KR102030254B1 - 다공성 박막을 이용하여 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스 - Google Patents

다공성 박막을 이용하여 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스 Download PDF

Info

Publication number
KR102030254B1
KR102030254B1 KR1020170160376A KR20170160376A KR102030254B1 KR 102030254 B1 KR102030254 B1 KR 102030254B1 KR 1020170160376 A KR1020170160376 A KR 1020170160376A KR 20170160376 A KR20170160376 A KR 20170160376A KR 102030254 B1 KR102030254 B1 KR 102030254B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thin film
fluid
porous thin
vacuum
channel
Prior art date
Application number
KR1020170160376A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190061712A (ko
Inventor
한기호
조형석
Original Assignee
인제대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인제대학교 산학협력단 filed Critical 인제대학교 산학협력단
Priority to KR1020170160376A priority Critical patent/KR102030254B1/ko
Priority to PCT/KR2018/013096 priority patent/WO2019107763A1/ko
Priority to US16/647,157 priority patent/US11701651B2/en
Publication of KR20190061712A publication Critical patent/KR20190061712A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102030254B1 publication Critical patent/KR102030254B1/ko
Priority to US18/312,558 priority patent/US12048927B2/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502723—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by venting arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0684—Venting, avoiding backpressure, avoid gas bubbles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/04—Closures and closing means
    • B01L2300/046—Function or devices integrated in the closure
    • B01L2300/048—Function or devices integrated in the closure enabling gas exchange, e.g. vents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/12—Specific details about materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/16—Surface properties and coatings
    • B01L2300/161—Control and use of surface tension forces, e.g. hydrophobic, hydrophilic
    • B01L2300/165—Specific details about hydrophobic, oleophobic surfaces

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

본 발명은 유체가 통과하는 마이크로 플루이딕 채널을 포함하는 상부 패널;
상기 마이크로 플루이딕 채널 하면에 부착되어 상기 마이크로 플루이딕 채널을 통과하는 유체에 포함된 미세 버블을 제거하기 위한 다공성 박막; 상기 상부 패널 및 상기 다공성 박막의 하면에 접촉하며, 상기 다공성 박막을 통하여 빠져나오는 미세 버블을 외부로 배출하기 위한 통로가 구비되는 하부 패널; 및 상기 다공성 박막이 부착된 마이크로 플루이딕 채널이 상기 하부 패널과 진공상태로 부착되도록 상기 상부 패널과 하부 패널을 진공 흡착하기 위한 진공흡착수단; 을 포함하되, 상기 다공성 박막을 통하여 빠져나오는 미세 버블을 외부로 배출하기 위한 통로가 마련되도록 상기 하부 패널의 표면 위에는 일정한 간격으로 형성되고, 설정된 크기의 마이크로미터 사이즈의 패턴들이 돌출형성되되, 상기 패턴들은 상기 하부 패널 표면 위에 일체로 형성되거나, 패터닝된 박막을 부착하여 형성됨으로써, 상기 설정된 크기의 마이크로미터 사이즈의 패턴들 각각의 공간으로 미세 버블이 외부로 빠져나가는 것을 특징으로 한다.

Description

다공성 박막을 이용하여 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스{A Microfluidic Device for degassing in channel using a porous film}
본 발명은 다공성 박막을 이용하여 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마이크로 플루이딕 기술 기반의 센서, 분리, 측정, 세포 배양, 분석 등의 디바이스들의 유체 채널 내에 발생하는 버블을 제거하여 채널 내에서 유체의 흐름이 방해되거나 유체가 차지해야 할 부피를 버블이 차지하는 것을 방지함으로써, 분석, 분리, 측정 등 특정 기능의 효율을 크게 향상시킬 수 있는 마이크로 플루이딕 디바이스에 관한 것이다.
마이크로 플루이딕 기술 기반의 센서, 세포 분리, 검출, 측정, 세포 배양, 분석 등의 디바이스들은 필연적으로 불필요한 미세 버블(bubble)이 채널(channel) 내부에 생기는 문제점이 있다. 이러한 미세 버블들은 채널 내부를 막게 되고 유체의 흐름을 방해하거나 유체가 차지해야 할 부피를 차지함으로써, 분석, 분리, 측정 등 특정 기능의 효율을 저하시킨다.
이를 방지하기 위해, 기존에는 디바이스의 작동 전 에탄올, 메탄올 등과 같은 물질을 채널 내부에 주입하여 채워 놓은 후, 주입 할 샘플 및 버퍼용액 등을 작업자의 손으로 정교한 처리 과정을 통해 미세 버블을 최대한 생기지 않게 한 후 디바이스에 주입하는 방법을 사용하기도 하였다.
그러나, 이는 마이크로 플루이딕 채널 내부를 친수성으로 바꾸는 시약을 처리하는 번거로운 과정이 필요하고, 정교한 처리 과정을 통하더라도 샘플 및 버퍼용액 내부에 존재하는 초미세 버블은 제거할 수 없으며, 이것은 유체의 흐름에 따라 채널 내부로 들어오게 되어 디바이스 작동에 치명적인 영향을 미치게 되는 문제점을 그대로 갖고 있었다.
또한, 기존에는 샘플을 주입하기 전, 유체 내 버블을 제거하는 장치를 거친 후 디바이스에 주입하는 방식으로 버블을 제거하기도 하였으나, 이는 미세 버블을 제거하기 위한 별도의 장비가 부수적으로 필요한 단점이 있었다.
이에, 샘플 및 버퍼용액 내부에 존재하는 초미세 버블까지 제거할 수 있으면서도 별도의 장비 없이 마이크로 플루이딕 디바이스 자체로 유체 내 버블을 제거하여 디바이스가 특정 목적을 위해 작동함과 동시에 버블이 제거되는 형태의 장치가 요구되는 상황이며, 본 출원인은 이에 대한 연구를 거듭한 결과, 본 발명을 완성하게 되었다.
대한민국공개특허 제2013-0002784호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 마이크로 플루이딕 기술 기반의 센서, 분리, 측정, 세포 배양, 분석 등의 디바이스들의 유체 채널 내에 발생하는 미세 버블을 제거하여, 채널 내에서 유체의 흐름이 방해되거나 유체가 차지해야 할 부피를 미세 버블이 차지하는 것을 방지함으로써, 분석, 분리, 측정 등 특정 기능의 효율을 크게 향상시킬 수 있는 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 마이크로 플루이딕 디바이스 자체로 유체 내 버블을 제거하여, 유체 내 버블 제거 및 디바이스의 구동이 동시에 가능하므로, 버블을 제거하기 위한 별도의 장치가 불필요한 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 유체가 통과하는 마이크로 플루이딕 채널을 포함하는 상부 패널과, 상기 마이크로 플루이딕 채널 하면에 부착되어 상기 마이크로 플루이딕 채널을 통과하는 유체에 포함된 미세 버블을 제거하기 위한 다공성 박막과, 상기 상부 패널 및 상기 다공성 박막의 하면에 접촉하며, 상기 다공성 박막을 통하여 빠져나오는 미세 버블을 외부로 배출하기 위한 통로가 구비되는 하부 패널과, 상기 다공성 박막이 부착된 마이크로 플루이딕 채널이 상기 하부 패널과 진공상태로 부착되도록 상기 상부 패널과 하부 패널을 진공 흡착하기 위한 진공흡착수단을 포함하는 마이크로 플루이딕 디바이스가 제공된다.
본 발명에 있어서, 상기 다공성 박막을 통하여 빠져나오는 미세 버블을 외부로 배출하기 위한 통로가 마련되도록 상기 하부 패널의 표면 위에는 일정한 간격으로 형성되는 패턴들이 돌출형성될 수 있다.
상기 패턴들은 상기 하부 패널 표면 위에 일체로 형성되거나, 패터닝된 박막을 부착하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 다공성 박막은 상기 마이크로 플루이딕 채널을 흐르는 유체는 통과시키지 않으면서 유체 내 포함된 미세 버블만 통과되어 상기 하부 패널 측으로 나오도록 소수성을 갖는 것을 특징으로 한다.
이를 위해, 본 발명의 상기 다공성 박막은 소수성 재질로 이루어지거나 상기 다공성 박막 표면에 소수성 물질의 처리를 통해 소수성을 가질 수 있다.
여기서, 상기 다공성 박막의 재질은 폴리디메틸실록산(PDMS; polydimethyl siloxane), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene Terephthalate), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 폴리메타크릴산 메틸(PMMA; Poly(methyl methacrylate)), 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리스티렌 (polystyrene), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate), 고분자 플라스틱, 유리, 종이 및 세라믹 중 적어도 어느 하나 이상의 선택된 재질을 포함할 수 있다.
한편, 상기 진공흡착수단은 상기 상부 패널의 하면에 형성되는 진공홈과, 상기 진공홈과 연통되어 상기 다공성 박막이 부착된 마이크로 플루이딕 채널이 상기 하부 패널과 진공상태로 부착되도록 상기 진공홈에 진공을 인가하는 진공흡입홀을 포함할 수 있다.
상기 진공홈은 상기 마이크로 플루이딕 채널 및 상기 다공성 박막의 주변을 감싸는 형태로 형성되고, 상기 진공흡입홀은 상기 상부 패널의 상면 또는 측면에 연통되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 마이크로 플루이딕 채널은 유체를 주입하기 위한 유체 주입구와, 상기 유체 주입구에서 유입된 유체가 흐르는 유로와, 상기 유로를 흐른 유체가 배출되는 유체 배출구를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 유로는 상기 상부 패널의 하면에 소정 깊이로 형성되는 홈으로 이루어지고, 상기 다공성 박막이 상기 홈의 하면에 부착됨으로써 유체가 흘러갈 수 있는 유로가 형성되는 것이다.
이와 같은 본 발명에서, 상기 유체 내 미세 버블이 빠져나가는 속도는 상기 다공성 박막의 두께, 상기 하부 패널의 패턴의 높이, 상기 진공홈에 인가한 진공의 강도 및 상기 다공성 박막에 형성된 구멍의 크기에 따라 조절될 수 있다.
이와 같은 본 발명에서는 마이크로 플루이딕 기술 기반의 센서, 분리, 측정, 세포 배양, 분석 등의 디바이스들의 유체 채널 내에 발생하는 미세 버블을 제거하여, 채널 내에서 유체의 흐름이 방해되거나 유체가 차지해야 할 부피를 미세 버블이 차지하는 것을 방지함으로써, 분석, 분리, 측정 등 특정 기능의 효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 마이크로 플루이딕 디바이스 자체로 유체 내 버블을 제거하여, 유체 내 버블 제거 및 디바이스의 구동이 동시에 가능하므로, 버블을 제거하기 위한 별도의 장치가 불필요하여 종래의 기술에 비해 비용적인 측면에서 매우 유리한 장점이 있다.
또한, 유체 내 버블을 제거하는 구조가 간단하여 제작 및 양산이 용이하므로, 다양한 기술에서 범용적으로 사용이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스의 일실시예를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 일실시예의 결합 사시도이다.
도 3은 도 2에서의 A-A' 단면을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스의 다른 실시예를 도시한 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 상부패널 평면도이다.
도 6은 본 발명의 마이크로 플루이딕 디바이스의 실제 샘플을 나타내는 사진이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예를 통해 채널 내 유체가 지나가는 시간을 실험한 사진이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에서 박막의 두께에 따라 미세 버블이 없어지는 속도를 나타내는 그래프이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스의 일실시예를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 일실시예의 결합 사시도이며, 도 3은 도 2에서의 A-A' 단면을 나타내는 단면도이다.
이에 도시한 바와 같이, 본 발명의 마이크로 플루이딕 디바이스는 크게 상부 패널(100), 다공성 박막(200) 및 하부 패널(300)을 구비한다.
상기 상부 패널(100)은 유체가 통과하는 마이크로 플루이딕 채널(110)을 포함하는 것으로서, 실리콘 고무(PDMS), 플라스틱 등의 재질로 이루어질 수 있다.
상기 마이크로 플루이딕 채널(110)은 시료가 되는 유체가 통과하는 채널로서, 유체를 주입하기 위한 유체 주입구(112)와, 상기 유체 주입구(112)에서 유입된 유체가 흐르는 유로(114)와, 상기 유로(114)를 흐른 유체가 배출되는 유체 배출구(116)를 포함한다.
여기서, 상기 유로(114)는 상기 상부 패널(100)의 하면에 소정 깊이로 형성되는 홈 형상으로 이루어진다. 즉, 상기 유로(114)는 상기 상부 패널(100)의 하면에 소정 깊이의 홈으로 이루어지고, 상기 다공성 박막(200)이 상기 홈의 하면에 부착됨으로써 유체가 흘러갈 수 있는 유로(114)가 형성되는 것이다.
본 발명의 일실시예에서는 상기 유체 주입구(112)와 유체 배출구(116)가 상부 패널(100)의 상면에 연통되게 형성되고, 상기 유체 주입구(112)와 유체 배출구(116)의 하단을 상기 유로(114)가 연결하여 유체의 흐름이 '└┘' 형상으로 이루어지도록 하였으나, 이는 본 발명의 일실시예에 불과하며 상기 유체 주입구(112)와 유체 배출구(116)가 형성되는 위치가 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 경우에 따라서는 유체 주입구(112)와 유체 배출구(116)가 상부 패널(100)의 측면 등에 연통되게 형성될 수도 있고, 상기 유로(114) 역시 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
다시 말해서, 본 발명의 마이크로 플루이딕 디바이스는 상기 마이크로 플루이딕 채널(110)의 유로(114)가 상기 상부 패널(100)의 하면에 소정 깊이의 홈으로 이루어지고, 상기 다공성 박막(200)이 상기 홈의 하면에 부착됨으로써, 상기 마이크로 플루이딕 채널(110)을 통해 유체가 흘러갈 때 상기 다공성 박막(200)을 통해 유체 내의 미세 버블이 빠져나오는데 특징이 있으며, 상기 유로(114)의 형상 및 상기 유체 주입구(112)와 유체 배출구(116)가 형성되는 위치는 다양하게 적용될 수 있는 것이다.
한편, 상기 다공성 박막(200)은 상기 마이크로 플루이딕 채널(110) 하면에 부착되어 상기 마이크로 플루이딕 채널(110)을 통과하는 유체에 포함된 미세 버블을 제거하기 위한 것으로, 상기 다공성 박막(200)은 상기 마이크로 플루이딕 채널(110)을 흐르는 유체는 통과시키지 않으면서 유체 내 포함된 미세 버블만 통과되어 상기 하부 패널(300) 측으로 빠져나오도록 소수성을 갖는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 유체가 마이크로 플루이딕 채널(110)을 흐르면서 상기 다공성 박막(200) 위를 지나갈 때 상기 박막(200)은 소수성이기 때문에 상기 마이크로 플루이딕 채널(110)을 흐르는 유체는 다공성 박막(200)의 기공을 통하여 빠져 나가지 않고 그대로 흐르며, 이에 반해, 유체 내의 미세 버블은 소수성의 다공성 박막(200)의 기공을 통하여 빠져나가는 것이다.
본 발명에서, 상기 다공성 박막(200)은 소수성 재질로 이루어지거나 상기 다공성 박막(200) 표면에 소수성 물질의 처리를 통해 소수성을 갖게 할 수도 있다.
상기 다공성 박막(200)은 유리, 폴리머, 종이 등 다양한 재질의 것이 모두 적용가능하며, 예를 들어, 폴리디메틸실록산(PDMS; polydimethyl siloxane), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene Terephthalate), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 폴리메타크릴산 메틸(PMMA; Poly(methyl methacrylate)), 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리스티렌 (polystyrene), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate), 고분자 플라스틱, 유리, 종이 및 세라믹 중 적어도 어느 하나 이상의 선택된 재질을 포함할 수 있다.
이와 같은 다공성 박막(200)은 주로 폴리머(PET, PI, PP, PMMA 등)에 나노사이즈의 기공이 형성된 필름을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 다공성 박막(200)을 통해 밑으로 빠져나오는 미세 버블은 상기 하부 패널(300)의 표면에 접하게 된다.
상기 하부 패널(300)은 상기 상부 패널(100) 및 상기 다공성 박막(200)의 하면에 접촉하도록 설치되며, 상기 다공성 박막(200)이 부착된 마이크로 플루이딕 채널(110)과 진공상태로 부착되어야 하고, 상기 다공성 박막(200)을 통하여 빠져나오는 미세 버블을 외부로 배출하기 위한 통로가 구비되어야 한다.
상기 다공성 박막(200)이 부착된 마이크로 플루이딕 채널(110)과 하부 패널(300)을 진공상태로 부착하기 위해, 본 발명에서는 진공을 인가하는 진공흡착수단을 포함한다.
여기서, 상기 진공흡착수단은 상기 상부 패널(100)의 하면에 형성되는 진공홈(120)과, 상기 진공홈(120)과 연통되어 상기 다공성 박막(200)이 부착된 마이크로 플루이딕 채널(110)이 상기 하부 패널(300)과 진공상태로 부착되도록 상기 진공홈(120)에 진공을 인가하는 진공흡입홀(130)을 포함할 수 있다.
상기 진공홈(120)은 상기 마이크로 플루이딕 채널(110) 및 상기 다공성 박막(200)의 주변을 감싸는 형태로 형성된다. 즉, 도 1에서 보는 바와 같이, 상기 진공홈(120)은 상기 마이크로 플루이딕 채널(110) 및 상기 다공성 박막(200)이 형성되는 영역을 모두 포함하도록 바람직하게는 4각형으로 형성되는 것이 좋다.
상기 진공흡입홀(130)은 양단이 상기 진공홈(120)과 상기 상부 패널(100)의 상면 또는 측면에 연통되도록 형성되며, 외부의 기기에 연결되어 진공을 인가함으로써, 상기 하부 패널(300)과 상부 패널(100) 사이에 공기층을 완전히 제거하여 상기 하부 패널(300)과 상부 패널(100)이 진공 흡착되도록 한다.
본 발명에서는 도 1 내지 도 3을 통해 상기 진공흡입홀(130)이 상부 패널(100)의 상면에 연통되도록 형성된 것을 나타내었으나, 본 발명은 이에 한정하지 않으며, 상기 진공흡입홀(130)이 상기 상부 패널(100)의 측면에 연통되어 외부에서 진공흡입홀(130)을 통해 진공홈(120) 내의 공기를 빨아들일 수 있는 구조로 함도 가능하다.
이와 같은 구조로 인해, 상기 하부 패널(300)과 채널(110) 사이는 상기 진공홈(120)을 통해 탈착이 가능하다. 즉, 상기 진공홈(120)에 진공을 인가하면 상기 하부 패널(300)과 채널(110) 사이가 진공으로 인해 부착되지만, 상기 진공홈(120)에 인가된 진공을 해제하면 상기 하부 패널(300)과 채널(110) 사이가 떨어지게 되어 분리가 가능하다.
본 발명에 있어서, 상기 다공성 박막(200)을 통하여 빠져나오는 미세 버블은 하부 패널(300) 위에 모이게 되고, 따라서, 상기 하부 패널(300)에는 미세 버블을 외부로 배출하기 위한 통로가 마련되어야 한다. 이를 위해, 본 발명에서는 상기 하부 패널(300)의 표면 위에 일정한 간격으로 패턴(310)들을 돌출형성한다.
상기 패턴(310)은 상기 하부 패널(300) 표면 위에 수 마이크로미터 사이즈의 높이로 형성되어 상기 다공성 박막(200)과 하부 패널(300) 사이에 수 마이크로미터 사이즈의 공간을 형성하게 되고, 이 공간을 통해 상기 다공성 박막(200)을 통과한 미세 버블이 외부로 원활히 빠져나갈 수 있는 통로가 마련되는 것이다.
상기 패턴(310)들은 상기 하부 패널(300) 표면 위에 일체로 형성되거나, 패터닝된 박막을 부착하여 형성될 수 있다.
상기 패턴(310)들을 상기 하부 패널(300) 표면 위에 일체로 형성하는 방법은 공지의 기술이 적용될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 6은 본 발명의 마이크로 플루이딕 디바이스의 실제 샘플을 나타내는 사진으로서, (a)본 출원인이 개발한 마이크로 플루이딕 채널 및 하부 패널(원형 구조가 패터닝 되어 형성되어 있음), (b)하부 패널 패터닝 모서리 부분 확대사진, (c)하부 패널 패터닝 가운데 부분 확대사진, (d)마이크로 플루이딕 채널 아래 다공성 박막이 부착된 모습을 나타내는 사진이다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 마이크로 플루이딕 디바이스는 상기 하부 패널(300)과 부착된 마이크로 플루이딕 채널(110)에 유체와 가스를 일정한 간격으로 주입하는 경우 채널 내부로 들어간 가스는 사라지고 유체만 흐르는 것을 확인 할 수 있으며, 상기 유체 내 미세 버블이 빠져나가는 속도는 상기 다공성 박막의 두께, 상기 하부 패널의 패턴의 높이, 상기 진공홈에 인가한 진공의 강도 및 상기 다공성 박막에 형성된 구멍의 크기에 따라 조절될 수 있다.
도 4는 본 발명의 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스의 다른 실시예를 도시한 분해 사시도이고, 도 5는 도 4의 상부패널 평면도이다.
도 4 내지 도 5에 도시한 본 발명의 다른 실시예는 상기 상부 패널(100), 다공성 박막(200), 하부 패널(300) 및 진공흡착수단을 구비하며, 이는 앞서 설명한 일실시예와 동일하고 상기 상부 패널(100)에 형성되는 마이크로 플루이딕 채널의 형상이 일실시예의 채널과 다르게 형성된 것이다.
물론, 상기 마이크로 플루이딕 채널 역시 유체를 주입하기 위한 유체 주입구(142)와, 상기 유체 주입구(142)에서 유입된 유체가 흐르는 유로(144)와, 상기 유로(144)를 흐른 유체가 배출되는 유체 배출구(146)를 포함하며, 상기 유로(144)가 유체 주입구(142)와 유체 배출구(146) 사이를 지그재그 형태로 연결하여 길게 형성된 형상을 가진다.
이와 같은 본 발명의 다른 실시예는 상기 진공흡착수단을 통해 진공을 인가하면 마이크로 플루이딕 채널을 흐르는 유체가 시간이 지남에 따라 채널 내를 이동하여 점차 채널 내부로 진행하는 것을 측정하기 위한 것으로, 상기 유로(144)를 지그재그 형태로 길게 형성하여 유체가 상기 유로(144)를 따라 지나가는 상태와 그 시간을 보다 정확하게 측정할 수 있도록 한다.
상기 유로(144) 역시 상기 상부 패널(100)의 하면에 소정 깊이로 형성되는 홈 형상으로 이루어지며, 상기 다공성 박막(200)이 상기 홈의 하면에 부착됨으로써 유체가 흘러갈 수 있는 유로(144)를 형성하여 유체 내 미세 버블이 상기 다공성 박막(200)을 통해 빠져나갈 수 있는 구조가 형성되는 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예를 통해 채널 내 유체가 지나가는 시간을 실험한 사진이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에서 박막의 두께에 따라 미세버블이 없어지는 속도를 나타내는 그래프이다.
본 출원인은 본 발명의 마이크로 플루이딕 디바이스에 진공을 걸어주면 유체가 유로를 따라 지나가는 것을 확인하기 위해, 도 7에서 보는 바와 같이, 유체 주입구(142)에 물을 떨어뜨리고 상기 진공흡입홀(130)을 통해 상기 진공홈(120)에 진공을 걸어주었다. 이 결과, 마이크로 플루이딕 채널 내부에 공기가 빠져나감에 따라 채널 입구에 떨어뜨린 물이 점점 채널 내부로 진행되어 상기 유로(144)를 모두 지나는데, 94초가 걸리는 것을 측정할 수 있었다.
또한, 도 8은 박막의 두께에 따라 미세 버블이 없어지는 속도를 그래프로 나타낸 것으로, X축은 유체가 채널 내부로 진행될 때 버블이 없어지는데 걸리는 시간을 나타내고, Y축은 유체가 채널 내부로 진행함에 따라 채널 내부에 남는 공기의 부피를 나타낸다.
도 8에서는 도 7과 같은 방식으로 실험을 진행하였으며, 마이크로 플루이딕 채널 아래에 다공성 박막의 두께를 6, 10, 15, 20㎛로 각각 다르게 적용하여 얼마나 빨리 채널 내부에 유체가 차는지를 측정하였다.
측정 결과, 두께가 얇은 박막일수록 마이크로 플루이딕 채널 내부에 빨리 유체가 차게 되는 것을 알 수 있었다.
따라서, 상기 유체 내 미세 버블을 빨리 제거하기 위해서는 상기 다공성 박막의 두께를 얇게 하는 것이 바람직하며, 이외에도 상기 유체 내 미세 버블이 빠져나가는 속도는 상기 다공성 박막의 두께, 상기 하부 패널의 패턴의 높이, 상기 진공홈에 인가한 진공의 강도 및 상기 다공성 박막에 형성된 구멍의 크기에 따라 조절할 수 있다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
100: 상부 패널 110: 마이크로 플루이딕 채널
112: 유체 주입구 114: 유로
116: 유체 배출구 120: 진공홈
130: 진공흡입홀 200: 다공성 박막
300: 하부 패널 310: 패턴

Claims (11)

  1. 유체가 통과하는 마이크로 플루이딕 채널을 포함하는 상부 패널;
    상기 마이크로 플루이딕 채널 하면에 부착되어 상기 마이크로 플루이딕 채널을 통과하는 유체에 포함된 미세 버블을 제거하기 위한 다공성 박막;
    상기 상부 패널 및 상기 다공성 박막의 하면에 접촉하며, 상기 다공성 박막을 통하여 빠져나오는 미세 버블을 외부로 배출하기 위한 통로가 구비되는 하부 패널; 및
    상기 다공성 박막이 부착된 마이크로 플루이딕 채널이 상기 하부 패널과 진공상태로 부착되도록 상기 상부 패널과 하부 패널을 진공 흡착하기 위한 진공흡착수단; 을 포함하되,
    상기 다공성 박막을 통하여 빠져나오는 미세 버블을 외부로 배출하기 위한 통로가 마련되도록 상기 하부 패널의 표면 위에는 일정한 간격으로 형성되고, 설정된 크기의 마이크로미터 사이즈의 패턴들이 돌출형성되되, 상기 패턴들은 상기 하부 패널 표면 위에 일체로 형성되거나, 패터닝된 박막을 부착하여 형성됨으로써, 상기 설정된 크기의 마이크로미터 사이즈의 패턴들 각각의 공간으로 미세 버블이 외부로 빠져나가는 것을 특징으로 하는, 마이크로 플루이딕 디바이스.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 다공성 박막은 상기 마이크로 플루이딕 채널을 흐르는 유체는 통과시키지 않으면서 유체 내 포함된 미세 버블만 통과되어 상기 하부 패널 측으로 나오도록 소수성을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 플루이딕 디바이스.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 다공성 박막은 소수성 재질로 이루어지거나 상기 다공성 박막 표면에 소수성 물질의 처리를 통해 소수성을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 플루이딕 디바이스.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 다공성 박막의 재질은 폴리디메틸실록산(PDMS; polydimethyl siloxane), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene Terephthalate), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 폴리메타크릴산 메틸(PMMA; Poly(methyl methacrylate)), 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리스티렌 (polystyrene), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate), 고분자 플라스틱, 유리, 종이 및 세라믹 중 적어도 어느 하나 이상의 선택된 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 플루이딕 디바이스.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 진공흡착수단은 상기 상부 패널의 하면에 형성되는 진공홈과,
    상기 진공홈과 연통되어 상기 다공성 박막이 부착된 마이크로 플루이딕 채널이 상기 하부 패널과 진공상태로 부착되도록 상기 진공홈에 진공을 인가하는 진공흡입홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 플루이딕 디바이스.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 진공홈은 상기 마이크로 플루이딕 채널 및 상기 다공성 박막의 주변을 감싸는 형태로 형성되고,
    상기 진공흡입홀은 상기 상부 패널의 상면 또는 측면에 연통되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 플루이딕 디바이스.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 마이크로 플루이딕 채널은 유체를 주입하기 위한 유체 주입구;
    상기 유체 주입구에서 유입된 유체가 흐르는 유로; 및
    상기 유로를 흐른 유체가 배출되는 유체 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 플루이딕 디바이스.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 유로는 상기 상부 패널의 하면에 소정 깊이로 형성되는 홈으로 이루어지고, 상기 다공성 박막이 상기 홈의 하면에 부착됨으로써 유체가 흘러갈 수 있는 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 플루이딕 디바이스.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 유체 내 미세 버블이 빠져나가는 속도는 상기 다공성 박막의 두께, 상기 하부 패널의 패턴의 높이, 상기 진공홈에 인가한 진공의 강도 및 상기 다공성 박막에 형성된 구멍의 크기에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 마이크로 플루이딕 디바이스.
KR1020170160376A 2017-11-28 2017-11-28 다공성 박막을 이용하여 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스 KR102030254B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170160376A KR102030254B1 (ko) 2017-11-28 2017-11-28 다공성 박막을 이용하여 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스
PCT/KR2018/013096 WO2019107763A1 (ko) 2017-11-28 2018-10-31 다공성 박막을 이용하여 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스와 버블 유입 방지용 시료주입 장치 및 이형필름을 이용한 미세유체 소자의 패널 본딩방법
US16/647,157 US11701651B2 (en) 2017-11-28 2018-10-31 Microfluidic device capable of removing microbubbles in channel by using porous thin film, sample injection device for preventing inflow of bubbles, and method for bonding panel of microfluidic element by using mold-releasing film
US18/312,558 US12048927B2 (en) 2017-11-28 2023-05-04 Microfluidic device capable of removing microbubbles in channel by using porous thin film, sample injection device for preventing inflow of bubbles, and method for bonding panel of microfluidic element by using mold-releasing film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170160376A KR102030254B1 (ko) 2017-11-28 2017-11-28 다공성 박막을 이용하여 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190061712A KR20190061712A (ko) 2019-06-05
KR102030254B1 true KR102030254B1 (ko) 2019-10-08

Family

ID=66844745

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170160376A KR102030254B1 (ko) 2017-11-28 2017-11-28 다공성 박막을 이용하여 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102030254B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116625990B (zh) * 2023-06-05 2023-12-08 冠礼控制科技（上海）有限公司 抗气泡高稳定性折光计

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3918040B2 (ja) * 2004-03-03 2007-05-23 アイダエンジニアリング株式会社 マイクロチップ及びｐｄｍｓ基板と対面基板との貼り合わせ方法
KR101438767B1 (ko) 2014-07-09 2014-09-12 한양대학교 산학협력단 고밀도 마이크로 액적 생성 배열 시스템 및 방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120134461A (ko) * 2011-06-02 2012-12-12 삼성전자주식회사 기체 버블 트랩 기능을 갖는 미세 유체 공급소자
KR101881451B1 (ko) 2011-06-29 2018-07-25 삼성전자주식회사 유체내 기체 제거를 위한 미세유체 채널
KR102195769B1 (ko) * 2014-07-10 2020-12-30 주식회사 미코바이오메드 미세유체 칩, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 분석 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3918040B2 (ja) * 2004-03-03 2007-05-23 アイダエンジニアリング株式会社 マイクロチップ及びｐｄｍｓ基板と対面基板との貼り合わせ方法
KR101438767B1 (ko) 2014-07-09 2014-09-12 한양대학교 산학협력단 고밀도 마이크로 액적 생성 배열 시스템 및 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Derami, Hamed Gholami. et al., "Experimental and computational study of gas bubble removal in a microfluidic system using nanofibrous membranes." Microsystem Technologies 23.7 (2016.06.18): 2685-2698.*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190061712A (ko) 2019-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4686683B2 (ja) 血漿分離用マイクロ流路
JP3995230B2 (ja) 毛細管から液体を導出するための装置
US12048927B2 (en) Microfluidic device capable of removing microbubbles in channel by using porous thin film, sample injection device for preventing inflow of bubbles, and method for bonding panel of microfluidic element by using mold-releasing film
JP2012532327A (ja) 血漿分離リザーバ
JP2005177749A (ja) サンプルを処理するためのマイクロタイタ・プレート、システム及び方法
WO2006092959A1 (ja) マイクロ流路及びマイクロ流体チップ
WO1998040735A1 (fr) Instrument d'analyse d'echantillon liquide
DE602007011745D1 (de) Mikrofluidische Vorrichtung, Mischverfahren und Verwendung der Vorrichtung
JP2015166707A (ja) マイクロ流路デバイス
KR20130077774A (ko) 고체 시약 용해 소자 및 이를 이용한 고체 시약 용해 방법
KR102030284B1 (ko) 다공성 박막에 돌출된 서포트 패턴을 이용하여 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스 및 그 제조방법
JP2013217918A (ja) ターゲット物質捕獲用フィルタ
KR20130002784A (ko) 유체내 기체 제거를 위한 미세유체 채널
JP2006242607A (ja) マイクロ流路及びマイクロ流体チップ
JP2009236555A (ja) 流体デバイス及びその製造方法
JP2010522337A (ja) 毛細管
US20240280604A1 (en) Disposable flow velocity measuring device having predetermined sensitivity to pressure change by using various types of ultra-thin films, and microfluidic device capable of removing micro bubbles inside channel by using support patterns protruding from porous ultra-thin film and manufacturing method therefor
KR102030254B1 (ko) 다공성 박막을 이용하여 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스
JPWO2015141612A1 (ja) 分離装置、流体デバイス、分離方法及び混合方法
KR102054610B1 (ko) 다양한 종류의 박막을 이용하여 압력의 변화에 일정한 민감도를 갖는 일회용 유속측정장치
JP2007529720A (ja) マイクロ流体工学チップ
EP3391967B1 (en) Detection apparatus and inlet structure thereof
JP4637610B2 (ja) マイクロ流路及びマイクロチップ
KR102039230B1 (ko) 버블 유입 방지용 시료주입 장치
KR102103084B1 (ko) 박막을 이용하여 분리 가능한 구조를 갖는 마이크로 플루이딕 디바이스

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant