KR101246861B1 - 피지티 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서 및 평가방법 - Google Patents

피지티 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서 및 평가방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서 및 평가방법에 관한 것이다.
본 발명은 시약이 유입되는 유입구, 시약이 이송되는 유동로, 시약이 혼합되는 혼합 채널부, 혼합이 이루어진 시약이 배출되도록 배출로 및 배출구가 형성된 상부 기판, 상기 상부 기판과 대응되게 형성되고, 상기 혼합 채널부의 일측으로 PZT 부재의 진동에 의한 상하 운동이 직접 전달되어 시약이 혼합되도록 결합홈이 형성된 하부 기판을 포함하고, COC(cyclic olefin copolymer) 수지를 이용하여 성형되되 초음파 융착에 의해 상부 기판과 하부 기판이 융착되는 LOC 기판; 및 상기 결합홈에 결합되어 펄스 제공부에 의해 제공되는 펄스를 입력받아 진동 운동을 통해 미세 변위를 상기 혼합 채널부로 직접 전달하여 시약이 혼합되도록 하는 PZT 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서를 제공한다.

Description

피지티 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서 및 평가방법{Active Type Micro Mixer Using PZT And Evaluation Method}
본 발명은 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서 및 평가방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 바이몰프형(Bimorph-type) PZT 소자에 전기(펄스) 인가 시 발생되는 상하 운동을 바이오칩 내부 유동채널로 전달함으로써, 바이오칩에 대한 각 시약의 혼합효율을 극대화할 수 있으며, 이 혼합반응을 통해 의도되는 분석이 이루어지도록 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서 및 평가방법에 관한 것이다.
마이크로 믹서(micro mixer)란, 소량의 유체를 혼합할 수 있는 기능을 가진 것으로, 주로 미세 종합분석 시스템인 μ-TAS(Micro Total Analysis System), LOC(Lab-On-a-Chip), 마이크로 리액터(Micro Reactor) 등을 포함하는 바이오-MEMS(Bio-Micro Electro Mechanical System) 분야와 관련되는 것으로서, 간단한 조작을 통하여 신속하게 의도하고자 하는 분석을 수행할 수 있는 초소형 디바이스로 최근 관련연구개발이 매우 활발하게 진행되고 있다.
이와 같은 마이크로 믹서는 크게 수동방식과 능동방식으로 구분되는데, 수동방식은 두 가지 이상의 유체가 평행하게 만나고, 이때 채널의 형상 및 미소 채널에 내제된 패턴에 의하여 난류가 발생하여 상호 혼합되도록 하는 형태이며, 능동방식 믹서는 외부장치에서 전달되는 동력을 이용하여 서로 다른 유체사이에 난류를 발생시켜 혼합되도록 구성되는 것이다.
하지만, 수동방식의 마이크로 믹서의 경우에는 비교적 단순한 구조를 지니고 있으며 이에 따라서 초기 마이크로 믹서는 수동형 마이크로 믹서가 많이 이용되었다. 유체의 흐름이 매우 미소한 마이크로 영역의 채널에서 흐를 경우 매우 작은 레이놀즈수(Re≪2000)로 인하여 난류유동이 쉽게 일어나지 않는 문제점이 있어, 채널의 길이를 길게 하여 서로 다른 유체간 접촉면을 증가시키고 채널내 패턴을 추가하여 상호확산에 의한 혼합을 유도하고 있으나, 수동방식의 마이크로 믹서를 통한 혼합 효율은 현저하게 낮을 수밖에 없다.
이에, 능동방식의 마이크로 믹서가 대두되고 있는데, 이 능동방식의 마이크로 믹서는 채널 내를 흐르는 두 유체에 외부 가진기를 통해 진동을 가하여 유체의 난류를 가중시키고, 이를 통한 상호확산에 의하여 혼합을 촉진하는 형태로 이루어져 있어서 수동형 마이크로믹서에 비해 혼합효율이 높아 최근에는 기계적 에너지, 전기적 에너지, 화학적 에너지 등 혼합 효율을 높일 수 있는 여러 가지 형태가 연구되어지고 있다
이와 같은 본 발명은 바이몰프형(Bimorph-type) PZT 소자에 전기(펄스) 인가 시 발생되는 상하 운동을 바이오칩 내부 유동채널로 전달함으로써, 바이오칩에 대한 각 시약의 혼합 효율을 극대화할 수 있으며, 이 혼합반응을 통해 의도되는 분석이 이루어지도록 하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명은 시약이 유입되는 유입구, 시약이 이송되는 유동로, 시약이 혼합되는 혼합 채널부, 혼합이 이루어진 시약이 배출되도록 배출로 및 배출구가 형성된 상부 기판, 상기 상부 기판과 대응되게 형성되고, 상기 혼합 채널부의 일측으로 PZT 부재의 진동에 의한 상하 운동이 직접 전달되어 시약이 혼합되도록 결합홈이 형성된 하부 기판을 포함하고, COC(cyclic olefin copolymer) 수지를 이용하여 성형되되 초음파 융착에 의해 상부 기판과 하부 기판이 융착되는 LOC 기판; 및 상기 결합홈에 결합되어 펄스 제공부에 의해 제공되는 펄스를 입력받아 진동 운동을 통해 미세 변위를 상기 혼합 채널부로 직접 전달하여 시약이 혼합되도록 하는 PZT 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서를 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 상부 기판에 형성된 유동로, 혼합 채널부, 배출로는 양각의 형태로 돌출 형성되며, 웰드 비드가 형성되어 지지력 및 실링 기능을 병행하고, 상기 하부 기판은 음각의 형태로 함몰 형성되어 상기 상부 기판의 유동로, 혼합 채널부 및 배출로가 결합되는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서를 제공한다.
삭제
또한, 본 발명에 있어서, 상기 혼합 채널부에 위치한 시약이 외부로 유출되는 것을 방지하도록 실링의 역할을 하는 LOC 결합부재; 상기 혼합 채널부에 PZT 소자의 진동에 의한 상하 운동을 전달하는 힌지 플레이트; 및 상기 힌지 플레이트와 완전히 접합되며, 펄스 제공부로부터 펄스를 제공받아 진동 운동을 통해 미세 변위를 발생시키도록 PZT 소자로 이루어진 PZT 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서를 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 힌지 플레이트는 스테인레스 스틸(Stainless Steel) 소재로 이루어고, TPU(Temperature polyurethane) 소재가 오버몰딩(Over Molding)되어 LOC 결합부재와 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서를 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 힌지 플레이트는 PZT 부재의 상,하 운동이 감쇄 없이 혼합 채널부로 전달 가능하도록 그 두께가 100㎛로 제작되고, 이 힌지 플레이트에 오버몰딩되는 TPU 소재의 두께는 1㎜로 형성하는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서를 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서를 평가하는 방법에 있어서, (a) PZT 부재의 변위량이 일정하게 발생되도록 하는 단계; (b) LOC 기판으로 시약을 주입하는 단계; (c) LOC 기판을 총 5구간으로 구분하여 측정위치를 선별하는 단계; (d) 상기 LOC 기판의 측정위치에 대한 이미지를 획득하는 단계; (e) 상기 시약의 혼합 효과를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서의 평가방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계는, 상기 PZT 부재가 최대변위로 구동할 수 있도록 200Hz의 펄스를 적용하여 PZT 부재의 변위량이 2mm로 일정하게 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서의 평가방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계는, 상기 LOC 기판으로 농도 용해도 및 그 구성 물질이 동일하지만 색상이 다른 시약을 레이놀즈(Renolds) 수가 50, 100, 150, 200이 되도록 주입펌프에 의해 주입하는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서의 평가방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계는, 상기 LOC 기판을 유동로를 분석하는 제1구간, 시약이 최초로 혼합되는 혼합 채널부의 초입부를 분석하는 제2구간, 이 혼합 채널부의 토출부를 분석하는 제3구간, 제2구간 및 제3구간에 해당하는 혼합 채널부를 통과한 시약이 재차 혼합이 이루어지도록 하는 또 다른 혼합 채널부의 토출구간에 해당하는 제4구간 및 이 제4구간을 통과한 혼합된 시약이 배출되도록 배출로를 분석하는 제5구간으로 측정위치를 선별하는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서의 평가방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 (d) 단계는, 상기 선별된 측정위치에서 이미지 그래버(Image Grabber)를 활용하여 상기 구분된 총 5구간별 측정위치에 대한 시야 범위(FIELD OF VIEW : FOV) 2mm 영역에 해당하는 부분에 대한 이미지를 획득하는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서의 평가방법을 제공한다.
