KR100785029B1 - 유체 흐름 제어 장치 및 유체 흐름 제어 방법 - Google Patents

유체 흐름 제어 장치 및 유체 흐름 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 유체가 유입되는 인렛홀(inlet hole)을 구비하고, 상기 인렛홀을 통해 유입된 유체가 흐를 수 있게 형성된 복수의 분기(分岐) 채널; 상기 복수의 분기 채널이 하나로 합류하여 연장되며, 말단에 유체가 유출되는 아웃렛홀(outlet hole)이 형성된 합류 채널; 및, 상기 아웃렛홀에 접하여 위치하는 다공성 물질(porous material);을 구비하고, 상기 합류 채널의 모세관력이 각 분기 채널의 모세관력보다 큰 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어 장치를 제공한다.
또한, 상기 유체 흐름 제어 장치를 이용한 유체 흐름 제어 방법으로서, 복수의 분기 채널 중 하나만 남겨 두고, 나머지 각 분기 채널에 인렛홀을 통해 상기 합류 채널의 합류점까지 유체를 주입하고 그 인렛홀을 폐쇄하는 단계; 상기 하나 남겨진 분기 채널에 인렛홀을 통해 유체를 주입하여 그 유체를 합류 채널을 지나 아웃렛홀을 통해 다공성 물질로 배출하는 단계; 및, 상기 하나 남겨진 분기 채널의 인렛홀을 폐쇄하고, 폐쇄되어 있던 인렛홀들 중의 하나를 개방하여 인렛홀이 개방된 분기 채널에 남아있는 유체를 합류 채널을 지나 아웃렛홀을 통해 다공성 물질로 배출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어 방법을 제공한다.

Description

유체 흐름 제어 장치 및 유체 흐름 제어 방법{Device and method for controlling flow}
도 1은 본 발명의 유체 흐름 제어 방법의 원리를 입증하기 위한 실험용 샘플을 촬상한 사진이다.
도 2a 내지 도 2e는 도 1의 실험용 샘플을 이용한 실험 결과를 촬상한 사진이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체 흐름 제어 장치를 도시한 평면도이다.
도 4는 도 3을 A-A'을 따라 절개하여 도시한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 3의 유체 흐름 제어 장치를 이용한 유체 흐름 제어 방법을 순차적으로 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체 흐름 제어 장치를 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유체 흐름 제어 장치를 도시한 평면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 ...유체 흐름 제어 장치 101 ...기판
105, 107 ...분기 채널 106, 108 ...인렛홀
112 ...합류 채널 113 ...아웃렛홀
115 ...바이오 센서 120 ...커버
121, 122 ...개구 130 ...다공성 물질
본 발명은 유체 흐름 제어 장치 및 유체 흐름 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체가 흐르는 채널 중간에 설치된 밸브(valve)등을 이용하여 유체 흐름을 인공적으로 차단하거나 외부 동력을 가하여 유체를 펌핑(pumping)하지 않고 여러 채널에서 흘러 들어온 복수 종류의 유체를 하나의 채널에 순차적, 연속적으로 흐를 수 있게 하는 유체 흐름 제어 장치 및 유체 흐름 제어 방법에 관한 것이다.
랩온어칩(lap-on-a-chip)과 같은 미세유체의 흐름을 제어할 필요가 있는 시스템에서 유체의 흐름을 제어하는 방식은 크게 능동 제어 방식(active control type)과 수동 제어 방식(passive control type)으로 나눌 수 있다. 능동 제어 방식은 인위적으로 발생시킨 전기적 또는 기계적인 외력에 의해 구동되므로 유체 펌핑(pumping) 및 유체 흐름의 개폐를 위한 추가적인 구조가 필요하여 시스템 구현 및 소형화가 어렵고 제조 비용이 상승하는 문제점이 있다.
이에 비해 수동 제어 방식은 중력이나 모세관력 등 자연력을 이용하므로 상기 유체 펌핑 및 유체 흐름의 개폐를 위한 추가적인 구조를 필요로 하지 않으나 시 스템 설계가 까다롭고, 유체에 외력을 가할 수 없으므로 유동 속도 및 유체 위치를 원하는 대로 제어하기 어려운 단점이 있다.
USP 6,143,248호에 공지된 모세관 마이크로 밸브는 모세관력과 원심력을 이용하여 미소량의 유체를 이송하는 장치이나, 원심력을 제공하기 위하여 기판을 회전시키는 구동수단들이 요구된다.
국내 공개번호 10-2005-63358호에 공지된 미소 유체 제어소자는 모세관력을 이용하여 유체를 이송하는 것이나, 정지 밸브 역할을 하는 확장된 챔버에 액적을 떨어 뜨려 주어야 하는 불편함이 있으며, 복수 종류의 유체를 순차적으로 흐르게 할 수는 없다.
또한, 2005년에 발표된 논문 "High-Throughput Nanoliter Sample Introduction Microfluidic Chip-Based Flow Injection Analysis System with Gravity-Driven Flows"(Analystic Chemistry, 2005, 77, 1330-1337)에는 서로 다른 종류의 유체가 수용된 복수의 캐리어(carrier)가 구비된 플랫폼(platform)을 이동시켜 캐리어와 모세관 튜브를 연결하여 특정 유체를 흐르게 할 수 있는 유체 흐름 제어 장치가 개시되어 있으나, 장치가 크고 복잡하다는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 인위적인 외력에 의하지 않고 자연적으로 발생하는 힘인 모세관력을 이용하여 간단한 조작을 통해 여러 채널에서 흘러 들어온 복수 종류의 유체를 하나의 채널에 순차적, 연속적으로 흐를 수 있게 하는 유체 흐름 제어 장치 및 유체 흐름 제어 방법을 제공하는 것을 기술 적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 유체가 유입되는 인렛홀(inlet hole)을 구비하고, 상기 인렛홀을 통해 유입된 유체가 흐를 수 있게 형성된 복수의 분기(分岐) 채널; 상기 복수의 분기 채널이 하나로 합류하여 연장되며, 말단에 유체가 유출되는 아웃렛홀(outlet hole)이 형성된 합류 채널; 및, 상기 아웃렛홀에 접하여 위치하는 다공성 물질(porous material);을 구비하고, 상기 합류 채널의 모세관력이 각 분기 채널의 모세관력보다 큰 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 각 분기 채널의 유로 단면적이 합류 채널의 유로 단면적보다 클 수 있다.
바람직하게는, 각 분기 채널의 유로 단면적이 서로 다를 수 있다.
바람직하게는, 상기 분기 채널 및 합류 채널은, 폭 또는 깊이의 차이에 의해 유로 단면적이 서로 달라지게 구성된 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어 장치.
바람직하게는, 상기 합류 채널 내측면의 접촉각(contact angle)이 각 분기 채널 내측면의 접촉각보다 작을 수 있다.
바람직하게는, 각 분기 채널의 접촉각이 서로 다를 수 있다.
바람직하게는, 상기 분기 채널 내측면의 접촉각을 합류 채널 내측면의 접촉각보다 크게 하기 위하여 상이 분기 채널 내측면에 페렐린(parylene) 계열 물질이 코팅될 수 있다.
바람직하게는, 상기 합류 채널 상에 바이오 센서(bio sensor)를 더 구비할 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수의 분기 채널의 인렛홀을 선택적으로 개폐할 수 있는 수단을 더 구비할 수 있다.
바람직하게는, 상기 인렛홀을 선택적으로 개폐할 수 있는 수단은, 상기 인렛홀에 대해 슬라이딩 가능하게 마련된 적어도 하나의 개구가 형성된 커버를 포함하고, 상기 개구와 인렛홀이 겹쳐지게 배열될 때 상기 인렛홀이 개방되도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 커버에 상기 다공성 물질이 부착될 수 있다.
또한, 상기 유체 흐름 제어 장치를 이용한 유체 흐름 제어 방법으로서, 복수의 분기 채널 중 하나만 남겨 두고, 나머지 각 분기 채널에 인렛홀을 통해 상기 합류 채널의 합류점까지 유체를 주입하고 그 인렛홀을 폐쇄하는 단계; 상기 하나 남겨진 분기 채널에 인렛홀을 통해 유체를 주입하여 그 유체를 합류 채널을 지나 아웃렛홀을 통해 다공성 물질로 배출하는 단계; 및, 상기 하나 남겨진 분기 채널의 인렛홀을 폐쇄하고, 폐쇄되어 있던 인렛홀들 중의 하나를 개방하여 인렛홀이 개방된 분기 채널에 남아있는 유체를 합류 채널을 지나 아웃렛홀을 통해 다공성 물질로 배출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 유체 흐름 제어 방법은 상기 개방되었던 인렛홀을 다시 폐쇄하고, 폐쇄되어 있던 인렛홀들 중의 하나를 개방하여 인렛홀이 개방된 분기 채널에 남아있는 유체를 합류 채널을 지나 아웃렛홀을 통해 다공성 물질로 배출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 유체 흐름 제어 방법은 상기 합류 채널을 지나는 유체의 생화학적 특성을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유체 흐름 제어 장치 및 유체 흐름 제어 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 유체 흐름 제어 방법의 원리를 입증하기 위한 실험용 샘플을 촬상한 사진이고, 도 2a 내지 도 2e는 도 1의 실험용 샘플을 이용한 실험 결과를 촬상한 사진이다.
먼저, 알려진 바 대로 모세관 현상에 의한 압력차 P는 다음과 같은 수학식으로 표현되며, 상기 압력차 P는 모세관력에 비례한다.
Figure 112006082524023-pat00001
여기서, β 는 유체의 접촉각(contact angle)이고, σ 는 유체의 표면장력이며, d 는 관의 직경이다.
본 출원의 발명자는 모세관 현상을 이용하여 유체의 흐름을 제어하는 아이디어를 구현하기 위하여 도 1에 도시된 실험용 기판을 제조하였다. 상기 기판(1)은 한 쌍의 분기 채널(3, 5)과 상기 한 쌍의 분기 채널(3, 5)이 합류하여 연장된 하나의 합류 채널(10)을 구비한다. 상기 한 쌍의 분기 채널(3, 5)에는 유체가 유입되는 인렛홀(4, 6)이 각각 마련되고, 상기 합류 채널(10)의 말단에는 유체가 배출되는 아웃렛홀(11)이 마련된다. 상기 인렛홀(4, 6)은 개폐 가능하게 마련된다. 각 채널(3, 5, 10)의 길이는 모두 20 mm이고, 깊이는 모두 0.3 mm이며, 상기 합류 채널(10)의 채널 폭은 1 mm, 제1 분기 채널(3)의 채널 폭은 2 mm, 제2 분기 채널(5)의 채널 폭은 3 mm로 설정하였다. 따라서, 상기 합류 채널(10)의 유로 단면적이 3 개의 채널(3, 5, 10) 가운데 가장 작고, 제1 분기 채널(3)의 유로 단면적이 그 다음이며, 제2 분기 채널(5)의 유로 단면적이 가장 크다.
도 2a를 참조하면, 상기 제1 인렛홀(4, 도 1 참조)을 통해 제1 분기 채널(3)에 녹색 유체(G)를 주입하되 3개의 채널(3, 5, 10)의 합류점(8)까지만 녹색 유체(G)가 이르도록 주입한다. 상기 제1 분기 채널(3)을 따라 흐르는 녹색 유체(G)는 상기 합류점(8)에서 제2 분기 채널(5)과 합류 채널(10)에 동시에 직면하여 유로 단면적이 갑작스럽게 증대된다. 유로 단면적은 상기 수학식 1에서 관의 직경 d와 관련되므로, 상기 제1 분기 채널(3)의 모세관력이 합류점(8)에서의 모세관력에 비해 큼을 알 수 있다. 따라서, 녹색 유체(G)가 제1 분기 채널(3) 내부의 체적 이상으로 과도하게 주입되지 않는다면, 상기 녹색 유체(G)는 합류 채널(10)이나 제2 분기 채널(5)로 더 이상 진행하지 않고 합류점(8)에서 멈추게 된다.
도 2b를 참조하면, 상기 제1 인렛홀(4, 도 1 참조)을 폐쇄하고, 제2 인렛홀(6, 도 1 참조)을 통해 제2 분기 채널(5)에 적색 유체(R)를 주입한다. 상기 제2 분기 채널(5)을 따라 흐르는 적색 유체(R)가 상기 합류점(8)에 도달할 때 상기 제1 분기 채널(3)은 이미 녹색 유체(G)에 의해 폐쇄되어 있는 상태이며 합류 채널(10) 만 개방된 상태이다. 따라서, 상기 적색 유체(R)는 합류점(8)에서 녹색유체(G)와 만나면서 유로 단면적 감소에 의한 모세관력 증대로 인하여 합류 채널(10)로 진행한다.
도 2c를 참조하면, 상기 제1 인렛홀(4, 도 1 참조)을 폐쇄하고 상기 제2 인렛홀(6, 도 1 참조)을 개방한 상태에서 상기 아웃렛홀(11, 도 1 참조)에 예컨데, 티슈(tissue)와 같은 다공성 물질(15)을 접촉시키면 모세관력에 의해 상기 합류 채널(10)로 적색 유체(R)가 흘러나온다. 이 경우 상기 제1 분기 채널(3)의 녹색 유체(G)는 흘러나오지 않는다.
도 2d를 참조하면, 상기 제1 인렛홀(4, 도 1 참조)을 개방하고 상기 제2 인렛홀(6, 도 1 참조)를 폐쇄한 상태에서 상기 아웃렛홀(11, 도 1 참조)에 다공성 물질(15)을 접촉시키면 모세관력에 의해 상기 합류 채널(10)에 녹색 유체(G)가 흐르게 된다. 이 경우 상기 제2 분기 채널(5)의 적색 유체(R)는 흘러나오지 않는다.
도 2e를 참조하면, 다시 상기 제1 인렛홀(4, 도 1 참조)을 폐쇄하고 상기 제2 인렛홀(6, 도 1 참조)을 개방한 상태에서 상기 아웃렛홀(11, 도 1 참조)에 다공성 물질을 접촉시키면 모세관력에 의해 상기 합류 채널(10)에 적색 유체(R)가 흐르게 된다. 이 경우 상기 제1 분기 채널(3)의 녹색 유체(G)는 흘러나오지 않는다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체 흐름 제어 장치를 도시한 평면도이고, 도 4는 도 3을 A-A'을 따라 절개하여 도시한 단면도이며, 도 5a 내지 도 5d는 도 2의 유체 흐름 제어 장치를 이용한 유체 흐름 제어 방법을 순차적으로 도시한 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체 흐름 제어 장치(100)는 원판형의 기판(101)과, 상기 기판(101) 대하여 회동 가능하게 기판(101)의 상면에 접촉된 커버(120)를 구비한다. 상기 기판(101)에는 한 쌍의 분기 채널(105, 107)과, 상기 한 쌍의 분기 채널(105, 107)이 합류점(110)에서 합류하여 연장된 하나의 합류 채널(112)이 형성되어 있다. 상기 제1 분기 채널(105)과 제2 분기 채널(107)의 선단에는 각각 유체가 유입되는 제1 인렛홀(106)과 제2 인렛홀(108)이 마련되고, 상기 합류 채널(112)의 말단에는 합류 채널(112)로 유입된 유체가 배출되는 아웃렛홀(113)이 마련된다. 상기 한 쌍의 인렛홀(106, 108)과 하나의 아웃렛홀(113)은 상기 기판(101)의 상면으로 개방되어 있다.
상기 제1 분기 채널(105) 또는 제2 분기 채널(107)의 유로 단면적은 합류 채널(112)의 유로 단면적보다 크다. 상기 유체 흐름 제어 장치(100)에서는 유로 단면적에 차이를 형성하기 위하여 합류 채널(112)의 폭(Wj)이 제1 분기 채널(105)의 폭(W1) 또는 제2 분기 채널(107)의 폭(W2)보다 작게 설정된다. 그러나, 이에 한하지 않으며 각 채널(105, 107, 112)의 폭은 동일하게 설정하되 합류 채널(112)의 깊이를 한 쌍의 분기 채널(105, 107)의 깊이보다 얕게 설정하여 유로 단면적의 차이를 형성할 수도 있다. 한편, 상기 유체 흐름 제어 장치(100)에서는 한 쌍의 분기 채널(105, 107) 간의 유로 단면적에도 차이가 나도록, 제1 분기 채널(105)의 폭(W1)이 제2 분기 채널(107)의 폭(W2)보다 작게 설정된다. 그러나, 상기 한 쌍의 분기 채널(105, 107)의 폭(W1, W2)이 서로 같게 설정될 수도 있다.
상기 합류 채널(112) 상에는 예컨대, Bio-FET(field effect transistor)와 같은 바이오 센서(bio-sensor, 115)가 설치된다. 상기 바이오 센서(115)는 합류 채널(112)을 따라 흐르는 유체에 DNA 또는 특정 물질이 포함되었는지 여부와, 포함되었다면 그 양을 즉시 측정하여 알 수 있게 해준다.
제1 및 제2 인렛홀(106, 108)을 선택적으로 개폐할 수 있게 하는 개폐 수단의 일 예인 상기 커버(120)는, 상기 제1 인렛홀(106)을 개방시키기 위한 제1 개구(121)와, 상기 제2 인렛홀(108)을 개방시키기 위한 제2 개구(122)를 포함한다. 상기 커버(120)가 기판(101)에 대하여 회동함에 따라 상기 제1 개구(121)와 제2 개구(122)는 제1 인렛홀(106)과 제2 인렛홀(108)에 대하여 슬라이딩하게 된다. 상기 커버(120)의 회동 각도에 따라 상기 제1 인렛홀(106)은 상기 제1 개구(121)와 겹쳐지게 배열되어 개방되고, 상기 제2 인렛홀(108)은 커버(120)에 가려져 폐쇄되는 경우(도 5d 참조), 반대로 상기 제2 인렛홀(108)은 상기 제2 개구(122)와 겹쳐지게 배열되어 개방되고, 상기 제1 인렛홀(106)은 커버(120)에 가려져 폐쇄되는 경우(도 5b, 도 5c 참조) 또는, 제1 인렛홀(106)과 제2 인렛홀(108)이 모두 개방되는 경우(도 5a 참조)가 발생될 수 있다.
상기 유체 흐름 제어 장치(100)는 상기 아웃렛홀(113)에 접하는 다공성 물질(porous material, 130)을 구비한다. 상기 다공성 물질(130)은 상기 커버(120)에 부착된다. 상기 다공성 물질에는 예컨대, 티슈(tissue), 직물, 솜, 다공성 수지 등이 포함된다.
도 5a 내지 도 5d는 도 3의 유체 흐름 제어 장치를 이용한 유체 흐름 제어 방법을 순차적으로 도시한 평면도로서, 이하에서 이 도면들을 참조하여 본 발명의 유체 흐름 제어 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 5a를 참조하면, 커버(120)의 제1 및 제2 개구(121, 122)를 각각 제1 인렛홀(106) 및 제2 인렛홀(108)과 겹쳐지게 배열하여 제1 및 제2 인렛홀(106, 108)을 모두 개방한다. 그리고, 상기 제1 인렛홀(106)을 통해 제1 분기 채널(105)에 제1 유체(F1)를 주입하되 합류점(110)까지만 제1 유체(F1)가 이르도록 주입한다. 상기 제1 분기 채널(105)을 따라 흐르는 제1 유체(F1)는 상기 합류점(110)에서 제2 분기 채널(107) 및 합류 채널(112)에 동시에 직면하여 유로 단면적이 갑작스럽게 증대된다. 유로 단면적은 상기 수학식 1에서 관의 직경 d와 관련되므로, 상기 제1 분기 채널(105)의 모세관력이 합류점(110)에서의 모세관력에 비해 큼을 알 수 있다. 따라서, 제1 유체(F1)가 제1 분기 채널(105) 내부의 체적 이상으로 과도하게 주입되지 않는다면, 제1 유체(F1)는 합류 채널(112)이나 제2 분기 채널(107)로 더 이상 진행하지 않고 합류점(110)에서 멈추게 된다.
다음으로, 도 5b에 도시된 바와 같이 커버(120)를 시계방향으로 약간 회동시켜 제1 인렛홀(106)을 폐쇄하고 제2 인렛홀(108)은 개방 상태를 유지한다. 그리고, 도 5c에 도시된 바와 같이 제2 인렛홀(108)을 통해 제2 분기 채널(107)에 제2 유체(F2)를 주입한다. 상기 제2 분기 채널(107)을 따라 흐르는 제2 유체(F2)가 상기 합류점(110)에 도달할 때 상기 제1 분기 채널(105)은 이미 제1 유체(F1)에 의해 폐쇄되어 있는 상태이며 합류 채널(112)만 개방된 상태이다. 따라서, 상기 제2 유체(F2)는 합류점(110)에서 녹색유체(G)와 만나면서 유로 단면적 감소에 의한 모세관력 증대로 인하여 합류 채널(112)로 진행한다. 이 경우 제1 인렛홀(106)이 폐쇄 되어 있기 때문에 제1 유체(F1)는 합류 채널(112)로 흘러 나오지 않는다.
상기 아웃렛홀(113)에 접한 다공성 물질(130)이 모세관의 역할을 하므로, 상기 아웃렛홀(113)까지 도달한 제2 유체(F2)는 아웃렛홀(113)에서 멈추지 않고 상기 아웃렛홀(113)을 통해 그대로 다공성 물질(130)로 배출된다. 상기 제2 유체(F2)가 합류 채널(112)을 따라 흐르면서 상기 바이오 센서(115)를 통과하여 상기 제2 유체(F2)의 생화학적 특성이 측정된다. 상술한 바와 같이 상기 바이오 센서(115)에 의해 측정될 수 있는 유체의 특성은 DNA 또는 특정 물질의 포함 유무 및 그 양일 수 있다.
이번에는 도 5d에 도시된 바와 같이 커버(120)를 반시계방향으로 약간 회동시켜 제1 인렛홀(106)을 개방하고 제2 인렛홀(108)은 폐쇄한다. 그리하면, 합류 채널(112)에 있던 제2 유체(F2)가 다공성 물질(130)로 모두 배출된 후에 연속적으로 상기 제1 인렛홀(106)에 남아있던 상기 제1 유체(F1)가 합류 채널(112)로 진행하여 모세관 현상에 의해 아웃렛홀(113)을 통해 다공성 물질(130)로 배출된다. 상기 제1 유체(F1)가 합류 채널(112)을 따라 흐르면서 상기 바이오 센서(115)를 통과하여 상기 제1 유체(F1)의 생화학적 특성도 측정된다.
필요하다면, 도 5b 및 도 5c를 참조하여 설명한 과정을 반복하여 제2 유체(F2)를 다시 합류 채널(112)로 흘려 보낼 수도 있고, 도 5d를 참조하여 설명한 과정을 반복하여 제1 유체(F1)를 다시 합류 채널(112)로 흘려 보낼 수도 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체 흐름 제어 장치를 도시한 평면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체 흐름 제어 장치(200)도 도 3 및 도 4에 도시된 유체 흐름 제어 장치(100)와 마찬가지로 원판형의 기판(201)과, 상기 기판(201) 대하여 회동 가능하게 기판(201)의 상면에 접촉된 커버(220)를 구비한다. 상기 기판(101)에는 한 쌍의 분기 채널(205, 207)과, 상기 한 쌍의 분기 채널(205, 207)이 합류점(210)에서 합류하여 연장된 하나의 합류 채널(212)이 형성되어 있다. 상기 한 쌍의 분기 채널(205, 207)의 선단에는 각각 인렛홀(206, 208)이 마련되고, 상기 합류 채널(212)의 말단에는 아웃렛홀(213)이 마련된다.
상기 한 쌍의 분기 채널(205, 207)과 합류채널(212)의 폭과 깊이는 서로 같게 설정되어 있어 3개의 채널(205, 207, 212)의 유로 단면적은 서로 같다. 그러나, 상기 유체 흐름 제어 장치(200)에서는 합류 채널(212) 내측면의 접촉각(contact angle)을 상기 한 쌍의 분기 채널(205, 207)의 접촉각보다 더 작게 하여 상기 합류 채널(212)의 모세관력이 분기 채널(205, 207)의 모세관력보다 커지게 되어 있다. 상기 수학식 1로부터 접촉각 β가 작으면 모세관력이 커짐을 알 수 있다. 한 쌍의 분기 채널(205, 207) 간에는 모세관력의 차이가 나도록 제1 분기 채널(205)의 접촉각이 제2 분기 채널(207)의 접촉각보다 작게 설정될 수도 있고, 양 분기 채널(205, 207)의 접촉각이 서로 같게 설정될 수도 있다.
상기 분기 채널(205, 207)과 합류 채널(212)의 접촉각을 다르게 하기 위하여 분기 채널(205, 207) 채널의 내측면에 CVD(chemical vapor deposition)와 같은 방법을 이용하여 페렐린(parylene) 계열 물질을 코팅할 수 있다. 상기 페렐린 계열 물질은 소수성(hydrophobic) 물질로서 실리콘(Si) 또는 유리로 이루어진 기판(201)에 코팅되어 소수성 물질층을 형성하여 분기 채널(205, 207)의 접촉각을 크게 한다.
상기 합류 채널(212) 상에는 바이오 센서(bio-sensor, 215)가 설치된다. 상기 커버(220)는, 제1 인렛홀(206)을 개방시키기 위한 제1 개구(221)와, 제2 인렛홀(208)을 개방시키기 위한 제2 개구(222)를 포함하고, 상기 아웃렛홀(213)에 접하는 다공성 물질(230)을 포함한다. 상기 커버(220)의 회동 방향과 각도에 따라 상기 한 쌍의 인렛홀(206, 208) 중에서 하나만 개방되거나, 모두 개방된다. 상기 유체 흐름 제어 장치(200)를 이용한 유체 흐름 제어 방법은 도 5a 내지 도 5d의 설명을 통해 용이하게 파악할 수 있으므로 중복된 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유체 흐름 제어 장치를 도시한 평면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 유체 흐름 제어 장치(300)도 도 3 및 도 4에 도시된 유체 흐름 제어 장치(100)와 마찬가지로 원판형의 기판(301)과, 상기 기판(301) 대하여 회동 가능하게 기판(301)의 상면에 접촉된 커버(320)를 구비한다. 상기 기판(301)에는 3개의 분기 채널(303, 305, 307)과, 상기 3개의 분기 채널(303, 305, 307)이 합류점(310)에서 합류하여 연장된 하나의 합류 채널(312)이 형성되어 있다. 상기 3개의 분기 채널(303, 305, 307)의 선단에는 각각 인렛홀(304, 306, 308)이 마련되고, 상기 합류 채널(312)의 말단에는 아웃렛홀(313)이 마련된다.
상기 3개의 분기 채널(303, 305, 307)의 유로 단면적은 합류 채널(312)의 유로 단면적보다 크며, 합류 채널(312) 상에는 바이오 센서(bio-sensor, 315)가 설치된다. 상기 커버(320)는, 상기 3개의 인렛홀(304, 306, 308)을 택일적으로 개방시키기 위한 개구(321)와, 상기 아웃렛홀(313)에 접하는 다공성 물질(330)을 포함한다. 상기 커버(320)가 기판(301)에 대하여 회동함에 따라 상기 개구(321)가 3개의 인렛홀(304, 306, 308)에 대해 슬라이딩하게 되고, 상기 커버(320)의 회동 각도에 따라 상기 3개의 인렛홀(304, 306, 308) 중에서 하나만 택일적으로 개방된다. 이점쇄선은 각각 커버(320)의 회동으로 인해 인렛홀(304, 308)과 겹쳐진 개구(321)를 가상하여 나타낸 모습이다. 상기 유체 흐름 제어 장치(300)를 이용한 유체 흐름 제어 방법도 또한, 도 5a 내지 도 5d의 설명을 통해 용이하게 파악할 수 있으므로 중복된 설명은 생략한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 예컨데, 도면에 도시된 실시예 외에 4개 이상의 분기 채널을 구비한 유체 흐름 제어 장치의 구현도 가능하다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
본 발명의 유체 흐름 제어 장치는 자연적으로 발생하는 모세관력을 이용함으로써 인위적인 외력의 공급 수단이 필요 없으므로 구조가 단순하며 시스템의 구현 이 쉽다. 또한, 본 발명의 유체 흐름 제어 방법도 용이한 조작으로 구현 가능하다.

Claims (14)

  1. 유체가 유입되는 인렛홀(inlet hole)을 구비하고, 상기 인렛홀을 통해 유입된 유체가 흐를 수 있게 형성된 복수의 분기(分岐) 채널;
    상기 복수의 분기 채널이 하나로 합류하여 연장되며, 말단에 유체가 유출되는 아웃렛홀(outlet hole)이 형성된 합류 채널; 및,
    상기 아웃렛홀에 접하여 위치하는 다공성 물질(porous material);을 구비하고,
    상기 합류 채널의 모세관력이 각 분기 채널의 모세관력보다 큰 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 각 분기 채널의 유로 단면적이 합류 채널의 유로 단면적보다 큰 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    각 분기 채널의 유로 단면적이 서로 다른 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 분기 채널 및 합류 채널은, 폭 또는 깊이의 차이에 의해 유로 단면적이 서로 달라지게 구성된 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 합류 채널 내측면의 접촉각(contact angle)이 각 분기 채널 내측면의 접촉각보다 작은 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    각 분기 채널의 접촉각이 서로 다른 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 분기 채널 내측면의 접촉각을 합류 채널 내측면의 접촉각보다 크게 하기 위하여 상이 분기 채널 내측면에 페렐린(parylene) 계열 물질이 코팅된 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 합류 채널 상에 바이오 센서(bio sensor)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 분기 채널의 인렛홀을 선택적으로 개폐할 수 있는 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 인렛홀을 선택적으로 개폐할 수 있는 수단은, 상기 인렛홀에 대해 슬라이딩 가능하게 마련된 적어도 하나의 개구가 형성된 커버를 포함하고,
    상기 개구와 인렛홀이 겹쳐지게 배열될 때 상기 인렛홀이 개방되도록 구성된 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 커버에 상기 다공성 물질이 부착된 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어 장치.
  12. 제1 항, 제2 항, 및 제5 항 중 어느 한 항의 유체 흐름 제어 장치를 이용한 유체 흐름 제어 방법으로서,
    복수의 분기 채널 중 하나만 남겨 두고, 나머지 각 분기 채널에 인렛홀을 통해 상기 합류 채널의 합류점까지 유체를 주입하고 그 인렛홀을 폐쇄하는 단계;
    상기 하나 남겨진 분기 채널에 인렛홀을 통해 유체를 주입하여 그 유체를 합류 채널을 지나 아웃렛홀을 통해 다공성 물질로 배출하는 단계; 및,
    상기 하나 남겨진 분기 채널의 인렛홀을 폐쇄하고, 폐쇄되어 있던 인렛홀들 중의 하나를 개방하여 인렛홀이 개방된 분기 채널에 남아있는 유체를 합류 채널을 지나 아웃렛홀을 통해 다공성 물질로 배출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 개방되었던 인렛홀을 다시 폐쇄하고, 폐쇄되어 있던 인렛홀들 중의 하나를 개방하여 인렛홀이 개방된 분기 채널에 남아있는 유체를 합류 채널을 지나 아웃렛홀을 통해 다공성 물질로 배출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어 방법.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 합류 채널을 지나는 유체의 생화학적 특성을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 흐름 제어 방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200188098Y1 (ko) * 2000-02-02 2000-07-15 윤점중 장신구의 부착이 용이한 장롱 문짝의 구조
KR20040043897A (ko) * 2002-11-20 2004-05-27 한국전자통신연구원 표면장력으로 제어되는 미세유체소자
KR20060105787A (ko) * 2003-11-21 2006-10-11 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 액체를 이용한 마이크로칩 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200188098Y1 (ko) * 2000-02-02 2000-07-15 윤점중 장신구의 부착이 용이한 장롱 문짝의 구조
KR20040043897A (ko) * 2002-11-20 2004-05-27 한국전자통신연구원 표면장력으로 제어되는 미세유체소자
KR20060105787A (ko) * 2003-11-21 2006-10-11 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 액체를 이용한 마이크로칩 장치

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
대한민국 공개특허 10-2004-00438972004.05.27.)
대한민국 공개특허 10-2006-0105787(2006.10.11.)
일본 공개특허 2001-88098(2001.04.03.)
일본 공개특허 2005-224110(2005.08.25.)

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