KR101353508B1 - Separating device of particle - Google Patents

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KR101353508B1 KR1020110101979A KR20110101979A KR101353508B1 KR 101353508 B1 KR101353508 B1 KR 101353508B1 KR 1020110101979 A KR1020110101979 A KR 1020110101979A KR 20110101979 A KR20110101979 A KR 20110101979A KR 101353508 B1 KR101353508 B1 KR 101353508B1
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공성호
이준규
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경북대학교 산학협력단
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    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
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    • B03C5/005—Dielectrophoresis, i.e. dielectric particles migrating towards the region of highest field strength

Abstract

본 발명의 일실시예에 의하면 서로 다른 전기적 극성 중 어느 하나의 극성과 전기적으로 도통되는 복수의 제1전극층, 복수의 제1전극층의 일측에 형성되는 절연층, 극성 중 다른 극성과 전기적으로 도통되는 제2전극층, 절연층과 제2전극층 사이에 위치하는 액적, 액적과 섞이지 않고 액적의 이동에 따라 분리되는 입자 그리고 입자를 분리하는 가지채널을 포함하며, 전압의 인가에 따라 액적의 젖음성 변하는 액적의 젖음성 변화장치가 제공된다. According to an embodiment of the present invention, a plurality of first electrode layers electrically connected with any one of different electrical polarities, an insulating layer formed on one side of the plurality of first electrode layers, and electrically connected with another polarity among the polarities A second electrode layer, a droplet located between the insulating layer and the second electrode layer, particles which do not mix with the droplet and are separated by the movement of the droplet, and branch channels that separate the particles, wherein the wettability of the droplet changes with application of voltage. Wetability changers are provided.

Description

입자 분리 장치{Separating device of particle}Separating device of particle

본 발명은 입자 분리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기 습윤 플랫폼을 이용한 입자 분리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a particle separation device, and more particularly to a particle separation device using an electrowetting platform.

재료표면의 젖음성(wetting properties)은 재료표면의 화학조성 또는 기하학적 구조에 달려있다. 일반적으로 재료의 표면 젖음성은 액적(droplet)의 접촉각을 측정하여 결정될 수 있다. 액적의 접촉각에 따라 표면의 친수성, 소수성이 결정된다. 예를 들어 유리는 물과의 접촉각이 5도 내지 25도의 범위 내로서 그 표면은 친수성이고, 반면에 폴리디메틸실록산은 물과의 접촉각이 109도로서 그 표면은 소수성이다.The wetting properties of the material surface depend on the chemical composition or geometry of the material surface. In general, the surface wetting of the material can be determined by measuring the contact angle of the droplets. The contact angle of the droplet determines the hydrophilicity and hydrophobicity of the surface. For example, glass has a contact angle with water in the range of 5 degrees to 25 degrees and its surface is hydrophilic, whereas polydimethylsiloxane has a contact angle with water of 109 degrees and its surface is hydrophobic.

한편, 재료 표면의 화학적 또는 물리적 성질을 변형하여 젖음성을 변화시킬 수도 있다. 일예로 표면을 거칠게 하면 표면의 소수성 또는 친수성을 크게 향상시킬 수 있다. 이러한 표면 젖음성으로 인해 종종 복잡한 장비들이 필요하고 견본 크기가 불필요하게 제한을 받게 되어 문제이다.On the other hand, the wettability may be changed by modifying the chemical or physical properties of the material surface. For example, roughening the surface can greatly improve the hydrophobicity or hydrophilicity of the surface. This surface wettability is often a problem because complicated equipment is required and the sample size is unnecessarily limited.

하기 X선 유도 젖음성 개질방법에 관한 특허문헌은 무기물의 표면의 젖음성을 개질하기 위한 방법에 관한 발명이다. 이러한 특허문헌은 무기물의 표면 젖음성을 개질하기 위하여 X선을 무기물 표면에 조사하여 광전자 방출로부터 얻어진 표면 전하로 무기물의 표면을 대전시킨다. 이러한 유도 젖음성 개질방법은 X선을 이용하는 방법으로서 별도의 장치구성이 필요하고 구조가 복잡하다.The following patent document regarding the X-ray-induced wettability reforming method relates to a method for modifying the wettability of the surface of an inorganic material. In order to modify the surface wettability of an inorganic material, such a patent document irradiates an inorganic surface with X-rays and charges the surface of an inorganic material with the surface charge obtained from photoelectron emission. The induced wettability reforming method is a method using X-rays and requires a separate device configuration and a complicated structure.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0060460Republic of Korea Patent Publication No. 10-2010-0060460

본 발명의 일실시예는 액적의 젖음성을 변화시켜 액적을 이동시키고 액적이동에 의해 함께 움직이는 미세입자를 분리할 수 있도록 하는 장치를 제공한다.
One embodiment of the present invention provides an apparatus for changing the wettability of the droplet to move the droplet and to separate the microparticles moving together by the droplet movement.

