KR100523282B1 - Micro channel with a helical electroosmosis flow - Google Patents
Micro channel with a helical electroosmosis flow Download PDFInfo
- Publication number
- KR100523282B1 KR100523282B1 KR10-2002-0078186A KR20020078186A KR100523282B1 KR 100523282 B1 KR100523282 B1 KR 100523282B1 KR 20020078186 A KR20020078186 A KR 20020078186A KR 100523282 B1 KR100523282 B1 KR 100523282B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- microchannel
- channel
- vertical electrodes
- electric field
- electroosmotic flow
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/008—MEMS characterised by an electronic circuit specially adapted for controlling or driving the same
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/05—Microfluidics
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
- B81B2203/03—Static structures
- B81B2203/0323—Grooves
- B81B2203/0338—Channels
Abstract
본 발명은 나선형 전기삼투 흐름을 갖는 마이크로 채널에 관한 것으로, 특히 마이크로 채널의 양끝단에 각각 배치된 수평 전극들과, 마이크로 채널 측면의 바닥 좌우에 각각 소정 간격으로 배치된 다수개의 수직 전극들과, 각 수평 전극에 전원 및 접지가 연결되며 다수개의 수직 전극들에 각각 전원 및 접지를 통해 연결된 다수개의 저항들을 포함하며 수평 전극을 통해 채널에 평행한 전기장을 형성하며 수직 전극들을 통해 채널에 수직인 전기장을 형성하여 채널을 통과하는 유체에 나선형 전기삼투 흐름을 유발하는 전기 회로를 구비한다. 그러므로 본 발명은 마이크로 채널의 측면 바닥, 좌우에 배치된 수직 전극들에 전기장을 발생시켜 채널 내부에서 3차원 나선형 전기삼투 흐름을 생성하여 시료의 혼합 효율을 높일 수 있다.The present invention relates to a microchannel having a helical electroosmotic flow, and more particularly, horizontal electrodes disposed at both ends of the microchannel, a plurality of vertical electrodes disposed at predetermined intervals on the left and right sides of the microchannel side, A power and ground are connected to each horizontal electrode, and a plurality of resistors are connected to the plurality of vertical electrodes, respectively, through power and ground, and an electric field perpendicular to the channel is formed through the vertical electrodes and parallel to the channel. An electrical circuit is formed to form a spiral electroosmotic flow in the fluid passing through the channel. Therefore, the present invention can generate a three-dimensional spiral electroosmotic flow inside the channel by generating an electric field in the vertical electrodes disposed on the side bottom, left and right of the micro-channel to increase the mixing efficiency of the sample.
Description
본 발명은 마이크로 채널(micro channel)에 관한 것으로서, 특히 마이크로 채널 내에 전기장을 가할 경우 전기 삼투 현상에 의해 유체의 나선 유동(helical flow)을 유발하는 나선형 전기삼투 흐름을 갖는 마이크로 채널에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to microchannels and, more particularly, to microchannels having a helical electroosmotic flow which induces a helical flow of a fluid by an electroosmotic phenomenon when an electric field is applied within the microchannel.
최근 생명공학 및 분석화학 분야에서 각광을 받고 있는 랩온어칩(lab on a chip)은 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 바탕으로 하여 시료의 반응, 분리, 분석에 이르는 일련의 공정들을 작은 평면형 장치 위에 구성하여 신약 탐색, 의료 진단, 물질 분석 등의 분야에서 활용 가능성이 적극 모색되고 있다. 이러한 기술 중 마이크로유체(microfluidic) 기술은 시료의 운송, 혼합 및 분리하는 핵심 기술로써 기계, 화공 등의 분야에서 다양한 연구가 진행 중이다. 마이크로유체 기술 중에서 가장 널리 알려진 기술인 모세관 전기영동 기술은 화학분석용 랩온어칩에 이용되면서, 현재 전세계적으로 활발히 연구되고 있다.Lab-on-a-chip, which has recently been in the spotlight in biotechnology and analytical chemistry, is based on MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology. With the above structure, the possibility of application in the fields of drug discovery, medical diagnosis, and substance analysis is being actively explored. Among these technologies, microfluidic technology is a core technology for transporting, mixing, and separating samples, and various researches are being conducted in the fields of machinery and chemicals. Capillary electrophoresis, the most widely known microfluidic technology, is used in lab-on-a-chip for chemical analysis and is currently being actively studied worldwide.
마이크로유체 시스템에서는 시료인 유체가 직경이 ㎛ 단위 크기인 마이크로 채널을 따라 이동하게 되는데, 이때 유체의 부피는 유체와 채널 벽면의 면적에 비하여 상대적으로 매우 작다. 따라서 마이크로유체 시스템 내부의 유동은 레이놀드(Reynolds) 수가 매우 작은 스토크(Stokes) 유동이며 표면 장력(surface force)의 영향을 크게 받는다. 이러한 이유로 마이크로유체 시스템에서의 유체 이동은 기계적인 장치를 이용한 미세한 압력의 차를 이용하기보다 전기삼투, 전기모세관, 표면장력 등을 이용한다. 이와 함께 여러 가지 물질들과 반응을 위한 유체 흐름의 분할과 혼합, 동전기적 특성에 따른 특정 성분의 분리 등을 동시에 고려해야 하기 때문에 마이크로유체 시스템의 설계에는 동전기학, 전기유체역학, 콜로이드 계면현상 등을 기반으로 하는 복합적인 연구가 필요하다.In a microfluidic system, the sample fluid travels along a microchannel with a diameter in micrometers, where the volume of the fluid is relatively small compared to the area of the fluid and the channel wall. Thus, the flow inside the microfluidic system is a Stokes flow with a very low Reynolds number and is greatly influenced by surface force. For this reason, fluid movement in microfluidic systems uses electroosmosis, electrocapillaries, surface tension, etc., rather than the use of mechanical pressure differentials. At the same time, the splitting and mixing of the fluid flow for reaction with various materials and the separation of specific components according to the electrokinetic characteristics must be taken into consideration. Complex research based on this is needed.
