KR100989827B1 - 마이크로 채널의 이중 전극 형성 방법 및 이를 통해 제조된마이크로 채널을 갖는 전기 화학 분석 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로 채널의 이중 전극 형성 방법 및 이를 통해 제조된 마이크로 채널을 갖는 전기 화학 분석 장치에 관한 것으로, 본 발명의 마이크로 채널의 이중 전극 형성 방법에 있어서, 서로 밀도 차이를 갖고 반응 시 침전물을 형성하는 두 용액을 마이크로 채널에서 층류를 형성하며 평행하게 흐르게 하는 단계; 및 상기 용액들의 층류를 분지 시켜, 상기 마이크로 채널의 상부 벽에 접하는 상기 용액들의 침전물과 상기 마이크로 채널의 하부 벽에 접하는 상기 용액들의 침전물이 서로 다른 배출구로 이어지도록 하는 단계를 포함한다.

이에 따라, 다상 층류 유동을 이용하여 간단하면서도 경제적으로 마이크로 채널 내부에 이중 전극을 형성할 수 있다.

마이크로채널, 이중 전극

Description

마이크로 채널의 이중 전극 형성 방법 및 이를 통해 제조된 마이크로 채널을 갖는 전기 화학 분석 장치{METHOD FOR MICROFABRICATION OF DUAL OPPOSITE ELECTRODES INSIDE A MICROCHANNEL AND ELECTROCHEMICAL ANALYSIS APPARATUS HAVING THE MICROCHANNEL FABRICATED USING THE SAME}

본 발명은 랩온어칩(Lab on a chip) 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 원하는 물질을 분석하기 위한 마이크로 채널의 이중 전극 형성 방법 및 이를 통해 제조된 마이크로 채널을 갖는 전기 화학 분석 장치에 관한 것이다.

최근 현장검진(point-of-care diagnostics), 병원균검출, 환경감시 및 신약개발 등의 생의학 연구를 위하여 집적화된 생물학적 분석시스템의 개발에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

그 중에서도 바이오 멤스(Bio MEMS) 또는 바이오나노정보기술(Bio Nano Information Technology, BNIT) 등의 나노 바이오(Nano-Bio)기술이 주류를 이루고 있다.

특히, 생체분자 등의 검출에 대한 관심이 지극히 높은 상태인데, 생체분자는 아주 적은 양으로도 인체에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 이를 검출할 수 있는 센싱 기술은 차세대 나노 바이오 기술의 핵심이라고 할 것이다.

이를 위하여 새로운 형태의 바이오 센서 및 이를 채용한 랩 온어 칩(Lab On a Chip, 이하 LOC) 또는 마이크로 통합분석 시스템(Micro-Total-Analysis-System)의 개발이 활발하다.

LOC는 말 그대로 생물학, 화학 실험실의 구성 요소를 미세화(scale down)하여 하나의 칩에 구현함으로써 기존의 실험을 하나의 칩에서 수행할 수 있도록 하는 것을 의미하는 것으로, 유리, 실리콘 또는 플라스틱으로 된 소형의 크기의 칩 위에 분석에 필요한 여러 가지 장치들을 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 집적시킨 화학/생물 마이크로 프로세서를 말한다.

복잡한 화학공정을 소형화/집적화하여 손 위에서 수행할 수 있는 LOC 개념은 사용되는 값비싼 시료의 양을 줄일 수 있고, 폐기물의 최소화, 소형화에 따른 이동성 및 현장 적응성이 뛰어나다는 점 등에 있어서 현대기술의 커다란 혁명이라고 말할 수 있다.

이러한 장점으로 인해, 현재 LOC 기술은 최근 급속히 성장하는 제약산업의 신약탐색 분야를 비롯하여, 의료 진단장치, 가정이나 병상에서의 건강 검진기기, 화학이나 생물공정 모니터링, 휴대 가능한 환경오염물질 분석기기, 화생방용 무인 화학/생물작용제 탐지/식별 장치 등의 화학 분석을 필요로 하는 다양한 분야에 응용될 수 있는 핵심기반기술로 각광받고 있다.

이러한 LOC에 도입되는 바이오센서 중에서, 미세전극을 기반으로 하는 전기화학적 검출 방식은 검출을 위한 필요 장치의 소형화가 가능하며, 작은 인가전압을 필요로 함에도 불구하고, 아주 적은 양의 분석 물질에 대해 감도가 가장 높다고 알려진 형광(fluorescence)검출법과 비슷한 수준의 높은 감도를 가질 뿐 아니라, 높은 선택성으로 분석 물질을 저가의 검사비용으로 측정할 수 있다는 장점을 가지고 있어, 많은 LOC에 도입이 이루어지고 있다.

종래의 LOC 제작에 있어서, 마이크로 채널 내에 감지장치인 전극을 형성하는 방법에 대해서는 Electroanalysys 2004, 16, No.24 pp2035~에 게재된 "Electrochemical Behavior of Parallel Opposed Dual Electrode in a Microchannel"(이하, 인용자료)에 그 내용이 개시되어 있다. 인용자료에 개시된 바와 같이, 마이크로 채널 내부에 이중 전극을 제작하기 위해서는 다단계의 사진식각공정(photolithography), 금속 식각(metal etching) 및 스퍼터링(sputtering), 또는 실란화와 용융 땜납(molten solder) 등의 다양하고 복잡한 공정을 거치게 된다.

또한, 정밀한 정렬(alignment) 과정을 필요로 하기 때문에, 기판의 재질이 유리 또는 석영 등의 투명한 기판으로 한정되는 문제가 있으며, 채널 형성을 위해 복잡한 접합 공정을 필요로 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 다상 층류 유동을 이용하여 간단하면서도 경제적 으로 마이크로 채널 내부에 이중 전극을 형성할 수 있는 제조 방법 및 이를 통해 제조된 마이크로 채널을 갖는 전기 화학 분석 장치를 제공하는 것이다. 또한, 주입구와 배출구를 다수의 쌍으로 마련하여 이중 전극을 다단계로 형성할 수 있는 제조 방법 및 이를 통해 제조된 마이크로 채널을 갖는 전기 화학 분석 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 마이크로 채널의 이중 전극 형성 방법에 있어서, 서로 밀도 차이를 갖고 반응 시 침전물을 형성하는 두 용액을 마이크로 채널에서 층류를 형성하며 흐르게 하는 단계; 및 상기 용액들의 층류를 분지 시켜, 상기 마이크로 채널의 상부 벽에 접하는 상기 용액들의 침전물과 상기 마이크로 채널의 하부 벽에 접하는 상기 용액들의 침전물이 서로 다른 배출구로 이어지도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널의 이중 전극 형성 방법에 의해 달성될 수 있다.

또한, 상기 침전물과 전기적으로 접속되는 전극패드를 상기 배출구들에 각각 마련하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 마이크로 채널은 상기 두 용액을 주입하기 위한 두 개의 주입구, 상기 두 용액을 배출하기 위한 두 개의 배출구, 분석 대상이 되는 시료를 주입하기 위한 입구, 상기 시료를 배출하기 위한 출구를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 마이크로 채널은 상기 두 용액을 주입하기 위한 한 쌍의 주입 구 및 상기 두 용액을 배출하기 위한 한 쌍의 배출구가 각각 복수의 쌍으로 마련되며, 분석 대상이 되는 시료를 주입하기 위한 입구, 상기 시료를 배출하기 위한 출구를 포함할 수 있다.

또한, 상기 용액들의 층류를 분지시키는 단계는, 상기 용액들의 층류에 역류하는 유체를 상기 출구로 주입하여 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 유체는 탈 이온수를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 두 용액 중 하나의 용액은 금, 은, 구리, 몰리브덴, 니켈, 크롬, 철, 아연, 망간 중 적어도 하나를 포함하는 금속 무전해 도금(electroless plating) 용액이고, 상기 두 용액 중 다른 하나의 용액은 상기 금속 무전해 도금 용액과 반응하여 상기 도전성 침전물을 발생시키는 반응액일 수 있다.

한편, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 상기 이중 전극이 형성된 마이크로 채널을 갖는 전기 화학 분석 장치에 의해 달성될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 다상 층류 유동을 이용하여 간단하면서도 경제적으로 마이크로 채널 내부에 이중 전극을 형성할 수 있는 제조 방법 및 이를 통해 제조된 마이크로 채널을 갖는 전기 화학 분석 장치가 제공될 수 있다. 또한, 주입구와 배출구를 다수의 쌍으로 마련하여 이중 전극을 다단계로 형성할 수 있는 제조 방법 및 이를 통해 제조된 마이크로 채널을 갖는 전기 화학 분석 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 제1 실시예는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 제작된 마이크로 채널의 개략 투시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따라 제작된 마이크로 채널(1)은 입구(10) 및 출구(20)를 가지며, 특히, 마이크로 채널(1)은 본 발명에 따른 이중 전극(70a, 70b)을 제작하기 위한 두 개의 주입구(30a, 30b)와 두 개의 배출구(40a, 40b)를 더 포함한다.

두 개의 주입구(제1 주입구(30a) 및 제2 주입구(30b))는 전극(70a, 70b) 형성을 위한 두 용액(제1 용액 및 제2 용액)을 각각 주입하기 위한 것이고, 두 개의 배출구(제1 배출구(40a) 및 제2 배출구(40b))는 주입구(30a, 30b)를 통해 주입된 두 용액이 채널 내부를 통과한 후 최종적으로 배출되는 출구이다.

두 주입구(30a, 30b)를 통해 주입되는 두 용액은 화학반응을 일으켜서 침전물을 발생시킬 수 있는 물질이 사용된다. 예를 들어, 두 용액 중 하나는 금, 은, 구리, 몰리브덴, 니켈, 크롬, 철, 아연, 망간 등과 같은 금속 물질을 적어도 하나 이상을 포함한 금속 무전해 도금 용액이 사용될 수 있으며, 다른 하나는 이 금속 무전해 도금 용액과 산화환원 반응을 일으키는 환원제가 사용될 수 있다.

이렇게 두 주입구(30a, 30b)로 각각 주입된 두 용액은 채널 내부에서 층류(laminar flow)를 이루며 흐르게 된다. 이러한 층류 형성은 레이놀드 수와 관 련되어 있다.

마이크로 채널 내부의 유동은 마이크로 채널이 가지는 특성 길이의 현저한 저하로 인해 대부분의 유동 조건에서 작은 레이놀드 수를 낳게 되며, 이로 인하여 난류(turbulent flow)가 생성되기 어렵고, 대부분 안정적인 층류가 형성되게 된다.

본 발명에 따른 이중 전극(70a, 70b) 형성을 위한 두 용액은 서로 밀도 차이가 나는 것을 사용한다. 본 실시예에서는 제1 용액이 밀도가 큰 용액이고, 제2 용액이 밀도가 낮은 무전해 도금 용액인 것으로 설명한다. 이러한 두 용액의 밀도 차이로 인해, 두 용액은 채널을 따라 흐르면서 중력의 영향에 의해 두 용액의 경계면이 회전하게 된다. 즉, 밀도가 큰 용액(제1 용액)이 아래쪽으로, 밀도가 작은 무전해 도금 용액(제2 용액)이 위쪽으로 이동하면서, 두 용액의 경계면이 회전하게 된다.

이러한 경계면의 회전에 의해, 도 1에 도시된 바와 같이 층류가 막힌 출구(20)와 만나면서 둘로 나뉘게 되는데, 각각 채널 내부의 상측 벽에 가까운 경계면과 하측 벽에 가까운 경계면이 좌우로 분지 되어 별도의 배출구(40a, 40b)로 배출된다. 이때, 두 용액의 경계면과 채널 내부 벽(상측 벽과 하측 벽) 사이에서 무전해 도금과정을 통해 전극(70a, 70b)이 형성된다. 즉, 두 용액의 경계면에서 이루어지는 화학반응에 의해 침전물이 채널 내부 벽에 석출되며, 이것이 전극(70a, 70b)을 형성하게 된다.

채널 내부의 상측 벽과 하측 벽의 이중 전극(70a, 70b) 형성에 대해서는 도 2 및 도 3을 참조하여 계속하여 설명하기로 한다. 도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 제1 실시예에 따라 제작된 마이크로 채널(1)의 개략적인 평면도 및 저면도이다.

밀도가 큰 용액인 제1 용액과 밀도가 낮은 제2 용액의 경계면은 채널을 따라 흐르면서 출구(20) 쪽으로 갈수록 밀도차에 의해 채널 입구(10)에서 볼 때 반시계 방향으로 회전하게 된다. 따라서, 채널 상측 벽에 가까운 경계면은 왼쪽(채널 입구(10)에서 바라본 방향)으로 치우치고 채널 하측 벽에 가까운 경계면은 오른쪽(채널 입구(10)에서 바라본 방향)으로 치우치기 때문에, 이 경계면들이 채널의 막힌 출구(20)와 만나면서 좌우로 분지 된다.

즉, 두 용액의 층류가 채널 출구(20)의 막힌 벽을 만나면서 둘로 분지 되는데, 채널 상측 벽에 가까운 경계면은 회전에 의해 왼쪽으로 치우치기 때문에, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 배출구(40a)(채널 입구(10)에서 볼 때 왼쪽 배출구)로 분지 되고, 채널 하측 벽에 가까운 경계면은 회전에 의해 오른쪽으로 치우치기 때문에, 도 3에 도시된 바와 같이 제2 배출구(40b)(채널 입구(10)에서 볼 때 오른쪽 배출구)로 분지 된다.

그 결과, 도 2에 도시된 바와 같이, 채널 상측 벽에는 제1 배출구(40a)로 이어지는 제1 전극(70a)이 형성되고, 도 3에 도시된 바와 같이, 채널 하측 벽에는 제2 배출구(40b)로 이어지는 제2 전극(70b)이 형성된다.

이와 같이, 본 발명에 따르면 채널의 내부 상측 벽과 하측 벽에 이중 전극(70a, 70b)이 형성되며, 이 전극(70a, 70b)은 각각 두 배출구(40a, 40b)로 이어져 있어 분리된 전극(70a, 70b) 형태를 얻을 수 있다.

한편, 두 배출구(40a, 40b)에는 전극(70a, 70b)과 전기적으로 접속되는 전극 패드가 각각 마련될 수 있으며, 이에 따라 분리된 전기 접촉 패드를 얻을 수 있게 된다.

여기서, 두 용액의 회전의 정도는 두 용액의 밀도 차이에 의해 결정될 수 있으며, 본 발명에서는 경계면이 두 배출구(40a, 40b)로 분지 되어 분리된 이중 전극(70a, 70b) 형태를 형성할 수 있는 한, 그 회전 정도는 얼마든지 허용될 수 있다.

또한, 도 1 내지 도 3에서는 두 주입구(30a, 30b) 및/또는 배출구(40a, 40b)가 채널 길이 방향에 각각 90도가 되도록 서로 마주보게 형성되어 있으나, 두 주입구(30a, 30b) 및/또는 배출구(40a, 40b)가 이루는 각도는 달리 설정될 수도 있다. 예를 들어, 두 주입구(30a, 30b) 및/또는 배출구(40a, 40b)가 채널 방향에 비스듬하게 형성될 수도 있다.

한편, 본 발명의 제1 실시예에서는 마이크로 채널(1)의 입구(10)와 출구(20)가 막힌 상태에서 이중 전극(70a, 70b) 제작 공정을 실시하게 되는데, 채널의 크기가 매우 작기 때문에 상판과 하판의 채널 접합 후에 입구, 출구를 뚫는 건 실제로 굉장히 어려운 작업이다. 따라서, 채널의 입구와 출구에 구멍을 내고서도 막힌 상태처럼 만들어서 채널 내에 이중 전극을 형성하게 된다.

구체적으로, 마이크로 채널(1)의 입구(10)와 출구(20)에 우선 용액 주입을 위한 튜브와 주사기를 연결하고, 이어서 진행하게 될 무전해 도금 반응에 영향을 주지 않을 탈 이온수 등의 용액을 주사기를 이용하여 주입한다. 탈 이온수 주입 후에 이중 전극 제작 공정 동안 입구(10)와 출구(20)에 연결된 주사기의 피스톤이 움 직이지 않도록 해주면, 이미 주입된 탈 이온수의 비압축 특성으로 인해 입구(10)와 출구(20) 방향으로 유동이 흐르지 않아, 입구(10)와 출구(20)가 막힌 것과 같은 상태로 전극 제작 공정을 수행할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 대해서는 도 4 내지 도 10을 참조하여 설명하기로 한다. 도 4 내지 도 6은 각각 본 발명의 제2 실시예에 따라 제작된 마이크로 채널(1)의 개략적인 사시도, 평면도 및 저면도이다. 전술한 실시예와 중복되는 설명은 필요에 따라 생략하기로 한다.

본 발명의 제2 실시예에서는 제1 용액은 은 무전해 도금 용액이고, 제2 용액은 환원제인 것을 일 예로 설명하기로 한다. 또한, 여기서 은 무전해 도금 용액이 환원제보다 밀도가 큰 것으로 설명한다.

본 발명의 제2 실시예에 따라 제작된 마이크로 채널(1)은 도 4에 도시된 바와 같이 입구(10) 및 출구(20)를 가지며, 전극(70a, 70b) 제작 시 채널의 출구(20)를 통해 유체를 주입하여 층류의 분리 즉 경계면의 분리를 용이하게 만든다.

즉, 도 4는 도 1과 유사한 구조를 갖지만, 채널의 출구(20)로 유체를 주입한다는 점에서 차이가 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 이중 전극(70a, 70b) 제작 방법을 설명하면 다음과 같다.

우선, 은 무전해 도금 용액과 환원제를 각각 제1 주입구(30a)와 제2 주입구(30b)로 주입하여 채널 내부로 이 용액들이 층류를 형성하며 흐르게 한다. 채널을 따라 흐르는 두 용액은 그 밀도 차이로 인해 밀도가 큰 은 무전해 도금 용 액이 밑으로, 밀도가 작은 환원제가 위로 이동한다. 이에 따라, 채널 입구(10)에서 볼 때 층류가 반시계 방향으로 회전하게 되고 두 용액들의 경계면 또한 반시계 방향으로 회전하게 된다.

두 용액의 경계면은 도 5의 평면도 상에서 약간 위쪽(채널 입구(10)에서 바라볼 때 왼쪽)으로 기울어졌고, 도 6의 저면도 상에서 약간 아래쪽(채널 입구(10)에서 바라볼 때 오른쪽)으로 기울어진 것을 확인할 수 있다.

한편, 채널의 출구(20)로 유체를 주입하게 되는데, 채널을 따라 회전하여 흐르는 층류와 채널의 출구(20)로 주입되는 유체가 만나면서 층류가 둘로 분지되어 각각 제1 배출구(40a)와 제2 배출구(40b)로 배출된다. 여기서, 유체를 주입하는 것은 채널을 따라 흐르는 층류가 보다 원활하게 둘로 분지될 수 있도록 하는 것으로, 두 용액의 화학 반응에 영향을 주지 않으면서 층류의 분리를 돕는다면 어떤 종류의 유체도 사용 가능하다. 본 발명에서는 탈 이온수(DI water)를 유체로 사용하는 것을 일 예로 설명한다.

이러한 탈 이온수와 같은 제3의 유체에 의해 두 용액의 층류는 원활하게 둘로 분지 되어 상측 경계면은 제1 배출구(40a)로 배출되고, 하측 경계면은 제2 배출구(40b)로 배출된다. 이에 따라 마이크로 채널(1) 내부에서 각각 배출구(40a, 40b)로 이어지는 분리된 이중 전극(70a, 70b)이 형성된다.

본 발명의 제2 실시예에서는 입구(10)가 막힌 상태로 전극을 형성하게 되는데, 제1 실시예에서 설명한 바와 같이 탈 이온수 등을 주입하여 주사기를 멈추면, 인위적으로 막힌 상태를 유지할 수 있다.

본 실시예에서는 이중 전극(70a, 70b) 제작을 위한 마이크로 채널(1) 내부 유동의 조건을 결정하기 위해, 전산 유체 해석 프로그램(CFD-ACE+)을 이용한 수치 모사를 수행하였으며, 그 수치 해석 결과는 도 7에 도시하였다.

은 무전해 도금 용액과 탈 이온수는 1000 kg/m³의 밀도를 갖고, 환원제는 950 kg/m³의 밀도를 갖는 것으로 설정하였다. 그리고, 은 무전해 도금 용액, 환원제 및 탈 이온수는 0.025 m/s의 동일한 속도로 주입하는 것으로 설정하였으며, 이 경우 마이크로 채널의 형상을 기준으로 계산된 레이놀드 수는 0.4875에 해당하여, 안정적인 층류 유동을 예상할 수 있었다.

도 7에 도시된 바와 같이, 은 무전해 도금 용액과 환원제를 각각 제1 배출구(40a) 및 제2 배출구(40b)로 주입하자 두 용액이 채널을 따라 층류를 형성하며 흐르고, 이 층류는 채널의 출구(20)쪽으로 갈수록 조금씩 반시계 방향(채널의 입구(10)에서 볼 때)으로 회전하는 것을 확인할 수 있다. 이렇게 두 용액이 채널을 따라 층류를 형성하며 흐르는 동안 채널의 출구(20)로 탈 이온수를 주입하자, 두 용액과 탈 이온수가 만나면서 층류가 둘로 분지 되어 각각 두 배출구(40a, 40b)로 배출되는 것으로 확인된다. 이때, 은 무전해 도금 용액과 환원제의 경계면 또한 둘로 분지 되는데, 도 7에 도시된 바와 같이, 채널 상측에 가까운 위쪽 경계면(노란색 또는 녹색으로 표시)은 제1 배출구(40a)로, 채널 하측에 가까운 아래쪽 경계면(노란색 또는 녹색으로 표시)은 제2 배출구(40b)로 배출되는 것을 확인할 수 있다.

이렇게 두 용액의 경계면에서 두 용액의 산화환원 반응에 의해 침전물이 발 생하고 이 침전물이 채널의 상측 벽과 하측 벽에서 분리된 이중 전극(70a, 70b)을 형성하는 것을 확인할 수 있다.

도 8a는 본 발명의 제2 실시예에 따라 마이크로 채널(1)에 이중 전극(70a, 70b)을 제작하기 위한 제작 기구의 개략도이다.

도 8a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따라 마이크로 채널(1)에 이중 전극(70a, 70b)을 제작하기 위한 제작 기구는 그래픽 그래버 장치(100), CCD 카메라(110), 주사기 펌프(120)를 포함한다.

여기서, 그래픽 그래버 장치(100) 및 CCD 카메라(110)는 마이크로 채널(1)을 촬상하여 전극 제작이 제대로 이루어지고 있는지 확인하기 위한 장치이며, 실제에 서는 주사기 펌프만으로 전극 제작이 가능하다.

도 8b는 도 8a의 마이크로 채널(1)을 확대한 사진이며, 도 8b에 도시된 바와 같이, 마이크로 채널(1)의 입구(10) 및 출구(20)와, 전극 제작용 제1 주입구(30a), 제2 주입구(30b), 제1 배출구(40a), 및 제2 배출구(40b)가 마이크로 채널(1) 상에 마련된 것을 확인할 수 있다. 주사기 펌프를 통해 제1 주입구(30a) 및 제2 주입구(30b)에는 각각 은 무전해 도금 용액과 환원제가 주입되며, 채널의 출구(20)로는 탈 이온수가 주입된다.

도 9 및 도 10은 각각 도 8a 및 도 8b를 통해 마이크로 채널(1)의 상측 벽 및 하측 벽에 실제로 형성된 마이크로 채널 내부의 이중 전극의 현미경 사진과 부분 확대 사진이다. 전체적으로 전극(70a, 70b)들이 출구(20)로 갈수록 그 두께가 두꺼워지는 것을 볼 수 있다.

구체적으로, 채널의 상측 벽에는 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 전극(70a)이 형성되어 제1 배출구(40a)로 완전하게 이어진 것을 확인할 수 있다. 그리고, 채널의 하측 벽에는 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 전극(70b)이 형성되어 제2 배출구(40b)로 완전히 이어진 것을 확인할 수 있다.

이하, 본 발명의 제3 실시예에 대해 도 11 및 12를 참조하여 설명하기로 한다.

도 11 및 12는 본 발명의 제3 실시예에 따라 제작된 마이크로 채널의 개략적인 평면도 및 저면도이다. 도 11 및 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따라 제작된 마이크로 채널은 입구(10) 및 출구(20)를 가지며, 특히, 본 발명에 따른 두 쌍의 이중 전극(70a, 70b, 71a, 71b)을 제작하기 위한 두 쌍의 주입구(30a, 30b, 31a, 31b)와 두 쌍의 배출구(40a, 40b, 41a, 41b)를 포함한다.

즉, 전술한 제1 실시예 및 제2 실시예에서는 마이크로 채널이 주입구와 배출구를 각각 한 쌍만 가지게 되지만, 본 발명의 제3 실시예에서는 각각 두 쌍을 갖는다. 물론, 다른 실시예에서는 주입구 및 배출구가 예컨대 각각 세 쌍, 네 쌍 등 필요에 따라 다수의 쌍으로 구성될 수도 있다.

각 쌍의 주입구(30a, 30b, 31a, 31b)에는 각각 밀도 차가 있는 두 용액을 주입하여, 두 용액이 층류를 형성하며 상응하는 배출구(40a, 40b, 41a, 41b)로 배출되면서 두 용액의 경계면에서 각각 이중 전극이 형성되어 결과적으로 이중 전극이 총 2개가 형성된다.

본 실시예에서는 제1 주입구(30a)와 제4 주입구(31b)에는 은 무전해 도금 용 액을 주입하고 제2 주입구(30b)와 제3 주입구(31a)에는 각각 환원제를 주입하는 것을 일 예로 한다. 이에 따라, 도 11에 도시된 바와 같이, 이중 전극들이 서로 엇갈리게 형성된다.

물론, 제1 주입구(30a)와 제3 주입구(31a)에 은 무전해 도금 용액을 주입하고 제2 주입구(30b)와 제4 주입구(31b)에 환원제를 주입할 수도 있다. 즉, 한 쌍의 주입구 즉, 제1 주입구(30a)와 제4 주입구(31b), 제2 주입구(30b)와 제3 주입구(31a)에 주입되는 두 용액이 서로 밀도 차이를 갖고 반응 시 침전물을 형성하기만 한다면, 각 주입구에 주입되는 용액이 서로 상이할 수도 있다.

예를 들어, 서로 밀도 차이를 갖고 반응 시 침전물을 형성하는 제1 용액과 제2 용액을 각각 제1 주입구(30a)와 제2 주입구(30b)에 주입하고, 역시 서로 밀도 차이를 갖고 반응 시 침전물을 형성하는 제3 용액과 제4 용액을 각각 제3 주입구(31a)와 제4 주입구(31b)에 주입하여 이중 전극을 다수 개 형성할 수 있다.

여기서, 각 배출구(40a, 40b, 41a, 41b)에는 전극(70a, 70b, 71a, 71b)과 전기적으로 접속되는 전극 패드가 각각 마련될 수 있으며, 이에 따라 분리된 전기 접촉 패드를 얻을 수 있게 된다.

이와 같이, 주입구와 배출구가 다수의 쌍으로 이루어지는 경우, 이중 전극을 다단계로 형성할 수 있다.

또한, 전술한 실시예와 같이, 출구를 통해 탈 이온수와 같은 용액을 주입함으로써, 두 용액의 분지를 더 용이하게 할 수 있다.

실제에서, 채널의 입구(10) 및 출구(20)를 인위적으로 막힌 상태로 만드는 방법은 다음과 같다. 우선 채널의 입구(10)를 통해서 구멍을 뚫려있는 모든 곳으로 탈 이온수와 같은 용액을 흘려주면, 전극형성을 위한 주입구들 및 배출구들 방향을 포함한 모든 채널에 탈 이온수가 채워지게 된다. 그 후에 주사기를 멈춘 상태를 유지해 주면, 모든 채널이 막힌 것처럼 된 상태가 된다.

그 후, 제1, 2전극(70a, 70b)을 만들기 위한 제 1,2 주입구(30a, 30b)로만 전극 형성을 위한 두 용액을 흘려주고, 제 1,2 배출구(40a, 40b)로만 배출되게 한다. 이렇게 하여 제 1,2 전극(70a, 70b)이 만들어지고 나면, 탈 이온수가 연결된 채널의 입구(10)로부터 탈 이온수를 모든 방향으로 흘려서 세척과 동시에 다시 채널 전체를 탈 이온수로 채운다. 그 후 다시 제 3,4 주입구(31a, 31b)를 통해 제 3, 4전극(71a, 71b)을 형성한다. 마찬가지로 전극 형성 후 탈 이온수로 세척하면, 다단계 전극 형성이 가능하게 된다.

전술한 실시예에서, 제1 용액과 제2 용액이 산화환원 반응을 일으키는 것을 일 예로 설명하였으나, 두 용액이 서로 밀도 차를 갖고 화학반응을 통해 도전성 침전물을 생성하는 것이라면 어느 용액이라도 본 발명에 적용할 수 있다.

비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하고, 다상 층류 유동을 이용하여 간단하면서도 경제적으로 마이크로 채널 내부에 이중 전극을 형성할 수 있는 제조 방법 및 이를 통해 제조된 마이크로 채널을 갖는 전기 화학 분석 장치를 제공한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 제작된 마이크로 채널의 개략적인 투시도;

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따라 제작된 마이크로 채널의 개략적인 평면도;

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 제작된 마이크로 채널의 개략적인 저면도;

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따라 제작된 마이크로 채널의 개략적인 투시도;

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따라 제작된 마이크로 채널의 개략적인 평면도;

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따라 제작된 마이크로 채널의 개략적인 저면도;

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 채널의 층류의 전산 유체 해석 프로그램을 이용한 수치 해석 결과;

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제2 실시예에 따라 마이크로 채널에 이중 전극을 제작하기 위한 제작 기구의 개략도 및 부분 확대 사진;

도 9는 도 8a를 통해 마이크로 채널의 상측 벽에 실제로 형성된 제1 전극을 보여주는 현미경 사진과 부분 확대 사진이다.

도 10은 도 8b를 통해 마이크로 채널의 하측 벽에 실제로 형성된 제2 전극의 현미경 사진과 부분 확대 사진이다.

도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따라 제작된 마이크로 채널의 개략적인 평면도이다.

도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따라 제작된 마이크로 채널의 개략적인 저면도이다.

Claims (8)

1. 마이크로 채널의 이중 전극 형성 방법에 있어서,

   서로 밀도 차이를 갖고 반응 시 침전물을 형성하는 두 용액을 마이크로 채널에 주입함으로써 층류를 형성하여 상기 두 용액 간 경계면이 채널 하류 방향으로 회전하면서 흐르게 하는 단계; 및

   경계면이 회전하며 흐르는 상기 층류를 분지 시켜, 상기 마이크로 채널의 상부 벽에 접하는 상기 용액들의 침전물과 상기 마이크로 채널의 하부 벽에 접하는 상기 용액들의 침전물이 서로 다른 배출구로 이어지도록 함으로써 이중 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널의 이중 전극 형성 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 침전물과 전기적으로 접속되는 전극패드를 상기 배출구들에 각각 마련하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널의 이중 전극 형성 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 마이크로 채널은 상기 두 용액을 각각 주입하기 위한 두 개의 주입구, 상기 두 용액을 배출하기 위한 두 개의 배출구, 분석 대상이 되는 시료를 주입하기 위한 입구, 상기 시료를 배출하기 위한 출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널의 이중 전극 형성 방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 마이크로 채널은 상기 두 용액을 주입하기 위한 한 쌍의 주입구 및 상기 두 용액을 배출하기 위한 한 쌍의 배출구가 각각 복수의 쌍으로 마련되며, 분석 대상이 되는 시료를 주입하기 위한 입구, 상기 시료를 배출하기 위한 출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널의 이중 전극 형성 방법.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,

   상기 용액들의 층류를 분지시키는 단계는, 상기 용액들의 층류에 역류하는 유체를 상기 출구로 주입하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널의 이중 전극 형성 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 유체는 탈 이온수를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널의 이중 전극 형성 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 두 용액 중 하나의 용액은 금, 은, 구리, 몰리브덴, 니켈, 크롬, 철, 아연, 망간 중 적어도 하나를 포함하는 금속 무전해 도금 용액이고, 상기 두 용액 중 다른 하나의 용액은 상기 금속 무전해 도금 용액과 반응하여 상기 도전성 침전물을 발생시키는 반응액인 것을 특징으로 하는 마이크로 채널의 이중 전극 형성 방법.
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나에 의해 이중 전극이 형성된 마이크로 채널을 갖는 전기 화학 분석 장치.

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