KR102075037B1 - Apparatus for controlling fluid and method for the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들은 유체 제어 장치 및 유체 제어 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 종이 기반 유체 칩을 가압하는 가압위치와, 종이 기반 유체 칩으로부터 이격된 분리위치의 사이에서 이동 가능하게 형성된 가압 부재를 구비하여, 자동으로 종이 기반 유체 칩의 채널 내에 유동하는 미세유체를 제어하는 유체 제어 장치 및 유체 제어 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a fluid control apparatus and a fluid control method, and more particularly, a pressing member movably formed between a pressing position for pressing a paper-based fluid chip and a separating position spaced apart from the paper-based fluid chip. It relates to a fluid control device and a fluid control method for automatically controlling the microfluid flowing in the channel of the paper-based fluid chip.

Description

유체 제어 장치 및 유체 제어 방법 {APPARATUS FOR CONTROLLING FLUID AND METHOD FOR THE SAME}Fluid Control Device and Fluid Control Method {APPARATUS FOR CONTROLLING FLUID AND METHOD FOR THE SAME}

본 발명의 실시예들은 유체 제어 장치 및 유체 제어 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 종이 기반 유체 칩을 가압하는 가압위치와, 종이 기반 유체 칩으로부터 이격된 분리위치의 사이에서 이동 가능하게 형성된 가압 부재를 구비하여, 자동으로 종이 기반 유체 칩의 채널 내에 유동하는 미세유체를 제어하는 유체 제어 장치 및 유체 제어 방법에 관한 것이다. Embodiments of the present invention relate to a fluid control apparatus and a fluid control method, and more particularly, a pressing member movably formed between a pressing position for pressing a paper-based fluid chip and a separating position spaced apart from the paper-based fluid chip. It relates to a fluid control device and a fluid control method for automatically controlling the microfluid flowing in the channel of the paper-based fluid chip.

미세유체역학(마이크로 유체역학; microfluidics)은 10 내지 100 마이크로 미터의 크기를 갖는 채널(통로; channels)을 이용하여 적은 양(10-9 내지 10-18 리터)의 유체를 처리하거나 조작하는 시스템 기술과 과학을 의미한다. 미세유체역학의 최초 적용 분야는 분석(analysis) 분야로서, 미세유체역학은 분석에 있어서 매우 적은 양의 시료와 시약을 이용하여 고분해능과 감도로 분리 및 검출을 가능하게 하고, 저비용, 신속한 분석 및 분석장비의 적은 양의 잔류물과 같은 다양한 장점을 제공한다.Microfluidics is a system technology that processes or manipulates small volumes (10 -9 to 10 -18 liters) of fluid using channels that are 10 to 100 micrometers in size. And science. The first field of application of microfluidics is in the field of analysis, which allows for the separation and detection of high resolution and sensitivity with very small amounts of samples and reagents for analysis. It offers a variety of advantages, such as low residues on equipment.

미세유체역학을 이용한 미세유체 기계에서 유체가 갖는 주요 특징들은 다음과 같다. 1) 마이크로 시스템 내에서 유체의 흐름은 대부분 유선형(Laminar Flow)를 형성하고 Multiphase Flow가 형성된다. 2) 이때 경계면에서의 두 유체의 혼합은 확산에 의해서만 이루어진다. 3) 체적에 대한 표면적이 넓다는 특성이 있다. 4) 관성보다는 표면장력의 영향력이 훨씬 크다는 특징을 가지고 있다. 이러한 특성을 이용하여 다양한 미세유체 시스템들이 개발되고 있다. The main features of fluids in microfluidic machines using microfluidics are: 1) The flow of fluid in the micro system is mostly formed of laminar flow and multiphase flow. 2) The mixing of the two fluids at the interface is only by diffusion. 3) It has a characteristic of large surface area for volume. 4) The surface tension is much more influential than inertia. Various microfluidic systems have been developed using these characteristics.

지난 수십 년간 미세유체역학을 이용한 미세유체 기기의 응용은 특히 잉크젯 프린터나 랩온어칩(lab-on-a-chip)의 분야에서 큰 성공을 거두었다. 더구나 최근의 이 분야 기술의 혁신과 진보에 따라 그 용용은 앞으로 더욱 넓어질 전망이다. 앞으로 기대되는 응용분야로서는 제약, 생체 기술, 생명과학, 국방, 공중위생(public health), 농업 분야등이 있다.The application of microfluidic devices using microfluidics over the past few decades has been particularly successful in the field of inkjet printers and lab-on-a-chips. Moreover, its application is expected to expand further with the recent innovation and advances in this field of technology. Future applications include pharmaceuticals, biotechnology, life sciences, defense, public health, and agriculture.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The background art described above is technical information possessed by the inventors for the derivation of the present invention or acquired in the derivation process of the present invention, and may not necessarily be known technology disclosed to the general public before the present application.

한국 공개특허공보 10-2009-0064943호Korean Unexamined Patent Publication No. 10-2009-0064943

본 발명의 실시예들은 유체 제어 장치 및 유체 제어 방법을 제공한다.Embodiments of the present invention provide a fluid control device and a fluid control method.

본 발명의 일 실시예는 본체부; 상기 본체부에 형성되며, 유체가 흐를 수 있는 채널을 구비한 종이 기반 유체 칩이 거치될 수 있는 거치 부재; 및 상기 본체부에 형성되며, 상기 거치 부재에 거치된 종이 기반 유체 칩을 가압하는 가압위치와, 상기 종이 기반 유체 칩으로부터 이격된 분리위치의 사이에서 이동 가능하게 형성된 가압 부재;를 포함하는 유체 제어 장치를 개시한다. One embodiment of the present invention; A mounting member formed on the main body and to which a paper-based fluid chip having a channel through which fluid flows can be mounted; And a pressurizing member formed on the main body, the pressurizing member being movable between a pressurizing position for pressing the paper-based fluid chip mounted on the mounting member and a separation position spaced apart from the paper-based fluid chip. Start the device.

본 실시예에 있어서, 상기 가압 부재는, 외부로부터 인가된 신호에 의해 작동함으로써 상기 가압 부재를 이동시키는 구동력을 발생하는 구동부를 포함할 수 있다. In the present embodiment, the pressing member may include a driving unit for generating a driving force for moving the pressing member by operating by a signal applied from the outside.

본 실시예에 있어서, 상기 가압 부재는, 상기 구동부에 대해 인입 및 인출 가능하도록 형성되는 플런저(plunger); 및 상기 플런저의 일 측에 형성되어 상기 종이 기반 유체 칩과 접촉하도록 형성되는 접촉부;를 더 포함할 수 있다. In this embodiment, the pressing member, a plunger (plunger) is formed to be able to pull in and out with respect to the drive unit; And a contact part formed at one side of the plunger to be in contact with the paper-based fluid chip.

본 실시예에 있어서, 상기 가압 부재에서 상기 종이 기반 유체 칩과 접촉하는 부분은 탄성 부재를 포함할 수 있다. In this embodiment, the portion of the pressing member in contact with the paper-based fluid chip may include an elastic member.

본 실시예에 있어서, 상기 거치 부재는, 상기 가압 부재가 접촉하는 상기 종이 기반 유체 칩의 일면의 반대측 면에 접촉하며 상기 종이 기반 유체 칩을 지지할 수 있다. In the present embodiment, the mounting member may contact the opposite side of the one surface of the paper-based fluid chip that the pressing member is in contact with and support the paper-based fluid chip.

본 실시예에 있어서, 상기 거치 부재에서 상기 종이 기반 유체 칩과 접촉하는 부분은 탄성 부재를 포함할 수 있다. In the present embodiment, the portion of the mounting member in contact with the paper-based fluid chip may include an elastic member.

