KR101229961B1 - 미세 유체 유동 시스템 - Google Patents

미세 유체 유동 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101229961B1
KR101229961B1 KR1020110024584A KR20110024584A KR101229961B1 KR 101229961 B1 KR101229961 B1 KR 101229961B1 KR 1020110024584 A KR1020110024584 A KR 1020110024584A KR 20110024584 A KR20110024584 A KR 20110024584A KR 101229961 B1 KR101229961 B1 KR 101229961B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
membrane
valve
substrate
microfluidic
flow path
Prior art date
Application number
KR1020110024584A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120106465A (ko
Inventor
조윤경
황현두
Original Assignee
국립대학법인 울산과학기술대학교 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 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 filed Critical 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단
Priority to KR1020110024584A priority Critical patent/KR101229961B1/ko
Publication of KR20120106465A publication Critical patent/KR20120106465A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101229961B1 publication Critical patent/KR101229961B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0803—Disc shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/00029—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor provided with flat sample substrates, e.g. slides
    • G01N2035/00099—Characterised by type of test elements
    • G01N2035/00158—Elements containing microarrays, i.e. "biochip"

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템은 회전 디스크 및 상기 회전 디스크에 형성된 하나 이상의 미세 유동부를 포함한다. 상기 미세 유동부는 멤브레인(membrane) 밸브와, 상기 멤브레인 밸브를 사이에 두고 형성된 둘 이상의 미세 유체 유로들을 포함한다.

Description

미세 유체 유동 시스템{MICROFLUIDIC SYSTEM AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명의 실시예는 미세 유체 유동 시스템 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세 유체 유동 시스템의 회전 디스크에 형성된 미세 유동부 내에서 회전 디스크의 회전에 따른 원심력을 이용하여 유체 시료를 이동시키며 소량의 유체 시료로 생화학적 실험을 수행할 수 있는 미세 유체 유동 시스템 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 미세 유동 장치를 구성하는 미세 유동 구조물에는 소량의 유체를 가두어 둘 수 있는 챔버와, 유체가 흐를 수 있는 채널과, 유체의 흐름을 조절할 수 있는 밸브, 그리고 유체를 받아 소정의 기능을 수행할 수 있는 여러 가지 기능성 유닛 등이 포함될 수 있다. 소형의 칩(chip) 상에서 생화학적 반응을 포함한 시험을 수행할 수 있도록 칩 형태의 기판에 이러한 미세유동 구조물을 배치한 것을 일컬어 바이오 칩이라고 하고, 특히 여러 단계의 처리 및 조작을 하나의 칩에서 수행할 수 있도록 제작된 장치를 랩온어칩(lab-on-a chip)이라 한다.
미세 유동 구조물 내에서 유체를 이송하기 위해서는 구동 압력이 필요한데, 구동 압력으로서 모세관압이 이용되기도 하고, 별도의 펌프에 의한 압력이 이용되기도 한다. 최근에는 콤팩트 디스크 형상의 회전판에 미세 유동 구조물을 배치하여 원심력을 이용하는 미세 유동 장치들이 제안되고 있다. 이를 일컬어 랩온어씨디(lab-on-a CD)라하기도 한다. 그런데, 이 경우는 프레임에 고정되지 않고 움직이는 회전체의 특성상, 그 안에서 유체의 흐름을 제어하거나, 유닛의 온도를 제어하는 등의 조작이 용이하지 않다.
따라서, 콤팩트 디스크 형상의 미세 유동 장치에서 유체 시료의 흐름을 더욱 제어할 수 있으면서도 간단한 구조를 갖는 밸브의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 회전 디스크에서 미량의 유체 시료를 정밀하게 제어하기 위한 멤브레인 밸브를 포함한 미세 유체 유동 시스템 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 미세 유체 유동 시스템은 회전 디스크 및 상기 회전 디스크에 형성된 하나 이상의 미세 유동부를 포함한다. 상기 미세 유동부는 멤브레인(membrane) 밸브와, 상기 멤브레인 밸브를 사이에 두고 형성된 둘 이상의 미세 유체 유로들을 포함한다.
상기 회전 디스크는 서로 대향 배치된 제1 기판과 제2 기판을 포함할 수 있다. 그리고 상기 멤브레인 밸브는 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 배치되며 탄성 소재로 만들어진 멤브레인(membrane)을 포함할 수 있다.
상기 멤브레인은 탄성중합체(elastomer)와 같은 탄성 고분자 물질을 포함할 수 있다. 상기 탄성중합체로는 가황 고무, 비가황 고무, 열가소성 고무, 열경화성 고무, PDMS, 우레탄 등과 같은 소재를 사용할 수 있다.
상기 멤브레인 밸브는 상기 제1 기판에 형성된 밸브 캐비티(cavity)와, 상기 밸브 캐비티와 대응하는 위치의 상기 제2 기판에 형성되며 상기 둘 이상의 미세 유체 유로들을 서로 격리시키는 밸브 미세 돌기를 더 포함할 수 있다.
상기 둘 이상의 미세 유체 유로들은 상기 제2 기판에 형성될 수 있다.
상기 제1 기판에는 상기 제2 기판의 상기 둘 이상의 미세 유체 유로들과 각각 연결된 연결공들이 더 형성될 수 있다.
상기 연결공들은 상기 밸브 미세 돌기와 인접한 상기 미세 유체 유로들의 일측 단부와 반대되는 타측 단부에 연결되도록 형성될 수 있다.
상기 연결공을 통해 상기 미세 유체 유로에 유체 시료가 주입되거나, 상기 미세 유체 유로로부터 유체 시료가 배출될 수 있다.
상기한 미세 유체 유동 시스템에서는 상기 멤브레인 밸브가 닫힌 상태에서 상기 멤브레인이 상기 밸브 미세 돌기와 탄성적으로 이격 가능하도록 접촉되어 상기 둘 이상의 미세 유체 유로들을 격리시킬 수 있다.
상기 회전 디스크의 회전 속도가 증가하면 원심력에 의해 상기 미세 유체 유로 내에 배치된 유체 시료가 갖는 압력이 증가할 수 있다. 그리고 상기 유체 시료가 갖는 압력이 상기 멤브레인의 탄성력보다 커지면 상기 밸브 미세 돌기와 접촉된 상기 멤브레인이 상기 밸브 캐피티 내로 탄성 변형되면서 상기 둘 이상의 미세 유체 유로들을 서로 연결시키는 공간을 형성하면서 상기 멤브레인 밸브가 열릴 수 있다.