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본 발명의 일 양상에 따른 입자분리장치는 이격되어 구비되는 복수의 제1전극층, 상기 복수의 제1전극층의 일측에 형성되는 절연층, 제2전극층을 포함하는 유체채널; 그리고, 상기 원형의 유체채널의 일측에 연결된 가지채널을 포함하고, 상기 유체채널은, 상기 복수의 제1전극층 및 제2전극층 사이에 인가되는 전압을 스위칭함에 따라 상기 절연층과 상기 제2전극층 사이에 위치하는 액적을 순환시키도록 구성되고, 상기 액적에 의해 밀려져서 상기 유체채널을 따라 순환한 입자들은 상기 가지채널로 유입되어 질량에 따라 분리된다.Particle separation apparatus according to an aspect of the present invention is a fluid channel comprising a plurality of first electrode layers spaced apart, the insulating layer formed on one side of the plurality of first electrode layers, the second electrode layer; And a branch channel connected to one side of the circular fluid channel, wherein the fluid channel switches between the insulating layer and the second electrode layer by switching voltages applied between the plurality of first and second electrode layers. It is configured to circulate a droplet located at, and particles pushed by the droplet and circulated along the fluid channel flow into the branch channel and are separated according to mass.

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상기 전압의 크기 또는 스위칭 속도에 따라 상기 액적이 일측으로 이동할 수 있다. The droplet may move to one side depending on the magnitude of the voltage or the switching speed.

상기 액적에 포함된 입자는 서로 다른 크기를 가질 수 있다. Particles contained in the droplets may have different sizes.

상기 유체채널을 원형으로 형성함으로써 원심력에 의해 상기 입자의 크기에 따라 분리될 수 있다. By forming the fluid channel in a circular shape it can be separated according to the size of the particles by centrifugal force.

상기 가지채널은 상기 액적의 이동에 따라 회전하는 상기 입자가 서로 분리되도록 상기 입자의 크기에 상응하는 직경을 가질 수 있다.The branch channel may have a diameter corresponding to the size of the particles so that the particles that rotate as the droplet moves are separated from each other.

상기 입자는 소수성일 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 입자 분리 방법은, 상기 입자 분리 장치를 이용하여 입자들을 분리하는 입자 분리 방법으로서, 상기 유체채널에 상기 액적과 상기 입자들을 투입한 후, 상기 복수의 제1전극에 인가되는 전압을 스위칭하여 상기 액적을 상기 유체채널을 따라 순환시키는 단계; 그리고 상기 액적에 밀려서 상기 원형의 유체채널을 따라 순환한 입자들이 상기 가지채널로 유입되어 상기 입자들이 질량에 따라 분리되는 단계를 포함할 수 있다.
The particles can be hydrophobic.
A particle separation method according to another aspect of the present invention is a particle separation method for separating particles by using the particle separation device, wherein the droplet and the particles are introduced into the fluid channel and then applied to the plurality of first electrodes. Switching the applied voltage to circulate the droplets along the fluid channel; The particles circulated along the circular fluid channel by being pushed by the droplet may be introduced into the branch channel to separate the particles according to mass.

본 발명의 실시예들은 다음에 열거된 효과들 중 적어도 하나 이상을 나타낸다.Embodiments of the present invention exhibit at least one or more of the effects listed below.

첫째, 전기습윤 플랫폼을 이용하여 액적을 구동시키므로 소비전력이 작다First, power consumption is small because the droplets are driven by using the electrowetting platform.

둘째, 나노 리터 또는 마이크로 리터의 액적 내의 미세입자 분리가 고속으로 가능하다.Second, microparticle separation in droplets of nanoliters or microliters is possible at high speeds.

셋째, MEMS 기술을 이용하여 초소형 제작이 가능하다.Third, it is possible to manufacture a microminiature by using MEMS technology.

넷째, 다른 미세 유체소자들과 결합하여 랩온칩(Lab-on-a chip) 구현이 용이하다.
Fourth, it is easy to implement a lab-on-a chip in combination with other microfluidic elements.

