KR100407819B1 - Micro mixer for chaotic mixing of fluids - Google Patents
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Abstract
본 발명은 케닉스 스태틱 믹서(Kenics Static Mixer)의 원리를 토대로 케닉스 스태틱 믹서를 마이크로화하여, 즉 동일한 파이프 지름을 가지는 마이크로 채널에 비해 압력 손실이 크게 일어나지 않는 유체의 카오스 혼합을 위한 마이크로 믹서에 관한 것이다. 한편, 본 발명은 간단한 형상의 소정 각도로 꼬인 트위스트 블레이드 부재(twisted blade element)와 이 트위스트 블레이드 부재가 배열되는 마이크로 채널 구조물을 포함함으로써 압력 혹은 전기장 등으로 유체를 구동시켜 마이크로 채널 구조물 내에서 카오스 혼합이 실현될 수 있게 한 유체의 카오스 혼합을 위한 마이크로 믹서에 관한 것이다.The present invention is based on the principle of the Kenics Static Mixer to micronize the Kenics Static Mixer, i.e., to a micromixer for chaos mixing of fluids in which pressure loss does not occur significantly compared to microchannels having the same pipe diameter. It is about. On the other hand, the present invention includes a twisted blade element twisted at a predetermined angle of a simple shape and a micro channel structure in which the twisted blade member is arranged to drive a fluid by pressure or an electric field or the like to mix chaos in the micro channel structure. This relates to a micromixer for chaotic mixing of fluids which makes this feasible.
이를 위한 본 발명은, 유입되는 유체를 카오스 혼합시키는 마이크로 믹서에 있어서, 마이크로 채널 구조물과, 상기 마이크로 채널 구조물 내에 적어도 1개 이상 배치되어 상기 유입되는 유체를 카오스 혼합시키도록 나선형으로 소정 각도로 꼬인 트위스트 블레이드 부재를 포함하고, 상기 마이크로 채널 구조물에는 상기 트위스트 블레이드 부재가 조립되도록 하기 위한 가로 벽면과 세로 벽면 상에 그루브가 형성되고, 상기 트위스트 블레이드 부재는 상기 그루브들에 조립되기 위한 적어도 2개의 탭을 구비하고, 상기 마이크로 믹서 구조물은 MEMS(Micro Electro Mechanical System), LIGA 혹은 마이크로-스테레오리소그라피(micro-stereolithography)와 같은 마이크로 머시닝 기법을 통해 제작되는 것을 특징으로 한다.To this end, the present invention, in the micromixer chaotic mixing the incoming fluid, the micro-channel structure and at least one or more disposed in the micro-channel structure twist twisted at a predetermined angle in a spiral to chaotic mixing the incoming fluid A blade member, wherein the microchannel structure has grooves formed on a horizontal wall and a vertical wall for assembling the twisted blade member, the twisted blade member having at least two tabs for assembling the grooves. In addition, the micro mixer structure is characterized in that it is produced through a micro machining technique such as MEMS (Micro Electro Mechanical System), LIGA or micro-stereolithography (micro-stereolithography).
Description
본 발명은 케닉스 스태틱 믹서(Kenics Static Mixer)의 원리를 토대로 케닉스 스태틱 믹서를 마이크로화하여, 즉 동일한 파이프 지름을 가지는 마이크로 채널에 비해 압력 손실이 크게 일어나지 않는 유체의 카오스 혼합을 위한 마이크로 믹서에 관한 것이다.The present invention is based on the principle of the Kenics Static Mixer to micronize the Kenics Static Mixer, i.e., to a micromixer for chaos mixing of fluids in which pressure loss does not occur significantly compared to microchannels having the same pipe diameter. It is about.
한편, 본 발명은 간단한 형상의 소정 각도로 꼬인 트위스트 블레이드 부재(twisted blade element)와 이 트위스트 블레이드 부재가 배열되는 마이크로 채널 구조물을 포함함으로써 압력 혹은 전기장 등으로 유체를 구동시켜 마이크로 채널 구조물 내에서 카오스 혼합이 실현될 수 있게 한 유체의 카오스 혼합을 위한 마이크로 믹서에 관한 것이다.On the other hand, the present invention includes a twisted blade element twisted at a predetermined angle of a simple shape and a micro channel structure in which the twisted blade member is arranged to drive a fluid by pressure or an electric field or the like to mix chaos in the micro channel structure. This relates to a micromixer for chaotic mixing of fluids which makes this feasible.
현재 분석기술의 소형화에 따라 많은 시료와 시약을 작은 단위로 처리, 분석이 가능한 초소형 장치에 대한 연구 및 개발이 진행되고 있는데, 바이오 칩 및 랩온어칩(Lab-on-a-chip) 등의 기술이 이러한 범주에 속한다. 바이오 칩 또는 랩온어칩 등의 초소형 장치는 분석에 필요한 모든 과정들을 하나의 작은 칩 위에서 수행될 수 있게 하는 여러 개의 채널이나 미세 구조물을 포함한다. 이때 이러한 초소형 장치에서 분석 혹은 (생)화학 반응을 위해 마이크로 채널에 의해 운반되는 시료와 시약 등의 효과적인 혼합은 필수적이다.With the miniaturization of analytical technology, research and development of micro devices that can process and analyze a large number of samples and reagents in small units are being carried out, and technologies such as biochips and lab-on-a-chip are in progress. This belongs to this category. Microdevices, such as biochips or lab-on-a-chips, contain multiple channels or microstructures that allow all the processes required for analysis to be performed on one small chip. In such a compact device, effective mixing of reagents and the sample carried by microchannels for analytical or (bio) chemical reactions is essential.
기존의 대규모 시스템의 경우, 레이놀드(Reynolds) 수가 큼을 이용하여 유체 내에서 프로펠러를 돌리거나, 자기 구슬(magnetic bead) 등의 움직이는 파트를 유체 내에 도입하여 이들을 통해 난류(turbulent flow)를 유발함으로써 효과적인 유체의 혼합을 얻을 수 있었다.In existing large-scale systems, large Reynolds numbers can be used to drive propellers in fluids or to introduce moving parts, such as magnetic beads, into the fluid to induce turbulent flow through them. A mixture of fluids was obtained.
그러나, 초소형 시스템의 경우, 레이놀드 수가 크게 줄어들어 층류(laminar flow) 외에 난류가 형성되지 않으므로, 확산(diffusion)에 의한 혼합 밖에 기대할 수 없게 되어 결과적으로 균일한 유체의 혼합물을 얻기가 어려워진다. 이에 대규모 시스템의 혼합 성능을 기대하여 마이크로 채널 내부에 움직이는 파트를 도입하여 능동 혼합(active mixing) 방법을 통해 혼합 성능의 향상을 가져오기도 하지만, 이 경우 마이크로 채널 내부의 미세 소량 유체의 누출 가능성과 함께 제조가 어려워 제조 원가가 비싸게 되며, 사용, 세척 및 다른 마이크로 장치들과의 통합에 상당한 어려움이 따르게 한다. 이와 달리 마이크로 채널 내부에 정적인 여러 미세 구조를 도입함으로써 유체가 섞일 수 있게 유도하는 수동 혼합(passive mixing) 방법도 있다. 이 경우 상기한 능동 혼합 방법보다 혼합 성능은 떨어질 수 있으나, 능동 혼합 방법의 문제점을 해결할 수 있으며, 특히 제조 원가가 크게 떨어지고, 다른 마이크로 장치들과의 통합을 용이하게 하는 장점을 가질 수 있다.However, in the case of a very small system, the Reynolds number is greatly reduced so that turbulence is formed in addition to the laminar flow, so that only mixing by diffusion can be expected, and as a result, it is difficult to obtain a uniform mixture of fluids. In order to achieve the mixing performance of large-scale systems, moving parts are introduced inside the microchannel, which leads to the improvement of the mixing performance through the active mixing method. Difficult to manufacture results in expensive manufacturing costs and significant difficulties in use, cleaning and integration with other micro devices. Alternatively, there is a passive mixing method that introduces several static microstructures inside the microchannel to induce fluid mixing. In this case, the mixing performance may be lower than that of the active mixing method, but the problem of the active mixing method may be solved. In particular, the manufacturing cost may be greatly reduced and the integration with other micro devices may be easy.
