KR100703889B1 - 용액 성분 분석을 위한 소자 및 그의 제조 방법 - Google Patents

용액 성분 분석을 위한 소자 및 그의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100703889B1
KR100703889B1 KR1020030098927A KR20030098927A KR100703889B1 KR 100703889 B1 KR100703889 B1 KR 100703889B1 KR 1020030098927 A KR1020030098927 A KR 1020030098927A KR 20030098927 A KR20030098927 A KR 20030098927A KR 100703889 B1 KR100703889 B1 KR 100703889B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sample
channel
substrate
optical fiber
microchannel
Prior art date
Application number
KR1020030098927A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20050067894A (ko
Inventor
박광범
박준식
신규식
박효덕
Original Assignee
전자부품연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전자부품연구원 filed Critical 전자부품연구원
Priority to KR1020030098927A priority Critical patent/KR100703889B1/ko
Priority to US10/977,757 priority patent/US7050163B2/en
Publication of KR20050067894A publication Critical patent/KR20050067894A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100703889B1 publication Critical patent/KR100703889B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/433—Mixing tubes wherein the shape of the tube influences the mixing, e.g. mixing tubes with varying cross-section or provided with inwardly extending profiles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/433—Mixing tubes wherein the shape of the tube influences the mixing, e.g. mixing tubes with varying cross-section or provided with inwardly extending profiles
    • B01F25/4331—Mixers with bended, curved, coiled, wounded mixing tubes or comprising elements for bending the flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30—Micromixers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0654—Lenses; Optical fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0867—Multiple inlets and one sample wells, e.g. mixing, dilution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887—Laminated structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1827—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using resistive heater
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/08—Optical fibres; light guides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Optical Measuring Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 용액 성분 분석을 위한 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 혼합채널, 반응채널과 측정채널을 연속적인 미세한 홈으로 하나의 기판에 형성시켜 용액 성분 분석을 위한 소자를 구현함으로써, 소형화시킬 수 있으며, 이동하여 신속히 시료를 분석할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 용액 성분 분석을 위한 소자의 측정채널과 광섬유 사이에 투명한 실리콘 산화막을 형성함으로써, 광섬유 삽입이 용이하게 되어 시료 분석을 위한 광학계 구성을 단순화할 수 있는 효과가 있다.
미세 분석 소자, 혼합기, 반응기, 미세 채널

Description

용액 성분 분석을 위한 소자 및 그의 제조 방법 {Device for analyzing solution component and method of manufacturing the same}
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 측정채널과 광섬유를 이용하여 시료 용액의 성분 및 농도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면
도 5a 내지 5d는 본 발명에 따른 용액 성분 분석을 위한 소자의 제조 공정도
도 6a와 6b는 측정채널과 광섬유 삽입홈 사이에 투명한 실리콘 산화막(SiO2)이 형성되는 과정을 도시한 일부 확대 평면도
도 7은 본 발명에 따라 광섬유 삽입홈에 광섬유가 삽입되는 상태를 확대한 평면도
도 8은 본 발명에 따른 용액 성분 분석을 위한 소자의 반응채널이 존재하는 영역에 대응되는 기판 하부에 마이크로 히터와 온도 센서가 형성된 상태를 도시한 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100,200,210 : 기판 110 : 시료주입구
115,140,141,142 : 미세채널 120 : 혼합채널
130 : 반응채널
145 : 실리콘 막 146 : 실리콘 산화막
150 : 배출구
161,162,171,172,202a,202b : 광섬유 삽입홈
171,172,301,302 : 광섬유 181 : 광원
182 : 수광부 191 : 자외선 경화성 투명 에폭시
201 : 홈 211,212 : 관통 홀(hole)
500 : 마이크로 히터 501 : 온도 센서
본 발명은 용액 성분 분석을 위한 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 혼합채널, 반응채널과 측정채널을 연속적인 미세한 홈으로 하나의 기판에 형성시켜 용액 성분 분석을 위한 소자를 구현함으로써, 소형화시킬 수 있으며, 이동하여 신속히 시료를 분석할 수 있는 용액 성분 분석을 위한 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 용액 성분 분석 소자는 비어-람베르트(Beer-Lambert)의 법칙을 이용하여 미지의 용액 성분의 종류를 판별하고, 그 용액 성분의 농도를 측정할 수 있 는 소자이다.
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 되며, 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, 혼합채널, 반응채널과 측정채널을 연속적인 미세한 홈으로 하나의 기판에 형성시켜 용액 성분 분석을 위한 소자를 구현함으로써, 소형화시킬 수 있으며, 실험실 외부의 현장으로 이동하여 신속히 시료를 분석할 수 있는 용액 성분 분석을 위한 소자 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 용액 성분 분석을 위한 소자의 미세 채널과 광섬유 사이에 투명한 실리콘 산화막(SiO2)을 형성하여, 광섬유를 삽입하여 광 전달을 용이하게 함으로써 시료 분석을 위한 광학계 구성을 단순화할 수 있는 용액 성분 분석을 위한 소자 및 그의 제조 방법을 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 미세 채널들과; 상기 미세 채널들에 각각 연결되어 상기 미세 채널 내의 시료들을 혼합시키는 혼합채널과; 상기 혼합채널에서 혼합된 시료를 반응시키는 반응채널과; 상기 반응채널에서 반응된 시료가 측정되는 측정채널과; 상기 측정채널에서 측정이 완료된 시료를 배출시키는 배출구가 기판 상에 홈으로 형성되며,
상기 측정채널은 반응채널과 연결되어 반응된 시료가 입력되는 입력 미세 채널과, 상기 입력 미세 채널을 통한 반응된 시료가 직선형으로 흐를 수 있으며 시료가 흐르는 방향으로 광이 통과되는 직선형 미세 채널과, 상기 직선형 미세 채널을 통과한 시료가 상기 배출구로 출력되는 출력 미세 채널로 구성되며;
상기 직선형 미세 채널의 양단 각각의 기판 상면에는 광섬유 삽입홈들이 구비되고, 이 광섬유 삽입홈들 각각에는 광이 입력 및 출력되는 제 1과 2 광섬유가 삽입 및 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 용액 성분 분석을 위한 소자가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, 제 1 기판 상부에 시료 주입구들, 상기 시료주입구들에 각각 연결되는 미세 채널들, 상기 미세 채널들이 연결된 혼합채널, 상기 혼합채널에 연결된 반응채널, 상기 반응채널에 연결된 측정채널과 상기 측정채널에 연결된 배출구로 이루어진 미세한 홈들과 광섬유를 삽입 및 고정시키는 광섬유 삽입홈을 형성하는 제 1 단계와;
상기 제 1 기판 상부에 용액 주입 및 배출시키기 위한 관통 홀(hole)들이 형성된 제 2 기판을 상기 관통 홀(hole)들이 상기 시료 주입구와 배출구에 각각 대응되도록, 접합하는 제 2 단계와;
상기 광섬유 삽입홈에 각각 제 1과 2 광섬유를 삽입시키는 제 3 단계로 구성된 용액 성분 분석을 위한 소자의 제조 방법이 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(110)과; 상기 시료 주입구들(110)에 각각 연결되어 시료들이 흐를 수 있는 미세 채널들(115)과; 상기 미세 채널들(115)에 각각 연결되어 상기 시료들을 혼합시키는 혼합채널(120)과; 상기 혼합채널(120)에서 혼합된 시료를 반응시키는 반응채널(130)과; 상기 반응채널(130)에서 반응된 시료가 측정되는 측정채널과; 상기 측정채널에서 측정이 완료된 시료를 배출시키는 배출구(150)가 기판(100) 상에 홈으로 형성되며, 상기 측정채널은 반응채널(130)과 연결되어 반응된 시료가 입력되는 입력 미세 채널(141)과, 상기 입력 미세 채널(141)을 통한 반응된 시료가 직선형으로 흐를 수 있으며 시료가 흐르는 방향으로 광이 통과되는 직선형 미세 채널(140)과, 상기 직선형 미세 채널(140)을 통과한 시료가 상기 배출구(150)로 출력되는 출력 미세 채널(142)로 구성되며; 상기 직선형 미세 채널(140)의 양단 각각의 기판 상면에는 광섬유 삽입홈들(161,162)이 구비되고, 이 광섬유 삽입홈들(161,162) 각각에는 광이 입력 및 출력되는 제 1과 2 광섬유가 삽입 및 고정되어 있다.
이때, 상기 직선형 미세 채널들(140)은 직선형 미세 채널의 길이를 달리하여 다수한 직선형 미세 채널들로 서로 연결된 구조를 갖는다.
이렇게 함으로써 측정 시료의 광 흡수가 크고, 측정채널의 길이가 긴 경우 측정 시료 용액에 입사된 광이 시료 용액에 의해 모두 흡수되어 수광부에서 광 세기의 변화를 측정할 수 없게 된다.
이 경우 광 흡수 정도를 낮추기 위해 직선형 미세 채널(140) 길이가 보다 짧은 것을 선택하여 광 흡수에 따른 광 세기 변화를 측정할 수 있다.
그리고 측정 시료의 광 흡수가 작고, 측정 채널의 길이가 짧은 경우 측정 시료 용액에 입사된 광이 거의 시료 용액에 흡수 되지 않아 수광부에서 광 세기의 변화를 측정할 수 없게 된다.
이 경우 광 흡수 정도를 높이기 위해 직선형 미세 채널(140) 길이가 보다 긴 것을 선택하여 광 흡수에 따른 광 세기 변화를 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 용액 성분 분석을 위한 소자의 측정채널과 광섬유를 이용하여 시료 용액의 성분 및 농도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 반응채널로부터 반응된 시료를 입력 미세 채널(141)에서 입력받고, 상기 입력 미세 채널(141)을 통과한 반응된 시료가 직선형 미세 채널(140)에서 직선으로 흐를 때, 광원(181)에서 조사된 광이 제 1 광섬유(171)를 통과하여 직선형 미세 채널(140)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(172)에서는 시료를 통과한 광을 입력받아, 수광부(182)로 전달하는데, 수광부(182)는 수광 센서 또는 스펙트로미터로 이루어져 시료를 통과한 광의 파장에 따른 광의 세기의 변화를 측정하게 된다.
그 후, 상기 직선형 미세 채널(140)에서 측정이 완료된 시료는 출력 미세 채널(142)을 통하여 배출구로 배출된다.
도 5a 내지 5d는 본 발명에 따른 용액 성분 분석을 위한 소자의 제조 공정도로서, 먼저, 제 1 기판(200)을 준비하고(도 5a), 상기 제 1 기판(200) 상부에 시료 주입구들, 상기 시료주입구들에 각각 연결되는 미세 채널들, 상기 미세채널들이 연결된 혼합채널, 상기 혼합채널에 연결된 반응채널, 상기 반응채널에 연결된 측정채널과 상기 측정채널에 연결된 배출구로 이루어진 凹 형상의 미세 채널 홈들(201)과 광섬유를 삽입 및 고정시키는 凹 형상의 광섬유 삽입홈(202a,202b)을 함께 형성한다.(도 5b)
이 때, 상기 제 1 기판(200)은 실리콘 기판이며, 상기 미세 채널 홈들(201)과 광섬유 삽입홈(202a,202b)은 실리콘 딥 식각(Deep etching) 기술을 이용하여 실리콘 기판을 수직으로 식각하여 형성된다.
그 후, 상기 도 5b의 공정이 수행된 제 1 기판(200) 상부에 용액주입 및 배출시키기 위한 관통홀들(211,212)이 형성된 제 2 기판(210)을 상기 관통홀들(211,212)이 상기 제 1 기판(200)의 시료 주입구와 배출구의 미세 채널 홈들에 각각 대응되도록, 접합한다.(도 5c)
여기서, 상기 제 2 기판(210)은 유리 또는 PDMS(polydimethylsiloxane)를 사용할 수 있으며, 상기 제 2 기판(210)이 유리 기판인 경우 상기 제 1 기판(200)과의 접합은 양극접합(Anodic bonding) 방법으로 접합하며, 미세 채널의 홈들(201) 내부로 시료가 흐르도록 접합한다.
그 다음, 상기 광섬유 삽입홈(202a,202b)에 각각 제 1과 2 광섬유(301,302)를 삽입시킨다.(도 5d)
도 6a와 6b는 측정채널과 광섬유 삽입홈이 형성되는 과정을 도시한 일부 확대 평면도로서, 본 발명에 따른 용액 성분 분석을 위한 소자의 기판(100)이 실리콘 기판인 경우, 도 6a는 실리콘 기판을 딥 식각 기술을 사용하여 실리콘 기판을 수직으로 식각하여 직선형 미세채널(140), 입력 미세 채널(141)과 광섬유 삽입홈(161)을 형성한 상태를 나타낸다.
여기서, 상기 직선형 미세채널(140)과 광섬유 삽입홈(161) 사이에는 수 마이크미터 두께(d)의 실리콘 막(145)이 형성되어 있다.
이런, 실리콘 막(145)은 가시광 대역에서 광 투과도가 매우 작기 때문에 광섬유에서 나온 광이 직선형 미세채널(140)로 전달되는 과정에서 광 손실이 증가되는 문제가 발생한다.
전술된 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 실리콘 막(145)을 가시광 대역에서 투과도가 높은 투명한 막으로 만들기 위해서 실리콘 기판을 산화시켰다.
그러므로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판의 산화는 직선형 미세채널(140) 및 광섬유 삽입홈(161) 안쪽에 실리콘 산화막(146)이 형성됨과 동시에, 상기 실리콘 막 (145)이 실리콘 산화막(SiO2)(146)으로 변환된다.
따라서, 직선형 미세채널(140)과 광섬유 삽입홈(161) 사이에는 가시광 대역에서 투과도가 높은 투명막을 형성할 수 있게 된다.
또한, 투명한 실리콘 산화막(146)은 직선형 미세채널(140)에 흐르는 시료 용액이 광섬유쪽으로 유출되는 것을 막고, 광섬유에서 나온 광이 원활하게 직선형 미세채널(140)쪽으로 전달될 수 있도록 하는 역할을 수행하게 된다.
도 7은 본 발명에 따라 광섬유 삽입홈에 광섬유가 삽입되는 상태를 확대한 평면도로서, 투명한 실리콘 산화막(146)의 두께는 수 마이크로미터 크기로 이루어 졌기 때문에, 실리콘 산화막 형성시 막 스트레스에 의한 변형이 발생할 수 있다.
이러한 변형을 최소하기 위해 광섬유의 광 전달에 영향이 없는 범위 내에서 광섬유 방향으로 형성된 투명한 실리콘 산화막(146)의 개구 면적은 가능한 작게 한다.
또한, 광섬유 삽입홈(161)에 광섬유(171)를 삽입한 후, 직선형 미세채널(140)에 흐르는 시료 용액의 압력에 의해 얇은 투명한 실리콘 산화막(146)의 깨짐 방지 및 실리콘 산화막(146)과 광섬유(171) 사이의 프레넬(Fresnel) 반사를 최소화하기 위해 투명 실리콘 산화막(146)과 광섬유(171) 사이에 자외선 경화성 투명 에폭시(191)를 채워 넣는다.
도 8은 본 발명에 따른 용액 성분 분석을 위한 소자의 반응채널이 존재하는 영역에 대응되는 기판 하부에 마이크로 히터와 온도 센서의 형성된 상태를 도시한 단면도로서, 반응채널(130) 내에서 시료 용액을 일정 온도로 유지함으로써 화학적 반응이 보다 잘 이루어질 수 있도록, 반응채널(130)이 존재하는 영역에 대응되는 기판(200) 하부에는 마이크로 히터(Heater)(500)와 더불어, 온도 센서(501)를 더 형성한다.
상기 반응채널은 미세한 채널로 이루어져 있기 때문에, 혼합된 시료 용액이 충분히 반응하기 전에 반응기를 빠져나가 측정채널로 진행하여 측정되어질 수 있기 때문에, 반응채널을 통과하는 시료 용액이 짧은 시간 내에 충분히 화학적 반응이 이루어질 수 있도록 기판(200) 하부에 마이크로 히터(500)를 제작하고, 마이크로 히터(500)의 온도를 제어하기 위한 온도 센서(501)를 함께 제작한다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 용액 성분 분석을 위한 소자는 혼합채널, 반응채널과 측정채널이 연속적으로 이루어져 있기 때문에, 미세 분석 장치의 크기를 상당히 줄일 수 있는 장점이 있다.
그리고, 측정채널과 광섬유 사이에 투명한 실리콘 산화막을 형성함으로써, 광섬유를 삽입하여 광 전달을 용이하게 함으로써 시료 분석을 위한 광학계 구성을 단순화할 수 있는 장점이 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 혼합채널, 반응채널과 측정채널을 연속적인 미세한 홈으로 하나의 기판에 형성시켜 용액 성분 분석을 위한 소자를 구현함으로써, 소형화시킬 수 있으며, 이동하여 신속히 시료를 분석할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 용액 성분 분석을 위한 소자의 측정채널과 광섬유 사이에 투명한 실리콘 산화막을 형성함으로써, 광섬유 삽입이 용이하게 되어 시료 분석을 위한 광학계 구성을 단순화할 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 (11)

  1. 복수개의 시료 주입구들과; 상기 시료 주입구들에 각각 연결되어 시료들이 흐를 수 있는 미세 채널들과; 상기 미세 채널들에 각각 연결되어 상기 미세채널 내의 시료들을 혼합시키는 혼합채널과; 상기 혼합채널에서 혼합된 시료를 반응시키는 반응채널과; 상기 반응채널에서 반응된 시료가 측정되는 측정채널과; 상기 측정채널에서 측정이 완료된 시료를 배출시키는 배출구가 기판 상에 홈으로 형성되며,
    상기 측정채널은 반응채널과 연결되어 반응된 시료가 입력되는 입력 미세 채널과, 상기 입력 미세 채널을 통한 반응된 시료가 직선형으로 흐를 수 있으며 시료가 흐르는 방향으로 광이 통과되는 직선형 미세 채널과, 상기 직선형 미세 채널을 통과한 시료가 상기 배출구로 출력되는 출력 미세 채널로 구성되며;
    상기 직선형 미세 채널의 양단 각각의 기판 상면에는 광섬유 삽입홈들이 구비되고, 이 광섬유 삽입홈들 각각에는 광이 입력 및 출력되는 제 1과 2 광섬유가 삽입 및 고정되어 있으며, 상기 측정채널과 광섬유 삽입홈 사이에는 투명한 산화막이 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 특징으로 하는 용액 성분 분석을 위한 소자.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명한 실리콘 산화막과 광섬유 사이에 자외선 경화성 투명 에폭시가 채워져 있는 것을 특징으로 하는 용액 성분 분석을 위한 소자.
  5. 제 1 항, 제 2 항과 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응채널이 존재하는 영역에 대응되는 기판 하부에는 마이크로 히터(Heater)와 온도 센서가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용액 성분 분석을 위한 소자.
  6. 제 1 항, 제 2 항과 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 상부에, 상기 시료 주입구와 배출구에 각각 대응되는 관통 홀들이 형성된 다른 기판이 더 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 용액 성분 분석을 위한 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 직선형 미세 채널은 서로 다른 길이의 다수의 직선형 미세 채널들이
    연속적으로 연결된 것을 특징으로 하는 용액 성분 분석을 위한 소자
  8. 제 1 기판 상부에 시료 주입구들, 상기 시료주입구들에 각각 연결되는 미세 채널들, 상기 미세채널들이 합쳐져 연결되는 혼합채널, 상기 혼합채널에 연결된 반응채널, 상기 반응채널에 연결된 측정채널과 상기 측정채널에 연결된 배출구로 이루어진 미세한 홈들과 광섬유를 삽입 및 고정시키는 광섬유 삽입홈을 형성하는 제 1 단계와;
    상기 제 1 기판 상부에 용액주입 및 배출시키기 위한 관통 홀들이 형성된 제 2 기판을 상기 관통 홀들이 상기 시료 주입구와 배출구에 각각 대응되도록, 접합하는 제 2 단계와;
    상기 광섬유 삽입홈에 각각 제 1과 2 광섬유를 삽입시키는 제 3 단계로 구성된 용액 성분 분석을 위한 소자의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    제 1 단계에서,
    상기 측정채널은 반응채널과 연결되어 반응된 시료가 입력되는 입력 미세 채널과, 상기 입력 미세 채널을 통한 반응된 시료가 직선형으로 흐를 수 있으며 시료가 흐르는 방향으로 광이 통과되는 직선형 미세 채널과, 상기 직선형 미세 채널을 통과한 시료가 상기 배출구로 출력되는 출력 미세 채널로 구성되며;
    상기 직선형 미세 채널의 양단 각각의 기판 상면에 광섬유 삽입홈들을 형성 하는 것을 특징으로 하는 용액 성분 분석을 위한 소자의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    제 1 단계에서,
    상기 측정채널과 광섬유 삽입홈 사이에는 실리콘 막이 형성되며,
    상기 제 1 단계에는,
    실리콘 막을 산화시켜 투명한 실리콘 산화막으로 형성하는 공정이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 용액 성분 분석을 위한 소자의 제조 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    제 2 단계에서,
    상기 제 2 기판은 유리 또는 PDMS(polydimethylsiloxane)기판을 사용할 수 있으며,
    상기 제 2 기판이 유리 기판인 경우, 제 1 기판과 제 2 기판을 양극 접합(Anodic bonding)하는 것을 특징으로 하는 용액 성분 분석을 위한 소자 제조 방법.
KR1020030098927A 2003-12-29 2003-12-29 용액 성분 분석을 위한 소자 및 그의 제조 방법 KR100703889B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030098927A KR100703889B1 (ko) 2003-12-29 2003-12-29 용액 성분 분석을 위한 소자 및 그의 제조 방법
US10/977,757 US7050163B2 (en) 2003-12-29 2004-10-28 Apparatus for solution component analysis and fabricating method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030098927A KR100703889B1 (ko) 2003-12-29 2003-12-29 용액 성분 분석을 위한 소자 및 그의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050067894A KR20050067894A (ko) 2005-07-05
KR100703889B1 true KR100703889B1 (ko) 2007-04-05

Family

ID=34698664

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030098927A KR100703889B1 (ko) 2003-12-29 2003-12-29 용액 성분 분석을 위한 소자 및 그의 제조 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7050163B2 (ko)
KR (1) KR100703889B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101033206B1 (ko) 2009-07-22 2011-05-06 광주과학기술원 타겟 포획을 위한 미세 유체 채널과 미세 유체 장치 및 이를 포함하는 미세 유체 분석 시스템
KR102118562B1 (ko) * 2020-02-13 2020-06-03 포항공과대학교 산학협력단 다중 흡광 검출 장치, 및 다중 흡광 검출 방법
KR20220090972A (ko) 2020-12-23 2022-06-30 한라대학교산학협력단 휴대용 용액 성분 측정기

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100574781B1 (ko) * 2004-12-23 2006-04-28 전자부품연구원 용액 성분 분석을 위한 소자
EP2404160A4 (en) * 2009-03-07 2012-08-22 Hewlett Packard Development Co ANALYSIS DEVICE AND DETECTION METHOD USING THE DEVICE
CN103055980A (zh) * 2012-12-31 2013-04-24 苏州汶颢芯片科技有限公司 一种基于微/纳结构的微流控反应芯片及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5757482A (en) 1995-04-20 1998-05-26 Perseptive Biosystems, Inc. Module for optical detection in microscale fluidic analyses
US6323042B1 (en) 1997-04-28 2001-11-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Microcapillary-based flow-through immunosensor and displacement immunoassay using the same
US20010045358A1 (en) 2000-03-27 2001-11-29 Kopf-Sill Anne R. Ultra high throughput microfluidic analytical systems and methods
KR20030010255A (ko) * 2001-07-26 2003-02-05 재단법인 포항산업과학연구원 크롬 3가와 크롬 6가의 동시 분석 방법 및 분석용 기판

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6875619B2 (en) * 1999-11-12 2005-04-05 Motorola, Inc. Microfluidic devices comprising biochannels
US7351376B1 (en) * 2000-06-05 2008-04-01 California Institute Of Technology Integrated active flux microfluidic devices and methods

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5757482A (en) 1995-04-20 1998-05-26 Perseptive Biosystems, Inc. Module for optical detection in microscale fluidic analyses
US6323042B1 (en) 1997-04-28 2001-11-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Microcapillary-based flow-through immunosensor and displacement immunoassay using the same
US20010045358A1 (en) 2000-03-27 2001-11-29 Kopf-Sill Anne R. Ultra high throughput microfluidic analytical systems and methods
KR20030010255A (ko) * 2001-07-26 2003-02-05 재단법인 포항산업과학연구원 크롬 3가와 크롬 6가의 동시 분석 방법 및 분석용 기판

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WO2003078979 A1 ERROR

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101033206B1 (ko) 2009-07-22 2011-05-06 광주과학기술원 타겟 포획을 위한 미세 유체 채널과 미세 유체 장치 및 이를 포함하는 미세 유체 분석 시스템
KR102118562B1 (ko) * 2020-02-13 2020-06-03 포항공과대학교 산학협력단 다중 흡광 검출 장치, 및 다중 흡광 검출 방법
KR20220090972A (ko) 2020-12-23 2022-06-30 한라대학교산학협력단 휴대용 용액 성분 측정기

Also Published As

Publication number Publication date
KR20050067894A (ko) 2005-07-05
US20050140972A1 (en) 2005-06-30
US7050163B2 (en) 2006-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Steigert et al. Fully integrated whole blood testing by real-time absorption measurement on a centrifugal platform
US7095010B2 (en) Silicon on insulator resonator sensors and modulators and method of operating the same
Fletcher et al. Monitoring of chemical reactions within microreactors using an inverted Raman microscopic spectrometer
US7933012B2 (en) Microfluidic chip apparatuses, systems and methods having fluidic and fiber optic interconnections
JP4566456B2 (ja) 微量液体制御機構および微量液体制御方法
US7391936B2 (en) Microfluidic sensors and methods for making the same
US20050175273A1 (en) Microchip, method of manufacturing microchip, and method of detecting compositions
US20090268548A1 (en) Microfluidic systems, devices and methods for reducing diffusion and compliance effects at a fluid mixing region
KR101766283B1 (ko) 수질분석용 마이크로 유체칩 및 이의 제조 방법
US20090097808A1 (en) Fluid waveguide and uses thereof
TWI490472B (zh) 分析器及使用該分析器之感測方法
Manor et al. Microfabrication and characterization of liquid core waveguide glass channels coated with Teflon AF
KR100703889B1 (ko) 용액 성분 분석을 위한 소자 및 그의 제조 방법
WO2006006113A1 (en) Microlaboratory for biological fluids analysis using white light illumnation
US20060034736A1 (en) Microreactor
EP1640704B1 (en) Unit for measuring absorbance
US11644408B2 (en) Optical cell and methods of manufacturing an optical cell
KR100574781B1 (ko) 용액 성분 분석을 위한 소자
Jia et al. A spectIR-fluidic reactor for monitoring fast chemical reaction kinetics with on-chip attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy
US20140099703A1 (en) Capillary Waveguide Cuvette
US7224449B2 (en) Optical fluidic system with a capillary having a drilled through hole
Domachuk et al. Towards an integrated optofluidic diffractive spectrometer
US20240045156A1 (en) Structure including grating coupler with optofluidic grating channels
KR100782351B1 (ko) 마이크로 분석 소자와 패키지 및 그의 제조방법
US11536665B2 (en) Absorbance-based colorimetric device system

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130111

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131231

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150109

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151224

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161229

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171207

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190304

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200115

Year of fee payment: 14