KR100782351B1 - Device and package for analyzing solution component and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 분석 소자와 패키지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 마이크로 압전 펌프를 구비하여 용액을 빠르게 반응채널홈으로 흐르게 하여 용액 분석 속도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a microanalytical device, a package, and a method for manufacturing the same, and includes a micro piezoelectric pump, thereby allowing a solution to flow quickly into a reaction channel groove, thereby increasing a solution analysis speed.
또한,본 발명은 마이크로 분석 소자를 패키지 바디에 간단한 삽입 공정만 수행하더라도 패키징되어, 조립공정을 단순화시킬 수 있게, 주입구의 개수를 가변시키고 반응채널홈의 길이 및 구조를 가변시켜 설계된 다양한 형태의 마이크로 분석 소자를 용도에 따라 쉽게 패키지할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention is packaged even if a simple insertion process of the microanalysis device into the package body, so that the assembly process can be simplified, by varying the number of injection holes and by varying the length and structure of the reaction channel grooves of various types of micro designed The analytical device can be easily packaged according to the application.
더불어, 본 발명은 마이크로 분석 소자와 패키지 바디에 돌출부와 삽입홈을 구비시켜, 패키지 바디의 광원 및 광 검출기와 마이크로 분석 소자의 광섬유들의 광학적인 정렬을 우수히 할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention is provided with protrusions and insertion grooves in the microanalyzing device and the package body, so that the optical alignment of the light source of the package body and the optical fibers of the photo detector and the microanalyzing device is excellent.
마이크로, 분석, 소자, 패키지, 펌프, 용액, 삽입 Micro, analysis, device, package, pump, solution, insert
Description
도 1은 종래 기술에 따른 용액 성분 분석 장치의 개략적인 구성도1 is a schematic configuration diagram of a solution component analysis apparatus according to the prior art
도 2는 종래 기술에 따른 용액 성분 분석 장치에서 측정된 그래프의 예를 간략히 나타낸 도면2 is a view briefly showing an example of a graph measured in a solution component analyzer according to the prior art;
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 분석 소자의 개략적인 단면도3 is a schematic cross-sectional view of a microanalysis element according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 분석 소자의 하부기판을 개략적으로 도시한 평면도4 is a plan view schematically showing a lower substrate of a microanalysis device according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따라 마이크로 압전 펌프를 설명하기 위한 개략적인 하부 기판의 일부 평면도5 is a partial plan view of a schematic lower substrate for explaining a micro piezoelectric pump according to the present invention;
도 6은 본 발명에 따른 마이크로 분석 소자에 장착되어 있는 마이크로 압전 펌프의 개략적인 일부 단면도6 is a schematic partial cross-sectional view of a micro piezoelectric pump mounted on a microanalysis element according to the present invention.
도 7a 및 7b는 본 발명에 따른 마이크로 압전 펌프의 동작을 설명하기 위한 개략적인 단면도7A and 7B are schematic cross-sectional views for explaining the operation of the micro piezoelectric pump according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 마이크로 압전 펌프에 연결된 채널홈의 개략적인 평면도8 is a schematic plan view of a channel groove connected to a micro piezoelectric pump according to the present invention;
도 9는 본 발명에 따른 마이크로 압전 펌프에 연결된 채널홈의 개략적인 다른 평면도9 is another schematic plan view of a channel groove connected to a micro piezoelectric pump according to the present invention;
도 10은 본 발명에 따른 마이크로 분석 소자의 패키지의 개략적인 구성 배치도10 is a schematic structural layout view of a package of a microanalysis device according to the present invention
도 11은 본 발명에 따른 마이크로 분석 소자의 패키지의 개략적인 구성 배치도11 is a schematic structural layout view of a package of a microanalysis device according to the present invention
도 12는 본 발명에 따른 마이크로 분석 소자와 패키지의 광정렬을 향상시키기 위한 구조에 대하여 설명한 개략적인 단면도12 is a schematic cross-sectional view illustrating a structure for improving optical alignment of a microanalysis device and a package according to the present invention.
도 13은 본 발명에 따른 마이크로 분석 소자와 패키지의 광정렬을 향상시키기 위한 돌출부의 형상을 도시한 개략적인 단면도Figure 13 is a schematic cross-sectional view showing the shape of the protrusion for improving the optical alignment of the microanalysis device and the package according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 하부기판 111,112,113,114 : 주입구홈100: lower substrate 111,112,113,114: inlet groove
121,122,123,124 : 마이크로 압전 펌프 130 : 반응 채널홈121,122,123,124: Micro Piezo Pump 130: Reaction Channel Groove
140 : 측정 채널홈 150 : 배출구홈140: measuring channel groove 150: outlet groove
161,162 : 광섬유 삽입홈 171,172 : 채널홈161,162: Fiber Optic Groove 171,172: Channel Groove
171a,171b,321,322 : 돌출부 171a1,171b1 : 꼭지점171a, 171b, 321,322: protrusions 171a1,171b1: vertices
180 : 용액 저장홈 210 : 접착제180: solution storage groove 210: adhesive
220 : 압전체 300 : 마이크로 분석소자220: piezoelectric 300: micro analysis device
500 : 패키지 바디 510 : 삽입홈500: package body 510: insertion groove
521,522 : 측면홈 531,532 : 볼렌즈Side grooves 531,532 Ball lens
540 : 광원 550 : 광검출기540: light source 550: photodetector
571 : 돌출부 삽입홈571: protrusion insertion groove
본 발명은 마이크로 분석 소자와 패키지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로 압전 펌프를 구비하여 용액을 빠르게 반응채널홈으로 흐르게 하여 용액 분석 속도를 증가시킬 수 있고, 마이크로 분석 소자를 패키지 바디에 간단한 삽입 공정만 수행하더라도 패키징되어, 조립공정을 단순화시킬 수 있는 마이크로 분석 소자와 패키지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microanalytical device, a package, and a method for manufacturing the same. More particularly, the microanalytical device includes a micro piezoelectric pump to quickly flow a solution into a reaction channel groove, thereby increasing a solution analysis rate, and a microanalytical device is packaged. The present invention relates to a microanalysis device, a package, and a method of manufacturing the same, which are packaged even by performing a simple insertion process, thereby simplifying the assembly process.
일반적으로, 다른 성분을 갖는 용액을 혼합하여 반응시키고, 그 반응된 용액의 성분을 분석한다.Generally, a solution having different components is mixed and reacted, and the components of the reacted solution are analyzed.
이러한, 용액을 분석하는 장치는 개발되고 있다.Such a device for analyzing a solution has been developed.
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. 1 is a schematic configuration diagram of a solution component analysis apparatus according to the prior art, comprising: a
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. Here, the
상기 분리된 다파장의 광들은 측정 시료 용액이 채워진 투명 시료 용기(30)를 통과한다. The separated multi-wavelength light passes through the
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. In this case, the light having a plurality of wavelengths passing through the
도 2는 종래 기술에 따른 용액 성분 분석 장치에서 측정된 그래프의 예를 간략히 나타낸 도면으로서, 시료 용액에 의해서 특정 파장 대역의 광이 광 흡수되어 광세기가 'a'와 같이 하락되는 변화를 수광부(50)에 의해서 측정된다. FIG. 2 is a view schematically illustrating an example of a graph measured by a solution component analyzer according to the related art, in which light of a specific wavelength band is absorbed by a sample solution and thus the light intensity decreases as 'a'. 50).
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.Here, the pattern of the light absorption spectrum may appear in a more complex form according to the sample solution, and the component and the concentration in the sample solution may be determined using the pattern of the light absorption spectrum and the light intensity change of the pattern.
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. Since the conventional solution component analysis device is composed of a light source, a monochromator, a sample container, a light receiving sensor, and the like, the volume and weight of the measuring device are increased, and thus the mobility of the device is not easy. have.
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 위 한 촉매 첨가물을 혼합하고 반응시키기 위한 혼합기 또는 반응기가 별도로 요구되어지며, 때로는 측정 시료 용액만을 별도로 분리하기 위한 분리기 등의 장비들이 추가로 요구되는 경우가 있다.In addition, a mixer or reactor for mixing and reacting the additives for adjusting the acidity (pH) of the sample solution or the catalyst additives for promoting the reaction to prepare a sample solution for measuring the component and its concentration in the solution. Separately required, sometimes additional equipment, such as a separator, is used to separate only the measurement sample solution separately.
그러므로, 용액 성분 분석 장치가 설치된 실험실 외부의 현장에서 용액을 채취하여, 즉시 성분을 분석할 수 없고, 성분을 분석하는데는 상당한 시간이 소요된다는 문제점이 있다.Therefore, there is a problem in that a solution is taken at a site outside a laboratory where a solution component analyzer is installed, and the component cannot be analyzed immediately, and it takes a considerable time to analyze the component.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 마이크로 압전 펌프를 구비하여 용액을 빠르게 반응채널홈으로 흐르게 하여 용액 분석 속도를 증가시킬 수 있는 마이크로 분석 소자와 패키지 및 그의 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a microanalytical device, a package, and a method of manufacturing the same, including a micro piezoelectric pump, allowing a solution to flow quickly into a reaction channel groove to increase a solution analysis speed. There is this.
본 발명의 다른 목적은 마이크로 분석 소자를 패키지 바디에 간단한 삽입 공정만 수행하더라도 패키징되어, 조립공정을 단순화시킬 수 있게, 주입구의 개수를 가변시키고 반응채널홈의 길이 및 구조를 가변시켜 설계된 다양한 형태의 마이크로 분석 소자를 용도에 따라 쉽게 패키지할 수 있는 마이크로 분석 소자와 패키지 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is packaged even if the microanalysis device is carried out in a simple insertion process to the package body, so that the assembly process can be simplified, the number of injection holes is varied and the length and structure of the reaction channel grooves are designed in various forms The present invention provides a microanalysis device, a package, and a method of manufacturing the microanalysis device that can be easily packaged according to a use.
본 발명의 또 다른 목적은 마이크로 분석 소자와 패키지 바디에 돌출부와 삽입홈을 구비시켜, 패키지 바디의 광원 및 광 검출기와 마이크로 분석 소자의 광섬유들의 광학적인 정렬을 우수히 할 수 있는 마이크로 분석 소자와 패키지 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a microanalysis device and a package body with protrusions and insertion grooves, so that the optical analysis of the optical source of the optical source of the light source and the photo detector and the microanalysis device of the package body and the package and It is to provide a manufacturing method thereof.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 1 양태(樣態)는, A first preferred aspect for achieving the above objects of the present invention is
복수개의 용액들이 주입되는 주입구홈들과; 상기 주입구홈들에 각각 연결되어 용액들을 펌핑(Pumping)하는 마이크로 압전 펌프들과; 상기 마이크로 압전 펌프들과 연결되어 상기 마이크로 압전 펌프들에서 펌핑된 용액들을 혼합하고 반응시키는 반응채널홈과; 상기 반응채널홈에서 반응된 용액이 흐르고, 이 흐르는 용액에 광이 통과되는 측정채널홈과; 상기 측정채널홈에서 통과된 용액을 배출시키는 배출구홈과; 상기 측정채널홈 양단 각각에 형성된 광섬유 삽입홈들이 상부에 형성되어 있고, 상기 광섬유 삽입홈들 각각에 삽입되어 고정되어 있는 제 1과 2 광섬유를 갖는 하부기판과,Injection hole grooves into which a plurality of solutions are injected; Micro piezoelectric pumps respectively connected to the inlet grooves to pump solutions; A reaction channel groove connected to the micro piezoelectric pumps to mix and react the solutions pumped in the micro piezoelectric pumps; A measurement channel groove in which the solution reacted in the reaction channel groove flows and light passes through the flowing solution; A discharge groove for discharging the solution passed through the measurement channel groove; A lower substrate having first and second optical fibers inserted in and fixed to each of the optical fiber insertion grooves, the optical fiber insertion grooves formed at both ends of the measurement channel grooves;
상기 하부기판 상부에 본딩되어 있으며, 상기 주입구홈들 및 배출구홈과 대응되는 관통홀들이 형성되어 있는 상부기판을 포함하여 구성된 마이크로 분석 소자가 제공된다.The microanalysis device is bonded to an upper portion of the lower substrate and includes an upper substrate having through holes corresponding to the inlet grooves and the outlet grooves.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 2 양태(樣態)는, A second preferred aspect for achieving the above objects of the present invention is
일측이 개방된 삽입홈이 형성되어 있고, 이 홈 내측 양측단에 측면홈이 각각 형성되어 있고, 각각의 측면홈에 볼렌즈가 장착되어 있고, 상기 볼렌즈 각각과 광학적으로 정렬된 광원 및 광 검출기가 구비되어 있는 패키지 바디와,A light source and a photo detector, each having an opening formed at one side thereof, having side grooves formed at both ends of the groove, and having ball lenses mounted at respective side grooves, optically aligned with the ball lenses, respectively. The package body is provided with,
상기 패키지 바디의 삽입홈에 삽입되어 고정된 마이크로 분석 소자를 포함하 여 구성되며, It is configured to include a micro analysis element fixed to the insertion groove of the package body,
상기 마이크로 분석소자는,The micro analysis device,
복수개의 용액들이 주입되는 주입구홈들과; 상기 주입구홈들에 각각 연결되어 용액들을 펌핑(Pumping)하는 마이크로 압전 펌프들과; 상기 마이크로 압전 펌프들과 연결되어 상기 마이크로 압전 펌프들에서 펌핑된 용액들을 혼합하고 반응시키는 반응채널홈과; 상기 반응채널홈에서 반응된 용액이 흐르고, 이 흐르는 용액에 광이 통과되는 측정채널홈과; 상기 측정채널홈에서 통과된 용액을 배출시키는 배출구홈과; 상기 측정채널홈 양단 각각에 형성된 광섬유 삽입홈들이 상부에 형성되어 있고, 상기 광섬유 삽입홈들 각각에 삽입되어 고정되어 있는 제 1과 2 광섬유를 갖는 하부기판과, 상기 하부기판 상부에 본딩되어 있으며, 상기 주입구홈들 및 배출구홈과 대응되는 관통홀들이 형성되어 있는 상부기판을 포함하여 구성되고,Injection hole grooves into which a plurality of solutions are injected; Micro piezoelectric pumps respectively connected to the inlet grooves to pump solutions; A reaction channel groove connected to the micro piezoelectric pumps to mix and react the solutions pumped in the micro piezoelectric pumps; A measurement channel groove in which the solution reacted in the reaction channel groove flows and light passes through the flowing solution; A discharge groove for discharging the solution passed through the measurement channel groove; Optical fiber insertion grooves formed at both ends of the measurement channel grooves are formed at an upper portion thereof, and are bonded to an upper portion of the lower substrate having first and second optical fibers fixedly inserted into and respectively fixed to the optical fiber insertion grooves, And an upper substrate having through holes corresponding to the inlet grooves and the outlet grooves,
상기 마이크로 분석 소자의 제 1과 2 광섬유가 상기 볼렌즈와 광학적으로 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 분석 소자 패키지가 제공된다.A first and second optical fibers of the microanalysis device are optically aligned with the ball lens. A microanalysis device package is provided.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 3 양태(樣態)는, A third preferred aspect for achieving the above objects of the present invention is
일측이 개방된 삽입홈이 형성되어 있고, 이 홈 내측 양측단에 측면홈이 각각 형성되어 있고, 각각의 측면홈에 볼렌즈가 장착되어 있고, 상기 볼렌즈 각각과 광학적으로 정렬된 광원 및 광 검출기가 구비되어 있는 패키지 바디를 준비하는 단계와;A light source and a photo detector, each having an opening formed at one side thereof, having side grooves formed at both ends of the groove, and having ball lenses mounted at respective side grooves, optically aligned with the ball lenses, respectively. Preparing a package body is provided;
복수개의 용액들이 주입되는 주입구홈들과; 상기 주입구홈들에 각각 연결되 어 용액들을 펌핑(Pumping)하는 마이크로 압전 펌프들과; 상기 마이크로 압전 펌프들과 연결되어 상기 마이크로 압전 펌프들에서 펌핑된 용액들을 혼합하고 반응시키는 반응채널홈과; 상기 반응채널홈에서 반응된 용액이 흐르고, 이 흐르는 용액에 광이 통과되는 측정채널홈과; 상기 측정채널홈에서 통과된 용액을 배출시키는 배출구홈과; 상기 측정채널홈 양단 각각에 형성된 광섬유 삽입홈들이 상부에 형성되어 있고, 상기 광섬유 삽입홈들 각각에 삽입되어 고정되어 있는 제 1과 2 광섬유를 갖는 하부기판과, 상기 하부기판 상부에 본딩되어 있으며, 상기 주입구홈들 및 배출구홈과 대응되는 관통홀들이 형성되어 있는 상부기판을 포함하여 구성된 마이크로 분석 소자를 준비하는 단계와;Injection hole grooves into which a plurality of solutions are injected; Micro piezoelectric pumps connected to the inlet grooves to pump solutions, respectively; A reaction channel groove connected to the micro piezoelectric pumps to mix and react the solutions pumped in the micro piezoelectric pumps; A measurement channel groove in which the solution reacted in the reaction channel groove flows and light passes through the flowing solution; A discharge groove for discharging the solution passed through the measurement channel groove; Optical fiber insertion grooves formed at both ends of the measurement channel grooves are formed at an upper portion thereof, and are bonded to an upper portion of the lower substrate having first and second optical fibers fixedly inserted into and respectively fixed to the optical fiber insertion grooves, Preparing a micro analysis device including an upper substrate having through holes corresponding to the inlet grooves and the outlet grooves;
상기 마이크로 분석 소자를 제 1과 2 광섬유가 상기 볼렌즈와 광학적으로 정렬되도록, 패키지 바디의 삽입홈에 삽입시키는 단계를 포함하여 구성된 마이크로 분석 소자 패키지 제조 방법이 제공된다.A method for manufacturing a microanalysis device package is provided, comprising inserting the microanalysis device into an insertion groove of a package body such that first and second optical fibers are optically aligned with the ball lens.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 분석 소자의 개략적인 단면도로서, 상부에 용액이 흘러 혼합되고 반응할 수 있는 채널홈과 이 혼합된 용액에 광을 통과시킬 수 있는 채널홈이 형성된 하부기판(100)과; 상기 하부기판(100) 상부에 접합되어 있는 상부기판(200)으로 구성된다.3 is a schematic cross-sectional view of a microanalysis device according to the present invention, in which a channel groove through which a solution flows and is mixed and reacts with a channel groove through which light passes through the mixed solution is formed. and; The
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 분석 소자의 하부기판을 개략적으로 도시한 평면도로서, 복수개의 용액들이 주입되는 주입구홈들(111,112,113,114)과; 상기 주입구홈들(111,112,113,114)에 각각 연결되어 용액들을 펌핑(Pumping)하는 마이크로 압전 펌프들(121,122,123,124)과; 상기 마이크로 압전 펌프들(121,122,123,124)과 연결되어 상기 마이크로 압전 펌프들(121,122,123,124)에서 펌핑된 용액들을 혼합하고 반응시키는 반응채널홈(130)과; 상기 반응채널홈(130)에서 반응된 용액이 흐르고, 이 흐르는 용액에 광이 통과되는 측정채널홈(140)과; 상기 측정채널홈(140)에서 통과된 용액을 배출시키는 배출구홈(150)과; 상기 측정채널홈(140) 양단 각각에 형성된 광섬유 삽입홈들(161,162)이 하부기판의 상부에 형성되어 있다.4 is a plan view schematically illustrating a lower substrate of a microanalysis device according to the present invention, including
그리고, 상기 광섬유 삽입홈들(161,162) 각각에 제 1과 2 광섬유(181,182)가 삽입되어 고정되어 있다.The first and second
한편, 상기 하부기판 상부에 본딩되는 상부기판에는, 상기 주입구홈들(111,112,113,114) 및 배출구홈(150)과 대응되는 관통홀들이 형성되어 있다.Meanwhile, through holes corresponding to the
그러므로, 본 발명의 마이크로 분석 소자는 마이크로 압전 펌프를 구비하여 용액을 빠르게 반응채널홈으로 흐르게 하여 용액 분석 속도를 증가시킬 수 있는 장점이 있다.Therefore, the microanalysis device of the present invention has an advantage of increasing the solution analysis rate by quickly flowing the solution into the reaction channel groove with a micro piezoelectric pump.
도 5는 본 발명에 따라 마이크로 압전 펌프를 설명하기 위한 개략적인 하부 기판의 일부 평면도로서, 마이크로 압전 펌프는 하부기판(100)에 형성되며, 일측이 주입구홈에 연결되고, 타측이 반응채널홈에 연결된 용액 저장홈(180)과; 상기 용액 저장홈(180) 상부에 있는 상부기판 영역과; 상기 상부기판 영역 상부에 형성된 압 전막으로 구성된다.5 is a partial plan view of a schematic lower substrate for explaining the micro piezoelectric pump according to the present invention, the micro piezoelectric pump is formed in the
여기서, 상기 압전막은 접착제를 이용하여 상기 상부기판 영역 상부에 본딩된 압전체(220)로 구성할 수 있다.The piezoelectric film may be formed of a
그리고, 상기 용액 저장홈(180) 일측은 도 4에 도시된 주입구홈들(111,112,113,114)과 채널홈(171)으로 연결되어 있고, 타측은 반응채널홈(130)과 채널홈(172)으로 연결되어 있다.In addition, one side of the
또한, 상기 상부기판은 탄성력이 있는 물질로 이루어진 것이 바람직하고, 이의 물질로는 글래스(Glass)가 바람직하다.In addition, the upper substrate is preferably made of a material having an elastic force, the material of which is preferably glass (Glass).
즉, 상기 상부기판이 탄성력이 있는 물질로 이루어져 있어야, 상기 압전막의 변형(수축 및 팽창)에 따라 상부기판이 동일한 변형이 발생되어, 펌프의 기능을 수행할 수 있는 것이다.That is, when the upper substrate is made of a material having elastic force, the same deformation as the upper substrate occurs according to the deformation (shrinkage and expansion) of the piezoelectric film, thereby performing the function of a pump.
도 6은 본 발명에 따른 마이크로 분석 소자에 장착되어 있는 마이크로 압전 펌프의 개략적인 일부 단면도로서, 하부기판(100) 상부에는 용액 저장홈이 형성되어 있고, 그 용액 저장홈 양단에는 채널홈이 형성되어 있다.FIG. 6 is a schematic partial cross-sectional view of a micro piezoelectric pump mounted on a microanalysis device according to the present invention. A solution storage groove is formed on an upper portion of the
그리고, 하부기판(100) 상부에는 상부기판(200)이 위치되어 있고, 상기 용액 저장홈 영역 상부에 있는 상부기판(200)에는 압전체(220)가 접착제(210)로 본딩되어 있다.The
도 7a 및 7b는 본 발명에 따른 마이크로 압전 펌프의 동작을 설명하기 위한 개략적인 단면도로서, 압전체(220)에 교류를 인가하면, 교류의 + 성분과 - 성분에 따라 압전체(220)는 수축 및 팽창을 반복하게 되어, 주입구홈에 연결된 채널홈에서 용액을 흡입하고, 반응채널홈에 연결된 채널홈으로 용액을 배출시키는 펌핑(Pumping)공정을 반복적으로 수행한다.7A and 7B are schematic cross-sectional views illustrating the operation of the micro piezoelectric pump according to the present invention. When alternating current is applied to the
즉, 도 7a에서는 압전체(220)의 수축 작용으로, 압전체(220)가 본딩되어 있는 상부 기판 영역이 상부로 올라가서 용액이 용액 저장홈으로 흡입된다.That is, in FIG. 7A, due to the contracting action of the
그리고, 도 7b는 압전체(220)의 팽창 작용인데, 이 때, 압전체(220)이 본딩되어 있는 상부 기판 영역이 하부로 내려가서 용액 저장홈에 있는 용액을 반응채널홈으로 배출시킨다.In addition, FIG. 7B illustrates an expansion action of the
도 8은 본 발명에 따른 마이크로 압전 펌프에 연결된 채널홈의 개략적인 평면도로서, 주입구홈에서 용액 저장홈으로 연결되는 채널홈 영역에는 채널홈의 양측이 돌출되어 채널홈 폭이 좁아지는 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.FIG. 8 is a schematic plan view of a channel groove connected to a micro piezoelectric pump according to the present invention. In the channel groove region connected to the solution storage groove in the inlet groove, both sides of the channel groove protrude to have a narrow channel groove width. It is desirable to have.
이렇게 채널홈 폭이 좁아지면, 마이크로 압전 펌프의 펌핑 작용으로 주입구홈의 용액이 용액 저장홈으로 흡입을 원활하게 하고, 용액 저장홈에서 반응채널홈으로 배출될 때, 주입구홈으로 배출되는 양을 감소시키고, 반응채널홈으로 배출되는 양을 증가시킬 수 있게 된다.When the channel groove width is narrowed, the pumping action of the micro piezoelectric pump facilitates the suction of the solution in the inlet groove into the solution storage groove and reduces the amount discharged to the inlet groove when it is discharged from the solution storage groove to the reaction channel groove. It is possible to increase the amount discharged to the reaction channel grooves.
그러므로, 도 8에 도시된 바와 같이, 채널홈(171)은 용액 저장홈에 연결되고, 이 용액 저장홈에 연결되는 채널홈(171) 영역의 양측에는 상호 대향되는 돌출부(171a,171b)가 형성되어 있어, 그 대향되는 돌출부(171a,171b) 사이 폭(W1)은 채널홈 폭(W2)보다 작아진다.Therefore, as shown in FIG. 8, the
여기서, 상기 돌출부(171a,171b)는 채널홈(171) 내측으로 볼록하게 돌출된 형상인 것이 바람직하다.In this case, the
도 9는 본 발명에 따른 마이크로 압전 펌프에 연결된 채널홈의 개략적인 다른 평면도로서, 주입구홈에서 용액 저장홈으로 연결되는 채널홈 영역의 양측에 볼록하게 돌출되고, 상호 대향되는 돌출부들(171a,171b)이 형성되어 있고, 상기 돌출부들(171a,171b) 각각은 꼭지점(171a1,171b1)이 있는 것이 바람직하다.9 is another schematic plan view of a channel groove connected to a micro piezoelectric pump according to the present invention, and protruding convexly on both sides of the channel groove region connected from the inlet groove to the solution storage groove, and opposing
다시 말해서, 상기 용액 저장홈에 연결되는 채널홈 영역의 양측에 볼록하게 돌출된 돌출부(171a,171b) 각각은 꼭지점(171a1,171b1)을 기준으로 비대칭적으로 형성되어 있다.In other words, each of the
이 경우에도, 마이크로 압전 펌프의 펌핑 작용으로 주입구홈의 용액이 용액 저장홈으로 흡입을 원활하게 하고, 용액 저장홈에서 반응채널홈으로 배출될 때, 주입구홈으로 배출되는 양을 감소시키고, 반응채널홈으로 배출되는 양을 증가시킬 수 있게 된다.Even in this case, the pumping action of the micro-piezoelectric pump facilitates the suction of the solution in the inlet groove into the solution storage groove, and when the solution is discharged from the solution storage groove into the reaction channel groove, the amount of discharge into the inlet groove is reduced, It is possible to increase the amount discharged to the groove.
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도 10은 본 발명에 따른 마이크로 분석 소자의 패키지의 개략적인 구성 배치 도로서, 마이크로 분석 소자(300)는 패키지 바디(500)에 삽입되는데, 이 패키지 바디(500)에는 마이크로 분석 소자(300)를 삽입할 수 있도록 일측이 개방된 삽입홈(510)이 형성되어 있고, 이 삽입홈(510) 내측 양측단에 측면홈(521,522)이 각각 형성되어 있고, 각각의 측면홈(521,522)에 볼렌즈(531,532)가 장착되어 있고, 상기 볼렌즈(531,532) 각각과 광학적으로 정렬된 광원(540) 및 광 검출기(550)가 구비되어 있다. 10 is a schematic configuration layout view of a package of a microanalysis device according to the present invention, in which the
이렇게, 상기 마이크로 분석 소자(300)의 제 1과 2 광섬유가 상기 볼렌즈(531,532)와 광학적으로 정렬시키며, 상기 패키지 바디의 삽입홈(510)에 상기 마이크로 분석 소자를 삽입시켜 고정시킨다.As such, the first and second optical fibers of the
그러므로, 상기 마이크로 분석 소자(300)의 주입구들홈에 주입된 샘플용액과 촉매용액이 혼합되고 반응되어서 측정채널홈에서 흐를 때, 상기 광원(540)에서 광을 출사하고, 출사된 광은 마이크로 분석 소자(300)의 제 1 광섬유를 통하여 측정채널홈에 전송된다.Therefore, when the sample solution and the catalyst solution injected into the inlet grooves of the
전송된 광은 반응된 용액에서 일부 흡수되고, 이 광을 제 2 광섬유를 통하여 광 검출기(550)에서 검출한다.The transmitted light is partially absorbed in the reacted solution and is detected by the
그러므로, 광 검출기(550)에서 검출된 광의 세기 변화를 측정하여, 용액 성분을 분석할 수 있게 된다.Therefore, by measuring the change in intensity of the light detected by the
여기서, 상기 볼렌즈(531,532)는 광의 초점을 맞추기 위한 것이다.The
도 11은 본 발명에 따른 마이크로 분석 소자의 패키지의 개략적인 구성 배치도로서, 복수개의 용액들이 주입되는 주입구홈들(111,112,113,114)과; 상기 주입구 홈들(111,112,113,114)에 각각 연결되어 용액들을 펌핑(Pumping)하는 마이크로 압전 펌프들(121,122,123,124)과; 상기 마이크로 압전 펌프들(121,122,123,124)과 연결되어 상기 마이크로 압전 펌프들(121,122,123,124)에서 펌핑된 용액들을 혼합하고 반응시키는 반응채널홈(130)과; 상기 반응채널홈(130)에서 반응된 용액이 흐르고, 이 흐르는 용액에 광이 통과되는 측정채널홈(140)과; 상기 측정채널홈(140)에서 통과된 용액을 배출시키는 배출구홈(150)과; 상기 측정채널홈(140) 양단 각각에 형성된 광섬유 삽입홈들(161,162)이 상부에 형성되어 있고, 상기 광섬유 삽입홈들(161,162) 각각에 제 1과 2 광섬유(171,172)가 삽입되어 고정되어 있는 하부기판과; 상기 주입구홈들(111,112,113,114) 및 배출구홈(150)과 대응되는 관통홀들이 형성되어 있으며, 상기 하부기판 상부에 본딩되어 있는 상부기판으로 이루어진 마이크로 분석 소자가 패키지 바디에 삽입되어 있다.11 is a schematic configuration layout view of a package of a microanalysis device according to the present invention, including
그러므로, 본 발명은 마이크로 분석 소자를 패키지 바디에 간단한 삽입 공정만 수행하더라도 패키징되어 조립공정을 단순화시킬 수 있으므로, 주입구의 개수를 가변시키고 반응채널홈의 길이 및 구조를 가변시켜 설계된 다양한 형태의 마이크로 분석 소자를 용도에 따라 쉽게 패키지할 수 있는 장점이 있다.Therefore, the present invention can be packaged to simplify the assembly process even if the microanalysis device is simply inserted into the package body. Therefore, the microanalysis of various types designed by varying the number of injection holes and the length and structure of the reaction channel grooves can be made. The advantage is that the device can be easily packaged according to the application.
도 12는 본 발명에 따른 마이크로 분석 소자와 패키지의 광정렬을 향상시키기 위한 구조에 대하여 설명한 개략적인 단면도로서, 마이크로 분석 소자(300)의 하부기판(100) 하부면에는 상호 이격된 스트라이프 형상의 한 쌍의 돌출부(321,322)가 형성되어 있고, 패키지 바디(500)의 삽입홈(510) 바닥면에는 상기 한 쌍의 돌출부를 삽입시킬 수 있는 한 쌍의 돌출부 삽입홈(571,572)이 형성되어 있 다.12 is a schematic cross-sectional view illustrating a structure for improving optical alignment of a microanalysis device and a package according to the present invention, and a stripe shape spaced apart from each other on a lower surface of the
이와 같이, 마이크로 분석 소자와 패키지 바디에 정밀한 레일과 같은 돌출부와 삽입홈이 구비되어 있으면, 마이크로 분석 소자가 패키지 바디에 삽입되어 패키지될 때, 추가적인 패키지 바디의 광원 및 광 검출기와 마이크로 분석 소자의 광섬유들과 광학적인 정렬을 수행하지 않아도 된다.As such, when the microanalysis device and the package body are provided with protrusions and insertion grooves such as precision rails, when the microanalysis device is inserted into the package body and packaged, additional light sources of the package body and optical fibers of the photo detector and the microanalysis device are provided. There is no need to perform optical alignment with the field.
즉, 상기 돌출부가 삽입홈에 삽입되었을 때, 상기 마이크로 분석 소자와 패키지 바디가 광학적으로 정렬되도록 설계하면, 패키지된 후에 외부의 충격에도 양자는 광학적인 정렬을 유지할 수 있게 된다.That is, when the protrusion is inserted into the insertion groove, if the microanalytical element and the package body are designed to be optically aligned, both of them may maintain optical alignment even after external package impact.
도 13은 본 발명에 따른 마이크로 분석 소자와 패키지의 광정렬을 향상시키기 위한 돌출부의 형상을 도시한 개략적인 단면도로서, 마이크로 분석 소자의 하부기판(100) 하부면에 형성된 돌출부(321)는 하부의 폭(W6)이 상부의 폭(W5)보다 큰 형상으로 형성되어 있고, 패키지 바디(500)의 삽입홈 바닥면에 형성된 돌출부 삽입홈(571)은 상부의 폭이 하부의 폭보다 작은 형상으로 형성되어 있다.Figure 13 is a schematic cross-sectional view showing the shape of the protrusion for improving the optical alignment of the microanalysis device and the package according to the present invention, the
그리고, 상기 돌출부(321) 단면과 상기 돌출부 삽입홈(571)의 단면은 닯은꼴인 것이 바람직하다.In addition, the cross section of the
전술된 형상은, 상기 돌출부(321)가 상기 돌출부 삽입홈(571)으로부터 빠져나오지 못하게 됨으로써, 마이크로 분석 소자를 패키지 바디로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있게 된다.The above-described shape prevents the
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 마이크로 압전 펌프를 구비하여 용액을 빠르게 반응채널로 흐르게 하여 용액 분석 속도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention has an effect of increasing the solution analysis rate by providing a micro piezoelectric pump to quickly flow the solution to the reaction channel.
또한, 본 발명은 마이크로 분석 소자를 패키지 바디에 간단한 삽입 공정만 수행하더라도 패키징되어, 조립공정을 단순화시킬 수 있게, 주입구의 개수를 가변시키고 반응채널홈의 길이 및 구조를 가변시켜 설계된 다양한 형태의 마이크로 분석 소자를 용도에 따라 쉽게 패키지할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention is packaged even if only a simple insertion process of the micro analysis device is packaged, so that the assembly process can be simplified, by varying the number of injection holes and by varying the length and structure of the reaction channel grooves of various types of micro designed The analytical device can be easily packaged according to the application.
더불어, 본 발명은 마이크로 분석 소자와 패키지 바디에 돌출부와 삽입홈을 구비시켜, 패키지 바디의 광원 및 광 검출기와 마이크로 분석 소자의 광섬유들의 광학적인 정렬을 우수히 할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention is provided with protrusions and insertion grooves in the microanalyzing device and the package body, so that the optical alignment of the light source of the package body and the optical fibers of the photo detector and the microanalyzing device is excellent.
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.Although the invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.
Claims (15)
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Citations (4)
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2005
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