상기와 같은 요구에 부응하여 여러 가지 수동 혼합 방법을 이용한 마이크로 믹서들이 보고되고 있지만, 기존의 수동 혼합 방법들의 경우, 마이크로 채널 내부에 많은 장애물들을 설치하여 큰 압력 손실을 유발하게 되는 단점을 안고 있으며, 더욱이 점점 복잡한 장애물들을 세우게 되어 제조 공정을 어렵게 만들어 제조 원가를 상승시키는 단점을 가지고 있다.Micro mixers using various manual mixing methods have been reported in response to the above requirements, but the conventional manual mixing methods have a disadvantage of causing a large pressure loss by installing many obstacles inside the micro channel. In addition, the increasingly complex obstacles to make the manufacturing process difficult has the disadvantage of increasing the manufacturing cost.
도 1은 기존의 고분자 가공 기술에 있어서 움직임 없는 믹서(motionlessmixer) 중에서 가장 대표적인 케닉스 스태틱 믹서(Kenics Static Mixer)의 구성을 보여준다. 이 믹서(1)는 시계 방향과 반시계 방향의 짧은 나선형 부재(helical element; 11)들이 교대로 원형 파이프(10) 내에 고정되어 있는 구조를 가지고 있다. 이들 나선형 부재(11)들은 원형 파이프(10)의 내부 벽에 고정되어 있으며, 각 부재(11)들이 도시된 바와 같이 직각을 이루며 교번하여 위치된 것이 특징이다.Figure 1 shows the configuration of the most representative Kenics Static Mixer (motionless mixer) in the conventional polymer processing technology (motionless mixer). This mixer 1 has a structure in which short helical elements 11 in clockwise and counterclockwise directions are alternately fixed in the circular pipe 10. These helical members 11 are fixed to the inner wall of the circular pipe 10 and are characterized in that each member 11 is alternately positioned at right angles as shown.
이 믹서(1)의 유체는 파이프(10) 끝단의 압력차에 의해 구동되는 것이 특징이며, 파이프(10) 내에 위치하는 이 나선형 요소(11)들은, 상기 압력차에 의해 유체가 파이프(10)의 축 방향으로 흐를 경우 축방향 이외에 파이프(10) 축의 횡단 방향으로 유동 형성시킨다. 결과적으로 믹서로 들어오는 두 유체들(12)(13)은 나선형 요소(11)들에 의해 계속해서 절반으로 분할될 뿐 아니라, 횡단 방향의 유동에 의해 방사선 방향의 혼합도 이루어져 카오스 혼합(chaotic mixing)을 유도하기 때문에 아주 효과적인 두 유체의 혼합을 얻을 수 있다.The fluid of the mixer 1 is characterized by being driven by the pressure difference at the end of the pipe 10, and the spiral elements 11 located in the pipe 10 are connected to the pipe 10 by the pressure difference. If the flow in the axial direction of the pipe 10 in addition to the axial direction to form a flow in the transverse direction of the axis. As a result, the two fluids 12, 13 entering the mixer are not only continuously divided in half by the helical elements 11, but also in the radial direction by the transverse flow resulting in chaotic mixing. This results in a very effective mixture of the two fluids.
그런데, 상기와 같이 효과적인 유체 혼합을 유도하는 케닉스 스태틱 믹서(1)는 압력 차에 의한 유체의 구동 외에 다른 방법은 사용할 수 없으며, 마이크로 수준에서 적용하기가 불가하고, 나아가 마이크로 수준에서의 제조 방법도 불가능한 문제점을 가지고 있다.However, the kinetic static mixer 1 which induces effective fluid mixing as described above cannot be used other than the driving of the fluid by the pressure difference, and cannot be applied at the micro level, and furthermore, the manufacturing method at the micro level. It also has an impossible problem.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 케닉스 스태틱 믹서를 마이크로화하여, 즉 동일한 파이프 지름을 가지는 마이크로 채널에 비해 압력 손실이 크게 일어나지 않는 유체의 카오스 혼합을 위한 마이크로 믹서를제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and provides a micromixer for chaotic mixing of fluids in which the kneas static mixer is micronized, that is, pressure loss does not occur significantly compared to microchannels having the same pipe diameter. Its purpose is to.
