KR101337131B1 - 전기습윤 현상을 이용한 다중 버블 제어기술 및 이를 이용한 미소물체 제어방법 - Google Patents

전기습윤 현상을 이용한 다중 버블 제어기술 및 이를 이용한 미소물체 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기습윤 현상을 이용한 다중 버블 제어기술 및 이를 이용한 미소물체 제어방법 에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명에 따른 EWOD에 의한 버블 제어장치는 순차적으로 구비되는 전극, 유전체 레이어 및 제1 소수성 레이어를 포함하는 제1 레이어; 제2 소수성 레이어와 그라운드 레이어를 포함하는 제2 레이어; 상기 제1 소수성 레이어와 상기 제2 소수성 레이어 사이에 구비되는 수용액; 및 상기 수용액 내에 구비되고, 상기 전극에 교류 전력 공급 시 진동함으로써 주위의 수용액에 마이크로 스트림을 형성시키는 버블;을 포함한다.
본 발명에 따르면, 전기습윤 현상을 이용하여 진동하는 버블을 이용하여 미소물체 또는 생화학적 미소물체를 이동시키거나 위치를 제어함으로써 제어되는 미소물체 또는 생화학적 미소물체와의 직접적인 접촉을 피하여 접촉에 따른 손상을 방지할 수 있다.

Description

전기습윤 현상을 이용한 다중 버블 제어기술 및 이를 이용한 미소물체 제어방법{Manipulation technique of multiple bubbles using an EWOD principle and micro-object manipulation method}
본 발명은 전기습윤 현상을 이용한 다중 버블 제어기술 및 이를 이용한 미소물체 제어방법에 관한 것으로서, 교류 전기습윤을 이용하여 미소물체 또는 생화학적 미소물체의 이동 및 위치를 제어하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
현재 미소물체의 위치를 제어하는 방법에 관한 다양한 연구가 진행 중이다. 대표적인 방법으로 과거에 널리 사용되던 피펫, 집게가 있으며, 광학적 방법, 공압을 이용한 방법, 자력을 이용한 방법, 압전소자를 이용한 방법 등이 있다.
미소물체의 위치를 제어하는 방법은 구동 방법에 따라 열(Thermal), 정전(Electrostatic), 압전(Piezoelectric), 공압(Pneumatic)등의 구동 방식으로 나눌 수 있다. 열 구동 방식은 인가하는 전압에 의해 발생되는 줄(Joule) 열에 의한 물질의 열팽창을 이용하는 방식을 이용하여 물체를 이동시키는데, 큰 구동 전압과 에너지 소비 문제 및 바이오 분야에의 응용이 다소 어렵다는 단점이 있다.
정전 구동 방식은 두 전하 사이의 정전력을 이용하여 물체를 이동 시키는 방식으로 전압에 대한 구동 변위가 작다는 단점이 있고, 물체를 놓을 때 정전력에 의한 스틱션(Stiction)으로 물체를 제대로 놓지 못하는 경우가 있다. 압전 구동 방식은 정밀한 구동 제어 및 힘이 크다는 장점이 있으나, 수중에서의 사용이 불가능한 문제점이 있다. 공압 방식은 전압과 같은 특별한 에너지원이 필요하지 않으며, 여러 가지 응용분야에 응용이 가능하다. 그러나 공압 제어 및 공정이 어렵고, 공기가 들어가기 위해 별도의 패키지 공정이 필요하다.
이러한 종래의 방식은 기본적으로 직접적인 접촉에 의해 물체를 이동시키므로 세포의 경우 직접 접촉에 의한 손상이 야기되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 미소물체와의 직접적인 접촉 없이 미소물체의 이동 및 위치를 제어할 수 있는 장치 및 제어방법을 제공한다.
또한 본 발명은 수중환경에서도 미소물체의 이동 및 위치를 제어할 수 있는 장치 및 제어방법을 제공한다.
또한 본 발명은 이러한 미소물체의 이동 및 위치를 제어하는 장치 및 제어방법에 있어서 효율적인 미소물체의 제어를 위하여 버블의 진동폭을 최대화할 수 있는 최적화된 주파수 및 전압의 범위를 제공한다.
