KR101803200B1 - 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치 및 이를 구비하는 미세유체 제어 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세 유체 채널을 통과하는 미세 유체의 유량을 물리적 접촉 방식을 통해 제어함으로써 기존 공기 주입 방식에 의한 문제점을 해결하고, 보다 신뢰성 있는 동작을 구현할 수 있으며, 설계 자유도를 향상시킬 수 있는 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치 및 이를 구비하는 미세유체 제어 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 미세 유체 채널을 제어하기 위한 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치에 있어서, 유체 유입구와 유체 유출구 및 상기 유체 유입구와 유체 유출구를 연통시키며 일면이 개방되어 형성되는 미세 유체 채널이 형성되는 채널 부재; 상기 채널 부재에 형성된 미세 유체 채널의 개방면을 커버하여 미세 유체 채널을 개방 또는 차단하는 멤브레인 부재(membrane member); 및 상기 멤브레인 부재의 하부에 구성되고, 상기 멤브레인 부재와 물리적인 직접 접촉으로 멤브레인 부재를 이동시켜 상기 미세 유체 채널의 개도(open degree)를 제어하도록 구성되는 접촉 구동 수단;을 포함하는 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치가 제공된다.
Description
본 발명은 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치 및 이를 구비하는 미세유체 제어 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세 유체 채널을 통과하는 미세 유체의 유량을 물리적 접촉 방식을 통해 제어함으로써 기존 공기 주입 방식에 의한 문제점을 해결하고, 보다 신뢰성 있는 동작을 구현할 수 있으며, 설계 자유도를 향상시킬 수 있는 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치 및 이를 구비하는 미세유체 제어 시스템에 관한 것이다.
최근에는 반도체 제조공정 기술을 이용하여 감지(sensing) 또는 구동(actuating)에 필요한 마이크로 단위 크기의 미소구조물을 제작하고, 여기에 신호처리 회로를 같이 집적화 함으로써, 고성능 다기능의 초소형 기전시스템(Micro Electro Mechanical System, 이하 'MEMS'이라 함)이 구현되고 있다.
이러한 MEMS 기술을 이용하여 수 ㎠ 크기의 칩 위에 바이오 칩, 의료 및 미량 유체 분석 장치들을 초소형으로 집적시킨 랩-온-칩(Lab On a Chip)은 생물학, 화학, 의학 및 유전공학 분야에서 의료용 마이크로 진단 및 약물주입 시스템에 활용하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다. 이와 같이 마이크론 단위의 극도로 소형화된 센서나 액츄에이터에 대한 실질적인 연구는 미세기전시스템(MEMS: Micro Electro Mechanical Systems) 기술의 등장에 힘입은 바가 크다.
최근 들어 이 기술로 제작된 다양한 상용 제품들의 출시와 이에 따른 급속한 시장의 팽창에 따라, 새로운 산업을 일으킬 수 있는 핵심기술로 인식되고 있고 있으며, 미세유체 제어 시스템이나 마이크로 펌프(micro pump)도 이들 중 하나이다.
특히, 미세유체 제어 시스템은 랩 온 어 칩 분야의 중요한 구성 요소로서, 세밀한 유체 제어가 요구되는 단백질칩, DNA칩, 약물전달시스템(drug delivery system)미세 생물/화학 분석기(micro total analysis system), 생물/화학반응기(micro reactor) 등에 다양하게 적용되고 있다.
미세유체를 제어하는 방식에 따라, 플라스틱 마이크로 펌프 및 밸브를 유로나 챔버 상에 구현하는 마이크로 구동기형 방법 (microactuating method), 미세 유로 사이에 전압을 인가하여 전기삼투압에 의해 유체를 구동하는 전기삼투압 방법(electrosmotic method), 모세관 유동 방법(capillary flow method)등을 이용하여 미세유체 제어 소자를 구현할 수 있다.
현재 개발되고 있는 미세유체 제어 시스템은 다수의 입력 포트, 출력 포트 혹은 내부의 유로 제어를 위한 밸브들을 필요로 한다. 특히, 미세 유로가 복잡하고 이를 제어하기 위한 밸브 장치의 경우, 단일화된 일체형 장치에 탑재되는 경우가 많다. 이러한 미세유체 제어 시스템에 탑재되는 밸브 장치는 그 크기가 커 다중 제어를 위해서는 소형화된 밸브 장치가 요구된다. 이러한 소형화 밸브 시스템은 일체형 미세 유체 장치의 작동기로 유로의 변경과 유량의 제어에 사용될 수 있다.
이러한 요구에 부합하여 미세유체 제어를 위한 구동부로서 솔레노이드 밸브와 같은 전자식 개폐 방식이 사용되고 있으나, 솔레노이드 밸브의 작동을 위해 발생되는 힘을 크게 하기 위해 코일과 내부 페라이트 코어의 크기를 동시에 증가하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위한 일환으로, 미세 유체가 흐르도록 구성되는 칩 내부에 압축 공기를 이용한 챔버를 제작하여 외부에서 솔레노이드 밸브 등을 구동하여 압축 공기 챔버를 개폐할 수 있도록 한 구성이 제안되어 있다.
도 1은 종래 압축 공기를 이용한 개폐 방식을 갖는 미세유체 제어 시스템에 구성되는 밸브 장치(미세유체 칩)를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
종래 압축 공기를 이용한 개폐 방식을 갖는 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치는 도 1에 나타낸 바와 같이, 미세 유체 칩(10) 및 에어 밸브(20)를 포함하며, 미세 유체 칩(10)은 채널 층(11), 유체막(12) 및 에어홀 층(13)을 포함하고, 에어 밸브(20)는 미세 유체 칩(10)의 에어홀 층(13)에 공기를 주입하는 장치로 각 에어홀에 공기를 기 설정된 패턴으로 주입하여 미세 유체 채널을 통과하는 미세 유체의 흐름을 제어한다.
상기 채널 층(11)은 복수의 유입구와, 미세 유체 채널 및 유출구가 형성되어, 분석 대상 물질인 미세 유체가 복수의 유입구로부터 미세 유체 채널을 통해 유출구로 이동한다. 유체막(12)은 채널 층(11)의 하부에 형성되는 막으로 미세 유체 채널을 개방 또는 차단한다. 에어홀 층(13)은 유체막(12) 층의 하부에 형성되어 유체막(12)에 공기가 통과하는 복수의 에어홀이 형성된다.
상기 에어 밸브(20)는 전자코일(coil)에 의하여 밸브를 개폐함으로써 유체의 유입량을 가감하는 솔레노이드 밸브(solenoid valve)를 이용하여 구현된다. 이 경우, 에어 밸브(20)는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 통해 에어홀에 공기를 주입할 수 있다.
그러나 상기한 종래의 미세 유체 제어 시스템의 밸브 장치는 미세 유체 칩 내부에 밸브 구동을 위한 챔버 형상을 제작해야 하는 단점을 가지고 있을 뿐만 아니라, 압축 공기가 챔버의 얇은 막을 통해 빠져나감으로써 고압의 밸브를 사용할 경우 유체 내부 유로에 공기 방울이 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 미세 유체 채널을 통과하는 미세 유체의 유량을 물리적 접촉 방식을 통해 제어함으로써 기존 공기 주입 방식에 의한 문제점을 해결하고, 보다 신뢰성 있는 동작을 구현할 수 있으며, 설계 자유도를 향상시킬 수 있는 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치 및 이를 구비하는 미세유체 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 미세 유체 채널을 제어하기 위한 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치에 있어서, 유체 유입구와 유체 유출구 및 상기 유체 유입구와 유체 유출구를 연통시키며 일면이 개방되어 형성되는 미세 유체 채널이 형성되는 채널 부재; 상기 채널 부재에 형성된 미세 유체 채널의 개방면을 커버하여 미세 유체 채널을 개방 또는 차단하는 멤브레인 부재(membrane member); 및 상기 멤브레인 부재의 하부에 구성되고, 상기 멤브레인 부재와 물리적인 직접 접촉으로 멤브레인 부재를 이동시켜 상기 미세 유체 채널의 개도(open degree)를 제어하도록 구성되는 접촉 구동 수단;을 포함하는 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치가 제공된다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 멤브레인 부재는 플렉시블(flexible)한 필름으로 이루어져 상기 접촉 구동 수단의 접촉에 따라 미세 유체 채널로 이동하여 그 미세 유체 채널의 공간을 완전 개방부터 완전 폐쇄까지 개방도를 조절하도록 이루어지고, 상기 접촉 구동 수단은 유닛 바디와, 상기 유닛 바디에 상하 선형 이동가능하게 구성되고, 캠 구동 방식으로 구동하는 접촉 구동 유닛, 및 상기 유닛 바디에 구성되어 상기 접촉 구동 유닛에 구동력을 제공하기 위한 마이크로 모터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 접촉 구동 유닛은 상기 유닛 바디에 형성되는 핀 홀(pin hole); 상기 마이크로모터의 회전력을 전달받는 마이크로 기어트레인(micro gear train); 상기 마이크로 기어트레인의 최종단 기어에 연결되고, 상기 핀홀의 하부 측에 구비되며, 소정 곡률의 구동 캠(driving cam)을 갖는 마이크로 캠 샤프트(micro cam shaft); 상기 캠 샤프트의 캠의 형태에 상응하는 종동 캠(driven cam)을 가지며, 상기 핀홀의 상부 측에 위치되는 종동 선형 부재;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 멤브레인 부재는 플렉시블(flexible)한 필름으로 이루어져 상기 접촉 구동 수단의 접촉에 따라 미세 유체 채널로 이동하여 그 미세 유체 채널의 공간을 완전 개방부터 완전 폐쇄까지 개방도를 조절하도록 이루어지고, 상기 접촉 구동 수단은 유닛 바디와, 상기 유닛 바디에 양단부가 상하 선형 이동가능하게 구성되되, 시소(seesaw) 구동 방식으로 구동하는 접촉 구동 유닛, 및 상기 유닛 바디에 구성되어 상기 접촉 구동 유닛에 구동력을 제공하기 위한 피에조 액추에이터 또는 피에조 모터;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 접촉 구동 유닛은 상기 유닛 바디에 형성되는 핀 홀(pin hole); 상기 피에조 액추에이터 또는 피에조 모터의 상하 구동력을 전달받아 중앙부의 힌지 축을 중심으로 양단부가 상하 구동하는 복수의 시소 부재(seesaw memebr); 및 상기 시소 부재의 타단부에 구비되고, 상기 핀홀에 위치되는 선형 이동 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 분석 대상물을 주입하기 위한 실린지 펌프(syringe pump); 상기 실린지 펌프로부터 주입되는 분석 대상물을 안내하는 공급 라인; 상기 공급 라인 상에 구비되는 유량 센서; 상기 공급 라인에 연결되는 상기한 일 관점에 따른 밸브 장치; 및 상기 밸브 장치를 유선 및 무선 중 적어도 하나로 제어하기 위한 컨트롤러;를 포함하는 미세유체 제어 시스템이 제공된다.
상기한 본 발명에 따른 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치 및 이를 구비하는 미세유체 제어 시스템에 의하면, 공기압을 제공받기 위한 에어 챔버를 필요로 하지 않아 압축 공기가 챔버의 얇은 막을 통해 빠져나가 유체 내부 유로에 공기 방울이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 압축공기 제어 방식과 관련된 구성요소를 생략하여 제작성과 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 미세 유체의 유량 제어를 위하여 물리적 접촉에 따른 직접식 개폐 방식을 적용함으로써 제어 동작성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 종래 압축 공기를 이용한 개폐 방식을 갖는 미세유체 제어 시스템에 구성되는 밸브 장치(미세 유체 칩)를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치를 구성하는 채널 부재를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치를 구성하는 접촉 구동 수단의 일 실시 형태를 나타내는 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치를 구성하는 접촉 구동 수단의 다른 실시 형태를 나타내는 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 밸브 장치를 포함하는 미세유체 제어 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치를 구성하는 채널 부재를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치를 구성하는 접촉 구동 수단의 일 실시 형태를 나타내는 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치를 구성하는 접촉 구동 수단의 다른 실시 형태를 나타내는 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 밸브 장치를 포함하는 미세유체 제어 시스템을 나타내는 구성도이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치 및 이를 구비하는 미세유체 제어 시스템을 첨부도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치를 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치의 구성하는 단면도로서, 도 2의 A-A선에 따른 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치를 구성하는 접촉 구동 수단의 일 실시 형태를 나타내는 구성도이다.
본 발명에 따른 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치는, 미세 유체 채널을 제어하기 위한 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치에 있어서, 도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 유체 유입구(110)와 유체 유출구(120) 및 상기 유체 유입구(110)와 유체 유출구(120)를 연통시키며 일면이 개방되어 형성되는 미세 유체 채널(131, 132)이 형성되는 채널 부재(100); 상기 채널 부재(100)에 형성된 미세 유체 채널(131, 132)의 개방면을 커버하여 형성되어 미세 유체 채널(131, 132)을 개방 또는 차단하는 멤브레인 부재(membrane member)(200); 및 상기 멤브레인 부재(200)의 하부에 구성되고 멤브레인 부재와 물리적인 직접 접촉으로 이동시켜 상기 미세 유체 채널(131, 132)의 개도(open degree)를 제어하도록 구성되는 접촉 구동 수단(300)을 포함한다.
상기 채널 부재(100)는 분석 대상 물질인 미세 유체가 복수의 유입구(110)로부터 미세 유체 채널(131, 132)을 통해 유체 유출구(120)로 이동하도록 이루어진다.
상기 멤브레인 부재(200)는 플렉시블(flexible)한 필름으로 이루어져 상기 접촉 구동 수단(300)의 접촉에 따라 미세 유체 채널(131, 132)로 이동하여 그 미세 유체 채널(131, 132)의 공간을 완전 개방부터 완전 폐쇄까지 개방도를 조절하게 된다.
다음으로, 상기 접촉 구동 수단(300)은 유닛 바디(310), 상기 유닛 바디(310)에 상하 선형 이동가능하게 구성되고, 캠 구동 방식으로 구동하는 접촉 구동 유닛(320); 및 상기 유닛 바디(310)에 구성되어 상기 접촉 구동 유닛(320)에 구동력을 제공하기 위한 마이크로 모터(미도시)를 포함한다.
상기 접촉 구동 유닛(320)은 상기 마이크로모터의 회전력을 전달받아 선형 이동하는 캠 구동 방식으로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 접촉 구동 유닛(320)은 상기 유닛 바디(310)에 형성되는 핀 홀(pin hole)과, 상기 마이크로모터의 회전력을 전달받는 마이크로 기어트레인(micro gear train)과, 상기 마이크로 기어트레인의 최종단 기어에 연결되고, 상기 핀홀의 하부 측에 구비되며, 소정 곡률의 구동 캠(driving cam)을 갖는 마이크로 캠 샤프트(micro cam shaft)(321)와, 상기 캠 샤프트의 캠의 형태에 상응하는 종동 캠(driven cam)을 가지며, 상기 핀홀의 상부 측에 위치되는 종동 선형 부재(322)를 포함한다.
여기에서, 상기 캠 샤프트(321)의 구동 캠과 종동 캠의 안착부의 형상 및/또는 종동 선형 부재의 길이에 따라 종동 선형 부재(322)의 상하 이동(구동) 범위를 다양하게 구현할 수 있어 설계 자유도를 대폭으로 향상시킬 수 있다.
상기 마이크로 모터는 유선 또는 무선으로 외부 컨트롤러에 의해 제어될 수 있으며, 정역 회전 가능하게 구성되는 마이크로 서보모터로 이루어질 수 있다.
여기에서, 후술하겠지만, 상기 외부 컨트롤러는 미리 설정된 패턴으로 접촉 구동 유닛을 제어하여 미세 유체 채널을 통과하는 미세 유체의 흐름을 제어한다.
다음으로, 본 발명에 따른 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치를 구성하는 접촉 구동 유닛의 다른 실시 형태를 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 본 발명에 따른 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치를 구성하는 접촉 구동 수단의 다른 실시 형태를 나타내는 구성도이다. 앞서 설명한 일 실시 형태의 구동 유닛 수단의 구성요소와 동일 구성요소에 대해서는 동일 부호를 부여하며, 발명의 명확화 및 설명의 간략화를 위하여 그에 대한 상세한 설명은 생략하거나 간략히 한다.
본 발명에 따른 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치를 구성하는 다른 실시 형태의 접촉 구동 수단(300)은, 도 5에 나타낸 바와 같이, 유닛 바디(310), 상기 유닛 바디(310)에서 양단부가 상하 선형 이동가능하게 구성되고, 중앙부가 시소(seesaw) 구동 방식으로 구동하는 접촉 구동 유닛(330); 및 상기 유닛 바디(310)에 구성되어 상기 접촉 구동 유닛(330)에 구동력을 제공하기 위한 피에조 액추에이터 또는 피에조 모터(340)를 포함한다.
상기 접촉 구동 유닛(330)은 상기 유닛 바디(310)에 형성되는 핀 홀(pin hole)과, 상기 피에조 액추에이터 또는 피에조 모터의 상하 구동력을 전달받아 중앙부의 힌지 축(333)을 중심으로 양단부가 상하 구동하는 복수의 시소 부재(seesaw memebr)(332), 및 상기 시소 부재(332)의 타단부에 구비되고, 상기 핀홀에 위치되는 선형 이동 부재(331)를 포함한다.
여기에서, 다른 실시 형태는 상기 시소 부재(332)의 힌지 축(333)의 위치를 일단부로부터 가까이하거나 멀리함으로써 타단부의 상하 이동 거리를 조절할 수 있고, 및/또는 선형 이동 부재(331)의 길이를 달리함으로써 그 선형 이동 부재(331)의 상하 이동(구동) 범위를 다양하게 구현할 수 있어 설계 자유도를 대폭으로 향상시킬 수 있다.
이러한 다른 실시 형태의 접촉 구동 유닛은 시소 또는 지렛대와 같은 구동 방식을 이용하여 구성됨으로써 작동력이 큰 밸브 장치뿐만 아니라 밸브 장치의 구동 거리를 향상시킬 수 있으며, 또한 시소 또는 지렛대와 같은 매개물을 이용함으로써 밸브 장치에서 떨어진 곳에 구동원(피에조 액추에이터 또는 피에조 모터)를 구성할 수 있어 상대적으로 직접도가 큰 밸브 어레이(array)를 제작할 수 있게 된다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 미세유체 밸브 시스템의 밸브 장치는 세밀한 유체 제어가 요구되는 단백질칩, DNA칩, 약물전달시스템(drug delivery system)미세 생물/화학 분석기(micro total analysis system), 생물/화학반응기(micro reactor) 등에 적용된다.
일 예로, 상기한 본 발명에 따른 밸브 장치를 포함하는 미세제어 유체 제어 시스템을 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은 본 발명에 따른 밸브 장치를 포함하는 미세유체 제어 시스템을 나타내는 구성도이다.
본 발명에 따른 밸브 장치를 포함하는 미세유체 제어 시스템은, 분석 대상물을 주입하기 위한 실린지 펌프(syringe pump)(410); 상기 실린지 펌프(410)로부터 주입되는 분석 대상물을 안내하는 공급 라인(450); 상기 공급 라인(450) 상에 구비되는 유량 센서(430); 상기 공급 라인(450)에 연결되는 상기한 밸브 장치(100); 및 상기 밸브 장치(100)를 유선 및/또는 무선으로 제어하기 위한 컨트롤러(400)를 포함한다. 분석 대상물은 도면에 미도시된 삼방향 밸브에 의해 상기 공급 라인(450)과 샘플 저장소(460) 및 세척 완충액 저장소(470)로 선택적으로 안내된다.
이러한 미세유체 제어 시스템은 미세한 유체 제어를 필요로 하는 시스템의 간단한 일 예로서 다양한 미세유체 제어 시스템에 따라 그에 적합하게 여러 구성요소들이 조합되게 구성될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치 및 이를 구비하는 미세유체 제어 시스템에 의하면, 공기압을 제공받기 위한 에어 챔버를 필요로 하지 않아 압축 공기가 챔버의 얇은 막을 통해 빠져나가 유체 내부 유로에 공기 방울이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 압축공기 제어 방식과 관련된 구성요소를 생략하여 제작성과 경제성을 향상시키는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 미세 유체의 유량 제어를 위하여 물리적 접촉에 따른 직접식 개폐 방식을 적용함으로써 제어 동작성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 채널 부재
110: 유체 유입구
120: 유체 유출구
131, 132: 미세 유체 채널
200: 멤브레인 부재
300: 접촉 구동 수단
310: 유닛 바디
320, 330: 접촉 구동 유닛
321: 캠 샤프트
322: 종동 선형 부재
331: 선형 이동 부재
332: 시소 부재
333: 힌지 축
340: 피에조 액추에이터(피에조 모터)
400: 컨트롤러
410: 실린지 펌프(syringe pump)
430: 유량 센서
450: 공급 라인
110: 유체 유입구
120: 유체 유출구
131, 132: 미세 유체 채널
200: 멤브레인 부재
300: 접촉 구동 수단
310: 유닛 바디
320, 330: 접촉 구동 유닛
321: 캠 샤프트
322: 종동 선형 부재
331: 선형 이동 부재
332: 시소 부재
333: 힌지 축
340: 피에조 액추에이터(피에조 모터)
400: 컨트롤러
410: 실린지 펌프(syringe pump)
430: 유량 센서
450: 공급 라인
Claims (7)
- 미세 유체 채널을 제어하기 위한 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치에 있어서,
유체 유입구(110)와 유체 유출구(120) 및 상기 유체 유입구(110)와 유체 유출구(120)를 연통시키며 일면이 개방되어 형성되는 미세 유체 채널(130)이 형성되는 채널 부재(100);
상기 채널 부재(100)에 형성된 미세 유체 채널(130)의 개방면을 커버하여 미세 유체 채널(130)을 개방 또는 차단하는 멤브레인 부재(membrane member)(200); 및
상기 멤브레인 부재(200)의 하부에 구성되고, 상기 멤브레인 부재(200)와 물리적인 직접 접촉으로 멤브레인 부재(200)를 이동시켜 상기 미세 유체 채널(130)의 개도(open degree)를 제어하도록 구성되는 접촉 구동 수단(300);을 포함하는
미세유체 제어 시스템의 밸브 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 멤브레인 부재(200)는 플렉시블(flexible)한 필름으로 이루어져 상기 접촉 구동 수단(300)의 접촉에 따라 미세 유체 채널(130)로 이동하여 그 미세 유체 채널(130)의 공간을 완전 개방부터 완전 폐쇄까지 개방도를 조절하도록 이루어지고,
상기 접촉 구동 수단(300)은 유닛 바디(310)와, 상기 유닛 바디(310)에 상하 선형 이동가능하게 구성되고, 캠 구동 방식으로 구동하는 접촉 구동 유닛(320), 및 상기 유닛 바디(310)에 구성되어 상기 접촉 구동 유닛(320)에 구동력을 제공하기 위한 마이크로 모터를 포함하는
미세유체 제어 시스템의 밸브 장치.
- 청구항 2에 있어서,
상기 접촉 구동 유닛(320)은
상기 유닛 바디에 형성되는 핀 홀(pin hole);
상기 마이크로모터의 회전력을 전달받는 마이크로 기어트레인(micro gear train);
상기 마이크로 기어트레인의 최종단 기어에 연결되고, 상기 핀홀의 하부 측에 구비되며, 소정 곡률의 구동 캠(driving cam)을 갖는 마이크로 캠 샤프트(micro cam shaft)(321);
상기 캠 샤프트(321)의 캠의 형태에 상응하는 종동 캠(driven cam)을 가지며, 상기 핀홀의 상부 측에 위치되는 종동 선형 부재(322);를 포함하는
미세유체 제어 시스템의 밸브 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 멤브레인 부재(200)는 플렉시블(flexible)한 필름으로 이루어져 상기 접촉 구동 수단(300)의 접촉에 따라 미세 유체 채널(130)로 이동하여 그 미세 유체 채널(130)의 공간을 완전 개방부터 완전 폐쇄까지 개방도를 조절하도록 이루어지고,
상기 접촉 구동 수단(300)은 유닛 바디(310)와, 상기 유닛 바디(310)에 양단부가 상하 선형 이동가능하게 구성되되, 시소(seesaw) 구동 방식으로 구동하는 접촉 구동 유닛(330), 및 상기 유닛 바디(310)에 구성되어 상기 접촉 구동 유닛(330)에 구동력을 제공하기 위한 피에조 액추에이터 또는 피에조 모터(340);를 포함하는
미세유체 제어 시스템의 밸브 장치.
- 청구항 4에 있어서,
상기 접촉 구동 유닛(330)은
상기 유닛 바디(310)에 형성되는 핀 홀(pin hole);
상기 피에조 액추에이터 또는 피에조 모터(340)의 상하 구동력을 전달받아 중앙부의 힌지 축(333)을 중심으로 양단부가 상하 구동하는 복수의 시소 부재(seesaw memebr)(332); 및
상기 시소 부재(332)의 타단부에 구비되고, 상기 핀홀에 위치되는 선형 이동 부재(331)를 포함하는
미세유체 제어 시스템의 밸브 장치.
- 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 따른 밸브 장치를 포함하는 미세유체 제어 시스템.
- 분석 대상물을 주입하기 위한 실린지 펌프(syringe pump)(410);
상기 실린지 펌프(410)로부터 주입되는 분석 대상물을 안내하는 공급 라인(450);
상기 공급 라인(450) 상에 구비되는 유량 센서(430);
상기 공급 라인(450)에 연결되는 청구항 1 내지 청구항 5중 어느 한 항에 따른 밸브 장치; 및
상기 밸브 장치를 유선 및 무선 중 적어도 하나로 제어하기 위한 컨트롤러(400);를 포함하는
미세유체 제어 시스템.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20160061703 | 2016-05-19 | ||
| KR1020160061703 | 2016-05-19 |
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|---|---|---|---|
| KR1020160084060A KR101803200B1 (ko) | 2016-05-19 | 2016-07-04 | 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치 및 이를 구비하는 미세유체 제어 시스템 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102033915B1 (ko) | 2018-05-24 | 2019-10-18 | 건국대학교 산학협력단 | 미세유체 계단파형 생성장치 및 이를 포함하는 미세유체 유량 조절장치 |
| KR102083569B1 (ko) | 2018-09-28 | 2020-03-02 | 건국대학교 산학협력단 | 순차적 주기적인 미세유체 구동장치 및 방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110151578A1 (en) | 2008-05-16 | 2011-06-23 | President And Fellows Of Harvard College | Valves and other flow control in fluidic systems including microfluidic systems |
| JP2011206045A (ja) | 2010-03-10 | 2011-10-20 | Tokyo Denki Univ | マイクロ流体チップ及び細胞の培養方法 |
-
2016
- 2016-07-04 KR KR1020160084060A patent/KR101803200B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110151578A1 (en) | 2008-05-16 | 2011-06-23 | President And Fellows Of Harvard College | Valves and other flow control in fluidic systems including microfluidic systems |
| JP2011206045A (ja) | 2010-03-10 | 2011-10-20 | Tokyo Denki Univ | マイクロ流体チップ及び細胞の培養方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102033915B1 (ko) | 2018-05-24 | 2019-10-18 | 건국대학교 산학협력단 | 미세유체 계단파형 생성장치 및 이를 포함하는 미세유체 유량 조절장치 |
| KR102083569B1 (ko) | 2018-09-28 | 2020-03-02 | 건국대학교 산학협력단 | 순차적 주기적인 미세유체 구동장치 및 방법 |
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