KR100904900B1

KR100904900B1 - 복층형 마이크로채널

Info

Publication number: KR100904900B1
Application number: KR1020070137089A
Authority: KR
Inventors: 허필우; 박상진; 김유창; 김덕종
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2007-12-26
Publication date: 2009-06-29

Abstract

본 발명은 두 종류의 마이크로유체 시료를 혼합하는 마이크로채널에 있어서, 상하 두께에 비해 넓은 폭과 소정의 길이를 갖는 하부채널이 형성된 적어도 하나의 하부채널형성층과, 상기 하부채널에 대응하는 상부채널을 가지며 상기 하부채널형성층 상부에 형성되는 적어도 하나의 상부채널형성층과, 상기 상하부채널의 적어도 일 구간이 상호 결합되어 상하 두께에 비해 넓은 폭과 소정의 길이를 갖는 하나의 공간으로 형성되는 혼합채널과, 상기 상하부채널형성층의 일측에 형성되어 상기 마이크로유체 시료를 각각 상기 하부채널과 상부채널로 유입시키는 적어도 한 쌍의 유입구와, 상기 상하부채널형성층의 상기 유입구 영역에 형성되어 상기 하부채널과 상부채널을 구획하며 상기 양 유입구를 통해 상기 하부채널과 상부채널로 유입된 각각의 마이크로유체를 상기 혼합채널의 하부와 상부로 분리 유입시키는 유입영역구획부와, 상기 상하부채널형성층의 타측에 형성되어 상기 혼합채널을 거친 마이크로유체 시료를 배출하는 적어도 하나의 배출구를 갖는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 마이크로유체 시료들의 혼합이 우수하게 이루어지면서, 크기를 현격하게 소형화할 수 있는 마이크로채널이 제공된다.

마이크로유체, 마이크로채널, 하부채널, 상부채널

Description

복층형 마이크로채널{Duplex type micro channel}

본 발명은 마이크로채널에 관한 것으로서, 두 종류의 마이크로유체 시료가 혼합되면서 흐르는 채널의 구조를 개선하여 믹서의 크기를 소형화할 수 있는 마이크로채널에 관한 것이다.

최근 바이오 진단관련기술은 마이크로채널과 같은 디바이스를 소형화, 정밀화, 집적화 하는 방향으로 발전하고 있다. 디바이스를 소형, 정밀화함으로써, 마이크로유체로 이루어진 값비싼 혈액 등의 생체시료나 시약 시료 등의 양을 줄일 수 있다.

그러나, 종래 마이크로채널은 마이크로유체 시료가 통과하는 채널의 크기가 마이크로 단위가 되면서, 혼합될 적어도 두 종류의 마이크로유체 시료가 채널을 통과할 때, 낮은 마이크로유체의 낮은 레이놀즈 수에 의해서 층류(Laminar)현상이 발생한다. 이에 의해, 마이크로유체 시료들이 제대로 혼합되지 못하게 된다.

이에, 채널을 길이방향으로 확장하여 마이크로유체 시료들이 적절히 혼합될 수 있도록 하고 있으나, 이는 마이크로채널의 크기를 증가시키는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 마이크로유체 시료들의 혼합이 우수하게 이루어지면서, 크기를 현격하게 소형화할 수 있는 마이크로채널을 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라서, 두 종류의 마이크로유체 시료를 혼합하는 마이크로채널에 있어서, 상하 두께에 비해 넓은 폭과 소정의 길이를 갖는 하부채널이 형성된 적어도 하나의 하부채널형성층과, 상기 하부채널에 대응하는 상부채널을 가지며 상기 하부채널형성층 상부에 형성되는 적어도 하나의 상부채널형성층과, 상기 상하부채널의 적어도 일 구간이 상호 결합되어 상하 두께에 비해 넓은 폭과 소정의 길이를 갖는 하나의 공간으로 형성되는 혼합채널과, 상기 상하부채널형성층의 일측에 형성되어 상기 마이크로유체 시료를 각각 상기 하부채널과 상부채널로 유입시키는 적어도 한 쌍의 유입구와, 상기 상하부채널형성층의 상기 유입구 영역에 형성되어 상기 하부채널과 상부채널을 구획하며 상기 양 유입구를 통해 상기 하부채널과 상부채널로 유입된 각각의 마이크로유체를 상기 혼합채널의 하부와 상부로 분리 유입시키는 유입영역구획부와, 상기 상하부채널형성층의 타측에 형성되어 상기 혼합채널을 거친 마이크로유체 시료를 배출하는 적어도 하나의 배출구를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로채널에 의해 달성된다.

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여기서, 상기 상하부채널형성층의 상기 배출구 영역에는 상기 하부채널과 상부채널을 구획하는 배출영역구획부가 형성되어 있는 것이 효과적이다.

또한, 상기 배출구는 상기 배출영역구획부 영역의 상기 하부채널과 상기 상부채널로부터 외부를 향하는 한 쌍으로 마련되어 있는 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 혼합채널에 진동을 전달하는 압전소자를 더 포함하는 것이 보다 효과적이다.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로채널의 사시도이고, 도 2는 도 1의 마이크로채널 분해사시도이며, 도 3는 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 마이크로채널의 단면도이고, 도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 마이크로채널의 단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로채널(1)은 평면형상의 베이스소자(10)와, 베이스소자(10) 상에 복층 채널 구조로 마련되는 복층채널소자(20)로 구성된다.

베이스소자(10)는 상부면이 평면으로 형성되면서 복층채널소자(20)의 견고한 지지를 위하여 변형되지 않는 정도의 강성을 갖는 글래스판 또는 아크릴 등의 합성 수지 판으로 마련되는 것이 바람직하다. 또한, 베이스소자(10)의 하부면에는 후술할 압전소자(30)의 설치를 위한 기기설치공간(11)이 형성될 수 있다. 여기서, 이 베이스소자(10)는 후술할 복층채널소자(20)의 하부채널형성층(21)의 구조 등 여건에 따라서 별도로 마련하지 않고 하부채널형성층(21)의 바닥구조로 대체될 수 있다.

복층채널소자(20)는 베이스소자(10) 상에 하부채널(21a)을 형성하는 하부채널형성층(21)과, 하부채널형성층(21) 상부에 상부채널(23a)을 형성하는 상부채널형성층(23)을 가지고 있다. 그리고, 복층채널소자(20)의 길이방향 일측에는 혼합 대상인 두 종류의 마이크로유체 시료가 각각 하부채널(21a)과 상부채널(23a)로 유입되는 한 쌍의 유입구(25)가 형성되어 있으며, 복층채널소자(20)의 길이방향 타측에는 후술할 혼합채널(24)에서 혼합된 마이크로유체가 배출되는 배출구(26)가 형성되어 있다.

여기서, 복층채널소자(20)의 유입구(25) 영역에는 하부채널(21a)과 상부채널(23a)을 구획하는 유입영역구획부(27)가 형성되어 있으며, 양 유입구(25)는 복층채널소자(20)의 상부면으로부터 각각 상부채널(23a)과 하부채널(21a)을 향해 형성되어 있다.

그리고, 유입영역구획부(27)로부터 배출구(26) 영역까지의 하부채널(21a)과 상부채널(23a)은 하부채널형성층(21)과 상부채널형성층(23)의 상호 적층 결합구조에 의해 하나의 혼합채널(24)을 형성하고 있다.

또한, 복층채널소자(20)의 배출구(26) 영역에도 하부채널(21a)과 상부채널(23a)을 구획하는 배출영역구획부(29)가 형성되어 있는 것이 바람직한데, 이는 혼합채널(24)에서 혼합된 두 종류의 마이크로유체 시료가 배출영역구획부(29)에 의한 발생하는 유체의 이동 저항에 의해 보다 원활하게 혼합되어 배출될 수 있도록 하기 위함이다. 이 경우 배출구(26)는 유입구(25)와 마찬가지로 한 쌍으로 마련되어 각각 상부채널(23a)과 하부채널(21a)의 배출 영역으로부터 복층채널소자(20)의 외측을 향해 형성될 수 있다.

한편, 하부채널(21a)과 상부채널(23a) 및 혼합채널(24)은 상하방향의 두께(H)가 폭(W)에 비해 작은 형태의 단면구조를 가지게 됨으로써, 상부채널(23a)과 하부채널(21a)로 유입된 두 종류의 마이크로유체 시료가 혼합채널(24)에서 비교적 넓은 접촉영역을 형성하여 혼합율이 극대화된다.

이러한 구조의 복층채널소자(20)는 상부채널형성층(23)과 하부채널형성층(21)을 각각 글래스판 또는 아크릴 등의 합성수지 판으로 마련하고, 상부채널형성층(23)과 하부채널형성층(21) 상호 대향하는 면에 기계적인 가공방법을 이용하여 마이크로 단위의 상부채널(23a)과 하부채널(21a) 및 유입영역구획부(27)과 배출영역구획부(29)를 형성한 상태에서 베이스소자(10) 상에 하부채널형성층(21)과 상부채널형성층(23)을 차례로 적층 결합함으로써, 유입영역구획부(27) 및 배출영역구획부(29) 사이 영역에 상부채널(23a)과 하부채널(21a)의 결합에 의한 혼합채널(24)이 형성된 복층채널소자(20)를 마련할 수 있다.

물론, 복층채널소자(20)는 상부채널형성층(23)과 하부채널형성층(21)을 실리 콘이나 고분자 수지 등과 같은 재료로 마련하고, 상부채널형성층(23)과 하부채널형성층(21) 상호 대향하는 면에 식각 등의 화학적 방법을 이용하여 상부채널(23a)과 하부채널(21a) 및 유입영역구획부(27)과 배출영역구획부(29)를 형성한 상태에서 베이스소자(10) 상에 하부채널형성층(21)과 상부채널형성층(23)을 차례로 적층 함으로써, 복층채널소자(20)를 마련할 수도 있다.

이러한 구성에 의해서 본 발명에 따른 마이크로채널(1)을 이용하여 상이한 두 종류의 마이크로유체 시료가 혼합되는 과정을 도 3을 참고하여 살펴본다.

복층채널소자(20)의 양 유입구(25)로 두 종류의 마이크로유체 시료를 각각 유입시킨다. 양 유입구(25)로 유입된 각각의 마이크로유체 시료는 유입영역구획부(27)에서 상부채널(23a)과 하부채널(21a)을 거쳐 혼합채널(24)로 이동한다.

이때, 양 마이크로유체 시료는 유입영역구획부(27)를 지나면서 상부채널(23a)과 하부채널(21a)에서 폭방향으로 넓게 퍼지면서 혼합채널(24)로 이동하게 된다.

그리고, 혼합채널(24)로 유입된 양 마이크로유체 시료는 상하방향에서 넓게 접촉하면서 혼합되는데, 혼합채널(24)에서 양 마이크로유체 시료의 접촉 영역이 넓게 형성됨으로써, 혼합율이 극대화된다.

이렇게 혼합채널(24)에서 혼합된 마이크로유체 시료는 배출구(26)를 통해 배출됨으로써, 실험자가 원하는 혼합된 마이크로유체 시료를 제공하게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 마이크로채널(1)은 전술한 바와 같이, 복층채널 소자(20)의 혼합채널(24)에서 두 종류의 마이크로유체 시료가 상하 위치에서 넓게 접촉하면서 이동하여 그 혼합율이 극대화됨으로써, 혼합채널(24) 구간을 포함한 상부채널(23a)과 하부채널(21a)의 길이를 최소한으로 축소할 수 있다.

이에 의해, 마이크로유체 시료들의 혼합이 우수하게 이루어지면서, 크기를 현격하게 소형화할 수 있는 마이크로채널(1)이 제공된다.

한편, 본 발명에 따른 마이크로채널(1)은 도 5에 도시된 바와 같이, 혼합채널(24)에 대응하는 영역의 베이스소자(10) 하부면에 압전소자(30)를 마련하여 진동을 발생시킴으로써, 혼합채널(24) 내부에서 두 종류의 마이크로유체 시료의 혼합을 촉진시키는 것이 바람직하다. 이에 의해, 마이크로유체 시료들의 혼합이 더욱 빠르고 우수하게 이루어지면서, 크기를 보다 현격하게 소형화할 수 있는 마이크로채널(1)이 제공된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 마이크로채널은 복층채널소자 내부에 형성되는 상부채널과 하부채널로 유입되는 두 종류의 마이크로유체 시료가 혼합채널을 거치면서 상하 위치에서 넓게 접촉하면서 이동함으로써, 마이크로유체 시료들의 혼합이 매우 우수하게 이루어짐과 동시에, 마이크로채널의 크기를 현격하게 소형화할 수 있다.

전술 및 실시예에서는 두 종류의 마이크로유체 시료를 혼합하는 것을 예로 하여 복층채널소자에 상부채널과 하부채널이 형성되어 있는 것을 예로 하여 설명하 였으나, 본 발명에 따르면, 두 종류 이상의 마이크로유체 시료를 혼합하기 위해 복층채널소자 내에 상하로 위치하는 다수의 채널들을 형성하고 각 채널들이 상호 결합되어 형성된 하나의 혼합채널에서 두 종류 이상의 마이크로유체 시료가 혼합되도록 할 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로채널의 사시도,

도 2는 도 1의 마이크로채널 분해사시도,

도 3는 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 마이크로채널의 단면도,

도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 마이크로채널의 단면도,

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로채널의 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 베이스소자 20 : 채널소자

21 : 하부채널형성층 21a : 하부채널

23 : 상부채널형성층 23a : 상부채널

24 : 혼합채널 25 : 유입구

26 : 배출구

Claims

표면에 상하 두께에 비해 넓은 폭과 소정의 길이를 갖는 하부채널이 형성된 하부채널형성층과 상기 하부채널에 대응되는 상부채널을 가지며 상기 하부채널형성층 상부에 형성된 상부채널형성층을 갖는 채널소자를 포함하되,

상기 채널소자의 일측에는 상기 제 1 및 제 2 마이크로유체 시료가 상기 하부채널과 상부채널로 각각 유입되기 위한 적어도 한 쌍의 유입구가 형성되고, 상기 상부 및 하부채널의 일부 구간이 상호 결합되어 상하 두께에 비해 넓은 폭과 소정의 길이를 갖는 혼합채널이 형성되며, 상기 채널소자의 타측에는 상기 혼합채널을 거친 마이크로유체 시료를 하부채널 및 상부채널로부터 각각 외부로 배출하기 위한 적어도 한 쌍의 배출구가 형성되되,

상기 상하부채널형성층의 상기 유입구 영역에는 상부채널과 하부채널을 구획하기 위한 유입영역구획부가 형성되고, 상기 상하부채널형성층의 상기 배출구 영역에는 상기 하부채널과 상부채널을 구획하기 위한 배출영역구획부가 형성되어,

상기 유입영역구획부에 의하여 제 1 및 제 2 마이크로유체 시료는 유입부 영역에서 분리 적층된 상태로 유동하며, 혼합채널을 통과하는 과정에서 제 1 및 제 2 마이크로유체 시료는 적층된 상태로 혼합이 이루어진 후, 혼합된 마이크로 시료 유체는 배출영역구획부에 의하여 하부채널을 통하여 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널.
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제1항에 있어서,

상기 혼합채널에 진동을 전달하는 압전소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로채널.