KR101229257B1 - Method of making film microreactor with 3-dimensional multilayered microchannel - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학적, 열적, 기계적으로 안정한 3차원 다층 미세 채널이 형성된 필름형 마이크로 반응기를 생산비용절감 및 단순 공정을 통해 제작하는 방법에 관한 것으로 3차원 다층 미세 채널을 가진 필름형 마이크로 반응기를 형성함에 있어서, 단일 접합공정으로 3차원 미세채널 또는 3차원 다층구조를 형성할 수 있다.
본 발명에 의해 제조되는 3차원 다층 미세채널을 가진 필름형 마이크로 반응기는 플렉서블(flexible)한 특징을 가지고 있으며, 단위 두께 당 종래의 마이크로 반응기보다 많은 양의 미세채널을 포함하여 생산량을 증가시킬 수 있으며, 일련의 반응을 연속적으로 반응할 수 있을 뿐만 아니라, 재순환 반응을 가능하게 함으로써 다양한 3차원 마이크로 반응기의 응용을 제공한다.
The present invention relates to a method for manufacturing a film-type micro-reactor formed with chemically, thermally and mechanically stable three-dimensional multilayer microchannels through a production process and a simple process. In this case, a three-dimensional microchannel or a three-dimensional multilayer structure may be formed by a single bonding process.
The film-type micro-reactor having a three-dimensional multi-layer microchannel manufactured by the present invention has a flexible feature, and can increase the yield by including a larger amount of microchannels than a conventional microreactor per unit thickness. In addition to being able to continuously react a series of reactions, it is possible to recycle the reaction to provide a variety of three-dimensional micro-reactor applications.

Description

3차원 다층 미세 채널을 가진 필름형 마이크로 반응기의 제조 방법{Method of making film microreactor with 3-dimensional multilayered microchannel}Method of making film microreactor with 3-dimensional multilayered microchannel

본 발명은 3차원 미세 채널이 다층으로 구성된 필름형 마이크로 반응기를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a film type micro-reactor consisting of multiple layers of three-dimensional microchannels.

마이크로 반응기(micro reactor)는 수 미크론 크기의 채널을 가공하여 미세유로채널을 형성한 것으로, 유체가 유로 채널을 통과하면서 혼합되도록 하고, 혼합된 유체를 배출할 수 있는 반응기를 말한다. 마이크로 반응기 제조에 사용되는 재료는 금속을 포함하여 실리콘, 유리, 폴리머 등이다. 이러한 마이크로 반응기의 제작은 전자공학에서 유래된 방법에서부터 마이크로 식각기술, 최신의 초정밀 공정기술까지 다양하며, 실리콘, 유리의 건식 또는 습식 식각을 이용한 반도체 공정이 주로 활용되고 있다. 상기 금속, 실리콘 및 유리등의 재료는 MEMS 기술 및 그로부터 유래한 Lab-on-a-chip 기술 등에 있어서 재료 자체의 뛰어난 기계적 강도와 고신뢰성을 바탕으로 고품질의 마이크로 반응기를 제조할 수 있는 최고의 재료로 각광받고 있으나, 낮은 성형성 및 고비용 가공의 어려움 등의 문제로 인해 마이크로 반응기의 제작단가를 높이는 요인이 되고 있다. 또한 폴리메틸메타아크릴레이트 (polymethylmethacrylate (PMMA)), 폴리디메틸실록산 (polydimethylsiloxane (PDMS)) 등의 폴리머 재료는 낮은 공정비용과 제작공정이 단순하여 쉽게 제작이 가능한 반면에 유기용매에 대한 내성과 열적 안정성이 낮음으로 인해 마이크로 반응기의 가동 조건이 제한된다. 따라서 마이크로 반응기의 광범위한 응용을 위해, 기존의 폴리머 재료보다 화학적, 열적, 기계적으로 안정하고, 실리콘, 유리 등의 고신뢰성 재료보다 저비용, 단순 공정으로 쉽게 제작 가능한 마이크로 반응기의 개발이 필요하다. A micro reactor is a micro-channel formed by processing a channel of several microns in size, and refers to a reactor capable of mixing the fluid while passing through the flow channel and discharging the mixed fluid. Materials used to make microreactors include silicon, glass, polymers and the like, including metals. The fabrication of such microreactors ranges from methods derived from electronics to micro-etching techniques to the latest ultra-precision process technologies, and semiconductor processes using dry or wet etching of silicon and glass are mainly utilized. The materials such as metal, silicon, and glass are the best materials for producing high quality micro reactors based on the excellent mechanical strength and high reliability of the material itself in MEMS technology and Lab-on-a-chip technology derived therefrom. Although it has been spotlighted, due to problems such as low moldability and high cost of processing, it has become a factor to increase the manufacturing cost of the micro reactor. In addition, polymer materials such as polymethylmethacrylate (PMMA) and polydimethylsiloxane (PDMS) are easily manufactured due to low process cost and simple manufacturing process, while being resistant to organic solvents and thermally stable. This low limits the operating conditions of the microreactor. Therefore, for a wide range of applications of microreactors, there is a need for the development of microreactors that are chemically, thermally, and mechanically stable than conventional polymer materials, and that can be easily manufactured in a lower cost and simpler process than high reliability materials such as silicon and glass.