삭제
이와 같은 본 발명에 따르면, 바이몰프형(Bimorph-type) PZT 소자에 전기(펄스) 인가 시 발생되는 상하 운동을 바이오칩 내부 유동채널로 전달함으로써, 바이오칩에 대한 각 시약의 혼합 효율을 극대화할 수 있으며, 이 혼합반응을 통해 의도되는 분석이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서를 나타낸 요부 단면도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서를 나타낸 PZT 구동부를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서와 PZT 구동부가 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서와 PZT 구동부가 결합된 상태를 나타낸 사시도,
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서의 기판에 사용되는 성형수지 분자구조 및 점도특성을 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서의 혼합효과 측정위치를 나타낸 도면,
도 8 내지 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서의 혼합효과를 측정한 결과를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서의 평가방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서를 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서를 나타낸 요부 단면도이다. 또한, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서를 나타낸 PZT 구동부를 나타낸 도면, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서와 PZT 구동부가 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 구성도, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서와 PZT 구동부가 결합된 상태를 나타낸 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서는 상부 기판(110) 및 하부 기판(120)으로 이루어지는 Lab On A Chip 기판(이하, LOC 기판이라 함)(102)과, 이 LOC 기판(102) 상에 형성되어 각 시약이 혼합되는 혼합 채널부(130)와, 이 혼합 채널부(130)에 위치하며, PZT 소자가 진동에 의한 상, 하 운동을 혼합 채널부(130)로 전달하는 PZT 구동부(140)를 포함하여 구성된다.
상부 기판(110)은 상부에 시약이 유입되는 유입구(111)가 형성되며, 유입구(111)를 통해 유입된 시약이 이송되는 유동로(113)와, 유동로(113)를 통해 이송된 시약이 혼합되는 혼합 채널부(130)와, 혼합 채널부(130)에서 혼합이 이루어진 시약이 배출되도록 배출로(115)및 배출구(117)가 형성된다.
여기서, 상부 기판(110)의 유동로(113), 혼합 채널부(130), 배출로(115)는 모두 양각의 형태로 돌출 형성되어 후술할 하부 기판과 결합할 때 지지력을 제공함은 물론, 채널의 실링 기능도 병행하도록 구성된다.
하부 기판(120)은 상부 기판(110)과 대응되는 형상으로 형성되며, 유동로(113), 혼합 채널부(130), 배출로(115) 등이 형성되되, 모두 음각의 형태로 함몰 형성되며, 상부 기판(110)에 형성된 유동로(113), 혼합 채널부(130), 배출로(115)가 시약이 유입구(111)에서 배출구(117)까지 원활하게 이송되면서 혼합이 이루어지도록 형성된다.
이러한 상부 기판(110)과 하부 기판(120)은 초음파 융착에 의해 결합되며, 특히 상부 기판(110)의 돌출된 양각부에는 웰드 비드(119)가 형성됨이 바람직하다.