상기 멤브레인이 변형되어 상기 멤브레인 밸브가 열리는 임계 압력은 상기 멤브레인의 강도와 두께, 상기 밸브 캐비티의 크기와 내부 압력, 상기 밸브 미세 돌기와 상기 멤브레인이 접한 면적, 그리고 상기 멤브레인과 상기 유체 시료가 접한 면적 등을 통해 조절 가능할 수 있다.
상기 밸브 캐비티 내에 압력 조절 물질이 배치되거나, 상기 밸브 캐비티의 압력을 조절하기 위한 외부 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 회전 디스크를 회전시키는 회전 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 둘 이상의 미세 유체 유로들은 상기 제1 기판에 형성된 제1 유로와 상기 제2 기판에 형성되며 상기 제1 유로와 교차하는 제2 유로를 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1 유로와 상기 제2 유로의 교차 영역은 상기 멤브레인을 통해 격리될 수 있다.
상기 멤브레인은 상기 교차 영역에서 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로 중 내부 압력이 더 낮은 유로를 향해 들어갈 수 있다.
상기 제1 유로와 상기 제2 유로 중 상기 교차 영역에서 상기 멤브레인이 휘어져 들어온 유로는 닫힌 상태가 될 수 있다.
상기한 미세 유체 유동 시스템에서 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 하나 이상의 기판에는 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로에 유체 시료가 주입되거나 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로로부터 유체 시료가 배출되는 연결공들이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 미세 유체 유동 시스템 제조 방법은 연결공 및 밸브 캐비티가 형성된 제1 기판을 형성하는 단계와, 둘 이상의 미세 유체 유로들과 상기 둘 이상의 미세 유체 유로들을 서로 격리시키는 밸브 미세 돌기가 형성된 제2 기판을 형성하는 단계와, 탄성 소재로 만들어진 멤브레인을 마련하는 단계, 그리고 상기 멤브레인을 사이에 두고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접합하는 단계를 포함한다.
상기 밸브 미세 돌기는 상기 밸브 캐비티에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 그리고 상기 멤브레인은 상기 밸브 미세 돌기와 탄성적으로 이격 가능하도록 접촉되어 상기 둘 이상의 미세 유체 유로들을 선택적으로 격리시킬 수 있다.
상기 멤브레인이 상기 밸브 미세 돌기와 이격 가능하도록 접촉시키기 위해 상기 밸브 미세 돌기와 접촉되는 상기 멤브레인의 일부 영역에 실시하는 마스킹 공정을 더 포함할 수 있다.
상기 멤브레인은 탄성중합체(elastomer)와 같은 탄성 고분자 물질을 포함할 수 있다. 상기 탄성중합체로는 가황 고무, 비가황 고무, 열가소성 고무, 열경화성 고무, PDMS, 우레탄 등과 같은 소재를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 미세 유체 유동 시스템은 멤브레인 밸브를 통해 간단한 구조를 가지면서도 미량의 유체 시료를 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 상기한 미세 유체 유동 시스템의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템의 개념도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 멤브레인 밸브가 열린 상태를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 4 및 도 5는 도 1의 멤브레인 밸브가 닫힌 상태를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템의 구체적인 일례를 나타낸 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템의 개념도이다.
도 8 및 도 9는 도 7의 멤브레인 밸브가 열린 상태를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 10 및 도 11은 도 7의 멤브레인 밸브가 닫힌 상태를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 12 내지 도 16은 도 1의 미세 유체 유동 시스템의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 단면도들이다.
도 17은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템에서 유체 시료가 멤브레인 밸브를 통과하는 모습을 순차적으로 촬영한 이미지이다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템에서 회전 디스크의 회전 속도에 따른 유체 시료의 이동 특성을 측정한 그래프를 시뮬레이션 결과와 함께 도시한 그래프이다.
도 20 및 도 21은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템에서 멤브레인의 두께에 따른 유체 시료의 이동 특성을 측정한 그래프를 시뮬레이션 결과와 함께 도시한 그래프이다.
도 22는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템을 이용하여 순차적으로 일정량의 유체 시료를 주입한 결과를 시뮬레이션 결과와 함께 도시한 그래프이다.
도 23은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템의 회전 조절을 통하여 멤브레인 밸브를 통과하는 유체 시료의 유속을 제어하기 위한 방법을 도시한 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 그리고 여러 실시예들에 있어서, 제1 실시예 이외의 실시예들에서는 제1 실시예와 다른 구성을 중심으로 설명한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 과장되게 나타내었으므로, 본 발명의 실시예들이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템(101)을 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템(101)은 회전 디스크(20)와, 회전 디스크(20)에 설치된 하나 이상의 미세 유동부(30)를 포함한다.
미세 유동부(30)는 멤브레인(membrane) 밸브(31)와 멤브레인 밸브(31)를 사이에 두고 형성된 둘 이상의 미세 유체 유로들(221, 222)을 포함한다.
회전 디스크(20)는 서로 대향 배치된 제1 기판(210)과 제2 기판을 포함한다. 도 1에서는, 제1 기판(210)이 상부 기판이고 제2 기판(220)이 하부 기판이나, 본 발명의 제1 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 기판(210)이 하부 기판이 되고, 제2 기판(220)이 상부 기판이 될수도 있다.
제1 기판(210)에는 소정의 공간인 밸브 캐비티(cavity)(215)가 형성된다. 그리고 둘 이상의 연결공들(219)이 형성된다.
제2 기판에(220)는 둘 이상의 미세 유체 유로들(221, 222)이 형성된다. 그리고 둘 이상의 미세 유체 유로들(221, 222) 사이에 형성되어 미세 유체 유로들(221, 222)을 서로 격리시키는 밸브 미세 돌기(225)가 형성된다. 밸브 미세 돌기(225)는 제1 기판(210)에 형성된 밸브 캐비티(215)와 대응되는 위치에 형성된다. 또한, 제1 기판(210)의 연결공들(219)은 각각 미세 유체 유로들(221, 222)과 연결된다. 즉, 연결공들(219)을 통해 미세 유체 유로들(221, 222)에 유체 시료가 주입되거나, 미세 유체 유로들(221, 222)로부터 유체 시료가 배출될 수 있다. 구체적으로, 연결공들(219)은 밸브 미세 돌기(225)와 인접한 미세 유체 유로들(221, 222)의 일측 단부들과 반대되는 타측 단부들 가까이에 연결되도록 형성될 수 있다.