한편, 3차원 구조의 미세채널을 가진 마이크로 반응기의 응용범위는 드랍렛 마이크로장치 (droplet microdevice), 마이크로 밸브 시스템 (micro valve system), 마이크로 믹서 (micro mixer) 등 다양하게 이용되고 있다. 종래 2차원 미세채널에서 2종 이상의 유체가 미세채널을 통과할 때, 낮은 레이놀즈수의 층류유동 형성으로 인하여 혼합에 필요한 긴 미세채널이 요구되며, 이것을 해결하기 위해 마이크로 식각기술, 다층 포토리소그래피 기술을 이용하여 복잡한 형상의 마이크로 믹서구조를 미세채널 내부에 포함하거나 기존의 2차원 미세채널에 수직 방향의 흐름을 동시에 갖는 3차원 구조의 미세채널을 제조하는 연구가 보고되고 있다. 마이크로 믹서구조를 제작하는 기술은 많은 보고가 있으나, 그 방법이 고비용의 복잡한 공정을 통해 이루어지거나 낮은 성형성과 제조시간이 긴 단점이 있으며, 그중에 널리 사용되는 다층 포토리소그래피 기술은 사용되어지는 폴리머인 폴리디메틸실록산의 고유특성으로 인해 그 응용 범위가 제한된다. 이에 쉽고 빠르게 제작이 가능하면서 열적, 화학적, 기계적으로 안정한 3차원 미세채널을 가진 마이크로 반응기의 제조 연구가 필요하다.On the other hand, the application range of the micro-reactor having a three-dimensional microchannel has been used in various ways, such as a droplet microdevice, a micro valve system, a micro mixer. When two or more fluids pass through a microchannel in a conventional two-dimensional microchannel, a long microchannel necessary for mixing is required due to the formation of a low Reynolds number laminar flow, and to solve this problem, a micro-etching technique and a multilayer photolithography technique are used. Research has been reported to include a micromixer structure having a complex shape inside a microchannel or to manufacture a microchannel having a three-dimensional structure having a flow in a vertical direction to an existing two-dimensional microchannel. There are many reports on the technology of manufacturing a micromixer structure, but the method is made through a complicated process of high cost or has a disadvantage of low moldability and long manufacturing time, and the multi-layered photolithography technique is widely used. The inherent properties of dimethylsiloxanes limit their application. Therefore, there is a need for a research on manufacturing a micro-reactor having three-dimensional microchannels that can be easily and quickly manufactured and is thermally, chemically and mechanically stable.

본 발명은 마이크로 반응기를 제조하는데 있어서, 화학적, 열적, 기계적으로 안정하고 3차원 다층 미세채널로 구성된 필름형 마이크로 반응기를 단순 공정화로 제작하여 생산 비용을 절감하는 마이크로 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention is to provide a micro-reactor for producing a micro-reactor, chemically, thermally, mechanically stable and to reduce the production cost by producing a film-type micro-reactor consisting of a three-dimensional multilayer microchannel by a simple process.

종래의 2차원 및 3차원 미세채널의 제조는 낮은 성형성, 고비용 가공 및 복잡한 공정 등의 문제로 인해 마이크로 반응기의 제작 단가를 높이는 요인이 되고 있으며, 폴리메틸메타아크릴레이트 (polymethylmethacrylate (PMMA)), 폴리디메틸실록산 (polydimethylsiloxane (PDMS)) 등의 폴리머 재료는 유기용매에 대한 내성과 열적 안정성이 낮음으로 인해 마이크로 반응기의 가동 조건이 제한되고 있는 실정이다. The conventional production of two-dimensional and three-dimensional microchannels is a factor to increase the manufacturing cost of the micro-reactor due to problems such as low formability, high cost processing and complex processes, polymethylmethacrylate (PMMA), Polymeric materials such as polydimethylsiloxane (PDMS) are limited in the operating conditions of the microreactor due to low resistance to organic solvents and low thermal stability.

상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 화학적, 열적, 기계적으로 안정한 3차원 다층 미세채널로 구성된 필름형 마이크로 반응기를 저비용 단순 공정으로 빠르고 쉽게 만드는 것을 목적으로 한다. 화학적, 열적, 기계적으로 안정한 3차원 구조의 미세채널 구현을 통해 다양한 마이크로 반응기의 응용을 기대할 수 있으며, 3차원 미세채널이 형성된 필름형 마이크로 반응기의 다층 적층을 통해 단위 두께 당 기존의 마이크로 반응기보다 많은 양의 미세채널을 포함하여 마이크로 반응기에서의 생산량을 늘릴 수 있도록 한다.In order to solve the above problems, the present invention aims to quickly and easily make a film-type micro-reactor consisting of chemically, thermally and mechanically stable three-dimensional multilayer microchannels in a low cost simple process. Chemical, thermal, and mechanically stable microchannels can be expected to be applied to a variety of microreactors, and the multilayered film-type microreactors with three-dimensional microchannels can be used to produce more than conventional microreactors per unit thickness. Including positive microchannels allows for increased production in microreactors.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로, 화학적, 열적, 기계적으로 안정한 3차원 다층 미세채널로 구성된 필름형 마이크로 반응기를 단순공정을 통하여 생산비용절감 및 대량생산이 가능하도록 한다.The present invention has been made in order to achieve the above object, it is possible to reduce the production cost and mass production through a simple process of a film-type micro-reactor consisting of three-dimensional multi-layer microchannel chemically, thermally, mechanically stable.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 (a) 고분자 필름을 식각하여 1종 이상의 미세채널을 형성하는 단계: (b) 1종 이상의 채널이 형성된 각각의 고분자 필름 3장 이상을 금속 핀(pin)을 이용하여 적층하는 단계; 및 (c) 적층된 고분자 필름 3장 이상을 단일 접합공정(one-step multilayered bonding process)을 통해 3차원 다층 미세 채널을 가진 필름형 마이크로 반응기의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of: (a) etching the polymer film to form at least one microchannel: (b) laminating at least three polymer films on which at least one channel is formed using metal pins; And (c) provides a method for producing a film-type micro-reactor having a three-dimensional multilayer microchannels of three or more laminated polymer film through a one-step multilayered bonding process.

상기 (a)단계의 고분자 필름은 레이저를 이용하여 유체가 유입되는 유체투입부, 투입된 유체가 흐르는 미세채널부 또는 유입된 유체가 배출되는 유체배출부를 식각하여 형성한다.The polymer film of step (a) is formed by etching a fluid inlet, a microchannel portion through which the fluid flows, or a fluid discharge portion through which the introduced fluid is discharged using a laser.

상기 고분자 필름은 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌(Polyethylene), 플루오르화에틸렌프로필렌(fluorinated ethylene propylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate) 또는 폴리설폰(polysulfone)을 포함한다.The polymer film is polyimide, polyethylene, polyethylene, fluorinated ethylene propylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, or polysulfone polysulfone).

이때, 고분자 필름은 사용목적에 따라 10 ~ 200 ㎛ 두께의 필름을 동종 또는 이종의 고분자필름을 사용한다.At this time, the polymer film is a film of 10 ~ 200 ㎛ thickness depending on the purpose of use of the same or different types of polymer film.

또한, 상기 (a)단계의 미세채널은 고분자필름 두께의 1/5 ~ 1 의 비율로 사용목적에 따라 미세채널의 깊이를 조절하여 식각하는 것을 특징으로 한다.In addition, the microchannel of step (a) is characterized in that the etching by adjusting the depth of the microchannel according to the purpose of use at a ratio of 1/5 ~ 1 of the polymer film thickness.

상기 (b)단계의 적층은 미세채널이 형성된 각 고분자 필름 모서리에 동일한 위치에 구멍을 형성하여 금속핀을 이용하여 고정시키는 것을 특징으로 한다. 고분자 필름에 레이저를 이용하여 식각할 때, 적층을 통한 3차원 미세채널이 형성되도록 설계된 도면에 따라 각 고분자 필름에 미세채널을 형성하고, 각 고분자필름의 동일한 모서리 위치에 1mm 직경의 구멍 (hole) 4 곳을 형성하여 적층시킴으로써 미리 설계된 3차원적 구조를 유지하도록 한다.Stacking of the step (b) is characterized in that to form a hole in the same position on the corner of each of the polymer film in which the microchannel is formed and fixed using a metal pin. When etching the polymer film using a laser, microchannels are formed in each polymer film according to a drawing designed to form three-dimensional microchannels through lamination, and holes of 1 mm diameter are located at the same corner positions of each polymer film. By forming and stacking four places, the predesigned three-dimensional structure is maintained.

상기 적층은 레이저로 식각된 고분자 필름 3장 이상의 각 고분자 필름에 동일하게 형성된 구멍에 1mm 직경의 금속핀을 이용하여 고정되어 정렬시켜 적층하는 것이 바람직하다.Preferably, the lamination is performed by laminating and fixing by using a metal pin having a diameter of 1 mm in the same hole formed in each of the three or more polymer films etched with a laser.

상기 (c)단계의 단일 접합공정은 고분자 필름의 유리전이온도(Tg) 내지 용융점의 온도로 가온 가압시켜 적층된 필름을 일체로 접합시키는 것을 특징으로 한다.The single bonding step of step (c) is characterized in that the laminated film is integrally bonded by heating and pressing at a temperature of the glass transition temperature (T g ) to the melting point of the polymer film.