본 실시예에 있어서, 상기 가압 부재가 상기 종이 기반 유체 칩을 가압하는 압력을 제어함으로써 상기 종이 기반 유체 칩의 상기 채널을 흐르는 상기 유체의 흐름을 정지시키거나 흐름의 속도를 변경할 수 있다. In this embodiment, by controlling the pressure that the pressing member pressurizes the paper-based fluid chip, it is possible to stop the flow of the fluid flowing through the channel of the paper-based fluid chip or to change the speed of the flow.

본 실시예에 있어서, 상기 종이 기반 유체 칩에는 얼라인(align)을 위한 소정의 얼라인 마크가 형성될 수 있다. In the present embodiment, a predetermined alignment mark for alignment may be formed on the paper-based fluid chip.

본 발명의 다른 실시예는 유체가 흐를 수 있는 채널을 구비한 종이 기반 유체 칩을 거치 부재 상에 거치하는 단계; 상기 거치 부재에 거치된 종이 기반 유체 칩을 가압하는 가압위치와, 상기 종이 기반 유체 칩으로부터 이격된 분리위치의 사이에서 이동 가능하게 형성된 가압 부재를 이용하여 상기 종이 기반 유체 칩을 가압하는 단계; 및 상기 가압 부재의 압력을 이용하여 상기 종이 기반 유체 칩에 형성된 상기 채널을 제어하는 단계;를 포함하는 유체 제어 방법을 개시한다. Another embodiment of the present invention includes the steps of mounting the paper-based fluid chip having a channel through which the fluid flows on the mounting member; Pressing the paper-based fluid chip by using a pressing member movably formed between the pressing position for pressing the paper-based fluid chip mounted on the mounting member and the separation position spaced apart from the paper-based fluid chip; And controlling the channel formed in the paper-based fluid chip using the pressure of the pressing member.

본 실시예에 있어서, 상기 가압 부재의 압력을 이용하여 상기 종이 기반 유체 칩에 형성된 상기 채널을 제어하는 단계는, 상기 가압 부재가 상기 종이 기반 유체 칩을 가압하는 압력을 제어함으로써 상기 종이 기반 유체 칩의 상기 채널을 흐르는 상기 유체의 흐름을 정지시키거나 흐름의 속도를 변경할 수 있다. In the present embodiment, the step of controlling the channel formed in the paper-based fluid chip using the pressure of the pressing member, the paper-based fluid chip by controlling the pressure that the pressing member presses the paper-based fluid chip It is possible to stop the flow of the fluid flowing through the channel or to change the speed of the flow.

본 실시예에 있어서, 상기 가압 부재는, 외부로부터 인가된 신호에 의해 작동함으로써 상기 가압 부재를 이동시키는 구동력을 발생하는 구동부; 상기 구동부에 대해 인입 및 인출 가능하도록 형성되는 플런저(plunger); 및 상기 플런저의 일 측에 형성되어 상기 종이 기반 유체 칩과 접촉하도록 형성되는 접촉부;를 포함할 수 있다. In the present embodiment, the pressing member, the drive unit for generating a driving force for moving the pressing member by operating by a signal applied from the outside; A plunger formed to be retractable and withdrawable with respect to the drive unit; And a contact portion formed at one side of the plunger to be in contact with the paper-based fluid chip.

본 실시예에 있어서, 상기 가압 부재에서 상기 종이 기반 유체 칩과 접촉하는 부분은 탄성 부재를 포함할 수 있다. In this embodiment, the portion of the pressing member in contact with the paper-based fluid chip may include an elastic member.

본 실시예에 있어서, 상기 거치 부재에서 상기 종이 기반 유체 칩과 접촉하는 부분은 탄성 부재를 포함할 수 있다. In the present embodiment, the portion of the mounting member in contact with the paper-based fluid chip may include an elastic member.

본 실시예에 있어서, 상기 거치 부재는, 상기 가압 부재가 접촉하는 상기 종이 기반 유체 칩의 일면의 반대측 면에 접촉하며 상기 종이 기반 유체 칩을 지지할 수 있다. In the present embodiment, the mounting member may contact the opposite side of the one surface of the paper-based fluid chip that the pressing member is in contact with and support the paper-based fluid chip.

본 실시예에 있어서, 상기 거치 부재 상에 유체가 흐를 수 있는 채널을 구비한 종이 기반 유체 칩을 거치하는 단계는, 얼라인(align)을 위해 상기 종이 기반 유체 칩에 형성된 소정의 얼라인 마크를 기준으로 상기 종이 기반 유체 칩이 거치될 수 있다. In the present embodiment, the step of mounting a paper-based fluid chip having a channel through which fluid flows on the mounting member may be performed by aligning a predetermined alignment mark formed on the paper-based fluid chip for alignment. The paper-based fluid chip may be mounted as a reference.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다. Other aspects, features, and advantages other than those described above will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.

본 발명의 실시예들에 관한 유체 제어 장치 및 유체 제어 방법에 의해 종이 기반의 미세유체 채널에서 능동적으로 유체의 흐름을 제어하는 효과를 얻을 수 있다. By the fluid control apparatus and the fluid control method according to the embodiments of the present invention it is possible to obtain the effect of actively controlling the flow of fluid in the paper-based microfluidic channel.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유체 제어 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 유체 제어 장치에 거치된 종이 기반 유체 칩의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유체 제어 장치가 종이 기반 유체 칩을 가압하고 있는 사시도이다.
도 4는 도 3의 유체 제어 장치에 거치된 종이 기반 유체 칩의 모식도이다.
도 5는 종이 기반 유체 칩에 가해지는 압력에 따른 유체 거동을 나타내는 그래프이다.
도 6은 PDMS 유무에 따른 유체 지연의 시간 차이를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유체 제어 방법의 흐름도이다.1 is a perspective view of a fluid control apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a paper-based fluid chip mounted on the fluid control device of FIG. 1.
3 is a perspective view of a fluid control device pressurizing the paper-based fluid chip according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram of a paper-based fluid chip mounted on the fluid control device of FIG. 3.
5 is a graph showing fluid behavior with pressure applied to a paper-based fluid chip.
6 is a graph showing the time difference of the fluid delay with or without PDMS.
7 is a flowchart of a fluid control method according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present disclosure does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the following description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals and redundant description thereof will be omitted. Shall be.

또한, 본 발명의 다양한 실시예들을 설명함에 있어, 각 실시예가 독립적으로 해석되거나 실시되어야 하는 것은 아니며, 각 실시예에서 설명되는 기술적 사상들이 개별적으로 설명되는 다른 실시예에 조합되어 해석되거나 실시될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.In addition, in describing various embodiments of the present invention, each embodiment should not be interpreted or implemented independently, and the technical spirit described in each embodiment may be interpreted or implemented in combination with other embodiments separately described. It should be understood that there is.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유체 제어 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 유체 제어 장치에 거치된 종이 기반 유체 칩의 모식도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유체 제어 장치가 종이 기반 유체 칩을 가압하고 있는 사시도이고, 도 4는 도 3의 유체 제어 장치에 거치된 종이 기반 유체 칩의 모식도이다. 1 is a perspective view of a fluid control device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a schematic diagram of a paper-based fluid chip mounted on the fluid control device of Figure 1, Figure 3 is a fluid control device according to an embodiment of the present invention Is a perspective view of pressing the paper-based fluid chip, and FIG. 4 is a schematic view of the paper-based fluid chip mounted on the fluid control device of FIG. 3.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 제어 장치(100)는 본체부(110), 거치 부재(120), 가압 부재(130)를 포함한다. 또한, 유체 제어 장치(100)는 센서부(140)를 더 구비할 수 있다. 1 to 4, the fluid control apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a main body 110, a mounting member 120, and a pressing member 130. In addition, the fluid control device 100 may further include a sensor unit 140.

이하, 이에 대해서 보다 상세하게 설명하도록 한다. This will be described in more detail below.

1990년대에 처음 출현한 마이크로 유체 기기는, 초기에는 실리콘과 유리를 사용하여 사진평판(photolithography) 기술 또는 부식(etching) 기술 등 마이크로 전자공학 분야 산업에서 개발된 기술들을 응용하여 제조되었다. 이 방법은 정확하지만 제조 가격이 비싸며 또한 유연성이 떨어지므로, 최근에는 인쇄나 유기물질의 몰딩(molding)시에 사용되는 평판 인쇄(lithography) 기술을 이용하는 방향으로 나아가고 있다.Microfluidic devices, which first appeared in the 1990s, were initially manufactured using silicon and glass, using techniques developed in the microelectronics industry, such as photolithography or etching. This method is accurate but expensive to manufacture and inflexible, and has recently moved toward the use of lithography techniques used in printing and molding of organic materials.

마이크로 디바이스 공정기술 기반의 바이오 센서 기술의 단점을 극복하고자, 종이 기반의 분석칩(paper-based analytical chip)을 이용한 바이오 센서 개발에 관한 연구가 국내외에서 활발히 진행되고 있다. 종이는 값이 싸고, 인쇄기법으로 바이오 검사시료의 고정화가 쉽고, 친수성과 모세관 현상에 의해 별도의 동력이 없이 유체가 흐르고, 별도의 분석 장비 없이도 육안 식별이 가능한 색변화 검출법에 유용하게 사용될 수 있다. 적용 분야도 단백뇨 검사, 독성 가스 검출, 중금속 이온 검출, 말라리아 검사 등 의료분야에서부터 환경 분야까지 걸쳐 다양하게 확장되고 있다.In order to overcome the shortcomings of biosensor technology based on micro device process technology, researches on biosensor development using paper-based analytical chips have been actively conducted at home and abroad. Paper is inexpensive, it is easy to immobilize the bio test sample by printing technique, and fluid can be flowed without extra power by hydrophilicity and capillary phenomenon, and it can be usefully used for color change detection method that can be visually identified without separate analysis equipment. . The field of application also extends from the medical field to the environmental field such as proteinuria detection, toxic gas detection, heavy metal ion detection and malaria detection.

종이 기반의 유체역학(Paper-based microfluidics) 또는 종이 위의 실험실(lab on paper)이라고도 불리는 기술은 2007년을 기점으로 새로운 실험 분야로 시작되어, 의료 진단, 환경 감시뿐만 아니라 식품 품질 검사와 같은 다양한 분야의 유체 분석 및 유체 처리를 위한 새로운 시스템을 제공한다. Also known as paper-based microfluidics or lab on paper, technology began in 2007 as a new field of experiments, offering a wide range of applications, including medical diagnostics, environmental monitoring, and food quality testing. Provides a new system for fluid analysis and fluid treatment in the field.

종이 기반 유체기기에서 미세유체 채널을 제작하기 위한 핵심 기술은 친수성과 소수성의 성질을 이용하여 특정한 구조의 채널을 종이 위에 형성하는 것이다. 소수성 부분이 경계를 형성하게 하고 채널 폭을 조절함으로써 적은 시료로 검침 가능한 채널을 만들 수 있다. 종이에 채널 형상을 제작하기 위해서 크게 두 가지의 방법의 접근법이 사용된다. 하나는 마스크를 이용한 photolithography 공정의 원리를 이용하여 제작하는 방법이고, 다른 하나는 마스크 자체를 틀로 사용하여 채널 형상을 코팅하는 방법이다.A key technique for the fabrication of microfluidic channels in paper-based fluids is the formation of channels of specific structure on paper using hydrophilic and hydrophobic properties. By allowing the hydrophobic portion to form a boundary and adjusting the channel width, it is possible to make a channel that can be read with a small sample. There are two main approaches to producing channel shapes on paper. One method is to manufacture using the principle of photolithography process using a mask, and the other method is to coat a channel shape using the mask itself as a template.

한편, 미세유체 기기(microfluidics devices)에서 유체의 흐름, 유량을 제어하기 위한 기술은 다양하게 연구되어 왔으며, 그 대부분 미세 채널에 연결된 밀봉된 챔버의 용적을 변경함으로써 펌핑 및 유량을 제어하는 기술 개발에 집중되어 왔다. 특히 종이 기반의 미세유체 기기에서는 대부분 수동적으로 조작되는 유체제어밸브 기술의 개발에 관심이 집중되어 왔다. On the other hand, techniques for controlling the flow and flow of fluid in microfluidics devices have been studied variously, and most of them have been developed to develop a technique for controlling pumping and flow rate by changing the volume of a sealed chamber connected to a microchannel. It has been concentrated. In paper-based microfluidic devices, in particular, attention has been focused on the development of fluid control valve technology that is mostly operated manually.

그런데 종이 기반 기판을 이용하여 면역검사를 수행하는 경우, 각 단계별로 사람이 수동으로 실행해야 하는 수동 조작이 필요하다. 그러나 이와 같은 수동 조작을 적용할 경우, 단계가 복잡한 경우에는 수동 조작 중에 실수가 발생할 수 있다. 따라서, 유체의 흐름 속도를 지연시키거나 흐름 속도를 변화시키는 등의 기능을 자동으로 실행할 수 있는 종이 기반 미세유체 제어 장치가 요구되어 왔다. However, in the case of performing an immunoassay using a paper-based substrate, a manual operation that requires manual execution by each step is necessary. However, if such a manual operation is applied, a mistake may occur during the manual operation if the steps are complicated. Therefore, there has been a need for a paper-based microfluidic control device capable of automatically executing a function such as delaying or changing the flow rate of a fluid.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 제어 장치(100)는 종이 기반 유체 칩을 가압하는 가압위치와, 종이 기반 유체 칩으로부터 이격된 분리위치의 사이에서 이동 가능하게 형성된 가압 부재를 구비하여, 자동으로 종이 기반 유체 칩의 채널 내에 유동하는 미세유체를 제어하는 것을 일 특징으로 한다. 이하에서는, 이에 대해서 보다 상세하게 설명하도록 한다. In order to solve this problem, the fluid control device 100 according to an embodiment of the present invention is formed to be movable between the pressing position for pressing the paper-based fluid chip, and the separation position spaced apart from the paper-based fluid chip And a pressurizing member, which automatically controls the microfluid flowing in the channel of the paper-based fluid chip. Hereinafter, this will be described in more detail.

다시 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본체부(110)는 유체 제어 장치(100)의 기저부를 이루며, 거치 부재(120), 가압 부재(130)가 형성되는 베이스 역할을 수행한다. 일 예로 본체부(110)는 거치 부재(120)가 형성되는 제1 플레이트와, 제1 플레이트에 대해 대략 수직으로 형성되며 가압 부재(130)가 형성되는 제2 플레이트를 포함할 수 있다. 다만, 이는 일 예이며, 이 외에도 거치 부재(120) 및 가압 부재(130)와 그 외의 구성요소들의 크기, 형태 및 배치에 따라 다양한 형태로 본체부(110)가 형성될 수 있을 것이다. Referring back to FIGS. 1 to 4, the main body 110 forms a base of the fluid control device 100 and serves as a base on which the mounting member 120 and the pressing member 130 are formed. For example, the main body 110 may include a first plate on which the mounting member 120 is formed, and a second plate on which the pressing member 130 is formed and is substantially perpendicular to the first plate. However, this is an example, and in addition, the main body 110 may be formed in various forms according to the size, shape, and arrangement of the mounting member 120, the pressing member 130, and other components.

거치 부재(120)는 본체부(110)의 제1 플레이트 상에 형성되며, 유체가 흐를 수 있는 채널(210)을 구비한 종이 기반 유체 칩(200)이 거치될 수 있도록 형성된다. 여기서, 거치 부재(120)는, 가압 부재(130)가 접촉하는 종이 기반 유체 칩(200)의 일면의 반대측 면에 접촉하여 종이 기반 유체 칩(200)을 지지하는 역할을 수행할 수 있다. The mounting member 120 is formed on the first plate of the main body 110 and is formed such that the paper-based fluid chip 200 having the channel 210 through which the fluid can flow can be mounted thereon. Here, the mounting member 120 may serve to support the paper-based fluid chip 200 by contacting an opposite side of one surface of the paper-based fluid chip 200 that the pressing member 130 contacts.

여기서, 도면에는 종이 기반 유체 칩(200)이 스트립 형태로 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 미세 유체가 통과할 수 있는 다양한 형태로 구비될 수 있을 것이다. Here, although the paper-based fluid chip 200 is shown as being provided in a strip form, the spirit of the present invention is not limited thereto, and may be provided in various forms through which the microfluid can pass.

이때, 거치 부재(120)에서 종이 기반 유체 칩(200)과 접촉하는 부분은 소정의 탄성을 가진 소재, 즉 탄성 부재를 포함할 수 있으며, 일 예로 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함할 수 있다. In this case, a portion of the mounting member 120 contacting the paper-based fluid chip 200 may include a material having a predetermined elasticity, that is, an elastic member, and may include, for example, polydimethylsiloxane (PDMS).

PDMS(Polydimethylsiloxane)는 실리콘계 고분자 유기화물 계열에 속하며, 실리콘 오일의 일종인 실록산 중합체(polymerized siloxane)의 한 종류로 시각적으로는 투명하고, 일반적으로 비활성, 비독성 및 불연성의 특징을 가진다. 콘택트렌즈와 합성고무, 화장품 등 여러 분야의 제조에 사용되고 있으며 다양한 쓰임새를 가진다. 계면활성제와 항기포제로서 사용되며, 이외에 위장 내의 가스 배출을 돕는 응결방지제의 재료, 음식 첨가제, 유압용 장치의 기계적 결합이나, 무게, 여압 등의 의한 이상 움직임을 방지하기 위한 용액으로 사용하며, 코킹제, 윤활유 그리고 열 저항 타일 등에도 사용되고 있다.Polydimethylsiloxane (PDMS) belongs to a series of silicon-based high molecular organic compounds and is a kind of siloxane polymer (polymerized siloxane) which is a kind of silicone oil, and is visually transparent and generally has inertness, nontoxicity, and nonflammability. It is used in the manufacture of various fields such as contact lenses, synthetic rubber, and cosmetics, and has various uses. Used as a surfactant and an anti-foaming agent, it is also used as a solution to prevent abnormal movements due to the mechanical coupling of the anti-condensing agent, food additives, and hydraulic devices, or the weight and pressurization, etc. It is also used in oils, lubricants and heat resistant tiles.

이와 같이, 거치 부재(120)에서 종이 기반 유체 칩(200)과 접촉하는 부분이 PDMS(Polydimethylsiloxane)와 같은 탄성 부재를 포함하여 형성됨으로써, 종이 기반 유체 칩(200)과 가압 부재(130) 간의 압착력이 강화될 수 있다. 따라서 종이 기반 유체 칩(200)에 형성된 채널(210)에 대한 제어 가능 범위가 확대되는 효과를 얻을 수 있다. As such, a portion of the mounting member 120 contacting the paper-based fluid chip 200 is formed to include an elastic member such as polydimethylsiloxane (PDMS), thereby compressing the force between the paper-based fluid chip 200 and the pressing member 130. This can be enhanced. Therefore, the controllable range of the channel 210 formed in the paper-based fluid chip 200 can be obtained.

가압 부재(130)는 본체부(110)의 제2 플레이트 상에 형성되며, 거치 부재(120)에 거치된 종이 기반 유체 칩(200)을 가압하는 가압위치와, 종이 기반 유체 칩(200)으로부터 이격된 분리위치의 사이에서 이동 가능하도록 형성된다. 이와 같은 가압 부재(130)는 구동부(131)와, 플런저(plunger)(133)와, 접촉부(135)를 포함할 수 있다. The pressing member 130 is formed on the second plate of the main body portion 110, and the pressing position for pressing the paper-based fluid chip 200 mounted on the mounting member 120, from the paper-based fluid chip 200 It is formed to be movable between spaced apart separation positions. The pressing member 130 may include a driving unit 131, a plunger 133, and a contact unit 135.

구동부(131)는 외부로부터 인가된 신호에 의해 작동함으로써, 가압 부재(130)를 이동시키는 구동력을 발생시킬 수 있다. 구동부(131)는 본체부(110)에 고정 결합될 수 있다. The driving unit 131 may generate a driving force for moving the pressing member 130 by operating by a signal applied from the outside. The driving unit 131 may be fixedly coupled to the main body unit 110.

여기서, 구동부(131)는 리니어 솔레노이드, 액츄에이터, 압전 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Here, the driver 131 may include at least one of a linear solenoid, an actuator, and a piezoelectric element.

일 예로, 구동부(131)는 리니어 솔레노이드를 포함할 수 있으며, 이 리니어 솔레노이드의 작동에 의해 후술할 플런저(133)가 직선 이동을 할 수 있다. 리니어 솔레노이드(Linear solenoid)는 전자기적인 기구 장치로써, 전기적 에너지를 기계적인 힘, 즉 밀고 당기는 힘/운동으로 변환하는 장치이다. 리니어 솔레노이드는 기본적으로 원통형 튜브를 감싸고 있는 코일과 그 내부를 들어가고 나갈 수 있는 플런저로 구성되어 있다. 전류가 감겨있는 코일을 통해 흐르면 이는 전자기석과 같이 동작하게 되고 코일 내부에 위치한 플런저는 자속에 의해 앞으로 끌려나오게 된다. For example, the driving unit 131 may include a linear solenoid, and the plunger 133 to be described later may linearly move by the operation of the linear solenoid. Linear solenoids are electromagnetic device devices that convert electrical energy into mechanical forces, ie pushing and pulling forces / movements. The linear solenoid basically consists of a coil surrounding the cylindrical tube and a plunger that can enter and exit the inside. When a current flows through the coil, it acts like an electromagnet and the plunger located inside the coil is pulled forward by the magnetic flux.

다른 일 예로, 구동부(131)는 액츄에이터를 포함할 수 있으며, 이 액츄에이터의 작동에 의해 후술할 플런저(133)가 직선 이동을 할 수 있다. 또는 구동부(131)는 압전 소자를 포함할 수 있으며, 이 압전 소자의 작동에 의해 후술할 플런저(133)가 직선 이동을 할 수 있다. 여기서, 압전 소자(piezoelectric effect element )란, 기계적 응력을 걸면 전압이 발생하고 반대로 전압을 걸면 일그러짐이 발생하는 수정이나 압전 세라믹스 등을 사용한 소자로, 압력을 가하면 전압이 변화하고(압전 효과), 반대로 전압을 가하면 팽창되거나 수축되는 성질을 가진 소자를 말한다. 이외에도 가압 부재(130)를 이동시키는 구동력을 발생시킬 수 있는 다양한 부재들이 구동부(131)로 사용될 수 있을 것이다. As another example, the driving unit 131 may include an actuator, and the plunger 133 to be described later may linearly move by the operation of the actuator. Alternatively, the driving unit 131 may include a piezoelectric element, and the plunger 133 to be described later may linearly move by the operation of the piezoelectric element. Here, a piezoelectric element is a device using crystal, piezoelectric ceramics, etc., which generate voltage when subjected to mechanical stress and distortion, while applying voltage, and when the pressure is applied, the voltage changes (piezoelectric effect). It refers to a device having the property of expanding or contracting when a voltage is applied. In addition, various members capable of generating a driving force for moving the pressing member 130 may be used as the driving unit 131.

플런저(plunger)(133)는 구동부(131)에 대해 인입 및 인출 가능하도록 형성될 수 있다. 즉, 플런저(133)는 구동부(131)의 작동에 의해 일 방향 및 그 반대 방향으로 직선 운동하도록 형성될 수 있다. 다만, 도면에는 플런저(133)가 구동부(131)에 대해 직선 운동하는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 가압 부재(130)가 가압위치와 분리위치 사이에서 이동할 수 있기만 하면, 다양한 형태의 이동 경로를 가질 수도 있을 것이다. The plunger 133 may be formed to be retractable and withdrawable with respect to the driver 131. That is, the plunger 133 may be formed to linearly move in one direction and the opposite direction by the operation of the driving unit 131. However, although the plunger 133 is illustrated as linearly moving with respect to the driving unit 131 in the drawing, the spirit of the present invention is not limited thereto, and the pressing member 130 may move between the pressing position and the separating position. It may have various types of movement paths.

접촉부(135)는 플런저(133)의 일 측에 형성되어 종이 기반 유체 칩(200)과 접촉하도록 형성될 수 있다. 이때, 접촉부(135)는 소정의 탄성을 가진 소재, 즉 탄성 부재를 포함할 수 있으며, 일 예로 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함할 수 있다. The contact 135 may be formed at one side of the plunger 133 to be in contact with the paper-based fluid chip 200. In this case, the contact unit 135 may include a material having a predetermined elasticity, that is, an elastic member. For example, the contact unit 135 may include polydimethylsiloxane (PDMS).

이와 같이, 접촉부(135)가 PDMS(Polydimethylsiloxane)와 같은 탄성 부재를 포함하여 형성됨으로써, 종이 기반 유체 칩(200)과 가압 부재(130) 간의 압착력이 강화될 수 있다. 따라서 종이 기반 유체 칩(200)에 형성된 채널(210)에 대한 제어 가능 범위가 확대되는 효과를 얻을 수 있다.As such, since the contact part 135 is formed to include an elastic member such as polydimethylsiloxane (PDMS), the pressing force between the paper-based fluid chip 200 and the pressing member 130 may be enhanced. Therefore, the controllable range of the channel 210 formed in the paper-based fluid chip 200 can be obtained.

센서부(140)는 가압 부재(130)가 종이 기반 유체 칩(200)에 가하는 압력 등을 검출할 수 있다. 센서부(140)는 로드 셀(load cell)과 같은 무게/압력 측정 센서를 포함할 수 있다. 이러한 로드 셀(load cell)은 가압 부재(130)가 종이 기반 유체 칩(200)에 가하는 압력을 검출할 수 있다.The sensor unit 140 may detect a pressure or the like applied by the pressing member 130 to the paper-based fluid chip 200. The sensor unit 140 may include a weight / pressure measuring sensor such as a load cell. The load cell may detect the pressure applied by the pressing member 130 to the paper-based fluid chip 200.

또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 센서부(140)는 입력된 광으로부터 데이터를 생성하는 촬상 소자를 더 포함할 수 있다. 또한, 종이 기반 유체 칩(200)에는 얼라인(align)을 위한 소정의 얼라인 마크가 형성될 수 있다. 이러한 촬상 소자가 종이 기반 유체 칩(200)의 얼라인 마크를 촬영하여, 이를 기준으로 종이 기반 유체 칩(200)이 거치 부재(120) 상에 얼라인될 수 있다. 한편, 촬상 소자(미도시)는 센서부(140) 뿐 아니라, 종이 기반 유체 칩(200)의 영상을 획득할 수 있는 다양한 위치에 구비될 수 있다. In addition, although not shown in the drawing, the sensor unit 140 may further include an imaging device that generates data from the input light. In addition, a predetermined alignment mark for alignment may be formed in the paper-based fluid chip 200. The imaging device photographs an alignment mark of the paper-based fluid chip 200, and the paper-based fluid chip 200 may be aligned on the mounting member 120 based on this. The image pickup device (not shown) may be provided at various positions capable of acquiring an image of the paper-based fluid chip 200 as well as the sensor unit 140.

이외에도 센서부(140)는 종이 기반 유체 칩(200)의 채널(210) 내에 흐르는 유체의 유량, 속도, 압력 등을 측정할 수 있는 센서들을 더 구비할 수 있다. In addition, the sensor unit 140 may further include sensors capable of measuring a flow rate, a velocity, a pressure, and the like of the fluid flowing in the channel 210 of the paper-based fluid chip 200.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 제어 장치(100)의 작동은 다음과 같다. The operation of the fluid control device 100 according to an embodiment of the present invention as follows is as follows.

먼저, 도 1 및 도 2와 같이, 가압 부재(130)가 거치 부재(120) 상의 종이 기반 유체 칩(200)과 이격된 상태, 즉 가압 부재(130)가 상기 종이 기반 유체 칩(200)으로부터 이격된 분리위치에 있을 경우, 종이 기반 유체 칩(200)의 채널(210)을 통해 자유롭게 유체가 유동할 수 있다. First, as shown in FIGS. 1 and 2, the pressing member 130 is spaced apart from the paper-based fluid chip 200 on the mounting member 120, that is, the pressing member 130 is separated from the paper-based fluid chip 200. When in the spaced apart position, fluid may flow freely through the channel 210 of the paper-based fluid chip 200.

이 상태에서, 가압 부재(130)가 거치 부재(120) 상의 종이 기반 유체 칩(200)을 가압하기 위해 도 3의 화살표 A 방향으로 이동하여 가압위치에 도달한다. 즉, 가압 부재(130)의 구동부(131)에 외부로부터 제어신호(전기신호)가 인가되면, 구동부(131)가 작동함으로써 종이 기반 유체 칩(200)으로부터 이격(분리)되어 있던 플런저(133) 및 접촉부(135)가 종이 기반 유체 칩(200)을 향하여 화살표 A 방향으로 이동한다. 이때 접촉부(135)가 결합된 플런저(133)가 종이 기반 유체 칩(200)에 가하는 압력을 강하게 함으로써 종이 기반 유체 칩(200)의 채널(210) 내에 흐르는 유체의 흐름을 정지시키거나, 유체의 흐름의 속도를 지연시키는 기능을 구현할 수 있다.In this state, the pressing member 130 moves in the direction of arrow A in FIG. 3 to reach the pressing position in order to press the paper-based fluid chip 200 on the mounting member 120. That is, when a control signal (electrical signal) is applied to the drive unit 131 of the pressing member 130 from the outside, the plunger 133 which is separated (separated) from the paper-based fluid chip 200 by operating the drive unit 131. And the contact 135 moves in the direction of arrow A toward the paper-based fluid chip 200. At this time, the plunger 133 coupled with the contact 135 increases the pressure applied to the paper-based fluid chip 200 to stop the flow of the fluid flowing in the channel 210 of the paper-based fluid chip 200, or The ability to slow down the flow can be implemented.

도 5는 종이 기반 유체 칩에 가해지는 압력에 따른 유체 거동을 나타내는 그래프이다. 5 is a graph showing fluid behavior with pressure applied to a paper-based fluid chip.

도 5를 참조하면 가압 부재(130)가 종이 기반 유체 칩(200)을 가압하는 압력을 0에서 2.5MPa까지 다르게 설정함에 따라 유체가 종이 기반 유체 칩(200)의 미세 채널의 길이 방향의 각 영역에 도달하는 시간이 다양하게 변화한다. 즉, 종이 기반 유체 칩의 Pressing area에 0에서 2.5 MPa까지의 압력을 가하면서 시간에 따른 유체의 이동거리를 측정하였으며, 가압 부재의 작동 개시로부터 15분 뒤에 가압 부재의 작동을 중지하였다. Referring to FIG. 5, as the pressing member 130 sets the pressure for pressing the paper-based fluid chip 200 differently from 0 to 2.5 MPa, the fluid is formed in each region in the longitudinal direction of the microchannel of the paper-based fluid chip 200. The time to reach varies widely. That is, the moving distance of the fluid with time was measured while applying a pressure from 0 to 2.5 MPa to the pressing area of the paper-based fluid chip, and the pressing member was stopped 15 minutes after the starting of the pressing member.

이와 같이, 유체 제어 장치(100)의 가압 부재(130)의 가압력을 강하게 조정함으로써 채널 내에 흐르는 유체 흐름을 완전히 정지시키는 온/오프식 유체 스위치(유체 밸브)의 기능을 구현할 수도 있고, 또는 가압 부재(130)의 가압력을 약하게 조정함으로써 채널 내에 흐르는 유체의 흐름의 속도를 지연시킬 수 있는 가변 유체 스위치(가변 밸브)의 기능을 구현할 수도 있다.As such, by strongly adjusting the pressing force of the urging member 130 of the fluid control device 100, the function of the on / off fluid switch (fluid valve) which completely stops the fluid flow flowing in the channel may be implemented, or the urging member A weak adjustment of the pressing force of 130 may implement the function of a variable fluid switch (variable valve) that can delay the rate of flow of fluid flowing in the channel.

도 6은 PDMS 유무에 따른 유체 지연의 시간 차이를 나타내는 그래프이다. 6 is a graph showing the time difference of the fluid delay with or without PDMS.

도 6에 도시된 바와 같이, 가압 부재(130)의 접촉부(135)에 PDMS 캡을 씌우지 않았을 경우에 비해, 접촉부(135)에 PDMS 캡을 씌웠을 경우에는, 유체의 이동이 확연히 더 지연되는 것을 볼 수 있다. 즉, 접촉부(135)에 PDMS 캡을 씌웠을 경우, 그만큼 확실히 종이 기반 유체 칩(200)에 압력을 가한다는 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 6, when the PDMS cap is put on the contact 135, the fluid movement is significantly more delayed than when the PDMS cap is not put on the contact 135 of the pressing member 130. can see. That is, when the PDMS cap is put on the contact 135, it can be seen that the pressure is applied to the paper-based fluid chip 200.

이와 같이, 가압 부재(130) 및/또는 거치 부재(120)에서 종이 기반 유체 칩(200)과 접촉하는 부분이 PDMS(Polydimethylsiloxane)와 같은 탄성 부재를 포함하여 형성됨으로써, 종이 기반 유체 칩(200)과 가압 부재(130) 간의 압착력이 강화될 수 있다. 따라서 종이 기반 유체 칩(200)에 형성된 채널(210)에 대한 제어 가능 범위가 확대되는 효과를 얻을 수 있다. As such, the portion in contact with the paper-based fluid chip 200 in the pressing member 130 and / or the mounting member 120 is formed by including an elastic member such as polydimethylsiloxane (PDMS), whereby the paper-based fluid chip 200 And the pressing force between the pressing member 130 may be strengthened. Therefore, the controllable range of the channel 210 formed in the paper-based fluid chip 200 can be obtained.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 유체 제어 장치는 혈당 측정 장치, 식중독 검사 장치 등 다중 검출(multiple detection)이 필요한 다양한 장치에 적용 가능하다. 즉, 여러 단계(Multiple Step)를 거쳐 이루어지는 식중독 검사, 면역 검사 등의 경우, 유체를 여러 번 흘려주고 세정하는 과정을 반복하며 이 과정에서 상당한 시간이 소요되므로, 능동적/자동적으로 유체를 제어할 수 있는 밸브를 필요로 하였다. 본 발명의 실시예에 따른 유체 제어 장치는 이러한 필요성을 충족시킬 수 있도록, 이동 가능하게 형성된 가압 부재를 구비하여, 능동적/자동적으로 종이 기반 유체 칩의 채널 내에 유동하는 미세유체를 제어할 수 있게 됨으로써, 여러 단계(Multiple Step)를 거치며 다중 검출(multiple detection)이 필요한 다양한 장치에 적용 가능하게 되는 것이다. Such a fluid control device according to an embodiment of the present invention is applicable to various devices requiring multiple detection, such as a blood glucose measurement device, a food poisoning test device. In other words, in the case of food poisoning test and immunoassay that are conducted through multiple steps, the process of flushing and cleaning the fluid is repeated several times, and a considerable time is required in this process, so that the fluid can be actively / automatically controlled. A valve was needed. The fluid control apparatus according to the embodiment of the present invention is provided with a movable member formed to be able to meet this need, to be able to control the microfluid flowing in the channel of the paper-based fluid chip actively / automatically Therefore, the present invention can be applied to various devices that require multiple detections through multiple steps.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 제어 장치(100)에 의해 종이 기반의 미세유체 채널에서 능동적으로 유체의 흐름을 제어하는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 가압 부재(130)의 구동부(131)에 대한 전기적 제어에 의해 즉각적인 유체 제어가 가능해지며, 이는 곧 유체 채널 내 시약의 증발을 최소화하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 사람에 의한 수동제어 방식이 아닌, 능동/자동 제어 방식이므로 반복적인 동작이 가능하기 때문에, 보다 복잡한 유체 제어가 가능해진다. 또한, 리니어 솔레노이드와 같은 구동부(131)만을 간단히 추가하여 압력 기반으로 유체 제어가 가능해지며, 그 제작이 단순하고 제작 비용이 적게 든다는 장점이 있다. By such a fluid control device 100 according to an embodiment of the present invention it is possible to obtain the effect of actively controlling the flow of fluid in the paper-based microfluidic channel. That is, immediate fluid control is possible by the electrical control of the driving unit 131 of the pressing member 130, which can immediately obtain the effect of minimizing the evaporation of the reagent in the fluid channel. In addition, since it is an active / automatic control method instead of a manual control method by a person, it is possible to perform repeated operation, thereby enabling more complicated fluid control. In addition, by simply adding a drive unit 131, such as a linear solenoid, it is possible to control the fluid based on the pressure, there is an advantage that the manufacturing is simple and the manufacturing cost is low.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유체 제어 방법의 흐름도이다. 7 is a flowchart of a fluid control method according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유체 제어 방법은 유체가 흐를 수 있는 채널을 구비한 종이 기반 유체 칩을 거치 부재 상에 거치하는 단계(S110 단계), 상기 거치 부재에 거치된 종이 기반 유체 칩을 가압하는 가압위치와, 상기 종이 기반 유체 칩으로부터 이격된 분리위치의 사이에서 이동 가능하게 형성된 가압 부재를 이용하여 상기 종이 기반 유체 칩을 가압하는 단계(S120 단계), 및 상기 가압 부재의 압력을 이용하여 상기 종이 기반 유체 칩에 형성된 상기 채널을 제어하는 단계(S130 단계)를 포함한다. 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. Referring to FIG. 7, in the fluid control method according to an exemplary embodiment of the present invention, a paper-based fluid chip having a channel through which fluid flows may be mounted on a mounting member (step S110), and the paper mounted on the mounting member may be used. Pressurizing the paper-based fluid chip using a pressing member movably formed between a pressing position for pressing the base fluid chip and a separation position spaced apart from the paper-based fluid chip (step S120), and the pressing member Controlling the channel formed in the paper-based fluid chip using the pressure of the step S130. This will be described in more detail as follows.

먼저, 유체가 흐를 수 있는 채널(210)을 구비한 종이 기반 유체 칩(200)을 거치 부재(120) 상에 거치(S110 단계)한다. 여기서, 거치 부재(120)는 본체부(110)의 제1 플레이트 상에 형성되며, 유체가 흐를 수 있는 채널(210)을 구비한 종이 기반 유체 칩(200)이 거치될 수 있도록 형성된다. 이와 같은 거치 부재(120)는, 가압 부재(130)가 접촉하는 종이 기반 유체 칩(200)의 일면의 반대측 면에 접촉하여 종이 기반 유체 칩(200)을 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 이때, 거치 부재(120)에서 종이 기반 유체 칩(200)과 접촉하는 부분은 소정의 탄성을 가진 소재, 즉 탄성 부재를 포함할 수 있으며, 일 예로 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함할 수 있다. First, the paper-based fluid chip 200 having a channel 210 through which the fluid can flow is placed on the mounting member 120 (step S110). Here, the mounting member 120 is formed on the first plate of the body portion 110 and is formed so that the paper-based fluid chip 200 having a channel 210 through which fluid can flow. The mounting member 120 may serve to support the paper-based fluid chip 200 by contacting an opposite side of one surface of the paper-based fluid chip 200 that the pressing member 130 contacts. In this case, a portion of the mounting member 120 contacting the paper-based fluid chip 200 may include a material having a predetermined elasticity, that is, an elastic member, and may include, for example, polydimethylsiloxane (PDMS).

다음으로, 상기 거치 부재(120)에 거치된 종이 기반 유체 칩(200)을 가압하는 가압위치와, 상기 종이 기반 유체 칩(200)으로부터 이격된 분리위치의 사이에서 이동 가능하게 형성된 가압 부재(130)를 이용하여 상기 종이 기반 유체 칩(200)을 가압(S120 단계)한다. 여기서, 가압 부재(130)는 구동부(131)와, 플런저(plunger)(133)와, 접촉부(135)를 포함할 수 있다. 구동부(131)는 외부로부터 인가된 신호에 의해 작동함으로써, 가압 부재(130)를 이동시키는 구동력을 발생시킬 수 있다. 구동부(131)는 본체부(110)에 고정 결합될 수 있다. 플런저(plunger)(133)는 구동부(131)에 대해 인입 및 인출 가능하도록 형성될 수 있다. 즉, 플런저(133)는 구동부(131)의 작동에 의해 일 방향 및 그 반대 방향으로 직선 운동하도록 형성될 수 있다. 접촉부(135)는 플런저(133)의 일 측에 형성되어 종이 기반 유체 칩(200)과 접촉하도록 형성될 수 있다. 이때, 접촉부(135)는 소정의 탄성을 가진 소재, 즉 탄성 부재를 포함할 수 있으며, 일 예로 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함할 수 있다. Next, the pressing member 130 is formed to be movable between the pressing position for pressing the paper-based fluid chip 200 mounted on the mounting member 120 and the separation position spaced apart from the paper-based fluid chip 200. Press the paper-based fluid chip 200 using the step (S120). Here, the pressing member 130 may include a driving unit 131, a plunger 133, and a contact unit 135. The driving unit 131 may generate a driving force for moving the pressing member 130 by operating by a signal applied from the outside. The driving unit 131 may be fixedly coupled to the main body unit 110. The plunger 133 may be formed to be retractable and withdrawable with respect to the driver 131. That is, the plunger 133 may be formed to linearly move in one direction and the opposite direction by the operation of the driving unit 131. The contact 135 may be formed at one side of the plunger 133 to be in contact with the paper-based fluid chip 200. In this case, the contact unit 135 may include a material having a predetermined elasticity, that is, an elastic member. For example, the contact unit 135 may include polydimethylsiloxane (PDMS).

다음으로, 상기 가압 부재(130)의 압력을 이용하여 상기 종이 기반 유체 칩(200)에 형성된 상기 채널(210)을 제어(S130 단계)한다. 즉, 가압 부재(130)의 구동부(131)에 외부로부터 제어신호(전기신호)가 인가되면, 구동부(131)가 작동함으로써 종이 기반 유체 칩(200)으로부터 이격(분리)되어 있던 플런저(133) 및 접촉부(135)가 종이 기반 유체 칩(200)을 향하여 화살표 A 방향으로 이동한다. 이때 접촉부(135)가 결합된 플런저(133)가 종이 기반 유체 칩(200)에 가하는 압력을 강하게 함으로써 종이 기반 유체 칩(200)의 채널(210) 내에 흐르는 유체의 흐름을 정지시키거나, 유체의 흐름의 속도를 지연시키는 기능을 구현할 수 있다.Next, the channel 210 formed in the paper-based fluid chip 200 is controlled using the pressure of the pressing member 130 (step S130). That is, when a control signal (electrical signal) is applied to the drive unit 131 of the pressing member 130 from the outside, the plunger 133 which is separated (separated) from the paper-based fluid chip 200 by operating the drive unit 131. And the contact 135 moves in the direction of arrow A toward the paper-based fluid chip 200. At this time, the plunger 133 coupled with the contact 135 increases the pressure applied to the paper-based fluid chip 200 to stop the flow of the fluid flowing in the channel 210 of the paper-based fluid chip 200, or The ability to slow down the flow can be implemented.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 제어 장치(100)에 의해 종이 기반의 미세유체 채널에서 능동적을 유체의 흐름을 제어하는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 가압 부재(130)의 구동부(131)에 대한 전기적 제어에 의해 즉각적인 유체 제어가 가능해지며, 이는 곧 유체 채널 내 시약의 증발을 최소화하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 사람에 의한 수동제어 방식이 아닌, 능동/자동 제어 방식이므로 반복적인 동작이 가능하기 때문에, 보다 복잡한 유체 제어가 가능해진다. 또한, 리니어 솔레노이드와 같은 구동부(131)만을 간단히 추가하여 압력 기반으로 유체 제어가 가능해지며, 그 제작이 단순하고 제작 비용이 적게 든다는 장점이 있다.By such a fluid control device 100 according to an embodiment of the present invention it is possible to obtain the effect of actively controlling the flow of fluid in the paper-based microfluidic channel. That is, immediate fluid control is possible by the electrical control of the driving unit 131 of the pressing member 130, which can immediately obtain the effect of minimizing the evaporation of the reagent in the fluid channel. In addition, since it is an active / automatic control method instead of a manual control method by a person, it is possible to perform repeated operation, thereby enabling more complicated fluid control. In addition, by simply adding a drive unit 131, such as a linear solenoid, it is possible to control the fluid based on the pressure, there is an advantage that the manufacturing is simple and the manufacturing cost is low.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, but this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and variations are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

100: 유체 제어 장치
110: 본체부
120: 거치 부재
130: 가압 부재
140: 센서부100: fluid control device
110: main body
120: mounting member
130: pressure member
140: sensor unit

Claims (8)

본체부;
상기 본체부에 형성되며, 유체가 흐를 수 있는 채널을 구비한 종이 기반 유체 칩이 거치될 수 있는 거치 부재; 및
상기 본체부에 형성되며, 상기 거치 부재에 거치된 종이 기반 유체 칩을 가압하는 가압위치와, 상기 종이 기반 유체 칩으로부터 이격된 분리위치의 사이에서 이동 가능하게 형성된 가압 부재;를 포함하고,
상기 가압 부재는,
외부로부터 인가된 신호에 의해 작동함으로써 상기 가압 부재를 이동시키는 구동력을 발생하는 구동부;
상기 구동부에 대해 인입 및 인출 가능하도록 형성되는 플런저(plunger); 및
상기 플런저의 일 측에 형성되어 상기 종이 기반 유체 칩과 접촉하도록 형성되는 접촉부;를 포함하고,
상기 가압 부재에서 상기 종이 기반 유체 칩과 접촉하는 부분은 탄성 부재를 포함하고,
상기 가압 부재가 상기 종이 기반 유체 칩을 가압하는 압력을 제어함으로써 상기 종이 기반 유체 칩의 상기 채널을 흐르는 상기 유체의 흐름을 정지시키거나 흐름의 속도를 변경하는 밸브 역할을 수행하고,
상기 가압 부재는 상기 종이 기반 유체 칩의 상기 채널을 상기 채널의 두께 방향으로만 가압하고,
상기 종이 기반 유체 칩은 상기 채널의 경계를 형성하는 소수성 부분을 더 포함하고,
상기 유체는 모세관 현상에 의해 상기 채널 상에서 흐르고,
상기 가압 부재가 상기 종이 기반 유체 칩에 가하는 압력을 검출할 수 있는 센서부를 더 포함하고,
상기 가압 부재는 상기 센서부가 검출한 압력에 기초하여, 상기 종이 기반 유체 칩에 가하는 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.Main body;
A mounting member formed on the main body and to which a paper-based fluid chip having a channel through which fluid flows can be mounted; And
And a pressing member formed on the main body, the pressing member movably disposed between the pressing position for pressing the paper-based fluid chip mounted on the mounting member and the separation position spaced apart from the paper-based fluid chip.
The pressing member,
A driving unit generating a driving force for moving the pressing member by operating by a signal applied from the outside;
A plunger formed to be retractable and withdrawable with respect to the drive unit; And
And a contact portion formed at one side of the plunger to be in contact with the paper-based fluid chip.
A portion of the pressing member in contact with the paper-based fluid chip includes an elastic member,
Acts as a valve to stop the flow of the fluid flowing through the channel of the paper based fluid chip or to change the speed of the flow by controlling the pressure at which the pressing member pressurizes the paper based fluid chip;
The pressing member presses the channel of the paper-based fluid chip only in the thickness direction of the channel,
The paper-based fluid chip further comprises a hydrophobic portion forming a boundary of the channel,
The fluid flows on the channel by capillary action,
Further comprising a sensor unit for detecting the pressure applied by the pressing member to the paper-based fluid chip,
The pressurizing member controls the pressure applied to the paper-based fluid chip based on the pressure detected by the sensor unit. 제 1 항에 있어서,
상기 거치 부재는, 상기 가압 부재가 접촉하는 상기 종이 기반 유체 칩의 일면의 반대측 면에 접촉하며 상기 종이 기반 유체 칩을 지지하는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.The method of claim 1,
The holding member is in contact with the opposite side of the surface of the paper-based fluid chip that the pressing member is in contact with the fluid control device, characterized in that for supporting the paper-based fluid chip. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 거치 부재에서 상기 종이 기반 유체 칩과 접촉하는 부분은 탄성 부재를 포함하는 유체 제어 장치.The method according to claim 1 or 2,
And a portion of the mounting member in contact with the paper-based fluid chip includes an elastic member. 제 1 항에 있어서,
상기 종이 기반 유체 칩에는 얼라인(align)을 위한 소정의 얼라인 마크가 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.The method of claim 1,
And a predetermined alignment mark for aligning the paper-based fluid chip. 유체가 흐를 수 있는 채널을 구비한 종이 기반 유체 칩을 거치 부재 상에 거치하는 단계;
상기 거치 부재에 거치된 종이 기반 유체 칩을 가압하는 가압위치와, 상기 종이 기반 유체 칩으로부터 이격된 분리위치의 사이에서 이동 가능하게 형성된 가압 부재를 이용하여 상기 종이 기반 유체 칩을 가압하는 단계; 및
상기 가압 부재의 압력을 이용하여 상기 종이 기반 유체 칩에 형성된 상기 채널을 제어하는 단계;를 포함하고,
상기 가압 부재는,
외부로부터 인가된 신호에 의해 작동함으로써 상기 가압 부재를 이동시키는 구동력을 발생하는 구동부;
상기 구동부에 대해 인입 및 인출 가능하도록 형성되는 플런저(plunger); 및
상기 플런저의 일 측에 형성되어 상기 종이 기반 유체 칩과 접촉하도록 형성되는 접촉부;를 포함하고,
상기 가압 부재에서 상기 종이 기반 유체 칩과 접촉하는 부분은 탄성 부재를 포함하고,
상기 가압 부재의 압력을 이용하여 상기 종이 기반 유체 칩에 형성된 상기 채널을 제어하는 단계는,
상기 가압 부재가 상기 종이 기반 유체 칩을 가압하는 압력을 제어함으로써 상기 종이 기반 유체 칩의 상기 채널을 흐르는 상기 유체의 흐름을 정지시키거나 흐름의 속도를 변경하는 밸브 역할을 수행하고,
상기 가압 부재는 상기 종이 기반 유체 칩의 상기 채널을 상기 채널의 두께 방향으로만 가압하고,
상기 종이 기반 유체 칩은 상기 채널의 경계를 형성하는 소수성 부분을 더 포함하고,
상기 유체는 모세관 현상에 의해 상기 채널 상에서 흐르고,
상기 채널을 제어하는 단계는
센서부를 이용하여 상기 가압 부재가 상기 종이 기반 유체 칩에 가하는 압력을 검출하고, 상기 센서부가 검출한 압력에 기초하여, 상기 가압 부재가 상기 종이 기반 유체 칩에 가하는 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 유체 제어 방법.Mounting the paper-based fluid chip having a channel through which the fluid can flow on the mounting member;
Pressing the paper-based fluid chip by using a pressing member movably formed between the pressing position for pressing the paper-based fluid chip mounted on the mounting member and the separation position spaced apart from the paper-based fluid chip; And
Controlling the channel formed in the paper-based fluid chip using the pressure of the pressing member;
The pressing member,
A driving unit generating a driving force for moving the pressing member by operating by a signal applied from the outside;
A plunger formed to be retractable and withdrawable with respect to the drive unit; And
And a contact portion formed at one side of the plunger to be in contact with the paper-based fluid chip.
A portion of the pressing member in contact with the paper-based fluid chip includes an elastic member,
Controlling the channel formed in the paper-based fluid chip using the pressure of the pressing member,
Acts as a valve to stop the flow of the fluid flowing through the channel of the paper based fluid chip or to change the speed of the flow by controlling the pressure at which the pressing member pressurizes the paper based fluid chip;
The pressing member presses the channel of the paper-based fluid chip only in the thickness direction of the channel,
The paper-based fluid chip further comprises a hydrophobic portion forming a boundary of the channel,
The fluid flows on the channel by capillary action,
Controlling the channel
Detecting a pressure applied by the pressure member to the paper-based fluid chip using a sensor unit, and controlling the pressure applied by the pressure member to the paper-based fluid chip based on the pressure detected by the sensor unit. Control method. 제 5 항에 있어서,
상기 거치 부재에서 상기 종이 기반 유체 칩과 접촉하는 부분은 탄성 부재를 포함하는 유체 제어 방법.The method of claim 5, wherein
And the portion of the mounting member in contact with the paper-based fluid chip comprises an elastic member. 제 5 항에 있어서,
상기 거치 부재는, 상기 가압 부재가 접촉하는 상기 종이 기반 유체 칩의 일면의 반대측 면에 접촉하며 상기 종이 기반 유체 칩을 지지하는 것을 특징으로 하는 유체 제어 방법. The method of claim 5, wherein
The holding member is in contact with the opposite side of the surface of the paper-based fluid chip that the pressing member is in contact with the fluid control method, characterized in that for supporting the paper-based fluid chip. 제 5 항에 있어서,
상기 거치 부재 상에 유체가 흐를 수 있는 채널을 구비한 종이 기반 유체 칩을 거치하는 단계는,
얼라인(align)을 위해 상기 종이 기반 유체 칩에 형성된 소정의 얼라인 마크를 기준으로 상기 종이 기반 유체 칩이 거치되는 것을 특징으로 하는 유체 제어 방법.The method of claim 5, wherein
Mounting the paper-based fluid chip having a channel through which fluid flows on the mounting member,
And the paper-based fluid chip is mounted on the basis of a predetermined alignment mark formed on the paper-based fluid chip for alignment.
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