한편 일반적인 마이크로유체 시스템은 적은 양의 시료만으로 원하는 결과를 얻을 수 있으며 높은 표면/부피의 비로 인한 빠른 분석이 용이하며 낮은 열용량으로 빠른 히팅(heating)과 쿨링(cooling)이 가능하다. 또한 폐기물이 거의 없는 일회용으로 제작할 수 있는 장점을 가지고 있다. 하지만 높은 표면/부피의 비로 인해 시료 내의 입자와 채널 벽면에 비구체적인 바인딩(non-specific binding)이 생길 수 있으며 무엇보다도 마이크로 채널 내의 시료는 레이놀드 수가 100이하인 라미나(Laminar) 흐름이므로 시료의 혼합 효율이 매우 떨어지는 커다란 문제점이 생긴다.On the other hand, a typical microfluidic system can achieve the desired result with only a small amount of sample, and can be quickly analyzed due to the high surface / volume ratio, and fast heating and cooling with low heat capacity. In addition, it has the advantage that it can be produced in a single waste with little waste. However, the high surface / volume ratio can result in non-specific binding to the particles in the sample and the channel walls. Above all, the sample in the microchannels is a laminar flow with a Reynolds number of 100 or less. The big problem is that the efficiency is very low.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 MEMS 기술에 기반을 둔 마이크로제조(micro-fabrication) 방법을 이용하여 마이크로 채널을 복잡한 형태로 만들어 패시브 믹서(passive mixer)를 이용하여 시료를 혼합하려는 시도가 있었다. 하지만 시료 내에 거대한 생분자 등이 포함되어 있는 경우 비구체적인 바인딩이 발생할 확률이 높아져 화학 반응에 치명적인 결함을 나타낼 수 있다. 또한 마이크로 채널에 기계적인 장치를 사용하여 움직이는 부분을 넣는 액티브 믹서(active mixer)로 시료를 혼합하려는 시도도 있었지만 이 또한 제작 과정이 쉽지 않고 국부적인 스트레스를 이용하기 때문에 세포벽과 같이 연약한 조직의 입자가 포함되어 있는 경우 이에 손상을 줄 수 있었다.In order to solve this problem, an attempt has been made to mix a sample using a passive mixer by making a microchannel into a complicated form using a micro-fabrication method based on MEMS technology. However, if the sample contains a large amount of biomolecules, the probability of non-specific binding may increase, which may indicate a fatal defect in the chemical reaction. There has also been an attempt to mix the sample with an active mixer that uses a mechanical device to insert the moving part into the microchannel, but this also makes it difficult to fabricate and utilizes local stresses, so particles of soft tissues such as cell walls If included, it could be damaged.
따라서 마이크로 채널 내부에서 일어나는 화학반응에 관여하는 시료에 생분자 등이 포함되어 있는 경우 마이크로 채널 내부의 형태가 간단하면서도 시료의 혼합이 잘 이루어지는 장치가 필요하다. 이러한 장치들은 대부분 압력-구동(pressure-driven) 흐름보다는 전기-구동(electrical-driven) 흐름에서 많이 이용되는데, 이때 레이놀드 수는 거의 0에 근접하여 압력-구동(pressure-driven) 흐름에서보다 더욱 어려운 혼합문제가 생긴다.Therefore, when biomolecules and the like are included in a sample involved in a chemical reaction occurring inside the microchannel, a device in which the shape of the microchannel is simple and the sample is mixed well is required. These devices are most often used in electrical-driven flows rather than pressure-driven flows, where the Reynolds number is close to zero and more than in pressure-driven flows. Difficult mixing problems occur.
한편, 전하를 띠고 있는 고체면과 접촉하고 있는 전해질 용액상에 전위차를 걸어주면 전기적 힘에 의하여 용액이 흐르게 되며 이러한 현상을 전기삼투현상이라 한다. 도 1은 일반적인 전기삼투 흐름을 나타낸 도면이다.On the other hand, when the potential difference is applied to the electrolyte solution in contact with the solid surface that is charged, the solution flows by the electric force, this phenomenon is called electroosmotic phenomenon. 1 is a view showing a general electroosmotic flow.
도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘이나 유리와 같이 전하를 띠고 있는 고체면 사이에 전해질 용액이 채워져 있을 때, 벽면 전하(-)에 반대되는 counter-ion(+)들이 벽면근처에 모이면서 전기이중층을 형성하게 된다. 여기에 외부에서 전기장(+, -)을 걸어주면 전기이중층 내에 이온들이 힘을 받아 전기장(E) 방향에 평행하게 끌려가면서 전기삼투 흐름이 생성된다. 이때 전기삼투 흐름은 전기이중층 내에서 충분히 발달하여 마치 플러그 타입의 흐름을 보인다. 따라서 전기삼투 흐름을 이용한 마이크로 유체 시스템에서는 시료의 운송이 전기장(E)에 의해 제어되므로 기계적인 밸브가 필요없이 전기적 신호의 온(on)/오프(off)에 의해 제어될수 있다. 또한 플러그 타입의 흐름이므로 시료의 테일러 분산(Taylor dispersion)이 최소화되므로 반응물 분석에 용이하게 된다. 하지만 시료의 혼합 문제를 해결하기 위해서는 전기삼투 흐름을 플러그 타입이 아닌 좀 더 복잡한 형태로 변화시킬 필요성이 있다.As shown in FIG. 1, when the electrolyte solution is filled between solid surfaces that are charged, such as silicon or glass, the counter-ion (+) opposite to the wall charge (-) gathers near the wall, and the electric double layer Will form. When an electric field (+,-) is applied from the outside, ions are forced into the electric double layer and dragged in parallel to the direction of the electric field ( E ) to generate an electroosmotic flow. At this time, the electroosmotic flow is sufficiently developed in the electric double layer, and shows a flow of plug type. Therefore, in the microfluidic system using the electroosmotic flow, the transport of the sample is controlled by the electric field ( E ) so that it can be controlled by turning on / off the electrical signal without the need for a mechanical valve. In addition, the plug-type flow minimizes Taylor dispersion of the sample, thereby facilitating reactant analysis. However, in order to solve the mixing problem of the sample, it is necessary to change the electroosmotic flow into a more complicated form than the plug type.