여기서, 초음파 융착이라 함은, 플라스틱 부품에 초음파 진동에너지와 압력을 주는 것으로 융착하고자 하는 두 개의 플라스틱 경계면에 마찰열을 발생시키고 그 순간 플라스틱 부품을 융착하게 하는 기술이다. 플라스틱 융착은 접착과는 달리 건조 시간을 필요로 하지 않기 때문에 통상 1초 이하로 융착할 수 있어서 이에 관련된 사전처리 사후처리에 관한 시간적 손실을 줄여 높은 생산성을 발휘할 수 있다. 융착시 설정 조건에 대한 재현성이 높기 때문에 안정된 고품질 융착이 가능하다. 또한 작업 시 악취가 없기 때문에 친환경적인 작업 조건을 유지할 수 있는 방법이다.
이와 같이 구성된 LOC 기판(102)은 COC(Cyclic Olefin Copolymer) 수지를 이용하여 성형되는 것으로서, 이 COC의 분자구조는 도 6a에 도시된 바와 같이, 부분적 결정성 폴리올레핀인 PE, PP에 비하여 COC는 사이클로 올레핀 및 선형 올레핀에 기초한 비결정성, 투명수지이고, 사이클로 올레핀 공중합체는 중합반응 중에 그 성질을 다양하게 변화시킬 수 있는 새로운 계통의 고분자 물질이며, 이것이 화학적 구조를 변화시킴으로써 요구하는 다양한 물성들은 조합 가능한 수지이다.
또한, 이와 같은 본 발명의 LOC 기판(102)을 성형하기 위한 COC 수지는 도 6b에 도시된 바와 같이, 특유한 점도특성에 따라 고투명성 및 성형 후 낮은 복굴절, 낮은 흡수성, 수분 차단성을 가지고 있으며, 우수한 혈액 친화성 및 생체에 적합한 특성을 가지는 수지이다.
한편, LOC 기판(102)상에 형성되는 혼합 채널부(130)는 유입구(111)와 유동로(113)를 통해 유입된 각 시약이 PZT 구동부(140)의 상,하 운동에 의해 혼합되도록 구성되는 것으로서, 일측에 PZT 구동부(140)가 결합되는 결합홈(132)이 형성된다.
PZT 구동부(140)는 펄스를 입력받아 진동 운동을 통해 미세 변위를 발생하는 PZT 부재의 상하 운동을 혼합 채널부(130)의 내부로 직접 전달하여 혼합 채널부(130)에 위치한 각 시약이 혼합되도록 하는 구성요소이다.
이와 같은 PZT 구동부(140)는 LOC 기판(102)의 결합홈(132)에 결합되며, 혼합 채널부(130)에 위치한 각 시약이 외부로 유출되는 것을 방지하도록 실링의 역할을 하는 LOC 결합부재(210), 이 LOC 결합부재(210)를 관통하여 혼합 채널부(130)에 PZT 소자의 상하 운동을 혼합 채널부(130)의 내부로 전달하는 힌지 플레이트(220), 힌지 플레이트(220)와 완전히 접합되며, 펄스 제공부로부터 펄스를 제공받아 진동 운동을 통해 미세 변위를 발생시키도록 PZT 소자로 이루어진 PZT 부재(230)를 포함하여 구성된다.
또한, PZT 부재(230)와 이 PZT 부재(230)의 운동전달 매개체인 힌지 플레이트(220)는 완전히 접합하여 PZT 부재(230)의 상,하 운동이 감쇄 없이 혼합 채널부(130)로 전달하는 것이 바람직하다.
여기서, PZT라 함은, 압전 특성이 발견되면서 압전 분야에서 가장 활발히 연구되어 온 물질로 센서나 초음파 탐지기등의 여러 분야에서 사용되고 있는 것으로 이러한 PZT는 강유전체의 일종이며, 임계온도에서 유전율의 급격한 변화특성을 갖고 잔류분극을 나타내는 강력한 강유전체이다.
힌지 플레이트(220)는 스테인레스 스틸(Stainless Steel) 소재로 이루어지는 것으로서, TPU(Thermoplastic polyurethane, 열가소성 폴리우레탄) 소재가 오버몰딩(Over Molding)되어 일측에 LOC 결합부재(210)가 일체로 구성되며, 이 LOC 결합부재(210)에 의해 LOC 기판(102)의 결합홈(132)과 완전히 결합 가능하게 형성된다.