상기 (b)단계의 고분자 필름 적층시 최상부와 최하부에 접합공정에 사용되는 온도보다 낮은 용융점을 가진 보강필름(release layer film)을 더 적층하는 것을 포함한다. 또한, 보강필름과 미세채널이 식각된 고분자 필름 사이에 접합공정에 사용되는 온도보다 높은 용융점을 갖는 고분자 필름을 더 적층하는 것을 포함한다. 이는 3장 이상의 고분자 필름을 일체로 접합시키는데 접착력을 향상시켜 유용하다.When laminating the polymer film of the step (b) comprises the step of further laminating a release layer film having a melting point lower than the temperature used in the bonding process at the top and the bottom. The method may further include laminating a polymer film having a melting point higher than the temperature used in the bonding process between the reinforcing film and the polymer film in which the microchannels are etched. This is useful for improving the adhesion to bond three or more polymer films integrally.

상기와 같은 적층으로 최상부와 최하부에 접합공정에 사용되는 온도 보다 높은 용융점을 가진 고분자필름을 보강필름과 1종이상의 채널이 식각된 고분자 필름 사이에 적층하여 단일 접합공정시 열에 의해 녹은 보강필름이 고분자필름의 미세채널로 들어오지 않게 방지할 수 있다. 또한, 상기 접합공정에 사용되는 온도 보다 낮은 용융점을 가진 열가소성 고분자필름이 보강필름(release layer film)으로 적층되어 단일 접합공정시 온도에 의해 보강필름이 녹음으로써 고분자 필름들의 계면에 형성되는 기포를 제거하게 된다.The reinforcement film melted by heat during the single bonding process by laminating a polymer film having a melting point higher than the temperature used in the bonding process at the top and the bottom by the above lamination between the reinforcement film and the polymer film etched with at least one channel. It can be prevented from entering into the microchannel of the film. In addition, the thermoplastic polymer film having a melting point lower than the temperature used in the bonding process is laminated as a release layer film to remove bubbles formed at the interface of the polymer films by recording the reinforcement film by temperature during a single bonding process. Done.

상기 접합공정에 추가로 적층되는 보강필름은 고분자 필름들의 계면에 형성되는 기포를 제거하여 내압성을 향상시킴으로써 고유속 및 기체상 반응에 유리한 3차원 다층 미세 채널을 가진 필름형 마이크로 반응기를 제조할 수 있다.The reinforcement film laminated in addition to the bonding process removes bubbles formed at the interface of the polymer films to improve pressure resistance, thereby manufacturing a film-type micro-reactor having three-dimensional multilayer microchannels which is advantageous for high velocity and gas phase reactions. .

본 발명에 따른 필름형 마이크로 반응기는 접합공정에서 추가로 적층되는 보강필름으로 인해 반응기에 1종 이상의 유체를 유입시 전체 유입속도가 1 ~ 5000 ㎕㎕/min인 것을 특징으로 한다. The film type micro-reactor according to the present invention is characterized in that the total inflow rate is 1 ~ 5000 μl / min when one or more fluids are introduced into the reactor due to the additional reinforcement film laminated in the bonding process.

본 발명에 따른 필름형 마이크로 반응기는 적층된 고분자 필름 3장 이상을 단일 접합공정을 실시함으로써 2층 이상의 다층 채널 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. 이로써 1종 이상의 채널이 식각된 고분자 필름을 3장 이상 적층하여 단일접합공정에 의해 다층 채널 구조를 형성하도록 접착공정을 단순화할 수 있다.The film-type microreactor according to the present invention is characterized by having a multi-layered multi-channel structure by performing a single bonding process of three or more laminated polymer films. As a result, the bonding process may be simplified to stack three or more polymer films etched by one or more channels to form a multilayer channel structure by a single bonding process.

상기에서 3차원 미세채널이 형성된 필름형 마이크로 반응기의 다층 적층을 통해 단위 두께 당 종래의 마이크로 반응기보다 많은 양의 미세채널을 포함하여 마이크로 반응기에서의 생산량을 늘릴 수 있다. Through the multi-layer stacking of the film type micro-reactor in which the three-dimensional microchannels are formed, the amount of microchannels may be increased in a microreactor including a larger amount of microchannels than a conventional microreactor per unit thickness.

상기에서 본 발명에 의해 제조된 3차원 미세채널을 다층 필름형 마이크로 반응기는 다층구조를 가짐으로써 종래의 2차원 채널보다 대량의 반응 결과물을 얻을 수 있는 장점이 있다.The multi-layer film-type micro-reactor of the three-dimensional microchannel manufactured by the present invention has the advantage of obtaining a larger amount of reaction products than the conventional two-dimensional channel by having a multilayer structure.

상기에서 3차원 구조의 미세채널을 가진 다층 필름형 마이크로 반응기를 제조할 때, 화학적, 열적, 기계적으로 안정한 고분자필름을 사용함으로써 다양한 마이크로 반응기의 응용을 기대할 수 있다. When manufacturing a multilayer film type micro reactor having a microchannel having a three-dimensional structure in the above, it can be expected to use a variety of micro reactor by using a polymer film that is chemically, thermally, mechanically stable.

상기 마이크로 반응기에 1종 이상의 유체를 유입시켜 반응하는 단계는 1단계 이상의 반응을 수행하는 것을 포함한다.Reacting by introducing one or more fluids into the micro reactor includes performing one or more reactions.

상기 반응은 일련의 반응을 연속적으로 반응할 수 있을 뿐만 아니라, 재순환 반응을 가능하게 함으로써 다양한 마이크로 반응기의 응용을 기대할 수 있다.The reaction can be expected not only to continuously react a series of reactions, but also to various recycling reactors by enabling a recycling reaction.

본 발명에서 마이크로 반응기의 재료로 25 ~ 200 ㎛ 두께의 열가소성 고분자 필름을 사용함으로써, 제조된 3차원 미세채널을 가진 다층 필름형 마이크로 반응기는 가용성이 우수하여 플렉시블(flexible)한 특징을 가지고 있다.By using a thermoplastic polymer film having a thickness of 25 to 200 μm as a material of the microreactor in the present invention, the manufactured multi-layered film type microreactor having a three-dimensional microchannel has excellent solubility and has a flexible feature.

본 발명은 화학적, 열적, 기계적으로 안정한 3차원 다층 미세 채널이 형성된 필름형 마이크로 반응기를 생산비용절감 및 단순 공정을 통해 제작하는 방법에 관한 것으로 3차원 다층 미세 채널을 가진 필름형 마이크로 반응기를 형성함에 있어서, 단일 접합공정으로 3차원 미세채널 또는 3차원 다층구조를 형성할 수 있다. The present invention relates to a method for manufacturing a film-type micro-reactor formed with chemically, thermally and mechanically stable three-dimensional multilayer microchannels through a production process and a simple process. In this case, a three-dimensional microchannel or a three-dimensional multilayer structure may be formed by a single bonding process.

본 발명에 의해 제조되는 3차원 다층 미세채널을 가진 필름형 마이크로 반응기는 플렉서블(flexible)한 특징을 가지고 있으며, 단위 두께 당 종래의 마이크로 반응기보다 많은 양의 미세채널을 포함하여 생산량을 증가시킬 수 있으며, 일련의 반응을 연속적으로 반응할 수 있을 뿐만 아니라, 재순환 반응을 가능하게 함으로써 다양한 3차원 마이크로 반응기의 응용을 제공한다.The film-type micro-reactor having a three-dimensional multi-layer microchannel manufactured by the present invention has a flexible feature, and can increase the yield by including a larger amount of microchannels than a conventional microreactor per unit thickness. In addition to being able to continuously react a series of reactions, it is possible to recycle the reaction to provide a variety of three-dimensional micro-reactor applications.

도 1은 본 발명의 1종 이상의 미세채널이 식각된 고분자 필름을 금속 핀으로 정렬하여 적층하는 것을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 3차원 동축 흐름(coaxial flow)을 갖는 미세 유화기를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 수중유 미세 오일액적을 광학현미경으로 분석하여 나타낸 것이다.
도 4은 본 발명의 실시예 2에 따른 3차원 멤브레인 (membrane) 마이크로 믹서 반응기의 단면을 모식도로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 3차원 멤브레인 (membrane) 마이크로 믹서 반응기의 미세채널 내부의 모식도를 나타낸 것이다.
도 6는 본 발명의 실시예 3에 따른 3차원 동축 흐름 (coaxial flow)을 갖는 미세유화기를 3개 적층하여 3층 구조로 형성된 마이크로 유화기의 모식도를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 수중유 미세 오일액적을 광학현미경으로 분석하여 나타낸 것이다.
1 is a schematic diagram showing the lamination of one or more microchannels of the present invention by aligning the polymer film etched with metal pins.
2 is a schematic diagram showing a fine emulsifier having a three-dimensional coaxial flow according to Example 1 of the present invention.
Figure 3 shows the oil-in-water fine oil droplets according to Example 1 of the present invention by analyzing with an optical microscope.
4 is a schematic cross-sectional view of a three-dimensional membrane micromixer reactor according to Example 2 of the present invention.
Figure 5 shows a schematic diagram of the inside of the microchannel of the three-dimensional membrane (micrometer) micro mixer reactor according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows a schematic diagram of a microemulsifier formed of a three-layer structure by stacking three microemulsifiers having a three-dimensional coaxial flow according to Example 3 of the present invention.
Figure 7 shows the oil-in-water fine oil droplets according to Example 3 of the present invention by analyzing with an optical microscope.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

이때, 하기의 실시예는 설명의 목적을 위한 것으로서, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
At this time, the following examples are for the purpose of explanation, the present invention is not limited thereto.

[실시예 1] Example 1

본 발명에 따른 고분자 필름의 적층구조 구현을 통해 3차원 동축 흐름(coaxial flow)을 갖는 미세 유화기를 만들었다. 상기 미세 유화기는 두께 125 ㎛의 제 1층 필름(Polyimide HN type, Dupont., USA)을 레이저를 이용하여 200 ㎛ 너비, 80 ㎛ 깊이의 미세 채널을 형성하고, 두께 25 ㎛의 제 2층 필름(PIXEO BP, KANEKA., JAPAN)을 레이저를 이용하여 25 ㎛ 너비와 25 ㎛ 깊이 및 200 ㎛ 너비, 25 ㎛ 깊이의 미세 채널을 각각 형성하고, 두께 125 ㎛ 의 제 3층 필름(Polyimide HN type, Dupont., USA)을 레이저를 이용하여 200 ㎛ 너비, 80 ㎛ 깊이의 미세채널을 형성한 후, 각 필름들을 적층하여 전기로 속에 4 kg 이상의 금속 추를 올려놓은 뒤 320 ℃의 온도에서 2시간 동안 필름과 필름이 접합되도록 방치한 후 냉각시켜 제작하였다. The microemulsifier having a three-dimensional coaxial flow was made by implementing the laminated structure of the polymer film according to the present invention. The fine emulsifier forms a microchannel 200 μm wide and 80 μm deep using a first layer film (Polyimide HN type, Dupont., USA) having a thickness of 125 μm using a laser, and a second layer film having a thickness of 25 μm ( PIXEO BP, KANEKA., JAPAN) was used to form microchannels of 25 μm width, 25 μm depth, 200 μm width, and 25 μm depth using a laser, and a 125 μm thick third layer film (Polyimide HN type, Dupont) , USA) using a laser to form a microchannel 200 μm wide, 80 μm deep, and then laminated each film to put a metal weight of more than 4 kg in the electric furnace and the film for 2 hours at a temperature of 320 ℃ The film was left to be bonded to each other and then cooled.

상기 제작된 마이크로 유화기를 알루미늄 칩 홀더(ICH-03, IMT, Japan)에 연결하여 제 1층 필름에 형성된 유체투입부에 플루오르 카본 오일 또는 헥사데칸 또는 콘 오일 또는 식용유를 1 ~ 5000 ㎕/min 으로 유입하여 제 2층의 필름에 형성된 미세채널에서 흐르고, 제 1층 필름에 형성된 다른 2개의 유체투입부에 증류수를 유입하여 제 1층, 제 2층, 제 3층을 적층하여 형성된 3차원적 미세채널에서 흐르도록 하고, 유입되는 플루오르 카본 오일 또는 헥사데칸 또는 콘 오일 또는 식용유를 감싸면서 유입되는 오일을 유화하여 직경 10 ~ 100 ㎛의 수중유 미세 액적을 제조하였다. 이렇게 제조된 수중유 미세 액적은 광학현미경을 이용하여 확인할 수 있었다. (도 2) (도 3)
The prepared microemulsifier was connected to an aluminum chip holder (ICH-03, IMT, Japan), and the fluorocarbon oil or hexadecane or corn oil or edible oil was added to the fluid inlet formed in the first layer film at 1 to 5000 μl / min. Three-dimensional fine flow formed by stacking the first layer, the second layer, and the third layer by flowing distilled water into two different fluid inlets formed in the first layer film, flowing in the microchannel formed on the film of the second layer. It was allowed to flow in the channel, emulsifying the incoming oil while surrounding the incoming fluorocarbon oil or hexadecane or corn oil or edible oil to prepare oil-in-water microdroplets having a diameter of 10 to 100 ㎛. Thus prepared oil-in-water droplets could be confirmed using an optical microscope. (FIG. 2) (FIG. 3)

[실시예 2] [Example 2]

본 발명에 따른 방법으로 마이크로 반응기에 다수의 미세 홀을 가진 필름을 미세채널을 가진 필름과 적층하여 3차원적 유체의 흐름과 다수의 미세 홀에 의한 멤브레인 투과흐름을 갖는 3차원 멤브레인 마이크로 믹서 반응기를 제작하였다. 상기 마이크로 반응기는 두께 125 ㎛의 제 1층 필름(Polyimide HN type, Dupont., USA)에 레이저를 이용하여 800 ㎛ 너비, 80 ㎛ 깊이의 미세 채널을 형성하고, 두께 25 ㎛의 제 2층 필름(PIXEO BP, KANEKA., JAPAN)에 레이저를 이용하여 직경 25 ㎛의 다수의 미세홀을 제 1층 및 제 3층의 필름에 형성된 채널에 위치 할 수 있도록 형성하고, 두께 125 ㎛의 제 3층 필름(Polyimide HN type, Dupont., USA)에 레이저를 이용하여 800 ㎛ 너비, 80 ㎛ 깊이의 미세채널을 형성한 후, 각 필름들을 적층하여 전기로 속에 4 kg 이상의 금속 추를 올려놓은 뒤 320 ℃의 온도에서 2시간 동안 필름과 필름이 접합되도록 방치한 후 냉각시켜 제작하였다. In the method according to the present invention, a three-dimensional membrane micromixer reactor having a three-dimensional fluid flow and a membrane permeation flow by a plurality of micro holes is laminated by laminating a film having a plurality of micro holes in a micro reactor with a film having a micro channel. Produced. The micro-reactor forms a microchannel 800 μm wide and 80 μm deep using a laser on a 125 μm thick first layer film (Polyimide HN type, Dupont., USA), and a 25 μm thick second layer film ( PIXEO BP, KANEKA., JAPAN) using a laser to form a plurality of micro holes having a diameter of 25 ㎛ to be located in the channels formed in the film of the first and third layers, the third layer film having a thickness of 125 ㎛ (Polyimide HN type, Dupont., USA) using a laser to form a microchannel of 800 ㎛ width, 80 ㎛ depth, each film is laminated and put a metal weight of more than 4 kg in the electric furnace and 320 ℃ The film was allowed to stand for 2 hours at a temperature to be bonded to the film, and then cooled.

(도 4) (도 5)
(FIG. 4) (FIG. 5)

[실시예 3] [Example 3]

본 발명에 따른 고분자 필름의 적층구조 구현을 통해 상기 실시예 1에서 제조한 마이크로 반응기를 3개 적층하여 3차원 미세채널이 다층으로 형성된 마이크로 유화기를 만들었다. 실시예 1에서 식각된 각 고분자 필름에 유체 투입부와 유체배출부를 각 필름에 동일하게 연결하여 하나의 유체투입부와 유체배출부를 갖는 3 층 구조의 마이크로 유화기를 제조하였다. 제작된 3층 구조의 마이크로 유화기를 알루미늄 칩 홀더(ICH-03, IMT, Japan)에 연결하여 분산상으로 제 1층 및 제 2층, 제 3층 구조에 형성된 미세채널에 플루오르 카보 오일 또는 헥사데칸 또는 콘 오일 또는 식용유가 1 ~ 5000 ㎕/min 으로 유입되고, 제 1층 및 제 2층, 제 3층의 미세채널을 통해 연속상으로 증류수를 1 ~ 5000 ㎕/min 으로 유입하였다. 3층 구조를 갖는 3차원 다층 마이크로 유화기에서 플루오르 카본 오일 또는 헥사데칸 또는 콘 오일 또는 식용유를 직경 10 ~ 100 ㎛ 크기의 오일액적을 대량으로 제조하였다. 이렇게 제조된 미세 오일액적은 광학현미경을 이용하여 확인할 수 있었다(도 6) (도 7).By stacking three microreactors prepared in Example 1 through the implementation of the laminated structure of the polymer film according to the present invention, a three-dimensional microchannel was formed in a microemulsifier. A fluid inlet and a fluid outlet were equally connected to each film to each of the polymer films etched in Example 1 to prepare a three-layer microemulsifier having one fluid inlet and a fluid outlet. The 3-layered microemulsifier was connected to an aluminum chip holder (ICH-03, IMT, Japan) to disperse the fluorocarbo oil or hexadecane in the microchannels formed in the first layer, the second layer, and the third layer structure. Corn oil or cooking oil was introduced at 1 to 5000 μl / min, and distilled water was introduced at 1 to 5000 μl / min in a continuous phase through the microchannels of the first, second and third layers. Fluorine carbon oil or hexadecane or corn oil or edible oil was prepared in bulk in a three-dimensional multi-layer microemulsifier having a three-layer structure. Thus prepared fine oil droplets could be confirmed by using an optical microscope (Fig. 6) (Fig. 7).

Claims (15)

(a) 고분자 필름을 식각하여 1종 이상의 미세채널을 형성하는 단계:
(b) 1종 이상의 채널이 형성된 각각의 고분자 필름 3장 이상을 금속 핀(pin)을 이용하여 적층하되, 최상부와 최하부에 접합공정에 사용되는 온도보다 낮은 용융점을 갖는 보강필름을 더 적층하는 단계; 및
(c) 적층된 고분자 필름 3장 이상을 단일 접합공정(one-step multilayered bonding process);을 포함하는 3차원 다층 미세 채널을 가진 필름형 마이크로 반응기의 제조방법.
(A) etching the polymer film to form one or more microchannels:
(b) laminating at least three polymer films on which at least one channel is formed by using metal pins, and further laminating a reinforcement film having a melting point lower than the temperature used for the bonding process at the top and the bottom thereof. ; And
(c) a method of manufacturing a film-type micro-reactor having three-dimensional multilayer microchannels comprising at least three laminated polymer films in a one-step multilayered bonding process.
제1항에 있어서,
상기 (a)단계의 고분자 필름은 레이저를 이용하여 유체가 유입되는 유체투입부, 투입된 유체가 흐르는 미세채널부 또는 유입된 유체가 배출되는 유체배출부를 식각하여 형성하는 3차원 다층 미세 채널을 가진 필름형 마이크로 반응기의 제조방법.
The method of claim 1,
The polymer film of step (a) is a film having a three-dimensional multi-layer micro-channel formed by etching the fluid input portion, the micro-channel portion through which the fluid flows, or the fluid discharge portion through which the introduced fluid is discharged using a laser Method for producing a type micro reactor.
제1항에 있어서,
상기 고분자 필름은 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌(Polyethylene), 플루오르화에틸렌프로필렌(fluorinated ethylene propylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate) 또는 폴리설폰(polysulfone)을 포함하는 3차원 다층 미세 채널을 가진 필름형 마이크로 반응기의 제조방법.
The method of claim 1,
The polymer film is polyimide, polyethylene, polyethylene, fluorinated ethylene propylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, or polysulfone Method for producing a film-type micro-reactor having a three-dimensional multilayer microchannel containing polysulfone).
제1항에 있어서,
상기 고분자 필름은 10 ~ 200 ㎛ 두께의 동종 또는 이종의 필름인 것을 특징으로 하는 3차원 다층 미세 채널을 가진 필름형 마이크로 반응기의 제조방법.
The method of claim 1,
The polymer film is a method of producing a film-type micro-reactor having a three-dimensional multilayer microchannel, characterized in that the homogeneous or heterogeneous film of 10 ~ 200 ㎛ thickness.
제1항에 있어서,
상기 (a)단계의 미세채널은 고분자필름 두께의 1/5 ~ 1의 비율인 것을 특징으로 하는 3차원 다층 미세 채널을 가진 필름형 마이크로 반응기의 제조방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a film-type micro-reactor having a three-dimensional multilayer microchannels, characterized in that the microchannel of step (a) is a ratio of 1/5 to 1 of the polymer film thickness.
제1항에 있어서,
상기 (b)단계의 적층은 미세채널이 형성된 각 고분자 필름 모서리에 동일한 위치에 구멍을 형성하여 금속핀을 이용하여 고정시키는 것을 특징으로 하는 3차원 다층 미세 채널을 가진 필름형 마이크로 반응기의 제조방법.
The method of claim 1,
The lamination of step (b) is a method of manufacturing a film-type micro-reactor having a three-dimensional multi-layer micro-channel, characterized in that to form a hole in the same position on each corner of the polymer film in which the micro-channel is formed using a metal pin.
제1항에 있어서,
상기 (c)단계의 단일 접합공정은 고분자 필름의 유리전이온도(Tg) 내지 용융점의 온도로 가온 가압시켜 적층된 필름을 일체로 접합시키는 것을 특징으로 하는 3차원 다층 미세 채널을 가진 필름형 마이크로 반응기의 제조방법.
The method of claim 1,
The single bonding process of step (c) is a film type micro-channel having a three-dimensional multilayer microchannel, characterized in that the laminated film is integrally bonded by heating and pressing at a temperature of the glass transition temperature (T g ) to the melting point of the polymer film. Method for producing a reactor.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 보강필름과 미세채널이 식각된 고분자 필름 사이에 접합공정에 사용되는 온도보다 높은 용융점을 갖는 고분자 필름을 더 적층하는 것을 포함하는 3차원 다층 미세 채널을 가진 필름형 마이크로 반응기의 제조방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a film-type micro-reactor having a three-dimensional multilayer microchannel comprising further laminating a polymer film having a melting point higher than the temperature used in the bonding process between the reinforcement film and the polymer film etched microchannel.
제1항에 있어서,
1종 이상의 유체를 유입시 전체 유입속도 1 ~ 5000 ㎕/min 인 3차원 다층 미세 채널을 가진 필름형 마이크로 반응기의 제조방법.
The method of claim 1,
Method for producing a film-type micro reactor having a three-dimensional multi-layer micro-channel having a total inlet rate of 1 ~ 5000 μl / min when one or more fluids are introduced.
제1항에 있어서,
상기 적층된 고분자 필름 3장 이상을 단일 접합공정을 실시함으로써 2층 이상의 다층 채널 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 다층 미세 채널을 가진 필름형 마이크로 반응기의 제조방법.
The method of claim 1,
Method for producing a film-type micro-reactor having a three-dimensional multilayer microchannel characterized in that a multi-layered multi-channel structure by performing a single bonding process of the three or more laminated polymer film.
제1항에 있어서,
상기 반응기는 1종 이상의 유체를 유입시켜 1단계 이상의 반응을 수행할 수 있는 3차원 다층 미세 채널을 가진 필름형 마이크로 반응기의 제조방법.
The method of claim 1,
The reactor is a method of producing a film-type micro-reactor having a three-dimensional multi-layered microchannel capable of carrying out one or more reactions by introducing one or more fluids.
제1항에 있어서,
상기 반응기는 일련의 반응을 연속적으로 반응할 수 있는 3차원 다층 미세 채널을 가진 필름형 마이크로 반응기의 제조방법.
The method of claim 1,
The reactor is a method of producing a film-type micro-reactor having a three-dimensional multilayer microchannel capable of continuously reacting a series of reactions.
제1항에 있어서,
상기 반응기는 재순환 반응이 가능한 3차원 다층 미세 채널을 가진 필름형 마이크로 반응기의 제조방법.
The method of claim 1,
The reactor is a method of producing a film-type micro-reactor having a three-dimensional multilayer microchannel capable of recycling reaction.
제 1항에 있어서,
상기 반응기는 가요성을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 다층 미세 채널을 가진 필름형 마이크로 반응기의 제조방법.
The method of claim 1,
The reactor is a method of producing a film-type micro reactor having a three-dimensional multilayer microchannel, characterized in that it has flexibility.
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