KR101508317B1 - 소수도 가변재질기반 미세유동채널 및 그 제작방법 - Google Patents

소수도 가변재질기반 미세유동채널 및 그 제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 제작하고자 하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 형상을 설계하는 설계단계; 상기 설계단계에서 설계된 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 투과성을 변경하기 위하여 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 일정영역에 패턴을 형성시키는 패턴영역 설정단계; 상기 패턴영역 설정단계에서 설정된 상기 패턴영역에 탄착 물질을 도포하는 도포단계; 및 상기 도포단계에서 도포된 상기 탄착 물질을 상기 패턴영역에 함침시키는 가열단계;를 포함하며, 복수개의 유체를 혼합하여 제공하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널 및 그 제작방법을 제공한다.

Description

소수도 가변재질기반 미세유동채널 및 그 제작방법{Microfluidic channel based material having variable hydrophobicity and production method thereof}
본 발명은, 소수도(hydrophobicity) 가변재질기반 미세유동채널 및 그의 제작방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 미세유동채널 영역 일부에 명도 또는 길이가 다른 패턴 영역을 형성하여 미세유동채널을 통과하는 유체의 투과성 및 유량을 제어할 수 있는 소수도 가변재질기반 미세유동채널 및 그의 제작방법에 관한 것이다.
마이크로채널, 미세유동칩 또는 종이기반 진단 장비의 채널을 제작하는 데 있어서, 채널 내에서 미세 유동의 제어는 다양한 미세 유체역학 시스템에서 필수적인 요소이며, 현재 기계적인 펌프 및 밸브, 전기 삼투현상, 전기화학적 방법을 이용한 미세 유동 제어방법이 연구되고 있다.
David J. Beebe 등은 소수성 SAM(self-assembled monolayer)을 포토패터닝(photopatterning) 등의 방법을 통해 미세유동채널 내에 패터닝함으로써 유동의 흐름을 제어할 수 있는 방법을 제시하였고(Zhao, B. et al., Science,1023(291) 2001), M.A. Burns 등은 미세유동채널의 일면에 소수성 물질을 패터닝하여 유동을 정지시키고, 나노리터 수준의 유체를 미터링할 수 있는 방법을 제시하였다(Handique, K. et al., Anal. Chem., 4100(72), 2000).
또한, 대한민국특허 공개번호 2004-013731호에는, 친수성 재료의 모세관 관벽에 소수성 물질 패턴을 부분적으로 형성시켜, 유체의 속력을 국부적으로 조절할 수 있는 유체 제어소자에 대하여 개시되어 있다.
그러나, 상기 연구들은 미세유동채널의 표면에 소수성 물질을 적절히 패터닝하여 유동을 제어하는 방법을 제시했다는 점에서 의미가 있으나, 채널의 일정 영역에 소수성 물질을 정밀하게 조절하여 패터닝 하는 것이 어렵고, 외부에서 펌프와 같은 장치로 인위적인 압력을 가해야 했다.
이에 따라, 종래에는 미세유동제어를 위하여 미세유동채널을 제작한 뒤에 소수성 물질을 패텅닝하는 작업을 추가로 진행해야만 했으며, 그 작업 또한 정밀하지 못하여 소형의 다기능 랩온어칩 및 질병진단장비 제작에 적용하는데 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 미세유동채널을 제작할 시에, 미세유동채널의 제작과정에서 미세유동채널을 통과하는 작동유체의 투과성 및 유량을 제어할 수 있는 소수도 가변재질기반 미세유동채널 및 그의 제작방법을 제공한다.
본 발명은 미세유동채널의 벽면 제작과 투과성 변경을 위한 공정이 분리되지 않고 한 번의 공정으로 미세유동채널의 벽면 제작과 투과성 변경을 동시에 진행할 수 있는 소수도 가변재질기반 미세유동채널 및 그의 제작방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 미세유동채널의 명도를 조절하여 왁스 등의 분사량을 정밀하게 조절하는 것에 의해 미세유동채널의 투과성을 제어할 수 있는 소수도 가변재질기반 미세유동채널 및 그의 제작방법을 제공한다.
본 발명은, 제작하고자 하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 형상을 설계하는 설계단계; 상기 설계단계에서 설계된 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 투과성을 변경하기 위하여 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 일정영역에 패턴을 형성시키는 패턴영역 설정단계; 상기 패턴영역 설정단계에서 설정된 상기 패턴영역에 탄착 물질을 도포하는 도포단계; 및 상기 도포단계에서 도포된 상기 탄착 물질을 상기 패턴영역에 함침시키는 가열단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 패턴영역 설정단계에서는, 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 투과성을 변경하기 위하여 상기 설계단계에서 형상화된 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널에 상기 패턴영역을 결정하고 상기 패턴영역에 소정값의 명도를 설정하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 패턴영역 설정단계에서는, 명도가 설정된 상기 패턴영역의 길이를 조절하여 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 투과율을 조절하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 패턴영역 설정단계에서 설정되는 상기 패턴영역의 명도값은, 상기 패턴영역의 폭방향 또는 길이방향을 따라 단계적 또는 연속적으로 변하도록 설정되는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 도포단계에서는, 상기 패턴영역 설정단계에서 명도 설정이 완료된 상기 패턴영역에 상기 탄착 물질을 도포하며, 상기 탄착 물질은 상기 패턴영역에 설정된 명도값에 따라 상기 패턴영역에 도포되는 양이 달라지는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 탄착 물질은, 파라핀 성분을 포함하는 왁스 또는 포토레지스트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가열단계는, 상기 패턴영역에 도포된 상기 탄착 물질을 녹여 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널에 형성된 기공 또는 상기 가변재질의 섬유소에 상기 탄착 물질이 모두 스며들게 하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 복수개의 유체를 혼합하여 제공하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널로서, 제1유체가 유입되는 제1유입단과, 상기 제1유입단과 연결되며, 서로 일정간격을 두고 이격되어 양 갈래로 분기되는 한 쌍의 제1분기단과, 상기 한 쌍의 제1분기단과 각각 연결되는 제1혼합단이 형성된 제1채널부; 및 상기 제1채널부와 대향하게 배치되며, 제2유체가 유입되는 제2유입단과, 상기 제2유입단과 연결되며, 상기 한 쌍의 제1분기단이 이격된 거리와 대응되는 거리만큼 이격되어 양 갈래로 분기되는 한 쌍의 제2분기단과, 상기 한 쌍의 제2분기단과 각각 연결되며, 상기 제1혼합단의 상부 또는 하부에 구비되는 제2혼합단이 형성된 제2채널부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 제1분기단 또는 상기 한 쌍의 제2분기단에는 탄착 물질이 도포 또는 함침된 패턴영역이 형성되는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 패턴영역은, 상기 한 쌍의 제1분기단 각각에 형성되거나 어느 하나에 형성되고, 상기 한 쌍의 제2분기단 각각에 형성되거나 어느 하나에 형성되는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 제1분기단 중 상기 패턴영역이 형성된 제1분기단은 상기 한 쌍의 제2분기단 중 상기 패턴영역이 형성되지 않은 제2분기단과 연결되고, 상기 한 쌍의 제2분기단 중 상기 패턴영역이 형성된 제2분기단은 상기 한 쌍의 제1분기단 중 상기 패턴영역이 형성되지 않은 제1분기단과 연결될 수 있다.
상기 제1혼합단이 상기 제1분기단에서 돌출되어 형성된 길이는 상기 제2혼합단이 제2분기단에서 돌출되어 형성된 길이와 다르게 형성된 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 탄착 물질은, 상기 한 쌍의 제1분기단 또는 상기 한 쌍의 제2분기단에 형성된 기공 또는 섬유소에 침투되어 유체 투과율을 변형시키는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 패턴영역은 상기 제1분기단 또는 상기 제2분기단 중 상기 패턴영역이 존재하지 않는 영역과 다른 명도값을 가지도록 형성된 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1채널부 및 상기 제2채널부는, 상기 패턴영역의 길이에 따라 상기 제1혼합단 또는 상기 제2혼합단에서 상기 제1유체와 상기 제2유체의 혼합비가 달라지도록 형성된 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 패턴영역은, 상기 제1분기단 또는 상기 제2분기단의 폭방향 또는 길이방향을 따라 단계적 또는 연속적으로 변하는 명도값을 가지는 것을 포함할 수 있다.
본 발명은, 소수도 가변재질기반 미세유동채널을 제작함과 동시에 유량제어를 위한 투과성 변경작업도 실시할 수 있으므로, 유량제어를 위해 불가피하게 소비되었던 시간, 비용 및 인력의 낭비를 줄일 수 있다.
본 발명은, 미세유동채널에 형성된 패턴의 명도값을 조절하여 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 투과성을 변경할 수 있으므로, 유체의 유량을 정밀하게 제어할 수 있다.
본 발명은, 밸브 또는 펌프 등과 같은 별도의 유량제어수단을 구비하지 않고도 간편하게 유량을 제어할 수 있다.
본 발명은, 유체가 갖는 물리적 특성과 명도값이 설정된 패턴영역을 이용하여 서로 다른 혼합비를 갖는 혼합유체를 복수개로 획득할 수 있고, 또한, 상기 패턴영역의 길이, 면적, 명도값의 변경에 의해 상기 혼합유체의 혼합비를 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소수도 가변재질기반 미세유동채널 제작방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 미세유동채널의 패턴영역에 설정되는 명도값에 의해 상기 패턴영역에 함침되는 탄착 물질의 액적수 및 부피 변화를 보여주는 실험결과 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 미세유동채널의 패턴영역에 설정되는 명도값과 상기 패턴영역의 길이변화에 따른 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 투과성 변화를 보여주는 실험결과 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 일례를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 분리 사시도이다.
도 6은 도 4에 도시된 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 평면도이다.
도 7의 (a) 및 (b)는 본 발명의 소수도 가변재질기반 미세유동채널 제작방법에 의해 제작된 미세유동채널의 패턴영역 명도값이 일정방향을 따라 단계적 또는 연속적으로 변하는 모습을 보여주는 사시도 및 평면도이다.
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 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.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 소수도 가변재질기반 미세유동채널 및 그의 제작방법이 상세하게 설명된다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 제작방법은, 제작하고자 하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 형상을 설계하는 설계단계(S10); 상기 설계단계(S10)에서 설계된 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 투과성을 변경하기 위하여 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 일정영역에 패턴을 형성시키는 패턴영역 설정단계(S20); 상기 패턴영역 설정단계(S20)에서 설정된 패턴영역에 탄착 물질을 도포하는 도포단계(S30); 및 상기 도포단계(S30)에서 도포된 탄착 물질을 상기 패턴영역에 함침시키는 가열단계(S40);를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 소수도 가변재질기반 미세유동채널에서 소수도 가변재질은 기공률(porosity) 또는 섬유소의 성질을 조절함에 따라 친수성 또는 소수성의 특성이 바뀔 수 있는 재질을 의미하며, 셀룰로오스 섬유소로 이루어진 종이가 그 대표적인 예라고 할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의 및 이해를 돕기 위해서 소수도 가변재질이 종이인 경우에 대해서 설명한다. 다만, 소수도 가변재질이 종이에 한정되는 것은 아님을 다시 한 번 밝혀둔다.
상기 설계단계(S10)는, 제작하고자 하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널의 형상을 디자인하는 단계이다. 상기 설계단계(S10)에서는, 컴퓨터를 이용한 공지의 디자인 설계 프로그램을 사용하여 제작하고자 하는 형상으로 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널을 디자인할 수 있으나, 이러한 방법에 한정되는 것은 아니다. 즉, 작업자의 손으로 직접 종이기반 미세유동채널을 형상을 디자인할 수도 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널을 형성하는 재질은 다공성을 갖는 종이로 사용되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고, 소수도의 조절에 따라 친수성 또는 소수성의 특성으로 변환될 수 있는 재질이면 다양한 재질이 사용될 수 있다.
상기 패턴영역 설정단계(S20)는, 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널의 유체 투과성을 변경하기 위하여 상기 설계단계(S10)에서 형상화된 미세유동채널의 특정 영역 또는 일부 영역에 패턴영역을 설정하고 상기 패턴영역의 명도를 다른 영역과 다르게 설정하는 단계이다.
상기 패턴영역 설정단계(S20)에서는, 명도가 달리 설정되는 상기 패턴영역의 길이 및 면적 등이 설정될 수 있다. 그리고, 상기 설계단계(S10)에서 사용된 디자인 설계 프로그램에 의하여 상기 패턴영역의 명도를 설정하거나 조절할 수 있고, 작업자의 수작업으로 패턴영역의 길이 및 면적 등이 설정될 수 있다. 그러나, 패턴영역을 정확하게 설정하기 위해서는 컴퓨터를 이용한 디자인 설계 프로그램을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 패턴영역의 명도를 조절하는 이유는 상기 도포단계(S30)에서 상기 패턴영역에 도포되는 탄착 물질의 양 또는 탄착 물질의 개수를 정밀하게 조절하기 위함이다.
그리고, 상기 패턴영역 설정단계(S20)에서 설정되는 상기 패턴영역의 명도값은, 상기 패턴영역의 길이방향 또는 폭방향을 따라 연속적 또는 단계적으로 변하도록 설정될 수 있다.
즉, 도 7의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 설계단계(S10)에서 형상화된 Y자형 미세유동채널(10)에 형성된 패턴영역(P)의 명도값은 상기 미세유동채널(10)의 폭방향을 따라 농도 구배(gradient)를 가지도록 설정될 수 있다. 이와 같은 Y자형 미세유동채널(10)은 유체(염료, dye)의 순수한 확산(diffusion)만을 이용하여 농도 구배가 형성되기 때문에 기존의 Y자형 채널에 비해 짧은 거리에서 일정한 농도 구배를 만들 수 있고, 짧은 길이의 채널에서도 국소적인 부분에서만 농도 구배를 형성할 수 있다. 따라서, 상기 미세유동채널(10)의 하류부분에서 혼합비가 상이한 혼합유체를 획득할 수 있고, 또한, 전술한 바와 같이 미세유동채널(10)의 국속적인 부분에서 농도 구배를 형성할 수 있기 때문에, 미세유동채널의 짧은 구간에서도 혼합비가 상이한 혼합유체를 획득할 수 있다.
상기 도포단계(S30)는, 상기 패턴영역 설정단계(S20)에서 명도 설정이 완료된 패턴영역에 탄착 물질을 인쇄 또는 도포하는 단계이다. 만약, 상기 패턴영역에 탄착 물질을 인쇄하는 경우에는 프린터와 같은 인쇄기기가 사용될 수 있다. 즉, 상기 인쇄기기는 패턴영역에 인쇄되는 상기 탄착 물질을 내장하고 있으며, 상기 설계단계(S10)에서 디자인된 미세유동채널을 인쇄하여 채널을 형성함과 동시에 명도 조절 또는 설정이 완료된 상기 패턴영역에 탄착 물질을 분사 또는 도포할 수 있다.
참고로, 본 발명의 실시예에서는, 인쇄기기에 의해 상기 설계단계(S10)에서 디자인된 종이기반 미세유동채널이 종이 또는 소수도 가변재질에 인쇄 또는 도포되고, 또한, 패턴영역에 탄착물질이 인쇄 또는 도포되는 것으로 설명되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 작업자가 수작업으로 페인팅 도구를 이용하여 상기 패턴 영역에 탄착 물질을 칠하거나 도포할 수도 있다. 다만, 상기 패턴영역 설정단계(S20)에서 설정된 패턴영역의 명도값에 따라 상기 패턴 영역에 인쇄 또는 도포되는 탄착 물질의 량을 정확하게 조절하기 위해서는 컴퓨터를 기반으로 한 인쇄기기를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 탄착 물질은, 후술할 상기 가열단계(S40)에서 상기 패턴영역 내에서 녹아 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널에 형성된 기공 또는 섬유소에 스며들어 상기 패턴영역의 유체 투과성을 조절할 수 있으며, 상기 패턴영역에 설정된 명도값에 따라 상기 패턴영역에 도포되는 탄착 물질의 양 또는 개수가 달리질 수 있다.
여기서, 상기 탄착 물질로는 파라핀 성분을 포함하는 왁스(wax)가 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 빛과 반응하여 화학적 변화를 일으키는 포토레지스트(Photo resist)도 사용될 수 있으며, 전술한 바와 같이, 열에 의해 녹을 수 있고 소수도 가변재질 또는 종이 등에 있는 기공 또는 섬유소에 스며들어 소수도 가변재질 또는 종이의 유체 투과성을 제어할 수 있는 물질이라면 다양한 물질이 사용될 수 있다.
참고로, 상기 탄착 물질은, 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널의 재질에 따라 소수성 또는 친수성 성질을 갖는 물질이 사용될 수 있다. 만약, 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널이 소수성 성질을 갖는다면, 상기 탄착 물질은 친수성 성질을 갖는 것이 바람직하고, 반대로, 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널이 친수성 성질을 갖는다면, 상기 탄착 물질은 소수성 성질을 갖는 것이 바람직하다.
그리고, 도 2는, 상기 패턴영역에 설정되는 명도값에 의해 상기 패턴영역에 함침되는 탄착 물질의 액적수 및 질량 변화를 보여주는 실험결과 그래프이다. 참고로, 상기 실험결과 그래프는 상기 탄착 물질이 왁스로 사용되었을 때의 결과를 보여준다.
도 2에서 X축은 패턴영역의 명도(Brightness)를 나타내는데, 검정색의 명도값이 0이고 흰색의 명도값이 1이다. 또한, Y축은 탄착되는 왁스 액적의 개수 또는 왁스의 질량을 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 패턴영역의 명도값이 낮아질수록(즉, X축을 따라 좌측으로 갈수록), 즉, 상기 패턴영역이 어두워 질수록 상기 패턴영역에 형성되는 왁스의 액적수 및 질량이 증가되는 것을 확인할 수 있다.
그리고, 도 3은, 상기 패턴영역에 설정되는 명도값과 상기 패턴영역의 길이변화에 따른 소수도 가변재질 또는 종이기반 미세유동채널의 유체 투과성 변화를 보여주는 실험결과 그래프이다. 참고로, 상기 패턴영역이 형성되지 않은 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반미세유동채널의 투과성을 1이라고 가정한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 소수도 가변재질 또는 종이기반 미세유동채널에 형성되는 패턴영역의 길이가 길어지고(도 3의 좌측 Y축 참조), 상기 패턴영역에 설정되는 명도값이 낮아질수록(도 3의 X축 참조) 소수도 가변재질 종이기반 미세유동채널의 유체 투과성이 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 도 3에서 우측 Y축 값은 채널의 투과성을 의미한다.
이에 따라, 미세유동채널 중에서 명도값이 다르게 설정된 패턴영역의 길이가 증가할수록, 상기 패턴영역에 설정되는 명도값이 작아질수록 유량은 감소되는 것을 도 3의 실험결과 그래프로 확인할 수 있다. 이와 같이, 패턴영역의 길이가 증가하거나 패턴영역에 설정되는 명도값이 작을수록 패턴영역에 탄착되는 물질의 양이 증가하고 그에 따라 소수도 가변재질의 기공에 흡수되는 탄착 물질 또는 섬유소에 흡수되는 탄착 물질의 양이 증가하게 되므로 패턴영역의 투과율(permeability)도 작아지게 되고 그 결과 패턴영역을 통과하는 작동 유체의 유량도 감소된다.
또한, 상기 패턴영역에 설정되는 명도값은, 전술한 바와 같이, 상기 패턴영역의 길이방향 또는 폭방향을 따라 연속적 또는 단계적으로 변하도록 설정될 수 있기 때문에, 상기 패턴영역에 탄착되는 물질의 양 또한 명도값 구배(gradient)에 대응되어 달라질 수 있다.
상기 가열단계(S40)는, 상기 도포단계(S30)에서 상기 탄착 물질이 도포된 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널을 가열하는 가열단계(S40)이다. 즉, 상기 가열단계(S4O)에서는 상기 패턴영역에 도포된 탄착 물질을 녹여 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널의 기공 또는 셀룰로오스 섬유소에 상기 탄착 물질이 스며들게 함으로써 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널의 투과율을 조절할 수 있다.
상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널을 가열하는 수단으로는, 복사열 등을 이용한 공지의 히팅장치가 사용될 수 있으며, 가열 온도 및 가열 시간은 상기 탄착 물질이 완전히 녹아 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널의 기공에 모두 스며들 수 있을 정도로 설정되는 것이 바람직하다.
이하, 상기와 같은 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널 제작방법에 의해 제작된 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널(100)을 설명한다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널(100)은, 서로 동일한 형상을 갖는 제1채널부(110) 및 제2채널부(120)가 서로 대향하게 배치되어 미세유동채널의 유동방향 일단이 적층된 구조 내지 상하로 형성된 구조를 가질 수 있다.
상기 제1채널부(110)와 상기 제2채널부(120)를 포함하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널(100)은, 각각 공급된 두 개의 작동유체를 혼합시킬 수 있는 구조를 가진다.
참고로, 본 발명에 따른 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널(100)은, 유체가 유입되는 채널부의 개수에 대응되어 두 개 이상의 유체가 혼합될 수 있는 구조를 가질 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는, 상기 제1채널부(110)와 상기 제2채널부(120)에 의해 두 개의 유체가 혼합되는 것으로 설명된다.
상기 제1채널부(110)는, 제1유체가 유입되는 제1유입단(111); 상기 제1유입단(111)과 연결되며, 서로 일정간격을 두고 이격되어 양 갈래로 분기되는 한 쌍의 제1분기단(113); 및 상기 한 쌍의 제1분기단(113)과 각각 연결되는 제1혼합단(115)을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제2채널부(120)는, 제2유체가 유입되는 제2유입단(121); 상기 제2유입단(121)과 연결되며, 서로 일정간격을 두고 이격되어 양 갈래로 분기되는 한 쌍의 제2분기단(123); 및 상기 한 쌍의 제2분기단(123)과 각각 연결되며, 상기 제1혼합단(115)의 상부 또는 하부에 구비되는 제2혼합단(125);을 포함할 수 있다.
상기 제1유입단(111)과 상기 제2유입단(121)은 제1유체 및 제2유체가 투입될 수 있는 공간영역을 제공한다.
그리고, 상기 제1유입단(111) 및 제2유입단(113)과 각각 연결되는 제1분기단(113) 및 제2분기단(123)은, 전체적으로 ㄷ자 형상을 가지며, 상기 제1유입단(111)을 통해 유입된 제1유체 및 상기 제2유입단(121)을 통해 유입된 제2유체가 각각 유동되는 경로를 제공할 수 있다.
상기 제1혼합단(115) 및 제2혼합단(125)은 제1유체 및 제2유체가 혼합되는 영역을 제공할 수 있다.
그리고, 상기 한 쌍의 제1분기단(113) 또는 상기 한 쌍의 제2분기단(123)에는 탄착 물질이 함침된 패턴영역(P)이 형성될 수 있다.
상기 패턴영역(P)은, 미세유동채널을 통과하는 상기 제1유체 또는 상기 제2유체의 유량을 제어하기 위하여 상기 제1분기단(113) 또는 상기 제2분기단(123)에 형성되는 부분으로서, 상기 제1분기단(113) 또는 상기 제2분기단(123)의 투과율을 변경할 수 있다. 그리고, 상기 패턴영역(P)이 상기 제1분기단(113) 또는 상기 제2분기단(123)에서 차지하는 면적, 길이 또는 형상은 다양하게 조절될 수 있다. 상기 패턴영역(P)은 미세유동채널의 다른 부분에 비해서 다른 명도값을 가지도록 형성될 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1분기단(113) 또는 상기 제2분기단(123)의 폭방향 또는 길이방향을 따라 연속적 또는 단계적으로 변하는 명도값을 가질 수 있다.
그리고, 상기 패턴영역(P)은, 상기 한 쌍의 제1분기단(113) 각각에 형성될 수 있고, 또는 상기 한 쌍의 제1분기단(113) 중 어느 하나에 형성될 수 있다.
이와 마찬가지로 상기 패턴영역(P)은, 상기 한 쌍의 제2분기단(123) 각각에 형성될 수 있고, 또는, 상기 한 쌍의 제2분기단(123) 중 어느 하나에 형성될 수 있다.
여기서, 상기 패턴영역(P)이 상기 한 쌍의 제1분기단(113) 중 어느 하나에 형성되고, 상기 한 쌍의 제2분기단(123) 중 어느 하나에 형성되는 경우에, 상기 패턴영역(P)이 형성된 제1분기단(113)은 상기 한 쌍의 제2분기단(123) 중 상기 패턴영역이 형성되지 않은 제2분기단(123)과 연결되고, 상기 한 쌍의 제2분기단(123) 중 상기 패턴영역(P)이 형성된 제2분기단(123)은 상기 한 쌍의 제1분기단(113) 중 상기 패턴영역(P)이 형성되지 않은 제1분기단(113)과 연결될 수 있다.
또한, 상기 패턴영역(P)이 상기 한 쌍의 제1 분기단(113) 중 어느 하나에만 형성되고 상기 한 쌍의 제2분기단(123) 중 어느 하나에만 형성되는 경우에, 상기 패턴영역(P)은 대칭적으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 패턴영역(P)이 형성되는 방법은, 상기에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널의 제작방법에서 설명되었으므로, 이하에서는 그 구체적인 설명은 생략한다.
그리고, 상기 패턴영역(P)에 함침되는 탄착 물질은, 전술한 바와 같이, 파라핀 성분을 포함하는 왁스나 빛과 반응하여 화학적 변화를 일으키는 포토레지스트(Photo resist) 등이 사용될 수 있으며, 열에 의해 녹을 수 있고 소수도 가변재질 또는 종이기반 재질에 형성된 기공에 스며들어 소수도 가변재질 또는 종이기반 재질의 투과성을 제어할 수 있는 물질이라면 다양한 물질이 사용될 수 있다.
참고로, 상기 탄착 물질은, 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널의 재질에 따라 소수성 또는 친수성 성질을 갖는 물질이 사용될 수 있다. 즉, 상기 제1채널부(110) 또는 제2채널부(120)가 소수성 성질을 갖는다면 상기 탄착 물질은 친수성 성질을 갖는 것이 바람직하고, 반대로 상기 제1채널부(110) 또는 제2채널부(120)가 친수성 성질을 갖는다면 상기 탄착 물질은 소수성 성질을 갖는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 가지는 소수도 가변재질기반 미세유동채널 또는 종이기반 미세유동채널(100)은, 명도값이 다르게 설정되거나 특정한 길이를 가지는 상기 패턴영역(P)에 의해 상기 제1분기단(113) 또는 상기 제2분기단(123)을 따라 흐르는 유체의 유량이 조절될 수 있으므로, 상기 제1혼합단(115)과 상기 제2혼합단(125)에 서로 다른 혼합비를 갖는 혼합유체를 각각 포집할 수 있다.
또한, 상기 패턴영역(P)이 형성되는 위치, 길이 또는 면적에 따라 상기 제1혼합단(115)과 상기 제2혼합단(125)에 포집되는 혼합유체의 혼합비를 조절할 수 있으므로, 사용자가 원하는 혼합비를 갖는 혼합유체를 포집할 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명에 따른 소수도 가변재질기반 미세유동채널 및 그의 제작방법에 의하면, 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 제작과 채널의 투과성 변경을 위한 공정이 분리되지 않고 한 번의 공정으로 채널 제작과 투과성 변경을 동시에 진행할 수 있다. 또한, 채널의 특정부위에 형성된 패턴영역의 명도를 조절하여 왁스 등 탄착 물질의 분사량을 정밀하게 조절함으로써 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 투과성을 제어할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 소수도 가변재질기반 미세유동채널
110 : 제1채널부 111 : 제1유입단
113 : 제1분기단 115 : 제1혼합단
120 : 제2채널부 121 : 제2유입단
123 : 제2분기단 125 : 제2혼합단
P : 패턴영역 S10 : 설계단계
S20 : 패턴영역 설정단계 S30 : 도포단계
S40 : 가열단계

Claims (16)

  1. 제작하고자 하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 형상을 설계하는 설계단계;
    상기 설계단계에서 설계된 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 투과성을 변경하기 위하여 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 일정영역에 패턴을 형성시키는 패턴영역 설정단계;
    상기 패턴영역 설정단계에서 설정된 상기 패턴영역에 탄착 물질을 도포하는 도포단계; 및
    상기 도포단계에서 도포된 상기 탄착 물질을 상기 패턴영역에 함침시키는 가열단계;를 포함하며,
    상기 패턴영역 설정단계에서는,
    상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 투과성을 변경하기 위하여 상기 설계단계에서 형상화된 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널에 상기 패턴영역을 결정하고 상기 패턴영역에 소정의 명도값을 설정하는 것을 특징으로 하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 제작방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴영역 설정단계에서는,
    명도가 설정된 상기 패턴영역의 길이를 조절하여 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 투과율을 조절하는 것을 특징으로 하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 제작방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 패턴영역 설정단계에서 설정되는 패턴영역의 명도값은,
    상기 패턴영역의 폭방향 또는 길이방향을 따라 단계적 또는 연속적으로 변하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 제작방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 도포단계에서는,
    상기 패턴영역 설정단계에서 명도 설정이 완료된 상기 패턴영역에 상기 탄착 물질을 도포하며,
    상기 탄착 물질은 상기 패턴영역에 설정된 명도값에 따라 상기 패턴영역에 도포되는 양이 달라지는 것을 특징으로 하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 제작방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 탄착 물질은 파라핀 성분을 포함하는 왁스 또는 포토레지스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 제작방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 가열단계는,
    상기 패턴영역에 도포된 상기 탄착 물질을 녹여 상기 소수도 가변재질기반 미세유동채널에 형성된 기공 또는 상기 가변재질의 섬유소에 상기 탄착 물질이 모두 스며들게 하는 것을 특징으로 하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널의 제작방법.
  8. 복수개의 유체를 혼합하여 제공하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널로서,
    제1유체가 유입되는 제1유입단과,
    상기 제1유입단과 연결되며, 서로 일정간격을 두고 이격되어 양 갈래로 분기되는 한 쌍의 제1분기단과,
    상기 한 쌍의 제1분기단과 각각 연결되는 제1혼합단이 형성된 제1채널부; 및
    상기 제1채널부와 대향하게 배치되며,
    제2유체가 유입되는 제2유입단과,
    상기 제2유입단과 연결되며, 상기 한 쌍의 제1분기단이 이격된 거리와 대응되는 거리만큼 이격되어 양 갈래로 분기되는 한 쌍의 제2분기단과,
    상기 한 쌍의 제2분기단과 각각 연결되며, 상기 제1혼합단의 상부 또는 하부에 구비되는 제2혼합단이 형성된 제2채널부;를 포함하며,
    상기 한 쌍의 제1분기단 또는 상기 한 쌍의 제2분기단에는 탄착 물질이 도포 또는 함침되되 소정의 명도값을 가지는 패턴영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 소수도 가변재질기반 미세유동 채널.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 패턴영역은,
    상기 한 쌍의 제1분기단 각각에 형성되거나 어느 하나에 형성되고, 상기 한 쌍의 제2분기단 각각에 형성되거나 어느 하나에 형성되는 것을 특징으로 하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제1분기단 중 상기 패턴영역이 형성된 제1분기단은 상기 한 쌍의 제2분기단 중 상기 패턴영역이 형성되지 않은 제2분기단과 연결되고,
    상기 한 쌍의 제2분기단 중 상기 패턴영역이 형성된 제2분기단은 상기 한 쌍의 제1분기단 중 상기 패턴영역이 형성되지 않은 제1분기단과 연결되는 것을 특징으로 하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1혼합단이 상기 제1분기단에서 돌출되어 형성된 길이는 상기 제2혼합단이 제2분기단에서 돌출되어 형성된 길이와 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 탄착 물질은,
    상기 한 쌍의 제1분기단 또는 상기 한 쌍의 제2분기단에 형성된 기공 또는 섬유소에 침투되어 유체 투과율을 변형시키는 것을 특징으로 하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 패턴영역은 상기 제1분기단 또는 상기 제2분기단 중 상기 패턴영역이 존재하지 않는 영역과 다른 명도값을 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1채널부 및 상기 제2채널부는, 상기 패턴영역의 길이에 따라 상기 제1혼합단 또는 상기 제2혼합단에서 상기 제1유체와 상기 제2유체의 혼합비가 달라지도록 형성된 것을 특징으로 하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 패턴영역은, 상기 제1분기단 또는 상기 제2분기단의 폭방향 또는 길이방향을 따라 단계적 또는 연속적으로 변하는 명도값을 가지는 것을 특징으로 하는 소수도 가변재질기반 미세유동채널.
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