본 발명의 다른 목적은 간단한 형상의 소정 각도로 꼬인 트위스트 블레이드 부재(twisted blade element)와 이 트위스트 블레이드 부재가 배열되는 마이크로 채널 구조물을 포함함으로써 압력 혹은 전기장 등으로 유체를 구동시켜 마이크로 채널 구조물 내에서 카오스 혼합이 실현될 수 있게 한 유체의 카오스 혼합을 위한 마이크로 믹서를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to include a twisted blade element twisted at an angle of a simple shape and a microchannel structure in which the twisted blade member is arranged to drive a fluid in a microchannel structure by driving a fluid by pressure or electric field or the like. There is provided a micromixer for chaotic mixing of fluids that allows mixing to be realized.
도 1은 종래 기술에 의한 케닉스 스태틱 믹서(Kenics Static Mixer)의 구성도.1 is a block diagram of a Kenics Static Mixer according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 믹서의 마이크로 채널 구조물의 구성도.2 is a block diagram of a microchannel structure of the micromixer according to the present invention;
도 3a는 본 발명에 따른 시계방향 트위스트 블레이드 부재(twisted blade element)의 구성도.3a is a schematic view of a clockwise twisted blade element according to the present invention;
도 3b는 본 발명에 따른 반시계방향 트위스트 블레이드 부재의 구성도.Figure 3b is a block diagram of a counterclockwise twisted blade member according to the present invention.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 마이크로 믹서의 전체 조립 구성도.4a and 4b is an overall assembly configuration of the micromixer according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 마이크로 채널 구조물 101 : 그루브(groove)100 microchannel structure 101 groove
110 : 시계방향 트위스트 블레이드 부재 111, 121 : 탭110: twisted blade members 111, 121: tab
112 : 시계방향 나선형부112: clockwise spiral part
120 : 반시계방향 트위스트 블레이드 부재 122 : 반시계방향 나선형부120: counterclockwise twisted blade member 122: counterclockwise spiral
130 : 상부 마이크로 채널 구조물130: upper micro channel structure
140 : 하부 마이크로 채널 구조물140: lower microchannel structure
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 유체의 카오스 혼합을 위한 마이크로 믹서는,In order to achieve the above object, a micromixer for chaotic mixing of a fluid according to the present invention,
마이크로 채널 구조물과, 상기 마이크로 채널 구조물 내에 적어도 1개 이상 배치되어 상기 유입되는 유체를 카오스 혼합시키도록 나선형으로 소정 각도로 꼬인 트위스트 블레이드 부재를 포함하고, 상기 마이크로 채널 구조물에는 상기 트위스트 블레이드 부재가 조립되도록 하기 위한 가로 벽면과 세로 벽면 상의 그루브가 형성되고, 상기 트위스트 블레이드 부재는 상기 그루브들에 조립되기 위한 적어도 2개의 탭을 구비하고, 상기 마이크로 믹서 구조물은 MEMS, LIGA 혹은 마이크로-스테레오리소그라피(micro-stereolithography)와 같은 마이크로 머시닝 기법을 통해 제작되는 점에 그 특징이 있다.And a twisted blade member disposed in the microchannel structure and at least one twisted member spirally twisted at an angle to chaoticly mix the inflowing fluid, wherein the twisted blade member is assembled to the microchannel structure. Grooves on the horizontal and vertical walls are formed, the twisted blade member having at least two tabs for assembling the grooves, the micromixer structure being MEMS, LIGA or micro-stereolithography. It is characterized by the fact that it is manufactured through micromachining techniques such as
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 트위스트 블레이드 부재의 나선형 꼬임 각도는 임의적이며, 상기 마이크로 채널 구조물의 그루브는 이러한 임의적인 꼬임 각도에 맞추어 형성될 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the helical twist angle of the twist blade member is arbitrary, and the groove of the micro channel structure can be formed to match this arbitrary twist angle.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 마이크로 채널 구조물의 단면 형상은 상기 마이크로 머시닝 기법에 의해 결정된다.In a preferred embodiment of the present invention, the cross-sectional shape of the micro channel structure is determined by the micro machining technique.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 트위스트 블레이드 부재들은 시계 방향으로 트위스트된 블레이드 부재와 반시계 방향으로 트위스트된 블레이드 부재의 조합으로 상기 마이크로 채널 구조물에 복수개 배치된다.In a preferred embodiment of the invention, the twisted blade members are arranged in plural in the micro channel structure in a combination of a clock member twisted clockwise and a blade member twisted counterclockwise.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 마이크로 채널 구조물의 재료의 선택에 의해 그 내부 유체들의 유동 구동이 압력 또는 전기장을 통해 이루어지도록 한다.In a preferred embodiment of the present invention, the choice of the material of the microchannel structure allows the flow drive of the fluids therein to be via a pressure or electric field.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 마이크로 채널 구조물 및 트위스트 블레이드 부재는 소정의 적층 방법에 의해 제조될 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the micro channel structure and the twisted blade member can be manufactured by a predetermined lamination method.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 유체의 카오스 혼합을 위한 마이크로 믹서의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the micromixer for chaotic mixing of the fluid according to the present invention. In the following description of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known technologies or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or an operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
도 2는 본 발명에 따른 유체의 카오스 혼합을 위한 마이크로 믹서의 마이크로 채널 구조물(100)을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 마이크로 채널 구조물(100)은 조립시에 트위스트 블레이드 부재(110, 120; 도 3)들과의 결합을 용이하게 하기 위해 도시된 형태에서 그 벽면 상부와 바닥면 상에 형성된 그루브(101)들을 포함한다. 이들 그루브(101)들은 각각 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 트위스트 블레이드 부재(110)(120)의 양끝단에 마련된 탭(111)(121)에 적합하도록 형성된다.2 shows a micro channel structure 100 of a micro mixer for chaotic mixing of fluids according to the present invention. Referring to FIG. 2, the micro channel structure 100 is a groove formed on its wall top and bottom surfaces in the form shown to facilitate engagement with the twisted blade members 110, 120 (FIG. 3) during assembly. (101). These grooves 101 are formed to fit the tabs 111 and 121 provided at both ends of the twisted blade members 110 and 120 as shown in FIGS. 3A and 3B, respectively.
마이크로 채널 구조물(100)은 MEMS, LIGA 등의 마이크로 머시닝 기법, 예로서 식각 공정을 통하여 바람직하게 제작된다. 특히 유리, 석영 등에 식각 공정을 통해 직접 마이크로 채널 구조물(100)을 제작하거나, 혹은 MEMS, LIGA 공정 등을 통해 얻어진 마스터에 PDMS(Polydimethylsiloxane) 등을 사용하여 마이크로 채널 구조물(100)을 제작하게 될 경우, 이들 재료의 특성상 채널 구조물(100) 벽면에 표면 전위(surface potential)를 가지게 되어 유체 유동의 구동원으로 전기장을 통한 전기 삼투(electo-osmosis) 현상을 이용할 수 있다.The micro channel structure 100 is preferably manufactured through a micromachining technique such as MEMS, LIGA, etc., for example, an etching process. In particular, when the microchannel structure 100 is directly manufactured by etching through glass, quartz, or the like, or when the microchannel structure 100 is manufactured by using PDMS (polydimethylsiloxane) on a master obtained through a MEMS or LIGA process, etc. In addition, due to the nature of these materials, the surface of the channel structure 100 has a surface potential, and thus, electro-osmosis through an electric field may be used as a driving source of fluid flow.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명에 따른 시계방향 트위스트 블레이드 부재(110)와 반시계 방향 트위스트 블레이드 부재(120)를 나타내는데, 이들 두 트위스트 블레이드 부재(110)(120)은 마이크로 채널 구조물(100)과의 조립이 용이할 수 있도록 양 끝단의 탭(111)(121)을 포함한다. 또한, 트위스트 블레이드 부재(110)(120)들은 마이크로 채널 구조물(100)의 내부에 고정되어 케닉스 스태틱 믹서(Kenics Static Mixer)의 혼합 성능을 기대할 수 있도록 시계방향의 트위스트 블레이드 나선형부(112)와 반시계 방향의 트위스트 블레이드 나선형부(122)를 포함한다. 이들 3차원의 트위스트 블레이드 부재(110)(120)들은 마이크로-스테레오리소그라피(micro-stereolithography; 이하 "μ-STL"이라 칭한다) 등의 마이크로 머시닝 기법을 통해 제작한다. 특히, μ-STL 기법은 표면 거칠기에 있어서 MEMS, LIGA등에 비해 떨어지지만, 3차원 마이크로 구조물을 얇은 조각(slice)으로 모델링하여 적층함으로써 복잡한 형상의 3차원 구조물을 제작할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 트위스트 블레이드 부재(110)(120)들은 표면 거칠기의 중요성이 그다지 중요한 변수가 아니므로 μ-STL 기법에 의해 제작하는 것이 바람직할 수 있다.3A and 3B respectively show a clockwise twisted blade member 110 and a counterclockwise twisted blade member 120 according to the present invention, wherein these two twisted blade members 110, 120 are microchannel structures 100. It includes tabs 111 and 121 at both ends to facilitate assembly. In addition, the twisted blade members 110 and 120 are fixed to the inside of the microchannel structure 100 so that the twisted blade spiral portion 112 and the clockwise direction can be expected to expect the mixing performance of the Kenics Static Mixer. And a twisted blade helical portion 122 in the counterclockwise direction. These three-dimensional twisted blade members 110 and 120 are fabricated through micromachining techniques such as micro-stereolithography (hereinafter referred to as " μ-STL "). In particular, the µ-STL technique is inferior to MEMS and LIGA in surface roughness, but a three-dimensional structure of a complicated shape can be manufactured by modeling and stacking a three-dimensional microstructure into a thin slice. However, the twisted blade members 110 and 120 according to the present invention may be preferable to manufacture by the μ-STL technique because the importance of the surface roughness is not a very important variable.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 도 1에 도시한 바와 같은 케닉스 스태틱 믹서의 개념을 이용한 유체의 카오스 혼합을 위한 마이크로 믹서의 전체 구성과 조립 방법을 나타낸다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 마이크로 믹서는 상부 마이크로 채널 구조물(130)과 하부 마이크로 채널 구조물(140), 그리고 1개 이상의 트위스트 블레이드 부재(110)(120)들을 포함한다. 특히 상부 및 하부 마이크로 채널 구조물(130)(140)은 동일한 형상을 가지고 있으므로 동일한 공정을 통해 제작가능하다. 결과적으로 도 4b에 도시한 바와 같이 상부 및 하부 마이크로 채널 구조물(130)(140)을 이용하여 만들어진 마이크로 믹서의 유로의 목적에 따라 1개 이상의 트위스트 블레이드 부재(110)(120)들을 배열 조립할 수 있다.4A and 4B show the overall configuration and assembly method of the micromixer for chaotic mixing of fluids using the concept of the KENIX static mixer as shown in FIG. 1 according to the present invention. 4A and 4B, the micromixer of the present invention includes an upper microchannel structure 130, a lower microchannel structure 140, and one or more twisted blade members 110, 120. In particular, since the upper and lower micro channel structures 130 and 140 have the same shape, they can be manufactured through the same process. As a result, as shown in FIG. 4B, one or more twisted blade members 110 and 120 may be arranged and assembled according to the purpose of the flow path of the micro mixer made by using the upper and lower micro channel structures 130 and 140. .
상기와 같이 해서 제작된 유체의 카오스 혼합을 위한 마이크로 믹서는 도 1에서 설명한 케닉스 스태틱 믹서의 특징을 포함하게 되어 본 발명의 마이크로 믹서로 들어오는 두 유체들을 트위스트 블레이드 부재의 나선형부(112, 122)에 의해 계속해서 절반으로 분할할 뿐만 아니라, 횡단 방향의 유동에 의해 방사선 방향의 혼합을 일으켜 마이크로 수준의 카오스 혼합(chaotic mixing)을 유도한다. 또한, 마이크로 채널 구조물(130)(140)이 유리, 석영, PDMS 등의 표면 전위를 포함하는 재료로 제작된 경우 압력에 의한 유동의 구동 뿐 아니라 전기장을 이용한 유동의 구동도 가능하다.The micromixer for chaotic mixing of the fluid produced as described above will include the features of the KENIX static mixer described with reference to FIG. 1 so that the two fluids coming into the micromixer of the present invention are helical portions 112 and 122 of the twist blade member. Not only continue to split in half, but also cross-flow to cause radiation mixing to induce micro level chaotic mixing. In addition, when the microchannel structures 130 and 140 are made of a material including a surface potential such as glass, quartz, or PDMS, not only driving of the flow by pressure but also driving of the flow using an electric field is possible.
한편, 본 발명에 따른 유체의 카오스 혼합을 위한 마이크로 믹서는 μ-STL 기법의 적층 방식을 통해 도 4b의 마이크로 믹서를 한번에 제작할 수 있다. 즉, 도 3a 및 도 3b에서 설명한 μ-STL 기법을 이용하여 도 4b의 카오스 혼합을 위한 마이크로 믹서를 다양한 단면 형상을 가지는 도 1의 형태로 한번에 제조할 수 있다.On the other hand, the micromixer for chaotic mixing of the fluid according to the present invention can be produced at a time by the micromixer of Figure 4b through the stacking method of the μ-STL technique. That is, the micro mixer for chaotic mixing of FIG. 4B may be manufactured at once in the form of FIG. 1 having various cross-sectional shapes using the μ-STL technique described with reference to FIGS. 3A and 3B.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 유체의 카오스 혼합을 위한 마이크로 믹서는, 케닉스 스태틱 믹서를 마이크로화하여, 즉 동일한 파이프 지름을 가지는 마이크로 채널에 비해 압력 손실이 크게 일어나지 않는 이점을 제공한다.As described above, the micromixer for chaotic mixing of fluids according to the present invention provides the advantage that the pressure reduction does not occur significantly compared to the microchannels having the same pipe diameter, i.
또한, 본 발명은 간단한 형상의 소정 각도로 꼬인 트위스트 블레이드 부재(twisted blade element)와 이 트위스트 블레이드 부재가 배열되는 마이크로 채널 구조물을 포함함으로써 압력 혹은 전기장 등으로 유체를 구동시켜 마이크로 채널 구조물 내에서 카오스 혼합이 실현될 수 있게 하는 이점을 제공한다.In addition, the present invention includes a twisted blade element twisted at a predetermined angle in a simple shape and a microchannel structure in which the twisted blade member is arranged to drive a fluid by a pressure or an electric field or the like to mix chaos in the microchannel structure. This provides an advantage that can be realized.
즉, 본 발명은 마이크로 채널 구조물 내부에 1개 이상의 트위스트 블레이드 부재들을 배열하여, 이 트위스트 블레이드 부재들이 한 방향 혹은 엇갈린 방향으로 사용자 임의에 의해 배열됨으로써, 압력, 전기장 등의 유동의 구동을 통해 마이크로 믹서 내부에서 카오스 혼합을 유도하는 것이 가능하여, 혼합 성능이 크게 떨어지는 마이크로 믹서 내부의 혼합 성능을 현저히 상승시킨다.That is, the present invention arranges one or more twisted blade members inside the microchannel structure, and the twisted blade members are arranged by the user in one direction or in a staggered direction, so that the micromixer is driven by the flow of pressure, electric field, or the like. It is possible to induce chaotic mixing in the inside, which significantly increases the mixing performance inside the micromixer, which greatly degrades the mixing performance.
더욱이, 본 발명은 트위스트 블레이드 부재의 형상이 간단하여 종래 수동 혼합형 마이크로 믹서의 큰 단점 중에 하나인 압력 손실을 크게 줄일 수 있는 장점을달성할 수 있다. 특히 트위스트 블레이드 부재들의 마이크로 채널 구조물의 내부 도입이 용이하여 바이오 칩 등의 초소형 장치 제조 공정에 도입하는 것을 용이하게 한다.Moreover, the present invention can achieve the advantage that the shape of the twisted blade member is simple to greatly reduce the pressure loss, which is one of the major disadvantages of the conventional manual mixing type micro mixer. In particular, the introduction of the twisted blade members into the microchannel structure is facilitated, thereby facilitating the introduction into micro device manufacturing processes such as biochips.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.Although a preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, those skilled in the art to which the present invention pertains may make various changes without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be appreciated that modifications or variations may be made. Therefore, changes in the future embodiments of the present invention will not be able to escape the technology of the present invention.
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