KR101993526B1 - Microfluidic device and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 미세 유체 소자는, 제1 압전기판; 상기 제1 압전기판의 상면과 서로 마주보도록 배치된 제2 압전기판; 상기 제1 압전기판의 상면에 패터닝되는 제1 트랜스듀서; 상기 제2 압전 기판의 하면에 패터닝되는 제2 트랜스듀서; 및 상기 제1 압전기판 및 상기 제2 압전기판 사이에 배치되는 미세유동 채널;을 포함하고, 상기 제1 트랜스듀서 또는 상기 제2 트랜스듀서에서 발생된 표면탄성파가 상기 미세유동 채널에 전달되어 상기 미세유동 채널 내 3차원 유동을 발생시킬 수 있다.A microfluidic device according to an embodiment includes: a first piezoelectric substrate; A second piezoelectric substrate arranged to face the upper surface of the first piezoelectric substrate; A first transducer patterned on an upper surface of the first piezoelectric substrate; A second transducer patterned on a lower surface of the second piezoelectric substrate; And a fine flow channel disposed between the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate, wherein a surface acoustic wave generated in the first transducer or the second transducer is transmitted to the fine flow channel, Dimensional flow in the flow channel.

Figure R1020170135056
Figure R1020170135056

Description

미세 유체 소자 및 상기 미세 유체 소자의 제조 방법{MICROFLUIDIC DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a microfluidic device,

본 발명은 미세 유체 소자 및 상기 미세 유체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 미세유동 채널 내의 유체 또는 미세입자의 유동을 3차원적으로 제어할 수 있는 미세 유체 소자 및 상기 미세 유체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microfluidic device and a method for manufacturing the microfluidic device, and more particularly, to a microfluidic device capable of three-dimensionally controlling the flow of fluid or fine particles in a microfluidic channel, And a manufacturing method thereof.

마이크론 크기의 미세환경 내에서의 미세유체 및 입자를 제어하는 기술은 생화학 연구 및 의학 분석 분야 등 여러 분야에서 중요한 역할을 한다. 그러나 미세유체혼합에 대한 주제에 있어서, 대부분의 미세유체소자 내의 유동은 낮은 레이놀즈 수를 갖는 층류 유동으로서, 신속하고 균일한 혼합이 쉽지 않다. 따라서, 미세유동채널 내에서의 유체혼합은 주로 분자 확산에 의존하여, 그 효율이 매우 낮다. 이에 다양한 방식을 통해 빠르고 균일하게 서로 다른 두 유체를 혼합할 수 있는 기술을 개발하기 위한 많은 시도가 이루어져 왔다.Techniques for controlling microfluids and particles in micron-sized microenvironments have played an important role in many areas, including biochemical research and medical analysis. However, in the subject of microfluidic mixing, the flow in most microfluidic devices is a laminar flow with a low Reynolds number, which makes it difficult to mix quickly and uniformly. Thus, fluid mixing in the microfluidic channel depends primarily on molecular diffusion and its efficiency is very low. Many attempts have been made to develop a technique capable of quickly and uniformly mixing two different fluids in a variety of ways.

외부의 힘을 이용하지 않는 수동적인 방식으로는 미세유동 채널의 구조를 지그재그 구조, 헤링본 구조, 3차원 다층 구조 등으로 변화시켜 유체를 혼합하고자 하는 연구가 진행되었다. 이러한 방식은 두 유체 사이 계면의 너비를 증가시키고 층류 유동으로 흘러가는 유동을 방해하여 유체 혼합 효율을 높이고자 하는 방식이다.In a passive method that does not utilize external force, research has been carried out to mix the fluid by changing the structure of the microfluidic channel to zigzag structure, herringbone structure, and three-dimensional multi-layer structure. This approach increases the width of the interface between the two fluids and interferes with the flow of fluid to the laminar flow to increase the fluid mixing efficiency.

이를 위해서는 정교한 미세유동 채널의 설계 및 복잡한 제작 과정이 필요할 수 있다. 또한, 미세유동 채널 내에서 아주 빠른 유동속도를 이용하여 높은 레이놀즈 수를 갖는 난류를 발생시킴으로써 유체를 혼합시키는 방법도 사용되었다. 이를 위해서는 높은 유동 속도에 의해 미세유동 채널 내에서 발생하는 큰 압력 차를 견디기 위해 미세유체소자 내에 특별한 화학적 처리가 필요할 수 있다.This may require sophisticated microfluidic channel design and complex fabrication processes. In addition, a method of mixing the fluid by generating turbulence having a high Reynolds number using a very high flow rate in the microfluidic channel has also been used. This may require special chemical treatments within the microfluidic device to withstand the large pressure differentials that occur within the microfluidic channel due to the high flow rate.

한편, 외부에서 미세유체소자 내에 힘을 가하는 능동적인 유체 혼합 방식으로서, 전기, 자성, 광학, 압력, 열 등을 이용하는 방식이 개발되었다. 이러한 소자들은 외부에서 힘을 가해줌에 따라 유체 혼합에 필요한 시간을 크게 단축시킬 수 있다는 장점이 있다. On the other hand, as an active fluid mixing method for externally applying a force in a microfluidic device, a method using electric, magnetic, optical, pressure, heat, or the like has been developed. These devices have the advantage of greatly reducing the time required for fluid mixing as they externally apply force.

최근, 마이크로-, 나노-크기의 미세유동 채널의 계면에서 불균일한 전기장을 이용하여 유체를 혼합하는 방법이 개발되기도 하였다. 나노 채널의 입구 근처에 집중되어 형성되는 강한 전기장에 의하여 소용돌이가 발생하고 이를 통해 유체를 혼합시키는 것이다. 이 방법은 마이크로-, 나노-크기의 채널을 제작하기 위하여 다중 공정 프로세스가 요구될 수 있다.Recently, a method of mixing fluids using an uneven electric field at the interface of micro- and nano-sized microfluidic channels has been developed. A strong electric field concentrated around the entrance of the nanochannel generates a vortex and mixes the fluid therethrough. This method may require multiple processing processes to produce micro- and nano-sized channels.

최근, 음향파 (acoustic wave) 기반의 유체 혼합 방식이 비침습적이며 사용의 간편함으로 인하여 크게 주목을 받고 있다. 압전기판과 초음파 트랜스듀서를 이용하면 음향파를 발생시켜 미세유동 채널 내에서의 이류를 통해 유체의 혼합 효율을 증대시키고 혼합에 요구되는 시간을 단축시킬 수 있다. 기존 진행된 연구로서 미세유동 채널 내의 말발굽 형태의 구조물에 미세공기방울을 갇히게 한 후, 이를 음향파를 이용해 진동하게 하여 주변 유체의 유동을 방해하는 방법도 개발되었다.In recent years, acoustic wave-based fluid mixing has attracted a great deal of attention due to its non-invasiveness and ease of use. Using a piezoelectric substrate and an ultrasonic transducer, acoustic waves are generated to increase the mixing efficiency of the fluid through the advection in the microfluidic channel, and shorten the time required for the mixing. As a previous study, a method of trapping micro air bubbles in a horseshoe-shaped structure in a microfluidic channel and then vibrating it using an acoustic wave has been developed to interfere with the flow of the surrounding fluid.

일 실시예에 따른 목적은 제1 압전기판 및 제2 압전기판이 미세유동 채널의 상단 및 하단에 배치되어 미세유동 채널의 높이가 높아짐에 따른 표면탄성파의 에너지 소실을 방지하고 표면탄성파의 에너지 전달 효율을 향상시킬 수 있는 미세 유체 소자 및 상기 미세 유체 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.The first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate are disposed at the upper and lower ends of the micro flow channel to prevent energy dissipation of the surface acoustic wave as the height of the micro flow channel increases, And a method of manufacturing the microfluidic device.

일 실시예에 따른 목적은 제1 트랜스듀서 및 제2 트랜스듀서에 인가되는 전기 에너지의 개별적 또는 동시적 제어를 통하여 미세유동 채널 내의 유체 또는 미세입자(특히, 나노 입자)를 가변적으로 또는 3차원적으로 제어할 수 있는 미세 유체 소자 및 상기 미세 유체 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.An object according to an embodiment is to provide a method for controlling fluid or fine particles (particularly, nanoparticles) in a microfluidic channel, either individually or simultaneously, by controlling the electrical energy applied to the first transducer and the second transducer, And a method of manufacturing the microfluidic device.

일 실시예에 따른 목적은 미세유동 채널 내 3차원 유동을 발생시켜 유체의 혼합을 원활하게 일으킬 수 있는 미세 유체 소자 및 상기 미세 유체 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a microfluidic device capable of smoothly mixing fluids by generating a three-dimensional flow in a microfluidic channel, and a method of manufacturing the microfluidic device.

일 실시예에 따른 목적은 미세유동 및 입자 제어에 대한 효율을 향상시키고 고수율로 처리 가능할 뿐만 아니라 넓은 범위의 작동주파수에서 다양한 기능을 수행할 수 있는 미세 유체 소자 및 상기 미세 유체 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of an embodiment is to provide a microfluidic device capable of improving efficiency of microfluidic and particle control and capable of performing various functions at a wide range of operating frequencies as well as being capable of being processed at a high yield and a method of manufacturing the microfluidic device .

일 실시예에 따른 목적은 미세유체의 혼합, 미세입자나 세포(예를 들어, 암세포, 박테리아, 혈액세포) 등의 분리나 농축 등에 활용될 수 있는 미세 유체 소자 및 상기 미세 유체 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of an embodiment is to provide a microfluidic device that can be utilized for mixing of microfluids, separation or concentration of fine particles or cells (for example, cancer cells, bacteria, blood cells), and a method of manufacturing the microfluidic device .

일 실시예에 따른 목적은 온도 변화를 이용하지 않고 미세유동 채널 내의 유체 또는 미세입자의 유동을 발생시킴으로써 온도에 민감한 단백질, 세포 등의 입자를 제어할 수 있는 미세 유체 소자 및 상기 미세 유체 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of an embodiment is to provide a microfluidic device capable of controlling particles of temperature sensitive proteins, cells and the like by generating flow of fluid or fine particles in a microfluidic channel without using a temperature change, Method.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 미세 유체 소자는, 제1 압전기판; 상기 제1 압전기판의 상면과 서로 마주보도록 배치된 제2 압전기판; 상기 제1 압전기판의 상면에 패터닝되는 제1 트랜스듀서; 상기 제2 압전 기판의 하면에 패터닝되는 제2 트랜스듀서; 및 상기 제1 압전기판 및 상기 제2 압전기판 사이에 배치되는 미세유동 채널;을 포함하고, 상기 제1 트랜스듀서 또는 상기 제2 트랜스듀서에서 발생된 표면탄성파가 상기 미세유동 채널에 전달되어 상기 미세유동 채널 내 3차원 유동을 발생시킬 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a microfluidic device comprising: a first piezoelectric substrate; A second piezoelectric substrate arranged to face the upper surface of the first piezoelectric substrate; A first transducer patterned on an upper surface of the first piezoelectric substrate; A second transducer patterned on a lower surface of the second piezoelectric substrate; And a fine flow channel disposed between the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate, wherein a surface acoustic wave generated in the first transducer or the second transducer is transmitted to the fine flow channel, Dimensional flow in the flow channel.

일 측에 의하면, 상기 제1 트랜스듀서에서 발생된 표면탄성파는 상기 미세유동 채널의 하측에 전달되고, 상기 제2 트랜스듀서에서 발생된 표면탄성파는 상기 미세유동 채널의 상측에 전달될 수 있다.According to one aspect of the present invention, surface acoustic waves generated in the first transducer are transmitted to the lower side of the microfluidic channel, and surface acoustic waves generated in the second transducer are transmitted to the upper side of the microfluidic channel.

일 측에 의하면, 상기 제1 트랜스듀서 및 상기 제2 트랜스듀서는 상기 미세유동 채널을 사이에 두고 서로 어긋나게 배치될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the first transducer and the second transducer may be disposed to be offset from each other with the fine flow channel interposed therebetween.

일 측에 의하면, 상기 제1 트랜스듀서 및 상기 제2 트랜스듀서는 상기 미세유동 채널을 사이에 두고 서로 마주보도록 배치될 수 있다.According to one aspect, the first transducer and the second transducer may be arranged to face each other with the fine flow channel therebetween.

일 측에 의하면, 상기 미세유동 채널의 일단에는 적어도 하나의 유체 주입구가 구비되어, 상기 적어도 하나의 유체 주입구에 주입된 유체가 상기 미세유동 채널 내에서 혼합될 수 있다.According to one aspect of the present invention, at least one fluid injection port is provided at one end of the microfluidic channel so that fluid injected into the at least one fluid injection port can be mixed in the microfluidic channel.

일 측에 의하면, 상기 제1 트랜스듀서 또는 상기 제2 트랜스듀서에 의해 발생되는 표면탄성파를 제어하는 제어부;를 더 포함하고, 상기 제어부에 의해 상기 미세유동 채널 내 상기 유체 또는 미세입자의 유동이 3차원적으로 제어될 수 있다.According to one aspect of the present invention, there is further provided a control unit for controlling a surface acoustic wave generated by the first transducer or the second transducer, wherein the control unit controls the flow of the fluid or fine particles in the micro flow channel to 3 Dimensionally.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 미세 유체 소자의 제조 방법은, 제1 압전기판에 제1 트랜스듀서를 패터닝하는 단계; 제2 압전기판에 제2 트랜스듀서를 패터닝하는 단계; 및 상기 제1 압전기판 및 상기 제2 압전기판 사이에 미세입자를 포함하는 유체가 흐르는 미세유동 채널을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 압전기판은 상기 미세유동 채널의 하단에 접합되고, 상기 제2 압전기판은 상기 미세유동 채널의 상단에 접합될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a microfluidic device, including: patterning a first transducer on a first piezoelectric substrate; Patterning a second transducer on a second piezoelectric substrate; And forming a microfluidic channel through which a fluid including fine particles flows between the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate, wherein the first piezoelectric substrate is bonded to a lower end of the microfluidic channel, The second piezoelectric substrate may be bonded to the upper end of the micro flow channel.

일 측에 의하면, 상기 제1 압전기판 및 상기 제2 압전기판 사이에 미세입자를 포함하는 유체가 흐르는 미세유동 채널을 형성하는 단계는, 상기 미세유동 채널의 형상으로 마련된 마스터몰드의 상면에 상기 제1 압전기판을 가역 접합시키는 단계; 상기 마스터몰드에 광경화 물질을 주입하는 단계; 상기 광경화 물질을 1차 광경화시키는 단계; 상기 마스터몰드를 제거하는 단계; 상기 제1 압전기판과 마주보도록 상기 광경화 물질로 이루어진 미세유동 채널에 상기 제2 압전기판을 접합시키는 단계; 및 상기 광경화 물질을 2차 광경화시키는 단계;를 포함할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the step of forming a microfluidic channel through which a fluid including fine particles flows between the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate includes the steps of: forming, on the upper surface of the master mold, 1 reversibly bonding the piezoelectric substrate; Injecting a photocurable material into the master mold; Subjecting the photocurable material to primary light curing; Removing the master mold; Bonding the second piezoelectric substrate to a microfluidic channel made of the photocurable material so as to face the first piezoelectric substrate; And secondary light curing the photocurable material.

일 측에 의하면, 상기 마스터몰드의 상면에는 상기 제1 압전기판의 정렬을 위한 얼라인 마커가 구비되고, 상기 미세유동 채널의 형상으로 마련된 마스터몰드의 상면에 상기 제1 압전기판을 가역 접합시키는 단계에서, 상기 제1 압전기판을 상기 얼라인 마커에 맞춘 다음 상기 마스터몰드의 상면에 상기 제1 압전기판을 가역 접합시킬 수 있다.According to one aspect of the present invention, an alignment marker for aligning the first piezoelectric substrate is provided on an upper surface of the master mold, and the first piezoelectric substrate is reversibly bonded to the upper surface of the master mold provided in the shape of the micro flow channel , The first piezoelectric substrate may be aligned with the alignment markers, and the first piezoelectric substrate may be reversibly bonded to the upper surface of the master mold.

일 실시예에 따른 미세 유체 소자 및 상기 미세 유체 소자의 제조 방법에 의하면, 제1 압전기판 및 제2 압전기판이 미세유동 채널의 상단 및 하단에 배치되어 미세유동 채널의 높이가 높아짐에 따른 표면탄성파의 에너지 소실을 방지하고 표면탄성파의 에너지 전달 효율을 향상시킬 수 있다.According to the microfluidic device and the manufacturing method of the microfluidic device according to the embodiment, the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate are disposed at the upper and lower ends of the microfluidic channel, and the surface acoustic wave The energy loss of the surface acoustic wave can be prevented and the energy transfer efficiency of the surface acoustic wave can be improved.

일 실시예에 따른 미세 유체 소자 및 상기 미세 유체 소자의 제조 방법에 의하면, 제1 트랜스듀서 및 제2 트랜스듀서에 인가되는 전기 에너지의 개별적 또는 동시적 제어를 통하여 미세유동 채널 내의 유체 또는 미세입자(특히, 나노 입자)를 가변적으로 또는 3차원적으로 제어할 수 있다.According to the microfluidic device and the method for fabricating the microfluidic device according to the embodiment, the fluid or the fine particles in the microfluidic channel Particularly, nanoparticles) can be variably or three-dimensionally controlled.

일 실시예에 따른 미세 유체 소자 및 상기 미세 유체 소자의 제조 방법에 의하면, 미세유동 채널 내 3차원 유동을 발생시켜 유체의 혼합을 원활하게 일으킬 수 있다.According to the microfluidic device and the method for fabricating the microfluidic device according to one embodiment, the fluid can be smoothly mixed by generating the three-dimensional flow in the microfluidic channel.

일 실시예에 따른 미세 유체 소자 및 상기 미세 유체 소자의 제조 방법에 의하면, 미세유동 및 입자 제어에 대한 효율을 향상시키고 고수율로 처리 가능할 뿐만 아니라 넓은 범위의 작동주파수에서 다양한 기능을 수행할 수 있다.According to the microfluidic device and the method for fabricating the microfluidic device according to one embodiment, it is possible to improve the efficiency of microfluidic and particle control, process at a high yield, and perform various functions at a wide range of operating frequencies .

일 실시예에 따른 미세 유체 소자 및 상기 미세 유체 소자의 제조 방법에 의하면, 미세유체의 혼합, 미세입자나 세포(예를 들어, 암세포, 박테리아, 혈액세포) 등의 분리나 농축 등에 활용될 수 있다.According to the microfluidic device and the method for manufacturing the microfluidic device according to one embodiment, it can be utilized for mixing of microfluids, separation or concentration of fine particles or cells (for example, cancer cells, bacteria, blood cells) .

일 실시예에 따른 미세 유체 소자 및 상기 미세 유체 소자의 제조 방법에 의하면, 온도 변화를 이용하지 않고 미세유동 채널 내의 유체 또는 미세입자의 유동을 발생시킴으로써 온도에 민감한 단백질, 세포 등의 입자를 제어할 수 있다.According to the microfluidic device and the method for fabricating the microfluidic device according to the embodiment, the flow of the fluid or the fine particles in the microfluidic channel is generated without using the temperature change, thereby controlling the particles such as proteins and cells sensitive to temperature .

도 1은 일 실시예에 따른 미세 유체 소자를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 미세 유체 소자의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3a 내지 3d는 일 실시예에 따른 미세 유체 소자의 제조 과정을 도시한다.
도 4a 내지 4e는 느린 유동 조건에서 두 유체의 와류효과를 도시한다.
도 5a 내지 5e는 미세유동 채널 내 미세유체의 혼합 결과를 도시한다.
도 6a 및 6b는 단일 표면탄성파(single SAW) 및 이중 표면탄성파(single SAW)에 대한 미세입자의 거동을 도시한다.
1 shows a microfluidic device according to one embodiment.
2 is a flowchart showing a method of manufacturing a microfluidic device according to an embodiment.
FIGS. 3A to 3D illustrate a fabrication process of a microfluidic device according to an embodiment.
Figures 4a-4e illustrate the eddy effect of two fluids under slow flow conditions.
Figures 5A through 5E show the result of mixing microfluidic fluid in the microfluidic channel.
6A and 6B show the behavior of fine particles for a single SAW and a single SAW.

이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the embodiments, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the best of an understanding clear.

또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be "connected," "coupled," or "connected. &Quot;

어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The components included in any one embodiment and the components including common functions will be described using the same names in other embodiments. Unless otherwise stated, the description of any one embodiment may be applied to other embodiments, and a detailed description thereof will be omitted in the overlapping scope.

도 1은 일 실시예에 따른 미세 유체 소자를 도시한다.1 shows a microfluidic device according to one embodiment.

도 1을 참조하여, 일 실시예에 따른 미세 유체 소자(10)는 제1 압전기판(100), 제2 압전기판(200), 제1 트랜스듀서(300), 제2 트랜스듀서(400) 및 미세유동 채널(500)을 포함할 수 있다.1, a microfluidic device 10 according to an embodiment includes a first piezoelectric substrate 100, a second piezoelectric substrate 200, a first transducer 300, a second transducer 400, And may include a microfluidic channel 500.

상기 제1 압전기판(100) 및 제2 압전기판(200)은 전기에너지를 가했을 때 진동과 같은 기계적 에너지로 변환할 수 있도록 압전 물질로 마련된 기판으로서, 상기 압전 물질은 예를 들어 리튬나이오베이트(LiNbO3) 또는 쿼츠(Quartz)로 될 수 있다. 이때, 제1 압전기판(100) 및 제2 압전기판(200)에 전기적 에너지를 가하면 기계적으로 수축 또는 팽창할 수 있다.The first piezoelectric substrate 100 and the second piezoelectric substrate 200 are made of a piezoelectric material so that they can be converted into mechanical energy such as vibration when electric energy is applied. The piezoelectric material is, for example, a lithium niobate (LiNbO3) or quartz. At this time, when electrical energy is applied to the first piezoelectric substrate 100 and the second piezoelectric substrate 200, mechanical contraction or expansion may occur.

이때, 제1 압전기판(100)은 미세유동 채널(500)을 기준으로 하판이 되고, 제2 압전기판(200)은 미세유동 채널(500)을 기준으로 상판이 될 수 있다.The first piezoelectric substrate 100 may be a lower plate with respect to the microfluidic channel 500 and the second piezoelectric substrate 200 may be a top plate with respect to the microfluidic channel 500.

다시 말해서, 제1 압전기판(100) 및 제2 압전기판(200)은 서로 상하로 마주보도록 배치될 수 있으며, 특히 제2 압전기판(200)이 제1 압전기판(100)의 상면과 마주보도록 배치될 수 있다.In other words, the first piezoelectric substrate 100 and the second piezoelectric substrate 200 can be arranged so as to face each other up and down, and in particular, the second piezoelectric substrate 200 faces the upper surface of the first piezoelectric substrate 100 .

전술된 제1 압전기판(100) 및 제2 압전기판(200)에는 제1 트랜스듀서(300) 및 제2 트랜스듀서(400)가 각각 배치될 수 있다.The first transducer 300 and the second transducer 400 may be disposed on the first piezoelectric substrate 100 and the second piezoelectric substrate 200, respectively.

상기 제1 트랜스듀서(300)는 제1 압전기판(100)의 상면에 패터닝되고, 제1 압전기판(100)으로 전기 에너지를 인가하여 제1 표면탄성파(A)를 발생시킬 수 있고, 제2 트랜스듀서(400)는 제2 압전기판(200)의 하면에 패터닝되고, 제2 압전기판(200)으로 전기 에너지를 인가하여 제2 표면탄성파(B)를 발생시킬 수 있다.The first transducer 300 is patterned on the upper surface of the first piezoelectric substrate 100 and can generate the first surface acoustic wave A by applying electrical energy to the first piezoelectric substrate 100, The transducer 400 is patterned on the lower surface of the second piezoelectric substrate 200 and the second surface acoustic wave B can be generated by applying electrical energy to the second piezoelectric substrate 200. [

또한, 제1 트랜스듀서(300) 및 제2 트랜스듀서(400)는 예를 들어 인터디지털 트랜스듀서(interdigital transducer)로 마련될 수 있으며, 손가락이 엇갈려 있는 형태의 전극을 평행한 형태로 또는 집중된 형태로 설계하여 제1 압전기판(100) 및 제2 압전기판(200) 상에 패터닝할 수 있다.Also, the first transducer 300 and the second transducer 400 may be provided as an interdigital transducer, for example. In this case, the electrodes in which the fingers are staggered may be arranged in parallel or in a concentrated form And can be patterned on the first piezoelectric substrate 100 and the second piezoelectric substrate 200.

이때, 제1 트랜스듀서(300) 및 제2 트랜스듀서(400)를 구성하는 전극의 구조 또는 배치를 다양하게 설계함으로써, 제1 트랜스듀서(300) 및 제2 트랜스듀서(400)에서 발생되는 표면탄성파의 제어를 더욱 다양화시킬 수 있음은 당연하다.The structure or arrangement of the electrodes constituting the first transducer 300 and the second transducer 400 may be variously designed so that the surfaces of the first transducer 300 and the second transducer 400, It is natural that the control of the seismic waves can be further diversified.

구체적으로, 제1 트랜스듀서(300)가 한 쌍의 제1 트랜스듀서로 마련되고, 제2 트랜스듀서(400)가 한 쌍의 제2 트랜스듀서로 마련되는 경우, 한 쌍의 제1 트랜스듀서(300)는 미세유동 채널(500)의 하단을 기준으로 서로 이격 배치되고, 한 쌍의 제2 트랜스듀서(400)는 미세유동 채널(500)의 상단을 기준으로 서로 이격 배치될 수 있다. 이때, 한 쌍의 제1 트랜스듀서(300) 및 한 쌍의 제2 트랜스듀서(400)는 미세유동 채널(500)을 기준으로 서로 마주보도록 배치될 수 있다.Specifically, when the first transducer 300 is provided with a pair of first transducers and the second transducer 400 is provided with a pair of second transducers, a pair of first transducers 300 may be spaced apart from each other with respect to the lower end of the microfluidic channel 500 and the pair of second transducers 400 may be spaced apart from each other with respect to the upper end of the microfluidic channel 500. At this time, the pair of first transducers 300 and the pair of second transducers 400 may be arranged to face each other with respect to the micro flow channel 500.

전술된 한 쌍의 제1 트랜스듀서(300) 및 한 쌍의 제2 트랜스듀서(400)의 배치에 의해서, 한 쌍의 제1 트랜스듀서(300)에서 발생된 제1 표면탄성파(A)는 미세유동 채널(500)의 일측, 예를 들어 하측을 향하여 전달되고 제2 한 쌍의 트랜스듀서(400)에서 발생된 제2 표면탄성파(B)는 미세유동 채널(500)의 일측과 마주보는 타측, 예를 들어 상측을 향하여 전달될 수 있다.By the arrangement of the pair of first transducers 300 and the pair of second transducers 400 described above, the first surface acoustic wave A generated in the pair of first transducers 300 is fine The second surface acoustic waves B transmitted to one side of the flow channel 500, for example, the lower side and generated by the second pair of transducers 400, are transmitted to the other side of the micro flow channel 500, For example, toward the upper side.

또한, 제1 압전기판(100)에 한 개의 제1 트랜스듀서(300)가 패터닝되고, 제2 압전기판(200)에 한 개의 제2 트랜스듀서(400)가 패터닝될 수 있으며, 한 개의 제1 트랜스듀서(300)과 한 개의 제2 트랜스듀서(400)는 미세유동 채널(500)을 기준으로 서로 어긋나게 또는 대각선으로 배치될 수 있다.In addition, one first transducer 300 may be patterned on the first piezoelectric substrate 100, one second transducer 400 may be patterned on the second piezoelectric substrate 200, The transducer 300 and the one second transducer 400 may be arranged to be shifted from each other or diagonally with respect to the microfluidic channel 500.

또는, 제1 압전기판(100)에 세 개 이상, 예를 들어, 세 개, 두 쌍, 다섯 개, 세 쌍 등의 제1 트랜스듀서(300)가 패터닝되고 제2 압전기판(200)에 세 개 이상의 세 개, 두 쌍, 다섯 개, 세 쌍 등의 제2 트랜스듀서(400)가 패터닝될 수 있으며, 세 개 이상의 제1 트랜스듀서(300) 및 세 개 이상의 제2 트랜스듀서(400)가 각각 제1 압전기판(100) 및 제2 압전기판(200) 상에서 다양하게 배치될 수 있다.Alternatively, a first transducer 300 such as three or more, e.g., three, two, five, or three pairs may be patterned on the first piezoelectric substrate 100 and the first transducer 300 may be provided on the second piezoelectric substrate 200 A second transducer 400 such as three, two, five, three, or more can be patterned and three or more first transducers 300 and three or more second transducers 400 can be patterned May be disposed on the first piezoelectric substrate 100 and the second piezoelectric substrate 200, respectively.

전술된 바와 같이 제1 압전기판(100) 및 제2 압전기판(200) 상에서 제1 트랜스듀서(300) 및 제2 트랜스듀서(400)의 배치는 제1 트랜스듀서(300)에서 발생한 표면탄성파(A) 및 제2 트랜스듀서(400)에서 발생한 표면탄성파(B)가 미세유동 채널(500)에 표면탄성파를 전달할 수 있다면 어느 것이든지 가능할 수 있다.The arrangement of the first transducer 300 and the second transducer 400 on the first piezoelectric substrate 100 and the second piezoelectric substrate 200 is the same as that of the surface acoustic wave generated in the first transducer 300 And the surface acoustic wave (B) generated in the second transducer (400) can transmit surface acoustic waves to the micro flow channel (500).

또한, 제1 트랜스듀서(300) 및 제2 트랜스듀서(400)에서 발생된 표면탄성파의 음향 파력은 미세 액적 또는 미세유동 채널(500) 내의 유체 또는 미세입자 등을 제어할 수 있다.In addition, the acoustic waves of the surface acoustic waves generated in the first transducer 300 and the second transducer 400 can control the fluid or fine particles in the fine droplet or the microfluidic channel 500.

미세유동 채널(500) 내의 유체와 맞닿은 표면탄성파는 제1 압전기판(100) 및 제2 압전기판(200)의 표면을 따라 진행하던 속도(-3900m/s)보다 그 속도가 감소하게 된다(-1495m/s). 이러한 속도 차이에 의해서 유체 내로 전달되는 표면탄성파는 다음의 식에 의해 정의되는 각(23도)을 가지며 굴절되고, 이를 Rayleigh 각이라고 한다.The speed of the surface acoustic wave in contact with the fluid in the microfluidic channel 500 is lower than the speed (-3900 m / s) at which the surface acoustic wave propagates along the surfaces of the first piezoelectric substrate 100 and the second piezoelectric substrate 200 (- 1495m / s). The surface acoustic waves propagating into the fluid due to this velocity difference are refracted with the angle (23 degrees) defined by the following equation, which is called Rayleigh angle.

Figure 112017102535491-pat00001
Figure 112017102535491-pat00001

한편, 제1 트랜스듀서(300) 또는 제2 트랜스듀서(400)와 같이 미세 전극을 서로 마주보는 위치에 두고 각각의 표면탄성파가 교차하여 진행하도록 하면 두 파의 중첩 및 상쇄에 의하여 정상표면탄성파(Standing surface acoustic wave, SSAW)가 형성된다. 이에 의해 진동에너지가 최대로 발생하는 지점을 반압력점(anti-pressure node)이라고 하며, 상쇄현상에 의해 진동에너지가 최소가 되는 지점을 압력점(pressure-node)이라고 한다. 마주보는 전극 사이의 영역에 위치한 미세유동 채널(500) 내에서 입자는 정상표면탄성파에 의해 힘을 받아 압력점 또는 반압력점으로 이동하게 되는데 이때 받는 힘은 다음과 같이 정의된다.If the microelectrodes are disposed at positions facing each other such as the first transducer 300 or the second transducer 400 and the respective surface acoustic waves are allowed to cross each other, the normal surface acoustic wave Standing surface acoustic wave (SSAW) is formed. The point where the vibration energy is maximized is called the anti-pressure node, and the point where the vibration energy is minimized by the offset phenomenon is called the pressure-node. In the microfluidic channel 500 located in the region between opposing electrodes, the particles are moved by the normal surface acoustic wave to the pressure point or the semi-pressure point, where the force is defined as follows.

Figure 112017102535491-pat00002
Figure 112017102535491-pat00002

이때,

Figure 112017102535491-pat00003
이고,
Figure 112017102535491-pat00004
이다.At this time,
Figure 112017102535491-pat00003
ego,
Figure 112017102535491-pat00004
to be.

여기에서 p0, λ, Vc는 탄성압, 파장, 대상 미세입자의 부피를 의미하고 ρc, ρw, βc, βw는 각각 입자의 밀도, 매질의 밀도, 입자의 압축성, 매질의 압축성을 의미한다. 또한, P, Z, A는 각각 입력전력, 전극의 임피던스, 표면탄성파가 미치는 영역의 면적을 의미한다. Φ는 미세 입자가 압력점 혹은 반압력점 중 어느 쪽으로 이동할지를 결정하는 값으로서 Φ>0인 경우 미세입자는 압력점으로 이동하고, Φ<0인 경우 미세입자는 반압력점으로 이동하게 된다.Ρc, ρw, βc, and βw denote the particle density, the density of the medium, the compressibility of the particles, and the compressibility of the medium, respectively, where p 0 , λ and Vc denote the elastic pressure, wavelength and volume of the target microparticles. P, Z, and A denote the areas of the input power, the impedance of the electrode, and the surface acoustic waves, respectively. If Φ> 0, the fine particles move to the pressure point. If Φ <0, the fine particles move to the semi-pressure point.

이와 같이 제1 트랜스듀서(300) 또는 제2 트랜스듀서(400)에서 발생하는 표면탄성파 혹은 정상표면탄성파에 의하여 미세유동 채널(500) 내에 유동이 발생되며, 이를 통해 유동 중인 유체 및 유체 내에 부유된 미세입자의 제어가 가능하게 된다.As described above, a flow is generated in the microfluidic channel 500 by the surface acoustic wave or the normal surface acoustic wave generated in the first transducer 300 or the second transducer 400, Control of fine particles becomes possible.

이때, 구체적으로 도시되지는 않았으나, 제1 트랜스듀서(300) 또는 제2 트랜스듀서(400)에는 제어부(미도시)가 연결될 수 있으며, 제어부에 의해 제1 트랜스듀서(300) 또는 제2 트랜스듀서(400)에서 발생되는 표면탄성파가 제어될 수 있고, 결과적으로 미세유동 채널(500) 내 유체 또는 미세입자(특히, 나노 입자)의 유동이 3차원적으로(또는 공간적으로) 제어될 수 있다.Although not shown in detail, a control unit (not shown) may be connected to the first transducer 300 or the second transducer 400, and the first transducer 300 or the second transducer 400 may be connected to the first transducer 300 or the second transducer 400, The surface acoustic waves generated in the microchannel 400 can be controlled, and as a result, the flow of fluid or fine particles (particularly, nanoparticles) in the microfluidic channel 500 can be controlled three-dimensionally (or spatially).

한편, 전술된 바와 같이 제1 압전기판(100) 및 제2 압전기판(200) 사이에는 미세입자를 포함하는 유체가 흐르는 미세유동 채널(500)이 배치될 수 있다.Meanwhile, as described above, the microfluidic channel 500 through which the fluid including the fine particles flow may be disposed between the first piezoelectric substrate 100 and the second piezoelectric substrate 200.

상기 미세유동 채널(500)은 제1 트랜스듀서(300)에서 발생된 제1 표면탄성파(A) 또는 제2 트랜스듀서(400)에서 발생된 제2 표면탄성파(B)가 전달되는 위치에 배치될 수 있다.The micro flow channel 500 is disposed at a position where the first surface acoustic wave A generated from the first transducer 300 or the second surface acoustic wave B generated from the second transducer 400 is transmitted .

또한, 미세유동 채널(500)은 제1 트랜스듀서(300) 또는 제2 트랜스듀서(400)에서 발생하는 표면탄성파(A 또는 B)의 진행방향에 대하여 수직하는 방향으로 연장되게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜스듀서(300) 또는 제2 트랜스듀서(400)에서 발생하는 표면탄성파(A 또는 B)의 진행방향이 제1 압전기판(100) 또는 제2 압전기판(200)의 가로 방향이라면, 미세유동 채널(500)은 제1 압전기판(100) 또는 제2 압전기판(200)의 세로 방향으로 연장되게 형성될 수 있다.The fine flow channel 500 may extend in a direction perpendicular to the traveling direction of the surface acoustic wave A or B generated in the first transducer 300 or the second transducer 400. For example, when the traveling direction of the surface acoustic wave (A or B) generated in the first transducer 300 or the second transducer 400 is the transverse direction of the first piezoelectric substrate 100 or the second piezoelectric substrate 200 The microfluidic channel 500 may be formed to extend in the longitudinal direction of the first piezoelectric substrate 100 or the second piezoelectric substrate 200.

이때, 미세유동 채널(500)의 일단에는 적어도 하나의 유체 주입구(502, 504)가 구비되고, 미세유동 채널(500)의 타단에는 적어도 하나의 유체 배출구(506)가 구비될 수 있다.At this time, at least one fluid injection port (502, 504) may be provided at one end of the microfluidic channel (500), and at least one fluid discharge port (506) may be provided at the other end of the microfluidic channel (500).

예를 들어, 적어도 하나의 유체 주입구(502, 504) 및 적어도 하나의 유체 배출구(506)에는 유체의 주입 및 배출을 위한 튜브가 연결되고 에폭시 본드 등의 접착제를 이용하여 고정시킬 수 있다.For example, a tube for injecting and discharging fluid may be connected to at least one fluid injection port (502, 504) and at least one fluid discharge port (506) and fixed using an adhesive such as an epoxy bond.

전술된 바와 같이 제1 트랜스듀서(300) 및 제2 트랜스듀서(400)에서 발생한 표면탄성파에 의해 적어도 하나의 유체 주입구(502, 504)에 주입된 적어도 하나의 유체가 미세유동 채널(500) 내에서 혼합될 수 있다.The at least one fluid injected into the at least one fluid injection port 502 and 504 by the surface acoustic waves generated in the first transducer 300 and the second transducer 400 may flow into the micro flow channel 500 Lt; / RTI &gt;

도 1에는 일 실시예에 따른 미세 유체 소자(10)가 두 개의 서로 다른 유체를 혼합하는 경우에 활용되어 유체 주입구가 2개로 마련되고, 유체 배출구가 1개로 마련되는 경우를 예로 들어 도시되었으나, 유체 주입구 또는 유체 배출구의 개수는 이에 국한되지 아니하며 일 실시예에 따른 미세 유체 소자(10)의 활용되는 분야에 따라서 다양한 채널이나 챔버의 구조가 마련될 수 있음은 당연하다.FIG. 1 shows an example in which the microfluidic device 10 according to the embodiment mixes two different fluids to provide two fluid injection ports and a single fluid discharge port. However, The number of the injection port or the fluid discharge port is not limited to this, and it is natural that various channel or chamber structures may be provided according to the application field of the microfluidic device 10 according to one embodiment.

또한, 도 1에는 적어도 하나의 유체 주입구(502, 504) 및 적어도 하나의 유체 배출구(506)가 제2 압전기판(200)의 상면에서 관통되는 형태로 도시되었으나, 적어도 하나의 유체 주입구(502, 504) 및 적어도 하나의 유체 배출구(506)가 제1 압전기판(100) 및 제2 압전기판(200)의 일측면과 타측면에 형성될 수 있음은 당연하다.1 shows at least one fluid injection port 502 and 504 and at least one fluid discharge port 506 penetrating the upper surface of the second piezoelectric substrate 200. At least one fluid injection port 502, 504 and at least one fluid outlet 506 may be formed on one side and the other side of the first piezoelectric substrate 100 and the second piezoelectric substrate 200.

한편, 제1 트랜스듀서(300) 및 제2 트랜스듀서(400)에 전압을 인가하여 제1 표면탄성파(A) 및 제2 표면탄성파(B)가 각각 발생되는데, 제1 표면탄성파(A) 및 제2 표면탄성파(B)는 모두 미세유동 채널(500)을 향하여 진행하게 되고, 미세유동 채널(500) 내 3차원 내부유동을 발생시킬 수 있다.A first surface acoustic wave (A) and a second surface acoustic wave (B) are generated by applying a voltage to the first transducer (300) and the second transducer (400) The second surface acoustic waves B are all directed toward the microfluidic channel 500 and can generate a three-dimensional internal flow in the microfluidic channel 500.

따라서 제1 트랜스듀서(300) 및 제2 트랜스듀서(400)에서 발생되는 제1 표면탄성파(A) 및 제2 표면탄성파(B)를 제어함으로써 미세유동 채널(500) 내 내부유동을 3차원적으로 제어하여, 미세유동 채널(500) 내 유체 또는 미세입자를 다양하게 제어할 수 있다.Accordingly, by controlling the first surface acoustic wave (A) and the second surface acoustic wave (B) generated in the first transducer (300) and the second transducer (400), the internal flow in the micro flow channel To control fluid or fine particles in the microfluidic channel 500 in a variety of ways.

예를 들어, 제1 트랜스듀서(300) 및 제2 트랜스듀서(400)에서 발생되는 제1 표면탄성파(A) 및 제2 표면탄성파(B), 즉 이중 표면탄성파(dual SAW)에 의해 미세유동 채널(500) 내에서 유체가 동일한 방향으로 순환되도록 내부 유동이 발생될 수 있으며, 이에 따라서 미세유동 채널(500) 내에서 유체 혼합이 더 빠르고 효율적으로 이루어질 수 있다.For example, the first surface acoustic wave A and the second surface acoustic wave B generated by the first transducer 300 and the second transducer 400, that is, the double surface acoustic wave (dual SAW) An internal flow can be generated so that the fluid is circulated in the same direction in the channel 500, so that fluid mixing in the microfluidic channel 500 can be made faster and more efficiently.

게다가, Rayleigh 각을 갖는 상태로 표면탄성파가 미세유동 채널(500)에 전달되면 파에너지가 소실하게 되어 높이가 높은 미세유동 채널(500)에 에너지가 온전히 전달되지 못할 수 있다. 이때 미세유동 채널(500)의 높이는 미세유체 혼합이나 분리에 있어 처리량과 관련되므로, 미세유동 채널(500)의 높이에 관계없이 파에너지의 전달 효율을 향상시킬 필요성이 있다.In addition, when the surface acoustic wave is transmitted to the microfluidic channel 500 in a state having a Rayleigh angle, wave energy is lost and energy may not be fully transmitted to the microfluidic channel 500 having a high height. Since the height of the microfluidic channel 500 is related to the throughput of the microfluidic channel 500, it is necessary to improve the efficiency of the transmission of the energy regardless of the height of the microfluidic channel 500.

특히, 일 실시예에 따른 미세 유체 소자(10)는 미세유동 채널(500)의 상단 및 하단에 접합된 복수 개의 압전기판 또는 다중 압전기판을 사용함으로써 미세유동 채널(500)의 높이가 높은 경우에도 단일 압전기판을 사용하는 경우보다 파에너지의 전달 효율을 향상시킬 수 있으며, 고효율 또는 고수율로 미세유체를 처리할 수 있다.In particular, the microfluidic device 10 according to an embodiment uses a plurality of piezoelectric substrates or multiple piezoelectric substrates bonded to the upper and lower ends of the microfluidic channel 500, so that even when the height of the microfluidic channel 500 is high The transmission efficiency of the wave energy can be improved and the microfluid can be processed with high efficiency or high yield as compared with the case of using a single piezoelectric substrate.

이상 일 실시예에 따른 미세 유체 소자에 대하여 설명되었으며, 이하에서는 일 실시예에 따른 미세 유체 소자의 제조 방법에 대하여 설명된다.The microfluidic device according to one embodiment of the present invention has been described. Hereinafter, a method of manufacturing a microfluidic device according to one embodiment will be described.

도 2는 일 실시예에 따른 미세 유체 소자의 제조 방법을 나타내는 순서도이고, 도 3a 내지 3d는 일 실시예에 따른 미세 유체 소자의 제조 과정을 도시한다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a microfluidic device according to an embodiment. FIGS. 3A to 3C illustrate a process of manufacturing a microfluidic device according to an embodiment. Referring to FIG.

도 2를 참조하여, 일 실시예에 따른 미세 유체 소자는 다음과 같이 제조될 수 있다.Referring to FIG. 2, a microfluidic device according to an embodiment may be manufactured as follows.

우선, 제1 압전기판에 제1 트랜스듀서를 패터닝하고(S10), 제2 압전기판에 제2 트랜스듀서를 패터닝한다(S20).First, the first transducer is patterned on the first piezoelectric substrate (S10), and the second transducer is patterned on the second piezoelectric substrate (S20).

이때, 제1 트랜스듀서 또는 제2 트랜스듀서는 예를 들어 SPUDT(Single-Phase Uni-Directional Transducer) 형태의 미세 전극으로 이루어질 수 있다. 그러나 제1 트랜스듀서 또는 제2 트랜스듀서의 형태 또는 배치가 다양하게 이루어질 수 있음은 당연하다.In this case, the first transducer or the second transducer may be a micro-electrode in the form of a single-phase uni-directional transducer (SPUDT), for example. However, it goes without saying that the shape or arrangement of the first transducer or the second transducer may be varied.

이어서, 제1 압전기판 및 제2 압전기판 사이에 미세입자를 포함하는 유체가 흐르는 미세유동 채널을 형성한다(S30).Subsequently, a microfluidic channel through which a fluid including fine particles flows is formed between the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate (S30).

이때, 제1 압전기판은 미세유동 채널의 하단에 접합되고, 제2 압전기판은 미세유동 채널의 상단에 접합될 수 있다.At this time, the first piezoelectric substrate may be bonded to the lower end of the microfluidic channel, and the second piezoelectric substrate may be bonded to the upper end of the microfluidic channel.

특히, 도 3a 내지 3d를 더 참조하여, 제1 압전기판 및 제2 압전기판 사이에 미세입자를 포함하는 유체가 흐르는 미세유동 채널을 형성하는 단계는 다음과 같이 수행될 수 있다.More specifically, with reference to FIGS. 3A to 3D, the step of forming a microfluidic channel through which a fluid containing fine particles flows between the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate can be performed as follows.

우선, 미세유동 채널의 형상으로 마련된 마스터몰드(M)의 상면에 제1 압전기판(100)을 가역 접합시킨다(S31).First, the first piezoelectric substrate 100 is reversibly bonded to the upper surface of the master mold M provided in the shape of a micro flow channel (S31).

이때, 미세유동 채널의 형상으로 마련된 마스터몰드(M)는 반도체 식각 공정을 통해 제작된 PDMS 채널이 이용될 수 있다. 이때, 마스터몰드(M)에는 제1 압전기판(100)에 패터닝된 제1 트랜스듀서(300)의 위치를 정확하게 조절 하기 위해서 또는 정렬시키기 위해서 얼라인 마커(A)가 구비될 수 있으며, 예를 들어 얼라인 마커(A)에 제1 압전기판(100)의 단부를 맞춘 다음에 마스터몰드(M)의 상면에 제1 압전기판(100)을 가역 접합시킬 수 있다.At this time, the master mold M provided in the form of a micro flow channel may be a PDMS channel manufactured through a semiconductor etching process. At this time, the master mold M may be provided with an alignment marker A for precisely adjusting or aligning the position of the first transducer 300 patterned on the first piezoelectric substrate 100, The first piezoelectric substrate 100 can be reversibly bonded to the upper surface of the master mold M after aligning the ends of the first piezoelectric substrate 100 with the aligned markers A. [

그런 다음, 마스터몰드(M)에 광경화 물질(N)을 주입한다(S32).Then, the photocurable material N is injected into the master mold M (S32).

이때, 광경화 물질(N)은 미세유동 채널을 구성하는 것으로서, 예를 들어 자외선에 의해 경화될 수 있는 NOA(Norland Optical Adhesive)가 이용될 수 있다.At this time, the photocurable material (N) constitutes a microfluidic channel, for example, NOA (Norland Optical Adhesive) which can be cured by ultraviolet rays may be used.

이어서, 광경화 물질(N)을 1차 광경화시키고(S33), 마스터몰드를 제거한다(S34).Then, the photocurable material N is first cured (S33), and the master mold is removed (S34).

예를 들어 광경화 물질(N)은 약 60초간 자외선에 노광된다. 이때, 광경화 물질(N)은 완전히 경화되지 않고, 마스터몰드(M)를 제거해도 그 형태를 유지할 수 있을 정도의 경화 정도를 유지할 수 있다. 다시 말해서, 이때 광경화 물질(N)에 의해 형성된 미세유동 채널(500)은 불완전 경화상태의 채널이 될 수 있다.For example, the photo-curable material (N) is exposed to ultraviolet radiation for about 60 seconds. At this time, the photocurable material N is not completely cured, and even if the master mold M is removed, the degree of curing can be maintained to such a degree that the shape thereof can be maintained. In other words, the microfluidic channel 500 formed by the photo-curable material N at this time can be a channel in an incompletely cured state.

그런 다음, 제1 압전기판(100)과 마주보도록 광경화 물질(N)로 이루어진 미세유동 채널(500)에 제2 압전기판(200)을 접합시키며(S36), 광경화 물질을 2차 광경화시킨다(S37).Then, the second piezoelectric substrate 200 is bonded to the microfluidic channel 500 made of the photo-curable material N so as to face the first piezoelectric substrate 100 (S36), and the photo- (S37).

구체적으로, 광경화 물질(N)로 이루어진 미세유동 채널(500)이 제1 압전기판(100) 상에 위치되도록 제1 압전기판(100)을 뒤집고, 미세유동 채널(500)의 상면에 제2 압전기판(200)을 접합시킨 후에, 추가 자외선 노광을 통하여 2차 광경화시킨다. 이에 의해 제2 압전기판(200)이 광경화 물질(N)로 이루어진 미세유동 채널(500)에 접합되고, 미세유동 채널(500) 또한 사용 가능하도록 완전히 경화될 수 있다.Specifically, the first piezoelectric substrate 100 is turned upside down so that the microfluidic channel 500 made of the photo-curable material N is positioned on the first piezoelectric substrate 100, After bonding the piezoelectric substrate 200, secondary light curing is performed through additional ultraviolet exposure. Thereby, the second piezoelectric substrate 200 is bonded to the microfluidic channel 500 made of the photo-curable material N, and the microfluidic channel 500 can be completely cured so as to be usable.

이하에서는 일 실시예에 따른 미세 유체 소자를 이용한 실험 결과에 대하여 설명된다.Hereinafter, experimental results using a microfluidic device according to an embodiment will be described.

도 4a 내지 4e는 느린 유동 조건에서 두 유체의 와류효과를 도시하고, 도 5a 내지 5e는 미세유동 채널 내 미세유체의 혼합 결과를 도시하고, 도 6a 및 6b는 단일 표면탄성파(single SAW) 및 이중 표면탄성파(single SAW)에 대한 미세입자의 거동을 도시한다.Figs. 4A to 4E show vortex effects of two fluids under slow flow conditions, Figs. 5A to 5E show mixing results of microfluidic channels in a microfluidic channel, Figs. 6A and 6B show a single SAW and double Shows the behavior of the fine particles with respect to the surface acoustic wave (single SAW).

도 4a 내지 4e를 참조하여, 느린 유동 조건에서 두 유체의 와류효과를 확인할 수 있다.Referring to Figs. 4A to 4E, the vortex effect of two fluids can be confirmed in a slow flow condition.

이때, 도 4a 내지 4d는 시간 변화에 따른 변화 양상을 나타내고, 도 4e는 3차원적 와류 효과에 대한 결과를 나타낸다.At this time, FIGS. 4A to 4D show the variation patterns with time, and FIG. 4E shows the results with the three-dimensional vortex effect.

구체적으로, 제1 압전기판 및 제2 압전기판에 패터닝된 제1 트랜스듀서 및 제2 트랜스듀서에서 발생하는 표면탄성파를 통하여 미세유동 채널 내에 내부 유동이 형성될 수 있다. 이때, 표면탄성파에 의하여 미세유동채널 내에는 한쪽 방향으로 내부 유동이 형성된다. 이는 채널에 주입되어 층류 유동을 유지하며 흘러가는 증류수와 140nm 크기의 형광나노입자가 부유된 용액을 통해 가시화할 수 있다.Specifically, an internal flow can be formed in the microchannel channel through surface acoustic waves generated in the first transducer and the second transducer patterned on the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate. At this time, an internal flow is formed in one direction within the microfluidic channel by the surface acoustic wave. It is injected into the channel to maintain the laminar flow and can be visualized through a solution of flowing distilled water and fluorescent nanoparticles of 140 nm in size.

내부유동의 가시화를 위하여 두 유체는 1㎕/min의 느린 유동율로 주입되었으며, 14V의 전압을 제1 트랜스듀서 및 제2 트랜스듀서에 인가하였다. 표면탄성파의 영향이 없는 상태(t = 0ms)에서는 층류 유동이 유지되지만 표면탄성파의 발생 이후 시간이 흐름에 따라 초록색으로 나타나는 형광입자 부유 용액이 유동 중 한쪽으로 밀리며 소용돌이치는 형상을 보인다(t = 30, 60ms). t = 90ms일 때 형광입자 부유용액이 미세유동 채널의 반대쪽 벽까지 닿는 것이 확인되어 내부유동의 형성을 확인할 수 있었다.For visualization of the internal flow, both fluids were injected at a slow flow rate of 1 μl / min and a voltage of 14V was applied to the first transducer and the second transducer. In the absence of the surface acoustic wave (t = 0ms), the laminar flow is maintained, but the suspended solu- tion of the fluorescent particles, which appears green as time elapses after the generation of surface acoustic waves, is swirled to one side of the flow , 60ms). At t = 90ms, it was confirmed that the suspended solution of the fluorescent particles reached the opposite wall of the microfluidic channel, and the formation of the internal flow was confirmed.

또한, 도 5a 내지 5e를 참조하여, 미세유체의 혼합의 결과 예시는 다음과 같다.Further, with reference to Figs. 5A to 5E, an example of the result of the mixing of microfluid is as follows.

도 5a에 도시된 바와 같이, 고정된 유동율 50㎕/min을 이용하며 인가전압에 따른 혼합 효율을 비교하였다. 단일 표면탄성파(single SAW)를 이용하는 경우와 이중 표면탄성파(Dual SAW)를 이용하는 경우를 비교하였을 경우, 동일한 전압에서 이중 표면탄성파(Dual SAW)를 이용한 경우가 혼합 효율이 더 높은 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 5A, the mixing efficiency according to the applied voltage was compared using a fixed flow rate of 50 μl / min. Comparing the case of using single SAW and the case of using dual SAW, it can be confirmed that the mixing efficiency is higher when using dual SAW at the same voltage.

도 5b에 도시된 바와 같이 6V 이하의 인가전압에서는 두 유체의 혼합이 일어나지 않는다. 도 5c에 도시된 바와 같이 14V의 전압을 인가하였을 때, 이중 표면탄성파(Dual SAW)를 이용하는 경우 혼합 효율이 100%에 도달하며, 도 5d에 도시된 바와 같이 단일 표면탄성파(single SAW)를 이용할 경우에는 38% 정도의 혼합 효율을 갖는다. 또한, 단일 표면탄성파(single SAW)를 이용하는 경우, 100%의 혼합효율을 얻기 위해서는 22V를 인가해야 한다.As shown in FIG. 5B, mixing of two fluids does not occur at an applied voltage of 6 V or less. As shown in FIG. 5C, when a voltage of 14V is applied, the mixing efficiency reaches 100% when a dual SAW (dual SAW) is used, and a single SAW is used as shown in FIG. 5D The mixing efficiency is about 38%. Further, when a single SAW is used, 22V must be applied in order to obtain a mixing efficiency of 100%.

도 5e에 도시된 바와 같이, 이러한 각 케이스에 대하여 채널 너비 방향으로 표준화된 형광의 강도를 측정하였다. 6V 이하의 전압에서 혼합이 일어나지 않아 형광 강도가 미세유동 채널의 절반을 기준으로 100과 0으로 측정이 되지만, 이후 14V를 가할 경우 측정된 형광 강도의 값이 낮아지며 채널 너비 방향으로 형광이 넓게 퍼지고, 일 실시예에 따른 미세 유체 소자와 같이 이중 표면탄성파(Dual SAW)를 이용하는 경우, 형광 강도는 더 낮아지며 미세유동 채널 전반에 형광이 퍼져 있음을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 5E, the intensity of fluorescence normalized in the channel width direction was measured for each of these cases. The fluorescence intensity is measured at 100 and 0 with respect to the half of the microfluidic channel because the mixing does not occur at a voltage of 6 V or less. However, when 14 V is applied thereafter, the fluorescence intensity measured decreases and the fluorescence spreads in the channel width direction, In the case of using dual surface acoustic wave (Dual SAW) like the microfluidic device according to one embodiment, the fluorescence intensity is lowered and fluorescence is spread throughout the microfluidic channel.

한편, 도 6a 및 6b를 참조하여, 단일 표면탄성파(single SAW) 및 이중 표면탄성파(single SAW)에 대한 미세입자의 거동은 다음과 같을 수 있다.6A and 6B, the behaviors of the fine particles with respect to a single SAW and a single SAW may be as follows.

미세유동 채널의 단면 내에서 동일 위치에 입자를 위치한 상태에서 단일 표면탄성파(single SAW) 및 이중 표면탄성파(dual SAW)에 대한 미세입자의 거동을 비교한 결과, 제1 압전기판 및 제2 압전기판을 이용하여 이중 표면탄성파를 발생시키는 경우에 입자거동에 대한 회전율(속도)가 종래의 단일 표면탄성파(single SAW)를 이용하는 경우보다 빨랐고, 1회전에 요구되는 입자의 이동거리 또한 단축되었음을 확인할 수 있다.As a result of comparing the behaviors of fine particles with respect to a single SAW and a dual SAW in a state where particles are located at the same position in a cross section of a micro flow channel, It is confirmed that the rotation rate (speed) with respect to the particle behavior in the case of generating the double surface acoustic wave is faster than that in the case of using the conventional single surface acoustic wave (single SAW), and the movement distance of the particle required for one rotation is also shortened .

이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. Although the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And various modifications and changes may be made thereto without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the claims set forth below, fall within the scope of the present invention.

10: 미세 유체 소자
100: 제1 압전기판
200: 제2 압전기판
300: 제1 트랜스듀서
400: 제2 트랜스듀서
500: 미세유동 채널
10: Microfluidic device
100: first piezoelectric substrate
200: second piezoelectric substrate
300: 1st transducer
400: second transducer
500: micro flow channel

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1 압전기판에 제1 트랜스듀서를 패터닝하는 단계;
제2 압전기판에 제2 트랜스듀서를 패터닝하는 단계; 및
상기 제1 압전기판 및 상기 제2 압전기판 사이에 미세입자를 포함하는 유체가 흐르는 미세유동 채널을 형성하는 단계;
를 포함하고,
상기 제1 압전기판 및 상기 제2 압전기판 사이에 미세입자를 포함하는 유체가 흐르는 미세유동 채널을 형성하는 단계는,
상기 미세유동 채널의 형상으로 마련된 마스터몰드의 상면에 상기 제1 압전기판을 가역 접합시키는 단계;
상기 마스터몰드에 광경화 물질을 주입하는 단계;
상기 광경화 물질을 1차 광경화시키는 단계;
상기 마스터몰드를 제거하는 단계;
상기 제1 압전기판과 마주보도록 상기 광경화 물질로 이루어진 미세유동 채널에 상기 제2 압전기판을 접합시키는 단계; 및
상기 광경화 물질을 2차 광경화시키는 단계;
를 포함하며,
상기 제1 압전기판은 상기 미세유동 채널의 하단에 접합되고,
상기 제2 압전기판은 상기 미세유동 채널의 상단에 접합되는 미세 유체 소자의 제조 방법.
Patterning a first transducer on the first piezoelectric substrate;
Patterning a second transducer on a second piezoelectric substrate; And
Forming a microfluidic channel through which a fluid including fine particles flows between the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate;
Lt; / RTI &gt;
Forming a microfluidic channel through which a fluid including fine particles flows between the first piezoelectric substrate and the second piezoelectric substrate,
Reversibly bonding the first piezoelectric substrate to the upper surface of the master mold provided in the shape of the micro flow channel;
Injecting a photocurable material into the master mold;
Subjecting the photocurable material to primary light curing;
Removing the master mold;
Bonding the second piezoelectric substrate to a microfluidic channel made of the photocurable material so as to face the first piezoelectric substrate; And
Curing the photocurable material;
/ RTI &gt;
The first piezoelectric substrate is bonded to the lower end of the microfluidic channel,
And the second piezoelectric substrate is bonded to the upper end of the microfluidic channel.
삭제delete 제7항에 있어서,
상기 마스터몰드의 상면에는 상기 제1 압전기판의 정렬을 위한 얼라인 마커가 구비되고,
상기 미세유동 채널의 형상으로 마련된 마스터몰드의 상면에 상기 제1 압전기판을 가역 접합시키는 단계에서, 상기 제1 압전기판을 상기 얼라인 마커에 맞춘 다음 상기 마스터몰드의 상면에 상기 제1 압전기판을 가역 접합시키는 미세 유체 소자의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
An alignment marker for aligning the first piezoelectric substrate is provided on an upper surface of the master mold,
The first piezoelectric substrate is aligned with the alignment markers and the first piezoelectric substrate is placed on the upper surface of the master mold in the step of reversibly bonding the first piezoelectric substrate to the upper surface of the master mold provided in the shape of the micro flow channel, Wherein the microfluidic device is reversibly bonded.
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KR100865040B1 (en) * 2007-04-30 2008-10-23 아주대학교산학협력단 Integrated surface acoustic wave based micro-sensor
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