KR102030284B1

KR102030284B1 - 다공성 박막에 돌출된 서포트 패턴을 이용하여 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102030284B1
Application number: KR1020180109380A
Authority: KR
Inventors: 한기호; 조형석
Original assignee: 인제대학교 산학협력단
Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2018-09-13
Publication date: 2019-10-08

Abstract

본 발명은 다공성 박막에 돌출된 서포트 패턴을 이용하여 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 유체가 통과하는 마이크로 플루이딕 채널을 포함하는 상부 패널과, 상기 마이크로 플루이딕 채널 하면에 부착되어 상기 상부 패널과 일체화되며 상기 마이크로 플루이딕 채널을 통과하는 유체에 포함된 미세 버블을 실시간으로 제거하기 위한 돌출된 서포트 패턴이 형성되는 다공성 박막과, 상기 상부 패널 및 상기 다공성 박막의 하면에 접촉하는 하부 패널과, 상기 다공성 박막이 부착된 마이크로 플루이딕 채널과 상기 하부 패널 사이에 음압 형성을 위한 음압형성수단을 포함함으로써, 마이크로 플루이딕 기술 기반의 센서, 분리, 측정, 세포 배양, 분석 등의 디바이스들의 유체 채널 내에 발생하는 미세버블 및 트랩된 공기 방울들을 제거하기 위한 실시간 공기제거(Realtime-degassing)가 가능하고 채널 내에서 유체의 흐름이 방해되거나 유체가 차지해야 할 부피를 버블이 차지하는 것을 방지하여 분석, 분리, 측정 등 특정 기능의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

다공성 박막에 돌출된 서포트 패턴을 이용하여 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스 및 그 제조방법{A microfluidic device for degassing in channel using protruding support pattern on porous film and Method thereof}

본 발명은 다공성 박막에 돌출된 서포트 패턴을 이용하여 채널 내 미세 버블의 제거가 가능한 마이크로 플루이딕 디바이스 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마이크로 플루이딕 기술 기반의 센서, 분리, 측정, 세포 배양, 분석 등의 디바이스들의 유체 채널 내에 발생하는 미세버블 및 트랩된 공기 방울들을 제거하기 위한 실시간 공기제거(Realtime-degassing)가 가능한 구조를 가짐으로써, 채널 내에서 유체의 흐름이 방해되거나 유체가 차지해야 할 부피를 버블이 차지하는 것을 방지하여 분석, 분리, 측정 등 특정 기능의 효율을 크게 향상시키는 마이크로 플루이딕 디바이스 및 그 제조방법에 관한 것이다.

마이크로 플루이딕 디바이스에서 마이크로 단위의 미세 채널에 형성되는 버블이나 공기의 막힘은 디바이스의 성능저하에 영향을 미친다. 예를 들어, 마이크로 PCR(Polymerized Chain Reaction), 칩 기반의 세포 배양(Cell culture), 세포 분리(Cell separation), 입자 분리(Particle separation), 마이크로 유체 펌프(Micro-pump), 마이크로 유체 믹서(Micro-mixer), 유체 센서(Fluid senser) 등의 다양한 기능을 하는 칩의 중요 채널 부분에 트랩된 공기방울은 칩의 고유의 기능을 저하시키고 효율 저하의 원인이 된다.

따라서, 칩의 사용 도중 유입되는 공기방울을 실시간으로 칩 외부로 방출시키는 기능이 필수적으로 요구되는 것이다.

대한민국공개특허 제2013-0002784호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 마이크로 플루이딕 기술 기반의 센서, 분리, 측정, 세포 배양, 분석 등의 디바이스들의 내에 칩의 사용도중 유입되는 공기방울을 실시간으로 칩 외부로 방출시켜 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 마이크로 플루이딕 디바이스를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 마이크로 PCR(Polymerized Chain Reaction), 칩 기반의 세포 배양(Cell culture), 세포 분리(Cell separation), 입자 분리(Particle separation), 마이크로 유체 펌프(Micro-pump), 마이크로 유체 믹서(Micro-mixer), 유체 센서(Fluid senser) 등의 다양한 기능을 하는 칩의 중요 채널 부분에 트랩된 공기방울을 실시간으로 방출하여 칩의 고유의 기능 및 효율을 향상시킬 수 있는 마이크로 플루이딕 디바이스 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 유체가 통과하는 마이크로 플루이딕 채널을 포함하는 상부 패널과, 상기 마이크로 플루이딕 채널 하면에 부착되어 상기 상부 패널과 일체화되며 상기 마이크로 플루이딕 채널을 통과하는 유체에 포함된 미세 버블을 실시간으로 제거하기 위한 돌출된 서포트 패턴이 형성되는 다공성 박막과, 상기 상부 패널 및 상기 다공성 박막의 하면에 접촉하는 하부 패널과, 상기 다공성 박막이 부착된 마이크로 플루이딕 채널과 상기 하부 패널 사이에 음압 형성을 위한 음압형성수단을 포함하는 마이크로 플루이딕 디바이스가 제공된다.

상기 음압형성수단은 음압의 형성을 위하여 마이크로 플루이딕 채널 주위에 형성되는 공기제거 통로와, 상기 공기제거 통로와 연통되어 상기 다공성 박막이 부착된 마이크로 플루이딕 채널이 상기 하부 패널과 부착되도록 상기 공기제거 통로에 음압을 인가하는 음압인가홀과, 상기 음압인가홀에 연결되는 진공 펌프를 포함한다.

여기서, 상기 공기제거 통로는 상기 마이크로 플루이딕 채널 및 상기 다공성 박막의 주변을 감싸는 형태로 상기 상부 패널의 하면에 형성되고, 상기 음압인가홀은 상기 상부 패널의 상면 또는 측면에 연통되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 하부 패널은 디바이스의 특정 기능을 위한 패터닝이 포함될 수 있다.

한편, 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.

본 발명에서, 다공성 박막은 소수성 재질로 이루어지거나 상기 다공성 박막 표면에 소수성 물질의 처리를 통해 소수성을 갖을 수 있다.

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.

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.

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.

본 발명에서, 상기 유체 내 미세 버블이 빠져나가는 속도는 상기 다공성 박막의 두께, 상기 서포트 패턴의 높이, 상기 음압인가홀에 인가한 음압의 강도 및 상기 다공성 박막에 형성된 구멍의 크기에 따라 조절될 수 있다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 일면에 서포트 패턴이 패터닝된 몰드를 준비하는 단계와, 액체 상태의 다공성 박막 형성용 물질을 상기 서포트 패턴이 형성된 상기 몰드에 붓는 단계와, 상기 몰드에 부은 다공성 박막 형성용 물질의 평탄화 과정을 거친 후 열처리하여 다공성 박막을 제조하는 단계와, 상기 다공성 박막 위에 마이크로 플루이딕 채널, 공기제거 통로가 형성된 상부 패널을 부착하는 단계와, 상기 상부 패널과 다공성 박막을 부착한 상태에서 소정의 온도범위에서 열처리를 하여 상기 상부 패널과 다공성 박막을 본딩하는 단계와, 상기 상부 패널에서 상기 몰드를 떼어내어 마이크로 플루이딕 채널 하부에 서포트 패턴이 형성된 다공성 박막을 일체화하는 단계와, 상기 다공성 박막의 불필요한 부분을 제거하는 단계와, 음압형성수단을 사용하여 상부 패널과 하부 패널을 접합하는 단계를 포함하는 마이크로 플루이딕 디바이스 제조방법이 제공된다.

상기 다공성 박막 위에 상부 패널을 부착하는 단계에서는 상기 다공성 박막의 표면과 상부 패널의 일면을 산소 플라즈마 처리하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열처리는 65 ~ 110℃의 범위 내에서 30분 내지 1시간 30분 동안 이루어질 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 실시간으로 제거함으로써, 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 본 발명의 마이크로 플루이딕 디바이스의 상부 패널과 하부 패널을 분리하여 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2에서의 A-A' 단면을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 마이크로 플루이딕 디바이스의 요부를 확대도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 마이크로 플루이딕 디바이스의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 마이크로 플루이딕 디바이스 제조방법의 공정 순서를 도시한 단면도이다.

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 사시도이고, 도 3은 본 발명의 마이크로 플루이딕 디바이스의 상부 패널과 하부 패널을 분리하여 도시한 단면도이며, 도 4는 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.

본 발명에서, 상기 다공성 박막(200)은 상기 상부 패널(100)과 일체화되며 상기 마이크로 플루이딕 채널(110)을 통과하는 유체에 포함된 미세 버블을 실시간으로 제거하기 위한 돌출된 서포트 패턴(210)이 형성되는 것에 특징이 있다.

즉, 본 발명에서는 상기 다공성 박막(200)을 상부 패널(100)의 하부에 부착 및 본딩시켜 일체화하며, 상기 다공성 박막(200)의 하부에 돌출된 서포트 패턴(210)을 형성하여 마이크로 플루이딕 채널(110)을 통과하는 유체에 포함된 미세 버블을 실시간으로 제거하는 구성을 갖는다.

상기 서포트 패턴(210)은 하부 패널(300)과 접합시 공기가 빠져나갈 수 있도는 통로가 형성되게 하며, 상기 돌출된 서포트 패턴(210)은 후술할 공정과정을 통해 일체형으로 다공성 박막(200)과 동시에 제작이 가능하고 또는 다공성 박막(200)에 따로 공정된 돌출된 서포트 패턴(210)을 부착한 형태로도 사용이 가능하다.

상기 서포트 패턴(210)은 상기 다공성 박막(200) 표면에 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 다공성 박막(200)을 통해 밑으로 빠져나오는 미세 버블은 상기 하부 패널(300)의 표면에 접하게 된다.

상기 하부 패널(300)은 상부 패널(100)을 접합시키기 위한 기판의 역할을 하는 것으로, 상기 상부 패널(100) 및 상기 다공성 박막(200)의 하면에 접촉하도록 설치되며, 상기 다공성 박막(200)이 부착된 마이크로 플루이딕 채널(110)과 부착되어 상기 다공성 박막(200)을 통하여 빠져나오는 미세 버블을 외부로 배출하도록 한다.

상기 다공성 박막(200)이 부착된 마이크로 플루이딕 채널(110)과 하부 패널(300)을 부착하기 위해, 본 발명에서는 음압을 형성하는 음압형성수단을 포함한다.

여기서, 상기 음압형성수단은 상기 상부 패널(100)의 하면에 형성되는 공기제거 통로(120)와, 상기 공기제거 통로(120)과 연통되어 상기 다공성 박막(200)이 부착된 마이크로 플루이딕 채널(110)이 상기 하부 패널(300)과 진공상태로 부착되도록 상기 공기제거 통로(120)에 진공을 인가하는 음압인가홀(130)을 포함할 수 있다.

상기 음압인가홀(130)에는 진공 펌프(도시안함)가 연결되어 상기 진공 펌프가 작동하면 음압인가홀(130)을 통해 상기 공기제거 통로(120)의 공기를 빨아들이게 된다.

상기 공기제거 통로(120)는 상기 마이크로 플루이딕 채널(110) 및 상기 다공성 박막(200)의 주변을 감싸는 형태로 형성된다. 즉, 도 1에서 보는 바와 같이, 상기 공기제거 통로(120)은 상기 마이크로 플루이딕 채널(110) 및 상기 다공성 박막(200)이 형성되는 영역을 모두 포함하도록 바람직하게는 4각형으로 형성되는 것이 좋다.

상기 음압인가홀(130)은 양단이 상기 공기제거 통로(120)과 상기 상부 패널(100)의 상면 또는 측면에 연통되도록 형성되며, 외부의 기기에 연결되어 음압을 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 4를 통해 상기 음압인가홀(130)이 상부 패널(100)의 상면에 연통되도록 형성된 것을 나타내었으나, 본 발명은 이에 한정하지 않으며, 상기 음압인가홀(130)이 상기 상부 패널(100)의 측면에 연통되어 외부에서 음압인가홀(130)을 통해 공기제거 통로(120) 내의 공기를 빨아들일 수 있는 구조로 함도 가능하다.

이와 같은 상기 하부 패널(300)과 채널(110) 사이는 상기 공기제거 통로(120)를 통해 탈착이 가능하다. 즉, 상기 공기제거 통로(120)에 음압을 인가하면 상기 하부 패널(300)과 채널(110) 사이가 진공으로 인해 부착되지만, 상기 공기제거 통로(120)에 인가된 음압을 해제하면 상기 하부 패널(300)과 채널(110) 사이가 떨어지게 되어 분리가 가능한 것이다.

도 5는 본 발명의 마이크로 플루이딕 디바이스의 요부를 확대도시한 단면도로서, 상기 진공 펌프가 작동하면 음압인가홀(130)을 통해 상기 공기제거 통로(120)의 공기를 빨아들이게 되고, 음압은 채널(110)을 둘러싼 공기제거 통로(120)에 형성되어 상부 패널(100)과 하부 패널(300)을 접합시킬 뿐만 아니라 돌출된 서포트 패턴(210)들 사이에도 형성된다. 즉, 다공성 박막(200) 아래에 음압을 형성시키게 된다.

따라서, 채널(110)에 미세 버블이나 공기가 트랩이 되면 실시간으로 다공성 박막(200)과 돌출된 서포트 패턴(210) 아래로 공기만 빠져나가고 상기 다공성 박막(200)을 통하여 빠져나오는 미세 버블은 서포트 패턴(210)으로 형성된 공간으로 모인 후 최종적으로 음압이 형성된 공기제거 통로(120)로 나가게 된다.

한편, 상기 하부 패널(300)은 아무런 기능이 없는 패널 형태일 수도 있고, 하부 패널(300) 내부에 자기장, 전기장, 열발생 등의 기능을 발휘할 수 있는 특정 기능의 패턴 등을 포함하는 패널일 수도 있다. 이러한 기능을 통해 발생된 에너지 필드들은 상기 다공성 박막(200)을 투과하여 채널에 전달이 될 수 있다.

도 6은 본 발명의 마이크로 플루이딕 디바이스의 다른 실시예를 도시한 단면도로서, 하부 패널(300)은 단순히 디바이스의 작동(상부 패널과 하부 패널의 접합)을 위해 존재하지만 필요에 따라 디바이스의 특정 기능을 위한 패터닝(310)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 패터닝의 종류(재료, 패턴형태)에 따라 전기장 혹은 자기장, 열, 등을 발생시킬 수 있어 유체 채널에 에너지를 인가할 수 있다. 이러한 에너지 인가를 통해 디바이스의 특정 목적을 위한 기능이 가능하다. 이는 매우 얇은 두께의 다공성 박막(200)과 돌출된 서포트 패턴(210)를 사용하기 때문에 하부 패널(300)에서 발생된 에너지는 쉽게 투과하여 채널(110)에 형성이 가능하기 때문이다.

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 공기제거 통로에 인가한 진공의 강도 및 상기 다공성 박막에 형성된 구멍의 크기에 따라 조절될 수 있다.

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 공기제거 통로에 인가한 진공의 강도 및 상기 다공성 박막에 형성된 구멍의 크기에 따라 조절할 수 있다.

도 7은 본 발명의 마이크로 플루이딕 디바이스 제조방법의 공정 순서를 도시한 단면도로서, 본 발명의 마이크로 플루이딕 디바이스는 후술하는 공정 순서에 따라 제조될 수 있다.

먼저, 일면에 서포트 패턴(12)이 패터닝된 몰드(10)를 준비한다(도 7(a)).

액체 상태의 다공성 박막 형성용 물질을 상기 서포트 패턴이 형성된 상기 몰드에 붓는다.

여기서, 상기 다공성 박막 형성용 물질은 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 물질을 포함할 수 있다.

이후, 상기 몰드(10)에 부은 다공성 박막 형성용 물질의 평탄화 과정을 거친 후 열처리하여 다공성 박막(200)을 제조한다(도 7(b)).

이때, 평탄화 과정은 스핀 코팅 및 평평화 과정을 통해 매우 얇고 평평한 상태로 만들고, 상기 열처리는 65 ~ 110℃의 범위 내에서 30분 내지 1시간 30분 동안 이루어질 수 있다.

본 출원인이 실험한 결과, 다공성 박막(200)의 형성을 위한 열처리 공정은 75℃ 에서 1시간 정도를 굽는 것이 가장 바람직한 것으로 나타났다.

이후, 다공성 박막(200) 위에 마이크로 플루이딕 채널(112. 114), 공기제거 통로(120)가 형성된 상부 패널(100)을 부착한다(도 7(c)).

여기서, 다공성 박막(200)과 상부 패널(100)은 산소 플라즈마 공정을 통해 부착하며, 플라즈마 처리 시간은 2분 정도가 소요된다.

상기 상부 패널(100)과 다공성 박막(200)을 부착한 상태에서 소정의 온도범위에서 열처리를 하여 상기 상부 패널(100)과 다공성 박막(200)을 본딩한다.

이 경우에도 상기 열처리는 65 ~ 110℃의 범위 내에서 30분 내지 1시간 30분 동안 이루어질 수 있으며, 가장 바람직하기로는 75℃ 에서 1시간 정도를 굽는 것이다.

이후, 상기 상부 패널(100)에서 상기 몰드(10)를 떼어내어 마이크로 플루이딕 채널 하부에 서포트 패턴이 형성된 다공성 박막(200)을 일체화한다(도 7(d)).

이와 같이, 상기 상부 패널(100)에서 상기 몰드(10)를 떼어내면, 마이크로 플루이딕 채널 하부에 다공성 박막(200)과 같이 형성된 돌출된 서포트 패턴(210)이 노출된다.

상기 다공성 박막(200)의 불필요한 부분을 제거하고 나서(도 7(e)), 음압형성수단을 사용하여 상부 패널(100)과 하부 패널(300)을 접합시킨다(도 7(f)).

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: 공기제거 통로
130: 음압인가홀 200: 다공성 박막
210: 서포트 패턴 300: 하부 패널

Claims

유체가 통과하는 마이크로 플루이딕 채널을 포함하는 상부 패널;
상기 마이크로 플루이딕 채널 하면에 부착되어 상기 상부 패널과 일체화되며 상기 마이크로 플루이딕 채널을 통과하는 유체에 포함된 미세 버블을 실시간으로 제거하기 위한 돌출된 서포트 패턴이 형성되는 다공성 박막;
상기 상부 패널 및 상기 다공성 박막의 하면에 접촉하는 하부 패널; 및
상기 다공성 박막이 부착된 마이크로 플루이딕 채널과 상기 하부 패널 사이에 음압 형성을 위한 음압형성수단; 을 포함하되,
상기 음압형성수단은 음압의 형성을 위하여 마이크로 플루이딕 채널 주위에 형성되는 공기제거 통로;
상기 공기제거 통로와 연통되어 상기 다공성 박막이 부착된 마이크로 플루이딕 채널이 상기 하부 패널과 부착되도록 상기 공기제거 통로에 음압을 인가하는 음압인가홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 플루이딕 디바이스.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 음압형성수단은 상기 음압인가홀에 연결되는 진공 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 플루이딕 디바이스.
청구항 1에 있어서,
상기 공기제거 통로는 상기 마이크로 플루이딕 채널 및 상기 다공성 박막의 주변을 감싸는 형태로 상기 상부 패널의 하면에 형성되고,
상기 음압인가홀은 상기 상부 패널의 상면 또는 측면에 연통되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 플루이딕 디바이스.
청구항 1에 있어서,
상기 하부 패널은 디바이스의 특정 기능을 위한 패터닝이 포함되는 것을 특징으로 하는 마이크로 플루이딕 디바이스.
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.
청구항 6에 있어서,
상기 다공성 박막은 소수성 재질로 이루어지거나 상기 다공성 박막 표면에 소수성 물질의 처리를 통해 소수성을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 플루이딕 디바이스.
청구항 7에 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.
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.
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.
청구항 1에 있어서,
상기 유체 내 미세 버블이 빠져나가는 속도는 상기 다공성 박막의 두께, 상기 서포트 패턴의 높이, 상기 음압인가홀에 인가한 음압의 강도 및 상기 다공성 박막에 형성된 구멍의 크기에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 마이크로 플루이딕 디바이스.
일면에 서포트 패턴이 패터닝된 몰드를 준비하는 단계;
액체 상태의 다공성 박막 형성용 물질을 상기 서포트 패턴이 형성된 상기 몰드에 붓는 단계;
상기 몰드에 부은 다공성 박막 형성용 물질의 평탄화 과정을 거친 후 열처리하여 다공성 박막을 제조하는 단계;
상기 다공성 박막 위에 마이크로 플루이딕 채널, 공기제거 통로가 형성된 상부 패널을 부착하는 단계;
상기 상부 패널과 다공성 박막을 부착한 상태에서 소정의 온도범위에서 열처리를 하여 상기 상부 패널과 다공성 박막을 본딩하는 단계;
상기 상부 패널에서 상기 몰드를 떼어내어 마이크로 플루이딕 채널 하부에 서포트 패턴이 형성된 다공성 박막을 일체화하는 단계;
상기 다공성 박막의 불필요한 부분을 제거하는 단계; 및
음압형성수단을 사용하여 상부 패널과 하부 패널을 접합하는 단계;
를 포함하는 마이크로 플루이딕 디바이스 제조방법.
청구항 12에 있어서,
상기 다공성 박막 위에 상부 패널을 부착하는 단계에서는 상기 다공성 박막의 표면과 상부 패널의 일면을 산소 플라즈마 처리하는 것을 특징으로 하는 마이크로 플루이딕 디바이스 제조방법.
청구항 12에 있어서,
상기 다공성 박막 형성용 물질은 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 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 플루이딕 디바이스 제조방법.
청구항 12에 있어서,
상기 열처리는 65 ~ 110℃의 범위 내에서 30분 내지 1시간 30분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 플루이딕 디바이스 제조방법.