이러한 힌지 플레이트(220)는 LOC 기판(102)과 결합 후, 힌지 역할을 수행함으로써, PZT 부재(230)의 상,하 운동이 감쇄 없이 혼합 채널부(130)로 전달 가능하도록 그 두께가 100㎛로 제작되고, 이 힌지 플레이트(220)에 오버몰딩되는 TPU 소재의 두께는 1㎜로 형성함이 바람직하다.
또한, LOC 결합부재(210)는 LOC 기판(102) 내에서 유동을 갖는 시약의 외부 유출을 막기 위하여 LOC 기판(102)의 결합홈(132) 치수보다 크게 형성한 뒤, 초음파 융착시 TPU 재질 특유의 탄성력에 의해 패킹의 역할을 동시에 수행할 수도 있을 것이다.
여기서, TPU(Thermoplastic polyurethane)라 함은, 주 결함 고리가 우레탄 결합(―NHCOO―)을 가진 수지로 가공성이 매우 용이한 특징을 가지는 소재로서, 무독성이며 친환경적 소재이다.
이러한 TPU는 일반적인 우레탄과는 달리 열가소성 폴리우레탄을 제조하기 위해 주형 이전에 연쇄부가 반응을 거쳐야 하며, 입방체형, 원통형, 렌즈 모양의 작은 알갱이로 만들고 이것을 압출이나 사출 또는 블로우 몰딩을 통하여 원하는 모양으로 성형 작업이 이루어진다.
이와 같은 TPU는 고무에 비하여 2~5배정도의 탁월한 내마모성을 가지고 있고, 인장강도가 300~600㎏/㎠를 가지며 인열강도 또한 매우 우수함은 물론, 고무상 탄성 고분자로 이루어져 있어서 매우 고탄성의 성질을 가지고 있다. 이와 더불어, 300~700%의 고신율을 가지고 있고, 내화학성(용제) 및 내유성(기름)이 일반소재 보다 양호하며, 높은 투명도 유지가 가능하다.
또한, TPU는 가소제가 없고 재활용이 가능한 무독성 친환경 소재의 특성을 가진 자연친화 제품으로 환경규제와 관련(미국:ROHS, 유럽:REACH 등)하여 PVC 대용 재료로 확대 사용 중에 있다. 또한 우수한 물성과 촉감성, 생산성으로 인해 엔지니어링 플라스틱 용도뿐만 아니라 스포츠 용품, 생활용품, 산업용품 등 광범위한 적용이 가능함은 물론이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서는 도 11에 도시된 바와 같이, 다음과 같은 평가 방법을 통해 그 성능을 분석하였다.
본 발명은 능동형 마이크로믹서의 성능을 평가하기 위하여 PZT 부재(230)의 변위량이 일정하게 발생되도록 한다.(S10)
즉, PZT 부재(230)가 최대변위로 구동할 수 있도록 200Hz의 펄스를 적용하여 PZT 부재(230)의 변위량이 2mm로 일정하게 발생되도록 한다.
또한, 평가를 위해 사용되는 시약은 농도 용해도 및 그 구성 물질이 동일하지만 색상이 다른 동일 시약을 사용하였으며, 시약의 주입속도는 레이놀즈(Renolds) 수가 50, 100, 150, 200이 되도록 주입펌프(150)를 제어한다.(S20)
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 능동형 마이크로믹서의 성능을 평가하기 위하여 LOC 기판(102)을 총 5구간으로 구분하여 측정위치를 선별한다.(S30)
이는, 유입구(111)와 혼합 채널부(130) 사이에 형성된 유동로(113)를 분석하는 제1구간(310), 두 종류의 시약이 최초로 혼합되는 혼합 채널부(130)의 초입부를 분석하는 제2구간(320), 이 최초로 혼합이 이루어지는 혼합 채널부(130)의 토출부를 분석하는 제3구간(330), 제2구간(320) 및 제3구간(330)에 해당하는 혼합 채널부(130)를 통과한 두 종류의 시약이 재차 혼합이 이루어지도록 하는 또 다른 혼합 채널부(130)의 토출구간에 해당하는 제4구간(340) 및 이 제4구간(340)을 통과한 혼합된 시약이 배출되도록 배출로(115)를 분석하는 제5구간(350) 등 총 5구간에 대해 시약을 측정하도록 한다.
또한, 제1구간 내지 제5구간(310, 320, 330, 340, 350)에서 이미지 그래버(Image Grabber)를 활용하여 제1구간 내지 제5구간(310, 320, 330, 340, 350)의 선별된 측정위치에 대한 시야 범위(FIELD OF VIEW : FOV) 2mm 영역에 해당하는 부분에 대한 이미지를 획득하고(S40), 측정 영역 내 약 13만개의 회소를 그레이 스케일(Grey Scale)로 변환한 후, 히스토그램(Histogram)을 통한 혼합의 효과를 분석하고, 시약의 주입속도에 따라 각각 20회 구동한다.(S50)
이와 같은 평가 방법에 의해 본 발명의 능동형 마이크로믹서의 성능 평가 중 시약의 순수 유동에 의한 혼합 효과를 분석한 결과는 도 8에 도시된 바와 같이, 제1구간(310)의 측정영역과 제5구간의 측정영역의 측정값을 분석한 그래프이며, 유속이 증가하더라도 제1구간(310)에서는 혼합이 이루어지지 않는 것을 확인할 수 있고, 제5구간(350)의 경우에는 유속이 증가할수록 혼합이 원활하게 이루어지는 것을 알 수 있다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 최초로 혼합이 이루어지는 혼합 채널부(130) 중 제3구간(330)의 측정영역에서 유속에 따른 결과를 분석한 결과, 유속이 증가할수록 히스토그램 분포영역이 넓어지는 것을 확인할 수 있다. 이는 최초로 혼합이 이루어지는 혼합 채널부(130)에서는 유속과 혼합 정도의 관계를 반비례함을 알 수 있고, 이는 유속이 증가함에 따라 상대적으로 시약이 혼합 채널부(130)의 효과가 있는 영역의 체류 시간이 짧아져 이러한 결과를 보이는 것으로 판단된다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 두번째로 시약의 혼합이 이루어지는 혼합 채널부(130)를 통해 제5구간(350)의 측정영역에서 각 유속에 따른 결과를 분석하였으며, 분석 결과 모든 유속에서 혼합된 결과를 확인할 수 있었다. 이는 첫번째 즉, 최초로 혼합이 이루어지는 혼합 채널부(130)를 통과한 후, 이 혼합 채널부(130)의 굴곡 지점 등을 통과하면서 발생하는 자연유동에 따른 혼합 효과가 반영되어 두번째의 혼합 채널부(130)를 통과 직전 일정부분 혼합된 상태로 유입되는 것임을 알 수 있다.
이와 같은 본 발명의 능동형 마이크로믹스는 PZT 소자에 전기(펄스) 인가 시 발생되는 상하 운동을 바이오칩 내부 유동채널로 전달함으로써, 바이오칩에 대한 각 시약의 혼합 효율을 극대화할 수 있으며, 이 혼합반응을 통해 의도되는 분석이 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
102: LOC 기판 110: 상부 기판
111: 유입구 113: 유동로
115: 배출로 117: 배출구
120: 하부 기판 130: 혼합 채널부
132: 결합홈 140: PZT 구동부
210: PZT 결합부재 220: 힌지 플레이트
230: PZT 부재

Claims (12)

  1. 시약이 유입되는 유입구, 시약이 이송되는 유동로, 시약이 혼합되는 혼합 채널부, 혼합이 이루어진 시약이 배출되도록 배출로 및 배출구가 형성된 상부 기판,
    상기 상부 기판과 대응되게 형성되고, 상기 혼합 채널부의 일측으로 PZT 부재의 진동에 의한 상하 운동이 직접 전달되어 시약이 혼합되도록 결합홈이 형성된 하부 기판을 포함하고, COC(cyclic olefin copolymer) 수지를 이용하여 성형되되 초음파 융착에 의해 상부 기판과 하부 기판이 융착되는 LOC 기판; 및
    상기 결합홈에 결합되어 펄스 제공부에 의해 제공되는 펄스를 입력받아 진동 운동을 통해 미세 변위를 상기 혼합 채널부로 직접 전달하여 시약이 혼합되도록 하는 PZT 구동부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 기판에 형성된 유동로, 혼합 채널부, 배출로는 양각의 형태로 돌출 형성되며, 웰드 비드가 형성되어 지지력 및 실링 기능을 병행하고, 상기 하부 기판은 음각의 형태로 함몰 형성되어 상기 상부 기판의 유동로, 혼합 채널부 및 배출로가 결합되는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 PZT 구동부는
    상기 혼합 채널부에 위치한 시약이 외부로 유출되는 것을 방지하도록 실링의 역할을 하는 LOC 결합부재;
    상기 혼합 채널부에 PZT 소자의 진동에 의한 상하 운동을 전달하는 힌지 플레이트; 및
    상기 힌지 플레이트와 완전히 접합되며, 펄스 제공부로부터 펄스를 제공받아 진동 운동을 통해 미세 변위를 발생시키도록 PZT 소자로 이루어진 PZT 부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 힌지 플레이트는 스테인레스 스틸(Stainless Steel) 소재로 이루어고, TPU(Temperature polyurethane) 소재가 오버몰딩(Over Molding)되어 LOC 결합부재와 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 힌지 플레이트는 PZT 부재의 상,하 운동이 감쇄 없이 혼합 채널부로 전달 가능하도록 그 두께가 100㎛로 제작되고, 이 힌지 플레이트에 오버몰딩되는 TPU 소재의 두께는 1㎜로 형성하는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서.
  7. PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서를 평가하는 방법에 있어서,
    (a) PZT 부재의 변위량이 일정하게 발생되도록 하는 단계;
    (b) LOC 기판으로 시약을 주입하는 단계;
    (c) LOC 기판을 총 5구간으로 구분하여 측정위치를 선별하는 단계;
    (d) 상기 LOC 기판의 측정위치에 대한 이미지를 획득하는 단계;
    (e) 상기 시약의 혼합 효과를 분석하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서의 평가방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    상기 PZT 부재가 최대변위로 구동할 수 있도록 200Hz의 펄스를 적용하여 PZT 부재의 변위량이 2mm로 일정하게 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서의 평가방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 LOC 기판으로 농도 용해도 및 그 구성 물질이 동일하지만 색상이 다른 시약을 레이놀즈(Renolds) 수가 50, 100, 150, 200이 되도록 주입펌프에 의해 주입하는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서의 평가방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 LOC 기판을 유동로를 분석하는 제1구간, 시약이 최초로 혼합되는 혼합 채널부의 초입부를 분석하는 제2구간, 이 혼합 채널부의 토출부를 분석하는 제3구간, 제2구간 및 제3구간에 해당하는 혼합 채널부를 통과한 시약이 재차 혼합이 이루어지도록 하는 또 다른 혼합 채널부의 토출구간에 해당하는 제4구간 및 이 제4구간을 통과한 혼합된 시약이 배출되도록 배출로를 분석하는 제5구간으로 측정위치를 선별하는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서의 평가방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    상기 선별된 측정위치에서 이미지 그래버(Image Grabber)를 활용하여 상기 구분된 총 5구간별 측정위치에 대한 시야 범위(FIELD OF VIEW : FOV) 2mm 영역에 해당하는 부분에 대한 이미지를 획득하는 것을 특징으로 하는 PZT 소자를 이용한 능동형 마이크로 믹서의 평가방법.
  12. 삭제
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