KR101325042B1 - 마이크로 체크밸브 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체가 출력 채널로 유입 시 격벽과 격벽 상부 맴브레인이 떨어지는 것을 방지하여 유체의 역방향 흐름을 차단하는 마이크로 체크밸브 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
유체가 공급되는 입력 채널, 상기 입력 채널과 연통된 출력 채널, 상기 입력 채널과 상기 출력 채널의 중앙부에 구비된 격벽, 입력 채널에 결합되는 캐뉼러를 고정시키기 위한 어댑터, 상기 격벽의 상부에 접촉하는 격벽 상부 맴브레인과 상기 출력 채널과 상기 피드포워드 채널을 연통하는 적어도 하나의 관통공을 포함하고, 유체가 출력 채널로 유입되는 경우 상기 격벽 상부 맴브레인 상면에 구비되고 상기 출력 채널과 대응되는 위치에 형성된 적어도 하나의 피드포워드 채널에도 유체가 유입되어 격벽 상부 맴브레인의 변형을 방지하여 유체의 역방향 흐름을 차단하는 것을 특징으로 하는 마이크로 체크밸브 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

마이크로 체크밸브 및 그 제조 방법 {Micro Check Valve and Method Of Manufactualing the Same}
본 발명은 마이크로 체크밸브 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 유체가 출력 채널로 유입 시 격벽과 격벽 상부 맴브레인이 떨어지는 것을 방지하여 유체의 역방향 흐름을 차단하는 마이크로 체크밸브 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
체크밸브는 유체가 한 방향으로만 흐르게 하는 소자로서, 체크 밸브의 내부 압력이 외부 압력보다 클 때 유체는 전방으로 흐를 수 있으나, 밸브의 내부 압력이 외부 압력보다 작을 때에는 역방향으로 흐름을 방지한다.
마이크로 체크밸브는 미세한 유체 통로를 구비한 체크밸브이다. 마이크로 체크밸브의 일예로서, 의료용 마이크로 체크밸브는 녹내장 유출 기구(glaucoma drainage device) 등에 사용된다. 녹내장은 안압의 상승으로 인해 시신경이 눌리거나 혈액 공급에 장애가 생겨 시신경의 기능에 이상을 초래하는 질환이다. 녹내장 유출 기구는 안구 내의 압력 흐름을 조절하여 안압이 정상치 이상으로 높아지는 것을 방지한다.
그러나, 종래의 유출기구인 밸브는 체크밸브 로서의 기능을 수행하지 못한다는 단점이 있다.
도 1은 종래 마이크로 유체 시스템용 밸브 및 문제점을 도시한 도면이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 종래 밸브는 내부 압력이 외부 압력보다 클 때(양압)는 유체가 흐르고, 내부 압력이 일정 압력 이상으로 증가하면 Parallel mambrane(3)의 변형으로 유체 통로가 축소되어 유체 저항이 커지면서 유량을 조절한다. 그러나, 도 1 (b)에서와 같이 밸브의 내부 압력이 외부 압력보다 작을 때(음압)에도 유체가 주어진 압력에 비례하여 흐르기 때문에 유체가 외부에서 내부로 유입되는 것을 차단하지 못한다는 문제점이 존재하였다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 유체가 외부에서 내부로 유입 시 유체 통로를 막아 유체의 역방향 흐름을 차단하는 마이크로 체크밸브를 제공함을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 마이크로 체크밸브를 용이하게 제조할 수 있는 마이크로 체크밸브의 제조 방법을 제공함을 다른 목적으로 한다.
본 발명은, 유체가 일 방향으로 흐르도록 하는 체크밸브에 있어서, 유체가 유입되는 입력 채널; 상기 유체가 유출되는 출력 채널; 상기 유체 채널과 상기 출력 채널을 구획하는 격벽; 상기 격벽의 상부에 구비되는 격벽 상부 맴브레인; 및 상기 격벽 상부 맴브레인의 상부까지 연결된 피드포워드 채널이 구비되는 것을 특징으로 하는 마이크로 체크밸브를 제공한다.
바람직하게는, 상기 체크밸브는 얇은 막 형태의 층이 적층되어 형성되며, 상기 입력 채널, 상기 출력 채널 및 상기 격벽은 제 1 레이어에 형성된다.
바람직하게는, 상기 피드포워드 채널은 상기 제 1 레이어 상부에 구비되는 제 2 레이어에 형성된다.
또한, 상기 제 2 레이어 상부에 구비되며 상기 피드포워드 채널을 덮는 제 3 레이어를 더 포함한다.
또한, 상기 입력 채널은 원형의 튜브 형상의 캐뉼러가 결합된다.
아울러, 상기 제 1 레이어는 입력 채널에 결합되는 캐뉼러를 고정시키기 위한 어댑터를 더 포함한다.
한편, 상기 피드포워드 채널은 상기 출력 채널과 대응되는 위치에 구비된다.
또한, 상기 피드포워드 채널에는 상기 출력 채널과 상기 피드포워드 채널을 연통하는 적어도 하나의 관통공을 더 포함한다.
아울러, 상기 체크밸브는 폴리머 재질이다.
한편, 유체가 공급되는 입력 채널, 상기 입력 채널과 연통된 출력 채널, 상기 입력 채널과 상기 출력 채널의 중앙부에 구비된 격벽, 입력 채널에 결합되는 캐뉼러를 고정시키기 위한 어댑터, 상기 격벽의 상부에 접촉하는 격벽 상부 맴브레인과, 상기 격벽 상부 맴브레인 상면에 구비되고 유체가 출력 채널로 유입 시 상기 격벽 상부 맴브레인과 상기 격벽이 떨어지는 것을 방지하는 피드포워드 채널을 포함하는 마이크로 체크밸브의 제조 방법은 다음과 같다.
먼저, PDMS를 성형하여 상기 입력 채널, 상기 출력 채널 및 어댑터를 형성한 제 1 레이어를 제조한다.
다음으로, PDMS를 성형하여 상기 피드포워드 채널 및 격벽 상부 맴브레인을 형성한 막을 제조하고, 상기 멤브레인의 하부면에 Parylene 및 포토레지스트를 순차적으로 적층시킨 후 건식식각을 통해 제 1 레이어에 형성된 격벽과 맞닿는 면을 제외한 면의 Parylene 및 포토레지스트를 제거하여 접착 방지층을 형성하는 제 2 레이어를 제조한다.
다음으로, PDMS를 성형하여 제 3 레이어를 제조한다.
바람직하게는, 상기 제 1 레이어, 제 2 레이어 및 제 3 레이어를 결합하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제 2 레이어를 제조하는 단계는 상기 출력 채널과 상기 피드포워드 채널을 연통하는 적어도 하나의 관통공을 뚫는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
본 발명의 마이크로 체크밸브에 의하면 유체가 외부에서 내부로 유입 시 유체 통로를 막음으로써, 유체의 역방향 흐름을 차단한다. 따라서 본 발명에 따른 마이크로 체크밸브는 안압 조절용으로 사용하는 경우, 외부 유체의 유입에 의한 눈의 전안방(anterior chamber)의 오염을 방지한다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 체크밸브 제조 방법에 의하면, 마이크로 체크밸브를 용이하게 제조할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 마이크로 유체 시스템용 밸브 및 문제점을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 체크밸브의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 체크 밸브의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 체크밸브의 제 2 레이어의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 체크밸브의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 체크밸브의 작동원리를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 체크밸브의 제조 방법에 있어서 제 1 레이어를 제조하는 방법을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 체크밸브의 제조 방법에 있어서 제 2 레이어를 제조하는 방법을 도시한 도면이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 마이크로 체크밸브 및 그 제조방법의 바람직한 일실시예에 대해 설명한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 체크밸브의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 체크 밸브의 분해 사시도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 체크밸브의 제 2 레이어의 평면도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 체크밸브(10)는 유체 입력 채널(24), 적어도 하나의 유체 출력 채널(22), 상기 입력 채널(24)과 출력 채널(22) 중앙부에 형성된 격벽(26) 및 상기 격벽(26) 상부에 위치하는 격벽 상부 맴브레인(34) 및 피드포워드 채널(32)을 포함한다.
한편 마이크로 체크밸브를 안방수 배출용으로 눈에 고정하는 경우, 상기 입력 채널(24)에 결합되는 캐뉼러(cannular)(50)를 고정시키기 위한 어댑터(28)를 포함하고, 상기 입력 채널(24)에 결합된 상기 캐뉼러(50)의 다른 한쪽은 눈의 내측, 예컨대 전안방(anterior chamber)에 삽입된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 입력 채널(24), 출력 채널(22) 및 어댑터(28)는 제 1 레이어(20)에 구비된다. 또한, 격벽 상부 맴브레인(34) 및 피드포워드 채널(32)은 제 2 레이어(30)에 구비되며 상기 출력 채널(22)과 상기 피드포워드 채널(32)을 연통하는 적어도 하나의 관통공(36)을 추가로 포함한다. 또한, 상기 제 2 레이어(30) 상면에 제 3 레이어(40)가 구비되며, 상기 제 3 레이어(40)의 상면 모서리는 모따기(42) 처리가 되어 있다. 상기 제 1 레이어(20)와 제 2 레이어(30) 및 제 3 레이어(40)는 바람직하게는 실리콘이 함유된 폴리머인 PDMS(polydimethylsiloxane)로 형성된다. PDMS는 안정적이며, 내구성이 강하고, 종래에 사용되는 실리콘에 비해 생체적합성이 우수하다는 장점이 있다.
도 3과 도 4를 참조하면, 입력 채널(24)은 1개, 출력 채널(22)은 3개가 구비되어 있는데, 상기 입력 채널과 출력 채널의 개수는 이에 한정되는 것은 아니므로 상기 입력 채널(24) 또는 출력 채널(22)은 적어도 하나일 수 있다.
또한, 피드포워드 채널(32)은 상기 출력 채널(22)과 대응되는 위치에 구비되며, 유체가 상기 출력 채널(22)로 유입되는 경우 유체의 유입이 함께 이루어지는 채널이다. 그리고, 상기 출력 채널(22)에 유입되는 유압과 상기 피드포워드 채널(32)에 유입되는 유압의 크기를 동일하게 유지하기 위하여 상기 피드포워드 채널(32)과 상기 출력 채널(22)을 연통하는 적어도 하나의 관통공(36)이 구비된다. 상기 적어도 하나의 관통공(36)에 의해 상기 유체가 상기 출력 채널(22)로 유입되는 경우 출력 채널(22)과 피드포워드 채널(32)에 동일한 유압이 형성되기 때문에 격벽 상부 맴브레인(34)의 변형을 방지하여 유체의 역방향 흐름을 차단한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 체크밸브의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 격벽 상부 맴브레인(34)의 하부면 중 상기 격벽(26)의 상부면과 맞닿는 면에는 입력 채널(24)과 출력 채널(22) 중앙부에 형성된 격벽(26)에 접착되는 것을 방지하기 위하여 접착 방지층(39)이 구비된다. 이때, 상기 접착 방지층(39)는 상기 격벽(26)의 상부면에 구비될 수도 있다. 한편, 상기 접착 방지층은 패럴린(parylene) 또는 포토레지스트(photoresist)의 얇은 막 형태로 형성될 수 있다. 상기 격벽 상부 맴브레인(34) 하부면에 대한 표면처리는 패럴린 및 포토레지스트를 순차적으로 적층시킨 후 건식식각(dry etching)을 통해 상기 격벽(26)과 맞닿는 면을 제외한 면의 Parylene 및 포토레지스트를 제거하여 처리할 수 있으며, 접착 방지층(39)이 격벽 상부 맴브레인(34)에 형성됨에 따라 격벽 상부 맴브레인(34)이 격벽(26)에 접착되는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 체크밸브의 작동원리를 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 유체는 입력 채널(24)을 통해 마이크로 체크밸브(10) 내부로 유입되고, 유체의 유입 압력이 소정치 이상을 넘는 경우 격벽 상부 맴브레인(34)이 격벽(26)으로부터 이격되어 유체가 이격된 틈을 통해 출력 채널(22) 방향으로 흐르며 출력 채널(22)을 통해 배출된다. 격벽 상부 맴브레인(34)은 얇은 막 형태의 제 2 레이어(30)에 형성되고 소정의 장력을 갖는다. 이에 따라 유체의 유입 압력이 소정치 이상이 되면 격벽 상부 맴브레인(34)이 변형되어 유체의 흐름이 가능하게 된다.
반면, 유체가 출력 채널(22)로 유입되는 경우 상기 격벽 상부 맴브레인(34) 상면에 구비되고 상기 출력 채널(22)과 나란히 형성된 적어도 하나의 피드포워드 채널(32)에도 유체가 유입되어 격벽 상부 맴브레인(34)의 변형을 방지하는 압력이 형성된다. 따라서, 상기 압력에 의해 격벽 상부 맴브레인(34)은 변형이 방지되어 격벽(26)으로부터 이격되지 않으므로 유체의 역방향 흐름을 차단한다.
다음으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 체크밸브(10)의 제조 방법을 설명한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 체크밸브의 제조 방법에 있어서 제 1 레이어를 제조하는 방법을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 체크밸브의 제조 방법에 있어서 제 2 레이어를 제조하는 방법을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 체크밸브(10)의 제 1 레이어(20)를 제조하는 방법을 설명한다.
먼저 실리콘 기판 또는 유리 기판(60)으로 형성된 제 1층의 상면에 포토레지스트(70)를 도포한다. 포토레지스트(70)로는 SU-8을 사용할 수 있다. 다음으로, 노광(exposure) 및 현상(development)를 통해 입력 채널(24)과 출력 채널(22) 및 어댑터(28)에 대응되는 돌출부(72)를 제외한 포토레지스를 제거한다. 이렇게 획득한 부분은 일종의 몰드(mold)로서 사용된다.
다음으로, 상기 몰드의 상부에 PDMS를 부은 후 일정 시간 큐어링(curing)하여 성형한다. 이렇게 성형된 PDMS를 뒤집으면 입력 채널(24), 출력 채널(22), 격벽(26) 및 캐뉼러(50)를 고정시키기 위한 어댑터(28)가 형성된 제 1 레이어(20)가 된다.
다음으로, 도 8을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 체크밸브(10)의 제 2 레이어(30)를 제조하는 방법을 설명한다.
제 2 레이어(30) 중 피드포워드 채널(32)이 형성된 PDMS을 성형하는 과정은 앞서 설명한 제 1 레이어(20)를 성형하는 과정과 동일하므로 설명을 생략한다.
이와같이 성형된 PDMS는 피드포워드 채널(32) 및 격벽 상부 맴브레인(34)이 형성된 막이 된다. 다음으로 멤브레인(36)의 하부면에 Parylene(37) 및 포토레지스트(38)를 순차적으로 적층시킨 후, 건식식각을 통해 제 1 레이어(20)에 형성된 격벽(36)과 맞닿는 면을 제외한 면의 Parylene(37) 및 포토레지스트를(38) 제거하여 멤브레인(36) 하부에만 parylene(37)을 남겨두어 접착 방지층(39)을 형성한다. 이렇게 성형한 막을 뒤집으면 제 2 레이어(30)가 된다.
여기서 제 2 레이어(30)는 적어도 하나의 관통공(36)을 갖는데, 이 관통공(36)은 접착 방지층(39)의 형성 전에 뚫을 수도 있고, 접착 방지층(39)의 형성 후에 뚫을 수도 있다.
다음으로, 도면으로 나타내지는 않았으나, PDMS성형에 의해 제 3 레이어(40)가 성형되며, 상기 제 3 레이어(40)의 상면 모서리는 둥글게 모따기(42) 가공 과정을 거친다.
이상에서 제조된 제 1 레이어(20)와 제 2 레이어(30) 및 제 3 레이어(40)를 상호 접합함으로써 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 체크밸브(10)를 제조할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 마이크로 체크밸브 및 그 제조방법에 관한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 마이크로 체크밸브 20 : 제 1 레이어
22 : 출력채널 24 : 입력채널
26 : 격벽 28 : 어댑터
30 : 제 2 레이어 32 : 피드포워드 채널
34 : 격벽 상부 맴브레인 36 : 관통공
37 : 패럴린 38 : 포토레지스트
39 : 접착 방지층 40 : 제 3 레이어
42 : 모따기 50 : 캐뉼러

Claims (11)

  1. 유체가 일 방향으로 흐르도록 하는 체크밸브에 있어서,
    유체가 유입되는 입력 채널;
    상기 유체가 유출되는 출력 채널;
    상기 입력 채널과 상기 출력 채널을 구획하는 격벽;
    상기 격벽의 상부에 구비되는 격벽 상부 맴브레인; 및
    상기 출력 채널로부터 상기 유체의 역방향 유입 시, 상기 역방향으로 유입되는 상기 유체의 적어도 일부를 상기 격벽 상부 맴브레인의 상부면으로 유도하여 상기 격벽 상부 맴브레인이 상기 격벽과 이격되지 않도록 압력이 형성되는 피드포워드 채널이 구비되는 것을 특징으로 하는 마이크로 체크밸브.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 체크밸브는 얇은 막 형태의 층이 적층되어 형성되며,
    상기 입력 채널, 상기 출력 채널 및 상기 격벽은 제 1 레이어에 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 체크밸브.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 피드포워드 채널은 상기 제 1 레이어 상부에 구비되는 제 2 레이어에 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 체크밸브.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 2 레이어 상부에 구비되며 상기 피드포워드 채널을 덮는 제 3 레이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 체크밸브.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 입력 채널은 원형의 튜브 형상의 캐뉼러가 결합되는 것을 특징으로 하는 마이크로 체크밸브.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 레이어는 입력 채널에 결합되는 캐뉼러를 고정시키기 위한 어댑터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 체크밸브.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 피드포워드 채널은 상기 출력 채널과 대응되는 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 마이크로 체크밸브.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 피드포워드 채널에는 상기 출력 채널과 상기 피드포워드 채널을 연통하는 적어도 하나의 관통공을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 체크밸브.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 체크밸브는 폴리머 재질인 것을 특징으로 하는 마이크로 체크밸브.
  10. 유체가 공급되는 입력 채널, 상기 입력 채널과 연통된 출력 채널, 상기 입력 채널과 상기 출력 채널의 중앙부에 구비된 격벽, 입력 채널에 결합되는 캐뉼러를 고정시키기 위한 어댑터, 상기 격벽의 상부에 접촉하는 격벽 상부 맴브레인과, 상기 격벽 상부 맴브레인 상면에 구비되고 유체가 출력 채널로 유입 시 상기 격벽 상부 맴브레인과 상기 격벽이 떨어지는 것을 방지하는 피드포워드 채널을 포함하는 마이크로 체크밸브의 제조 방법에 있어서,
    PDMS를 성형하여 상기 입력 채널, 상기 출력 채널 및 어댑터를 형성한 제 1 레이어를 제조하는 단계;
    PDMS를 성형하여 상기 피드포워드 채널 및 격벽 상부 맴브레인을 형성한 막을 제조하고, 상기 맴브레인의 하부면에 Parylene 및 포토레지스트를 순차적으로 적층시킨 후 건식식각을 통해 제 1 레이어에 형성된 격벽과 맞닿는 면을 제외한 면의 Parylene 및 포토레지스트를 제거하여 접착 방지층을 형성하는 제 2 레이어를 제조하는 단계;
    PDMS를 성형하여 제 3 레이어를 제조하는 단계; 및
    상기 제 1 레이어, 제 2 레이어 및 제 3 레이어를 결합하는 단계를 포함하는 마이크로 체크밸브의 제조 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 2 레이어를 제조하는 단계는 상기 출력 채널과 상기 피드포워드 채널을 연통하는 적어도 하나의 관통공을 뚫는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 체크밸브의 제조 방법.
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