전기삼투 흐름을 변화시키기 위하여 다음의 세가지 요소를 변화시켜야 한다. 첫째, 걸어주는 전기장을 변화시켜준다. 전기삼투 흐름은 걸어주는 전기장에 평행한 방향으로 움직이기 때문에 비균일한 전기장을 걸어주면 복잡한 형태의 흐름이 나타난다. 이는 추가적인 전극을 설계하여 쉽게 설치할 수 있다. 둘째, 벽면 전위를 변화시켜 준다. 벽면 전위에 반대되는 이온들이 모여 전기이중층을 형성하고 이곳으로부터 흐름이 생성되므로 벽면 전위의 세기나 극성을 조정하여 전기삼투 흐름의 세기와 방향을 조정할 수 있다. 이는 극성을 가지는 고분자를 코팅하거나 자외선 처리 등으로 만들 수 있다. 마지막으로 전해질의 농도를 변화시켜준다. 전해질의 농도를 변화시켜주면 전기이중층의 형성에 영향을 미치게 되어 전기삼투 흐름에 미세한 영향을 줄 수 있으나, 실제 마이크로 유체 시스템에서 전해질의 농도는 주어지는 실험 조건이기 때문에 이를 제어하여 시료의 혼합을 하는 것은 현실적으로 불가능하다. 따라서 전기삼투현상을 이용하여 시료의 혼합을 극대화하기 위해서는 앞선 두 가지 요소, 전기장과 채널 벽면 조건을 변화시켜주는 것이 가장 용이하다.To change the electroosmotic flow, three factors must be changed. First, it changes the electric field it walks on. Since the electroosmotic flow moves in a direction parallel to the walking electric field, a complex type of flow appears when a non-uniform electric field is applied. This can be easily installed by designing additional electrodes. Second, it changes the wall potential. Since the ions opposite to the wall potential gather to form an electric double layer and a flow is generated therefrom, the intensity and direction of the electroosmotic flow can be adjusted by adjusting the strength or polarity of the wall potential. This can be made by coating a polymer having a polarity or by ultraviolet treatment. Finally, it changes the concentration of the electrolyte. Changing the concentration of the electrolyte may affect the formation of the electric double layer, which may have a slight effect on the electroosmotic flow. However, since the concentration of the electrolyte is a given experimental condition in the actual microfluidic system, mixing of the sample by controlling it unrealistic. Therefore, in order to maximize the mixing of the sample using the electroosmotic phenomenon, it is easiest to change the two conditions, the electric field and the channel wall condition.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 마이크로 채널 양 끝단에 수평측 전극과 채널 내부 바닥면에 소정 간격 이격된 수직측 전극 배열을 좌우로 배치하고 이들 전극에 저항, 전원, 접지 등을 연결한 전기 회로를 설치함으로써 채널 벽면의 성질과 외부 전기장의 변화에 따라 발생하는 나선형 전기삼투 흐름을 이용하여 유체의 혼합을 극대화하는 나선형 전기삼투 흐름을 갖는 마이크로 채널을 제공하는데 있다.In order to solve the problems of the prior art, the object of the present invention is to arrange the horizontal electrode at the both ends of the microchannel and the vertical electrode array spaced apart at predetermined intervals from the bottom surface of the channel to the left and right, and to provide resistance, power, By providing an electrical circuit connected to the ground, etc., the present invention provides a microchannel having a spiral electroosmotic flow that maximizes the mixing of fluids by using the spiral electroosmotic flow generated by the change of the channel wall property and the external electric field.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 마이크로 채널에 있어서, 마이크로 채널의 양끝단에 각각 배치된 수평 전극들과, 마이크로 채널 측면의 바닥 좌우에 각각 소정 간격으로 배치된 다수개의 수직 전극들과, 수평 전극에 각각 전원 및 접지가 연결되며 다수개의 수직 전극들에 각각 전원 및 접지를 통해 연결된 다수개의 저항들을 포함하며 수평 전극을 통해 채널에 평행한 전기장을 형성하며 수직 전극들을 통해 채널에 수직인 전기장을 형성하여 채널을 통과하는 유체에 나선형 전기삼투 흐름을 유발하는 전기 회로를 구비한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a microchannel, comprising: horizontal electrodes disposed at both ends of the microchannel, a plurality of vertical electrodes disposed at predetermined intervals on the left and right sides of the microchannel side, and a horizontal electrode; The power supply and ground are connected to each other, and each of the plurality of vertical electrodes includes a plurality of resistors connected to the power supply and ground, respectively, to form an electric field parallel to the channel through the horizontal electrode, and to form an electric field perpendicular to the channel through the vertical electrodes. And an electrical circuit for causing a helical electroosmotic flow to the fluid passing through the channel.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 나선형 전기삼투 흐름을 갖는 마이크로 채널의 평면을 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명은 마이크로 채널(10)의 양끝단에 각각 배치된 수평 전극들(40, 50)과, 채널(10)의 바닥 좌우에 각각 소정 간격으로 배치된 다수개의 수직 전극들(20, 30)이 배치된다. 이때 좌측 및 우측 수직 전극들(20, 30)은 마이크로 채널(10) 측면에서 바닥의 폭만큼 서로 이격되어 좌우로 배열된다.2 is a plan view of a microchannel having a helical electroosmotic flow in accordance with the present invention. Referring to FIG. 2, the present invention provides horizontal electrodes 40 and 50 disposed at both ends of the microchannel 10, and a plurality of vertical electrodes disposed at predetermined intervals on the left and right sides of the channel 10, respectively. 20 and 30 are arranged. At this time, the left and right vertical electrodes 20 and 30 are spaced apart from each other by the width of the bottom side of the micro channel 10.
본 발명에서는 마이크로 채널(10)내에 나선형 전기삼투 흐름을 유발시키기 위해서 도 2와 같이 수직 전극들(20, 30)과 수평 전극들(40, 50)을 설계하고 수치 해석 방법으로 검증한다. 상수 점성도 및 밀도를 갖는 일반적인 유체의 움직임은 다음의 네비이어-스토크(Navier-Stokes)식과 연속방정식에 의하여 기술된다.In the present invention, the vertical electrodes 20 and 30 and the horizontal electrodes 40 and 50 are designed and verified by a numerical analysis method as shown in FIG. 2 to induce the helical electroosmotic flow in the microchannel 10. The general fluid motion with constant viscosity and density is described by the following Navier-Stokes equations and continuous equations.
여기서 u는 유체의 속도장이며, p는 압력장이고, ρ, μ는 각각 유체의 밀도와 점성도이다. F는 물체력(body force)으로써 전기삼투의 경우 중력 영향이 없다고 가정하면 전기 물체력은 만이 존재한다. 정상상태이고 매우 작은 레이놀드 수 영역의 마이크로 유동이면 관성항이 사라져 수학식 1은 다음의 전기 물체력을 포함하는 스토크식으로 표시된다.Where u is the velocity field of the fluid, p is the pressure field, and ρ and μ are the density and viscosity of the fluid, respectively. F is the body force, and assuming that there is no gravitational effect in the case of electroosmotic, Only exists. In the steady state and very small micro-flows in the Reynolds number region, the inertial term disappears and Equation 1 is represented by the Stokes equation including the following electric body force.
전하밀도는 포이즌-볼쯔만(Poisson-Boltzmann) 식의 해를 구하여 수학식 2에 대입하여 구할 수 있다. 일반적인 전기삼투 흐름은 수학식 2를 기본 지배방정식으로 하고 안미끄러짐(no-slip) 경계조건을 사용하게 되지만, 마이크로 유체 시스템은 대부분 전해질의 농도가 충분하여 전기이중층이 매우 얇기때문에 전기이중층 내에서 완전히 발달하는 전기삼투 흐름의 특성상 벽면 근처에서 유체의 흐름이 미끄러지는 것과 같이 된다. 이러한 경우의 전기삼투 흐름은 다음의 수학식 3에 의존하며,The charge density can be obtained by solving the Poisson-Boltzmann equation and substituting it into Equation 2. In general, the electroosmotic flow uses Equation 2 as the basic governing equation and uses no-slip boundary conditions. However, most microfluidic systems have a sufficient concentration of electrolyte, so the electric double layer is very thin. Due to the nature of the developing electroosmotic flow, the fluid flows near the wall. The electroosmotic flow in this case depends on the following equation (3),
경계 조건으로는 다음의 스모루쵸스키(Smoluchowski) 관계식을 사용하게 된다.As boundary condition, the following Smoluchowski relation is used.
여기서 ζ는 벽면에서의 제타 전위인데 일반적으로 알려진 -20mV로 할 수 있다.Where ζ is the zeta potential at the wall, which is generally known as -20mV.
수학식 4에서 알 수 있듯이, 벽면에서의 유체 속도는 전기장(E)과 같은 방향으로 움직이므로 전기장(E)을 변화시켜주면 결국 경계조건이 변화하게 된다.As can be seen from equation (4), the fluid velocity at the wall is so moved in the same direction as the electric field (E) main surface by varying the electric field (E) is the end boundary conditions change.
이를 위해 도 2와 같이 수직 전극들(20, 30)과 수평 전극들(40, 50)로 구성된 본 발명의 마이크로 채널(10)을 살펴보면, 채널(10) 벽면의 전위가 균일하고 채널 좌우에 배치된 수직 전극들(20, 30)이 오프(off)될 경우 y축에 평행한 일반적인 전기장 방향의 전기삼투 흐름이 생긴다. 하지만 수직 전극들(20, 30)이 온(on)되면 수직 전극들(20, 30)의 전기장에 의하여 채널내 전기삼투 흐름이 변화된다. To this end, looking at the microchannel 10 of the present invention composed of the vertical electrodes 20, 30 and the horizontal electrodes 40, 50, as shown in Figure 2, the potential of the channel 10 wall surface is uniform and disposed on the left and right sides of the channel When the vertical electrodes 20 and 30 are turned off, an electroosmotic flow in a general electric field direction parallel to the y axis is generated. However, when the vertical electrodes 20 and 30 are turned on, the electroosmotic flow in the channel is changed by the electric field of the vertical electrodes 20 and 30.
예를 들어, 채널의 물리적인 크기가 W(폭)×H(높이)×L(길이)= 100㎛×100㎛×1㎜이며 수직 전극들 사이의 간격(S)이 100㎛일 경우 수평 전극(40, 50)은 마이크로 채널(10)에 평행한 방향으로 전기장(E∥)을 형성하며 채널 바닥 좌우면에 설치된 수직 전극(20, 30)은 채널에 수직인 방향(y축 방향)으로 전기장(E⊥)을 형성하게 된다. 평행한 전기장(E∥)과 수직한 전기장(E⊥)의 비율(α), α=E∥/E⊥에 따라 이들 수직 전극(20, 30)의 공급되는 전압을 조정하기 위한 전기 회로의 내부 구성을 변화할 수 있지만, 다음과 같은 전기 회로들로 평행한 전기장(E∥)과 수직한 전기장(E⊥)의 비(α)를 조절할 수 있다. 수직 전극들(20, 30)에 주어지는 전위 값은 전극에 소정 전압을 공급하는 전기 회로의 저항값에 따라 표 1과 같이 설정된다.For example, if the physical size of the channel is W (width) × H (height) × L (length) = 100 μm × 100 μm × 1 mm and the spacing S between the vertical electrodes is 100 μm, the horizontal electrode 40 and 50 form an electric field (E) in a direction parallel to the microchannel 10, and the vertical electrodes 20 and 30 installed on the left and right sides of the channel bottom have an electric field in a direction perpendicular to the channel (y-axis direction). (E ') is formed. The interior of the electric circuit for adjusting the supplied voltage of these vertical electrodes 20, 30 according to the ratio α of the parallel electric field E ∥ and the perpendicular electric field E,, α = E ∥ / E ⊥. Although the configuration can be changed, the following electric circuits can adjust the ratio α of the parallel electric field E ′ and the vertical electric field E ′. The potential values given to the vertical electrodes 20 and 30 are set as shown in Table 1 according to the resistance of the electric circuit for supplying a predetermined voltage to the electrodes.
여기서 표 1은 미세 전극의 정량적인 전위 값을 나타내며 그 단위는 V이다. 도 2의 평면도에 도시된 바와 같이, 수직 전극(20, 30)의 각 φi(우측 전위)와 φj(좌측 전위)는 상기 표 1과 같다. 평행한 전기장(E∥)과 수직한 전기장(E⊥)의 비(α)를 조정하더라도 항상 같은 (i, j) 쌍은 같은 전위차를 갖게 되고 각 우측의 수직 전극(i)끼리, 각 좌측의 좌측 전극(j)끼리의 전위는 일정하게 변화하게 된다. 예를 들어, α가 1.0일 경우 최대 전위(φmax)가 10.0V이며 최소 전위(φ0)가 0V이며 총 9개의 수직 전극들(20, 30)의 각 각 φi(우측 전위)와 φj(좌측 전위)는 9.5/8.5∼1.5/0.5로 변화된다.Here, Table 1 shows quantitative potential values of the microelectrode and its unit is V. As shown in the plan view of FIG. 2, each of φ i (right potential) and φ j (left potential) of the vertical electrodes 20 and 30 is shown in Table 1 above. Even if the ratio (α) of the parallel electric field (E∥) and the vertical electric field (E⊥) is adjusted, the same (i, j) pairs always have the same potential difference, and the right vertical electrodes (i) The potentials of the left electrodes j are changed constantly. For example, when α is 1.0, the maximum potential φ max is 10.0V, the minimum potential φ 0 is 0V, and each of φ i (right potential) and φ of nine vertical electrodes 20 and 30 in total. j (left potential) is changed to 9.5 / 8.5 to 1.5 / 0.5.
따라서 본 발명의 마이크로 채널(10)은 채널 좌/우측에 구비된 수직 전극들(20, 30)의 온(on) 작동에 의해 채널 바닥에 균일한 전위차가 발생하고 이로 인해 채널내 전기삼투 흐름이 나선 유동으로 변화된다. Therefore, in the microchannel 10 of the present invention, a uniform potential difference occurs at the bottom of the channel by the on operation of the vertical electrodes 20 and 30 provided at the left and right sides of the channel. Transformed into spiral flow.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 마이크로 채널의 다양한 실시예들로서, 본 발명의 실시예들에서는 설명의 편의를 위해 좌측 및 우측에 있는 수직 전극들(201,202, 203…)(301,302,303…)의 개수를 각각 9개로 한다.3A to 3D are various embodiments of the microchannel of the present invention. In the embodiments of the present invention, the number of vertical electrodes 201, 202, 203... 301, 302, 303... 9 pieces each.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 채널(10)은 채널 양끝단에 있는 각 수평 전극(40, 50)에 전원(60) 및 접지(70)가 연결되어 있으며 채널(10)의 측면 바닥 좌우에 각각 배치된 수직 전극들(201,202, 203…)(301,302,303…)이 각각 전원(60) 및 접지(70) 사이에 연결된 다수개의 저항들(R1, R2)을 갖는 전기 회로(80)로 구성된다. 이때, 전원(60)과 접지(70) 사이에는 2R1+9R2 저항이 상기 저항들(R1, R2)에 대해 병렬로 연결되어 있다. 여기서, 채널(10) 방향에 대해 좌측인 수직 전극(201,202, 203…)들과 우측 수직 전극들(301,302,303…)이 순차적으로 각각 n+1(n>1)번째 저항(R2) 양쪽에 연결된다. 본 발명의 전기 회로(80)에 사용되는 저항들(R1, R2)은 가변저항이다.Referring to FIG. 3A, the microchannel 10 according to the exemplary embodiment of the present invention has a power source 60 and a ground 70 connected to each of the horizontal electrodes 40 and 50 at both ends of the channel. Vertical circuits 201, 202, 203... 301, 302, 303... Which are arranged at the left and right sides of the bottom of the side, respectively, have a plurality of resistors R1, R2 connected between the power supply 60 and the ground 70. 80). At this time, a 2R1 + 9R2 resistor is connected in parallel to the resistors R1 and R2 between the power supply 60 and the ground 70. Here, the vertical electrodes 201, 202, 203... And the right vertical electrodes 301, 302, 303..., Which are left in the direction of the channel 10 are sequentially connected to both n + 1 (n> 1) th resistors R2, respectively. . The resistors R1 and R2 used in the electric circuit 80 of the present invention are variable resistors.