도 1은 본 발명에 따른 젖음성 변화 장치의 개념을 나타낸 개념도이다
도 2는 본 발명에 따른 젖음성 변화 장치의 구조를 나타낸 단면도이다
도 3은 도 2를 위에서 내려다 본 도면이다
도 4는 구동전압에 따른 액적의 회전속도를 나타낸 도면이다
도 5는 구동전압에 따른 입자층 형성(분리) 소요시간을 나타낸 도면이다
도 6은 액적의 구동 전압에 따른 입자분리 소요시간을 나타낸 도면이다
도 7은 액적의 구동시간에 따른 마이크로 입자의 여과율을 나타낸 도면이다
도 8은 본 발명에 따른 미세입자 분리 장치의 동작 원리를 나타낸 도면이다
도 9는 본 발명에 따른 미세입자의 질량에 따른 원심력의 크기를 나타낸 도면이다.1 is a conceptual diagram showing the concept of the wettability changing apparatus according to the present invention.
2 is a cross-sectional view showing the structure of the wettability changing apparatus according to the present invention.
3 is a view from above of FIG. 2.
4 is a view showing the rotational speed of the droplet according to the driving voltage.
5 is a view showing the time required for particle layer formation (separation) according to the driving voltage.
6 is a view showing the time required for particle separation according to the driving voltage of the droplets.
7 is a view showing the filtration rate of the micro particles according to the driving time of the droplets
8 is a view showing the operating principle of the microparticle separation device according to the present invention.
9 is a view showing the size of the centrifugal force according to the mass of the microparticles according to the present invention.

실시예들은 여러 가지 다른 형태들로 구체화되어질 수 있고, 여기에서 설명되는 양태들로 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 오히려, 상기 양태들은 실시예들을 더욱 철저하고 완전하게 되도록 해주며, 당업자에게 실시예들의 영역을 충분히 전달할 수 있도록 해준다. 단지 이러한 용어들은 어떤 구성 요소로부터 다른 구성 요소를 구별하기 위해서 사용되어질 뿐이다.The embodiments may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the aspects set forth herein. Rather, the above aspects make the embodiments more thorough and complete, and fully convey the scope of the embodiments to those skilled in the art. These terms are only used to distinguish one component from another.

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 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless otherwise stated. In addition, the terms "... unit", "... module" described in the specification means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software. . The singular forms herein include plural forms unless the context clearly dictates otherwise.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 일 양상인 액적의 젖음성 변화장치에 대해서 살펴본다.An apparatus for changing the wettability of droplets, which is an aspect of the present invention, will be described.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 액적의 젖음성 변화 장치는 전극층(100) 및 절연층(200)으로 구성되는 전기습윤(electro wetting) 플랫폼과 액적(300) 및 액적(300)의 이동에 따라 이에 상응하여 이동하는 입자(310)로 구성된다. 이때 전극(10)에 의해 생성된 전압을 액적(300)에 인가하면 액적(300)의 젖음성이 변화되며 액적(300)을 일측 방향으로 이동시키게 되며 따라서 입자(310)도 움직인다. 이하 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 젖음성 변화 장치의 구성을 설명하기로 한다.As shown in FIG. 1, an apparatus for changing the wettability of droplets according to an exemplary embodiment of the present invention includes an electrowetting platform, which consists of an electrode layer 100 and an insulating layer 200, and a droplet 300 and a droplet 300. It is composed of particles 310 that move according to the movement. In this case, when the voltage generated by the electrode 10 is applied to the droplet 300, the wettability of the droplet 300 is changed, and the droplet 300 is moved in one direction, and thus the particle 310 is also moved. Hereinafter, the configuration of the wettability changing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 7.

먼저, 본 발명에서 정의되는 젖음성은 액적이 퍼지기 쉬운 정도를 나타낸 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 초기 접촉각(θ)이 클수록 액적이 덜 퍼지는 것을 나타낸다.First, the wettability defined in the present invention indicates the degree to which the droplets are easy to spread, and as shown in FIG. 1, the larger the initial contact angle θ, the less the droplets spread.

본 발명의 실시예에 따른 전극(10)은 전기적으로 서로 다른 극성을 형성한다. 일측에는 +극이 형성되며, 타측에는 -극이 형성된다. 이때 도 1에서와 같이 (+)전극은 전극층(100)에 연결되며, (-)전극은 액적(300)에 접촉되어 전압의 인가에 따라 액적의 젖음성을 변화시킨다. 인가되는 전압은 예를 들어 교류전압일 수 있다.The electrode 10 according to the embodiment of the present invention forms electrically different polarities. + Pole is formed on one side, and-pole is formed on the other side. In this case, as shown in FIG. 1, the positive electrode is connected to the electrode layer 100, and the negative electrode contacts the droplet 300 to change the wettability of the droplet according to the application of voltage. The applied voltage may be an AC voltage, for example.

본 발명의 실시예에 따른 제1전극층(100a)은 도 2에 도시된 바와 같이 전극길이 'L'로서 간격 d만큼 이격되어 복수로 구비된다. 서로 이격되어 구비된 제1전극층(100a)은 전극(10)의 (+)극과 전기적으로 연결된다. 이때 제1전극층(100a)은 Au/Cr, Ni/Cr(Cr은 Au, Ni 금속과 유리 사이의 접착층으로 사용됨) 등의 금속 박막층으로 형성될 수 있으나 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에서는 제1전극층의 두께를 대략 0.1 내지 0.5μm로 하고, 전극 간격(d)을 5 내지 50μm로 하였다.As shown in FIG. 2, the first electrode layer 100a according to the embodiment of the present invention is provided with a plurality of electrode lengths 'L' spaced apart by an interval d. The first electrode layer 100a provided to be spaced apart from each other is electrically connected to the positive electrode of the electrode 10. In this case, the first electrode layer 100a may be formed of a metal thin film layer such as Au / Cr or Ni / Cr (Cr is used as an adhesive layer between Au and Ni metal and glass), but is not limited thereto. In one embodiment of the present invention, the thickness of the first electrode layer is approximately 0.1 to 0.5 µm, and the electrode gap d is 5 to 50 µm.

본 발명의 실시예에 따른 절연층(200)은 제1전극층(100a)의 상측면에 형성된다. 절연층(200)은 유전상수 및 절연강도가 양호하면서 박막 두께를 정량적으로 조절하기 용이한 테프론 AF1600, Parylene C 등의 유기박막 또는 SiO2, Si3N4 등의 무기박막을 제1전극층(100a) 위에 증착(코팅)하여 형성한다. 형성되는 절연막의 두께는 대략 Parylene의 경우 1μm이다.The insulating layer 200 according to the embodiment of the present invention is formed on the upper side surface of the first electrode layer 100a. The insulating layer 200 may include an organic thin film, such as Teflon AF1600 or Parylene C, or an inorganic thin film, such as SiO 2 , Si 3 N 4 , which has a good dielectric constant and dielectric strength and which is easy to quantitatively control the thickness of the thin film. It is formed by depositing (coating) on the layer. The thickness of the insulating film formed is approximately 1 μm in the case of parylene.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이 전극층(100)을 복수로 구비함으로써 인가 전압의 스위칭에 따라 액적(300)이 오른쪽 방향으로 이동하게 된다. 또한, 인가 전압의 크기 및 인가 전압 스위칭 속도에 따라 액적의 이동속도를 조절할 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 3, the plurality of electrode layers 100 are provided to move the droplet 300 in the right direction according to the switching of the applied voltage. In addition, the moving speed of the droplet may be adjusted according to the magnitude of the applied voltage and the applied voltage switching speed.

본 발명에 따른 소수막(400)은 절연층(200)의 상측면에 형성되는 제1소수막(410)과 후술하는 제2전극층(100b)의 하측면에 형성되는 제2소수막(420)으로 구성된다. 이러한 소수막(400)은 액적의 초기 접촉각(θ)을 크게 하도록 하기 위해 불소수지(테프론 AF1600 또는 Cytop)를 약 20nm 두께로 코팅하여 형성한다.The hydrophobic film 400 according to the present invention has a first hydrophobic film 410 formed on the upper surface of the insulating layer 200 and a second hydrophobic film 420 formed on the lower surface of the second electrode layer 100b to be described later. It consists of. The hydrophobic film 400 is formed by coating a fluorine resin (Teflon AF1600 or Cytop) to a thickness of about 20 nm in order to increase the initial contact angle (θ) of the droplet.

본 발명의 실시예에 따른 액적(300)은 제1소수막(410)과 제2소수막(420) 사이에 위치하여 전압의 인가에 따라 일측으로 이동한다. 액적(300)은 전도성 액체로서 1mM 농도의 전해액(LiCl, KCl, MgCl2)을 본 발명의 일 실시예에서는 사용하였으며, 절연액(Silicone oil) 또는 공기가 전해액 방울을 둘러싸고 있다. 절연액을 사용하는 이유는 전해액 방울이 이동시 작은 전해액 방울이 떨어져 남는 것을 방지하는데 도움을 주며 전해액의 큰 초기 접촉각을 형성함에 유리하기 때문이다.The droplet 300 according to an embodiment of the present invention is positioned between the first and second small film 410 and 420 and moves to one side according to the application of a voltage. The droplet 300 used an electrolytic solution (LiCl, KCl, MgCl 2 ) at a concentration of 1 mM as a conductive liquid in one embodiment of the present invention, and an insulating liquid (Silicone oil) or air surrounds the droplet of the electrolyte. The reason for the use of the insulating liquid is that it helps to prevent the small electrolyte droplets from falling off when the electrolyte droplets move and is advantageous in forming a large initial contact angle of the electrolyte.

전해액 액적의 양은 패터닝된 제1전극층의 크기(L)와 제1,2소수막 간의 간격(h)에 의해 결정되며, 액적의 크기가 작을수록 같은 전압에 큰 각속도를 얻을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 간격(h)이 대략 50μm이고, 약 0.5 내지 1μL의 액적을 주입하였다.The amount of the electrolyte droplet is determined by the size (L) of the patterned first electrode layer and the distance (h) between the first and second hydrophobic films. The smaller the droplet size, the greater the angular velocity at the same voltage. In one embodiment of the present invention, the interval h is approximately 50 μm and about 0.5 to 1 μL of droplets are injected.

본 발명에 따른 입자(310)는 대략 마이크로 또는 나노 크기의 입자로서 소수성이다. 따라서 액적(300)과 같이 섞일 수 없으므로 액적(300)이 이동하는 방향의 전면에 분리하고자 하는 미세입자를 둔다. 따라서 액적(300)이 전압의 인가에 따라 이동하는 경우 액적(300)이 미세입자를 밀게 됨으로써 미세입자도 같이 이동하게 된다.Particles 310 according to the present invention are hydrophobic as particles of approximately micro or nano size. Therefore, since the droplets 300 cannot be mixed with each other, the fine particles to be separated are placed in front of the direction in which the droplets 300 move. Therefore, when the droplet 300 moves in response to the application of a voltage, the droplet 300 pushes the fine particles, thereby moving the fine particles together.

본 발명의 실시예에 따른 제2전극층(100b)은 접지전극으로서 제2소수막(420)의 상측면에 형성된다. 제2전극층(100b) 상측면에는 유리기판(20b)이 형성되어 있다. 제2전극층(100B)는 ITO 같은 투명전극으로 형성될 수 있으나, ITO에 한정되는 것은 아니다.The second electrode layer 100b according to the embodiment of the present invention is formed on the upper surface of the second hydrophobic film 420 as a ground electrode. The glass substrate 20b is formed on the upper surface of the second electrode layer 100b. The second electrode layer 100B may be formed of a transparent electrode such as ITO, but is not limited to ITO.

도 4에는 구동전압에 따른 액적의 회전속도가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 상술한 본 발명의 일 실시예에 따라 실험한 결과 60볼트의 전압을 인가한 경우 최대 약 100mm/s의 액적 이동속도를 얻을 수 있으며, 이때 약 380rpm의 단위 시간당 회전수를 얻을 수 있었다.4 shows the rotation speed of the droplet according to the driving voltage. As shown in FIG. 4, the result of experimenting according to the above-described embodiment of the present invention is that when a voltage of 60 volts is applied, a droplet moving speed of up to about 100 mm / s can be obtained, and at this time, the rotational speed per unit time of about 380 rpm. Could get

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 서로 다른 크기를 가진 미세입자를 분리하는 시간은 구동전압이 증가할수록 감소하나 60볼트 이상의 전압에서는 절연층 파괴가 발생하므로 60볼트로 구동전압을 인가하는 것이 바람직하다.In addition, as shown in FIG. 5, the time for separating fine particles having different sizes decreases as the driving voltage increases, but at 60 volts or more, the breakdown of the insulating layer occurs, so it is preferable to apply the driving voltage to 60 volts. .

도 6에 도시된 바와 같이 입자의 여과율 또는 여과속도는 액적의 이동속도에 비례하는 경향을 보이며, 도 7에 도시된 바와 같이 동일한 구동전압(60볼트)에서 액적 구동시간(회전수)에 따른 입자 여과율은 액적 구동시간에 따라 감소함을 알 수 있다. 다만 시간에 따라 입자 여과율의 증가 속도는 서서히 증가함을 알 수 있다.As shown in FIG. 6, the filtration rate or filtration rate of the particles tends to be proportional to the movement speed of the droplets, and as shown in FIG. 7, the particles according to the droplet driving time (rotational speed) at the same driving voltage (60 volts). It can be seen that the filtration rate decreases with the droplet driving time. However, it can be seen that the rate of increase of the particle filtration rate gradually increases with time.

이상 본 발명의 일 양상인 액적의 젖음성 변화장치에 대한 설명이다.The above is a description of the wettability change apparatus of the droplets which is an aspect of the present invention.

이하 본 발명의 다른 양상인 미세입자 분리장치에 대해서 설명한다.Hereinafter, a microparticle separation device which is another aspect of the present invention will be described.

도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 미세입자 분리 장치는 제1,2전극층(100a,100b) 및 절연층(200)으로 구비된 유체채널(500)을 포함한다. 유체채널(500)에는 서로 다른 크기의 입자(310)를 포함하는 액적(300)이 투입되며, 액적(300)이 전압의 인가에 따라 일측 방향으로 이동함으로써 미세입자를 이동시키고 이에 따라 미세입자가 질량별로 분리된다. 질량별로 분리된 미세입자는 액적(300)의 이동에 의해서 유체채널(500)에 연결된 가지채널(600)로 이동되어 결국 미세입자를 크기별로, 질량별로 분리할 수 있다.As shown in FIG. 8, the apparatus for separating fine particles according to the present invention includes a fluid channel 500 including first and second electrode layers 100a and 100b and an insulating layer 200. The droplet 300 including particles 310 having different sizes is introduced into the fluid channel 500, and the droplet 300 moves in one direction according to the application of a voltage, thereby moving the microparticles, thereby allowing the microparticles to move. Separate by mass. The microparticles separated by mass are moved to the branch channel 600 connected to the fluid channel 500 by the movement of the droplet 300, so that the microparticles can be separated by size and by mass.

유체채널(500)은 원형으로 형성되는 것이 바람직하며 도 2에 도시된 유리기판(20a,20b), 전극층(100), 절연막(200), 및 소수막(400)으로 구성된다. 소수막(400) 사이에 제공된 액적(300)이 전압의 인가에 따라 도 8에 도시된 유체채널을 따라 회전하며 이에 따라 미세입자가 회전하면서 분리된다. The fluid channel 500 is preferably formed in a circular shape and is composed of the glass substrates 20a and 20b, the electrode layer 100, the insulating film 200, and the hydrophobic film 400 shown in FIG. 2. The droplet 300 provided between the hydrophobic films 400 rotates along the fluid channel shown in FIG. 8 in response to the application of a voltage, whereby the fine particles rotate and separate.

미세입자가 분리되는 방식을 좀 더 자세히 설명하면, 먼저 유입구(inlet)를 통해 액적(300) 및 입자(310)가 유체채널 내로 주입된다. 이때 액적(300)의 이동에 의해 입자(310)가 이동함으로 입자(310)의 위치는 액적(300)이 이동하는 방향의 전면에 위치하는 것이 바람직하다. 전압의 인가에 따라 액적(300)이 이동하면 이동 방향(전면)에 놓인 분리하고자 하는 입자(310)도 이동하며 따라서 원형인 유체채널을 따라 입자가 회전을 하게 된다. 도면에서는 시계방향으로 입자가 회전을 한다. 액적의 회전으로 입자의 회전을 하게 되고, 원심력에 의해서 미세입자가 질량별로 분리된다. 예를 들어, 입자의 회전 중심으로부터 질량이 작은 입자부터 큰 입자 순으로 하여 미세입자가 층을 이루어서 분리된다. 즉, 미세입자가 질량별로 재배치된다. 이때 가지채널(600)의 직경에 상당하는 미세입자(310)가 액적(300)에 의해서 회전하면서 가지채널(600)로 유입되어 분리되게 된다. In more detail, the manner in which the fine particles are separated, the droplet 300 and the particles 310 are first injected into the fluid channel through the inlet (inlet). At this time, the particle 310 is moved by the movement of the droplet 300, the position of the particle 310 is preferably located in the front of the direction in which the droplet 300 moves. When the droplet 300 moves according to the application of the voltage, the particles 310 to be separated also move in the moving direction (front), and thus the particles rotate along the circular fluid channel. In the figure, the particles rotate clockwise. The rotation of the droplets causes the particles to rotate, and the fine particles are separated by mass by centrifugal force. For example, the fine particles are separated in a layer from the smallest mass to the largest particles from the rotational center of the particles. That is, the fine particles are rearranged by mass. At this time, the fine particles 310 corresponding to the diameter of the branch channel 600 is introduced into the branch channel 600 while being rotated by the droplet 300 to be separated.

본 발명의 실시예에 따른 가지채널(600)은 유체채널의 일측에 형성된다. 본 발명의 일실시예에서는 유체채널(500)과 동일한 구성을 나타낼 수 있다. 도면에서는 입자의 회전중심에 가까운 유체채널(500)의 측면에 형성된다. 회전중심에 상대적으로 질량이 작은 입자가 위치하기 때문에 즉, 입자가 회전하면 원심력에 의해서 회전 중심에서 가까운 쪽에는 질량이 작은 입자가 먼 쪽에는 질량이 큰 입자가 회전을 하게 되기 때문에, 가지채널(600) 가까이에서 회전하는 상대적으로 작은 입자가 액적의 회전운동에 기인하여 가지채널(600)로 유입되어 분리될 수 있다. 한편, 가지채널(600)이 회전중심에서 먼 유체채널의 측면에 형성될 경우, 상대적으로 회전중심에서 먼곳에서 회전하는 큰 입자가 액적의 회전운동에 기인하여 가지채널로 유입되어 분리될 수 있다.Branch channel 600 according to an embodiment of the present invention is formed on one side of the fluid channel. In one embodiment of the present invention it can represent the same configuration as the fluid channel (500). In the figure is formed on the side of the fluid channel 500 near the center of rotation of the particles. Because small particles are located at the center of rotation, that is, when the particles rotate, the small-mass particles rotate near the center of rotation by the centrifugal force, and the larger particles rotate on the far side. Relatively small particles rotating near 600 may enter and separate the branch channel 600 due to the rotational motion of the droplets. On the other hand, when the branch channel 600 is formed on the side of the fluid channel far from the center of rotation, relatively large particles that rotate relatively far from the center of rotation can be separated into the branch channel due to the rotational movement of the droplets.

한편, 입자의 회전에 의해서 입자가 질량별로 또는 크기별로 분리되지 않더라도, 가지채널의 직경을 조절하면, 예를 들어 가지체널의 직경을 작게하여, 일정 직경 이하의 입자만이 회전하면서 가지채널로 유입되도록 할 수 있다.On the other hand, even if the particles are not separated by mass or size by the rotation of the particles, by adjusting the diameter of the branch channel, for example, by reducing the diameter of the branch channel, only particles of a certain diameter or less flow into the branch channel while rotating. You can do that.

본 발명의 다른 실시예에서는 가지채널(600)을 상술한 유체채널(500)과 동일하게 구성하지 않고 분리하고자 하는 입자의 직경에 상응하는 입구 크기를 가지도록 함으로써 입자의 회전에 따라 분리되도록 할 수 있다.  In another embodiment of the present invention, the branch channel 600 may not be configured in the same manner as the fluid channel 500 described above, but may have the inlet size corresponding to the diameter of the particle to be separated, thereby separating the branch channel 600 according to the rotation of the particle. have.

이때, 미세입자의 크기가 서로 다른 2개인 경우에는 하나의 가지채널을 구비함으로써 서로 다른 크기별로 분리할 수 있다. 그러나 분리하고자 하는 미세입자의 크기가 3개 이상인 경우에는 필요에 따라 가지채널 수를 더 구비할 수 있다. 이때 더 추가되는 가지채널의 직경은 분리하고자 하는 미세입자의 크기를 고려하여 정할 수 있다. 이러한 가지채널(600)은 유체채널(500) 기준으로 내부에 있을 수도 있고 외부에 있을 수도 있다.In this case, when the sizes of the two microparticles are different from each other, one branch channel may be provided to separate the particles by different sizes. However, when the size of the microparticles to be separated is three or more, the number of branch channels may be further provided as necessary. At this time, the diameter of the branch channel further added may be determined in consideration of the size of the fine particles to be separated. The branch channel 600 may be internal or external to the fluid channel 500.

도 9에는 미세입자가 받는 원심력을 도시하였다. 질량(m)을 갖는 입자는 이보다 더 큰 질량(M)을 갖는 입자에 비해 원심력이 작다. 따라서 작은 질량(m)을 갖는 입자는 원의 중심 쪽에 가깝게 분리되고, 큰 질량(M)을 갖는 입자는 작은 질량(m)을 갖는 입자보다 원의 중심에서 멀어져 원심분리될 수 있음을 알 수 있다.9 illustrates the centrifugal force received by the microparticles. Particles with mass (m) have a lower centrifugal force than particles with mass (M). Therefore, it can be seen that particles having a small mass (m) are separated closer to the center of the circle, and particles having a large mass (M) can be centrifuged farther from the center of the circle than particles having a small mass (m). .

상술한 액적 젖음성 변화 장치 및 미세입자 분리 장치는 MEMS 기술을 이용하여 초소형으로 제작이 가능하며, 따라서 랩온칩(Lab-on-a chip) 소자를 구현할 수 있다.The above-described droplet wettability changing device and microparticle separation device can be manufactured in a very small size using MEMS technology, and thus can implement a lab-on-a chip device.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시 예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments but may be implemented in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.

10 전극 20a, 20b 유리기판
100 전극층 100a 제1전극층
100b 제2전극층 200 절연층
300 액적 310 입자
310' 분리된 입자 400 소수막
410 제1소수막 420 제2소수막
500 유체채널 600 가지채널10 electrode 20a, 20b glass substrate
100 electrode layer 100a first electrode layer
100b second electrode layer 200 insulation layer
300 droplets 310 particles
310 'separated particles 400 hydrophobic membrane
410 First Small Film 420 Second Small Film
500 fluid channels 600 channels

Claims (14)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 이격되어 구비되는 복수의 제1전극층, 상기 복수의 제1전극층의 일측에 형성되는 절연층, 제2전극층을 포함하는 원형의 유체채널; 그리고,
상기 유체채널의 일측에 연결된 가지채널을 포함하고,
상기 유체채널은, 상기 복수의 제1전극층 및 제2전극층 사이에 인가되는 전압을 스위칭함에 따라 상기 절연층과 상기 제2전극층 사이에 위치하는 액적을 순환시키도록 구성되고,
상기 액적에 의해 밀려져서 상기 유체채널을 따라 순환한 입자들은 상기 가지채널로 유입되어 질량에 따라 분리되는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치.
A circular fluid channel including a plurality of first electrode layers spaced apart from each other, an insulating layer formed on one side of the plurality of first electrode layers, and a second electrode layer; And,
It includes a branch channel connected to one side of the fluid channel,
The fluid channel is configured to circulate droplets located between the insulating layer and the second electrode layer by switching voltages applied between the plurality of first and second electrode layers.
Particles pushed by the droplets and circulated along the fluid channel flows into the branch channel, the particle separation device, characterized in that separated by mass.
삭제delete 제7항에 있어서,
상기 전압의 크기 또는 스위칭 속도에 따라 상기 액적이 일측으로 이동하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치.
The method of claim 7, wherein
Particle separation apparatus, characterized in that the droplet moves to one side according to the magnitude or switching speed of the voltage.
제7항에 있어서
상기 입자는 상기 액적과 섞이지 않으며, 서로 다른 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치.
The method of claim 7, wherein
The particles do not mix with the droplets, characterized in that the particle separation device having a different size.
제10항에 있어서,
상기 유체채널을 원형으로 형성함으로써 원심력에 의해 상기 입자를 크기에 따라 분리시키는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치.
The method of claim 10,
Particle separation apparatus, characterized in that for separating the particles according to the size by the centrifugal force by forming the fluid channel in a circular shape.
제11항에 있어서,
상기 가지채널은 상기 액적의 이동에 따라 회전하는 상기 입자가 서로 분리되도록 상기 입자의 크기에 상응하는 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치.
12. The method of claim 11,
And the branch channel has a diameter corresponding to the size of the particles so that the particles that rotate as the droplet moves are separated from each other.
제7항에 있어서,
상기 입자는 소수성인 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치.The method of claim 7, wherein
Particle separation apparatus, characterized in that the particles are hydrophobic. 제7항, 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 입자 분리 장치를 이용하여 입자들을 분리하는 입자 분리 방법으로서,
상기 유체채널에 상기 액적과 상기 입자들을 투입한 후, 상기 복수의 제1전극에 인가되는 전압을 스위칭하여 상기 액적을 상기 유체채널을 따라 순환시키는 단계; 그리고
상기 액적에 밀려서 상기 원형의 유체채널을 따라 순환한 입자들이 상기 가지채널로 유입되어 상기 입자들이 질량에 따라 분리되는 단계를 포함하는 입자 분리 방법.A particle separation method for separating particles by using the particle separation device according to any one of claims 7 and 9 to 13.
Injecting the droplets and the particles into the fluid channel and circulating the droplets along the fluid channel by switching voltages applied to the plurality of first electrodes; And
And particles circulated along the circular fluid channel by being pushed by the droplets into the branch channel to separate the particles according to mass.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008137003A (en) * 2006-11-30 2008-06-19 Palo Alto Research Center Inc Method for treating particle in liquid and method for forming spiral separation device
JP2009162580A (en) * 2007-12-28 2009-07-23 Shimadzu Corp Liquid drop manipulator and liquid drop manipulating method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008137003A (en) * 2006-11-30 2008-06-19 Palo Alto Research Center Inc Method for treating particle in liquid and method for forming spiral separation device
JP2009162580A (en) * 2007-12-28 2009-07-23 Shimadzu Corp Liquid drop manipulator and liquid drop manipulating method

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LAB CHIP,2007 *
LAB CHIP,2011 *

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