본 발명에 따른 EWOD에 의한 버블 제어장치는 순차적으로 구비되는 전극, 유전체 레이어 및 제1 소수성 레이어를 포함하는 제1 레이어; 제2 소수성 레이어와 그라운드 레이어를 포함하는 제2 레이어; 상기 제1 소수성 레이어와 상기 제2 소수성 레이어 사이에 구비되는 수용액; 및 상기 수용액 내에 구비되고, 상기 전극에 교류 전력 공급 시 진동함으로써 주위의 수용액에 마이크로 스트림을 형성시키는 버블;을 포함한다.
또한 상기 전극은 적어도 둘 이상의 배열될 수 있다.
나아가 상기 버블은 적어도 둘 이상 구비될 수 있으며, 상기 전극은 상기 버블의 이동 경로에 대하여 각각 별도로 배열될 수 잇다.
또한 상기 버블을 이동시키기 위하여 상기 버블을 중심으로 상기 버블의 이동방향의 반대측 전극에 교류 전력이 공급되도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한 상기 제어부는 상기 버블을 연속적으로 이동시키기 위하여 상기 버블을 중심으로 상기 버블이 이동함에 따라 상기 버블이 이동하는 방향의 반대측에 인접하는 전극에 순차적으로 교류 전력이 공급되도록 제어할 수 있다.
또한 상기 제어부는 상기 버블의 이동방향을 변경시키기 위하여 상기 버블 중 어느 하나의 버블에 인접하는 전극에만 교류 전력이 공급되도록 제어할 수 있다.
또한 상기 전극에는 50 내지 150 Hz의 주파수의 교류 전압이 공급될 수 있다.
또한 상기 전극에는 10 내지 150V의 교류 전압이 공급될 수 있다.
EWOD에 의하여 미소물체를 제어하는 방법에 있어서, 본 발명에 따른 EWOD에 의하여 발생하는 버블 스트림을 이용한 미소물체 제어장치는 인접하는 두 버블의 진동 시 형성될 두 마이크로 스트림의 계면에 인접하여 미소물체가 위치하도록 세팅하는 제1 단계; 및 상기 두 버블을 기준으로 상기 미소물체의 반대편에 위치한 전극에 교류 전력을 공급하는 제2 단계;를 포함한다.
또한 상기 제2 단계의 제어에 따라 상기 미소물체와 상기 두 버블이 순차적으로 이동한 후 상기 제2 단계를 반복할 수 있다.
본 발명에 따르면, EWOD에 의하여 진동하는 버블을 이용하여 미소물체 또는 생화학적 미소물체를 이동시키거나 위치를 제어함으로써 제어되는 미소물체 또는 생화학적 미소물체와의 직접적인 접촉을 피하여 접촉에 따른 손상을 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 EWOD에 의하여 버블의 이동을 제어함으로써 미소물체의 위치 제어, 연속적인 이동 및 방향의 전환 등을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면 버블을 이용하여 미소물체의 이동 및 위치를 제어함으로써 수중환경에서 이용할 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 EWOD에 의한 버블 제어장치를 통하여 미소물체의 위치 및 이동을 제어하는 순차적인 모습을 나타내는 종단면도이다.
도 4 내지 도 6은 다른 실시예에 따른 EWOD에 의한 버블 제어장치를 통하여 미소물체의 위치 및 이동을 제어하는 순차적인 모습을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 7은 도 4의 실시예에 따른 EWOD에 의한 버블 제어장치를 통하여 미소물체의 위치 및 이동을 연속적으로 제어하는 모습을 개념적으로 나타내는 평면도이다.
도 8 및 도 9는 도 4의 실시예에 따른 EWOD에 의한 버블 제어장치를 통하여 미소물체의 이동 방향이 변경되도록 제어하는 모습을 개념적으로 나타내는 평면도이다.
도 10은 본 실시예에 따른 EWOD에 의한 버블 제어장치에 있어서 주파수 및 전압에 따른 버블의 진동폭을 나타내는 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.
Electrowetting-on-dieletric(이하 EWOD라 함)이란 전기를 이용하여 절연/비절연의 유체 방울의 접촉각을 변화시키는 방법을 말하며, 구체적으로는 절연체로 코팅된 전극 위에 전도성 유체와 비전도성 유체가 맞닿아 있을 때 외부에서 전극과 전도성 유체에 전압을 인가하여 전도성 유체의 표면장력을 제어함으로써 전도성 유체의 접촉각과 계면의 형상을 변화시키는 것이다. EWOD는 세포 조작 또는 마이크로 수술 등 생의학적 어플리케이션에 이용이 가능하며, 정밀도 및 정확도가 중요한 의미를 갖는다.
본 발명에 따른 EWOD에 의한 버블 제어장치는 상부 레이어, 하부 레이어, 수용액 및 버블을 포함한다. 이하 도 1을 참조하여 각 구성부에 대하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 EWOD에 의한 버블 제어장치를 나타내는 개념적인 종단면도이다.
상부 레이어(10)는 전극(12), 유전체 레이어(13) 및 소수성 레이어(14)를 포함한다. 전극(12)은 EWOD 방식으로 후술할 버블(30)의 위치 또는 이동을 제어하기 위한 EWOD 전극(EWOD electrode)으로서 기능한다. 소수성 레이어(14)는 전극(12) 중 어느 하나의 전극에 전력이 공급되는 경우 해당 전극에 대응하는 부분이 소수성이 감소하고 친수성이 증가하는 방향으로 성질이 변경된다.
상부 레이어(10)의 형성방법은 다음과 같다. 먼저 글래스 웨이퍼(11)에 스퍼터링 현상을 이용한 두께 300Å의 크롬층을 형성한 뒤 습식 식각(wet etching) 방법에 의하여 EWOD 전극(12)을 형성한다. 다음으로 두께 1.6μm의 폴리이미드(polyimide)를 스핀 코팅(spin-coat)방법을 이용하여 전극(12)이 구비된 웨이퍼(11)의 일면에 코팅함으로써 유전체 레이어를 형성한다. 다음으로 소수성 테프론(예를 들면 AF Teflon 1600, Dupont Co.)을 유전체 레이어에 코팅하여 소수성 레이어(14; hydrophobic layer)를 형성한다.
전극(12)은 둘 이상 구비될 수 있다. 버블(30)의 위치를 변경시키는 경우에는 하나의 전극(12) 만으로도 그 제어가 가능하나, 버블(30)을 연속적으로 이동시키기 위해서는 적어도 둘 이상의 전극(12)이 요구된다.
하부 레이어(20)는 웨이퍼(21), 그라운드 레이어(22) 및 소수성 레이어(24)를 포함한다. 그라운드 레이어(22)는 글라스 재질의 웨이퍼(21) 상에 ITO(indium Tin Oxide)를 코팅하여 형성할 수 있다. 소수성 레이어(24)는 앞서 설명한 상부 레이어(10)에 포함된 소수성 레이어(14)와 동일한 방법으로 형성될 수 있다. 즉 소수성 테프론을 그라운드 레이어(22)에 코팅하여 소수성 레이어(24)를 형성할 수 있다.
상부 레이어(10)의 소수성 레이어(14)와 하부 레이어(20)의 소수성 레이어(24) 사이에는 수용액(AS; aqueous solution)이 구비된다. 본 실시예에서의 수용액(AS)은 물을 이용하였다.
다음으로 수용액(AS)의 내측에 버블(30)을 주입한다. 이 때 버블(30)로는 공기에 의한 버블이 이용될 수 있다. 상부 레이어(14)의 소수성 레이어(14)는 특정 전극에 전력이 공급되는 경우 해당 전극의 위치에 대응하는 부분의 성질이 소수성에서 친수성으로 바뀌고, 이에 따라 액적과의 계면의 형상을 변화시키게 된다. 다만 본 실시예에서는 액적이 아닌 버블(30)을 이용함으로써 액적의 행동과 반대로 행동하게 된다. 즉, 버블(30)과 인접한 소수성 레이어(14)의 성질이 친수성으로 변화되는 경우 수용액(AS)을 끌어 당겨 버블(30)을 밀어내게 된다. 즉, 버블(30)은 기존의 액적과는 반대로 행동하게 된다. 한편, 버블(30)은 인접하는 전극(12a)에 교류 전력이 공급되는 경우 수축과 확장을 반복함으로써 진동하게 된다. 그 결과 버블(30)의 주위의 수용액에는 버블(30)의 진동에 따른 마이크로 스트림이 형성된다. 이러한 마이크로 스트림에 대하여는 해당 부분에서 상세히 설명한다.
본 실시예에서의 미소물체는 단순한 미소물체뿐만 아니라 생물학적 미소물체(micro/bio-object)를 포함하는 넓은 의미로 사용한다. 미소물체로는 어란(魚卵, fish egg)을 이용하였다.
한편, 앞서 설명한 각 구성부 이외의 기타 전원공급장치나 모니터링 장치 등에 관한 상세한 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 EWOD에 의한 버블 제어장치의 작동원리와 이에 의한 미소물체의 위치 및 이동을 제어하는 방법에 대하여 설명한다. 도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 EWOD에 의한 버블 제어장치를 통하여 미소물체의 위치 및 이동을 제어하는 순차적인 모습을 나타내는 종단면도이다.
먼저 도 1에 도시된 바와 같이 미소물체(40)의 이동 및 위치 제어를 위하여 미소물체(40)와 버블(30)이 근접한 상태가 되도록 세팅 한다. 다음으로 도 2에 도시된 바와 같이 버블(30)을 중심으로 버블의 이동방향, 즉 미소물체(40)를 이동시키고 싶은 방향(D1)의 반대측에 인접한 전극(12a)에 교류 전력이 공급되도록 제어한다. 어느 한 전극(12a)에 교류 전압이 인가되면, 해당 전극에 인접한 버블(30)은 진동하기 시작한다 버블(30)이 진동함에 따라 버블(30) 주위의 수용액(AS)에는 마이크로 스트림(F1)이 형성된다. 마이크로 스트림(F1)은 버블(30)을 중심으로 우측에는 시계 반대방향으로 형성되고, 좌측에는 시계 방향으로 형성된다. 즉, 마이크로 스트림(F1)은 버블(30)의 하부에 인접한 미소물체(40)가 버블(30)로부터 멀어지는 방향으로 힘을 받도록 형성된다. 따라서 미소물체(40)는 마이크로 스트림(F1)에 의하여 버블(30)로부터 멀어지는 방향(D1)으로 이동하게 된다. 한편, 교류 전압이 공급된 전극(12a)에 대응하는 소수성 레이어(14)의 일 부분(A1)은 소수성으로부터 친수성으로 그 성질이 점차 변화하게 된다. 이러한 성질의 변화로 인하여 소수성 레이어(14)의 해당 부분(A1)은 도 3에 도시된 바와 같이 수용액(AS)을 끌어당기고 버블을 일정한 방향(D1)으로 밀어내게 된다.
즉, 본 실시예에서의 제어부(미도시)는 단순히 교류전압을 공급할 전극(12)의 위치, 순서 등을 제어함으로써 버블(30)을 이용하여 미소물체(40)의 위치 및 이동을 제어할 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하여 다른 둘 이상의 버블을 이용하여 미소물체의 위치 및 이동을 제어하는 방법을 설명한다. 도 4 내지 도 6은 다른 실시예에 따른 EWOD에 의한 버블 제어장치를 통하여 미소물체의 위치 및 이동을 제어하는 순차적인 모습을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 버블(30)은 둘 이상 구비될 수 있다. 버블(30)이 둘 이상 구비되는 경우 하나의 버블(30)에 의하여 미소물체(40)를 제어하는 것에 비하여 힘의 균형을 맞출 수 있어 미소물체(40)의 위치 및 이동을 보다 정밀하게 제어할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 전극들(12a, 12b)은 두 버블에 대하여 하나의 전극(12a)이 대응되도록 구비될 수 있으며, 각 버블에 대하여 독립적인 제어가 가능하도록 각 버블(30)의 이동 경로에 대하여 독립적인 전극(12b)을 구비하는 것도 가능하다. 이 때 미소 물체(40)는 도 4에 도시된 바와 같이 두 버블(30)의 계면(L1)에 인접하도록 세팅 된다. 계면(L1)은 두 버블(30)이 진동함으로써 마이크로 스트림을 생성시키는 경우 각 버블(30)에 의한 마이크로 스트림이 만나는 경계선을 의미한다. 미소물체(40)를 계면에 인접하도록 위치시킴으로써 두 버블(30)에 의하여 생성된 마이크로 스트림이 미치는 힘이 균형을 이루도록 할 수 잇다.
앞서 설명한 바와 같이 미소물체(40)로부터 반대편에 위치한 전극(12a)에 교류 전압을 인가하게 되면 두 버블(30)이 진동함으로써 마이크로 스트림을 형성시킨다. 이 때 미소물체는 마이크로 스트림의 진행방향을 따라 두 버블(30)로부터 멀어지는 방향(D1)으로 이동하게 된다.
이후 앞의 실시예에서 설명한 바와 같이 교류 전압이 인가된 전극(12a)에 의하여 성질이 변화된 소수성 레이어(미도시)가 두 버블(30)을 미소물체(40)가 이동한 방향과 동일한 방향으로 이동시키게 된다.
도 7을 참조하여 미소물체의 위치 및 이동을 연속적으로 제어하는 방법을 설명한다. 도 7은 도 4의 실시예에 따른 EWOD에 의한 버블 제어장치를 통하여 미소물체의 위치 및 이동을 연속적으로 제어하는 모습을 개념적으로 나타내는 평면도이다.
미소물체(40)를 연속적으로 이동시키기 위해서는 앞서 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 미소물체(40)의 이동 제어방법을 연속적으로 수행한다. 즉, 미소물체(40)와 두 버블(30)이 이동된 상태에서 다시 두 버블(30)에 인접한 전극들 중 미소물체(40)의 반대편에 인접한 전극(12b, 12b')들에 교류 전압을 인가한다. 결과적으로 앞서 설명한 바와 같이 두 버블(30)에 의하여 생성된 마이크로 스트림은 미소물체(40)를 이동시키고, 두 버블(30) 자체도 함께 이동하게 된다. 이러한 스텝을 반복하면 두 버블(30)을 이용하여 힘의 균형을 이루면서 미소물체(40)를 일정한 방향으로 이동시킬 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하여 미소물체의 이동 방향을 변경하는 방법에 대하여 설명한다. 도 8 및 도 9는 도 4의 실시예에 따른 EWOD에 의한 버블 제어장치를 통하여 미소물체의 이동 방향이 변경되도록 제어하는 모습을 개념적으로 나타내는 평면도이다.
앞서 설명한 바와 같이 각 버블(30)에 대응하는 전극을 독립적으로 구비하는 경우에는 각각의 버블(30)에 대한 제어를 독립적으로 수행할 수 있다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이 어느 한 전극(12b)에만 교류 전압을 인가하는 경우에는 해당 전극(12b)에 인접한 버블(30)에서 진동이 발생하게 되고, 해당 버블(30)의 주위에서 마이크로 스트림이 생성된다. 이러한 마이크로 스트림의 영향으로 미소물체(40)는 힘의 균형을 잃고 이동 방향을 변경하게 된다. 이후 해당 버블(30)은 앞서 설명한 바와 같이 전극(12b)의 반대 방향으로 이동하게 된다.
도 10을 참조하여 인가되는 교류 전압의 주파수와 전압이 버블의 진동폭에 미치는 영향을 살펴본다. 도 10은 본 실시예에 따른 EWOD에 의한 버블 제어장치에 있어서 주파수 및 전압에 따른 버블의 진동폭을 나타내는 그래프이다.
주파수와 전압에 따른 다양한 AC-EWOD 작용 조건하에서 실험을 진행하였으며, 그 결과를 도 10에 도시하였다.
도 10에 도시된 바와 같이 진동수가 100Hz를 넘는 경우, 예를 들어 약 150Hz 이상으로 과도하게 높아지는 경우에는 버블의 수축 및 확장에 따른 진동 응답 속도가 따라오지 못하므로 진동폭이 오히려 줄어들게 된다. 또한 진동수가 50Hz 이하인 경우에는 버블의 수축 및 확장을 충분하지 못하여 버블의 진동폭이 작아지는 것을 알 수 있었다.
또한 도 10에 도시된 바와 같이 전압이 80V 이하인 경우에는 충분한 버블의 진동폭을 얻을 수 없었다. 다만, 유전체 두께에 따라 전압이 달라지는 특성상 인가전압의 변동폭이 매우 큰 편이다. 이러한 면에서 유전체의 두께를 고려하면 10V 이상의 전압을 인가하는 것이 바람직하다. 반면, 전압이 상승함에 따라 버블의 진동폭이 상승하는 것을 알 수 있었으나, 미세물체를 제어하는 데에 따른 버블의 진동폭은 무한히 커질 필요가 없으며 버블의 진동폭 증가량에 비하여 에너지 소모량은 기하급수적으로 증가하기 때문에 150V를 초과하는 전압은 불필요하다고 판단되었다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 EWOD에 의한 버블 제어장치 및 이를 이용한 미소물체 제어방법으로 구현될 수 있다.
10: 상부 레이어 11, 21: 웨이퍼
12, 12a, 12b, 12b' 전극 13: 유전체 레이어
14, 24: 소수성 레이어 20: 하부 레이어
22: 그라운드 레이어 30: 버블
40: 미소물체 AS: 수용액

Claims (10)

  1. 순차적으로 구비되는 적어도 둘 이상의 전극, 유전체 레이어 및 제1 소수성 레이어를 포함하는 제1 레이어;
    제2 소수성 레이어와 그라운드 레이어를 포함하는 제2 레이어;
    상기 제1 소수성 레이어와 상기 제2 소수성 레이어 사이에 구비되는 수용액;
    상기 수용액 내에 구비되고, 상기 전극에 교류 전력 공급 시 진동함으로써 주위의 수용액에 마이크로 스트림을 형성시키는 적어도 둘 이상의 버블; 및
    상기 적어도 둘 이상의 버블을 이동시키기 위한 제어부를 포함하되,
    상기 전극은 상기 적어도 둘 이상의 버블의 이동 경로에 대하여 각각 별도로 배열되고,
    상기 제어부는 상기 버블을 이동시키기 위하여 상기 버블을 중심으로 상기 버블의 이동방향의 반대측 전극에 교류 전력이 공급되도록 제어하는 전기습윤 현상을 이용한 버블 제어장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 버블을 연속적으로 이동시키기 위하여 상기 버블을 중심으로 상기 버블이 이동함에 따라 상기 버블이 이동하는 방향의 반대측에 인접하는 전극에 순차적으로 교류 전력이 공급되도록 제어하는 전기습윤 현상을 이용한 버블 제어장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 버블의 이동방향을 변경시키기 위하여 상기 버블 중 어느 하나의 버블에 인접하는 전극에만 교류 전력이 공급되도록 제어하는 전기습윤 현상을 이용한 버블 제어장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극에는 50 내지 150 Hz의 주파수의 교류 전압이 공급되는 전기습윤 현상을 이용한 버블 제어장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전극에는 10 내지 150V의 교류 전압이 공급되는 전기습윤 현상을 이용한 버블 제어장치.
  9. 전기습윤 현상을 이용한 미소물체를 제어하는 방법에 있어서,
    인접하는 두 버블의 진동 시 형성될 두 마이크로 스트림의 계면에 인접하여 미소물체가 위치하도록 세팅하는 제1 단계; 및
    상기 두 버블을 기준으로 상기 미소물체의 반대편에 위치한 전극에 교류 전력을 공급하는 제2 단계;를 포함하는 전기습윤 현상을 이용하여 진동하는 버블을 이용한 미소물체 제어장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 단계의 제어에 따라 상기 미소물체와 상기 두 버블이 순차적으로 이동한 후 상기 제2 단계를 반복하는 전기습윤 현상을 이용하여 진동하는 버블을 이용한 미소물체 제어장치.

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JP6473964B2 (ja) * 2015-01-30 2019-02-27 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 気泡発生装置
KR101891220B1 (ko) * 2016-12-20 2018-08-27 한국기계연구원 전기 습윤 소자 및 이의 제조방법
KR102152644B1 (ko) * 2019-11-26 2020-09-08 에스맥 (주) 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치 및 그 방법
KR102152647B1 (ko) * 2019-12-18 2020-09-08 에스맥 (주) 전기습윤에 의한 액적 제거장치 및 그 방법
KR102371455B1 (ko) * 2019-12-27 2022-03-07 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
KR102222376B1 (ko) * 2020-04-03 2021-03-03 에스맥 (주) 액적 제거장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110147215A1 (en) * 2008-07-11 2011-06-23 Comm.A L'ener.Atom.Et Aux Energies Alt. Method and device for manipulating and observing liquid droplets

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110147215A1 (en) * 2008-07-11 2011-06-23 Comm.A L'ener.Atom.Et Aux Energies Alt. Method and device for manipulating and observing liquid droplets

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Sang Kug Chung 외 1명, Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Conference, 2009.06. pp.821-824 *
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