KR101521879B1 - 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법 및 장치 - Google Patents

다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로플루이딕 채널에서 유속, 유량과 용액의 전기 전도도를 센싱하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중 분지형 채널의 각 분지 채널에 대한 유속을 실시간으로 센싱하는 한편, 현탁액 유동에 대한 유량과 용액의 전기 전도도를 센싱하는 방법과 장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명에서는 채널에서의 압력차와 유량사이의 관계, 다중 분지(multiple branch)에서의 유량분배 관계, 그리고 헬름홀쯔-스몰루초스키(Helmholtz-Smoluchowski: H-S)의 계면동전기(electrokinetic) 원리에 의한 흐름전위(streaming potential)를 적용하여, 다중 분지 채널에서 일정 시간에 대해 배출되는 유량의 직접 측정이 아닌 흐름전위차로부터 각각의 분지 채널에 대한 유속을 실시간으로 센싱할 수 있는 용액의 유동 특성 센싱 방법과 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명에서는 분지 채널에 따라 분산된 입자의 농도에 변화가 있게 되는 현탁액 유동의 경우는, 압력차와 유량분배 관계로부터 유량을 계산하고 흐름전위차를 측정하여 용액의 전기 전도도를 센싱하도록 구성할 수 있다.
그러므로, 본 발명에 따르면, 직선 채널뿐만 아니라 곡선 등 다양하고 복잡한 기하 구조의 채널에 대해서도 적용이 가능한 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법과 장치를 구현할 수 있다.

Description

다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법 및 장치{Method and apparatus for sensing the flow properties of solution in microfluidic channel having multiple branches}
본 발명은 마이크로플루이딕 채널에서 유속, 유량, 그리고 용액의 전기 전도도를 센싱하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중 분지형 채널의 각 분지 채널에 대한 유속을 실시간으로 센싱하는 한편, 현탁액 유동에 대한 유량과 용액의 전기 전도도를 센싱하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 계면동전기 흐름전위(electrokinetic streaming potential)에 관해서 많은 연구가 이루어졌는데, 그중에서, 전(Chun) 등[M.-S. Chun, T.S. Lee, N.W. Choi, "Microfluidic Analysis on Electrokinetic Streaming Potential Induced by Microflows of Monovalent Electrolyte Solution", J. Micromech. Microeng., 15, 710-719, 2005]은 계면동전기 유동장의 모델을 수립하고 수치계산을 실행하여 다중 채널에서 유량에 따른 흐름전위 값을 예측할 수 있는 기반을 구축하였다.
이를 토대로, 전(Chun) 등은 미세기전시스템(micro-electromechanical system, MEMS) 가공으로 폭이 수십 마이크로미터인 채널 수백개를 집적시킨 마이크로 칩에 증류수를 흘려서 외부저항에 따라 발생하는 흐름전위와 전류를 발생하는 장치[“Electrokinetic micro power cell using microfluidic-chip with multi-channel type”, 미국특허등록 제7,674,545호, 2010]를 개발하였고, 더욱 발전시켜 다수개의 마이크로 칩을 적층한 다수개의 셀을 직렬로 연결하여 흐름전위를 증폭시킨 장치[“병렬 다중 채널 방식의 실리콘 마이크로플루이딕 칩 및 상기 칩을 이용한 마이크로/나노 에너지 시스템”, 한국특허등록 제10-1050141호, 2011]를 개발한 바 있다.
마이크로플루이딕 칩 기술의 발달로 단순한 채널에서 점차 복잡한 구조로 변화되고 있는데, 본 채널(main channel)에서 분지 채널(branch channel)이 형성된 구조는 바이오 분석, 분리, sorting 등의 조작에 필수적으로 응용되고 있다.
더 나아가, 단일 분지 채널에서 다중 분지형(multiple branched) 마이크로플루이딕 채널의 기술적 수요가 높아지고 있어, 유속, 유량과 용액의 전기 전도도의 정량적 센싱 구현은 조작 및 운전뿐만 아니라, 설계와 제작 측면에서도 중요하게 대두되고 있다. 특히, 마이크로플루이딕 채널에서는 유체 흐름이 매우 적은 양이기 때문에, 종전의 압력계나 저울에 의한 유량측정 방식은 전압 및 전류에 의한 측정 방식에 비해 효율성, 정밀성, 응답성 측면에서 한계가 있다. 더욱이 직선 채널이 아닌 곡선 등 다양하고 복잡한 채널 구조에서도 적용할 수 있는 있는 센싱 방법이 필요하다.
미국특허등록 제7,674,545호 한국특허등록 제10-1050141호
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서는 미세유체공학(microfluidics)에 기반에 둔 마이크로플루이딕 칩, 랩온칩 등의 장치에 많이 적용되는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 단순 유체 유동에서의 유속 및 현탁액 유동에서의 유량과 용액의 전기 전도도를 정략적으로 센싱하는 방법에 있다. 또한 본 발명에서는 직선 채널뿐 아니라, 곡선 등 다양하고 복잡한 채널 구조에 적용가능한 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 유속과 유량, 그리고 용액의 전기 전도도를 센싱하는 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 단순 유체 유동인지 또는 현탁액 유동인지를 결정하는 단계; 결정된 유동의 종류에 따라 다음 (a) 또는 (b)를 선택적으로 수행하는 단계; (a) 현탁액 유동이 아닌 단순 유체 유동인 경우, 임의의 분지 채널에 대한 흐름전위차(ΔΦk)로부터 해당 분지 채널에 대한 유량(Qk)을 산출하는 단계; (b) 현탁액 유동인 경우, 첫번째 분지점에서 n개(n≥1)의 분지 채널 유출구까지의 압력차와 본 채널에서 서로 이웃하는 분지점 간의 유동저항(Rm k -1,k) 및 각 분지 채널에서의 유동저항(Rb k , k')에 대한 n개의 관계식, 첫번째 분지점에서 본 채널 유출구까지의 압력차와 본 채널에서 서로 이웃하는 분지점 사이의 유동저항(Rm k -1,k) 및 n번째 분지점에서 본 채널 유출구 사이의 유동저항(Rm n ,O)에 대한 관계식, 그리고 각 분지채널 유출구에서의 유량 및 본 채널 유출구에서의 유량과 본 채널 유입구에서의 유량과의 관계식을 포함하는 총 n+2개의 관계식으로부터 각 분지 채널 유출구에서의 유량(Qb k)과 본 채널 유출구에서의 유량(QO)을 산출하는 단계;를 포함하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법을 제공한다.
또한, 상기 단계 (a)에서는 임의의 분지점과 본 채널 유출구 간의 흐름전위차를 측정하여, 측정된 각각의 흐름전위차는 해당 분지점에서 분기하는 분지 채널에 대한 흐름전위차(ΔΦk)를 결정하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법을 제공한다.
또한, 단순 유체 유동인 경우, 상기 단계 (a)에서의 유량 산출은 하기 식(1)에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법을 제공한다.
Figure 112013109493565-pat00001
(여기서, φ는 계면동전기 효과로 유발된 흐름전위이고, ε는 용액의 유전상수(dielectric constant)이며, λ는 용액의 전기 전도도(electric conductivity)이고, ζ는 제타 전위이고, η는 용액의 점도)
또한, 상기 단계 (a)에서 산출된 유량으로부터 하기 식(2)에 따라 임의의 분지 채널에 대한 유속(vmk)을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법을 제공한다.
Figure 112013109493565-pat00002
또한, 현탁액 유동인 경우, 상기 단계(b)에서의 유량 산출은 하기 식(3)에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법을 제공한다.
Figure 112013109493565-pat00003
Figure 112013109493565-pat00004
,
Figure 112013109493565-pat00005
,
Figure 112013109493565-pat00006
(여기서, Rm 1 ,2, Rm 1 ,3 ... Rm 1 ,n, Rm n ,O 는 본 채널 상에서 서로 이웃하는 두 분지점 간의 유동저항이고, Rb 1 ,1', Rb 2 ,2' ... Rb n , n' 는 각 분지 채널에서의 유동저항, Qb 1 내지 Qb n 는 각 분지 채널에서의 유량, QO는 본 채널 상에서 유출구 유량, Q는 본 채널 유입구에서의 유량, ΔP는 첫번째 분지점에서 임의의 분지 채널까지의 압력차 또는 첫번째 분지점에서 본 채널 유출구까지의 압력차)
또한, 상기 단계 (b)에서는 임의의 분지점과 본 채널 유출구 간의 흐름전위차를 측정하여, 측정된 각각의 흐름전위차는 해당 분지점에서 분기하는 분지 채널에 대한 흐름전위차(ΔΦk)를 결정하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법을 제공한다.
또한, 현탁액 유동인 경우, 임의의 분지 채널에 대해 결정된 흐름전위차와, 상기 단계(b)에서 산출된 유량을 이용하여 상기 식(1)로부터 해당 분지채널에서의 전기 전도도(λk)를 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법을 제공한다.
한편, 본 발명에서는 현탁액 유동이 아닌 단순 유체 유동인 경우, 임의의 분지 채널에 대한 흐름전위차(ΔΦk)로부터 해당 분지 채널에 대한 유량(Qk)을 산출하는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법을 제공한다.
또한, 상기 단계 (a)에서는 임의의 분지점과 본 채널 유출구 간의 흐름전위차를 측정하여, 측정된 각각의 흐름전위차는 해당 분지점에서 분기하는 분지 채널에 대한 흐름전위차(ΔΦk)를 결정하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법을 제공한다.
또한, 단순 유체 유동인 경우, 상기 단계 (a)에서의 유량 산출은 하기 식(4)에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법을 제공한다.
Figure 112013109493565-pat00007
(여기서, φ는 계면동전기 효과로 유발된 흐름전위이고, ε는 용액의 유전상수(dielectric constant)이며, λ는 용액의 전기 전도도(electric conductivity)이고, ζ는 제타 전위이고, η는 용액의 점도)
또한, 상기 단계 (a)에서 산출된 유량으로부터 하기 식(5)에 따라 임의의 분지 채널에 대한 유속(vmk)을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법을 제공한다.
Figure 112013109493565-pat00008
한편, 본 발명에서는 현탁액 유동인 경우, 첫번째 분지점에서 n개(n≥1)의 분지 채널 유출구까지의 압력차와 본 채널에서 서로 이웃하는 분지점 간의 유동저항(Rm k -1,k) 및 각 분지 채널에서의 유동저항(Rb k , k')에 대한 n개의 관계식, 첫번째 분지점에서 본 채널 유출구까지의 압력차와 본 채널에서 서로 이웃하는 분지점 사이의 유동저항(Rm k -1,k) 및 n번째 분지점에서 본 채널 유출구 사이의 유동저항(Rm n ,O)에 대한 관계식, 그리고 각 분지채널 유출구에서의 유량 및 본 채널 유출구에서의 유량과 본 채널 유입구에서의 유량과의 관계식을 포함하는 총 n+2개의 관계식으로부터 각 분지 채널 유출구에서의 유량(Qb k)와 본 채널 유출구에서의 유량(QO)을 산출하는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법을 제공한다.
또한, 현탁액 유동인 경우, 상기 단계(b)에서의 유량 산출은 하기 식(6)에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법을 제공한다.
Figure 112013109493565-pat00009
Figure 112013109493565-pat00010
,
Figure 112013109493565-pat00011
,
Figure 112013109493565-pat00012
(여기서, Rm 1 ,2, Rm 1 ,3 ... Rm 1 ,n, Rm n ,O 는 본 채널 상에서 서로 이웃하는 두 분지점 간의 유동저항이고, Rb 1 ,1', Rb 2 ,2' ... Rb n , n' 는 각 분지 채널에서의 유동저항, Qb 1 내지 Qb n 는 각 분지 채널에서의 유량, QO는 본 채널 상에서 유출구 유량, Q는 본 채널 유입구에서의 유량, ΔP는 첫번째 분지점에서 임의의 분지 채널까지의 압력차 또는 첫번째 분지점에서 본 채널 유출구까지의 압력차)
또한, 상기 단계 (b)에서는 임의의 분지점과 본 채널 유출구 간의 흐름전위차를 측정하여, 측정된 각각의 흐름전위차는 해당분지점에서 분기하는 분지 채널에 대한 흐름전위차(ΔΦk)를 결정하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법을 제공한다.
또한, 현탁액 유동인 경우, 임의의 분지 채널에 대해 결정된 흐름전위차와, 상기 단계(b)에서 산출된 유량을 이용하여 상기 식(1)로부터 해당 분지채널에서의 전기 전도도(λk)를 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법을 제공한다.
한편, 본 발명에서는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널의 각 분지점과 본 채널 유출구 사이에 설치되어 각 분지점과 본 채널 유출구 간의 흐름전위차를 검출하도록 구성된 n개(n≥1)의 전압계와; 상기 n개의 전압계로부터 측정된 흐름전위차로부터 임의의 분지 채널에 대한 흐름전위차를 결정하고, 결정된 해당 분지 채널에 대한 흐름전위차로부터 채널 내 용액의 유동 특성을 센싱하도록 구성된 제어기;를 포함하고, 상기 제어기는 현탁액 유동이 아닌 단순 유체 유동인 경우, 임의의 분지 채널에 대한 흐름전위차(ΔΦk)로부터 해당 분지 채널에 대한 유량을 산출하며, 현탁액 유동인 경우, 첫번째 분지점에서 n개(n≥1)의 분지 채널 유출구까지의 압력차와 본 채널에서 서로 이웃하는 분지점 간의 유동저항(Rm k -1,k) 및 각 분지 채널에서의 유동저항(Rb k,k')에 대한 n개의 관계식, 첫번째 분지점에서 본 채널 유출구까지의 압력차와 본 채널에서 서로 이웃하는 분지점 사이의 유동저항(Rm k -1,k) 및 n번째 분지점에서 본 채널 유출구 사이의 유동저항(Rm n ,O)에 대한 관계식, 그리고 각 분지채널 유출구에서의 유량 및 본 채널 유출구에서의 유량과 본 채널 유입구에서의 유량과의 관계식을 포함하는 총 n+2개의 관계식으로부터 각 분지 채널 유출구에서의 유량(Qb k)와 본 채널 유출구에서의 유량(QO)을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 장치를 제공한다.
또한, 단순 유체 유동인 경우, 상기 제어부에서는 하기 식(7)에 따라 유량 산출이 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 장치를 제공한다.
Figure 112013109493565-pat00013
(여기서, φ는 계면동전기 효과로 유발된 흐름전위이고, ε는 용액의 유전상수(dielectric constant)이며, λ는 용액의 전기 전도도(electric conductivity)이고, ζ는 제타 전위이고, η는 용액의 점도)
또한, 단순 유체 유동인 경우, 상기 제어부에서는 산출된 유량을 이용하여 하기 식(8)에 따라 임의의 분지 채널에 대한 유속(vmk)을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 장치를 제공한다.
Figure 112013109493565-pat00014
또한, 현탁액 유동인 경우, 상기 제어부에서는 하기 식(9)에 따라 유량을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 장치를 제공한다.
Figure 112013109493565-pat00015
Figure 112013109493565-pat00016
,
Figure 112013109493565-pat00017
,
Figure 112013109493565-pat00018
(여기서, Rm 1 ,2, Rm 1 ,3 ... Rm 1 ,n, Rm n ,O 는 본 채널 상에서 서로 이웃하는 두 분지점 간의 유동저항이고, Rb 1 ,1', Rb 2 ,2' ... Rb n , n' 는 각 분지 채널에서의 유동저항, Qb 1 내지 Qb n 는 각 분지 채널에서의 유량, QO는 본 채널 상에서 유출구 유량, Q는 본 채널 유입구에서의 유량, ΔP는 첫번째 분지점에서 임의의 분지 채널까지의 압력차 또는 첫번째 분지점에서 본 채널 유출구까지의 압력차)
또한, 현탁액 유동인 경우, 상기 제어부에서는 임의의 분지 채널에 대해 결정된 흐름전위차와 기산출된 유량을 이용하여 상기 식(7)로부터 해당 분지채널에서의 전기 전도도(λk)를 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 방법은 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에 대해 종전의 압력계나 저울에 의한 유량측정 방식에 비해 효율성, 정밀성, 응답성 측면에서 훨씬 우수한 전압 및 전류에 의한 측정 방식으로 단순 유체 유동에서의 유속과 현탁액 유동에서의 유량과 용액의 전기 전도도를 센싱할 수 있다. 유속은 조작, 운전, 채널 설계 및 제작에 중요한 정보로 활용되고, 용액의 전기 전도도는 현탁액의 농도에 따라 결정되므로 현탁액의 농도에 대한 정보로 활용 가능하다.
본 발명에 따른 방법은 직선 채널뿐 아니라, 곡선 등 다양하고 복잡한 채널 구조에 적용가능하므로, 미세유체공학 및 이를 응용한 분야에 유용한 장치로서 활용될 수 있다.
도 1a 및 도1b는 본 발명에 따른 방법에 적용된 압력차, 유량, 그리고 헬름홀쯔-스몰루초스키 계면동전기 원리에 의한 흐름전위를 표시한 단일 채널과 분지형 채널에서의 유량분배 관계를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법에 적용된 본 채널과 n개의 다중 분지 채널에 대한 상세한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따라 유량 및 용액의 전기 전도도를 산출하는 방법의 순서를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 방법에 적용된 본 채널과 n개의 다중 분지 채널에서 흐름전위 측정을 위한 회로 연결을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라 산출된 각각의 분지 채널과 본 채널 유출구에서의 유량을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따라 산출된 각각의 분지 채널과 본 채널 유출구에서의 용액의 전기 전도도를 나타낸 그래프이다.
본 발명에 따른 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서의 용액 특성 방법 및 장치에서는 채널에서 압력차와 유량사이의 관계, 다중 분지(multiple branch)에서의 유량분배 관계, 그리고 헬름홀쯔-스몰루초스키(Helmholtz-Smoluchowski: H-S)의 계면동전기(electrokinetic) 원리에 의한 흐름전위(streaming potential)를 적용하여, 다중 분지 채널에서 일정 시간에 대해 배출되는 유량의 직접 측정이 아닌 흐름전위의 차이로부터 각각의 분지 채널에 대한 유속과 유량을 실시간으로 센싱할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
더 나아가, 본 발명에서는 다중 분지형 채널에서 위치가 다른 채널에 따라 분산된 입자의 농도에 변화가 있게 되는 현탁액 유동의 경우는, 압력차와 유량분배 관계로부터 각각의 분지 채널에 대한 유량을 계산하고 다중 분지에서의 흐름전위차 관계로부터 흐름전위차를 측정하여 각각의 채널에서의 용액의 전기 전도도를 센싱하도록 구성할 수 있다.
이를 통해 본 발명에 따른 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법 및 장치에서는, 직선 채널뿐만 아니라 곡선 등 다양하고 복잡한 기하 구조의 채널에 대해서도 적용이 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법 및 장치를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1a과 도 1b는 각각 단일 채널과 분지형 채널로 이루어진 마이크로플루이딕 채널을 도시하고 있는 것으로, 도 1a 및 도 1b와 같이, 마이크로플루이딕 채널에서 비압축성 유체가 본 채널 유입구(I)부터 본 채널 유출구(O)까지의 압력차에 의해 흐르는 경우, 수학식 1과 같이 압력차 △P는 유체의 유량 Q와 유동 저항(flow resistance) R에 해당한다.
Figure 112013109493565-pat00019
채널 단면의 폭이 W이고 높이가 H인 사각형인 경우, 수학식 2와 같이 유체의 유량 Q는 평균유속 v m과 단면적(즉, WH)의 곱이다.
Figure 112013109493565-pat00020
한편, 유동 저항 R은 유체의 점도가 η이고 채널 길이가 L이면, 수학식 3과 같이 주어진다.
Figure 112013109493565-pat00021
미세유체공학(microfluidics)은 마이크로플루이딕 칩 내에 형성된 마이크로플루이딕 채널을 통해 유체가 흐르는 기술을 다루는 분야로, 최근의 바이오멤스(bio-MEMS) 및 파워멤스(power-MEMS)에서 중요한 역할을 한다. 대부분의 마이크로플루이딕 채널은 표면이 하전되어 있고 유체는 이온을 포함하는 전해질 용액으로, 압력구배(pressure gradient)에 의해 흐르면 채널 벽면 근처에는 채널 벽면의 전하 부호와 반대인 상대이온(counter-ion)들의 밀도분포가 높아져, 드바이 층 (Debye layer)으로 불리는 전기이중층(electric double layer)이 형성된다. 상기 전기이중층 내의 상대이온들은 압력구배 방향으로의 흐름에 의해 흐름전류(streaming current)를 생성시키고, 채널의 업스트림(upstream)과 다운스트림(downstream) 간에는 공통이온(co-ion)과 상대이온들의 분포 차이에 의한 전위차로 인하여 흐름전위(streaming potential)가 발생한다.
아울러, 상대이온들이 다운스트림(downstream)에 계속 축적되면, 압력구배의 반대방향(즉, 유체 유동에 대하여 반대방향)으로 상대이온들이 이동하게 되어 전도전류(conduction current)가 유도된다. 이 경우, 정상상태에서 흐름전류와 전도전류의 총합은 0 (zero)으로서, 채널 내부에서의 전류는 보존된다. 한편, 일정한 단면을 갖는 직선 채널 내에 일정한 이온농도(즉, 이온화세기)를 갖는 전해질 용액이 흐르는 경우, 제타전위 ζ와 흐름전위 φ의 관계는 하기 수학식 4의 헬름홀쯔-스몰루초스키(H-S) 식으로 주어진다.
Figure 112013109493565-pat00022
상기 식에서, φ는 계면동전기 효과로 유발된 전위 즉, 흐름전위이고, ε는 용액의 유전상수(dielectric constant)로서 진공에서의 유전상수와 용액의 상대유전율(relative permittivity)과의 곱이며, λ는 전해질 용액의 전기 전도도(electric conductivity)이고, η는 전해질 용액의 점도이다.
한편, n개(n≥1)의 분지점을 갖는 다중 분지에서, 모든 채널의 유출구에서는 대기압 상태이므로, 임의의(k 번째) 분지점(branch point)에서부터 해당 분지 채널의 유출구까지의 유체의 압력차는 k 번째 분지점에서부터 k+1 번째 이후의 분지 채널들의 유출구까지의 유체의 압력차와 동일하다.
단순 유체 유동에서는 헬름홀쯔-스몰루초스키 원리에 의한 계면동전기 관계식에 의해 압력차 변화를 흐름전위차 변화로 놓을 수 있고, 다중 분지에서의 흐름전위차 관계식으로부터 유량을 산출할 수 있고, 이어서 유속도 산출된다.
현탁액 유동에서는 다중 분지에서의 압력차와 유량분배 관계에서 각각의 분지 채널에 대해 유도되는 압력차 관계식이 연립방정식으로 구성되어 행렬 계산을 적용하여 각각의 분지 채널에서의 유량을 산출할 수 있다. 한편, 다중 분지에서의 흐름전위차 관계식으로부터 각각의 분지 채널에서의 흐름전위차를 측정할 수 있다. 헬름홀쯔-스몰루초스키 원리에 의한 계면동전기 관계식에 의해 각각의 분지 채널에서 용액의 전기 전도도를 센싱할 수 있고, 용액의 전기 전도도는 입자 농도에 따라 결정되므로 분지 채널에 따라 분산된 입자의 농도 변화를 예측할 수 있다.
구체적으로, 도 2와 같이, 본 채널의 중심선 상에 위치하는 분지점 1, 2, ...n과 분지 채널의 유출구 1', 2'... n'로 이루어진 다수개의 분지를 갖는 다중 분지형 채널에서 모든 채널의 유출구에서는 대기압 상태이므로, 첫 번째 분지점에서 해당 분지 채널의 유출구까지의 유체의 압력차는 첫번째 분지점에서 첫번째 이후의 분지 채널들의 유출구(즉, 2', 3',...n')까지 혹은 본 채널 출구(즉, O)까지의 유체의 압력차와 동일하다. 이는 수학식 5와 같이 표현된다.
Figure 112013109493565-pat00023
수학식 5를 각각의 분지 채널에 대해 표현하면 수학식 6과 같다.
Figure 112013109493565-pat00024
Figure 112013109493565-pat00025
.......
Figure 112013109493565-pat00026

수학식 6에 의하면, 본 채널 상의 임의의 분지점(즉, k)과 해당 분지 채널 유출구(즉, k')에서의 압력차는 본 채널상의 해당 분지점(즉, k)부터 본 채널 유출구(즉, O)까지의 압력차의 합으로 구할 수 있다.
방법 1: 단순 유체 유동의 경우
기본적으로 본 채널과 분지 채널에는 동일한 용액이므로 유전상수가 일정하고 흐르는 용액의 점도는 물 수준으로서 점도 변화가 거의 없고, 전체 채널이 동일한 재질로 제작되었다면 제타전위 변화가 거의 없다. 한편, 단순 유체 유동에서는 전체 채널에서 용액의 전기 전도도 변화가 없으므로, 수학식 4에서 압력차 변화를 흐름전위차 변화로 놓을 수 있다. 그러면, 수학식 6은 수학식 7로 표현할 수 있다.
Figure 112013109493565-pat00027
Figure 112013109493565-pat00028
.......
Figure 112013109493565-pat00029

여기서, 상기 ΔΦ1,1' 내지 ΔΦn, n'은 각각의 분지 채널에 대한 흐름전위차를 의미하는 것으로, 임의의 k번째 분지 채널에 대한 흐름전위차는 ΔΦk로 표시할 수 있다.
수학식 7로부터 각각의 분지 채널에 대한 흐름전위차를 얻게 되면, 수학식 1과 4에 의해 유도된 수학식 8로부터 임의의 k번째 분지 채널에서의 유량을 산출할 수 있다.
Figure 112013109493565-pat00030
이어서 수학식 2와 4에 의해 유도된 수학식 9로부터 임의의 k번째 분지 채널에서의 유속을 산출할 수 있다.
Figure 112013109493565-pat00031
방법 2: 현탁액 유동의 경우
대부분의 마이크로 칩에 의한 분석, 분리 등에서는 수 나노미터 이상의 크기를 갖는 입자들이 낮은 농도로 분산되어 있는 현탁액 유동이다. 이 경우는 단순 유체 유동과 달리, 서로 다른 위치에 있는 분지 채널에 따라 분산된 입자의 농도에 변화가 있게 되므로 용액의 전기 전도도 변화가 있게 된다.
수학식 5에 의하면, 모든 채널의 유출구에서는 대기압 상태이므로 첫번째 분지점에서 k번째 분지 채널 유출구까지의 압력차(△P1 , k')는 본 채널에서의 압력차(△P1,k)와 분지 채널에서의 압력차(△Pk ,k’)의 합으로 구할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여, 본 발명의 방법에 관하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 채널 상에서 서로 이웃하는 두 분지점 사이의 압력차 △Pk -1,k (k = 2, 3,…, n)를 유량과 유동 저항으로 표현하면 수학식 10과 같다.
Figure 112013109493565-pat00032
k번째 분지 채널에서의 압력차 △Pk ,k’ (k = 1, 2,…, n)는 수학식 11과 같다.
Figure 112013109493565-pat00033
n개의 분지채널에 대해서는 수학식 12와 같이 n개의 수식으로 표현되며 △P1,k’는 일정하기 때문에 △P 로 표현할 수 있다.
Figure 112013109493565-pat00034
Figure 112013109493565-pat00035
.......
Figure 112013109493565-pat00036

본 채널 유출구에서의 압력차 △P1 ,O는 수학식 13과 같고, △P1 ,O도 △P 와 같다.
Figure 112013109493565-pat00037
본 채널 유입구에서의 유량(Q)는 n개의 분지채널 유출구에서의 유량과 본 채널 유출구에서의 유량의 합과 같으므로 수학식 14와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112013109493565-pat00038
따라서, 본 발명에 따른 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서의 용액 특성 검출 방법에서는, 현탁액 유동인 경우, 첫번째 분지점에서 n개의 분지 채널 유출구까지의 압력차와 본 채널에서 서로 이웃하는 분지점 간의 유동저항(Rm k -1,k) 및 각 분지 채널에서의 유동저항(Rb k , k')에 대한 n개의 관계식, 첫번째 분지점에서 본 채널 유출구까지의 압력차와 본 채널에서 서로 이웃하는 분지점 사이의 유동저항(Rm k -1,k) 및 n번째 분지점에서 본 채널 유출구 사이의 유동저항(Rm n ,O)에 대한 관계식, 그리고 각 분지채널 유출구에서의 유량 및 본 채널 유출구에서의 유량과 본 채널 유입구에서의 유량과의 관계식을 포함하는 총 n+2개의 관계식으로부터 각 분지 채널 유출구에서의 유량(Qb k)와 본 채널 유출구에서의 유량(QO)을 산출하도록 구성된다.
구체적으로, 상술한 바와 같은 수학식 12, 13, 14를 AX = B의 행렬로 구성하면 수학식 15와 같다.
Figure 112013109493565-pat00039
Figure 112013109493565-pat00040
,
Figure 112013109493565-pat00041

가우스 소거(Gauss elimination) 수치해법에 기반한 MatLab 프로그램으로 상기 수학식 15의 행렬 계산을 수행하여 각 분지 채널 유출구에서의 유량(Qb k)과 본 채널 유출구에서의 유량(Q0)을 산출한다.
한편, 수학식 7의 관계식에 의해 임의의 k번째 분지 채널에 대한 흐름전위차를 얻을 수 있고, 이로부터 수학식 16에서 각 분지채널에서의 전기 전도도를 산출할 수 있다.
Figure 112013109493565-pat00042
이상과 같은 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법을 구현하기 위한 장치로써, 도 4에서는 본 발명에 따른 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 장치의 구현예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 구현예에서는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 흐름전위차 측정을 위한 회로연결 및 측정된 흐름전위차로부터 유속, 유량, 용액의 전기 전도도와 같은 특성을 산출하기 위한 제어부(200)로 이루어진다.
특히, 도 4에서와 같이 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널의 각 분지점과 본 채널 유출구에는 전극(150)이 설치되어 있어 전압계(100)를 통해 각 분지점과 본 채널 유출구 간의 흐름전위차를 측정할 수 있도록 구성된다.
각 전압계(100)에서 검출된 흐름전위차는 제어부(200)로 입력되고, 입력된 각 분지점과 본 채널 유출구 간의 흐름전위차는 상기 수학식 7에서와 같이 각각의 분지 채널에 대한 흐름전위차로 결정되고, 이와 같이 결정된 각각의 분지 채널에 대한 흐름전위차로부터 채널 내 용액의 유동 특성을 센싱하도록 제어부(200)가 구성된다.
제어기에서의 구체적인 용액 특성 연산 과정은 상술한 과정과 같다.
도 5는 도 3에 나타낸 순서대로 수행하고 수학식 15를 이용하여 계산된 각각의 분지 채널과 본 채널 유출구에서의 유량 결과이다. 본 채널의 폭은 50 ㎛, 높이는 80 ㎛, 전체길이는 2 cm 이고, 분지 채널은 8개로서 각각의 폭은 50 ㎛, 높이는 80 ㎛, 길이는 0.8 cm, 분지 채널과 분지 채널 사이 및 마지막 분지 채널과 본 채널 유출구 사이의 간격은 모두 0.25 cm 이다. 본 채널에 유입되는 유량은 1과 4 ㎕/min 이다.
도 6은 앞서의 도 5와 같이 산출된 각각의 분지 채널과 본 채널 유출구에서의 유량과 도 5에 사용된 동일한 분지 채널에 대해 결정된 흐름전위차를 이용하여 수학식 16으로부터 산출된 용액의 전기전도도 결과이다. 여기서, 용액의 점도는 1 mPa·sec, 채널표면의 제타전위는 25.7 mV, 용액의 유전상수는 80×(8.854×10-12) C/(V·m) 로 하였다. 본 채널 유입구에서 멀어질수록 전기전도도는 증가함을 보이고 있다. 이러한 결과를 얻을 수 있는 본 발명은 미세유체공학 분야에 유용한 방법으로서 활용될 수 있다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 단순 유체 유동인지 또는 현탁액 유동인지를 결정하는 단계;
    결정된 유동의 종류에 따라 다음 (a) 또는 (b)를 선택적으로 수행하는 단계;
    (a) 현탁액 유동이 아닌 단순 유체 유동인 경우, 임의의 분지 채널에 대한 흐름전위차(ΔΦk)로부터 해당 분지 채널에 대한 유량(Qk)을 산출하는 단계;
    (b) 현탁액 유동인 경우, 첫번째 분지점에서 n개(n≥1)의 분지 채널 유출구까지의 압력차와 본 채널에서 서로 이웃하는 분지점 간의 유동저항(Rm k -1,k) 및 각 분지 채널에서의 유동저항(Rb k,k')에 대한 n개의 관계식, 첫번째 분지점에서 본 채널 유출구까지의 압력차와 본 채널에서 서로 이웃하는 분지점 사이의 유동저항(Rm k-1,k) 및 n번째 분지점에서 본 채널 유출구 사이의 유동저항(Rm n,O)에 대한 관계식, 그리고 각 분지채널 유출구에서의 유량 및 본 채널 유출구에서의 유량과 본 채널 유입구에서의 유량과의 관계식을 포함하는 총 n+2개의 관계식으로부터 각 분지 채널 유출구에서의 유량(Qb k)과 본 채널 유출구에서의 유량(QO)을 산출하는 단계;
    를 포함하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계 (a)에서는 임의의 분지점과 본 채널 유출구 간의 흐름전위차를 측정하여, 측정된 각각의 흐름전위차는 해당 분지점에서 분기하는 분지 채널에 대한 흐름전위차(ΔΦk)를 결정하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    단순 유체 유동인 경우, 상기 단계 (a)에서의 유량 산출은 하기 식(1)에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법.
    Figure 112013109493565-pat00043

    (여기서, φ는 계면동전기 효과로 유발된 흐름전위이고, ε는 용액의 유전상수(dielectric constant)이며, λ는 용액의 전기 전도도(electric conductivity)이고, ζ는 제타 전위이고, η는 용액의 점도)
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 단계 (a)에서 산출된 유량으로부터 하기 식(2)에 따라 임의의 분지 채널에 대한 유속(vmk)을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법.
    Figure 112013109493565-pat00044

  5. 청구항 1에 있어서,
    현탁액 유동인 경우, 상기 단계(b)에서의 유량 산출은 하기 식(3)에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법.
    Figure 112013109493565-pat00045

    Figure 112013109493565-pat00046
    ,
    Figure 112013109493565-pat00047
    ,
    Figure 112013109493565-pat00048

    (여기서, Rm 1 ,2, Rm 1 ,3 ... Rm 1 ,n, Rm n ,O 는 본 채널 상에서 서로 이웃하는 두 분지점 간의 유동저항이고, Rb 1 ,1', Rb 2 ,2' ... Rb n , n' 는 각 분지 채널에서의 유동저항, Qb 1 내지 Qb n 는 각 분지 채널에서의 유량, QO는 본 채널 상에서 유출구 유량, Q는 본 채널 유입구에서의 유량, ΔP는 첫번째 분지점에서 임의의 분지 채널까지의 압력차 또는 첫번째 분지점에서 본 채널 유출구까지의 압력차)
  6. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 단계 (b)에서는 임의의 분지점과 본 채널 유출구 간의 흐름전위차를 측정하여, 측정된 각각의 흐름전위차는 해당 분지점에서 분기하는 분지 채널에 대한 흐름전위차(ΔΦk)를 결정하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법.
  7. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
    현탁액 유동인 경우, 임의의 분지 채널에 대해 결정된 흐름전위차와, 상기 단계(b)에서 산출된 유량을 이용하여 상기 식(1)로부터 해당 분지채널에서의 전기 전도도(λk)를 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법.
  8. (c) 현탁액 유동이 아닌 단순 유체 유동인 경우, 임의의 분지 채널에 대한 흐름전위차(ΔΦk)로부터 해당 분지 채널에 대한 유량(Qk)을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 단계 (c)에서는 임의의 분지점과 본 채널 유출구 간의 흐름전위차를 측정하여, 측정된 각각의 흐름전위차는 해당 분지점에서 분기하는 분지 채널에 대한 흐름전위차(ΔΦk)를 결정하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    단순 유체 유동인 경우, 상기 단계 (c)에서의 유량 산출은 하기 식(4)에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법.
    Figure 112015025748972-pat00049

    (여기서, φ는 계면동전기 효과로 유발된 흐름전위이고, ε는 용액의 유전상수(dielectric constant)이며, λ는 용액의 전기 전도도(electric conductivity)이고, ζ는 제타 전위이고, η는 용액의 점도)
  11. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 단계 (c)에서 산출된 유량으로부터 하기 식(5)에 따라 임의의 분지 채널에 대한 유속(vmk)을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법.
    Figure 112015025748972-pat00050

  12. (d) 현탁액 유동인 경우, 첫번째 분지점에서 n개(n≥1)의 분지 채널 유출구까지의 압력차와 본 채널에서 서로 이웃하는 분지점 간의 유동저항(Rm k-1,k) 및 각 분지 채널에서의 유동저항(Rb k,k')에 대한 n개의 관계식, 첫번째 분지점에서 본 채널 유출구까지의 압력차와 본 채널에서 서로 이웃하는 분지점 사이의 유동저항(Rm k-1,k) 및 n번째 분지점에서 본 채널 유출구 사이의 유동저항(Rm n,O)에 대한 관계식, 그리고 각 분지채널 유출구에서의 유량 및 본 채널 유출구에서의 유량과 본 채널 유입구에서의 유량과의 관계식을 포함하는 총 n+2개의 관계식으로부터 각 분지 채널 유출구에서의 유량(Qb k)와 본 채널 유출구에서의 유량(QO)을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    현탁액 유동인 경우, 상기 단계(d)에서의 유량 산출은 하기 식(6)에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법.
    Figure 112015025748972-pat00051

    Figure 112015025748972-pat00052
    ,
    Figure 112015025748972-pat00053
    ,
    Figure 112015025748972-pat00054

    (여기서, Rm 1,2, Rm 1,3 ... Rm 1,n, Rm n,O 는 본 채널 상에서 서로 이웃하는 두 분지점 간의 유동저항이고, Rb 1,1', Rb 2,2' ... Rb n,n' 는 각 분지 채널에서의 유동저항, Qb 1 내지 Qb n 는 각 분지 채널에서의 유량, QO는 본 채널 상에서 유출구 유량, Q는 본 채널 유입구에서의 유량, ΔP는 첫번째 분지점에서 임의의 분지 채널까지의 압력차 또는 첫번째 분지점에서 본 채널 유출구까지의 압력차)
  14. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 단계 (d)에서는 임의의 분지점과 본 채널 유출구 간의 흐름전위차를 측정하여, 측정된 각각의 흐름전위차는 해당분지점에서 분기하는 분지 채널에 대한 흐름전위차(ΔΦk)를 결정하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법.
  15. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    현탁액 유동인 경우, 임의의 분지 채널에 대해 결정된 흐름전위차와, 상기 단계(d)에서 산출된 유량을 이용하여 하기 식(4)로부터 해당 분지채널에서의 전기 전도도(λk)를 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 방법.
    Figure 112015025748972-pat00068

  16. 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널의 각 분지점과 본 채널 유출구 사이에 설치되어 각 분지점과 본 채널 유출구 간의 흐름전위차를 검출하도록 구성된 n개(n≥1)의 전압계와;
    상기 n개의 전압계로부터 측정된 흐름전위차로부터 임의의 분지 채널에 대한 흐름전위차를 결정하고, 결정된 해당 분지 채널에 대한 흐름전위차로부터 채널 내 용액의 유동 특성을 센싱하도록 구성된 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는 현탁액 유동이 아닌 단순 유체 유동인 경우, 임의의 분지 채널에 대한 흐름전위차(ΔΦk)로부터 해당 분지 채널에 대한 유량을 산출하며, 현탁액 유동인 경우, 첫번째 분지점에서 n개(n≥1)의 분지 채널 유출구까지의 압력차와 본 채널에서 서로 이웃하는 분지점 간의 유동저항(Rm k-1,k) 및 각 분지 채널에서의 유동저항(Rb k,k')에 대한 n개의 관계식, 첫번째 분지점에서 본 채널 유출구까지의 압력차와 본 채널에서 서로 이웃하는 분지점 사이의 유동저항(Rm k-1,k) 및 n번째 분지점에서 본 채널 유출구 사이의 유동저항(Rm n,O)에 대한 관계식, 그리고 각 분지채널 유출구에서의 유량 및 본 채널 유출구에서의 유량과 본 채널 유입구에서의 유량과의 관계식을 포함하는 총 n+2개의 관계식으로부터 각 분지 채널 유출구에서의 유량(Qb k)와 본 채널 유출구에서의 유량(QO)을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    단순 유체 유동인 경우, 상기 제어부에서는 하기 식(7)에 따라 유량 산출이 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 장치.
    Figure 112013109493565-pat00055

    (여기서, φ는 계면동전기 효과로 유발된 흐름전위이고, ε는 용액의 유전상수(dielectric constant)이며, λ는 용액의 전기 전도도(electric conductivity)이고, ζ는 제타 전위이고, η는 용액의 점도)
  18. 청구항 16 또는 청구항 17에 있어서,
    단순 유체 유동인 경우, 상기 제어부에서는 산출된 유량을 이용하여 하기 식(8)에 따라 임의의 분지 채널에 대한 유속(vmk)을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 장치.
    Figure 112013109493565-pat00056

  19. 청구항 16에 있어서,
    현탁액 유동인 경우, 상기 제어부에서는 하기 식(9)에 따라 유량을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 장치.
    Figure 112013109493565-pat00057

    Figure 112013109493565-pat00058
    ,
    Figure 112013109493565-pat00059
    ,
    Figure 112013109493565-pat00060

    (여기서, Rm 1 ,2, Rm 1 ,3 ... Rm 1 ,n, Rm n ,O 는 본 채널 상에서 서로 이웃하는 두 분지점 간의 유동저항이고, Rb 1 ,1', Rb 2 ,2' ... Rb n , n' 는 각 분지 채널에서의 유동저항, Qb 1 내지 Qb n 는 각 분지 채널에서의 유량, QO는 본 채널 상에서 유출구 유량, Q는 본 채널 유입구에서의 유량, ΔP는 첫번째 분지점에서 임의의 분지 채널까지의 압력차 또는 첫번째 분지점에서 본 채널 유출구까지의 압력차)
  20. 청구항 16 또는 청구항 19에 있어서,
    현탁액 유동인 경우, 상기 제어부에서는 임의의 분지 채널에 대해 결정된 흐름전위차와 기산출된 유량을 이용하여 상기 식(7)로부터 해당 분지채널에서의 전기 전도도(λk)를 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다중 분지형 마이크로플루이딕 채널에서 용액의 유동 특성 센싱 장치.
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