KR100588805B1 - Apparatus and Methods for Manufacturing micro-structure - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 와이어 및 마이크로 튜브, 마이크로 비드 등의 마이크로 구조물 제조장치 및 이를 이용한 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 장치의 제작 및 마이크로 구조물의 제조를 용이하고 경제적으로 할 수 있으며, 유체의 흐름속도만을 제어함으로써 다양한 직경의 구조물을 제조할 수 있고, 대기압 및 상온에서 마이크로 구조물의 제작이 가능한 제조장치 및 이를 이용한 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for manufacturing microstructures such as microwires and microtubes, microbeads, and a manufacturing method using the same. More particularly, the fabrication of the apparatus and the manufacture of the microstructures can be easily and economically performed. The present invention relates to a manufacturing apparatus capable of manufacturing structures of various diameters by controlling only the flow rate, and to a method of manufacturing a microstructure at atmospheric pressure and room temperature.
본 발명에 따른 마이크로 구조물 제조장치는, 증류수와 폴리비닐알코올(PVA)의 혼합액이 주입되는 혼합액 주입공과, 혼합액 주입공과 연통되는 배출관의 중공부와, 중공부 전단 중앙에 분사공이 위치하며 폴리머용액을 분사하도록 하는 제 1 분사노즐로 이루어져, 제 1 분사노즐로부터 분사된 폴리머용액이 중공부를 통과하는 혼합액의 중앙을 동심원상의 흐름으로 통과하면서 자외선조사수단에 의하여 경화되어 층류현상으로 마이크로 와이어가 제조되는 것을 특징으로 한다. In the microstructure manufacturing apparatus according to the present invention, a mixture solution injection hole into which a mixture solution of distilled water and polyvinyl alcohol (PVA) is injected, a hollow part of a discharge pipe communicating with the mixture solution injection hole, and a spray hole is located at the front end of the hollow part, It is composed of a first injection nozzle to inject, the polymer solution injected from the first injection nozzle passes through the center of the mixed liquid passing through the hollow portion in a concentric circular flow is cured by ultraviolet irradiation means to produce a microwire in the laminar flow phenomenon It features.
또한, 본 발명은, 혼합액 주입공으로 미네랄 오일 등과 같은 물과 혼합되지 않는 용액이 주입되어 폴리머용액의 흐름이 물방울(droplet) 모양으로 형성되게 되며, 이 물방울 모양의 폴리머용액이 자외선조사수단에 의하여 경화되어 마이크로 비드(bead)가 제조되는 것을 특징으로 한다. In addition, in the present invention, a solution that is not mixed with water such as mineral oil is injected into the mixed solution injection hole so that the flow of the polymer solution is formed into a droplet shape, and the droplet-shaped polymer solution is cured by ultraviolet irradiation means. It is characterized in that the microbead (bead) is produced.
또, 본 발명은, 제 1 분사노즐과 연통되어 폴리머용액을 주입하도록 하는 폴리머 주입공과, 제 1 분사노즐의 중공부 중앙에 제 1 분사노즐의 분사공보다 직경 이 작은 분사공이 위치하며, 증류수와 폴리비닐알코올(PVA)의 혼합액이 분사되는 제 2 분사노즐을 더 포함하여 이루어져, 제 2 분사노즐로부터 분사되는 혼합액이 제 1 분사노즐로부터 분사되는 폴리머용액의 내부로 흐르도록 하고 중공부를 통과하는 혼합액이 폴리머용액의 외부로 흐르도록 하여 폴리머용액이 관상의 흐름으로 통과하면서 자외선조사수단에 의하여 경화되어 층류현상으로 마이크로 와이어 튜브(tube)가 제조되는 것을 특징으로 한다. In addition, in the present invention, a polymer injection hole communicating with the first injection nozzle to inject the polymer solution, and a injection hole having a diameter smaller than that of the injection hole of the first injection nozzle are located in the center of the hollow portion of the first injection nozzle, The mixture further comprises a second injection nozzle to which a mixture of polyvinyl alcohol (PVA) is injected, such that the mixed solution injected from the second injection nozzle flows into the polymer solution injected from the first injection nozzle and passes through the hollow part. The polymer solution is allowed to flow out of the polymer solution, and the polymer solution is cured by ultraviolet irradiation means while passing through a tubular flow, thereby producing a microwire tube with laminar flow.
따라서, 본 발명에 따르면, 장치 제작 비용이 적게 소요되고, 고온 및 초고압과 같은 제약이 없이 상온 및 대기압 하에서 제작이 가능하며, 매우 쉽고 경제적인 마이크로 구조물을 제조할 수 있다. 또한, 유체의 흐름속도만을 제어함으로써 다양한 직경의 구조물을 제조할 수 있어 상업적인 효용성이 매우 높다.Therefore, according to the present invention, the device manufacturing cost is low, and it is possible to manufacture under normal temperature and atmospheric pressure without constraints such as high temperature and ultra high pressure, and very easy and economical microstructures can be manufactured. In addition, it is possible to manufacture structures of various diameters by controlling only the flow rate of the fluid, so that the commercial utility is very high.
마이크로 와이어, 튜브, 제조장치, 제조방법, 광경화성 폴리머, microfluidicsMicrowires, tubes, manufacturing equipment, manufacturing method, photocurable polymers, microfluidics
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 와이어 제조장치의 단면사시도.1 is a cross-sectional perspective view of a microwire manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 와이어 제조장치를 이용하여 제조된 마이크로 와이어를 나타낸 사진.Figure 2 is a photograph showing a microwire manufactured using a microwire manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 와이어 제조장치를 이용한 마이크로 비드 제조상태를 나타낸 도면.3 is a view showing a microbead manufacturing state using a microwire manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 와이어 제조장치로 제조된 마이크로 비드(microbead)를 나타낸 사진.Figure 4 is a photograph showing a microbead (microbead) manufactured by a microwire manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5는 분사된 폴리머용액의 분사속도와 마이크로 와이어의 직경 및 주입된 혼합액의 흐름속도와의 상관관계를 나타낸 그래프.5 is a graph showing the correlation between the injection speed of the injected polymer solution and the diameter of the microwire and the flow rate of the injected mixed solution.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 와이어 제조방법을 나타낸 흐름도.6 is a flow chart showing a microwire manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 와이어 튜브 제조장치의 단면사시도.Figure 7 is a cross-sectional perspective view of the microwire tube manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 와이어 튜브 제조장치로 제조된 마이크로 튜브(microtube)를 나타낸 사진.Figure 8 is a photograph showing a microtube (microtube) manufactured by a microwire tube manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 와이어 튜브 제조방법을 나타낸 흐름도.9 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a micro wire tube according to an embodiment of the present invention.
도 10은 2층으로 구획된 마이크로 와이어 제조장치를 나타낸 사시도.10 is a perspective view showing a microwire manufacturing apparatus partitioned into two layers.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**** Description of the symbols for the main parts of the drawings **
100: 마이크로 와이어 제조장치100: micro wire manufacturing apparatus
200: 마이크로 튜브 제조장치200: micro tube manufacturing apparatus
300: 구획된 마이크로 와이어 제조장치300: compartmentalized micro wire manufacturing apparatus
1: 본체 1a: 혼합액 주입공1:
1b: 폴리머 주입공 2: 제 1 분사노즐1b: polymer injection hole 2: first injection nozzle
2a: 제 1 분사노즐의 분사공 2b: 제 1 분사노즐의 중공부2a: injection hole of the
3: 배출관 3a: 배출관의 중공부3:
4: 제 2 분사노즐 4a: 제 2 분사노즐의 분사공4:
5: 마이크로 와이어 튜브 6: 자외선 조사수단5: micro wire tube 6: UV irradiation means
7: 마이크로 비드7: microbead
본 발명은 마이크로 구조물 제조장치 및 이를 이용한 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 마이크로 와이어나 마이크로 튜브, 마이크로 비드 등 마이크로 구조물의 제작장치 및 이를 이용한 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a microstructure manufacturing apparatus and a manufacturing method using the same, and more particularly, to a manufacturing apparatus and a manufacturing method using a microstructure, such as microwires, microtubes, microbeads.
일반적으로, 마이크로 와이어, 마이크로 튜브, 마이크로 비드 등 마이크로 구조물을 제작하기 위해서는 사출(Extrusion) 방식을 이용하게 된다. 이러한 방식으로 제조된 마이크로 와이어, 튜브 및 마이크로 비드(bead) 등은 최근 생명공학, 화학 등에서 많이 사용되고 있다. In general, an extrusion method is used to manufacture microstructures such as microwires, microtubes, microbeads, and the like. Microwires, tubes, and micro beads (beads) manufactured in this manner are recently used in biotechnology, chemistry, and the like.
종래의 사출방식은 마이크로 구조물을 제조하기 위해서는 고온 및 초고압 상태하에서 수행하게 된다. 따라서, 사출기는 이러한 상태를 견딜수 있게 하기 위해 대형으로 제작된다. 이렇게 대형으로 제작된 사출기는 제작비용이 많이 소요되며, 공간상의 제약이 따르게 된다. 또한, 고온 및 초고압 상태하에서 제조되기 때문에, 마이크로 와이어에 여러가지 화학물질이나 효소 등을 쉽게 결합할 수 없다는 단점이 있었다. Conventional injection method is carried out under high temperature and ultra-high pressure to manufacture the microstructure. Therefore, the injection molding machine is made large in order to withstand this condition. The large sized injection molding machine takes a lot of manufacturing cost and is subject to space limitations. In addition, since it is manufactured under high temperature and ultra high pressure, there is a disadvantage in that it is not easy to combine various chemicals, enzymes and the like to the microwire.
또, 조립식으로 되지 않고 일체형으로 되어 있어 사출금형을 제작하는데 많은 비용이 소요되며 제작하는데 어려움이 많다는 문제점이 있다. In addition, there is a problem in that it takes a lot of cost and difficulty in manufacturing an injection mold because it is not a prefabricated one-piece.
한편, 종래의 사출방식으로 제조된 마이크로 와이어의 직경을 제어하기 위해서는 사출되는 압력과 온도 등을 제어하고, 적합한 기구로 교체하여야 한다. 따라서, 이를 제어하기가 용이하지 않으며, 이를 제어하기 위한 부수적인 장치를 필요로 하게 되어, 장치가 복잡하게 되는 단점이 있었다. On the other hand, in order to control the diameter of the microwire manufactured by the conventional injection method, it is necessary to control the injection pressure and temperature, etc., and replace with a suitable mechanism. Therefore, it is not easy to control this, and an additional device for controlling it is required, which results in a complicated device.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 공간상의 제약이 없이 장치의 제작이 가능하며, 제조가 용이하고, 장치의 제작비용 및 와이어 제조비용이 적게 드는 마이크로 구조 물 제조장치 및 이를 이용한 제조방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 궁극적인 목적은 책상위에서 제작이 가능한 마이크로 구조물 제조기기를 구현하는 것이다. 또한 마이크로 구조물에 효소, 항원-항체 등의 생물 및 화학적 물질을 쉽게 붙일 수 있는 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is that it is possible to manufacture the device without the constraints of space, easy to manufacture, manufacturing cost and wire manufacturing of the device It is to provide a cost-effective microstructure manufacturing apparatus and a manufacturing method using the same. The ultimate object of the present invention is to implement a microstructure manufacturing apparatus that can be manufactured on a desk. It also provides a method for easily attaching biological and chemical substances such as enzymes, antigen-antibodies to the microstructures.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 증류수와 폴리비닐알코올(PVA)의 혼합액이 주입되는 혼합액 주입공(1a)과, 상기 혼합액 주입공(1a)과 연통되는 배출관(3)의 중공부(3a)와, 상기 중공부(3a) 전단 중앙에 분사공(2a)이 위치하며 폴리머용액을 분사하도록 하는 제 1 분사노즐(2)로 이루어져, 상기 제 1 분사노즐(2)로부터 분사된 폴리머용액이 상기 중공부(3a)를 통과하는 혼합액의 중앙을 동심원상의 흐름으로 통과하면서 자외선조사수단(6)에 의하여 경화되어 층류현상으로 마이크로 와이어가 제조되는 것을 특징으로 한다. According to a feature of the present invention for achieving the object as described above, as shown in Figure 1, the mixed liquid injection hole (1a) is a mixture of distilled water and polyvinyl alcohol (PVA) is injected, and the mixed liquid injection hole ( It consists of a hollow portion (3a) of the discharge pipe (3) in communication with the 1a), and the first injection nozzle (2) for injecting the polymer solution, the injection hole (2a) is located at the front end of the hollow portion (3a), The polymer solution injected from the
또한, 본 발명은, 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 혼합액 주입공(1a)으로 미네랄 오일 등과 같은 물과 혼합되지 않는 용액이 주입되어 폴리머용액의 흐름이 물방울(droplet) 모양으로 형성되게 되며, 이 물방울 모양의 폴리머용액이 자외선조사수단(6)에 의하여 경화되어 마이크로 비드(bead)(7)가 제조되는 것을 특징으로 한다. In addition, in the present invention, as shown in Figure 3, a solution that is not mixed with water such as mineral oil is injected into the mixed solution injection hole (1a) so that the flow of the polymer solution is formed in the shape of droplets (droplet), This droplet-shaped polymer solution is cured by ultraviolet irradiation means 6, characterized in that a
또, 본 발명은, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 분사노즐(2)과 연통되어 폴리머용액을 주입하도록 하는 폴리머 주입공(1b)과, 상기 제 1 분사노즐(2)의 중공부(2b) 중앙에 상기 제 1 분사노즐(2)의 분사공(2a)보다 직경이 작은 분사공(4a)이 위치하며, 증류수와 폴리비닐알코올(PVA)의 혼합액이 분사되는 제 2 분사노즐(4)을 더 포함하여 이루어져, 상기 제 2 분사노즐(4)로부터 분사되는 혼합액이 상기 제 1 분사노즐(2)로부터 분사되는 폴리머용액의 내부로 흐르도록 하고 상기 중공부(3a)를 통과하는 혼합액이 폴리머용액의 외부로 흐르도록 하여 폴리머용액이 관상의 흐름으로 통과하면서 자외선조사수단(6)에 의하여 경화되어 층류현상으로 마이크로 와이어 튜브(tube)가 제조되는 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention, as shown in Figure 7, the first injection nozzle (2) is in communication with the polymer injection hole (1b) for injecting a polymer solution, and the hollow portion of the first injection nozzle (2) (2b) a second injection nozzle (4a) having a diameter smaller than that of the injection hole (2a) of the first injection nozzle (2), the injection of a mixture of distilled water and polyvinyl alcohol (PVA) (2b) 4) further comprising a mixed liquid injected from the
본 발명에 따른 마이크로 구조물 제조방법은, 광경화성 폴리머용액을 제 1 분사노즐(2)을 통해 분사하는 광경화성 폴리머용액 분사단계(610)와, 상기 분사된 광경화성 폴리머용액의 외부로 흐르도록 증류수와 폴리비닐알코올(PVA)의 혼합액을 주입하는 혼합액 주입단계(620)와, 상기 제 1 분사노즐(2)로부터 분사된 폴리머용액이 상기 혼합액 주입공(1a)으로부터 주입된 혼합액의 중앙을 동심원상의 흐름으로 통과하면서 층류를 이루며 배출관(3)으로 배출되는 배출단계(630), 및 상기 배출관(3)으로 배출되는 동심원상으로 흐르는 폴리머용액을 자외선 조사수단(6)을 이용하여 경화시키는 자외선 경화단계(640)를 포함하여 이루어져 마이크로 와이어가 제조되는 것을 특징으로 한다. In the method of manufacturing a microstructure according to the present invention, a photocurable polymer
또한, 상기 혼합액 주입단계(620)는 미네랄 오일 등과 같은 물과 혼합되지 않는 용액이 주입되어 폴리머용액이 물방울(droplet) 모양으로 흐르도록 하여 마이크로 비드(bead)가 제조되는 것을 특징으로 한다. In addition, the mixed
또, 상기 배출단계(630) 이전에, 증류수와 폴리비닐알코올(PVA)의 혼합액을 상기 제 1 분사노즐(2)로 분사하는 혼합액 분사단계(600)를 더 포함하여 이루어져, 상기 광경화성 폴리머용액 분사단계(610)에서 상기 제 1 분사노즐(2)로부터 분사되는 폴리머용액의 내부로 흐르도록 혼합액을 분사시켜 폴리머용액이 내부가 빈 관상으로 흐르도록 하여 마이크로 와이어 튜브가 제조되는 것을 특징으로 한다. In addition, before the discharge step (630), further comprises a mixed solution spraying step (600) for injecting a mixture of distilled water and polyvinyl alcohol (PVA) to the first injection nozzle (2), the photocurable polymer solution In the spraying
또, 본 발명은, 도 10 에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 분사노즐(2) 내부에 위치하여 한 개 이상의 구획된 공간으로 나누는 분리판(2c)을 더 포함하여 이루어져, 성분이 다른 폴리머용액을 구획된 공간에 분리 주입하여 상기 제 1 분사노즐(2)로 분사시켜 한 개 이상의 성분을 갖는 마이크로 와이어가 일체로 제조되는 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention, as shown in Figure 10, further comprises a separating plate (2c) located inside the first injection nozzle (2) divided into one or more partitioned space, the polymer solution with different components It is characterized in that the micro-wire having one or more components are integrally manufactured by injecting the separated into the partitioned space to be injected into the first injection nozzle (2).
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 마이크로 구조물 제조장치 및 이를 이용한 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of a microstructure manufacturing apparatus and a manufacturing method using the same according to the present invention having the configuration as described above will be described in detail.
도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 와이어 제조장치의 단면사시도가 도시되어 있다. 1 is a cross-sectional perspective view of a microwire manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 와이어 제조장치(100)는, 혼합액이 주입되는 혼합액 주입공(1a)이 형성되어 상기 혼합액 주입공(1a)과 연통된 본체(1)와, 광경화성 폴리머용액이 주입되어 분사되는 제 1 분사노즐(2)과, 혼합액과 분사된 폴리머용액이 배출되는 배출관(3), 및 분사된 폴리머용액을 경화시키는 자외선 조사수단(6)으로 구성된다. As shown, the
상기 본체(1)는 상부 또는 하부에 증류수와 폴리비닐알코올(PVA)의 혼합액이 주입되는 상기 혼합액 주입공(1a)이 형성되어 있으며, 이 혼합액 주입공(1a)은 관통된 본체(1)와 연통되어 있다. The
상기 제 1 분사노즐(2)은 상기 본체(1)에 삽입되고 광경화성 폴리머용액이 주입되어 분사된다. 상기 제 1 분사노즐(2)은 상기 혼합액 주입공(1a)과 연통되는 배출관(3)의 중공부(3a) 중앙에 분사공(2a)이 위치하도록 설치되어 이 분사공(2a)을 통해 광경화성 폴리머용액이 주입되어 분사되게 된다. 이때, 사용되는 광경화성 폴리머용액은 4-하이드록시부틸 아크릴레이트(4-HYDROXYBUTYL ACRYLATE)와 같은 용액을 사용하며, 여기에 여러 가지 화학물질이나 효소, 항원-항체 등의 생물학적 물질을 섞어 넣으면 기능성 마이크로 구조물을 제작할 수 있어 약물전달매체나 마이크로 센서 등으로 응용될 수 있다. 또한, 광경화성 폴리머용액 대신에 화학적 반응물질을 이용하여 사용될 수 있다. 상기 제 1 분사노즐(2)로 광경화성 폴리머를 흐르게 하고, 상기 혼합액 주입공(1a)으로 PVA와 증류수를 혼합한 용액을 흘려주면, 원형도에서 보는 바와 같이, A 지점부터 중앙에는 광경화성 폴리머용액(a)이고 이 외부에는 혼합액(b)으로 이루어진 동심원상의 유체 흐름이 형성된다. 구조물 자체가 마이크로 시스템이므로 이러한 동심원 상태의 유체 흐름은 상당한 거리동안 지속되게 된다. 따라서 상기 배출관으로 배출되는 동심원상의 유체흐름에 자외선을 조사하게 되면 광경화성 폴리머용액은 급히 경화가 되어 와이어가 된다. 이 경화된 와이어는 혼합액 내에 부유된 상태로 배출관(3)의 내벽에 붙거나 엉키는 현상 없이 배출되게 된다.The
상기 배출관(3)은 상기 제 1 분사노즐(2)의 분사측 전방에 위치하며 상기 혼 합액 주입공(1a)과 연통되도록 상기 본체(1)에 삽입된다. 상기 배출관(3)은 상기 혼합액 주입공(1a)으로부터 주입된 혼합액과 상기 제 1 분사노즐(2)로부터 분사된 폴리머용액을 중공부(3a)의 중앙을 통과하면서 배출하게 되므로, 혼합액 주입공(1a)으로부터 주입된 혼합액이 상기 제 1 분사노즐(2)로부터 분사된 폴리머용액의 외부에 서로 접촉하면서 배출된다. 따라서, 배출관(3)의 중공부(3a)로 배출된 혼합액은, 분사된 폴리머용액의 표면과 작용하게 되며, 상기 배출관(3)의 배출측에 위치한 상기 자외선 조사수단(6)에 의해 조사된 자외선에 의해 경화된 와이어의 엉킴을 방지하여 상기 배출관(3)으로 원활한 배출이 될 수 있도록 하는 역할을 한다. The discharge pipe (3) is located in front of the injection side of the first injection nozzle (2) and is inserted into the main body (1) to communicate with the mixture liquid injection hole (1a). Since the
상기 자외선 조사수단(6)은 상기 배출관(3)의 배출측에 위치하며, 상기 배출관(3)으로부터 배출되는 폴리머용액을 경화시킨다. 따라서, 배출되는 폴리머용액에 자외선(Ultraviolet Rays)을 조사하게 되면 광경화성 폴리머는 급히 경화가 되고, 이 경화된 폴리머는 와이어 형태로 혼합액 내에 부유된 상태로 배출관(3)의 내벽에 붙거나 엉킴이 없이 배출되게 된다. 도 2는 경화된 와이어의 연속된 상태를 나타낸 도면으로 와이어의 직경은 1mm이다. The ultraviolet irradiation means 6 is located on the discharge side of the
상기와 같은 구성으로 된 마이크로 와이어 제조장치(100)는, 혼합액 주입공(1a)이 형성되며 이 혼합액 주입공(1a)과 연통된 본체부(1)에 제 1 분사노즐(2)이 삽입되고, 상기 배출관(3)은 배출측으로부터 혼합액 주입공(1a)과 연통되도록 삽입됨으로써 제조된다. 따라서, 조립식으로 용이하게 제조되며, 장치의 제작비용 및 와이어 제조비용이 적게 들고, 공간상의 제약이 없이 책상위에서 장치의 제작이 가능한 장점이 있다. 또한, 고온 및 초고압과 같은 제약이 없이 상온 및 대기압 하에서 제작이 가능한 장점이 있다. In the
도 3은 마이크로 비드(microbead)가 제조되는 상태를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 혼합액 주입공(1a)에 주입되는 증류수와 폴리비닐알코올(PVA)의 혼합액 대신에 미네랄 오일(mineral oil) 등과 같은 물과 섞이지 않는 용액(immiscible solution)을 사용하면 제 1 분사노즐(2)의 분사공(2a)으로부터 분사되는 부분(A)에서 광경화성 폴리머 용액의 흐름은 표면적을 최소화하려는 현상에 의해 물방울(droplet) 모양으로 형성되게 되며, 이를 자외선(UV)을 사용하여 경화시킴으로써, 도 4에 도시된 바와 같은 마이크로 비드(microbead)(7)를 제조할 수 있게 된다.3 is a view illustrating a state in which microbeads are manufactured. As shown in the drawing, when an immiscible solution such as mineral oil is used instead of a mixture of distilled water and polyvinyl alcohol (PVA) injected into the mixed
또, 마이크로 와이어의 직경크기는 분사된 폴리머용액의 분사속도와 혼합액 주입공(1a)으로부터 주입된 혼합액의 흐름속도를 조절함으로써 다양하게 변화시킬 수 있다. In addition, the diameter of the microwire can be varied by controlling the injection speed of the injected polymer solution and the flow rate of the mixed solution injected from the mixed
도 5는 분사된 폴리머용액의 분사속도와 마이크로 와이어의 직경 및 주입된 혼합액의 흐름속도와의 상관관계를 나타낸 그래프이다. 도시된 바와 같이, 폴리머용액의 분사속도(Sample flow rate)가 증가할수록 혼합액 주입공(1a)으로부터 주입된 혼합액과의 접촉시간이 짧기 때문에 분사된 폴리머용액의 직경(String diameter)은 크게 되며, 혼합액 주입공(1a)으로부터 주입된 혼합액의 흐름속도(Sheath flow rate)가 증가할수록 분사된 폴리머용액의 직경은 감소하게 되는 것을 알 수 있다. 5 is a graph showing the correlation between the injection speed of the injected polymer solution and the diameter of the microwire and the flow rate of the injected mixed solution. As shown, as the sample flow rate of the polymer solution increases, the contact time with the mixture solution injected from the mixed
따라서, 본 발명에 따른 마이크로 와이어 제조장치 및 이를 이용한 제조방법을 이용하여, 매우 쉽고 경제적인 마이크로 구조물을 제조할 수 있으며, 또한 유체의 흐름 속도를 제어함으로써 다양한 직경의 마이크로 구조물을 제조할 수 있는 장점이 있다. Therefore, by using the micro-wire manufacturing apparatus and the manufacturing method using the same according to the present invention, it is possible to manufacture a very easy and economical microstructure, and also to produce a microstructure of various diameters by controlling the flow rate of the fluid There is this.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 와이어 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 상기와 같은 구성으로 되어 마이크로 와이어 제조장치(100)를 이용하여 다음과 같은 방법으로 마이크로 와이어를 제조하게 된다.6 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a micro wire according to an embodiment of the present invention. With the above configuration, the microwires are manufactured by the following method using the
광경화성 폴리머용액을 제 1 분사노즐(2)을 통해 광경화성 폴리머용액을 분사하고(610), 상기 분사된 광경화성 폴리머용액의 외부로 흐르도록 증류수와 폴리비닐알코올(PVA)의 혼합액을 주입하며(620), 상기 제 1 분사노즐(2)로부터 분사된 폴리머용액의 외부로 상기 혼합액 주입공(1a)으로부터 주입된 혼합액에 의해 동심원상으로 층류를 이루며 배출관(3)으로 배출되고(630), 상기 배출관(3)으로 배출되는 동심원상으로 흐르는 폴리머용액을 자외선 조사수단(6)을 이용하여 경화시킴(640)으로써 마이크로 와이어가 제조된다. Injecting the photocurable polymer solution through the first injection nozzle (2) (610), injecting a mixture of distilled water and polyvinyl alcohol (PVA) to flow to the outside of the injected
또한, 혼합액 주입공(1a)에 주입되는 증류수와 폴리비닐알코올(PVA)의 혼합액 대신에 미네랄 오일(mineral oil) 등과 같은 물과 섞이지 않는 용액(immiscible solution)을 사용하게 되면 마이크로 비드(microbead)를 제조할 수 있게 된다.In addition, if a mixed solution of distilled water and polyvinyl alcohol (PVA) injected into the mixed
도 7에는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 와이어 튜브 제조장치의 단면사시도가 도시되어 있다. Figure 7 is a cross-sectional perspective view of a micro wire tube manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 와이어 튜브 제조장치(200)는, 혼합액이 주입되는 혼합액 주입공(1a)과 광경화성 폴리머용액이 주입되는 폴리머 주입공(1b)이 형성되어 상기 주입공들(1a,1b)이 연통된 본체(1)와, 상기 폴리머 주입공(1b)으로부터 주입된 광경화성 폴리머용액이 분사되는 제 1 분사노즐(2)과, 상기 제 1 분사노즐(2)로 분사되도록 하여 상기 제 1 분사노즐(2)로부터 분사되는 광경화성 폴리머용액의 내부를 관통하도록 혼합액을 분사하는 제 2 분사노즐(4)과, 내부를 관통하는 혼합액과 이 혼합액의 외부에 관상으로 흐르는 폴리머용액과 이 관상으로 흐르는 폴리머용액의 외부로 흐르는 혼합액이 배출되는 배출관(3), 및 분사된 관상으로 흐르는 폴리머용액을 경화시키는 자외선 조사수단(6)으로 구성된다.As shown, the micro-wire
상기 본체(1)는 증류수와 폴리비닐알코올(PVA)의 혼합액이 주입되는 혼합액 주입공(1a)과 광경화성 폴리머용액이 주입되는 폴리머 주입공(1b)이 형성되며 이 주입공들(1a,1b)이 상기 본체(1)에 연통되어 있다. The
상기 제 1 분사노즐(2)은 상기 본체에 삽입되고 상기 폴리머 주입공(1b)으로 주입되는 광경화성 폴리머용액이 분사된다. 상기 제 1 분사노즐(2)은 상기 혼합액 주입공(1a)과 연통되는 배출관(3)의 중공부(3a) 중앙에 분사공(2a)이 위치하도록 설치되어 이 분사공(2a)을 통해 광경화성 폴리머용액이 주입되어 분사되게 된다. 따라서, B지점의 측면도에서 보는 바와 같이, 내부가 혼합액이 되며, 외부는 폴리머용액이 되어 상기 제 1 분사노즐(2)로 들어가게 된다. The
상기 제 2 분사노즐(4)은 상기 제 1 분사노즐(2)의 중공부(2b)로 분사되도록 상기 본체(1)에 삽입되어, 증류수와 폴리비닐알코올(PVA)의 혼합액을 분사한다. 상기 제 2 분사노즐(4)의 분사공(4a) 직경은 상기 제 1 분사노즐(2)의 분사공(2a) 직경보다 작다. 이와 같이, 상기 제 2 분사노즐(4)의 분사공(4a) 직경이 상기 제 1 분사노즐(2)의 분사공(2a) 직경보다 작기 때문에, A지점의 측면도에서 보는 바와 같이, 상기 제 1 분사노즐(2)의 분사공(2a)에서 분사된 광경화성 폴리머용액(a)에 상기 제 2 분사노즐(4)의 분사공(4a)에서 분사된 혼합액이 분사됨으로써 폴리머용액 내부로 혼합액(b)이 흐르게 되며, 내부에 혼합액이 흐르는 폴리머용액의 외부에는 상기 혼합액 주입공(1a)로 주입된 혼합액(c)이 흐르게 되어 배출관으로 배출되게 된다. 즉, A지점에서 분사되는 폴리머용액의 내부 및 외부에는 혼합액이 흐르는 관상의 유체 흐름이 된다. 이 또한, 구조물 자체가 마이크로 시스템이므로 이 관상의 유체 흐름은 상당한 거리동안 지속되게 된다. 따라서 상기 배출관(3)의 중공부(3a)로 배출되는 관상의 유체흐름에 자외선을 조사하게 되면 광경화성 폴리머용액은 급히 경화가 되어, 도 8에 도시된 바와 같은 내부가 빈 마이크로 와이어 튜브(5)가 된다. The
따라서, 상기와 같은 구성으로 되어 마이크로 와이어 튜브 제조장치(200)를 이용하여 도 9에 도시된 바와 같은 방법으로 마이크로 와이어 튜브(5)를 제조하게 된다.
이러한 마이크로 와이어 튜브(5)의 제조 단계는 증류수와 폴리비닐알코올(PVA)의 혼합액을 제 2 분사노즐(4)로 분사하여 제 1 분사노즐(2)로부터 분사되는 폴리머용액 내부에 흐르도록 혼합액을 분사시킨다(600). Therefore, the
In the manufacturing step of the
상기 폴리머 주입공(1b)으로 광경화성 폴리머용액이 주입되고 제 1 분사노즐(2)을 통해 광경화성 폴리머용액을 분사하고(610), 상기 분사된 광경화성 폴리머용액의 외부로 흐르도록 증류수와 폴리비닐알코올(PVA)의 혼합액을 주입하며(620), 상기 제 1 분사노즐(2)로부터 분사된 폴리머용액이 상기 혼합액 주입공(1a)으로부터 주입된 혼합액에 의해 층류를 이루며, 배출관(3)의 중공부(3a)로 배출된다(630). 이어서 상기 배출관(3)의 중공부(3a)로 배출되는 관상으로 흐르는 폴리머용액을 자외선 조사수단(6)을 이용하여 경화시킴(640)으로써 마이크로 와이어 튜브(5)가 제조된다. 이러한 방법으로 제조된 마이크로 와이어 튜브(5)는 혈관이나 기타 튜브형태로 된 관에 사용되어 같은 극소량의 물질을 이동시키게 된다. The photocurable polymer solution is injected into the
도 10은 2층으로 구획된 마이크로 와이어 제조장치(300)를 나타낸 사시도이다.10 is a perspective view showing a micro
도시된 바와 같이, 폴리머용액이 주입되어 분사되는 제 1 분사노즐(2)을 분리판(2c)에 의해 두 개의 구획으로 나누며, 이 구획된 공간으로 각각의 성분을 달리하여 폴리머용액을 주입하고 제 1 분사노즐(2)로 분사하도록 함으로써, A 지점의 측면도에 나타낸 바와 같이, 반으로 나뉘어져 흐르는 폴리머용액(a,b)이 분사되며 이 외부에 혼합액(c)이 흐르도록 하여 두 개로 구획된 마이크로 와이어(300)가 제조된다. 이와 같이, DNA, RNA, 효소, 항체 등과 같은 각각의 다른 성분들을 갖는 폴리머용액을 각각의 구획된 공간으로 분리 주입하고 분사시켜 일체로 마이크로 와이어가 제조됨으로써, 효율적으로 다양한 반응검사를 동시에 할 수 있게 된다. As shown, the
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 장치 제작비용이 적게 소요되고, 고온 및 초고압과 같은 제약이 없이 상온 및 대기압하에서 제작이 가능하며, 매우 쉽고 경제적인 마이크로 구조물을 제조할 수 있다. 이러한 특성으로 화학이나 생물학적 물질을 갖는 기능성 마이크로 구조물의 제작이 가능하며, 유체의 흐름 속도만을 제어함으로써 다양한 직경의 구조물을 제조할 수 있는 장점이 있어 상업적인 효용성이 매우 높다. As described above, according to the present invention, the manufacturing cost of the device is low, and it can be manufactured at room temperature and atmospheric pressure without restrictions such as high temperature and ultra high pressure, and very easy and economical microstructure can be manufactured. Due to these characteristics, it is possible to manufacture functional microstructures having chemical or biological substances, and because of the advantage of manufacturing structures of various diameters by controlling only the flow rate of the fluid, the commercial utility is very high.
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