멤브레인 밸브(31)는 제1 기판(210)과 제2 기판(220) 사이에 배치된 멤브레인(membrane)(250)을 포함한다. 멤브레인(250)은 유연성이 뛰어나며 변형 이후 원래의 형태로 돌아오려는 탄성을 지닌 탄성 소재로 만들어진다. 멤브레인(250)은 직접적으로 유체 시료와 접하여 흐름을 제어하는 역할을 하므로, 다양한 생화학적 응용 분야에 활용하기 위해 반응성이 높지 않으면서 투명도가 우수한 소재로 만들어질 수 있다. 즉, 멤브레인(250)은 탄성중합체(elastomer)와 같은 탄성 고분자 물질로 만들어질 수 있다. 상기 탄성중합체로는 가황 고무, 비가황 고무, 열가소성 고무, 열경화성 고무, PDMS, 우레탄 등과 같은 소재를 사용할 수 있다.
구체적으로, 멤브레인 밸브(31)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 기판(210)과 제2 기판(220) 사이에 배치된 멤브레인(membrane)(250)과, 제1 기판(210)에 형성된 밸브 캐비티(cavity)(215), 그리고 제2 기판(220)에 형성된 밸브 미세 돌기(225)를 포함한다. 여기서, 밸브 캐비티(215)는 멤브레인(250)의 변형을 위한 공간이 된다.
또한, 도시하지는 않았으나, 미세 유체 유동 시스템(101)은 회전 디스크(20)를 회전시키는 회전 구동부를 더 포함한다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템(101)의 작동 과정을 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3은 멤브레인 밸브(31)가 닫힌 상태를 나타낸다. 멤브레인 밸브(31)가 닫힌 상태에서 멤브레인(250)은 밸브 미세 돌기(225)와 탄성적으로 이격 가능하게 접촉되어 미세 유체 유로들(221, 222)을 서로 격리시킨다. 즉, 미세 유체 유로(221)에 주입된 유체 시료(80)가 밸브 미세 돌기(225)를 두고 이격된 이웃한 다른 미세 유체 유로(222)로 이동되는 것이 제한된다.
한편, 멤브레인(250)과 밸브 미세 돌기(225)는 접해있으나, 완전히 비가역적으로 접합되어 있지는 않은 상태이다. 멤브레인(250)은 유체 시료(80)의 운동을 제한하지만, 미세 유체 유로(221, 222)의 내부 압력이 밸브 캐비티(215)의 내부 압력보다 커질 경우에는 멤브레인(250)이 밸브 캐비티(215) 방향으로 휘어져 변형되면서 밸브 미세 돌기(225)와 분리될 수 있다. 이와 같이, 멤브레인(250)이 밸브 미세 돌기(225)와 분리되면, 멤브레인(250)과 밸브 미세 돌기(225) 사이로 유체 시료(80)가 통과할 수 있게 된다.
회전 디스크(20)가 회전하여 회전 속도가 증가하면, 원심력(centrifugal force) 및 전향력(Coriolis force) 등에 미세 유체 유로(221)에 주입된 유체 시료(80)에 압력이 가해져 유체 시료(80)가 이동하게 된다. 원심력은 회전하는 계에서 느껴지는 관성력으로, 물체가 관성에 따라 등속도로 운동하려 하기 때문에 발생하며, 회전의 중심에서 바깥쪽으로 작용하는 힘이다. 전향력 또한 회전하는 계에서 느껴지는 관성력으로, 회전하는 좌표계 내에서 물체가 운동하는 경우 각운동량을 보존하기 위해 발생하며, 운동 방향의 수직한 방향으로 작용하며 속도에 비례하는 힘이다. 이 외에도, 유체 시료(80)의 표면 장력(surface tension)과, 표면과의 상호 작용에 의해 발생하는 모세관력(capillary force) 등도 유체 시료(80)의 운동에 영향을 미치게 된다.
유체 시료(80)가 멤브레인(250)에 가하는 압력이 멤브레인(250)이 갖는 탄성력보다 커지면 밸브 미세 돌기(225)와 접촉된 멤브레인(250)이 밸브 캐피티(215) 내로 탄성 변형되면서 격리되었던 미세 유체 유로들(221, 222)을 서로 연결시키는 공간을 형성한다. 즉, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 멤브레인 밸브(31)가 열린다.
멤브레인(250)이 변형되어 멤브레인 밸브(31)가 열리는 압력을 임계 압력이라 할때, 임계 압력은 멤브레인(250)의 강도와 두께, 밸브 캐비티(215)의 크기와 내부 압력, 밸브 미세 돌기(225)와 멤브레인(250)이 접한 면적, 그리고 멤브레인(250)과 유체 시료(80)가 접한 면적 등을 통해 조절 가능한다.
구체적으로, 멤브레인(250)의 강도가 강할수록 임계 압력이 높아지며, 멤브레인(250)의 두께가 두꺼워질수록 임계 압력이 높아진다. 이것은 멤브레인(250)을 이루는 물질의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 제조 공정 과정에서 멤브레인(250)의 두께를 조절하거나, 멤브레인(250) 상에 특정 물질을 도포함으로써 조절될 수 있다.
PDMS와 같은 고분자성 물질로 멤브레인(250)을 제작할 경우에는, 초기 액체 상태에서의 PDMS를 스핀 코팅(spin coating)하는 과정에서 스핀 코팅 회전 속도를 조절하여 멤브레인(250)의 두께를 정할 수 있다. 스핀 코팅 회전 속도가 빠를수록 멤브레인(250)의 두께는 얇아지게 되며, 이에 임계 압력은 낮아지게 된다. 반면, 스핀 코팅 회전 속도가 느릴수록 멤브레인(250)의 두께는 두꺼워지게 되며, 이에 임계 압력은 높아지게 된다.
또한, 밸브 캐비티(215)의 내부 압력이 높아질수록 임계 압력도 높아진다. 밸브 캐비티(215)가 대기에 열려있는 상태라면 밸브 캐비티(215)의 내부 압력은 대기압이 된다. 그리고 밸브 캐비티(215)가 압력 조절 물질로 채워져 대기압과 다른 압력을 가질수도 있다. 밸브 캐비티(215)의 내부 압력은 펌프와 같은 외부 장치를 이용하여 압력을 인가함으로써 조절될 수도 있다. 이 경우 압력을 인가하기 위한 튜빙, 펌프 장치를 회전하는 회전 디스크(20) 상의 밸브 캐비티(215)에 연결하기 위한 별도의 연결 장치를 필요로 한다.
또한, 임계 압력은 밸브 미세 돌기(225)와 멤브레인(250)이 접한 면적에 대한 유체 시료(80)와 멤브레인(250)이 접한 면적의 비율에 따라 달라진다. 이러한 비율이 커질수록 임계 압력의 크기가 낮아진다. 즉, 밸브 미세 돌기(225)와 멤브레인(250)이 접한 면적이 넓을수록 임계 압력이 커지고, 유체 시료(80)와 멤브레인(250)이 접한 면적이 넓을수록 임계 압력이 낮아진다.
회전 디스크(20)의 회전에 의해 유체 시료(80)가 멤브레인(250)에 가하는 압력은 회전 디스크(20)의 회전 속도가 빠를수록 높아진다. 그리고 유체 시료(80)의 방사상 거리가 길거나, 유체 시료(80)의 중심 위치가 회전 디스크(20)의 회전 중심으로부터 멀수록 높아진다. 또한, 유체 시료(80)의 밀도가 클수록 압력은 높아진다.
유체 시료(80)가 멤브레인 밸브(31)를 통과하는 유속은 아래와 같은 수학식1로 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Q = αΔP 4/μ D 3
여기서, α는 미세 유체 유로(221, 222), 밸브 캐비티(215)의 형태 및 크기, 밸브 미세 돌기(225)의 형태 및 크기 등을 고려한 구조적인 요소를 포함하는 상수이며, ΔP는 회전 디스크(20)의 회전에 의해 유체 시료(80)가 멤브레인(250)에 가하는 압력(이하 '구동 압력'이라 한다), μ는 유체 시료(80)의 점성, 그리고 D는 멤브레인(250)의 변형 강도를 나타내는 상수이다. 멤브레인(250)의 변형 강도는 멤브레인(250) 두께의 세제곱에 비례한다.
구동 압력은 아래와 같은 수학식2로 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
ΔP =ρrΔrω 2
여기서, ρ는 유체 시료(80)의 밀도, r은 회전 디스크(20)의 회전 중심으로부터 유체 시료(80)의 중심까지 거리, Δr는 유체 시료(80)의 방사상 거리로써 부피에 비례하고 미세 유체 유로(221, 222)의 단면적에 반비례하며, ω는 회전 디스크(20)의 회전 속도를 나타낸다.
따라서, 구동 압력의 크기는 유체 시료(80)의 밀도, 회전 디스크(20)의 회전 중심으로부터 유체 시료(80)의 중심까지 거리, 유체 시료(80)의 방사상 거리, 회전 디스크(20)의 회전 속도의 네 제곱에 비례하여 증가한다.
이와 같이, 구동 압력 높아질수록, 유체 시료(80)의 유속은 빨라지게 된다. 이때 유속은 멤브레인(250)의 두께가 두꺼워질수록, 그리고 강도가 강해질수록 느려지게 된다. 한편, 유체 시료(80)의 점성이 커져도 유속은 낮아지게 된다. 또한, 밸브 캐비티(215), 멤브레인(250), 또는 밸브 미세 돌기(225)의 형태와 크기에 따라 유체 시료(80)의 유속은 달라질 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템(101)은 멤브레인 밸브(31)를 통해 간단한 구조를 가지면서도 미량의 유체 시료(80)를 정밀하게 효과적으로 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템(101)을 실시 가능한 형태로 구체적으로 구현한 일례의 분해 사시도이다. 즉, 미세 유체 유동 시스템(101)이 도 6에 도시한 구조에 한정되는 것은 아니다. 도 6에 도시한 바와 같이, 미세 유체 유로들(221, 222)과 멤브레인 밸브(31)는 다양한 형태로 형성될 수 있다.
제1 기판(110) 및 제2 기판(210)은 공정이 간단하고 제작 비용이 상대적으로 저렴하며 다양한 생화학적 응용 분야에 활용할 수 있으면서도 내구성이 뛰어난 실리콘, 유리, PMMA(polymethyl methacrylate), PDMS, COC(cyclo-olefin-copolymer), PC (polycarbonate) 등을 소재로 만들어질 수 있다.
제1 기판(210) 및 제2 기판(210)에 형성된 밸브 미세 돌기(225), 미세 유체 유로들(221, 222), 및 연결공들(219)은 포토리소그래피(photolithography), 소프트 리소그래피(soft lithography), 밀링(milling), 몰딩(molding), 및 임프린팅(imprinting) 등의 방법을 사용하여 제조할 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 제2 실시예를 설명한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템(102)의 미세 유체 유로(216, 227)는 회전 디스크(20)의 제1 기판(210)에 형성된 제1 유로(216)와, 회전 디스크(20)의 제2 기판(220)에 형성되며 제1 유로(216)와 교차하는 제2 유로(227)를 포함한다. 제1 유로(216)와 제2 유로(227)의 교차 영역은 멤브레인(250)(도 9에 도시)을 통해 격리된다.
이와 같이, 제1 유로(216)와 제2 유로(227)의 교차 영역 및 교차 영역에 배치된 멤브레인(250)이 본 발명의 제2 실시예에 따른 멤브레인 밸브(32)가 된다.
또한, 제1 유로(216)와 제2 유로(227)에 유체 시료(81, 82)를 주입하거나, 제1 유로(216)와 제2 유로(227)로부터 유체 시료(81, 82)를 배출 시키기 위한 연결공들(219)이 제1 기판(210) 및 제2 기판(220) 중 하나 이상의 기판에 형성된다. 연결공(219)으로 주입된 유체 시료(81, 82)는 기판(210, 220) 내부에 형성된 연결 유로(미도시)를 통해 제1 유로(216) 및 제2 유로(227)에 각각 전달된다.
이하, 도 8 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템(102)의 작동 과정을 상세히 설명한다.
도 8 및 도 9는 멤브레인 밸브(32)가 열린 상태를 나타낸다. 멤브레인 밸브(32)가 열린 상태에서는 제1 유로(216) 및 제2 유로(227)를 통해 유체 시료들(81, 82)이 자유롭게 이동할 수 있다. 이때, 제1 유로(216)의 내부 압력과 제2 유로(227)의 내부 압력의 차이는 멤브레인(250)이 갖는 탄성력보다 작다.
하지만, 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 제1 유로(216)의 내부 압력과 제2 유로(227)의 내부 압력 간에 균형에 변화가 생겨 제1 유로(216)의 내부 압력과 제2 유로(227)의 내부 압력의 차이가 멤브레인(250)이 갖는 탄성력보다 커지면, 멤브레인(250)은 제1 유로(216) 및 제2 유로(227) 중 그 내부 압력이 더 낮은 방향으로 휘어져 들어간다. 즉, 제1 유로(216) 및 제2 유로(227) 중 멤브레인(250)이 변형되어 휘어져 들어온 유로는 멤브레인(250)에 의해 유로가 차단되어 유체 시료(81, 82)의 이동이 제한된다. 즉, 해당 유로는 밸브가 닫힌 상태가 된다.
제1 유로(216) 및 제2 유로(227)의 내부 압력은 주입된 유체 시료(80)의 부피와 위치, 밀도에 의해 결정된다. 또한, 제1 유로(216) 및 제2 유로(227)의 내부 압력은 회전 디스크(20)의 회전 속도, 그리고 제1 유로(216) 및 제2 유로(227)의 형태 및 크기에 의해서 결정된다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템(102)도 멤브레인 밸브(32)를 통해 간단한 구조를 가지면서도 미량의 유체 시료(81, 82)를 정밀하게 효과적으로 제어할 수 있다.
이하, 도 12 내지 도 16을 참조하여 도 1의 미세 유체 유동 시스템(101)의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 도 12에 도시한 바와 같이, 제1 기판(210)을 마련하고, 제1 기판(210)에 밸브 캐비티(215) 및 연결공들(219)을 형성한다. 제1 기판(210)은 PDMS, PMMA(polymethyl methacrylate), PC(polycarbonate), 및 COC(cyclo-olefin-copolymer) 등의 플라스틱 또는 실리콘이나 유리 중 하나를 사용하여 만들어질 수 있다.
다음, 도 13에 도시한 바와 같이, 멤브레인(250)을 형성한다. 멤브레인(250)은 탄성중합체(elastomer)와 같은 탄성 고분자 물질을 사용할 수 있다. 상기 탄성중합체로는 가황 고무, 비가황 고무, 열가소성 고무, 열경화성 고무, PDMS, 우레탄 등과 같은 소재를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 경화제를 이용하여 액체에서 탄성을 지닌 고체로 경화되는 PDMS와 같은 고분자성 탄성체를 사용한 경우를 나타내고 있다. 구체적으로, 액체 상태에서의 PDMS를 스핀 코팅(spin coating) 방법을 통해 제조 기판(500) 위에 코팅하여 멤브레인(250)을 형성하고 이를 분리시키는 방법으로 형성할 수 있다. 멤브레인(250)을 형성하는 과정에서, 스핀 코팅의 회전 속도를 조절하면 멤브레인(250)의 두께를 다양하게 형성할 수 있다. 스핀 코팅의 회전 속도가 빠를수록 멤브레인(250)의 두께는 얇아진다. 반면, 스핀 코팅의 회전 속도가 느릴수록 멤브레인(250)의 두께는 두꺼워진다. 또한, 액상의 PDMS에 대한 경화제(curing agent)의 비율이 높아질수록 멤브레인(250)의 강도는 강해진다.
다음, 도 14에 도시한 바와 같이, 제1 기판(210)과 멤브레인(250)을 서로 접합한다.
다음, 도 15에 도시한 바와 같이. 제2 기판(220)을 마련하고, 제2 기판(220)에 둘 이상의 미세 유체 유로들(221, 222)과 둘 이상의 미세 유체 유로들(221, 222)을 서로 격리시키는 밸브 미세 돌기(225)를 형성한다.
다음, 도 16에 도시한 바와 같이, 제2 기판(220)을 제1 기판(210) 및 멤브레인(250)과 접합한다. 이때, 밸브 미세 돌기(225)는 밸브 캐비티(215)에 대응하는 위치에 배치되며, 멤브레인(250)은 밸브 미세 돌기(225)와 탄성적으로 이격 가능하도록 접촉되어 둘 이상의 미세 유체 유로들(221, 222)을 선택적으로 격리시킨다.
또한, 멤브레인(250)이 밸브 미세 돌기(225)와 이격 가능하도록 접촉시키기 위해 밸브 미세 돌기(225)와 접촉되는 멤브레인(250)의 일부 영역에 실시하는 마스킹 공정을 더 포함할 수 있다.
마스킹 공정은 밸브 미세 돌기(225)와 멤브레인(250)이 비가역적으로 달라붙는 것을 방지하기 위해 제2 기판(220) 또는 멤브레인(250)의 일부에 표면 처리가 되지 않도록 하는 공정이다. 제2 기판(220) 또는 멤브레인(250)에 부분적으로 표면 처리를 막기 위한 마스크로 PDMS, 테잎, 및 잉크 등을 사용할 수 있다.
구체적으로, 제1 기판(210)과 멤브레인(250)이 PDMS를 소재로 만들어지고, 제2 기판(220)이 열가소성 플라스틱을 소재로 만들어질 경우, 이들을 서로 접합하기 위한 표면 처리 방법은 아래와 같다.
제1 기판(210)과 멤브레인(250)을 접합하기 위해서는 플라즈마 처리(plasma treatment)를 이용한다.
제2 기판(220)과 멤브레인(250)을 접합하기 위해서는 먼저 제2 기판(220)의 밸브 미세 돌기(225)가 멤브레인(250)과 비가역적으로 접합되지 않게 하기 위해 마스킹 작업을 한 후, 플라즈마 처리를 하고, 1% APTES(3-aminopropyltriethoxysilane) 용액으로 20분 동안 처리한다. 이후, 마스크를 제거한 후, 멤브레인(250)을 플라즈마 처리하고, 밸브 캐비티(215)의 위치와 밸브 미세 돌기(225)의 위치를 잘 맞추어 접합한다.
이와 같은 제조 방법에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템(101)을 효과적으로 제조할 수 있다.
도 17은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템에서 유체 시료가 멤브레인 밸브를 통과하는 모습을 순차적으로 촬영한 이미지이다.
회전축에 상대적으로 가까운 미세 유체 유로에 위치한 유체 시료가 멤브레인 밸브를 통과하여 회전축으로부터 상대적으로 먼 미세 유체 유로로 이동하는 것을 확인할 수 있다. 이때 유속은 유체 시료의 방사상 거리(Δr)를 측정하여 구할 수 있다.
이와 같은 실험을 위해 제작된 미세 유체 유동 시스템은 100μm 두께의 멤브레인을 포함하고 있으며, 제1 기판은 PDMS로 형성되었고 제2 기판은 PC로 형성되었다. 제2 기판에 형성된 미세 유체 유로는 1mm의 폭과 1mm의 깊이를 갖는다. 제1 기판에 형성된 밸브 캐비티는 지름이 3mm인 원의 형태이다.
본 실험에서는 정제된 물을 유체 시료로 사용하였으며, 가시화를 위해 빨간색 식용 색소를 섞어 사용하였다. 유체 시료의 종류에 따라 유체 시료의 표면장력 및 점성 등이 달라지므로, 구동 압력이 달라지게 되고 유속 또한 달라질 수 있다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템에서 회전 디스크의 회전 속도에 따른 유체 시료의 이동 특성을 측정한 그래프를 시뮬레이션 결과와 함께 도시한 그래프이다.
도 20 및 도 21은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템에서 멤브레인의 두께에 따른 유체 시료의 이동 특성을 측정한 그래프를 시뮬레이션 결과와 함께 도시한 그래프이다.
회전 디스크의 회전 속도는 400rpm에서 800rpm까지 증가시켰으며, 멤브레인의 두께는 90μm에서 140μm까지 증가시켰다.
회전 속도가 증가할수록 구동 압력이 높아져 시간당 멤브레인 밸브를 통과하는 유체 시료의 양이 더 많아졌다. 또한, 멤브레인의 두께가 두꺼워 질수록 임계 압력이 높아져, 시간당 멤브레인 밸브를 통과하는 유체 시료의 양이 줄어들었다.
유속은 회전 속도의 여덟제곱에 비례하고, 멤브레인 두께의 아홉제곱에 반비례한 특성이 있다. 이때, 멤브레인 밸브를 통과하는 유체 시료의 유속은 유체 시료의 부피, 즉 방사상 거리에도 비례하므로, 시간이 갈수록 유속은 낮아지게 된다.
실험 결과는 시뮬레이션 결과와 매우 잘 일치하였는데, 특히 초기 상태에서 0.5초까지 통과한 시료의 양을 계산한 결과 실험결과와 매우 잘 일치하였다.
실험 결과에서 발생하는 오차는 멤브레인과 밸브 미세 돌기를 제작할때 발생할 수 있는 오차에 의한 것이며, 미세 유체 유로와 멤브레인의 표면 성질 등도 영향을 미칠 수 있다. 이러한 오차는 멤브레인 밸브가 형성된 회전 디스크를 제작할때, 테스트용 밸브를 제작하여 매번 임계 압력을 재측정하는 방식으로 보완할 수 있다.
도 22는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템을 이용하여 순차적으로 일정량의 유체 시료를 주입한 결과를 시뮬레이션 결과와 함께 도시한 그래프이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템은 회전 디스크의 회전을 멈출 경우 멤브레인의 탄성에 의해 밸브가 막히게 되고, 통과하던 유체 시료가 곧바로 통과를 멈추게 된다. 이러한 점을 이용하여 회전을 멈춘 후 낮은 구동 압력 조건에서 주입된 유체 시료들을 섞은 후, 다시 특정 회전 속도에서 유체 시료를 일정량 주입하는 것과 같이 순차적인 유체 시료의 주입 및 반응 조절이 가능하다.
본 실험에서는 초기 10μL의 물을 유체 시료로 주입한 후, 회전 디스크를 일정한 회전 속도로 회전시켜 40초 동안 2μL의 물만 통과시켰다. 이후, 40초간 회전을 멈추었다가 다시 40초 동안 2μL의 물을 통과시켰다. 이때, 멤브레인 밸브를 통과하는 유체 시료의 유속은 유체 시료의 부피, 즉 방사상 거리에도 비례하므로, 시간이 갈수록 유속은 낮아지게 된다.
본 실험에서는 각 스텝마다, 420, 470, 550, 730, 및 2000rpm으로 회전 디스크를 회전시켰으며, 멤브레인의 두께는 113μm로 계산되었다.
이러한 방법으로 회전 디스크의 회전을 조절하여 멤브레인 밸브를 통과하는 유체 시료의 순간 유속을 조절할 수 있으며, 이를 통해 정밀한 미세 유체 제어가 가능하다.
도 23은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유체 유동 시스템의 회전 조절을 통하여 멤브레인 밸브를 통과하는 유체 시료의 유속을 제어하기 위한 방법을 도시한 순서도이다.
유체 시료를 회전 디스크의 미세 유체 유로에 주입한 후 회전을 시작한다.
회전 디스크의 회전 속도를 올리면 유체 시료는 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해 미세 유체 유로를 통해 회전축으로부터 멀어지는 방향으로 이동하게 된다.
유체 시료가 밸브 미세 돌기, 멤브레인, 및 밸브 캐비티를 포함하는 멤브레인 밸브에 도달하면 유체 시료의 이동은 멤브레인 밸브에 의해 제한된다.
이때 유체 시료와 회전 디스크의 회전에 의해 발생하는 구동 압력이 멤브레인 밸브의 임계 압력을 넘어서게 되면, 멤브레인은 밸브 미세 돌기로부터 분리되고, 유체 시료는 이동이 가능하게 된다.
이때 유체 시료가 통과하는 유속이 사용자가 희망하는 유속보다 빠를 경우, 회전 디스크의 회전 속도를 낮추어 유속을 줄일 수 있으며, 희망하는 유속보다 느릴 경우, 회전 디스크의 회전 속도를 높여 유속을 높일 수 있다.
마지막으로, 원하는 양의 유체 시료가 멤브레인 밸브를 모두 통과하고 나면, 회전 디스크의 회전을 멈추고 종료할 수 있다.
이후 동일한 방식으로 프로세스를 여러번 순차적으로 진행할 수 있다. 그리고 멤브레인 밸브의 임계 압력이 증가함에 따라 사용자가 희망하는 유속과 동일한 구동 유속을 얻기 위해 더 높은 회전속도가 요구된다. 만약 임계 압력이 더 낮다면, 사용자가 희망하는 유속과 동일한 구동 유속을 얻기 위해 더 낮은 회전속도가 요구된다.
구동 유속은 유체 시료의 부피 및 회전축으로부터의 방사상 거리, 유체 시료의 밀도와 점성 등에 의존하므로 이에 맞게 회전 속도를 조절해야 한다. 또한, 구동 유속은 멤브레인의 종류와 두께, 밸브 캐비티와 밸브 미세 돌기의 형태와 크기, 그리고 미세 유체 유로의 표면 성질 등에도 의존하므로, 이에 맞게 회전속도를 조절해야 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 미세 유체 유동 시스템을 실제 생화학적 실험에 응용할 경우에는 더 원활한 프로세스를 위해 실제 프로세스 전 미리 적절한 회전 속도를 찾기 위한 테스트용 멤브레인 밸브를 함께 형성할 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
20: 회전 디스크 30: 미세 유동부
31: 멤브레인 밸브 80: 유체 시료
101: 미세 유체 유동 시스템 210: 제1 기판
215: 밸브 캐비티 219: 연결공
220: 제2 기판 221, 222: 미세 유체 유로
225: 밸브 미세 돌기 250: 멤브레인

Claims (21)

  1. 회전 디스크; 및
    상기 회전 디스크에 형성된 하나 이상의 미세 유동부
    를 포함하며,
    상기 미세 유동부는,
    멤브레인(membrane) 밸브와;
    상기 멤브레인 밸브를 사이에 두고 형성된 둘 이상의 미세 유체 유로들
    을 포함하며,
    상기 회전 디스크는 서로 대향 배치된 제1 기판과 제2 기판을 포함하며,
    상기 멤브레인 밸브는 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 배치되며 탄성 소재로 만들어진 멤브레인(membrane)과, 상기 제1 기판에 형성된 밸브 캐비티(cavity)와, 상기 밸브 캐비티와 대응하는 위치의 상기 제2 기판에 형성되며 상기 둘 이상의 미세 유체 유로들을 서로 격리시키는 밸브 미세 돌기를 포함하는 미세 유체 유동 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 멤브레인은 탄성중합체(elastomer)와 같은 탄성 고분자 물질을 포함하는 미세 유체 유동 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 둘 이상의 미세 유체 유로들은 상기 제2 기판에 형성된 미세 유체 유동 시스템.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 기판에는 상기 제2 기판의 상기 둘 이상의 미세 유체 유로들과 각각 연결된 연결공들이 더 형성된 미세 유체 유동 시스템.
  7. 제6항에서,
    상기 연결공들은 상기 밸브 미세 돌기와 인접한 상기 미세 유체 유로들의 일측 단부와 반대되는 타측 단부에 연결되도록 형성된 미세 유체 유동 시스템.
  8. 제6항에서,
    상기 연결공을 통해 상기 미세 유체 유로에 유체 시료가 주입되거나, 상기 미세 유체 유로로부터 유체 시료가 배출되는 미세 유체 유동 시스템.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에서,
    상기 멤브레인 밸브가 닫힌 상태에서 상기 멤브레인은 상기 밸브 미세 돌기와 탄성적으로 이격 가능하도록 접촉되어 상기 둘 이상의 미세 유체 유로들을 격리시키는 미세 유체 유동 시스템.
  10. 제9항에서,
    상기 회전 디스크의 회전 속도가 증가하면 원심력에 의해 상기 미세 유체 유로 내에 배치된 유체 시료가 갖는 압력이 증가하며,
    상기 유체 시료가 갖는 압력이 상기 멤브레인의 탄성력보다 커지면 상기 밸브 미세 돌기와 접촉된 상기 멤브레인이 상기 밸브 캐피티 내로 탄성 변형되면서 상기 둘 이상의 미세 유체 유로들을 서로 연결시키는 공간을 형성하면서 상기 멤브레인 밸브가 열리는 미세 유체 유동 시스템.
  11. 제10항에서,
    상기 멤브레인이 변형되어 상기 멤브레인 밸브가 열리는 임계 압력은 상기 멤브레인의 강도와 두께, 상기 밸브 캐비티의 크기와 내부 압력, 상기 밸브 미세 돌기와 상기 멤브레인이 접한 면적, 그리고 상기 멤브레인과 상기 유체 시료가 접한 면적 등을 통해 조절 가능한 미세 유체 유동 시스템.
  12. 제11항에서,
    상기 밸브 캐비티 내에 압력 조절 물질이 배치되거나, 상기 밸브 캐비티의 압력을 조절하기 위한 외부 장치를 더 포함하는 미세 유체 유동 시스템.
  13. 제10항에서,
    상기 회전 디스크를 회전시키는 회전 구동부를 더 포함하는 미세 유체 유동 시스템.
  14. 회전 디스크; 및
    상기 회전 디스크에 형성된 하나 이상의 미세 유동부
    를 포함하며,
    상기 미세 유동부는,
    멤브레인(membrane) 밸브와;
    상기 멤브레인 밸브를 사이에 두고 형성된 둘 이상의 미세 유체 유로들
    을 포함하며,
    상기 회전 디스크는 서로 대향 배치된 제1 기판과 제2 기판을 포함하며,
    상기 멤브레인 밸브는 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 배치되며 탄성 소재로 만들어진 멤브레인(membrane)을 포함하고,
    상기 둘 이상의 미세 유체 유로들은 상기 제1 기판에 형성된 제1 유로와 상기 제2 기판에 형성되며 상기 제1 유로와 교차하는 제2 유로를 포함하며,
    상기 제1 유로와 상기 제2 유로의 교차 영역은 상기 멤브레인을 통해 격리되는 미세 유체 유동 시스템.
  15. 제14항에서,
    상기 멤브레인은 상기 교차 영역에서 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로 중 내부 압력이 더 낮은 유로를 향해 들어가는 미세 유체 유동 시스템.
  16. 제15항에서,
    상기 제1 유로와 상기 제2 유로 중 상기 교차 영역에서 상기 멤브레인이 들어온 유로는 닫힌 상태가 되는 미세 유체 유동 시스템.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에서,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 하나 이상의 기판에는 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로에 유체 시료가 주입되거나 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로로부터 유체 시료가 배출되는 연결공들이 형성된 미세 유체 유동 시스템.
  18. 연결공 및 밸브 캐비티가 형성된 제1 기판을 형성하는 단계;
    둘 이상의 미세 유체 유로들과 상기 둘 이상의 미세 유체 유로들을 서로 격리시키는 밸브 미세 돌기가 형성된 제2 기판을 형성하는 단계;
    탄성 소재로 만들어진 멤브레인을 마련하는 단계; 그리고
    상기 멤브레인을 사이에 두고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접합하는 단계
    를 포함하는 미세 유체 유동 시스템 제조 방법.
  19. 제18항에서,
    상기 밸브 미세 돌기는 상기 밸브 캐비티에 대응하는 위치에 배치되며,
    상기 멤브레인은 상기 밸브 미세 돌기와 탄성적으로 이격 가능하도록 접촉되어 상기 둘 이상의 미세 유체 유로들을 선택적으로 격리시키는 미세 유체 유동 시스템 제조 방법.
  20. 제19항에서,
    상기 멤브레인이 상기 밸브 미세 돌기와 이격 가능하도록 접촉시키기 위해 상기 밸브 미세 돌기와 접촉되는 상기 멤브레인의 일부 영역에 실시하는 마스킹 공정을 더 포함하는 미세 유체 유동 시스템 제조 방법.
  21. 제18항에서,
    상기 멤브레인은 탄성중합체(elastomer)와 같은 탄성 고분자 물질을 포함하는 미세 유체 유동 시스템 제조 방법.
KR1020110024584A 2011-03-18 2011-03-18 미세 유체 유동 시스템 KR101229961B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110024584A KR101229961B1 (ko) 2011-03-18 2011-03-18 미세 유체 유동 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110024584A KR101229961B1 (ko) 2011-03-18 2011-03-18 미세 유체 유동 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120106465A KR20120106465A (ko) 2012-09-26
KR101229961B1 true KR101229961B1 (ko) 2013-02-05

Family

ID=47113171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110024584A KR101229961B1 (ko) 2011-03-18 2011-03-18 미세 유체 유동 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101229961B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190010118A (ko) * 2017-07-21 2019-01-30 강원대학교산학협력단 기능성 나노투과막이 수직적으로 고정된 마이크로칩 및 이의 제조방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017204513A1 (ko) * 2016-05-25 2017-11-30 옵토레인 주식회사 피씨알모듈 및 이를 이용한 검사방법
CN109746060B (zh) * 2017-11-06 2024-05-24 北京新羿生物科技有限公司 微液滴生成芯片
KR102670811B1 (ko) * 2021-12-29 2024-05-29 가톨릭대학교 산학협력단 다공성 막을 포함하는 마이크로 유체칩 및 이를 이용한 리포좀의 제조방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070061109A (ko) * 2005-12-08 2007-06-13 한국전자통신연구원 멤브레인을 구비하는 열공압 마이크로밸브
KR100883658B1 (ko) 2007-04-02 2009-02-18 삼성전자주식회사 원심력 기반의 미세유동장치 및 이를 포함하는미세유동시스템
KR100978317B1 (ko) 2008-02-14 2010-08-26 한국과학기술원 광열효과를 이용한 미세밸브 및 이를 이용한 랩온어칩시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070061109A (ko) * 2005-12-08 2007-06-13 한국전자통신연구원 멤브레인을 구비하는 열공압 마이크로밸브
KR100883658B1 (ko) 2007-04-02 2009-02-18 삼성전자주식회사 원심력 기반의 미세유동장치 및 이를 포함하는미세유동시스템
KR100978317B1 (ko) 2008-02-14 2010-08-26 한국과학기술원 광열효과를 이용한 미세밸브 및 이를 이용한 랩온어칩시스템

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190010118A (ko) * 2017-07-21 2019-01-30 강원대학교산학협력단 기능성 나노투과막이 수직적으로 고정된 마이크로칩 및 이의 제조방법
WO2019017612A3 (ko) * 2017-07-21 2019-03-28 강원대학교산학협력단 기능성 나노투과막이 수직적으로 고정된 마이크로칩 및 이의 제조방법
KR102043027B1 (ko) * 2017-07-21 2019-11-27 강원대학교산학협력단 기능성 나노투과막이 수직적으로 고정된 마이크로칩 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120106465A (ko) 2012-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109307102B (zh) 一种用于微流控芯片的微阀装置及其制备方法和应用
US6951632B2 (en) Microfluidic devices for introducing and dispensing fluids from microfluidic systems
US7217367B2 (en) Microfluidic chromatography
KR101229961B1 (ko) 미세 유체 유동 시스템
US7144616B1 (en) Microfabricated elastomeric valve and pump systems
US7216671B2 (en) Microfabricated elastomeric valve and pump systems
CA2721172C (en) Microfabricated elastomeric valve and pump systems
JP4368804B2 (ja) 微小流体素子の並列処理
US20020144738A1 (en) Microfabricated elastomeric valve and pump systems
Rogers et al. Microfluidic valves made from polymerized polyethylene glycol diacrylate
WO2004034028A2 (en) Microfluidic systems and components
US8105551B2 (en) Microfluidic device and method of fabricating the same
KR102201719B1 (ko) 손가락 구동 기반 미세유체 제어를 이용한 랩온어칩 시스템 및 그 용도
US20150050172A1 (en) Microfluidic pump
KR20170008308A (ko) 원심분리 미세유체 칩에 대한 스위블 마운팅
KR101347373B1 (ko) 밸브를 갖는 미세 유동 장치, 및 미세 유동 장치의 제조방법
US8540416B2 (en) Fluidic flow merging apparatus
KR100846489B1 (ko) 미세유체 칩 및 그를 구비한 미세유체 조작장치
JP4819945B2 (ja) チャンバを含む流路部位を有する基板、およびそれを用いて液体を移送する方法
KR20130069304A (ko) 미세 유체 소자 및 그 제조방법
EP4129479A1 (en) Self-filling structure for sealing microfluidic architectures, microfluidic device, method and associated uses thereof
TWI414349B (zh) Centrifugal microfluidic device
KR101345382B1 (ko) 홀 삽입체 및 이를 구비한 미세유동장치
CA2767084C (en) Microfabricated elastomeric valve and pump systems
EP1557565A2 (en) Microfabricated elastomeric valve and pump systems

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170124

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171221

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190130

Year of fee payment: 7