본 실시예의 전기 회로(80)는 채널에 평행한 전기장(E∥) 세기와 이와 직교하는 수직 전기장(E⊥)의 비율(α)을 예컨대 α=1.0로 제어한다. 예를 들어, 전원 전압(60)이 10V이고 전류가 1㎃라고 하면 α=1.0인 전기장을 좌측 수직 전극들(201,202, 203…)과 우측 수직 전극들(301,302,303…)에 공급하기 위해서는 전기 회로(80)의 저항 R1을 0.5kΩ,저항 R2을 1.0kΩ 조건으로 맞춰주면 된다. The electric circuit 80 of the present embodiment controls, for example, α = 1.0 of the ratio α of the electric field E ∥ parallel to the channel and the perpendicular electric field E ′ orthogonal thereto. For example, assuming that the power supply voltage 60 is 10V and the current is 1 mA, the electric circuit (1) may be used to supply an electric field having α = 1.0 to the left vertical electrodes 201, 202, 203... And the right vertical electrodes 301, 302, 303. The resistance R1 of 80) is set to 0.5kΩ and the resistance R2 is set to 1.0kΩ.
도 3b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 채널(10)은 수직 전극들(201,202, 203…)(301,302,303…)과 도 3a의 전기 회로(80)의 각 저항(R2)에 대해 동일하게 연결되어 있으나, R2 저항들 사이에 보조 저항(R3)이 추가 연결된다. 이때 보조 저항(R3) 역시 가변 저항으로 이루어진다. 이때, 전원(60)과 접지(70) 사이에는 2R1+9R2+8R3 저항이 상기 저항들(R1, R2)에 대해 병렬로 연결되어 있다.Referring to FIG. 3B, the microchannel 10 according to another embodiment of the present invention may have vertical electrodes 201, 202, 203... 301, 302, 303... And each resistor R2 of the electrical circuit 80 of FIG. 3A. Although connected in the same manner, an auxiliary resistor R3 is further connected between the R2 resistors. In this case, the auxiliary resistor R3 is also made of a variable resistor. In this case, a resistor 2R1 + 9R2 + 8R3 is connected in parallel to the resistors R1 and R2 between the power supply 60 and the ground 70.
다른 실시예의 전기 회로(80)는 채널에 평행한 전기장(E∥) 세기와 이와 직교하는 수직 전기장(E⊥)의 비율(α)을 예컨대 α<1.0로 제어한다. 예를 들어, 전원 전압(60)이 10V이고 전류가 1㎃라고 하면 α=0.5인 전기장을 수직 전극들(201,202, 203…)과 우측 수직 전극들(301,302,303…)에 공급하기 위해서 전기 회로(80)의 저항 R1을0.75kΩ,저항 R2=R3을 0.5kΩ 조건으로 맞춰주면 된다.The electric circuit 80 of another embodiment controls, for example, α <1.0 for the ratio α of the electric field E, parallel to the channel, and the perpendicular electric field Ek, orthogonal thereto. For example, if the power supply voltage 60 is 10 V and the current is 1 mA, the electric circuit 80 is used to supply an electric field having α = 0.5 to the vertical electrodes 201, 202, 203... And the right vertical electrodes 301, 302, 303. ), The resistance R1 of 0.75kΩ and the resistance R2 = R3 should be 0.5kΩ.
도 3c를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 채널(10)은 채널 방향에 대해 우측인 수직 전극들(201,202, 203…)과 전기 회로(80)의 n+1(n>1)번째 저항(R2)을 순서적으로 각각 연결하고 좌측인 수직 전극들(301,302, 303…)은 n+2(n>1)번째 저항과 각각 연결된다. 이때, 전원(60)과 접지(70) 사이에는 2R1+9R2 저항이 상기 저항들(R1, R2)에 대해 병렬로 연결되어 있다.Referring to FIG. 3C, the microchannel 10 according to another exemplary embodiment of the present invention has vertical electrodes 201, 202, 203... Which are right with respect to the channel direction, and n + 1 (n> 1) of the electric circuit 80. ) Th resistor R2 is sequentially connected to each other, and the left vertical electrodes 301, 302, 303... Are connected to the n + 2 (n> 1) th resistors, respectively. At this time, a 2R1 + 9R2 resistor is connected in parallel to the resistors R1 and R2 between the power supply 60 and the ground 70.
또 다른 실시예의 전기 회로(80)는 채널에 평행한 전기장(E∥) 세기와 이와 직교하는 수직 전기장(E⊥)의 비율(α)을 예컨대 α>1.0로 제어한다. 예를 들어, 전원 전압(60)이 10V이고 전류가 1㎃라고 하면 α=2.0인 전기장을 좌측 수직 전극들(201,202, 203…)과 우측 수직 전극들(301,302,303…)에 공급하기 위해서는 전기 회로(80)의 저항 R1을 1.0kΩ,저항 R2을 1.0kΩ 조건으로 맞춰준다.The electric circuit 80 of yet another embodiment controls the ratio α of the electric field E " parallel to the channel and the perpendicular electric field E " For example, assuming that the power supply voltage 60 is 10V and the current is 1 mA, the electric circuit (1) may be used to supply an electric field having α = 2.0 to the left vertical electrodes 201,202, 203... And the right vertical electrodes 301, 302, 303. Set the resistance R1 of 80) to 1.0kΩ and the resistance R2 to 1.0k 1.0.
또한 도 3d를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 채널(10)은 도 3a, 도 3b 및 도 3c의 전기 회로를 병합한 형태로서, 좌측 수직 전극들(301,302, 303…)과 전기 회로(80)내 저항(R1, R2, R3)의 연결 위치를 조정하기 위한 다수개의 스위치(91, 92, 93, 94…)를 별도로 구비한다.Also, referring to FIG. 3D, the microchannel 10 according to another embodiment of the present invention merges the electric circuits of FIGS. 3A, 3B, and 3C, and includes the left vertical electrodes 301, 302, 303... A plurality of switches 91, 92, 93, 94... Are arranged separately for adjusting the connection positions of the resistors R1, R2, R3 in the electric circuit 80.
이러한 다양한 실시예의 마이크로 채널(10)은 채널 양끝단에 각각 배치된 수평 전극들(40, 50)을 통해 채널 방향으로 전원 전압이 공급되어 평행한 전기장을 형성하고, 채널(10)의 바닥 좌우에 각각 소정 간격으로 배치된 다수개의 수직 전극들(201,202, 203…)(301,302, 303…)과 이에 연결된 저항들을 통해 수직 전기장이 형성되기때문에 채널을 통과하는 유체에서 나선형 전기삼투 흐름을 유발하게 된다.The micro-channel 10 of the various embodiments is supplied with a power supply voltage in the channel direction through horizontal electrodes 40 and 50 disposed at both ends of the channel, respectively, to form a parallel electric field, and to the left and right of the bottom of the channel 10. Since a vertical electric field is formed through a plurality of vertical electrodes 201, 202, 203... 301, 302, 303..., And resistors connected thereto, a spiral electroosmotic flow is caused in the fluid passing through the channel.
예를 들어, 상기와 같은 구성을 갖는 마이크로 채널(10)에 평행한 전기장(E∥) 세기를 일반적인 전기삼투 흐름에 걸어주는 5×104V/m로 하고, 평행 전기장(E∥) 세기와 수직 전기장(E⊥)의 비율(α)을 0.5, 1.0, 2.0으로 변화시키면서 전기장을 구할 경우 채널의 수직 전극들(201,202, 203…)(301,302,303…)의 전위가 두 배 이상으로 커지면서 발생한 전기장이 채널 아랫면 이외에 다른 면에 작용하여 전기삼투 흐름이 x축 방향으로 진행하지 못하게 된다. 또한 α가 0.5보다 작게 되어 전위가 절반 이하가 되면 수평한 전기장에 크게 영향을 주지 못하여 원하는 전기삼투 흐름을 얻을 수 없다.For example, the electric field (E) strength parallel to the microchannel 10 having the above-described configuration is set to 5 × 10 4 V / m, which is applied to a general electroosmotic flow, and the parallel electric field (E∥) intensity When the electric field is obtained while changing the ratio α of the vertical electric field E⊥ to 0.5, 1.0, 2.0, the electric field generated when the potential of the vertical electrodes 201, 202, 203, 301, 302, 303, etc. of the channel is more than doubled. It acts on a side other than the bottom side of the channel, preventing the electroosmotic flow from traveling in the x-axis direction. In addition, when α is smaller than 0.5 and the potential becomes less than half, the desired electric osmosis flow cannot be obtained because it does not significantly affect the horizontal electric field.
이러한 구성을 갖는 마이크로 채널 내부의 전기장을 해석하기 위해서는 다음과 같이 0<x<L, 0<y<W, 0<z<H 영역에서 전위를 지배하는 라플라스(Laplace) 방식으로 풀고 그 변화율을 구함으로써 전기장을 구할 수 있다. 여기서, L은 채널 길이, W는 채널 폭, H는 채널 높이값이다.In order to analyze the electric field inside the micro channel having such a configuration, solve by the Laplace method which dominates the potential in the 0 <x <L, 0 <y <W, 0 <z <H region as follows and calculate the change rate. By doing this, an electric field can be obtained. Where L is the channel length, W is the channel width, and H is the channel height value.
한편 채널 경계(φ) 조건은 도 4를 참조하기로 한다. 경계요소법을 사용하여 채널의 전위 분포를 구하는데, L×W×H의 영역을 삼각형 요소로 차분화시키고 도 4에서와 같이 회색영역의 경계요소부분은 φ의 경계값이 일정하게 정해주고 나머지 영역의 경계요소에는 의 노이만(Neumann) 조건으로 조건을 준다. 수직 전극들의 값은 저항 값을 조절함으로써 다음과 같이 경계 값을 정할 수 있다.Meanwhile, the channel boundary φ condition will be described with reference to FIG. 4. Using the boundary element method, the potential distribution of the channel is obtained. The area of L × W × H is differentiated into triangular elements, and as shown in FIG. 4, the boundary element of the gray area has a constant boundary value of φ and the remaining area is defined. The boundary element of The condition is given by Neumann condition of. The value of the vertical electrodes can be determined as follows by adjusting the resistance value.
여기서, n은 수직 전극들의 개수이며 도 3a 내지 도 3d의 실시예들에서는 9개의 수직 전극들이 있는 채널을 설계하였으므로 n의 값은 9이다.Here, n is the number of vertical electrodes, and in the embodiments of FIGS. 3A to 3D, a channel having nine vertical electrodes is designed, so the value of n is 9.
경계요소법을 통하여 얻은 전기장을 수학식 4에 대입하여 L×W×H의 영역에서의 전기삼투 흐름의 경계조건으로 사용하고 수학식 3을 수치 해석하면 마이크로 채널의 전기삼투 흐름을 구할 수 있다.The electric field obtained through the boundary element method is substituted into Equation 4 to use the boundary conditions of the electroosmotic flow in the region of L × W × H and the numerical analysis of Equation 3 enables the electroosmotic flow of the microchannel to be obtained.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 마이크로 채널내부 바닥면의 전기장 분포(굵은선)와 등전위선(얇은선)을 나타낸 도면들로서, 채널에 평행한 전기장(E∥) 세기와 이와 직교하는 수직 전기장(E⊥)의 비율(α) 변화에 따라 마이크로 채널 바닥 내부의 전기장 분포가 변화되는 것을 나타낸 것이다. 도 5a는 α=1.0, 도 5b는 α=0.5, 도 5c는 α=2.0의 조건인 경우이다.5A to 5C are diagrams showing electric field distribution (thick line) and equipotential line (thin line) in the bottom surface of the microchannel according to the present invention, and the electric field (E) strength parallel to the channel and the perpendicular electric field perpendicular thereto It shows that the electric field distribution inside the bottom of the microchannel changes with the change of the ratio α of (E ′). 5A is a case where α = 1.0, FIG. 5B is α = 0.5, and FIG. 5C is a condition of α = 2.0.
본 발명의 마이크로 채널은 수직 전극의 전위가 커질수록 채널에 대각선 방향으로 더욱 급격하게 전기장이 분포하는 것을 볼 수 있다.(도 5b, 도 5c 참조) 그리고 E⊥≤2E∥인 조건에서는 수직 전극의 전기장이 마이크로 채널의 다른 면에 영향을 거의 미치지 못하므로 채널의 다른 면 내부의 전기장은 x축에 거의 평행한 형태를 가지게 된다.(도 5a 참조)In the microchannel of the present invention, the electric field is distributed more rapidly in the diagonal direction as the potential of the vertical electrode increases. (See FIGS. 5B and 5C). Since the electric field hardly affects the other side of the microchannel, the electric field inside the other side of the channel will be nearly parallel to the x-axis (see Figure 5a).
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 마이크로 채널 단면에서의 전기삼투 속도장을 나타낸 도면들로서, 도 5의 전기장을 경계조건으로 하여 마이크로 채널 내부의 x=L(채널 길이)/2 단면에서의 전기삼투 흐름을 나타낸 것이다. 도 6a는 α=1.0, 도 6b는 α=0.5, 도 6c는 α=2.0의 조건인 경우이다.6A to 6C are diagrams showing an electroosmotic velocity field in a microchannel cross section according to the present invention, wherein the electric field in x = L (channel length) / 2 cross section inside the microchannel is defined based on the electric field of FIG. Osmosis flow is shown. 6A is a case where α = 1.0, FIG. 6B is α = 0.5, and FIG. 6C is α = 2.0.
이들 도면들을 참조하면, 채널 방향에 직교하는 수직 전기장(E⊥)이 커질수록 더욱 활발한 와류가 형성되는 것을 관찰 할 수 있다. 이러한 나선 유동을 형성하기 위해서 반드시 마이크로 채널 바닥에 수직 전극을 설치할 필요는 없으며 채널 윗면, 옆면 중에서 어느 한 면에 설치하더라도 원하는 와류를 얻을 수 있다.Referring to these figures, it can be observed that as the vertical electric field (E 가) orthogonal to the channel direction increases, more active vortex is formed. To form such a spiral flow, it is not necessary to install a vertical electrode at the bottom of the microchannel, and the desired vortex can be obtained by installing on one of the upper and side surfaces of the channel.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 따른 마이크로 채널의 3차원 전기삼투 흐름선을 나타낸 도면들로서, x=0일 때 각기 다른 5개의 점에서 출발한 3차원 마이크로 채널 내부의 전기삼투 흐름선을 나타낸 것이다. 도 7a는 α=1.0, 도 7b는 α=0.5, 도 7c는 α=2.0의 조건인 경우이다.7A to 7D are diagrams illustrating three-dimensional electroosmotic flow lines of a microchannel according to the present invention, and show an electroosmotic flow line inside a three-dimensional microchannel starting at five different points when x = 0. . 7A is a case where α = 1.0, FIG. 7B is α = 0.5, and FIG. 7C is α = 2.0.
7a와 같이, 본 발명의 마이크로 채널이 수직 전극에 영향을 받지 않으면 일반적인 전기삼투 흐름선이 나타난다. 하지만, 수직 전극이 온(On)으로 작동하면 도 7b 내지 도 7d와 같이 마이크로 채널 내부에 나선형 유동이 발생함을 알 수 있다. 또한 α가 커짐에 따라 채널내 나선형 움직임도 더욱 활발해짐을 알 수 있다.As shown in 7a, a general electroosmotic flow line appears if the microchannel of the present invention is not affected by the vertical electrode. However, it can be seen that when the vertical electrode is turned on, spiral flow occurs inside the microchannel as shown in FIGS. 7B to 7D. It can also be seen that as α increases, the spiral motion in the channel becomes more active.
이러한 나선형 전기삼투 흐름을 본 발명이 적용된 마이크로 유체 시스템에서의 마이크로믹서(micro mixer)로의 적용가능성을 확인하기 위하여 x=0의 단면에 서로 다른 색을 갖는 두 그룹의 각기 5000개의 입자를 띄워 마이크로 채널의 입자경로를 살펴보면 도 8과 같다.In order to confirm the applicability of this helical electroosmotic flow to the micromixer in the microfluidic system to which the present invention is applied, two groups of 5000 particles each having a different color in a cross section of x = 0 are floated to form a microchannel. Looking at the particle path of is as shown in FIG.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 있어서 시간에 따른 마이크로 채널내 두 그룹의 입자들 경로를 나타낸 도면들이다. 도 8a에서 (ㄱ)은 α=0.0, (ㄴ)은 α=1.0이며 도 8b에서 (ㄱ)은 α=0.5, (ㄴ)은 α=2.0의 조건인 경우이다.8A and 8B are diagrams showing paths of two groups of particles in a microchannel with time according to the present invention. In FIG. 8A, (a) is α = 0.0, (b) is α = 1.0, and in FIG. 8b, (a) is α = 0.5 and (b) is α = 2.0.
이들 도면을 참조하면, 시간이 10초(t=0 ∼ t=10)가 경과하였을 때 본 발명의 마이크로 채널에서 두 경로로 나선형 유동이 발생할 수 있기때문에 마이크로믹서의 응용이 가능하다.Referring to these figures, the application of the micromixer is possible because helical flow can occur in two paths in the microchannel of the present invention when the time elapses for 10 seconds (t = 0 to t = 10).
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 마이크로 채널 바닥 좌/우측에 소정 간격으로 배치된 수직 전극에 연결된 저항들과 채널 양단면에 배치된 수평 전극에 전원을 공급하는 전원 및 접지로 이루어진 전기 회로를 추가함으로써 수직 전극의 전압 공급으로 3차원 나선형 전기삼투 흐름을 유발할 수 있다. 또한 마이크로 채널의 내부 위치에 따라 전기장 분포를 변화시키거나 시간에 따른 변화를 주면 전기삼투 흐름이 복잡한 형태를 갖게 되어 결국 채널내에 흐르는 유체, 즉 시료의 혼합 효율을 높일 수 있어 랩온어칩(lab-on-a-chip)과 같은 마이크로믹서 등의 마이크로 유체 제어장치에 이용될 수 있다.As described above, the present invention adds an electrical circuit comprising a resistor connected to vertical electrodes arranged at predetermined intervals on the left and right sides of the microchannel bottom, and a power supply and a ground supplying power to the horizontal electrodes arranged at both ends of the channel. The voltage supply of the vertical electrode can cause a three-dimensional spiral electroosmotic flow. In addition, if the electric field distribution is changed according to the internal position of the microchannel or if it is changed over time, the electroosmotic flow has a complicated shape, and thus the mixing efficiency of the fluid, that is, the sample flowing in the channel can be increased. microfluidic controllers such as on-a-chip.
또한 본 발명의 수직 전극을 여러개 사용할 경우 마이크로 채널내 시료의 혼합 효과를 크게 기대할 수 있을 것이며 수평 전극 또는 수직 전극을 통해 마이크로 채널에 인가되는 직류 전기장 이외에 교류 전기장을 사용하면 보다 다양하고 효율 높은 전기삼투 혼합 효과를 볼 수 있다.In addition, when multiple vertical electrodes of the present invention are used, the mixing effect of the samples in the microchannels can be expected to be great. When using an alternating current electric field in addition to the direct current electric field applied to the microchannels through the horizontal electrode or the vertical electrode, more diverse and efficient electroosmotic You can see the mixing effect.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiment, various modifications are possible by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention described in the claims to be described later.
도 1은 일반적인 전기삼투 흐름을 나타낸 도면,1 is a view showing a general electroosmotic flow,
도 2는 본 발명에 따른 나선형 전기삼투 흐름을 갖는 마이크로 채널의 평면을 나타낸 도면,2 is a plan view of a microchannel having a helical electroosmotic flow in accordance with the present invention;
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 마이크로 채널의 다양한 실시예들,3A-3D illustrate various embodiments of a microchannel of the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 채널내에 전위 분포를 구하기 위한 경계 조건을 나타낸 도면,4 is a view showing boundary conditions for obtaining a potential distribution in a microchannel according to the present invention;
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 마이크로 채널내부 바닥면의 전기장 분포와 등전위선을 나타낸 도면들,5A to 5C are diagrams showing electric field distribution and equipotential lines of the bottom surface of the microchannel according to the present invention;
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 마이크로 채널 단면에서의 전기삼투 속도장을 나타낸 도면들,6a to 6c are views showing the electroosmotic velocity field in the microchannel cross section according to the present invention,
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 따른 마이크로 채널의 3차원 전기삼투 흐름선을 나타낸 도면들,7a to 7d is a view showing a three-dimensional electroosmotic flow line of the microchannel according to the present invention,
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 있어서 시간에 따른 마이크로 채널내 두 그룹의 입자들 경로를 나타낸 도면들.8A and 8B show paths of two groups of particles in a microchannel over time in the present invention.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞<Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
10 : 마이크로 채널10: micro channel
20, 201, 202, 203… : 우측 수직 전극들20, 201, 202, 203... Right vertical electrodes
30, 301, 302, 303… : 좌측 수직 전극들30, 301, 302, 303... : Left vertical electrodes
40, 50 : 수평 전극들 60 : 전원40, 50: horizontal electrodes 60: power supply
70 : 접지 80 : 전기 회로70: ground 80: electrical circuit
91, 92, 93, 94 …: 스위치91, 92, 93, 94... : switch
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2002-0078186A KR100523282B1 (en) | 2002-12-10 | 2002-12-10 | Micro channel with a helical electroosmosis flow |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2002-0078186A KR100523282B1 (en) | 2002-12-10 | 2002-12-10 | Micro channel with a helical electroosmosis flow |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20040050371A KR20040050371A (en) | 2004-06-16 |
| KR100523282B1 true KR100523282B1 (en) | 2005-10-24 |
Family
ID=37344574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR10-2002-0078186A KR100523282B1 (en) | 2002-12-10 | 2002-12-10 | Micro channel with a helical electroosmosis flow |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100523282B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160020163A (en) | 2014-08-13 | 2016-02-23 | 국민대학교산학협력단 | Sample Chamber Cartridge for Counting Particles |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100739025B1 (en) * | 2006-08-25 | 2007-07-12 | 동아대학교 산학협력단 | Electrode install structure for enhancing mixing effect of fluid material in microchannel |
| KR100758362B1 (en) * | 2006-11-29 | 2007-09-14 | 동아대학교 산학협력단 | Method for enhancing mixing effect of fluid material in microchannel |
| CN110670574B (en) * | 2019-10-13 | 2021-04-23 | 南通大学 | Enhanced electroosmosis method and system for reinforcing soft clay foundation |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4936974A (en) * | 1988-11-03 | 1990-06-26 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Capillary separation system with electric field assisted post separation mixing |
| US5092972A (en) * | 1990-07-12 | 1992-03-03 | Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College | Field-effect electroosmosis |
| US5320730A (en) * | 1993-01-22 | 1994-06-14 | The Penn State Research Foundation | Capillary electrophoresis apparatus with improved electroosmotic flow control |
| US5358618A (en) * | 1993-01-22 | 1994-10-25 | The Penn State Research Foundation | Capillary electrophoresis apparatus with improved electroosmotic flow control |
| US5398756A (en) * | 1992-12-14 | 1995-03-21 | Monsanto Company | In-situ remediation of contaminated soils |
| US5632876A (en) * | 1995-06-06 | 1997-05-27 | David Sarnoff Research Center, Inc. | Apparatus and methods for controlling fluid flow in microchannels |
| WO2000022427A1 (en) * | 1998-10-15 | 2000-04-20 | Universiteit Twente | Device and method for controlling a liquid flow |
| US20020017464A1 (en) * | 1996-06-28 | 2002-02-14 | Parce J. Wallace | Electropipettor and compensation means for electrophoretic bias |
-
2002
- 2002-12-10 KR KR10-2002-0078186A patent/KR100523282B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4936974A (en) * | 1988-11-03 | 1990-06-26 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Capillary separation system with electric field assisted post separation mixing |
| US5092972A (en) * | 1990-07-12 | 1992-03-03 | Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College | Field-effect electroosmosis |
| US5398756A (en) * | 1992-12-14 | 1995-03-21 | Monsanto Company | In-situ remediation of contaminated soils |
| US5320730A (en) * | 1993-01-22 | 1994-06-14 | The Penn State Research Foundation | Capillary electrophoresis apparatus with improved electroosmotic flow control |
| US5358618A (en) * | 1993-01-22 | 1994-10-25 | The Penn State Research Foundation | Capillary electrophoresis apparatus with improved electroosmotic flow control |
| US5632876A (en) * | 1995-06-06 | 1997-05-27 | David Sarnoff Research Center, Inc. | Apparatus and methods for controlling fluid flow in microchannels |
| US20020017464A1 (en) * | 1996-06-28 | 2002-02-14 | Parce J. Wallace | Electropipettor and compensation means for electrophoretic bias |
| WO2000022427A1 (en) * | 1998-10-15 | 2000-04-20 | Universiteit Twente | Device and method for controlling a liquid flow |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160020163A (en) | 2014-08-13 | 2016-02-23 | 국민대학교산학협력단 | Sample Chamber Cartridge for Counting Particles |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20040050371A (en) | 2004-06-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Paik et al. | Electrowetting-based droplet mixers for microfluidic systems | |
| US8037903B2 (en) | Micromachined electrowetting microfluidic valve | |
| US9180450B2 (en) | Droplet manipulation system and method | |
| US7759132B2 (en) | Methods for performing microfluidic sampling | |
| Banerjee et al. | Reconfigurable virtual electrowetting channels | |
| Chen et al. | Electrokinetically driven flow mixing utilizing chaotic electric fields | |
| US20150122651A1 (en) | Method and Fluidic Microsystem for Generating Droplets Dispersed in a Continuous Phase | |
| US8444837B2 (en) | Arrangement for producing fluid flows and/or particle flows, and a method for the manufacture and operation thereof | |
| Yang et al. | A new focusing model and switching approach for electrokinetic flow inside microchannels | |
| Manshadi et al. | Induced-charge electrokinetics in microfluidics: A review on recent advancements | |
| US7063778B2 (en) | Microfluidic movement | |
| Tsouris et al. | Electrohydrodynamic mixing in microchannels | |
| KR100523282B1 (en) | Micro channel with a helical electroosmosis flow | |
| Fouillet et al. | Ewod digital microfluidics for lab on a chip | |
| Pan et al. | Electrokinetic flow focusing and valveless switching integrated with electrokinetic instability for mixing enhancement | |
| JP4111266B2 (en) | Liquid mixing device | |
| TWI444324B (en) | Liquid dielectrophoretic device | |
| JP4660492B2 (en) | Apparatus and device for mixing and transferring fine fluid by alternating current electrophoresis and method for mixing and transferring fine fluid | |
| KR100767277B1 (en) | Fluid mixing method in micro channel and system thereof | |
| CA2500252C (en) | Methods and apparatus for manipulating droplets by electrowetting-based techniques | |
| JP5822491B2 (en) | Fluid mixing device | |
| Kabir et al. | Effect of EIS in a 3D Printed Non-Planer Array Patterned Microfluidic Devices | |
| Kateb et al. | A comparative study of electrolyte concentration-symmetry and gate voltage effects on the heterogenous surface charge in a nanofluidic FET | |
| Manshadi et al. | Induced-charge electrokinetic (ICEK) development and applications in microfluidics | |
| KR20050021369A (en) | Actuator in a microfluidic system for inducing electroosmotic liquid movement in a micro channel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20091012 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |