KR101080045B1 - 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템 및 마이크로 채널을 이용한 유체 혼합방법 - Google Patents

마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템 및 마이크로 채널을 이용한 유체 혼합방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101080045B1
KR101080045B1 KR1020090016899A KR20090016899A KR101080045B1 KR 101080045 B1 KR101080045 B1 KR 101080045B1 KR 1020090016899 A KR1020090016899 A KR 1020090016899A KR 20090016899 A KR20090016899 A KR 20090016899A KR 101080045 B1 KR101080045 B1 KR 101080045B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetic
microchannel
fluid
magnetic field
magnet body
Prior art date
Application number
KR1020090016899A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100097978A (ko
Inventor
강상모
서용권
레탄야
Original Assignee
동아대학교 산학협력단
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 동아대학교 산학협력단 filed Critical 동아대학교 산학협력단
Priority to KR1020090016899A priority Critical patent/KR101080045B1/ko
Publication of KR20100097978A publication Critical patent/KR20100097978A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101080045B1 publication Critical patent/KR101080045B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/05—Microfluidics
    • B81B2201/051—Micromixers, microreactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)

Abstract

본 발명은 서로 다른 성질의 유체 재료가 마이크로 채널을 유동하면서 혼합되도록 하는마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템 및 마이크로 채널을 이용한 유체 혼합방법을 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템 및 마이크로 채널을 이용한 유체 혼합방법은 마이크로 채널 내부에 유입되어 유체 재료와 물리적으로 상호작용하게 되는 자성 입자의 집합체와 자성 입자에 자기력을 부여하게 되는 자석이 구비되는 단순한 구성으로 이루어지고, 자석에 의해 부여되는 자기력의 벡터량이 시간의 경과에 따라 변동되어 자성 입자의 운동이 변동되면서 마이크로 채널 내부로 유입되는 유체 재료의 와류유동을 유도되도록 함으로써 유체 재료의 혼합효율이 증대되도록 한 것이다.
본 발명에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템은 마이크로 채널, 자석체, 자성 입자 집합체(magnetic particles)로 이루어진다. 마이크로 채널은 서로 다른 성질의 유체 재료가 유입되는 유입구와 서로 다른 성질의 유체 재료가 혼합된 혼합 유체가 배출되는 유출구가 양단부에 형성되고, 유입구와 유출구 사이에 유입구를 통해 유입된 서로 다른 성질의 유체 재료가 유동하게 되는 내부유로가 형성된 것이다. 자석체는 마이크로 채널의 길이방향을 따라 유입구와 유출구 사이에 설치되고, 마이크로 채널의 둘레에 위치되어 마이크로 채널의 내부유로에 자기장이 작용하도록 하는 것이다. 자성 입자 집합체는 마이크로 채널의 내부유로에 유입되고, 자석체의 자기장을 통해 부여되는 자기력에 의해 마이크로 채널의 내부유로 상에서 운동하게 되는 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템에서 자석체는 자기장이 시간의 경과에 따라 변동되도록 하여 자성 입자 집합체의 운동 방향 및 운동 속도가 시간에 따라 달라지도록 하는데, 이에 따라 마이크로 채널의 내부유로로 유입된 서로 다른 성질의 유체 재료는 자성 입자 집합체와의 상호작용에 의해 와류 유동(vortex motion)하게 되면서 서로 혼합되게 된다.
마이크로 채널, 자성 입자, 나노입자, 자석

Description

마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템 및 마이크로 채널을 이용한 유체 혼합방법{Fluid mixing system by microchannel and mixing method thereof}
본 발명은 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템 및 마이크로 채널을 이용한 유체 혼합방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 시간의 경과에 따라 변동되는 자기력에 의해 운동하는 자성 입자에 의해 마이크로 채널 내부에 유입된 유체 재료가 혼합되도록 하여 유체 재료의 혼합효율을 증대시키고, 단순한 구성으로 이루어질 수 있는 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템 및 마이크로 채널을 이용한 유체 혼합방법에 관한 것이다.
현재, 나노기술의 발달에 힘입어 생체물질 분석이나 화학물질 분석에 마이크로 채널(micro channel)의 이용도 활성화되고 있는데, 이와 같은 마이크로 채널은 일반적으로 유체 재료를 이송시키거나, 서로 다른 성질의 유체 재료를 혼합시키는데 사용된다.
여기서, 서로 다른 성질의 유체 재료를 혼합시키는데 사용되는 마이크로 채널과 관련된 기술로는 본 발명자에 의해 선출원된 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0758362호 및 제10-0818981호의 "마이크로 채널 내 유체 재료의 혼합효과를 높이기 위한 방법", 등록번호 제10-0739023호 및 제10-0739025호의 "마이크로 채널 내 유체 재료의 혼합효과를 높이기 위한 전극의 설치구조" 등이 안출되어 있다.
상기와 같은 서로 다른 성질의 유체 재료를 혼합시키는데 사용되는 마이크로 채널과 관련된 종래의 기술은 유체의 전기삼투 유동을 이용한 것으로 마이크로 채널의 벽면에 설치되는 전극의 구성과 배치구조를 조절함으로써 마이크로 채널 내부를 유동하게 되는 유체 재료의 혼합효과를 증대시키도록 한 것이다.
그러나, 상기와 같은 종래의 기술은 마이크로 채널의 벽면에 다수개의 전극을 설치하는 구성이 번거로운 문제점이 있었으며, 유체 재료의 혼합효과를 더욱 높이는데에도 한계가 있어 새로운 방식의 유체 혼합기술의 개발이 현재 요구되고 있는 실정이라 하겠다.
따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 마이크로 채널 내부에 유입되어 유체 재료와 물리적으로 상호작용하게 되는 자성 입자의 집합체와 자성 입자에 자기력을 부여하게 되는 자석이 구비되도록 하고, 자석에 의해 부여되는 자기력의 벡터량이 시간의 경과에 따라 변동되어 자성 입자의 운동이 변동되면서 마이크로 채널 내부로 유입되는 유체 재료의 와류유동을 유도되도록 하여 유체 재료의 혼합효율이 증대될 수 있는 새로운 형태의 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템 및 마이크로 채널을 이용한 유체 혼합방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 자성 입자 집합체와 자석을 구비하는 단순한 구성으로도 마이크로 채널로 유입되는 유체의 혼합효율을 증대시킬 수 있는 새로운 형태의 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템 및 마이크로 채널을 이용한 유체 혼합방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 서로 다른 성질의 유체 재료가 마이크로 채널을 유동하면서 혼합되도록 하는 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템에 있어서, 서로 다른 성질의 유체 재료가 유입되는 유입구와 서로 다른 성질의 유체 재료가 혼합된 혼합 유체가 배출되는 유출구가 양단부에 형성되고, 상기 유입구와 유출구 사이에 상기 유입구를 통해 유입된 서로 다른 성질의 유체 재료가 유동하게 되는 내부유로가 형성된 마이크로 채널과; 상기 마이크로 채널의 길이방향을 따라 상기 유입구와 유출구 사이에 설치되고, 상기 마이크로 채널의 둘레에 위치되어 상기 마이크로 채널의 내부유로에 자기장이 작용하도록 하는 자석체 및; 상기 마이크로 채널의 내부유로에 유입되고, 상기 자석체의 자기장을 통해 부여되는 자기력에 의해 상기 마이크로 채널의 내부유로 상에서 운동하게 되는 자성 입자 집합체(magnetic particles)를 포함하며, 상기 자석체는 자기장이 시간의 경과에 따라 변동되도록 하여 상기 자성 입자 집합체의 운동 방향 및 운동 속도가 시간에 따라 달라지도록 하고, 상기 마이크로 채널의 내부유로로 유입된 서로 다른 성질의 유체 재료는 상기 자성 입자 집합체와의 상호작용에 의해 와류 유동(vortex motion)하게 되면서 서로 혼합되되, 상기 자성 입자 집합체는 철, 니켈, 코발트와 같은 자성물질이 나노단위의 크기로 미립화된 자기 나노입자(magnetic nanoparticles)의 집합체이며, 상기 자성 입자 집합체를 이루는 각각의 자성 나노입자는 화학적으로 안정되어 상기 마이크로 채널로 유입되는 유체 재료와 화학적으로 반응하지 않는 폴리머(polymer) 소재로 코팅되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템에서 상기 자석체는 전자석이 사용되어 상기 자석체가 발생시키는 자기장의 온오프동작, 자기장의 방향, 자기장의 크기가 상기 전자석과 연결되는 컨트롤러에 의해 제어되도록 하는 것을 특징으로 한다.
삭제
삭제
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명은 서로 다른 성질의 유체 재료가 마이크로 채널을 유동하면서 혼합되도록 하는 방법에 있어서, 상기 마이크로 채널의 길이방향을 따라 상기 마이크로 채널의 둘레에 자석체가 설치되어 상기 마이크로 채널의 내부유로에 자기장이 작용하도록 하고, 상기 마이크로 채널의 내부유로로 자성 입자 집합체(magnetic particles)를 유입시켜 상기 자성 입자 집합체가 상기 자석체의 자기장을 통해 부여되는 자기력에 의해 상기 마이크로 채널의 내부유로 상에서 운동하도록 하여, 상기 마이크로 채널의 내부유로로 유입되는 서로 다른 성질의 유체 재료가 시간의 경과에 따라 자기장을 변동시키는 자석체에 의해 운동 방향 및 운동 속도가 시간에 따라 달라지는 상기 자성 입자 집합체와의 상호작용에 의해 와류 유동(vortex motion)하게 되면서 서로 혼합되되, 상기 자석체는 자기장의 방향이 정해진 시간 간격으로 반대방향으로 전환되도록 하여 상기 자성 입자 집합체의 측방향 왕복운동이 유도되도록 하며, 서로 다른 성질의 유체 재료가 상기 마이크로 채널의 유입구로 유입되어 상기 마이크로 채널의 내부유로를 유동하면서 와류 유동으로 유도되는 거리 및 시간은 상기 자성 입자 집합체를 이루는 각각의 자성 입자에 작용하는 자기력의 크기, 상기 자기장의 방향이 전환되는 주파수, 상기 자성 입자 집합체를 이루는 자성 입자의 개수에 의해 조절되고, 상기 자석체는 전자석이 사용되어 상기 자석체가 발생시키는 자기장의 온오프동작, 자기장의 방향, 자기장의 크기가 상기 전자석과 연결되는 컨트롤러에 의해 제어되도록 하고, 상기 자성 입자 집합체는 철, 니켈, 코발트와 같은 자성물질이 나노단위의 크기로 미립화된 자기 나노입자(magnetic nanoparticles)의 집합체이며, 상기 자성 입자 집합체를 이루는 각각의 자성 나노입자는 화학적으로 안정되어 상기 마이크로 채널로 유입되는 유체 재료와 화학적으로 반응하지 않는 폴리머(polymer) 소재로 코팅되어 있는 것을 특징으로 한다.
삭제
삭제
삭제
본 발명에 의한 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템 및 마이크로 채널을 이용한 유체 혼합방법에 의하면 시간의 경과에 따라 변동되는 자기력에 의해 운동하는 자성 입자에 의해 마이크로 채널 내부에 유입된 유체 재료가 혼합되어 유체 재 료의 혼합효율이 증대되는 효과를 가지게 된다. 또한, 자성 입자 집합체와 자석체를 구비하는 단순한 구성으로도 혼합효율을 증대시키는 효과를 가지게 된다.
본 발명에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템 및 마이크로 채널을 이용한 유체 혼합방법은 서로 다른 성질의 유체 재료가 마이크로 채널을 유동하면서 혼합되도록 하는 것으로, 도 1에서와 같이 마이크로 채널(20)의 내부에 유입되어 유체 재료와 물리적으로 상호작용하게 되는 자성 입자 집합체(magnetic particles)(60)와 자성 입자에 자기력을 부여하게 되는 자석체(40)가 구비되는 단순한 구성으로 이루어진 것을 기술적 특징으로 한다. 또한, 자석체(40)에 의해 자성 입자에 부여되는 자기력의 벡터량이 시간의 경과에 따라 변동되어 자성 입자의 운동이 변동되면서 마이크로 채널 내부로 유입되는 유체 재료의 와류유동을 유도되도록 하는 것을 기술적 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 8에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 본 발명에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템 및 마이크로 채널을 이용한 유체 혼합방법의 혼합작용 및 효과를 설명하기 위한 수치해석은 보편적인 신뢰성이 입증되어 있는 상용코드와 일반적인 조건들을 기준으로 사용하였으므로 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 각 도면과 상세한 설명에서 일반적인 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템 및 마이크로 채널을 이용한 유체 혼합방법으 로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템의 개략도이며, 도 3의 (a)와 (b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템을 이루는 마이크로 채널의 내부 유로 상에 위치되는 자성 나노입자가 자기장의 방향 변동에 따른 운동방향 변동을 보여주기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템이 혈액검사에 적용된 것을 보여주기 위한 도면이며, 도 5a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템에서 자성 입자에 작용하는 자기력이 0인 상태에서의 유선분포를 보여주기 위한 도면이고, 도 5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템에서 자성 입자에 작용하는 자기력이 5인 상태에서의 유선분포를 보여주기 위한 도면이며, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템에서 전자석에 의해 발생되는 자기장에 의해 자성 나노입자에 작용하는 자기력의 크기가 2, 3, 5, 7 일 때의 시간별 유체 재료의 혼합지수를 보여주기 위한 그래프이고, 도 7은 본 발 명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템에서 전자석에 의해 발생되는 자기장의 방향이 전환되는 주파수가 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7일 때의 시간별 유체 재료의 혼합지수를 보여주기 위한 그래프이며, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템에서 자성 나노입자의 개수가 300, 600, 1200일 때의 서로 다른 성질의 두 유체 재료 간 혼합지수를 농도분포로 보여주기 위한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템(100)은 마이크로 채널(20), 자석체(40), 자성 입자 집합체(60)로 이루어진다.
마이크로 채널(20)은 유동하는 유체 재료가 통과하게 되는 관체로서, 서로 다른 성질의 유체 재료가 유입되는 유입구(22)와 서로 다른 성질의 유체 재료가 혼합된 혼합 유체가 배출되는 유출구(24)가 양단부에 형성되고, 유입구(22)와 유출구(24) 사이에 유입구(22)를 통해 유입된 서로 다른 성질의 유체 재료가 유동하게 되는 내부유로(26)가 형성되게 된다.
여기서, 마이크로 채널(20)의 유입구(22)는 서로 다른 성질의 유체 재료가 분리되어 내부유로(26)로 유입될 수 있도록 분기관 형상으로 형성될 수도 있다.
자석체(40)는 마이크로 채널(20)의 외측 둘레에 위치되어 마이크로 채널(20)의 내부유로(26)에 자기장(B)이 작용하도록 하는 것으로, 마이크로 채널(20)의 길 이방향을 따라 유입구(22)와 유출구(24) 사이에 설치된다.
여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자석체(40)는 도 2에서와 같이 전자석(42)이 사용되는데, 전자석(42)은 컨트롤러(44)와 연결되어 자기장의 온오프동작, 자기장의 방향, 자기장의 크기가 제어되도록 한다.
이와 같이 자석체(40)를 이루는 전자석(42)이 발생시키는 자기장(B)은 컨트롤러(44)에 의해 시간의 경과에 따라 자기장의 벡터량 즉, 자기장의 방향과 크기가 변동되는데, 이에 따라 마이크로 채널(20)의 내부유로(26) 상에 위치되는 자성 입자 집합체(60)가 시간의 경과에 따라 운동 방향과 운동 속도를 변경시키면서 운동하게 되어 자성 입자 집합체(60)와 물리적으로 상호작용하게 되는 유체 재료의 와류유동이 유도되는 것이다. 이는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템(100)에서 자성 입자에 작용하는 자기력이 0인 상태에서의 유선분포를 보여주는 도 5a와, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템에서 자성 입자에 작용하는 자기력이 5인 상태에서의 유선분포를 보여주는 도 5b에서 확인할 수 있다.
자성 입자 집합체(60)는 마이크로 채널(20)의 내부유로(26)에 유입되어 자석체(40)의 자기장(B)을 통해 부여되는 자기력에 의해 마이크로 채널(20)의 내부유로(26) 상에서 운동하게 되는 것으로, 마이크로 채널(20)의 내부유로(26) 상에 유입되는 유체 재료와 물리적으로 상호작용하면서 유체 재료가 신속하게 와류유동으로 유도될 수 있도록 한다.
이와 같은 자성 입자 집합체(60)는 마이크로 채널(20)의 내부유로(26)로 유입되는 유체 재료와 혼합되어 유체 재료와 함께 내부유로(26)를 통과하게 된다. 여기서, 자성 입자 집합체(60)는 유체 재료와 혼합된 상태에서 마이크로 채널(20)의 내부유로(26)로 유입될 수도 있고, 이와 달리 자성 입자 집합체(60)가 마이크로 채널(20)의 내부유로(26)에 미리 유입된 상태에서 유체 재료가 내부유로(26)로 유입되도록 할 수도 있다. 또한 자성 입자 집합체(60)는 마이크로 채널(20)의 유입구(22)를 통해 내부유로(26)로 유입될 수도 있고, 마이크로 채널(20)에 별도의 유입구가 더 구비되어 자성 입자 집합체(60)가 내부유로(26)로 유입되도록 할 수도 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자성 입자 집합체(60)는 철, 니켈, 코발트와 같은 자성물질이 나노단위의 크기로 미립화된 자기 나노입자(magnetic nanoparticles)(64)의 집합체(60)가 사용된다.
여기서, 자성 입자 집합체(60)를 이루는 각각의 자성 나노입자(64)는 도 2에서와 같이 화학적으로 안정된 폴리머(polymer)(66) 소재로 코팅되어 마이크로 채널(20)로 유입되는 유체 재료와 화학적으로 반응하지 않고, 오직 물리적으로만 반응하도록 하여 유체 재료의 화학적 성질에 자성 입자 집합체(60)는 영향을 미치지 않게 된다.
이와 같은 구성된 본 발명의 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템(100)을 이용한 유체 혼합방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기와 같이 마이크로 채널(20)의 길이방향을 따라 마이크로 채널(20)의 외측 둘레에 자석체(40)로 사용되는 전자석(42)이 설치되어 자기장(B)이 작용하는 마이크로 채널(20)의 내부유로(26)로 서로 다른 성질의 유체재료와 자성 나노입자(64)로 이루어진 자성 나노입자 집합체(62)가 유입되면, 자성 나노입자 집합체(62)는 유체재료와 섞인 상태에서 내부유로(26)를 통과하게 된다.
자성 나노입자 집합체(62)를 이루는 각각의 자성 나노입자(64)는 내부유로(26)에 작용하는 자기장(B)에 의해 자기력을 받아 운동하게 되는데, 전자석(42)에 의해 발생되는 자기장의 벡터량, 즉 자기장의 방향과 세기를 시간의 경과에 따라 달리하게 되면 이에 대응하여 자성 나노입자(64)의 운동속도와 운동방향도 시간의 경과에 따라 달라지게 된다.
여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체혼합기 시스템의 혼합방법에서 전자석(42)은 도 3의 (a)와 (b)에서와 같이 자기장(B)의 방향이 정해진 시간 간격으로 반대방향으로 전환되도록 하여 자성 나노입자(64)가 마이크로 채널(20)의 측방향으로 왕복운동하도록 유도하게 되는데, 이와 같이 왕복운동하게 되는 자성 나노입자 집합체(62)는 서로 다른 성질을 가진 유체 재료의 내부에 섞여 있음에 따라 유체 재료의 유동을 교란시키면서 서로 다른 성질의 유체 재료의 와류유동(vortex motion)을 유도하게 되는 것이다.
이와 같이 서로 다른 성질의 유체 재료의 와류유동이 유도되면 서로 다른 성질의 유체 재료는 효과적으로 혼합되어 마이크로 채널(20)의 유출구(24)를 통해 혼합 유체로 배출되게 되는 것이다.
본 발명의 마이크로 채널형 유체혼합기 시스템의 혼합방법은 유체 재료와 섞이면서 유체 재료의 내부에 균일하게 분포하게 되는 나노단위의 각각의 자성 나노입자(64)의 운동에 의해 각각의 자성 나노입자(64)와 물리적으로 상호작용하게 되는 유체 재료의 수많은 국소부위가 교란됨으로써 전체 유체 재료의 유동이 와류로 유도되도록 하는 원리를 이용한 것임에 따라 유체 재료의 혼합효율이 증대되는 것이다. 즉, 본 발명의 마이크로 채널형 유체혼합기 시스템의 혼합방법을 사용하게 되면, 서로 다른 성질의 유체 재료가 마이크로 채널(20)의 유입구(22)로 유입되어 마이크로 채널(20)의 내부유로(26)를 유동하면서 와류유동으로 유도되는 거리 및 시간이 단축되어 마이크로 채널(20)의 길이를 줄일 수 있게 되고, 유체 재료의 혼합도 신속하게 이루어질 수 있게 되는 것이다.
여기서, 서로 다른 성질의 유체 재료가 마이크로 채널(20)의 유입구(22)로 유입되어 마이크로 채널(20)의 내부유로(26)를 유동하면서 와류 유동으로 유도되는 거리 및 시간은 자성 입자 집합체(60)를 이루는 각각의 자성 입자에 작용하는 자기력의 크기, 자기장의 방향이 전환되는 주파수, 자성 입자 집합체(60)를 이루는 자성 입자의 개수에 의해 조절되는데, 다양한 형상의 크기를 가진 마이크로 채널(20)과 물성이 다른 유체 재료에 대하여 유체 재료가 마이크로 채널(20)의 내부유로(26)로 유입되어 와류유동으로 유도되는 거리 및 시간이 최소화되도록 하는 자기력의 크기, 자기장의 방향이 전환되는 주파수, 자성 입자 집합체(60)를 이루는 자성 입자의 개수는 하나의 변수의 크기는 달리하고 나머지 다른 변수의 크기는 동일 하게 유지한 상태에서 유체 재료가 혼합되는 상태를 관찰하는 실험을 통해 결정된다.
도 6 내지 도 8은 이와 같이 실험적으로 결정되는 자기력의 크기, 자기장의 방향이 전환되는 주파수, 자성 입자 집합체(60)를 이루는 자성 입자의 개수의 예를 보여주기 위한 그래프들이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템(100)에서 전자석(42)에 의해 발생되는 자기장에 의해 자성 나노입자(64)에 작용하는 자기력의 크기가 2, 3, 5, 7 일 때(자기장의 방향이 전환되는 주파수는 0.3, 자성 입자의 개수는 1200으로 고정됨)의 시간별 유체 재료의 혼합지수(mixing index: 혼합지수가 낮을수록 혼합효과가 뛰어남)를 보여주기 위한 그래프이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템(100)에서 전자석(42)에 의해 발생되는 자기장의 방향이 전환되는 주파수가 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7일 때(자기력의 크기는 5N, 자성 입자의 개수는 1200으로 고정됨)의 시간별 유체 재료의 혼합지수를 보여주기 위한 그래프이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템(100)에서 자성 나노입자(64)의 개수가 300, 600, 1200일 때(자기력의 크기는 5N, 자기장의 방향이 전환되는 주파수는 0.3으로 고정됨)의 서로 다른 성질의 두 유체 재료 간 혼합지수를 농도분포로 보여주기 위한 도면이다.
한편, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 마이크로 채널형 유체혼합기 시스 템(100)은 다양한 분야에 적용될 수 있는데, 도 4에서와 같이 각종 시약을 투여한 혈액을 진단용 키트로 분석하여 생체의 상태를 검출하는 의료분야에도 적용되어 사용될 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템 및 마이크로 채널을 이용한 유체 혼합방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템의 개략도;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템의 개략도;
도 3의 (a)와 (b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템을 이루는 마이크로 채널의 내부 유로 상에 위치되는 자성 나노입자가 자기장의 방향 변동에 따른 운동방향 변동을 보여주기 위한 도면;
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템이 혈액검사에 적용된 것을 보여주기 위한 도면;
도 5a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템에서 자성 입자에 작용하는 자기력이 0인 상태에서의 유선분포를 보여주기 위한 도면;
도 5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템에서 자성 입자에 작용하는 자기력이 5인 상태에서의 유선분포를 보여주기 위한 도면;
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템에서 전자석에 의해 발생되는 자기장에 의해 자성 나노입자에 작용하는 자기력의 크기가 2, 3, 5, 7 일 때의 시간별 유체 재료의 혼합지수를 보여주기 위한 그래프;
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시 스템에서 전자석에 의해 발생되는 자기장의 방향이 전환되는 주파수가 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7일 때의 시간별 유체 재료의 혼합지수를 보여주기 위한 그래프;
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템에서 자성 나노입자의 개수가 300, 600, 1200일 때의 서로 다른 성질의 두 유체 재료 간 혼합지수를 농도분포로 보여주기 위한 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
20 : 마이크로 채널 22 : 유입구
24 : 유출구 26 : 내부유로
40 : 자석체 42 : 전자석
44 : 컨트롤러 60 : 자성 입자 집합체
62 : 자성 나노입자 집합체 64 : 자성 나노입자
66 : 폴리머 100 : 유체 혼합기 시스템

Claims (8)

  1. 서로 다른 성질의 유체 재료가 마이크로 채널을 유동하면서 혼합되도록 하는 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템에 있어서,
    서로 다른 성질의 유체 재료가 유입되는 유입구와 서로 다른 성질의 유체 재료가 혼합된 혼합 유체가 배출되는 유출구가 양단부에 형성되고, 상기 유입구와 유출구 사이에 상기 유입구를 통해 유입된 서로 다른 성질의 유체 재료가 유동하게 되는 내부유로가 형성된 마이크로 채널과;
    상기 마이크로 채널의 길이방향을 따라 상기 유입구와 유출구 사이에 설치되고, 상기 마이크로 채널의 둘레에 위치되어 상기 마이크로 채널의 내부유로에 자기장이 작용하도록 하는 자석체 및;
    상기 마이크로 채널의 내부유로에 유입되고, 상기 자석체의 자기장을 통해 부여되는 자기력에 의해 상기 마이크로 채널의 내부유로 상에서 운동하게 되는 자성 입자 집합체(magnetic particles)를 포함하며,
    상기 자석체는 자기장이 시간의 경과에 따라 변동되도록 하여 상기 자성 입자 집합체의 운동 방향 및 운동 속도가 시간에 따라 달라지도록 하고, 상기 마이크로 채널의 내부유로로 유입된 서로 다른 성질의 유체 재료는 상기 자성 입자 집합체와의 상호작용에 의해 와류 유동(vortex motion)하게 되면서 서로 혼합되되,
    상기 자성 입자 집합체는 철, 니켈, 코발트와 같은 자성물질이 나노단위의 크기로 미립화된 자기 나노입자(magnetic nanoparticles)의 집합체이며,
    상기 자성 입자 집합체를 이루는 각각의 자성 나노입자는 화학적으로 안정되어 상기 마이크로 채널로 유입되는 유체 재료와 화학적으로 반응하지 않는 폴리머(polymer) 소재로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자석체는 전자석이 사용되어 상기 자석체가 발생시키는 자기장의 온오프동작, 자기장의 방향, 자기장의 크기가 상기 전자석과 연결되는 컨트롤러에 의해 제어되도록 하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 서로 다른 성질의 유체 재료가 마이크로 채널을 유동하면서 혼합되도록 하는 방법에 있어서,
    상기 마이크로 채널의 길이방향을 따라 상기 마이크로 채널의 둘레에 자석체가 설치되어 상기 마이크로 채널의 내부유로에 자기장이 작용하도록 하고,
    상기 마이크로 채널의 내부유로로 자성 입자 집합체(magnetic particles)를 유입시켜 상기 자성 입자 집합체가 상기 자석체의 자기장을 통해 부여되는 자기력에 의해 상기 마이크로 채널의 내부유로 상에서 운동하도록 하여,
    상기 마이크로 채널의 내부유로로 유입되는 서로 다른 성질의 유체 재료가 시간의 경과에 따라 자기장을 변동시키는 자석체에 의해 운동 방향 및 운동 속도가 시간에 따라 달라지는 상기 자성 입자 집합체와의 상호작용에 의해 와류 유동(vortex motion)하게 되면서 서로 혼합되되,
    상기 자석체는 자기장의 방향이 정해진 시간 간격으로 반대방향으로 전환되도록 하여 상기 자성 입자 집합체의 측방향 왕복운동이 유도되도록 하며,
    서로 다른 성질의 유체 재료가 상기 마이크로 채널의 유입구로 유입되어 상기 마이크로 채널의 내부유로를 유동하면서 와류 유동으로 유도되는 거리 및 시간은 상기 자성 입자 집합체를 이루는 각각의 자성 입자에 작용하는 자기력의 크기, 상기 자기장의 방향이 전환되는 주파수, 상기 자성 입자 집합체를 이루는 자성 입자의 개수에 의해 조절되고,
    상기 자석체는 전자석이 사용되어 상기 자석체가 발생시키는 자기장의 온오프동작, 자기장의 방향, 자기장의 크기가 상기 전자석과 연결되는 컨트롤러에 의해 제어되도록 하고,
    상기 자성 입자 집합체는 철, 니켈, 코발트와 같은 자성물질이 나노단위의 크기로 미립화된 자기 나노입자(magnetic nanoparticles)의 집합체이며,
    상기 자성 입자 집합체를 이루는 각각의 자성 나노입자는 화학적으로 안정되어 상기 마이크로 채널로 유입되는 유체 재료와 화학적으로 반응하지 않는 폴리머(polymer) 소재로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널을 이용한 유체 혼합방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
KR1020090016899A 2009-02-27 2009-02-27 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템 및 마이크로 채널을 이용한 유체 혼합방법 KR101080045B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090016899A KR101080045B1 (ko) 2009-02-27 2009-02-27 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템 및 마이크로 채널을 이용한 유체 혼합방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090016899A KR101080045B1 (ko) 2009-02-27 2009-02-27 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템 및 마이크로 채널을 이용한 유체 혼합방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100097978A KR20100097978A (ko) 2010-09-06
KR101080045B1 true KR101080045B1 (ko) 2011-11-04

Family

ID=43005010

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090016899A KR101080045B1 (ko) 2009-02-27 2009-02-27 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템 및 마이크로 채널을 이용한 유체 혼합방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101080045B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101639862B1 (ko) * 2014-03-28 2016-07-22 포항공과대학교 산학협력단 식중독균 신속 검출을 위한 초고효율 자성 나노입자 포집 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005515455A (ja) * 2002-01-23 2005-05-26 エフ．ホフマン−ラ　ロシュ　アーゲー 流通セル内に磁性粒子を保持する装置
JP2005528584A (ja) * 2001-08-31 2005-09-22 バッテル・メモリアル・インスティチュート フロー制御された磁性粒子の操作

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005528584A (ja) * 2001-08-31 2005-09-22 バッテル・メモリアル・インスティチュート フロー制御された磁性粒子の操作
JP2005515455A (ja) * 2002-01-23 2005-05-26 エフ．ホフマン−ラ　ロシュ　アーゲー 流通セル内に磁性粒子を保持する装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100097978A (ko) 2010-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rashidi et al. A review on the application, simulation, and experiment of the electrokinetic mixers
Yang et al. Micro-magnetofluidics in microfluidic systems: A review
Zhang et al. On-chip manipulation of continuous picoliter-volume superparamagnetic droplets using a magnetic force
US6146103A (en) Micromachined magnetohydrodynamic actuators and sensors
Lee et al. The hydrodynamic focusing effect inside rectangular microchannels
KR100634525B1 (ko) 복수 개의 전자석이 배치되어 있는 마이크로채널을포함하는 미세유동 장치, 그를 이용하여 시료를 혼합하는방법 및 세포를 용해하는 방법
Li et al. A review of microfluidic-based mixing methods
Hejazian et al. Negative magnetophoresis in diluted ferrofluid flow
Nazari et al. Mixing process and mass transfer in a novel design of induced-charge electrokinetic micromixer with a conductive mixing-chamber
KR20190043725A (ko) 3차원 유로구조 미세 유체 혼합기
Saadat et al. Numerical investigation on mixing intensification of ferrofluid and deionized water inside a microchannel using magnetic actuation generated by embedded microcoils for lab-on-chip systems
KR101080045B1 (ko) 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템 및 마이크로 채널을 이용한 유체 혼합방법
JP2006167600A (ja) マイクロミキサー、マイクロミキサーチップおよびマイクロセンサー
Munaz et al. Magnetofluidic micromixer based on a complex rotating magnetic field
AU2019414140B2 (en) A method of microfluidic particle separation enhancement and the device thereof
KR101515403B1 (ko) 갈고리 형상 구조물을 이용한 마이크로유동 혼합채널, 그 제작방법, 및 마이크로 유동 혼합채널을 포함하는 분석시스템
Das et al. Computational analysis for mixing of fluids flowing through micro-channels of different geometries
KR101080044B1 (ko) 영구자석과 자성입자를 이용한 마이크로 채널형 유체 혼합기 시스템
CN107091921B (zh) 一种用于生物测定的磁性液体实验芯片
JP2008116428A (ja) 粒子位置の制御方法および構造
Le Van et al. Liquid pumping and mixing by PZT synthetic jet
KR100955845B1 (ko) 액적 병합장치 및 이를 이용한 액적 병합 방법
KR101334905B1 (ko) 비정렬된 주입구를 이용한 와류 미세혼합기
WO2019132829A1 (en) Passive micro mixer for microfluidic systems
US12036553B2 (en) Method of microfluidic particle separation enhancement and the device thereof

Legal Events

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