KR101345789B1 - 미세 유체 디스크 및 디스크형 미세 유체 시스템 - Google Patents

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KR101345789B1 KR1020120077792A KR20120077792A KR101345789B1 KR 101345789 B1 KR101345789 B1 KR 101345789B1 KR 1020120077792 A KR1020120077792 A KR 1020120077792A KR 20120077792 A KR20120077792 A KR 20120077792A KR 101345789 B1 KR101345789 B1 KR 101345789B1
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Abstract

미세 유체 디스크는 중심축을 기준으로 자체 회전하는 디스크형 본체, 상기 디스크형 본체의 중심축과 테두리 사이에 위치하며, 상기 디스크형 본체의 표면으로부터 함몰 형성되어 상측에 개구부를 형성하는 수용 용기, 상기 수용 용기의 하측에 연통되어 있으며, 상기 수용 용기의 내부로부터 상기 디스크형 본체의 테두리 방향으로 연장된 미세 채널, 및 상기 수용 용기의 상기 개구부의 일 영역을 차단하는 차단판을 포함한다.

Description

미세 유체 디스크 및 디스크형 미세 유체 시스템{MICROFLUIDIC DISC AND MICROFLUIDIC DISC SYSTEM}
본 발명은 미세 유체 디스크 및 디스크형 미세 유체 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세 유체를 취급하는 미세 유체 디스크 및 디스크형 미세 유체 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 미세 유체의 유동 테스트를 수행하기 위하여 가장 우선적으로 수행되어야 하는 작업은 미세 유체의 적절한 주입이다. 그리고 주입된 유체는 용기(chamber)와 같은 수용 부분에 일시적으로 수용된 후 계량, 분리, 혼합, 반응 등의 테스트를 위하여 이송된다.
종래에는 주사기(syringe) 또는 피펫(pipet)과 같은 주입 장치를 이용하여 미세 유체를 주입하는 방법이 널리 사용되었으나, 이러한 방법은 간호사 혹은 임상검사자 등과 같이 숙달된 사람들만이 할 수 있을 뿐만 아니라 사용자에 의한 오류(human error)를 유의해야 한다는 단점이 있었다.
한편, 원심력을 기반으로 하는 미세 유체 디스크의 경우에는 미세 유체 주입 이후 모든 과정이 자동화 되어야 하기 때문에 주입된 유체를 올바르게 이송하기 위한 구조나 장치를 필요로 한다는 문제점이 있었다
본 발명의 일 실시예는, 미세 유체의 주입이 용이한 동시에, 미세 유체의 유동 범람을 방지하는 미세 유체 디스크 및 디스크형 미세 유체 시스템을 제공하고자 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면은 중심축을 기준으로 자체 회전하는 디스크형 본체, 상기 디스크형 본체의 중심축과 테두리 사이에 위치하며, 상기 디스크형 본체의 표면으로부터 함몰 형성되어 상측에 개구부를 형성하는 수용 용기, 상기 수용 용기의 하측에 연통되어 있으며, 상기 수용 용기의 내부로부터 상기 디스크형 본체의 테두리 방향으로 연장된 미세 채널, 및 상기 수용 용기의 상기 개구부의 일 영역을 차단하는 차단판을 포함하는 미세 유체 디스크를 제공한다.
상기 차단판은 상기 개구부의 전체 영역 중 상기 디스크형 본체의 상기 테두리 측에 위치할 수 있다.
상기 차단판은 상기 개구부의 전체 영역 중 1/3 영역 내지 2/3 영역을 차단할 수 있다.
상기 개구부는 미세 유체가 주입되는 주입구일 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 측면은 상기 미세 유체 디스크를 포함하는 디스크형 미세 유체 시스템을 제공한다.
상술한 본 발명의 과제 해결 수단의 일부 실시예 중 하나에 의하면, 미세 유체의 주입이 용이한 동시에, 미세 유체의 유동 범람을 방지하는 미세 유체 디스크 및 디스크형 미세 유체 시스템이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세 유체 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 미세 유체 디스크를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ을 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세 유체 시스템을 이용한 미세 유체의 유동을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세 유체 시스템을 이용한 미세 유체의 유동을 나타낸 사진이다.
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.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 일 부분이 다른 부분 "상측에" 있다고 할 때, 이는 일 부분이 다른 부분 "바로 상측에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상측에" 또는 "하측에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측 또는 하측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세 유체 시스템을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세 유체 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세 유체 시스템은 미세 유체를 취급하는 동시에 미세 유체의 유동 상태를 확인하며, 미세 유체 디스크(100), 구동부(200), 센서(300), 제어부(400), 조명부(500), 거울(600), 및 촬영부(700)를 포함한다.
도 2는 도 1에 도시된 미세 유체 디스크를 나타낸 도면이다. 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ을 따른 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 미세 유체 디스크(100)는 디스크형 본체(101), 수용 용기(110), 미세 채널(140) 및 차단판(130)을 포함한다.
디스크형 본체(101)는 원형의 디스크 형태를 가지며 중심축(C)을 기준으로 회전 방향을 따라 자체 회전한다. 디스크형 본체(101)는 구동부(200)에 의해 회전이 구동될 수 있으며, 제어부(400)에 의해 회전각속도가 제어될 수 있다.
디스크형 본체(101)에는 수용 용기(110), 미세 채널(140) 및 차단판(130)이 형성되어 있으며, 수용 용기(110), 미세 채널(140) 및 차단판(130)은 포토리소그래피(photolithography), 정밀 미세 가공 등의 맴스(MEMS) 기술 또는 양각 등의 반대 형상을 가진 금형 인서트를 이용한 사출성형(injection molding), 핫 엠보싱(hot embossing), UV 몰딩(UV molding), 주조 등의 생산 방법을 통해 디스크형 본체(101)에 음각으로 형성될 수 있다. 디스크형 본체(101)는 금속 재료, 세라믹 재료 또는 COC(cyclic olefin copolymer), PMMA(polymethylmethacrylate), PS(polystyrene), PC(polycarbonate), PDMS(polydimethylsiloxane), Teflon(Polytetrafluoroethylene), PVC(polyvinylchloride) 등의 고분자 재료로 형성될 수 있다. 수용 용기(110), 미세 채널(140) 및 차단판(130)은 미세 유체가 유동되는 하나의 미세 유체 유동 유닛으로서 기능하며, 복수의 미세 유체 유동 유닛은 디스크형 본체(101)의 테두리(OL)를 따라 복수개가 배치될 수 있다.
수용 용기(110)는 디스크형 본체(101)의 내부에 형성되어 있으며, 외부로부터 주입되는 미세 유체를 수용하는 공간이다. 수용 용기(110)는 디스크형 본체(101)의 중심축(C)과 테두리(OL) 사이에 위치하고 있다. 수용 용기(110)는 디스크형 본체(101)의 표면으로부터 함몰 형성되어 미세 유체가 수용되는 수용 공간(S) 및 수용 공간(S)의 상측에 위치하는 개구부(120)를 형성한다. 수용 용기(110)의 개구부(120)는 미세 유체가 주입되는 주입구이며, 개구부(120)를 통해 외부로부터 미세 유체가 주입되어 수용 공간(S)에 미세 유체가 수용된다.
본 발명의 일 실시예에서 수용 용기(110)의 횡단면은 원형을 가지나, 본 발명의 다른 실시예에서 수용 용기(110)의 횡단면은 삼각형 또는 사각형을 포함한 여러 가지 다각형 및 타원형 등의 형상을 가질 수 있다.
미세 채널(140)은 수용 용기(110)의 하측에 연통되어 있으며, 수용 용기(110)의 내부로부터 디스크형 본체(101)의 테두리(OL) 방향으로 연장되어 있다. 미세 채널(140)은 수용 용기(110)에 수용된 미세 유체가 이송되는 통로이다.
본 발명의 일 실시예에서 미세 채널(140)의 종단면은 사각형을 가지나, 본 발명의 다른 실시예에서 미세 채널(140)의 종단면은 삼각형 등의 다각형 또는 원형 등의 형상을 가질 수 있다.
차단판(130)은 수용 용기(110)의 상측에 위치하고 있으며, 개구부(120)의 전체 영역 중 일 영역을 차단하고 있다. 차단판(130)은 개구부(120)의 전체 영역 중 디스크형 본체(101)의 테두리(OL) 측에 위치하고 있다. 구체적으로, 차단판(130)은 미세 유체가 주입되는 주입구인 개구부(120) 대비 디스크형 본체(101)의 중심축(C)으로부터 먼 곳에 위치하고 있으며, 차단판(130)에 의해 일부가 차단된 개구부(120)는 차단판(130) 대비 디스크형 본체(101)의 중심축(C)과 가까운 곳에 위치하고 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 차단판(130)은 개구부(120)의 전체 영역 중 절반 영역을 차단하고 있으나, 본 발명의 다른 실시예에서, 차단판(130)은 개구부(120)의 전체 영역 중 1/3 영역 내지 2/3 영역 또는 수십 분의 일 내지 수 분의 일 비율만을 차단할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 구동부(200)는 미세 유체 디스크(100)를 지지하며, 모터(moter) 등의 구동 수단을 포함하여 미세 유체 디스크(100)를 회전시킨다.
센서(300)는 미세 유체 디스크(100)와 이웃하여 위치하며, 미세 유체 디스크(100)의 회전수를 센싱하는 역할을 한다.
제어부(400)는 센서(300) 및 구동부(200)와 연결되어 있으며, 미세 유체 디스크(100)의 회전수를 센싱한 센서(300)로부터 신호를 받아 구동부(200)에 의한 미세 유체 디스크(100)의 회전을 조절하는 역할을 한다. 제어부(400)에 의해 미세 유체 디스크(100)의 회전각속도가 조절될 수 있다.
조명부(500)는 제어부(400)와 연결되어 있으며, 미세 유체 디스크(100)의 회전수와 동기되어 섬광 형태로 조명을 거울(600)로 비춘다.
거울(600)은 미세 유체 디스크(100)의 하측에 위치하며, 조명부(500)로부터 조사된 조명을 미세 유체 디스크(100) 방향으로 반사한다.
촬영부(700)는 거울(600)과 대응하여 미세 유체 디스크(100)의 상측에 위치하며, 미세 유체 디스크(100)의 회전수와 동기되어 조명을 이용해 시간당 미세 유체 디스크(100)의 수용 용기(110) 내부를 촬영한다.
이하, 도 4를 참조하여 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세 유체 시스템을 이용한 미세 유체의 유동을 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세 유체 시스템을 이용한 미세 유체의 유동을 설명하기 위한 단면도이다.
우선, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 차단판(130)에 의해 일 영역이 차단된 개구부(120)를 통하여 수용 용기(110) 내부의 수용 공간(S)에 미세 유체(F)를 주입한다.
구체적으로, 미세 유체(F)는 주사기(syringe), 피펫(pipet)과 같은 장치를 이용하여 개구부(120)를 통해 수용 용기(110) 내부의 수용 공간(S)으로 주입되거나, 자동 분배기 등을 이용하여 방울(droplet) 형태로 개구부(120)를 통해 수용 용기(110) 내부의 수용 공간(S)으로 주입된다.
다음, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 디스크형 본체(101)를 설정된 회전각속도로 회전시켜 수용 용기(110) 내부에 주입된 미세 유체(F)가 원심력에 의하여 중심축(C)에서 먼 방향인 디스크형 본체(101)의 테두리(OL) 방향으로 쏠리도록 한다.
구체적으로, 디스크형 본체(101)가 중심축(C)을 기준으로 회전 방향을 따라 설정된 회전각속도로 회전함에 따라서 유발되는 원심력에 의하여 수용 용기(110)에 주입된 미세 유체(F)는 중심축(C)에서 먼 방향으로 쏠리게 된다. 이 때 수용 용기(110) 상단에 위치한 미세 유체(F)는 쏠림 현상에 의하여 수용 용기(110)의 외부로 범람되려고 하지만 수용 용기(110)의 상측에 위치하는 차단판(130)에 의해 미세 유체(F)의 유동 범람이 차단된다.
다음, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 수용 용기(110) 하단에 위치한 미세 유체(F)는 쏠림 현상에 의하여 수용 용기(110)에 연결된 미세 채널(140)을 통하여 배출된다.
구체적으로, 수용 용기(110) 상단에 위치한 미세 유체(F)는 차단판(130)에 의하여 수용 용기(110) 외부로의 범람이 지속적으로 차단되고, 동시에 수용 용기(110) 하단에 위치한 미세 유체(F)는 쏠림 현상에 의하여 미세 채널(140)을 통하여 배출된다. 그 결과, 수용 용기(110)에 주입된 미세 유체(F)는 수용 용기(110) 외부로 범람되지 않고 수용 용기(110)와 연결된 미세 채널(140)을 통해 배출된다. 수용 용기(110)에 수용된 미세 유체(F)는 수용 용기(110)와 연결된 또 다른 미세 유체 시스템으로 이동되거나, 또는 수용 용기(110)와 연결된 또 다른 채널 또는 용기로 이동되어 미세 유체에 대한 미세 유동 테스트가 수행될 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세 유체 시스템을 이용한 미세 유체의 유동을 확인한 실험예를 설명한다. 이하에서는 미세 유체로서 탈이온화수를 사용하였다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세 유체 시스템을 이용한 미세 유체의 유동을 나타낸 사진이다.
도 5의 (a)와 같이 탈이온화수(W)는 수용 용기(110) 상단면에 배치된 개구부(120)를 통해 수용 용기(110) 내부에 주입된다. 이 과정에서 중력에 의하여 탈이온화수(W) 내부에 형성된 압력 차가 미비하여 탈이온화수(W)는 수용 용기(110)에 연결된 미세 채널로 배출되지 않는 것을 확인하였다.
도 5의 (b)와 같이 디스크형 본체(101)의 회전으로 유발되는 원심력에 의하여 수용 용기(110) 내부에 주입된 탈이온화수(W)는 중심축(C)에서 먼 방향으로 쏠리게 된다. 이 때 수용 용기(110) 상단에 위치한 탈이온화수(W)는 쏠림 현상에 의하여 수용 용기(110)의 외부로 범람되려고 하지만 수용 용기(110) 상측에 위치하는 차단판(130)에 의해 유동 범람이 차단됨을 확인하였다.
도 5의 (c)와 같이 수용 용기(110) 상단에 위치한 탈이온화수(W)는 차단판(130)에 의해 수용 용기(110) 외부로의 범람이 지속적으로 차단되고, 동시에 수용 용기(110) 하단에 위치한 탈이온화수(W)는 쏠림 현상에 의하여 미세 채널(140)을 통하여 배출됨을 확인하였다.
이상과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크형 미세 유체 시스템의 미세 유체 디스크(100)는 차단판(130)을 이용해 미세 유체(F)를 범람을 차단하고, 동시에 수용 용기(110)에 연결된 미세 채널(140)을 통해 미세 유체(F)가 통과할 수 있도록 함으로써, 수용 용기(110)와 연결된 또 다른 미세 유체 시스템으로 미세 유체(F)를 이동시키거나, 또는 수용 용기(110)와 연결된 또 다른 채널 또는 용기로 미세 유체(F)를 이동시켜 미세 유체에 대한 미세 유동 테스트가 수행될 수 있도록 한다.
즉, 본 발명에 따른 디스크형 미세 유체 시스템은 개구부(120)의 전체 영역 중 일 영역을 차단하는 차단판(130)을 가지는 미세 유체 디스크(100)를 포함함으로써, 개구부(120)를 통해 수용 용기(110)의 내부로 미세 유체를 원활하게 주입할 수 있을 뿐만 아니라, 원심력에 의한 미세 유체의 쏠림 현상에 의한 미세 유체의 유동 범람을 차단한다. 이는 전체적인 미세 유체 유동 테스트를 위한 시간 및 비용이 절감되는 요인으로서 작용된다.
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.
디스크형 본체(101), 수용 용기(110), 개구부(120), 차단판(130), 미세 채널(140)

Claims (5)

  1. 중심축을 기준으로 자체 회전하는 디스크형 본체;
    상기 디스크형 본체의 중심축과 테두리 사이에 위치하며, 상기 디스크형 본체의 표면으로부터 함몰 형성되어 상측에 개구부를 형성하는 수용 용기;
    상기 수용 용기의 하측에 연통되어 있으며, 상기 수용 용기의 내부로부터 상기 디스크형 본체의 테두리 방향으로 연장된 미세 채널; 및
    상기 수용 용기의 상기 개구부의 일 영역을 차단하는 차단판
    을 포함하는 미세 유체 디스크.
  2. 제1항에서,
    상기 차단판은 상기 개구부의 전체 영역 중 상기 디스크형 본체의 상기 테두리 측에 위치하는 미세 유체 디스크.
  3. 제2항에서,
    상기 차단판은 상기 개구부의 전체 영역 중 1/3 영역 내지 2/3 영역을 차단하는 미세 유체 디스크.
  4. 제1항에서,
    상기 개구부는 미세 유체가 주입되는 주입구인 미세 유체 디스크.
  5. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100725733B1 (ko) 2006-05-30 2007-06-08 (주)에이오앤 차단밸브

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