높이가 150㎛인 구멍의 하부 말단(46)으로부터 내측으로 테이퍼링된다. 구멍의중간점에는, 20㎛의 높이를 갖는 협소한 섹션(49)이 존재한다. 이러한 배열에 있어서, 시트의 어느 한쪽 면상에서의 2개의 비혼화성 유체 사이의 경계면은 협소한 섹션(49)에 자연적으로 형성될 것이다.
도 4e 및 4f는 도 4d의 배열을 형성하기 위해 단독으로 사용되거나 유사한 시트가 위에 놓여진 형태로 사용될 수 있는 실리콘 시트의 섹션을 도시한다. 이들 시트에 대한 치수는 도면에 나타나며, 시트의 치수가 이전 도면에서의 치수 보다 훨씬 더 작다는 것을 알 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 5a는 실리콘 시트내에서 에칭에 의해 형성된 구멍(50)의 3차원적 개략도이며, 구멍은 일반적으로 600㎛의 측면을 갖는 직사각형으로서 형성되는 구멍의 한쪽 말단(52)을 갖는 직사각형 형태를 갖는다. 실리콘 시트는 두께가 400㎛이며, 55oC의 각을 이루면서 연장되는 테이퍼링된 벽을 가지며, 실리콘 시트의 다른쪽 면에서의 구멍(54)의 말단은 측면이 40㎛인 직사각형을 갖는다. 따라서, 구멍의 면을 가로지르는 유체 흐름에 대해 수직인 경계면 위치(54)에서의 구멍의 높이는 50㎛ 이다.
도 5b에 있어서, 구성은 도 5a의 구성과 다소 유사한 것으로 보이지만, 의도된 유체 흐름의 방향에 평행하게 하나의 치수로 연장되어 있다. 유체 흐름에 대해 수직인 경계면 위치에서의 구멍의 높이는 여전히 50㎛ 이다. 이러한 치수에서의 구멍의 길이는 원하는 길이일 수 있고, 생성된 실리콘 시트가 과도한 변형이 일어나는 지점까지 구조적으로 약화되지 않아야 한다는 제약만을 받는다. 업스트림 및다운스트림 말단에 있는 테이퍼링된 벽(50)은 구멍내로의 액체의 유입 및 유출을 격리시키는데 도움이 되므로, 구멍의 치수를 상기 언급되 종횡비 제약으로부터 벗어나도록 해주는 것으로 여겨질 수 있다. 유체 흐름에 대해 평행한 테이퍼링된 측면(50)은 측벽에 걸쳐 있는 점성 항력에 의해 야기되는 유체 흐름의 모든 제한을 방지한다.
도 6을 참조하면, 이 도면은, 도 2를 참조로 하기에 설명되는 바와 같이 비혼화성 유체 사이의 경계면의 안정성을 제공하기 위한 소수성 및 친수성 표면의 다양한 구성을 도시한다.
도 6a에 있어서, 작은 구멍이 있는 시트(60)는 함께 놓여지거나 결합되거나 일정한 방식으로 함께 적층된 형태의 금속과 중합체의 두 층(62,64), 또는 금속 및 세라믹 및 유리로 이루어지고, 층(62)은 친수성 물질인 반면에 층(64)은 소수성 물질이다. 구멍(66)은 시트(60)내에서 규정되고, 2가지 유체 사이의 경계면은 68로서 2가지 물질 사이의 접점에 자연적으로 위치할 것이다. 구멍의 치수는 도 1을 참조로 하여 상기 나타낸 바와 같다.
이러한 이중 표면 타입의 시트는 종래의 막의 하나의 표면의 적당한 처리 또는 코팅(예를 들어 소수성 중합체막의 하나의 표면상에서의 코로나 방전)에 의해 대안적으로 생성될 수 있다. 따라서, 도 6b에 도시된 대안적인 배열에 있어서, 한쪽 표면상에 일정한 방식으로 증착된 소수성 물질(64)을 갖는 친수성 물질(62)의 시트가 제공된다. 이러한 배열에 있어서, 2개의 비혼화성 유체 사이의 경계면은 구멍(66)의 표면(64)에 근접한 위치에 있는 말단(65)에 자연적으로 형성될 것이다.
도 6c의 배열에 있어서, 작은 구멍이 있는 시트(60)는 제 1 및 제 3 층(62,64)을, 층(62 및 64)의 표면 특성과는 다른 표면 특성을 갖는 매우 얇고 약한 물질(둘 모두 소수성 또는 친수성 물질일 수 있다)로 이루어질 수 있는 제 2층(65)과 함께 갖는다. 이러한 배열에 있어서, 경계면은 구멍(66)내에서 68로서 박층(65)과의 접점에 자연적으로 형성된다.
소수성/친수성 표면을 갖는 도 6에 도시된 배열은, 도 2를 참조로 하여 하기 설명되는 바과 같이, 경계면의 개선된 안정성을 제공한다. 유사하게는, 도 4 및 도 5의 테이퍼링되는 구성은, 도 3을 참조로 하여 설명되는 바와 같이, 경계면이 치수 불연속점에 위치하므로 경계면 안정성을 개선시킨다.
도 2는 페이퍼의 평면에 수직으로 유동하고 벽 물질 또는 표면(26,28)이 원하는 경계면 위치(20)의 어느 한쪽 면과 상이한(예를 들어, 친수성/소수성) 평행한 벽에 의해 한정되는 2개의 유체(22,24)의 경계면(20)을 통한 횡단면을 나타낸다. 도 2에 있어서, 2개의 유체는 각각 압력 P1및 P2를 가지며, 경계면(20)은 곡률 반경 r을 갖는다. 압력차 ΔP = (P1-P2)는 곡률 반경에 반비례하며, 흐름의 방향으로 연장되는 2개의 액체 사이의 경계면에 대해 하기와 같이 표현될 수 있다;
ΔP = Υ/r
상기 식에서,
Υ는 2개의 유체에 대한 경계면 장력이다.
도 4 내지 6에 도시된 상태에 대하여, 경계면이 모든 측면과 접하는 구멍내에 형성되는 경우, 상기 방정식은 수직 방향인 2개의 곡률 반경에 대해 하기와 같이 더욱 일반적으로 표현될 수 있다;
ΔP = Υ/(r1+r2).
또한, 도 2의 경우, 격리선 d에서 벽 사이에서 한정된 2개의 유체 사이의 정적 경게면에 대한 상태는 유체 경계면 및 벽 물질 사이의 평형 접촉각이 θ인 경우에 하기와 같이 나타낼 수 있다;
ΔP = (2cosθ)/Υd.
따라서, 압력차 ΔP의 단지 하나의 값이 존재하므로, 벽 격리선 d와 접촉각 θ가 하나의 값으로 고정되는 경우에 경계면은 정지 상태일 것이다. 이러한 조건하에서, 경계면 위치를 임의의 원하는 위치에 고정시키는 것이 매우 어렵게 된다. 실제로, 실제 시스템에 대한 접촉각의 값의 이력현상은 경계면을 적소에 고정시키게 하는 경향이 있을 수 있지만, 항상 일반적이지는 않다.
도 2를 참조하면, 표면(26 및 28)을 갖는 2개의 유체에 대한 평형 접촉각은 θA및 θB로 표현된다. 물질(26)의 표면(도 2에 도시된 경계면 위치의 좌측) 사이에서, 경계면은 압력차가 ΔPA= (2cosθA)/Υd가 아닌 경우에 이동할 것이다. 유사하게는, 물질(28)의 표면 사이에서, 경계면은 ΔPB= Υd/(2cosθB)인 경우를 제외하고는 모든 압력차에 대하여 이동가능할 것이다. 그러나, 물질(26 및 28) 사이의 접점에는, 접촉각의 변화가 생겨서, 접촉각의 간격 및 압력차가 존재할 것이고, 이로 인해 고체 표면 접촉 위치에 대한 경계면은 변하지 않을 것이다. 이러한 피닝 조건은 표면 타입 θJ의 접점에서의 접촉각이 한정된 압력차 간격에 상응하는 θA내지 θB사이에 존재하는 동안에 충족될 것이다. 따라서, 피닝된 경계면은 경계면 P1-P2를 가로지르는 압력차가 하기 식을 만족하는 동안에는 존재할 것이다:
ΔPA< (P1-P2) < ΔPB.
실제로 많은 경우에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같은 구멍을 갖는 시트에 대해, 경계면은 배리어의 한쪽 표면에서 안정화될 것이다. 이러한 경우, 하나의 상이 배리어의 구멍을 충전시키지만, 제 2상에 의해 가해지는 과압에 의해 가장 바깥쪽 표면이 습윤되는 것이 방지된다. 사용 도중에 오프닝을 통해 양방향으로 적용되는 구멍 치수에 의해 안정성에 대해 규정된 압력차 범위의 일부만이 실제로 사용되는 것이 요구되기 때문에, 이러한 경우는 다소 제한적일 수 있다. 예를 들어, 유기상이 우선적으로 다공성 배리어를 습윤시키고, 수성상 보다 높은 점성을 갖는 경우를 생각해보자. 이러한 경우, 수성상을 배리어를 통한 유기상의 습윤을 정지시키기 위해 고압에서 동작시켜야 한다. 그러나, 두 가지 상에 대해 같은 흐름 속도를 달성하기 위해 채널 치수에 의존하는 경우, 유기상은 더욱 높은 점성을 고려하여 일부 영역에서 수성상 보다 고압으로 동작시켜야 한다. 따라서, 필요한 동작 파라미터의 대립이 발생할 수 있다. 이러한 특정한 문제가 수성상에 의해 우선적으로 습윤되는 배리어를 선택함으로써 해결될 수 있다고 하더라도, 적당한 물질을 선택하는데 있어서의 문제가 있을 수 있고, 일부 경우에 있어서, 특히 상당한 상간 물질 전달이 있는 경우, 압력차의 방향 및 바람직한 시트 타입은접촉체(contantor)의 한 영역과 다른 영역이 상이할 수 있다. 이러한 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 한쪽 측면상에서 시트 배리어가 친수성이 되도록 형성시키거나 처리시켜서, 수성상에 의해 우선적으로 습윤되도록 개선이 이루어지고, 다른쪽 측면상에서는 소수성이 되도록 형성시켜서, 비수성상에 의해 우선적으로 습윤되도록 개선이 이루어질 것이다. 이것은 유체간 경계면을 두 가지 표면 유형 사이의 접점에 위치시켜서 경계면 안정성을 향상시킴으로써, 임의의 선택된 구멍 치수에 대해 최대 범위의 경계면 압력차를 제공할 것이다.
도 3을 참조하면, 이 도면은 경계면 안정성에 대한 치수 불연속성의 효과(참조: 도 4,5)를 도시한다. 도 3은 상이한 폭 dA, dB의 2개의 채널(30,32) 사이의 접점을 통해 횡단면을 나타내며, 모든 벽이 동일한 물질로 간주되고 평형 접촉각 θ가 변하지 않는 경우, 유체(34,36)의 압력차 ΔPA및 ΔPB는 넓은 섹션 및 협소한 섹션에서의 부동성에 대해 단일값을 나타낸다. 협소한 섹션으로의 진입시에, 하기 식으로 표현되는 피닝에 대한 압력 간격이 존재한다:
ΔPA= (2cosθ)/γdA< (P1-P2) < ΔPB= (2cosθ)/γdB.
도 3에 규정된 조건 및 2개의 평형 흐름에 대한 상기 식은, 원형 구멍의 경우에 부동성에 대한 압력차가 ΔPB= 2γdB/(2cosθ)인 것을 제외하고는, 진입시에 막내로의 구멍에 대해서도 적용될 것이다.
따라서, 도 4 및 5의 장치에서, 테이퍼링된 구멍의 협소한 말단부에서의 경계면이 일정 범위의 압력차에 대해 안정할 것임을 알 수 있다.
상기 설명된 작은 구멍이 있는 시트내에 또는 시트를 가로질러 전기장이 존재하면 이온 수송을 개선시키거나, 수송시키려는 종을 전기화학적으로 개질시키거나(예를 들어, 교환성 금속 이온의 산화 상태를 변화시킴), 경계면의 특성을 변화시키는 측면에서 유리할 수 있는 경우가 있을 수 있다. 본 발명의 경우, 시트는 예를 들어 금속 또는 탄소 섬유를 포함하는 메쉬의 형태의 전자 전도체로 이루어지거나 이것이 혼입된 형태일 수 있거나, 이러한 전도체 단독 또는 이것이 비전도성 시트 물질상에 코팅되거나 적층된 천공된 호일의 형태일 수 있다. 전도체가 2개의 비전도성 층 사이에서 층으로서 제한된 경우, 전기화학적 작용은 경계면에 매우 근접한 위치에 있는 구멍내에서 한정될 수 있다.
전기화학적 바이어스가 전자 전도체가 혼입되거나 이로부터 형성된 작은 구멍이 있는 시트의 일부 또는 전부에 적용될 수 있게 하기 위해, 사용되는 장치에 별도의 상대 전극 및/또는 기준 전극이 혼입된다. 이온 전도성 성분은 작은 구멍이 있는 시트 전극, 및 상대 전극 및/또는 기준 전극을 연결시켜야 하고, 이들 성분은 일반적으로 하나 이상의 비혼화성 유체, 특히 수용액을 포함할 것이다. 이온 전도성 고체, 특히 이온 전도성 중합체가 장치에 혼입될 수 있고, 작은 구멍이 있는 시트의 일부를 구성할 수 있고, 각각의 전기 전도성 엘리먼트를 연결시킬 수 있으며, 이들 중 하나 이상은 작은 구멍이 있는 시트의 일부일 수 있다. 상대 전극 또는 기준 전극은, 유체가 이온 전도성이고 작은 구멍이 있는 시트 전극과 접촉하기만 하면, 하나 이상의 비혼화성 유체내에서 와이어 또는 메시와 같은 구조물로서 정위될 수 있거나, 액체가 유동하는 채널의 벽의 일부를 형성하거나 여기에 혼입되거나, 유동할 필요가 없는 이온 전도성 유체를 함유하는 추가의 연결된 채널에 혼입될 수 있다. 작은 구멍이 있는 시트는 이것과 접촉하는 하나 이상의 유체를 함유할 수 있는 천공된 절연체 또는 다공성 절연체 또는 이온 전도성 물질로 구성될 수 있는 전기 비전도성 성분에 의해 서로에 대해 전기적으로 단리된 개별적인 전기 전도성인 천공된 부재로 이루어진 복합 구성을 가질 수 있다.
전극 시스템은 하기와 같이 장치의 동작에 영향을 주는 다양한 기능을 수행하는데 사용될 수 있다;
용질의 산화환원 상태를 변화시켜, 비혼화성 유체상 사이의 용질에 대한 분배 계수에 영향을 준다.
국소적 산 또는 알칼리 농도를 변화시켜, 용질의 종형성(speciation)에 영향을 줌으로써, 비혼화성 유체상 사이의 용질의 분배 또는 이러한 상내에서의 및 경계면을 가로지르는 이러한 용질의 이동성에 영향을 준다.
작은 구멍이 있는 시트 표면의 전기화학적 상태를 변화시켜, 습윤 특성을 변화시킴으로써, 유체간 경계면의 위치의 변화를 조절하거나 생성시켜서, 용질 전달의 효율에 영향을 준다.
유체간 경계면을 가로질러 바이어스를 제공하여, 상간 용질 전달의 동력학 및 선택성에 영향을 준다.
가해진 전기적 바이어스의 부재하에서 동작하는 확산 공정에 부가하여 용질 종에 대하여 작용시키기 위해 이온 이동을 위한 구동력을 제공함으로써, 경계면으로의 용질의 수송율 및 경계면으로부터의 용질의 수송율을 변화시킨다.
전기-삼투적 공정에 의해 유체 흐름을 변경시킬 수 있다.
유체 흐름내에서 전기화학적으로 활성인 종의 농도를 감지하는 수단, 및 종의 전기화학적 타이트레이션(titration)을 위한 수단을 제공한다.
산화환원 반응 및 표면 습윤/부착 특성의 변화에 의해 오염 종 또는 분해 생성물을 전기화학적 변형시키거나, 분리시키거나, 파괴시키거나, 화학적으로 활성인 종을 생성시킴으로써 오염물질 또는 분해 생성물과 반응시켜서 이들을 제거시키거나, 기포를 생성시켜, 오염물질 또는 분해 생성물을 물리적으로 교란시켜서 이동시킴으로써, 작은 구멍이 있는 시트, 작은 구멍이 있는 시트의 구멍, 채널 및 채널 표면을 포함하는 장치내에서 성분을 인시튜(insitu) 세척시키는 수단을 제공한다.
전기 전도성 성분이 이온 전도성 유체와 접촉하는 하나 이상의 작은 구멍이 있는 시트를 커버하거나 형성시키는 경우, 이러한 성분은, 층류 전반에 걸친 종의 산화환원 상태의 점진적 변화와 같이, 전극에 인접해 있는 층류 채널에 걸친 유체에 영향을 주는 공정을 수행하는데 이용될 수 있다. 대안적으로, 전기화학적 작용이 구멍내에서 유체간 경계면 영역으로 한정되는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 예를 들어 작은 구멍이 있는 시트에 대해 복합 구조물을 사용하여 단지 구멍내에서 이온 전도성 유체와 접촉시키기 위해 전기 전도성 상을 제공함으로써, 전도체내의 구멍과 연속적인 구멍을 갖는 비전도성 물질이 작은 구멍이 있는 시트의 일부를 형성하여 포어 또는 구멍내에서를 제외하고는 전자성 및 이온성 전도체 사이의 접촉을 방지시킴으로써 달성될 수 있다. 이러한 비전도성 층은 다른쪽 면상의 유체가 이온 전도 특성을 갖지 않기만 하면 작은 구멍이 있는 시트의 한쪽 면상에 존재할수 있거나, 유체에 대한 모든 작은 구멍이 있는 시트 전극이 구멍 또는 포어의 주변부로 한정되도록 전기 전도성 층의 양쪽 면상에 존재할 수 있다. 전기화학적 작용이 유체간 경계면에 인접한 위치의 포어로 한정되는 작은 구멍이 있는 시트의 잇점은 전기화학적으로 발생된 종이 모든 연장된 확산 거리 및 경계면으로의 이동 시간에 관계없이 경계면 전달 공정에 신속하게 관련될 수 있다는 것이다. 이것은 전기화학적으로 발생된 종이 불안정하거나 유체상의 하나내에서 부반응을 수반하는 경우에 특히 유용할 수 있지만, 나머지 유체내에서는 유용한 생성물내로 안정화되거나 신속하게 흡수된다.
도 7을 참조하면, 상기 고려사항의 일부를 구체화하고, 작은 구멍이 있는 시트상에 증착된 전도성 전극 물질을 갖는 배열이 도시되어 있다. 도 7a에 있어서, 작은 구멍이 있는 시트(70)는 시트의 면상에 있는 비혼화성 유체와 상호작용하거나 이를 모니터하기 위하여 하나의 표면 전극 물질(74)상에 증착시킨 구멍(76)을 갖는 기판(72)을 갖는다. 기판 및 구멍의 치수는 도 1을 참조하여 나타낸 바와 같다.
도 7b에 있어서, 시트(70)는 도 4에 대해 상기 설명한 바와 같은 방법에 의해 형성된 테이퍼링된 구멍(75) 및 실리콘 시트의 양면상에 및 구멍(75)의 벽상에 약 1㎛ 두께의 실리콘 니트라이드 Si3N4의 층(76)을 갖는 실리콘의 시트로부터 형성된다. 필름(76)의 하부 표면상에는 전극으로 작용하는 금속 층(78)이 증착되어 있다.
도 7c에 있어서, 시트(70)가 금속 또는 전도성 탄소의 제 2 박층(77)이 사이에 있는 절연 물질의 제 1 및 제 3층(72)을 포함하는 배열이 도시되어 있다. 경계면(79)은 물질의 상이한 표면 특성 때문에 금속층(77)에 인접한 위치의 구멍(75)내에 자연적으로 위치되며, 전극은 경계면(79)을 모니터하거나 영향을 주는 작용을 한다. 도 7c에는 상대 전극 및 기준 전극(77R,77C)이 개략적으로 나타나 있다. 이들은 유체 흐름 경로의 벽에 혼입될 수 있다 (도시되지 않음).
도 8을 참조하면, 이 도면은 작은 구멍이 있는 시트가 혼입되어 있는 3차원 구조물을 도시한다. 구조물은 횡단면이 4변형이고 시트의 평면에 수직으로 연장하는 바아(82)를 제공하도록 에칭된 200㎛의 폭을 갖는 실리콘 시트(80)를 포함하여, 폭이 10 마이크론인 규소의 매우 얇은 층(86)에 대한 지지체를 제공하고, 일련의 작은 구멍이 있는 시트 부분을 한정하고 경계면 영역을 한정하기 위해 에칭되어 그안에 구멍(88)을 갖는다. 바아(84)는 얇은 시트 부분(86)을 지지하는 역할을 하고, 주변 유체 흐름 채널(나타나지 않음)의 벽에 받쳐져 있다.

Claims (30)

  1. 작은 구멍이 있는 시트 수단(8)의 양쪽 측면상에 위치한 각각의 제 1 유체와 제 2 유체에 대한 제 1 유체 경로(1) 및 제 2 유체 경로(2)를 포함하며 유체 사이의 경계면이 사용 도중에 각각의 구멍에서 형성되거나 각각의 구멍내에서 형성되는, 제 1 비혼화성 유체와 제 2 비혼화성 유체 사이의 확산 전달 공정을 수행하는 장치에 있어서, 유체 흐름의 방향 및 시트 수단의 두께 둘 모두에 대해 수직으로 측정하여 구멍(10)의 일부 또는 전부 각각의 최소 높이가 200㎛ 미만이고, 각각의 구멍이 구멍으로부터의 유체 유출을 간섭하지 않으면서 유체가 구멍내로 유입되도록 하는 형태를 가져서 유체 흐름의 상당한 성분을 경계면에 바로 인접한 위치에 유도시킬 수 있고, 시트 수단의 영역의 외부에서는 각각의 제 1 및 제 2 유체가 혼합됨이 없이 이러한 영역내로 유입하고 유출하도록 제 1 및 제 2 흐름 경로가 분리되어 있음을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 각각의 구멍(10)의 내벽이 시트 수단의 폭과 평행하고, 구멍의 높이에 대한 시트 수단의 두께를 가로지르는 구멍의 폭의 종횡비가 1 이하가 되어, 각각의 유체의 유체 흐름의 상당한 성분이 표면에 바로 인접한 위치에 제공됨을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 유체를 구멍을 통해 경계면으로 유입시키고 경계면을 통해구멍으로부터 유출시키도록 각각의 구멍의 벽(44)이 유체 흐름의 방향으로 테이퍼링되어, 유체의 유체 흐름의 상당한 성분이 경계면에 바로 인접한 위치에 유도됨을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 구멍의 높이가 1 내지 30㎛임을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 시트 수단의 영역(6)에서 이 영역에 수직하게 위치하는 제 1 유체 흐름 경로, 제 2 유체 흐름 경로 또는 둘 모두의 폭(ℓ)이 10 내지 500㎛임을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 시트 수단의 영역(6)에서 이 영역에 수직하게 위치하는 제 1 유체 흐름 경로, 제 2 유체 흐름 경로 또는 둘 모두의 폭(ℓ)이 하기 부등식에 따라 결정하여 소정값 미만임을 특징으로 하는 장치:
    l2< D t x-1
    상기 식에서,
    D는 각각의 유체에 대한 확산 상수이며,
    t는 시트 수단의 영역내에서의 각각의 유체의 체류 시간으로서 0.1 내지 100초이고,
    x는 0.005 이상의 값을 갖는 상수이다.
  7. 제 6항에 있어서, x가 0.01 이상의 값을 가짐을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 6항에 있어서, x가 0.1 이상의 값을 가짐을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 제 3 유체에 대한 제 3 유체 흐름 경로 및 제 3 유체 흐름 경로를 제 1 또는 제 2 흐름 경로와 연통시키는 제 2 시트 수단을 포함하며, 제 3 유체가 각각의 제 1 또는 제 2 유체와 비혼화성임을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 시트 수단이 3차원 구조물(80)에 혼입된 형태로 형성됨을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 구조물이 시트 수단을 구성하는 시트 섹션(86)에 의해 분리된 일련의 블록 부재(82)를 포함하며, 블록 부재가 시트 섹션에 대한 지지체를 형성함을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 시트 수단이 메시(mesh), 천공된 시트 또는 다공성 부재로서 형성됨을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 12항에 있어서, 시트가 이격된 구멍을 제공하도록 에칭된 물질의 고체 평면 시트로부터 형성됨을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 12항에 있어서, 시트(60)가 제 1 및 제 2 시트층(62,64; 72,74)으로부터 형성되며, 하나의 층이 나머지 층과 상이한 표면 특성 또는 전기 전도성 또는 그 밖의 총괄적 특성을 가짐을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14항에 있어서, 제 1층이 친수성이고 제 2층이 소수성이거나, 제 1층이 전기 절연성이고 제 2층이 전기 전도성임을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 14항에 있어서, 제 2층이 제 1층 및 제 3층 사이에 삽입된 형태로 제 3층(65,77)을 포함함을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 3항에 있어서, 최소 구멍 높이의 영역(49)을 구멍의 중심 영역에 제공하도록, 각각의 구멍의 벽(43,44)이 각각의 말단(46,48)으로부터 내측으로 테이퍼링됨을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 구멍이, 시트의 면을 가로질러 유체를 운반시키는 흐름 경로내에서 흐름의 방향으로 연장됨을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 시트 수단이 제 1 및 제 2 유체를 모니터하거나 이러한 유체에 영향을 주는 전극 수단(77)을 포함하며, 상대 전극 수단(77c), 기준 전극 수단(77r) 또는 둘 모두를 포함함을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 1 유체로부터 이것과 비혼화성인 제 2 유체로의 물질의 확산 전달 공정을 수행하는 방법으로서,
    (1) 작은 구멍이 있는 시트 수단을 가로질러 서로 연통하는 제 1 및 제 2 흐름 경로(1, 2)를 제공하는 단계(여기서, 시트 수단내의 구멍(10)의 일부 또는 전부 각각의 최소 높이는 유체 흐름의 방향 및 시트 수단의 폭 둘 모두에 대해 수직인 방향으로 경계면 위치에서 측정하여 200㎛ 미만이고, 각각의 구멍은 구멍으로부터 유출되는 유체를 간섭하지 않으면서 유체가 구멍내로 유입되도록 하는 형태를 갖는다),
    (2) 최소한 시트 수단의 영역내에서, 유체의 흐름이 층류가 되고, 안정한 경계면이 경계면 위치에서 시트 수단의 구멍에서 형성되거나 구멍내에서 형성되고, 각각의 유체의 유체 흐름의 상당한 성분이 경계면에 바로 인접한 위치에 유도되도록, 제 1 및 제 2 유체를 각각의 제 1 및 제 2 흐름 경로를 통해 유동시키는 단계,
    (3) 전달시키려는 물질의 전체량중 상당량(1% 이상)을 확산 전달시키는 단계, 및
    (4) 유체를 유체의 혼합없이 이들의 각각의 흐름 경로를 통해 시트 수단의영역 쪽으로 또는 이 영역으로부터 먼 쪽으로 유동시키는 단계를 포함하는 방법.
  21. 제 20항에 있어서, 각각의 구멍(10)의 내벽이 시트 수단의 폭과 평행하고, 구멍의 높이에 대한 시트 수단의 두께를 가로지르는 구멍의 폭의 종횡비가 1 이하가 되어, 각각의 유체의 유체 흐름의 상당한 성분이 표면에 바로 인접한 위치에 제공됨을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 20항에 있어서, 유체를 구멍을 통해 경계면으로 유입시키고 경계면을 통해 구멍으로부터 유출시키도록 각각의 구멍의 벽(44)이 유체 흐름의 방향으로 테이퍼링되어, 유체의 유체 흐름의 상당한 성분이 경계면에 바로 인접한 위치에 유도됨을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 20항 내지 22항중 어느 한 항에 있어서, 구멍의 높이가 1 내지 30㎛임을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 20항 내지 22항중 어느 한 항에 있어서, 시트 수단의 영역(6)에서 이 영역에 수직하게 위치하는 제 1 유체 흐름 경로, 제 2 유체 흐름 경로 또는 둘 모두의 폭(ℓ)이 10 내지 500㎛임을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 20항 내지 22항중 어느 한 항에 있어서, 시트 수단의 영역(6)에서 이 영역에 수직하게 위치하는 제 1 유체 흐름 경로, 제 2 유체 흐름 경로 또는 둘 모두의 폭(ℓ)이 하기 부등식에 따라 결정하여 소정값 미만임을 특징으로 하는 방법:
    l2< D t x-1
    상기 식에서,
    D는 각각의 유체에 대한 확산 상수이며,
    t는 시트 수단의 영역내에서의 각각의 유체의 체류 시간이고,
    x는 0.005 이상의 값을 갖는 상수이다.
  26. 제 25항에 있어서, x가 0.01 이상의 값을 가짐을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 25항에 있어서, x가 0.1 이상의 값을 가짐을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 20항 내지 22항중 어느 한 항에 있어서, 제 3 유체을 운반시키는 제 3 유체 흐름 경로 및 제 3 유체 흐름 경로를 제 1 또는 제 2 흐름 경로와 연통시키는 제 2 시트 수단을 포함하며, 제 3 유체가 각각의 제 1 또는 제 2 유체와 비혼화성임을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 20항 내지 제 22항중 어느 한 항에 있어서, 구멍이, 시트의 면을 가로질러 유체를 운반시키는 흐름 경로내에서 흐름의 방향으로 연장됨을 특징으로 하는방법.
  30. 제 20항 내지 제 22항중 어느 한 항에 있어서, 전극 수단에 의해 제 1 및 제 2 유체를 모니터하거나 이러한 유체에 영향을 주는 것을 포함하고, 상대 전극 수단(77c), 기준 전극 수단(77r) 또는 둘 모두를 포함함을 특징으로 하는 방법.
KR1019970702780A 1994-10-22 1995-10-20 비혼화성유체사이의확산전달을위한방법및장치 KR100367063B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9421313.9 1994-10-22
GB9421313A GB9421313D0 (en) 1994-10-22 1994-10-22 Method and apparatus for process
GBGB9515357.3A GB9515357D0 (en) 1995-07-26 1995-07-26 Method and apparatus for process
GB9515357.3 1995-07-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR970706875A KR970706875A (ko) 1997-12-01
KR100367063B1 true KR100367063B1 (ko) 2003-02-19

Family

ID=26305851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970702780A KR100367063B1 (ko) 1994-10-22 1995-10-20 비혼화성유체사이의확산전달을위한방법및장치

Country Status (11)

Country Link
US (1) US5961832A (ko)
EP (1) EP0787029B1 (ko)
JP (1) JP4015187B2 (ko)
KR (1) KR100367063B1 (ko)
CN (1) CN1088385C (ko)
AT (1) ATE175362T1 (ko)
AU (1) AU695237B2 (ko)
CA (1) CA2203283A1 (ko)
DE (1) DE69507157T2 (ko)
ES (1) ES2130659T3 (ko)
WO (1) WO1996012540A1 (ko)

Families Citing this family (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU6541596A (en) * 1995-06-16 1997-01-15 University Of Washington Microfabricated differential extraction device and method
US6454945B1 (en) 1995-06-16 2002-09-24 University Of Washington Microfabricated devices and methods
EP0910446A1 (en) 1996-04-19 1999-04-28 Central Research Laboratories Limited Method and apparatus for diffusive transfer between immiscible fluids
US5971158A (en) * 1996-06-14 1999-10-26 University Of Washington Absorption-enhanced differential extraction device
JP2001518624A (ja) * 1997-09-26 2001-10-16 ユニバーシティ・オブ・ワシントン 同時の粒子分離および化学反応
GB9723260D0 (en) * 1997-11-05 1998-01-07 British Nuclear Fuels Plc A method of performing a chemical reaction
GB9723262D0 (en) * 1997-11-05 1998-01-07 British Nuclear Fuels Plc Reactions of aromatic compounds
GB9800220D0 (en) 1998-01-06 1998-03-04 Central Research Lab Ltd Method of forming interconnections between channels and chambers
US6016242A (en) * 1998-03-20 2000-01-18 Seagate Technology, Inc. Narrow top poles for inductive magnetic heads, masks and processes for making the same
GB9822242D0 (en) * 1998-10-13 1998-12-09 Zeneca Ltd Device
US6379973B1 (en) * 1999-03-05 2002-04-30 The United States Of America As Represented By The Department Of Health And Human Services Chromatographic separation apparatus and method
JP2001281233A (ja) * 2000-03-28 2001-10-10 Inst Of Physical & Chemical Res 水性分配用マイクロチップおよびそれを用いた水性分配方法
WO2002066983A2 (en) * 2001-02-01 2002-08-29 Signature Bioscience, Inc. Bioassay device for detecting molecular events
WO2002075324A1 (fr) * 2001-03-15 2002-09-26 Kanagawa Academy Of Science And Technology Procede de fabrication d'un corps structurel a micro-canaux et film de polymere a haute fonctionnalite
JP2004530044A (ja) * 2001-04-12 2004-09-30 アストラゼネカ アクチボラグ 微細工学的反応装置
US20020158016A1 (en) * 2001-04-26 2002-10-31 Jan Norberg Separation unit, a method for separation, and a device for mounting a separation unit in a separation apparatus
JP2002361002A (ja) * 2001-06-04 2002-12-17 Minolta Co Ltd 抽出方法および装置、分離方法および装置
JP2004042012A (ja) * 2001-10-26 2004-02-12 Nec Corp 分離装置、分析システム、分離方法および分離装置の製造方法
US10502448B1 (en) 2002-01-02 2019-12-10 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Self-clearing vents based on droplet expulsion
US8679233B1 (en) * 2002-01-02 2014-03-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Modification of the degree of liquid contact with a solid by control of surface and micro-channel capillary geometry
GB0203661D0 (en) * 2002-02-15 2002-04-03 Syrris Ltd A microreactor
WO2003099440A1 (de) * 2002-05-24 2003-12-04 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum überführen von molekülen aus einem chemisch reagierenden ersten strom in einen benachbarten chemisch reagierenden zweiten strom
WO2003103836A1 (en) * 2002-06-11 2003-12-18 Kionix, Inc. Methods and devices for microfluidic extraction
US7118920B2 (en) * 2002-10-22 2006-10-10 Battelle Memorial Institute Multiphasic microchannel reactions
JP4346893B2 (ja) * 2002-11-01 2009-10-21 株式会社日立製作所 化学反応装置
US20060070951A1 (en) * 2002-11-29 2006-04-06 Masakazu Baba Microchip, solvent displacement method using the microchip, concentrating method, and mass spectrometry system
FR2848125B1 (fr) 2002-12-04 2006-06-09 Commissariat Energie Atomique Dispositif microfluidique dans lequel l'interface liquide/fluide est stabilisee
US7122709B2 (en) * 2003-03-13 2006-10-17 3M Innovative Properties Company Method for obtaining ethanol
US7105089B2 (en) * 2003-03-13 2006-09-12 3M Innovative Properties Company Liquid—liquid extraction system and method
JP2005007352A (ja) * 2003-06-20 2005-01-13 Sharp Corp 粒子の分離方法及び分離装置並びに検出装置
JP2005224775A (ja) 2004-02-16 2005-08-25 Fuji Xerox Co Ltd 微粒子の処理方法及び処理装置
US7795359B2 (en) 2005-03-04 2010-09-14 Novartis Ag Continuous process for production of polymeric materials
JP4481859B2 (ja) * 2005-03-30 2010-06-16 株式会社日立製作所 マイクロ流路
FR2884437B1 (fr) 2005-04-19 2007-07-20 Commissariat Energie Atomique Dispositif et procede microfluidique de transfert de matiere entre deux phases immiscibles.
US7358487B2 (en) * 2005-09-19 2008-04-15 Owlstone Nanotech, Inc. Ion gate
US20090034362A1 (en) * 2005-09-29 2009-02-05 Fujifilm Corporation Microdevice and method for joining fluids
US9233846B2 (en) * 2005-10-14 2016-01-12 The Regents Of The University Of California Formation and encapsulation of molecular bilayer and monolayer membranes
DE102008037901A1 (de) * 2008-08-15 2010-02-25 Bayer Technology Services Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Stofftrennung in einem mikrostrukturierten Apparat
FR2946895A1 (fr) 2009-06-19 2010-12-24 Commissariat Energie Atomique Systeme microfluidique et procede correspondant pour le transfert d'elements entre phases liquides et utilisation de ce systeme pour extraire ces elements
EP2578207A3 (en) 2011-10-05 2015-10-07 Jacob J. Schmidt Masking apertures enabling automation and solution exchange in sessile droplet lipid bilayers
DE102012204925A1 (de) 2012-03-27 2013-10-02 INSTITUT FüR MIKROTECHNIK MAINZ GMBH Fluidisches System, Verwendung und Verfahren zum Betreiben desselben
JP2014087747A (ja) * 2012-10-30 2014-05-15 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 液間溶質移送装置及び液間溶質移送方法
JP6016706B2 (ja) * 2013-04-22 2016-10-26 株式会社神戸製鋼所 処理装置及び処理方法
US20150166956A1 (en) * 2013-12-16 2015-06-18 General Electric Company Devices for separation of particulates, associated methods and systems
US10518196B2 (en) * 2014-01-29 2019-12-31 General Electric Company Devices for separation of particulates, associated methods and systems
US9868659B2 (en) 2015-04-17 2018-01-16 General Electric Company Subsurface water purification method
CN112368079A (zh) * 2018-04-30 2021-02-12 联合治疗学有限公司 用于控制流体流动的设备和方法
WO2020044359A1 (en) * 2018-08-25 2020-03-05 Ganapati Dadasaheb Yadav Dual function multiphase microreactor
US11724213B2 (en) * 2020-02-27 2023-08-15 Lawrence Livermore National Security, Llc Modular, disposable 3D printed microfluidic membrane system for separation and purification

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4208284A (en) * 1965-05-11 1980-06-17 Hahn Hans H Apparatus for distribution separation processes
IT994599B (it) * 1972-08-23 1975-10-20 Technicon Instr Separatore per separare fluidi immiscibili in flusso continuo
US3956112A (en) * 1973-01-02 1976-05-11 Allied Chemical Corporation Membrane solvent extraction
US4997569A (en) * 1984-08-28 1991-03-05 The Trustees Of The Stevens Institute Of Technology Immobilized-interface solute-transfer process
US4789468A (en) * 1984-08-28 1988-12-06 The Trustees Of The Stevens Institute Of Technology Immobilized-interface solute-transfer apparatus
FR2585023B1 (fr) * 1985-07-19 1989-04-28 Armines Procede de separation de proteines et d'acides gras utilisable dans un procede de fractionnement industriel de ces proteines
US4713618A (en) * 1985-10-02 1987-12-15 Westinghouse Electric Corp. On-line calibration system for chemical monitors
JPS62247884A (ja) * 1986-04-18 1987-10-28 Kurita Water Ind Ltd 鉄イオン含有液の処理方法
US4966707A (en) * 1986-05-13 1990-10-30 Celanese Corporation Liquid/liquid extractions with microporous membranes
US5043048A (en) * 1987-07-17 1991-08-27 Muralidhara Harapanahalli S Electromembrane apparatus and process for preventing membrane fouling
US5039426A (en) * 1988-05-17 1991-08-13 University Of Utah Process for continuous particle and polymer separation in split-flow thin cells using flow-dependent lift forces
US5114579A (en) * 1990-10-22 1992-05-19 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Separation of metals by supported liquid membrane
JPH05201925A (ja) * 1991-05-15 1993-08-10 Philip Morris Prod Inc 有機酸を用いる分離方法及び新規有機酸
JP2832117B2 (ja) * 1991-11-29 1998-12-02 キヤノン株式会社 サンプル測定デバイス及びサンプル測定システム
RU94019986A (ru) * 1991-12-09 1996-04-27 Миннесота Майнинг энд Мануфактуринг Компани (US) Микроструктурная мембрана и способ ее изготовления
US5296375A (en) * 1992-05-01 1994-03-22 Trustees Of The University Of Pennsylvania Mesoscale sperm handling devices
EP0637996B1 (en) * 1992-05-01 1997-07-23 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Microfabricated detection structures
US5304487A (en) * 1992-05-01 1994-04-19 Trustees Of The University Of Pennsylvania Fluid handling in mesoscale analytical devices
JP3230277B2 (ja) * 1992-05-15 2001-11-19 東ソー株式会社 液体の排出モニタ−方法及びそのための装置
US5637224A (en) * 1994-09-14 1997-06-10 New Jersey Institute Of Technology Hollow fiber contained liquid membrane pervaporation for removal of volatile organic compounds from aqueous solutions
US5707799A (en) * 1994-09-30 1998-01-13 Abbott Laboratories Devices and methods utilizing arrays of structures for analyte capture

Also Published As

Publication number Publication date
JP4015187B2 (ja) 2007-11-28
AU3703095A (en) 1996-05-15
CN1088385C (zh) 2002-07-31
WO1996012540A1 (en) 1996-05-02
ES2130659T3 (es) 1999-07-01
CN1161659A (zh) 1997-10-08
EP0787029B1 (en) 1999-01-07
KR970706875A (ko) 1997-12-01
ATE175362T1 (de) 1999-01-15
DE69507157T2 (de) 1999-09-02
JPH10507406A (ja) 1998-07-21
US5961832A (en) 1999-10-05
CA2203283A1 (en) 1996-05-02
AU695237B2 (en) 1998-08-13
EP0787029A1 (en) 1997-08-06
DE69507157D1 (de) 1999-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100367063B1 (ko) 비혼화성유체사이의확산전달을위한방법및장치
KR100367064B1 (ko) 비혼화성유체들간에물질을확산에의해전달하는방법및장치
JP2975943B2 (ja) エマルションの製造方法及びエマルションの製造装置
CA1291208C (en) Fast response time microsensors for gaseous and vaporous species
US8702935B2 (en) Electrochemical sensors including electrodes with diffusion barriers
US6596144B1 (en) Separation columns and methods for manufacturing the improved separation columns
CA2399027A1 (en) Method for fabricating micro-structures with various surface properties in multilayer body by plasma etching
EP3148415B1 (en) Vertical-flow electronic bio-chemical sensing devices
EP1432500B1 (en) Sieve electroosmotic flow pump
JP4128949B2 (ja) 集積動電デバイス及び製造方法
US20080206828A1 (en) Device For Introducing Substance Into Cell, Cell Clamping Device and Flow Path Forming Method
US20040241006A1 (en) Corbino disc electroosmotic flow pump
US7601233B2 (en) Electrochemical gas sensor with passage for receiving gas
US6811037B2 (en) Sensor and/or separating element and process for the production and use thereof
RU97108067A (ru) Способ и устройство для диффузионного переноса между несмешивающимися текучими средами
US6296767B1 (en) Method and apparatus for diffusive transfer between immiscible fluids
EP3721980B1 (en) Emulsion production microfluidic device
EP1449292A2 (en) Field generating membrane electrode
US20220136992A1 (en) Electrode device
EP3510285B1 (en) Layered electroosmotic structure
WO2016100658A1 (en) Sensor array with anti-diffusion region(s) to extend shelf life
RU97107890A (ru) Способ и устройство для диффузионного переноса между несмешивающимися текучими средами

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20090211

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee