KR100574781B1 - 용액 성분 분석을 위한 소자 - Google Patents

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KR100574781B1 KR1020040111217A KR20040111217A KR100574781B1 KR 100574781 B1 KR100574781 B1 KR 100574781B1 KR 1020040111217 A KR1020040111217 A KR 1020040111217A KR 20040111217 A KR20040111217 A KR 20040111217A KR 100574781 B1 KR100574781 B1 KR 100574781B1
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박광범
박준식
신규식
박효덕
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전자부품연구원
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Abstract

본 발명은 용액 성분 분석을 위한 소자에 관한 것으로, 반응채널에서 분기된 압력 해제 채널과 압력 해제구를 형성함으로써, 반응이 느린 시료들을 측정채널에 가두워 놓고, 반응시킨 후 또는 장시간 시료가 반응되는 것을 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 측정채널과 대응된 끝단으로부터 일정간격 이격된 영역의 폭이 나머지 영역의 폭보다 큰 광섬유 삽입홈을 형성함으로써, 광섬유를 광섬유 삽입홈에 본딩을 위한 에폭시는 모세관 현상에 의해 광섬유 삽입홈의 끝단에는 침투하지 않아 광섬유가 에폭시에 오염되지 않게되어 광특성이 좋아져, 측정 특성을 우수하게 할 수 있는 효과 있다.
미세 분석 소자, 혼합기, 반응기, 미세 채널

Description

용액 성분 분석을 위한 소자 { Device for analyzing solution component }
도 1은 종래 기술에 따른 용액 성분 분석 장치의 개략적인 구성도
도 2는 종래 기술에 따른 용액 성분 분석 장치에서 측정된 그래프
도 3은 본 발명에 따른 용액 성분 분석을 위한 소자의 평면도
도 4는 본 발명에 따른 용액 성분 분석을 위한 소자의 개략적인 단면도
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 용액 성분 분석을 위한 소자에서 채널 압력 해제를 설명하는 개략적인 단면도
도 6a 내지 6c는 본 발명에 따른 광섬유 삽입홈에 광섬유가 삽입되는 과정을 도시한 평면도
도 7a와 7b는 본 발명에 따른 혼합채널과 반응채널의 형상을 도시한 평면도
도 8은 본 발명에 따른 용액 성분 분석을 위한 소자의 측정채널과 광섬유를 이용하여 시료 용액의 성분 및 농도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 하부 기판 110a,110b,110c,110d : 시료주입구
120 : 입력 미세 채널 130 : 혼합 채널
140,140a,140b : 반응채널 160 : 측정채널
170 : 출력 미세 채널 180 : 배출구
181 : 광원 182 : 수광부
190 : 압력 해제 채널 200 : 압력 해제구
210a,210b : 광섬유 삽입홈 250 : 마개
300 : 상부 기판 301,302,400 : 광섬유
601 : 홈 602 : 돌기
본 발명은 용액 성분 분석을 위한 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반응채널에서 분기된 압력 해제 채널과 압력 해제구를 형성함으로써, 반응이 느린 시료들을 측정채널에 가두워 놓고, 반응시킨 후 또는 장시간 시료가 반응되는 것을 측정할 수 있고, 측정채널과 대응된 끝단으로부터 일정간격 이격된 영역의 폭이 나머지 영역의 폭보다 큰 광섬유 삽입홈을 형성함으로써, 광섬유가 에폭시에 오염되지 않게되어 광특성이 좋아져, 측정 특성을 우수하게 할 수 있는 용액 성분 분석을 위한 소자에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 용액 성분 분석 장치의 개략적인 구성도로서, 광원(10)과; 상기 광원(10)의 광을 다(多)파장으로 분리하기 위한 단색화 장치(20)와; 상기 단색화 장치(20)에서 분리된 다파장의 광을 투과시키며, 시료 용액이 담겨져 있는 투명 시료 용기(30)와; 상기 투명 시료 용기(30)를 투과된 다 파장의 광을 광학계(40)를 통하여 전달받아, 광 세기를 측정하기 위한 수광부(50)로 구성된다.
여기서, 사용되는 광원(10)은 제논(Xenon) 램프 또는 텅스텐 할로켄 램프 등과 같은 광원을 사용하며, 이 광원(10)에서 나오는 광은 회절격자 또는 광 필터를 이용한 단색화 장치를 사용하여 다(多)파장 광으로 분리한다.
상기 분리된 다파장의 광들은 측정 시료 용액이 채워진 투명 시료 용기(30)를 통과한다.
이 때, 상기 투명 시료 용기(30)를 통과하는 다파장의 광들은 측정 시료 용액 성분에 의해 일부 파장 대역의 광들이 흡수되어지고, 상기 투명 시료 용기(30)를 통과한 광들은 수광부(50)의 수광 센서 의해 각 파장 대역에 대한 광 세기의 변화를 측정하게 된다.
도 2는 종래 기술에 따른 용액 성분 분석 장치에서 측정된 그래프의 예를 간략히 나타낸 것으로서, 시료 용액에 의해서 특정 파장 대역의 광이 광 흡수되어 광세기가 'a'와 같이 하락되는 변화를 수광부(50)에 의해서 측정된다.
여기서, 시료 용액에 따라 광 흡수 스펙트럼의 패턴은 보다 복잡한 형태로 나타날 수 있으며, 이러한 광 흡수 스펙트럼의 패턴 및 패턴의 광 세기 변화를 이용하여 시료 용액 속의 성분 및 농도를 결정할 수 있게 된다.
이와 같은, 종래의 용액 성분 분석 장치는 광원, 단색화 장치, 시료 용기 및 수광 센서 등으로 구성되어지기 때문에, 측정 장치의 부피 및 무게가 증가하게 되 며, 이로 인한 장치의 이동성이 용이하지 못하다는 문제점이 있다.
또한, 용액 속에 성분 및 그 농도를 측정하기 위한 시료 용액을 준비하기 위해, 시료 용액의 산도(pH)를 맞추기 위한 첨가물 혼합 또는 반응을 촉진시키기 위한 촉매 첨가물을 혼합하고 반응시키기 위한 혼합기 또는 반응기가 별도로 요구되어지며, 때로는 측정 시료 용액만을 별도로 분리하기 위한 분리기 등의 장비들이 추가로 요구되는 경우가 있다.
그러므로, 용액 성분 분석 장치가 설치된 실험실 외부의 현장에서 용액을 채취하여, 즉시 성분을 분석할 수 없고, 성분을 분석하는데는 상당한 시간이 소요된다는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 반응채널에서 분기된 압력 해제 채널과 압력 해제구를 형성함으로써, 반응이 느린 시료들을 측정채널에 가두워 놓고, 반응시킨 후 또는 장시간 시료가 반응되는 것을 측정할 수 있는 용액 성분 분석을 위한 소자를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 측정채널과 대응된 끝단으로부터 일정간격 이격된 영역의 폭이 나머지 영역의 폭보다 큰 광섬유 삽입홈을 형성함으로써, 광섬유를 광섬유 삽입홈에 본딩을 위한 에폭시는 모세관 현상에 의해 광섬유 삽입홈의 끝단에는 침투하지 않아 광섬유가 에폭시에 오염되지 않게되어 광특성이 좋아져, 측정 특성을 우수하게 할 수 있는 용액 성분 분석을 위한 소자를 제공하는 데 있다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 복수개의 시료 주입구들과; 상기 시료 주입구들에 각각 연결되어 시료들이 흐를 수 있는 입력 미세 채널들과; 상기 입력 미세 채널들에 각각 연결되어 상기 시료들을 혼합시키는 혼합채널과; 상기 혼합채널에서 혼합된 시료를 반응시키는 반응채널과; 상기 반응채널에서 반응된 시료가 측정되는 측정채널과; 상기 반응채널에서 분기되어 채널내의 압력을 해제시키는 압력 해제 채널과; 상기 압력 조절 채널에 연결되고, 마개로 밀봉되어 있으며, 밀봉된 마개를 이탈시킬 때, 상기 채널내의 압력을 해제시키는 압력 해제구와; 상기 측정채널에서 측정이 완료된 시료를 출력 미세채널을 통하여 입력받아 배출시키는 배출구와; 상기 측정채널에 존재하는 시료에 광을 통과시킬 수 있도록 광섬유가 삽입되어 있고, 상기 측정채널의 양단 각각으로 이격된 영역에 형성된 광섬유 삽입홈이 하부 기판 상에 홈으로 형성되어 있고,
상기 하부 기판 상부에 본딩된 상부 기판에는 상기 시료 주입구들, 압력 해제구, 배출구와 각각 결합되는 관통홀이 형성되어 있고,
상기 광섬유 삽입홈 각각에는 제 1과 2 광섬유가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 용액 성분 분석을 위한 소자가 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 용액 성분 분석을 위한 소자의 평면도로서, 복수개의 시료 주입구들(110a,110b,110c,110d)과; 상기 시료 주입구들(110a,110b,110c,110d)에 각각 연결되어 시료들이 흐를 수 있는 입력 미세 채널들(120)과; 상기 입력 미세 채널들(120)에 각각 연결되어 상기 시료들을 혼합시키는 혼합채널(130)과; 상기 혼합채널(130)에서 혼합된 시료를 반응시키는 반응채널(140)과; 상기 반응채널(140)에서 반응된 시료가 측정되는 측정채널(160)과; 상기 반응채널(140)에서 분기되어 채널내의 압력을 해제시키는 압력 해제 채널(190)과; 상기 압력 조절 채널(190)에 연결되고, 마개로 밀봉되어 있으며, 밀봉된 마개를 이탈시킬 때, 상기 채널내의 압력을 해제시키는 압력 해제구(200)와; 상기 측정채널(160)에서 측정이 완료된 시료를 출력 미세채널(170)을 통하여 입력받아 배출시키는 배출구(180)와; 상기 측정채널(160)에 존재하는 시료에 광을 통과시킬 수 있도록 광섬유가 삽입되어 있고, 상기 측정채널(160)의 양단 각각으로 이격된 영역에 형성된 광섬유 삽입홈(210a,210b)이 하부 기판(100) 상에 홈으로 형성되어 있고,
상기 하부 기판(100) 상부에 본딩된 상부 기판에는 상기 시료 주입구들(110a,110b,110c,110d), 압력 해제구(200), 배출구(150)와 각각 결합되는 관통홀이 형성되어 있다.
그리고, 상기 광섬유 삽입홈(210a,210b) 각각에는 제 1과 2 광섬유가 삽입되어 있다.
도 4는 본 발명에 따른 용액 성분 분석을 위한 소자의 개략적인 단면도로서, 하부 기판(100) 상부에는 상부 기판(300)이 본딩되어 있고, 상기 하부 기판(100) 상부에 형성된 광섬유 삽입홈(210a,210b)에는 광섬유(301,302)가 삽입되어 있고, 상기 하부 기판(100) 상부에 형성된 시료 주입구(110a)와 압력 해제구(200)와 결합되는 관통홀(301,302)이 상기 상부 기판(300)에 형성되어 있다.
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 용액 성분 분석을 위한 소자에서 채널 압력 해제를 설명하는 개략적인 단면도로서, 반응채널(140a,140b)에서 분기되어 압력 해제 채널(190)이 형성되어 있다.
그리고, 압력 해제 채널(190)의 끝단에는 압력 해체구(200)가 형성되어 있다.
먼저, 도 3을 참조하여, 시료 주입구들로 시료들이 시린지(Syringe) 펌프로 압력이 인가되며 주입되면 미세채널로 흐르게 되고, 다시 혼합 채널에서 혼합되고, 계속 흘러 반응채널에서 반응된다.
이 때, 시료들은 도 5a에 도시된 바와 같이, 압력 해제구(200)가 마개(250)로 밀봉되어 있으면, 시료들은 압력 해제 채널(190)로의 유입이 차단되고, 전단의 반응채널(140a)에서 후단의 반응채널(140b)로 흐르게 된다.
여기서, 상기 시료들이 도 3의 측정 채널에 채워지면, 작업자는 도 5b와 같이 압력 해제구(200)에서 마개(250)를 이탈시킨다.
그러므로, 반응 채널에는 압력이 해제되어 압력 해제 채널(190)를 통하여 압력 해제구(200)로 시료가 흘러나가게 된다.
이 때, 시료 주입구로부터 압력이 인가되는 반응 채널(140a)로 유입되는 시료는 압력 해제 채널(190)로 흘러나가지만, 압력이 인가되지 않은 반응 채널(140b)에 존재하는 시료는 압력 해제구(200)와 배출구(180)의 압력 평형상태가 되어 일부 만 흐르게 된다.
따라서, 측정채널(160)에는 시료가 남아 있게 되고, 장시간 시료가 반응되는 것을 광을 통과시켜 측정할 수 있게 된다.
결과적으로, 본 발명은 반응이 느린 시료들을 측정채널(160)에 가두워 놓고 반응을 시킨후 측정할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 압력 해제 채널을 기준으로 시료 주입구 방향의 반응 채널(140a) 폭(W1)은 배출구 방향의 반응 채널(140b) 폭(W2)보다 큰 것이 바람직하다.
즉, 상기 배출구 방향의 반응 채널(140b) 폭(W2)이 시료 주입구 방향의 반응 채널(140a) 폭(W1)보다 작으면, 모세관 현상에 의해 배출구 방향의 반응 채널(140b)에 담겨있는 시료가 압력 해제 채널로 빠져나가지 않게 된다.
도 6a 내지 6c는 본 발명에 따른 광섬유 삽입홈에 광섬유가 삽입되는 과정을 도시한 평면도로서, 먼저, 하부 기판(100)에 광섬유 삽입홈(210a)을 형성하는데, 상기 광섬유 삽입홈(210a)은 측정채널(160)과 대응된 끝단으로부터 일정간격(D) 이격 영역의 폭(W4)을 나머지 영역의 폭(W3)보다 크게 형성한다.(도 6a)
그 후, 상기 광섬유 삽입홈(210a)에 광섬유(400)를 삽입시킨다.(도 6b)
마지막으로, 상기 광섬유(400)와 광섬유 삽입홈(210a) 사이에 에폭시(410)를 주입하여 상기 광섬유(400)를 광섬유 삽입홈(210a)에 고정시킨다.(도 6c)
여기서, 전술된 바와 같이, 상기 측정채널(160)과 대응된 끝단으로부터 일정간격 이격된 영역의 폭(W4)이 나머지 영역의 폭(W3)보다 큰 광섬유 삽입홈(210a)을 형성하면, 모세관 현상에 의해 에폭시(410)는 광섬유 삽입홈(210a)의 끝단에 침투 하지 않아 광섬유(400)를 오염시키지 않게되고, 결국 광특성이 좋아져, 측정 특성을 우수하게 할 수 있게 된다.
한편, 상기 광섬유 삽입홈(210a)의 기판 가장자리 영역에는 광섬유의 삽입을 원활하게 하기 위하여 테이퍼(Taper) 가공되어 있는 것이 바람직하다.
도 7a와 7b는 본 발명에 따른 혼합채널과 반응채널의 형상을 도시한 평면도로서, 본 발명의 혼합채널과 반응채널은 도 7a에 도시된 바와 같이, 기판(100)에 지그재그 형상의 홈(601)으로 형성한다.
그리고, 도 7b와 같이, 지그재그 형상의 홈(601) 내부에는 복수개의 돌기(602)를 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 지그재그 형상 및 돌기는 시료들이 흐르면서 혼합 및 반응을 원활하게 해준다.
도 8은 본 발명에 따른 용액 성분 분석을 위한 소자의 측정채널과 광섬유를 이용하여 시료 용액의 성분 및 농도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 반응채널(140)로부터 반응된 시료를 측정채널(160)은 입력받고, 상기 반응된 시료가 측정채널(160)에서 흐를 때, 광원(181)에서 조사된 광이 제 1 광섬유(400a)를 통과하여 측정채널(160)에서 흐르는 시료를 지나가게 된다.
이 때, 상기 시료 용액은 특정 성분의 물질을 포함하고 있어, 시료 용액을 통과하는 광의 특정 파장 대역에서 광 흡수 스펙트럼의 패턴 변화가 발생된다.
그리고, 제 2 광섬유(400b)에서는 시료를 통과한 광을 입력받아, 수광부(182)로 전달하는데, 수광부(182)는 수광 센서 또는 스펙트로미터로 이루어져 시료 를 통과한 광의 파장에 따른 광의 세기의 변화를 측정하게 된다.
그 후, 상기 측정 채널(160)에서 측정이 완료된 시료는 출력 미세 채널(170)을 통하여 배출구로 배출된다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 반응채널에서 분기된 압력 해제 채널과 압력 해제구를 형성함으로써, 반응이 느린 시료들을 측정채널에 가두워 놓고, 반응시킨 후 또는 장시간 시료가 반응되는 것을 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 측정채널과 대응된 끝단으로부터 일정간격 이격된 영역의 폭이 나머지 영역의 폭보다 큰 광섬유 삽입홈을 형성함으로써, 광섬유를 광섬유 삽입홈에 본딩을 위한 에폭시는 모세관 현상에 의해 광섬유 삽입홈의 끝단에는 침투하지 않아 광섬유가 에폭시에 오염되지 않게되어 광특성이 좋아져, 측정 특성을 우수하게 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (7)

  1. 복수개의 시료 주입구들과; 상기 시료 주입구들에 각각 연결되어 시료들이 흐를 수 있는 입력 미세 채널들과; 상기 입력 미세 채널들 각각에 연결되어 상기 시료들을 혼합시키는 혼합채널과; 상기 혼합채널에서 혼합된 시료를 반응시키는 반응채널과; 상기 반응채널에서 반응된 시료가 측정되는 측정채널과; 상기 반응채널에서 분기되어 채널내의 압력을 해제시키는 압력 해제 채널과; 상기 압력 해제 채널에 연결되고, 밀봉되어 있으며, 밀봉이 개방될 때, 상기 채널내의 압력을 해제시키는 압력 해제구와; 상기 측정채널에서 측정이 완료된 시료를 출력 미세채널을 통하여 입력받아 배출시키는 배출구와; 상기 측정채널의 양단 각각으로 이격된 영역에 형성된 광섬유 삽입홈이 하부 기판 상에 형성되어 있고,
    상기 하부 기판 상부에 본딩된 상부 기판에는 상기 시료 주입구들, 압력 해제구, 배출구와 각각 결합되는 관통홀이 형성되어 있고,
    상기 광섬유 삽입홈 각각에는 제 1과 2 광섬유가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 용액 성분 분석을 위한 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광섬유로 광을 조사하는 광원과;
    상기 제 2 광섬유로 출력되는 광을 전달받는 수광부가 더 구비된 것을 특징 으로 하는 용액 성분 분석을 위한 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 채널은,
    상기 압력 해제 채널을 기준으로 시료 주입구 방향의 폭(W1)이 상기 배출구 방향의 반응 채널 폭(W2)보다 큰 것을 특징으로 하는 용액 성분 분석을 위한 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합채널과 측정채널은,
    상기 하부 기판에 지그재그 형상의 홈으로 형성 있는 것을 특징으로 하는 용액 성분 분석을 위한 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 지그재그 형상의 홈 내부에는,
    복수개의 돌기들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용액 성분 분석을 위한 소자.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광섬유 삽입홈은,
    상기 측정채널과 대응된 끝단으로부터 일정간격(D) 이격 영역의 폭(W4)이 나머지 영역의 폭(W3)보다 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용액 성분 분석을 위한 소자.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광섬유 삽입홈의 기판 가장자리 영역에는,
    광섬유의 삽입을 원활하게 하기 위하여 테이퍼(Taper) 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 용액 성분 분석을 위한 소자.
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KR101847745B1 (ko) * 2016-12-12 2018-04-12 단국대학교 산학협력단 미세유체 채널을 이용한 표면플라즈몬공명 센서 장치 및 센서 유닛 제조방법

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