KR102382612B1 - 운반유체를 포함하는 마이크로파티클 생산 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 명세서에서 개시되는 발명은 미세유체공학(microfluidics)을 이용한 마이크로파티클 생산 시스템 및 그 제어 방법에 대한 것으로, 구체적으로는 종래 기술 대비 미세유체공학(microfluidics)을 이용하여 생산된 드롭렛들이 뭉치거나 파괴되지 않고 안정적으로 운송될 수 있는 마이크로파티클 생산 시스템 및 상기 마이크로파티클 생산 시스템 하 상기 드롭렛들을 더욱 더 안정적으로 운송할 수 있도록 상기 마이크로파티클 생산 시스템을 제어하는 방법을 제공한다. 본 명세서에서 개시되는 마이크로파티클 생산 시스템 및 그 제어방법에 의해 미세유체공학(microfluidics)를 이용한 마이크로파티클 생산 시스템에 의해 생산된 드롭렛이 뭉치거나 파괴되지 않고 안정적으로 운반될 수 있게 됨으로써, 더 효율적인 마이크로파티클 생산이 이뤄질 수 있다.

Description

운반유체를 포함하는 마이크로파티클 생산 시스템 및 그 제어 방법 {A microparticle producing system which comprises carrying fluid, and a controlling method thereof}

본 명세서에서 제공하는 발명은 미세유체공학(microfluidics)을 이용한 마이크로파티클 생산 시스템 및 그 제어 방법에 대한 것이다.

생분해성 고분자로 이루어진 마이크로파티클은 인체에 주입이 가능하며, 체내에서 일정한 시간 간격을 두고 천천히 분해되는 특성이 있어 서방성 제형, 필러 제형 등 그 응용 분야가 넓다. 다만, 이러한 생분해성 고분자로 이루어진 마이크로파티클을 서방성 제형 등으로 응용하기 위해서는 생산된 마이크로파티클의 표면 성질, 직경을 고르게 제어하는 것이 필수적이다.

이러한 마이크로파티클을 생산하는 방법으로써, 미세유체공학(microfluidics)을 활용한 마이크로파티클 생산 방법은 용매증발법 등 다른 생산 방법에 비해 높은 정밀도로 표면 성질 및 직경을 제어하는 것이 가능하다는 장점이 있지만, 생산 장치의 스케일이 매우 작아 대량 생산이 어렵다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 다수의 미세유체공학(microfluidics)장치를 병렬 배치하여 대량 생산 시스템을 구축하려는 시도가 있으나, 이는 생산 과정을 제어하기 힘들다는 난점이 있다.

본 명세서에서는 종래 기술 대비 미세유체공학(microfluidics)을 이용하여 생산된 드롭렛들이 뭉치거나 파괴되지 않고 안정적으로 운송될 수 있는 마이크로파티클 생산 시스템을 제공하고자 한다.

본 명세서에서는 상기 마이크로파티클 생산 시스템 하 상기 드롭렛들을 더욱 더 안정적으로 운송할 수 있도록 상기 마이크로파티클 생산 시스템을 제어하는 방법을 제공하고자 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 명세서에서 제공하는 발명의 일태양으로, 운반유체를 운반채널로 공급하는 과정; 적어도 제1 원료 및 제2 원료를 포함하는 원료를 드롭렛 생산 칩으로 공급해 배출유체가 배출채널을 통해 운반채널로 배출되도록 하는 과정으로, 상기 배출유체는 상기 제1 원료를 포함하는 원료유체 및 상기 제2 원료를 포함하는 드롭렛을 포함하며, 상기 드롭렛은 상기 드롭렛 생산 칩에서 상기 원료로부터 생성된 것인 과정; 및 상기 운반유체와 상기 배출유체를 합류시켜 병합유체를 생성하는 과정으로, 상기 운반유체를 운반채널로 공급하는 과정은 상기 병합유체의 유량이 상기 배출유체의 유량보다 크도록 하기 위한 것인 과정을 포함하는 마이크로파티클 생산 시스템의 제어 방법이 제공된다.

본 명세서에서 제공하는 발명의 일태양으로, 제1 운반유체를 제1 운반채널로 공급하는 과정; 적어도 제1 원료 및 제2 원료를 포함하는 원료를 제1 드롭렛 생산 칩으로 공급해 제1 배출유체가 제1 배출채널을 통해 상기 제1 운반채널로 배출되도록 하는 과정으로, 상기 제1 배출유체는 상기 제1 원료를 포함하는 제1 원료유체 및 상기 제2 원료를 포함하는 제1 드롭렛을 포함하며, 상기 제1 드롭렛은 상기 제1 드롭렛 생산 칩에서 상기 원료로부터 생성된 것인 과정; 상기 제1 운반유체와 상기 제1 배출유체를 합류시켜 제1 병합유체를 생성하는 과정; 제2 운반유체를 제2 운반채널로 공급하는 과정; 적어도 상기 제1 원료 및 상기 제2 원료를 포함하는 원료를 제2 드롭렛 생산 칩으로 공급해 제2 배출유체가 제2 배출채널을 통해 상기 제2 운반채널로 배출되도록 하는 과정으로, 상기 제2 배출유체는 상기 제1 원료를 포함하는 제2 원료유체 및 상기 제2 원료를 포함하는 제2 드롭렛을 포함하며, 상기 제2 드롭렛은 상기 제2 드롭렛 생산 칩에서 상기 원료로부터 생성된 것인 과정; 상기 제2 운반유체와 상기 제2 배출유체를 합류시켜 제2 병합유체를 생성하는 과정; 및 상기 제1 병합유체 및 상기 제2 병합유체를 합류시킨 후 생산물 저장조로 운송하는 과정으로, 상기 제1 병합유체 및 상기 제2 병합유체를 합류시킬 때 상기 제1 병합유체 및 상기 제2 병합유체가 층류(Laminar flow)를 유지하도록, 상기 운반유체 컨트롤러가 상기 제1 운반유체 및 상기 제2 운반유체의 유량 및 유속 중 선택된 하나 이상을 제어하는 것을 포함하는 마이크로파티클 생산 시스템의 제어 방법이 제공된다.

본 명세서에서 제공하는 발명의 일태양으로, 제1 드롭렛 생산 칩, 상기 제1 드롭렛 생산 칩은 주입채널, 마이크로채널, 정션 및 제1 배출채널을 포함함; 운반채널; 운반유체 공급원; 및 운반유체 컨트롤러를 포함하고, 이때, 상기 배출채널과 상기 운반채널은 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있고, 상기 운반유체 공급원과 상기 운반채널은 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있고, 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 운반유체 공급원에 제어 신호를 보낼 수 있도록 연결되어 있고, 상기 운반채널은 상기 제1 드롭렛 생산 칩에서 배출된 원료 및 드롭렛을 포함하는 배출유체를 생산물 저장조로 운반하기 위한 것이며, 상기 운반유체 공급원은 상기 운반유체 컨트롤러의 제어 신호를 받아 상기 운반채널에 운반유체를 공급하여 상기 운반채널의 기능을 달성하도록 하기 위한 것임을 특징으로 하는 마이크로파티클 생산 시스템이 제공된다.

본 명세서에서 제공하는 발명의 일태양으로, 제1 드롭렛 생산 칩, 상기 제1 드롭렛 생산 칩은 주입채널, 마이크로채널, 정션, 및 제1 배출채널을 포함함; 제2 드롭렛 생산 칩, 상기 제2 드롭렛 생산 칩은 주입채널, 마이크로채널, 정션, 및 제2 배출채널을 포함함; 제1 운반채널; 제2 운반채널; 제3 운반채널; 운반유체 공급원; 운반유체 컨트롤러; 및 생산물 저장조를 포함하고, 이때, 상기 제1 배출채널과 상기 제1 운반채널은 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있고, 상기 제2 배출채널과 상기 제2 운반채널은 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있고, 상기 운반유체 공급원과 상기 제1 운반채널은 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있고, 상기 운반유체 공급원과 상기 제2 운반채널은 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있고, 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 운반유체 공급원에 제어 신호를 보낼 수 있도록 연결되어 있고, 상기 제1 운반채널 및 상기 제2 운반채널은 상기 드롭렛 생산 칩에서 배출된 원료 및 드롭렛을 포함하는 배출유체를 생산물 저장조로 운반하기 위한 것이며, 상기 제1 운반채널 및 상기 제2 운반채널은 병합지점에서 상기 제3 운반채널과 연결되어 있고, 상기 제3 운반채널은 생산물 저장조와 연결되어 있으며, 이때, 상기 제1 운반채널 및 상기 제2 운반채널은 상기 병합지점 및 상기 제3 운반채널을 통해서 생산물 저장조와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파티클 생산 시스템이 제공된다.

본 명세서에서 개시되는 마이크로파티클 생산 시스템 및 그 제어방법에 의해 미세유체공학(microfluidics)를 이용한 마이크로파티클 생산 시스템에 의해 생산된 드롭렛이 뭉치거나 파괴되지 않고 안정적으로 운반될 수 있게 됨으로써, 더 효율적인 마이크로파티클 생산이 이뤄질 수 있다. 이는 미세유체공학(microfluidics)를 이용한 마이크로파티클의 대량 생산 시스템을 구축할 때 있어 필수적인 기술에 해당한다.

도 1은 본 명세서에서 제공하는 마이크로파티클 생산 시스템의 개요도를 나타낸다.
도 2는 실시예 1의 마이크로파티클 생산 시스템의 개요도를 나타낸다.
도3은 실시예 1의 복수의 센서가 포함된 마이크로파티클 생산 시스템의 개요도를 나타낸다.
도4는 실시예1의 운반유체 저장조와 운반채널의 연결관계를 나타낸다. (a) 운반유체 저장조와 하나의 운반채널의 연결관계를 나타낸다. (b) 운반유체 저장조와 제1 운반채널이 직접 연결되어 있고, 제1 운반채널이 제2 운반채널 내지 제n+1 운반채널로 나뉘는 경우의 연결관계를 나타낸다.
도 5는 도4(b)의 운반채널에 센서가 연결된 경우의 연결관계를 나타낸다.
도6은 실시예1의 생산물 저장조와 운반채널의 연결관계를 나타낸다. (a) 생산물 저장조와 하나의 운반채널의 연결관계를 나타낸다. (b) 제2 운반채널 내지 제n+1 운반채널이 제n+2운반채널과 연결되어 있고, 제n+2 운반채널이 생산물 저장조와 직접 연결되어 있는 경우의 연결관계를 나타낸다.
도 7은 도6(b)의 운반채널에 센서가 연결된 경우의 연결관계를 나타낸다.
도 8은 실시예2의 드롭렛 생산 칩을 나타낸다.
도9는 실시예2에서 복수의 드롭렛 생산 칩이 일정한 간격을 두고 배열한 것을 나타낸다. (a) 복수의 드롭렛 생산 칩이 일정한 간격을 두고 배열한 모습을 나타낸 사시도를 나타낸다. (b) (a) 도면을 Y축 방향에서 바라본 평면도를 나타낸다.
도10은 실시예2의 운반채널의 일부를 나타낸다. (a) 배출유체 유입구(21)를 포함하는 운반채널(2)을 나타낸다. (b) 상기 운반채널(2)과 복수의 드롭렛 생산 칩(1)이 연결된 모습을 나타낸다. (c) 상기 운반채널 내 운반유체, 배출유체, 및 병합유체의 위치와 유동 방향을 나타낸다.
도11는 실시예 3에서 복수의 드롭렛 생산 칩과 운반채널이 연결된 모습을 나타낸다.
도12는 실시예3의 드롭렛 생산 칩을 예시적으로 나타낸다. (a) 환형 칩의 사시도를 나타낸다. (b) Z축 방향에서 바라본 상기 환형 칩의 평면도를 나타낸다.
도 13은 실시예3에서 제1 드롭렛 생산 칩과 제2 드롭렛 생산 칩이 스페이서를 사이에 두고 배치된 모습을 나타낸다. (a) 제1 드롭렛 생산 칩, 스페이서, 및 제2 드롭렛 생산 칩이 조립되는 배치를 나타낸 배치도를 나타낸다. (b) (a)를 A-A' 방향으로 절단한 단면도로, 스페이서 자체가 운반채널 역할을 하는 경우를 나타낸다. (c) (a)를 A-A' 방향으로 절단한 단면도로, 운반채널이 빈 공간을 관통하고 있는 경우를 나타낸다.
도 14는 실시예 3의 운반채널의 모습을 나타낸다. (a) 심 구조가 없는 경우를 나타낸다. (b) 심 구조를 포함하는 경우를 나타낸다.
도 15는 실시예3에서 제1 드롭렛 생산 칩 및/또는 제2 드롭렛 생산 칩이 각각 제1 원료 중간 공급 채널(111) 및 제2 원료 중간 공급채널(131)을 포함하는 경우를 나타낸다. (a) 제1 드롭렛 생산 칩이 제1 원료 중간 공급 채널(111) 및 제2 원료 중간 공급채널(131)을 가지는 경우를 나타낸다. (b) 제1 드롭렛 생산 칩 및 제2 드롭렛 생산 칩 모두 제1 원료 중간 공급 채널(111) 및 제2 원료 중간 공급채널(131)을 가지는 경우를 나타낸다.
도 16은 실시예 4에서 센서로부터 측정값을 수신, 마이크로파티클 생산 시스템을 제어하는 과정에 반영하는 방법에 대한 순서도를 나타낸다.
도 17은 실시예 4에서 배출유체 유량 및 운반유체 유량을 측정, 배출유체 유량과 관련하여 운반유체 유량의 최소값을 계산하고, 이에 따라 운반유체 유량을 상기 최소값 이상으로 제어하는 방법에 대한 순서도를 나타낸다.
도 18은 도17에 따른 제어방법을 적용하는 경우, 시간에 따른 운반유체의 유량을 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 19는 실시예 4에서 배출유체 유량 및 운반유체 유량을 측정, 배출유체 유량과 관련하여 운반유체 유량의 최대값을 계산하고, 이에 따라 운반유체 유량을 상기 최대값 미만으로 제어하는 방법에 대한 순서도를 나타낸다.
도 20는 도19에 따른 제어방법을 적용하는 경우, 시간에 따른 운반유체의 유량을 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도21은 실시예 4에서 생산물 저장조의 유체 수용 가능 부피 및 병합유체 유량을 측정, 생산물 저장조의 유체 수용 가능 부피에 따른 병합유체 유량의 최대값을 계산하고, 이에 따라 병합유체 유량을 상기 최대값 미만으로 제어하는 방법에 대한 순서도를 나타낸다.
도 22은 실시예4에서 마이크로파티클 생산 시스템이 복수의 운반채널을 포함하는 경우, 구성요소 및 구성요소 상호간 연결관계를 나타낸 개요도이다.
도23은 실시예 4에서 도 21에 도시된 마이크로파티클 생산 시스템과 관련, 병합지점에서 제1 운반유체 및 제2 운반유체의 유량 및 유속에 대한 측정값을 수신하고, 상기 측정값으로부터 병합지점에서 난류가 형성되었는지를 판단하며, 이에 따라 난류가 형성되지 않도록 제1 운반유체 및 제2 운반유체의 유량을 제어하는 방법에 대한 순서도를 나타낸다.

마이크로파티클 생산 시스템

본 명세서에서 제공되는 발명의 일 태양으로 마이크로파티클 생산 시스템을 개시한다.

본 명세서에서 제공되는 발명의 일 태양인 마이크로파티클 생산 시스템은 드롭렛 생산 칩, 운반채널, 운반유체 공급원, 및 운반유체 컨트롤러를 포함한다.

미세유체공학(microfluidics)을 이용한 마이크로파티클 대량 생산 장치는 수많은 장치를 병렬적으로 연결하여 생산량을 높이는 구조를 취해야 한다. 따라서, 드롭렛 등 마이크로파티클 생산 과정의 중간 산물을 다음 생산 과정이 일어나는 장치로 안정적으로 운송하는 기술이 매우 중요하다. 더욱이, 상기 드롭렛은 아직 그 구조가 안정되기 전이므로, 운송 과정에서 뭉침이나 파괴 현상이 빈번하게 일어난다는 문제점이 있어 이를 해결하고자 하는 기술적인 요구가 크다.

이러한 기술적 요구에 발맞추어, 본 명세서에서 제공하는 마이크로파티클 생산 시스템은 생산 시스템 내 운반유체를 도입할 수 있는 구조를 갖추고 있는 것을 특징으로 한다. 상기 마이크로파티클 생산 시스템은 종래 기술에 비해 개선된 운반채널을 제공하며, 운반유체 공급원 및 운반유체 컨트롤러를 추가적으로 더 포함한다. 구체적으로, 상기 운반채널은 드롭렛 생산 칩에서 배출된 배출유체를 운송하는 데 있어 원료 및 배출유체와는 구분되는 운반유체를 도입할 수 있는 구조를 가지고 있다. 이러한 구조를 가짐으로써, 상기 마이크로파티클 생산 시스템은 드롭렛 생산 이후 이를 다른 장치(예를 들어, 생산물 저장조)로 운송하는 과정에서 운반유체를 도입할 수 있게 된다. 상기 운반유체는 생산된 드롭렛을 뭉치거나 파괴되지 않고 안정적으로 다른 장치 운송할 수 있게 함으로써, 상기 마이크로파티클 생산 시스템의 생산 효율을 높일 수 있는 기능을 한다. 또한, 이러한 운반유체를 생산 시스템 내에 도입하기 위해 상기 마이크로파티클 생산 시스템은 운반유체 공급원 및 운반유체 컨트롤러를 추가적으로 포함한다.

상기 마이크로파티클 생산 시스템의 개요도는 도 1에 나타나 있다.

상기 드롭렛 생산 칩은 주입채널, 마이크로채널, 정션, 및 배출채널을 포함할 수 있다. 상기 드롭렛 생산 칩은 원료 유체를 공급 받아 드롭렛을 생산하고, 상기 드롭렛이 포함된 배출유체를 배출채널을 통해 운반채널로 배출하는 기능을 하며, 이러한 기능을 수행하기 위해 상기 구성요소들이 적절히 연결되어 있을 수 있다.

상기 운반채널은 운반유체 공급원과 연결되어 운반유체를 공급 받아 상기 운반채널 내 흐르도록 할 수 있으며, 상기 드롭렛 생산 칩에서 배출된 배출유체와 상기 운반유체를 병합유체 생성지점에서 합류시켜 병합유체를 생성하고 운반하는 기능을 하며, 이러한 기능을 수행하기 위해 구성요소들이 적절히 연결되어 있을 수 있다. 상기 운반채널은 운반유체 유입구를 포함할 수 있다.

상기 운반유체 공급원은 상기 운반유체를 저장하거나, 상기 운반유체를 상기 운반채널에 공급하는 기능을 하기 위해 필요한 구성요소를 포함한다. 구체적으로, 상기 운반유체 공급원은 운반유체 저장조 및 운반유체 공급펌프를 포함할 수 있으며, 상기 운반유체 저장조 및 운반유체 공급펌프는 적절히 연결되어 있을 수 있다.

상기 운반유체 컨트롤러는 메모리, 마이크로프로세서, 제어 신호 송신부를 포함할 수 있다. 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 운반유체 공급원에서 운반채널에 운반유체를 공급할 때, 운반유체의 공급 방법을 제어하거나, 상기 운반채널 내에서 상기 운반유체와 상기 배출유체를 합류시키는 기능을 할 수 있으며, 이러한 기능을 수행할 수 있는 구성요소를 포함하며, 상기 기능을 수행하기 위해 상기 구성요소들이 적절히 연결되어 있을 수 있다.

이하 상기 마이크로파티클 생산 시스템의 각 구성요소 및 연결관계에 대해 더 자세히 설명한다.

드롭렛 생산 칩 및 주변 구성

본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템은 하나 이상의 드롭렛 생산 칩을 포함할 수 있다.

상기 드롭렛 생산 칩은 당업자가 적절히 채택할 수 있는 형상일 수 있다. 구체적으로, 상기 드롭렛 생산 칩은 사각형 형상, 원형 형상, 또는 환형 형상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 마이크로파티클 생산 시스템에 포함된 상기 복수의 드롭렛 생산 칩은 동일하거나 동등한 형상 일 수 있다.

상기 마이크로파티클 생산 시스템에 포함된 상기 복수의 드롭렛 생산 칩은 서로 다른 형상일 수 있다.

상기 드롭렛 생산 칩은 주입채널(Inlet), 마이크로채널, 상기 하나 이상의 마이크로채널이 만나는 정션구조(Junction), 배출채널(Outlet)을 포함할 수 있다.

상기 주입채널(Inlet)은 상기 드롭렛 생산 칩 내부로 원료가 유입되어 마이크로채널로 유동할 수 있도록 하는 구조이다.

일 실시예로, 상기 주입채널은 드롭렛 생산 칩이 제 기능을 할 수 있도록 당업자가 형상 및 치수를 적절히 선택한 것일 수 있다. 구체적으로 직경 0.5mm 내지 1mm의 튜브 형상일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 마이크로채널은 상기 주입채널을 통해 공급된 원료가 상기 정션구조를 향해 흐를 수 있도록 하는 구조이며, 미세유체공학(microfluidics)을 응용하여 드롭렛 생산이 가능하도록 당업자가 그 형상 및 치수를 적절히 선택한 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 마이크로채널의 단면은 사다리꼴, 반원, 정사각형, 또는 그 밖의 적절한 형상일 수 있다. 더 구체적으로, 상기 마이크로채널의 단면은 정사각형 형상으로, 그 넓이와 폭은 30 내지 150 마이크로미터일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 정션구조는 상기 2 이상의 마이크로채널을 통해 공급된 원료유체가 상호간 합류하여 드롭렛이 형성될 수 있도록 하는 구조이며, 미세유체공학(microfluidics)을 응용하여 드롭렛 생산이 가능하도록 당업자가 그 형상을 적절히 선택한 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 정션구조는 T정션 또는 X정션일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 배출채널은 상기 정션구조에서 드롭렛이 생산되는 경우, 상기 드롭렛이 상기 드롭렛 생산 칩의 측벽을 통해 외부로 배출될 수 있도록 하는 구성이며, 구체적으로는 정션으로부터 연장된 마이크로채널 형상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 드롭렛 생산 칩은 복수개의 마이크로채널, 정션, 또는 배출채널을 포함할 수 있다.

상기 마이크로파티클 생산 시스템은 원료 저장조, 원료 공급 펌프, 및 원료 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.

상기 원료 저장조 및 원료 공급 펌프는 원료를 상기 주입채널을 통해 상기 드롭렛 생산 칩에 공급할 수 있도록 당업자가 그 형상, 재료 및 구성을 적절히 선택한 것일 수 있다. 또한, 상기 마이크로파티클 생산 시스템은 복수개의 원료 저장조 및 원료 공급 펌프를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 마이크로파티클 생산 시스템은 제1 원료를 저장하는 제1원료 저장조 및 제2 원료를 저장하는 제2 원료 저장조를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 원료 컨트롤러는 상기 원료 공급 펌프 및 원료 저장조에 저장된 원료를 주입채널을 통해 공급하는 방법을 제어하는 기능을 가지며, 이러한 기능을 수행하기 위해 당업자가 적절히 선택한 것일 수 있다. 구체적으로, 메모리, 연산장치, 제어신호 송신부, 및 측정신호 수신부를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

운반채널 및 주변 구성

본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템은 하나 이상의 운반채널을 포함한다.

상기 운반채널은 운반유체가 유입되어 흐를 수 있는 구조로 되어 있으며, 운반유체로 유입된 유체 내지 드롭렛을 저장조까지 운송하기 위해 당업자가 그 형상 및 치수를 적절히 선택할 수 있다.

일 실시예로, 상기 운반채널의 전부 또는 일부는 닫힌 형상일 수 있다. 상기 운반채널의 단면은 당업자가 채택할 수 있는 형상을 모두 포함한다. 예를 들어 직사각형, 원형, 환형, 또는 타원형일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

일 실시예로, 상기 운반채널의 전부 또는 일부는 열린 형상일 수 있다. 상기 운반채널의 단면은 당업자가 채택할 수 있는 적절한 형상을 모두 포함한다. 예를 들어 한쪽 면이 개방된 사각기둥 형상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

일 실시예로, 상기 운반채널은 드롭렛 유입구를 포함할 수 있다. 상기 드롭렛 유입구는 이를 통해 드롭렛이 운반채널 내로 들어오는 기능을 수행하기 위해 당업자가 채택할 수 있는 적절한 위치 및 형상을 모두 포함한다. 예를 들어 상기 드롭렛 유입구는 상기 운반채널 표면의 전부 또는 일부에 형성되어 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또 다른 예를 들어, 상기 드롭렛 유입구는 단면이 직사각형, 원형, 환형, 또는 타원형일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

일 실시예로, 상기 운반채널의 전부 또는 일부는 상기 드롭렛 생산 칩 내부에 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 운반채널의 일부가 상기 드롭렛 생산 칩 내부에 적어도 하나의 마이크로채널 형태로 포함될 수 있다.

상기 운반채널은 운반유체 유입구를 포함할 수 있다. 상기 운반유체 유입구는 운반채널에 운반 유체를 공급하는 기능을 할 수 있도록 당업자가 채택할 수 있는 적절한 형상 및 치수를 모두 포함한다.

상기 마이크로파티클 생산 시스템은 운반채널 아웃렛, 생산물 저장조, 및 후처리 공정 장치를 더 포함할 수 있다.

상기 운반채널 아웃렛은 상기 운반채널 내에 흐르는 유체를 저장조로 배출할 수 있도록 하는 구조이며, 당업자가 적절히 선택할 수 있는 형상, 재료 및 치수를 모두 포함한다. 예를 들어, 튜브 형상일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 생산물 저장조는 상기 운반채널에서 배출된 유체 및 드롭렛 생산 칩에서 생산된 드롭렛을 저장할 수 있는 구조이며, 당업자가 적절히 선택할 수 있는 형상, 재료, 및 치수를 모두 포함한다. 예를 들어, 금속제의 원통형 구성일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 후처리 공정 장치는 상기 드롭렛 생산 칩에서 생산된 드롭렛으로부터 마이크로파티클을 생산하는 장치 전반을 지칭하며, 당업자가 상기 드롭렛으로부터 마이크로파티클을 생산하기 위해 필요한 공정을 수행하는 장치를 모두 포함한다. 예를 들어, 상기 후처리 공정 장치는 교반 장치를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 마이크로파티클 생산 시스템은 어댑터를 추가로 포함할 수 있다.

상기 어댑터는 드롭렛 생산 칩과 상기 운반채널, 상기 운반채널과 생산물 저장소를 연결하는 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 어댑터는 드롭렛 생산 칩의 배출 채널과 상기 운반채널을 연결하는 튜브 형태일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

운반유체 공급원 및 주변 구성

본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템은 운반유체 공급원을 포함한다.

상기 운반유체 공급원은 상기 운반채널로 운반유체를 공급할 수 있도록, 운반유체를 저장하는 기능을 하는 장치 및 운반유체를 운반채널에 공급할 수 있도록 운반채널과 운반유체 저장조를 유체가 흐를 수 있도록 연결시키는 장치를 포함하며, 이러한 기능을 달성하기 위해 당업자가 채택할 수 있는 적절한 장치를 모두 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 운반유체 공급원은 운반유체 저장조, 운반유체 공급 펌프, 및 운반유체 공급채널을 포함할 수 있다.

상기 운반유체 저장조는 상기 운반유체를 저장하는 기능을 하는 장치로, 당업자가 선택할 수 있는 적절한 형상, 재료, 및 치수를 모두 포함한다.

상기 운반유체 공급 펌프는 상기 운반유체 저장조에 압력을 공급해 운반유체의 흐름을 만들 수 있는 장치로, 당업자가 선택할 수 있는 적절한 형상, 재료, 및 치수를 모두 포함한다. 예를 들어, 기체압 펌프, 유압 펌프, 또는 시린지 펌프(Syringe pump)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

일 실시예에서, 상기 운반유체 저장조는 상기 마이크로파티클 생산 시스템에 포함된 원료유체 저장조의 전부 또는 일부와 동일한 것일 수 있다. 더 나아가, 상기 운반유체 저장조와 상기 원료유체 저장조의 전부 또는 일부는 상기 마이크로파티클 생산 시스템 내에서 동일한 장치를 지칭하는 것일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 운반유체 공급 펌프는 상기 마이크로파티클 생산 시스템에 포함된 원료유체 공급 펌프의 전부 또는 일부와 동일한 것일 수 있다. 더 나아가, 상기 운반유체 공급 펌프와 상기 원료유체 공급 펌프의 전부 또는 일부는 상기 마이크로파티클 생산 시스템 내에서 동일한 장치를 지칭하는 것일 수 있다.

일 실시예에서 상기 마이크로파티클 생산 시스템은 복수개의 운반유체 공급원을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 마이크로파티클 생산 시스템은 복수개의 운반유체 저장조, 운반유체 공급 펌프 및/또는 운반유체 공급채널을 포함할 수 있다.

운반 유체 컨트롤러 및 주변 구성

본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템은 운반유체 컨트롤러를 포함한다.

상기 운반유체 컨트롤러는 운반채널에 공급되는 운반 유체를 제어하는 기능을 하는 장치를 의미한다. 이러한 기능을 달성하기 위해 당업자가 채택할 수 있는 적절한 장치를 모두 포함한다. 구체적으로, 메모리, 연산 장치, 제어신호 송신부, 측정신호 수신부를 포함하는 마이크로프로세서일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

일 실시예로, 상기 마이크로파티클 생산 시스템은 복수의 운반유체 컨트롤러를 포함할 수 있다.

일 실시예로, 상기 마이크로파티클 생산 시스템에서 운반유체 컨트롤러는 원료 컨트롤러와 동일한 장치를 의미하는 것일 수 있다.

상기 마이크로파티클 생산 시스템은 하나 이상의 센서를 더 포함할 수 있다.

상기 센서는 상기 주입채널, 배출채널, 및 운반채널에 흐르는 유체의 성질을 측정하는 기능을 하는 구성이며, 이러한 기능을 발휘하기 위해 당업자가 채택할 수 있는 적절한 장치를 모두 포함한다. 구체적으로 상기 센서는 채널에 흐르는 유체의 유량, 유속, 온도, 압력, 난류 형성 여부 중 하나 이상을 측정하는 센서일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

각 구성요소 간 연결 관계

전체 연결관계

본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템의 각 구성요소 간 연결 관계는

에서 개괄적으로 살펴볼 수 있다.

본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템은 드롭렛 생산 칩, 운반채널, 운반유체 공급원, 및 운반유체 컨트롤러를 포함할 수 있으며, 각 구성요소 간에 유기적인 연결관계를 포함한다. 구체적으로, 상기 운반유체 공급원과 상기 운반채널은 상호간 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있으며, 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 운반유체 공급원에 제어 신호를 전달할 수 있도록 연결되어 있고, 상기 드롭렛 생산 칩과 운반채널은 상호간 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있다.

더 나아가, 상기 운반유체 공급원은 운반유체 저장조 및 운반유체 공급펌프를 더 포함할 수 있으며, 상기 운반유체 저장조와 상기 운반채널은 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있고, 상기 운반유체 공급 펌프는 상기 운반유체 저장조로 압력을 전달할 수 있도록 연결되어 있으며, 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 운반유체 공급 펌프를 제어함으로써 상기 운반유체의 흐름을 제어하는 기능을 하기 위해 상기 운반유체 공급 펌프에 제어 신호를 전달할 수 있도록 연결되어 있을 수 있다.

더 나아가, 상기 마이크로파티클 생산 시스템은 원료 컨트롤러, 원료 저장조, 원료 공급 펌프, 생성물 저장조, 및/또는 센서를 더 포함할 수 있으며, 각 구성요소 간에 유기적인 연결관계를 포함한다. 구체적으로, 원료를 드롭렛 생산 칩에 공급하는 기능을 수행하기 위해 원료 저장조와 드롭렛 생산 칩은 상호 간 유체가 흐를 수 있도록 연결되며, 상기 원료 공급 펌프는 상기 원료유체 저장조에 압력을 공급하여 원료의 흐름을 만들기 위해 원료 저장조와 연결되어 있을 수 있으며, 상기 원료 컨트롤러는 상기 원료 공급 펌프에 제어 신호를 줄 수 있도록 연결되어있을 수 있고, 상기 센서는 상기 운반유체 컨트롤러 및/또는 원료 컨트롤러에 측정값을 전달할 수 있도록 연결되어 있을 수 있다.

이하 각각의 구성요소 간 연결관계에 대해 더 상세히 설명한다.

운반유체 공급원 각 구성요소 간 연결 관계

본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템은 운반유체 공급원을 포함한다. 상기 운반유체 공급원은 운반유체를 운반채널에 공급함으로써 상기 마이크로파티클 생산 시스템에 운반유체를 도입하는 기능을 하도록 적절한 구성을 가질 수 있으며, 각 구성 간 유기적인 연결 관계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 운반유체 공급원은 운반유체 저장조 및 운반유체 공급 펌프를 더 포함할 수 있다. 상기 운반유체 공급펌프는 상기 운반유체 저장조에 압력을 전달하여 상기 운반유체 저장조에 저장된 운반유체의 흐름을 만들어낼 수 있도록 연결되어 있다.

일 실시예에서, 상기 운반유체 공급펌프는 복수의 상기 운반유체 공급원에 압력을 전달할 수 있도록 연결되어 있을 수 있다.

일 실시예에서, 상기 운반유체 공급원은 복수의 상기 운반유체 공급펌프로부터 압력을 전달받을 수 있도록 연결되어 있을 수 있다.

운반유체 컨트롤러 및 운반유체 공급원 간의 연결 관계

본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템은 운반유체 컨트롤러 및 운반유체 공급원 간 유기적 연결 관계를 포함한다. 구체적으로, 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 운반유체 공급원이 운반채널에 운반유체를 공급하는 과정을 제어하는 기능을 할 수 있도록, 상기 운반유체 공급원과 일정한 신호를 주고 받을 수 있도록 연결되어 있다.

일 실시예로, 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 운반유체 공급원에 제어 신호를 줄 수 있도록 연결되어 있을 수 있다.

일 실시예로, 상기 운반유체 컨트롤러는 복수의 상기 운반유체 공급원에 제어 신호를 동시적으로 및/또는 순차적으로 전달할 수 있도록 연결되어 있을 수 있다.

일 실시예로, 상기 운반유체 공급원이 운반유체 저장조 및 운반유체 공급 펌프를 포함하는 경우, 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 운반유체 공급 펌프에 제어 신호를 전달할 수 있도록 연결되어 있을 수 있다.

드롭렛 생산 칩에 포함된 구성요소 간 연결 관계

본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템에 포함된 드롭렛 생산 칩은 그 내부 또는 외부에 각각 하나 이상의 주입채널, 마이크로채널, 정션 및 배출채널을 포함하고 있을 수 있다. 상기 드롭렛 생산 칩은 원료유체를 공급받아 드롭렛을 생산하고, 상기 배출채널을 통해 이를 배출하는 기능을 수행하기 위하여 상기 구성요소 간 일정한 연결 관계를 포함한다.

상기 드롭렛 생산 칩의 주입채널, 마이크로채널, 정션 및 배출채널은 상호 간 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있다. 다만, 상기 주입채널, 마이크로채널, 정션 및 배출채널을 각각 둘 이상 복수로 포함하는 경우, 모든 구성요소 간에 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있다는 의미는 아니며, 구체적인 연결 관계는 이하 더 상세히 설명한다.

일 실시예로, 상기 주입채널과 상기 마이크로채널은 상호 간 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있다. 예를 들어, 상기 주입채널과 상기 마이크로채널은 상기 드롭렛 생산 칩에 형성된 주입구를 통해 상호간 연결되어 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또 다른 예로, 상기 주입채널과 상기 마이크로채널은 어댑터를 통해 상호간 연결되어 있을 수 있다.

일 실시예로, 상기 드롭렛 생산 칩은 제1 원료가 흐를 수 있는 제1 주입채널, 및 제2 원료가 흐를 수 있는 제2 주입채널을 포함할 수 있고, 제1 원료가 흐를 수 있는 제1 마이크로채널, 및 제2 원료가 흐를 수 있는 제2 마이크로채널을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 주입채널 및 제1 마이크로채널은 상호간 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있고, 제2 주입채널 및 제2 마이크로채널은 상호간 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다. 또한, 제1 주입채널과 제2 마이크로채널, 또는 제2 주입채널과 제1 마이크로채널은 상호간 연결되어있지 않을 수 있다.

일 실시예로, 주입채널 하나에 여러 개의 마이크로채널이 연결되어 있는 경우, 매니폴드를 통해 연결되어 있을 수 있다. 구체적으로, 주입채널이 제1 원료유체를 제1 마이크로채널 및 제2 마이크로채널에 공급하는 기능을 하는 경우, 상기 주입채널은 상기 매니폴드와 일차적으로 연결되어 있고, 상기 매니폴드는 상기 제1 마이크로채널 및 상기 제2 마이크로채널과 연결된 구조일 수 있다. 이 경우, 상기 주입채널이 원료유체를 일차적으로 상기 매니폴드에 공급하고, 상기 매니폴드는 이를 상기 제1 마이크로채널 및 상기 제2 마이크로채널에 분배하는 기능을 수행할 수 있다. 더 나아가, 상기 드롭렛 생산 칩이 제1 주입채널에 연결된 제1 및 제2 마이크로채널, 제2 주입채널에 연결된 제3 및 제4 마이크로채널을 포함하는 경우, 제1 주입채널이 제1 매니폴드를 통해 제1 및 제2 마이크로채널에 연결되고, 제2 주입채널이 제2 매니폴드를 통해 제3 및 제4 마이크로채널에 연결되어 있을 수 있다.

상기 드롭렛 생산 칩에 포함된 복수의 마이크로채널 중 2 이상의 마이크로채널 상호간에 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 정션구조를 이루고 있을 수 있다.

상기 정션구조는 미세유체공학(microfluidics)에 따라 상기 각 마이크로채널에 흐르는 원료가 만나 드롭렛을 형성할 수 있도록 하는 기능을 할 수 있다.

일 실시예로, 제1 원료가 흐를 수 있는 제1 마이크로채널과 제2 원료가 흐를 수 있는 제2 마이크로채널이 연결되어 T정션을 이루고 있을 수 있다.

일 실시예로, 제1 원료가 흐를 수 있는 제1 마이크로채널과 제2 원료가 흐를 수 있는 제2 및 제3 마이크로채널이 연결되어 X정션을 이루고 있을 수 있다.

일 실시예로, 제1 원료가 흐를 수 있는 제1 마이크로채널과 제2 원료가 흐를 수 있는 제2 마이크로채널이 연결되어 제1 정션을 이루고, 상기 제1 정션에 연결된 마이크로채널에 제3 원료가 흐를 수 있는 제4 마이크로채널이 더 연결되어 제2 정션을 이루고 있을 수 있다.

일 실시예로, 상기 정션과 상기 배출채널은 상호간 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다. 구체적으로, T정션과 배출채널이 연결되어 있을 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

일 실시예로, 제1 정션과 제1 배출채널이 연결되어 있고, 제2 정션과 제2 배출채널이 연결되어 있을 수 있다. 또한, 제1 정션과 제2 배출채널 또는 제2 정션과 제1 배출채널은 연결되어있지 않을 수 있다.

일 실시예로, 복수의 정션과 하나의 배출채널이 연결되어 있을 수 있다.

일 실시예로, 하나의 정션이 복수의 배출채널과 연결되어 있을 수 있다.

일 실시예로, 배출채널은 상기 드롭렛 생산칩의 전부 또는 일부 측벽에 형성된 배출공을 통해 외부와 통해 있을 수 있다.

일 실시예로, 상기 드롭렛 생산 칩은 전부 또는 일부 측벽에 하나 이상의 배출채널을 포함하고 있을 수 있다.

운반채널과 그 외 구성의 연결 관계 - 용어 정의

이하 본 명세서에서 제공하는 마이크로파티클 생산 시스템에 포함된 하나 이상의 운반채널과 그 외 구성의 연결 관계 및 각각의 운반 채널 간의 연결관계에 대해 자세히 설명한다.

상기 운반채널은 운반채널 공급원 및 생산물 저장조와 연결되어 있을 수 있고, 상기 마이크로파티클 생산 시스템 내에 운반유체를 도입하여 생성된 드롭렛을 드롭렛 생성 칩으로부터 생산물 저장조로 운송하는 기능을 담당한다. 상기 운반채널은 운반유체가 흐를 수 있는 길에 해당하며, 따라서 상기 운반채널 내에서, 상기 운반채널 공급원, 및 상기 생산물 저장조에 이르는 상대적인 거리에 따라 위치 관계를 정의할 수 있다.

이하 본 명세서에서 "상류(Upstream)" 또는 이와 동등한 표현은 운반유체 공급원, 운반채널, 및 생산물 저장조를 연결해 유체가 흐를 수 있는 가상의 선을 생각한다고 할 때, 운반유체 공급원에 더 가까운 부분을 의미한다. 이는 운반채널 내 두 부분의 상대적인 위치를 지칭할 때 사용될 수 있다.

이하 본 명세서에서 "하류(Downstream)" 또는 이와 동등한 표현은 운반유체 공급원, 운반채널, 및 생산물 저장조를 연결해 유체가 흐를 수 있는 가상의 선을 생각한다고 할 때, 생산물 저장조에 더 가까운 부분을 의미한다. 이는 운반채널 내 두 부분의 상대적인 위치를 지칭할 때 사용될 수 있다.

상기 상류, 또는 상기 하류라는 용어는 그 외 통상의 기술자가 당업계의 상식으로 명확하게 인식할 수 있는 의미를 모두 포함한다.

운반유체 공급원과 운반채널의 연결 관계

본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템은 하나 이상의 운반유체 공급원 및 하나 이상의 운반채널을 포함할 수 있으며, 상기 운반유체 공급원은 상기 운반채널에 운반유체를 공급하는 기능을 수행하기 위해 상기 운반채널과 일정한 연결 관계를 가지고 있을 수 있다.

일 실시예로, 상기 하나의 운반유체 공급원은 상기 복수의 운반채널 각각과 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다.

일 실시예로, 상기 복수의 운반유체 공급원 각각은 상기 하나의 운반채널과 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다.

일 실시예로, 상기 복수의 운반유체 공급원은 상기 복수의 운반채널과 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다.

일 실시예로, 상기 운반유체 공급원은 상기 운반채널에 포함된 운반유체 유입구를 통해 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다.

일 실시예로, 상기 운반유체 공급원은 어댑터를 통해 상기 운반채널과 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다.

일 실시예로, 상기 운반유체 공급원은 당업자가 적절히 선택할 수 있는 기타 다른 수단을 통해 상기 운반채널과 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다.

일 실시예로, 상기 운반유체 공급원은 제1 운반채널과 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다. 이때, 상기 제1 운반채널은 상기 운반유체 공급원과의 연결 지점보다 하류 부분에서 제2 운반채널 및 제3 운반채널로 분리되는 구조를 가질 수 있다. 상기 제2 운반채널 및 제3 운반채널은 상기 분리 지점보다 하류 부분에서 드롭렛 생산 칩에 포함된 배출채널과 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다. 더 나아가, 상기 제2 운반채널은 제1 드롭렛 생산 칩에 포함된 배출채널과 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있고, 상기 제3 운반채널은 제2 드롭렛 생산 칩에 포함된 배출채널과 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다.

일 실시예로, 상기 운반유체 공급원은 운반유체 저장조 및 운반유체 공급 펌프를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 운반유체 저장조와 상기 운반채널은 상호간 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있으며, 상기 운반유체 공급 펌프는 상기 운반유체 저장조에 압력을 전달해 상기 운반유체 저장조에 저장된 운반유체를 운반채널을 향해 흐르도록 하는 기능을 수행할 수 있도록 운반유체 저장조와 연결되어 있을 수 있다. 구체적으로, 상기 운반유체 공급 펌프는 기체압 펌프, 유압 펌프, 또는 시린지 펌프(Syringe pump)일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

드롭렛 생산 칩과 운반채널의 연결 관계

본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템은 하나 이상의 운반채널을 포함하고 있으며, 상기 운반채널은 상기 마이크로파티클 생산 시스템에 운반유체를 도입하는 기능을 수행하기 위해 드롭렛 생산 칩과 일정한 연결 관계를 가질 수 있다.

상기 드롭렛 생산 칩에 포함된 배출채널 및 운반채널은 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있다. 구체적으로, 상기 배출 채널로부터 상기 운반채널 방향으로 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다.

일 실시예로, 상기 배출채널의 배출공 및 상기 운반채널의 배출유체 유입구가 연결된 형태일 수 있다.

일 실시예로, 상기 배출채널의 배출공을 포함하는 측벽의 일부가 상기 운반채널 내부의 운반유체가 흐를 수 있는 부분까지 확장된 형태일 수 있다.

일 실시예로, 상기 배출채널과 상기 운반채널은 어댑터를 통해 유체가 흐를 수 있도록 연결되어있을 수 있다.

일 실시예로, 상기 배출채널과 상기 운반채널은 당업자가 채택할 수 있는 기타 다른 수단을 통해 유체가 흐를 수 있도록 연결되어있을 수 있다.

상기 드롭렛 생산 칩은 하나 이상의 배출채널을 포함하고 있을 수 있으므로, 복수의 배출채널과 복수의 운반채널은 다음과 같은 연결 관계를 가지고 있을 수 있다.

일 실시예로, 상기 드롭셋 생산 칩에 포함된 복수의 배출채널이 상기 하나의 운반채널과 각각 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 배출채널이 상기 운반채널의 상류 또는 하류 방향으로 배열되어 각각이 상기 운반채널과 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다. 또 다른 예를 들어, 상기 복수의 배출채널이 상기 운반채널 내 유체가 흐르는 방향과 수직한 방향으로 배열되어 각각이 상기 운반채널과 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다. 다만, 배출채널의 배열은 상기한 예시에 국한되지 않고, 통상의 기술자가 적절히 선택한 것일 수 있다.

일 실시예로, 상기 드롭렛 생산 칩에 포함된 하나의 배출채널이 상기 복수의 운반채널과 각각 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 하나의 배출채널에서 나온 배출유체가 복수의 운반채널 모두에 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

일 실시예로, 상기 드롭렛 생산 칩에 포함된 복수의 배출채널이 상기 복수의 운반채널과 각각 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다.

본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템은 하나 이상의 운반채널 및 하나 이상의 드롭렛 생산 칩을 포함할 수 있으므로, 상기 복수의 운반채널 및 상기 복수의 드롭렛 생산 칩은 다음과 같은 연결관계를 가질 수 있다.

일 실시예로, 상기 하나의 운반채널은 상기 복수의 드롭렛 생산 칩과 각각 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 드롭렛 생산 칩이 상기 운반채널의 상류, 또는 하류 방향으로 배열되어 각각이 상기 운반채널에 연결되어 있을 수 있다. 또 다른 예를 들어, 상기 복수의 드롭렛 생산 칩이 상기 운반채널 내 유체가 흐르는 방향과 수직한 방향으로 배열되어 각각이 상기 운반채널과 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다. 다만, 복수의 드롭렛 생산 칩들의 배열은 상기한 예시에 국한되지 않고, 통상의 기술자가 적절히 선택한 것일 수 있다.

일 실시예로, 상기 하나의 드롭렛 생산 칩은 상기 복수의 운반채널과 각각 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 드롭렛 생산 칩에 포함된 복수의 배출 채널이 상기 배출 채널 별로 독립적으로 상기 복수의 운반채널과 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다. 또 다른 예를 들어, 상기 드롭렛 상기 드롭렛 생산 칩이 상기 복수의 운반채널 모두와 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다. 다만, 상기 예에 제한되는 것은 아니다.

일 실시예로, 상기 복수의 드롭렛 생산 칩은 상기 복수의 운반채널과 각각 연결되어 있을 수 있다.

운반채널과 생산물 저장조의 연결 관계

본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템은 하나 이상의 운반채널을 포함하고 있으며, 상기 운반채널은 상기 마이크로파티클 생산 시스템 내에 운반유체를 도입하여 생산된 드롭렛을 생산물 저장조로 운송하는 기능을 수행하기 위해 생산물 저장조와 일정한 연결 관계를 가질 수 있다.

상기 운반채널은 생산물 저장조와 상호간 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다. 구체적으로, 운반채널 아웃렛, 또는 어댑터를 통해 연결되어 있을 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 복수의 운반채널들 중 둘 이상의 운반채널이 하나의 채널로 병합된 후, 생성물 저장조와 연결되어 있을 수 있다. 구체적으로, 상기 하나 이상의 운반채널이 상기 드롭렛 생산 칩의 배출채널과 연결된 지점보다 하류 지점에서 하나의 채널로 병합된 후, 생성물 저장조와 연결되어 있을 수 있다.

일 실시예로, 제1 운반채널 및 제2 운반채널 각각이 드롭렛 생산 칩에 포함된 배출채널과 연결되어 있고, 상기 연결 지점보다 하류에서 상기 제1 운반채널 및 상기 제2 운반채널이 병합되어 제3 운반채널이 형성된 후, 상기 제3 운반채널이 생성물 저장조와 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있을 수 있다.

센서 및 이와 관련된 구성요소 간의 연결 관계

본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템은 하나 이상의 센서를 포함할 수 있으며, 상기 센서는 상기 마이크로파티클 생산 시스템이 동작하는 동안 시스템 내에 포함되는 유체의 성질을 측정하는 기능을 할 수 있다. 상기 센서가 소정의 유체에 대해 작동하여 그 성질을 측정하고, 측정값을 운반유체 컨트롤러 및/또는 원료 컨트롤러에 전달하기 위해 상기 센서, 운반유체 컨트롤러, 및 원료 컨트롤러는 일정한 연결 관계를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 센서는 상기 운반유체 컨트롤러 및/또는 원료 컨트롤러에 측정 신호를 전달할 수 있도록 연결되어 있을 수 있다.

상기 센서는 상기 마이크로파티클 생산 시스템에 포함되어 있는 주입채널, 배출채널, 및 운반채널 중 적어도 하나에 흐르는 유체의 성질을 측정하기 위해 당업자가 적절히 채택할 수 있는 장치 및 상기 장치와 상기 채널간의 연결 방식을 모두 포함한다. 예를 들어, 상기 센서는 상기 운반채널 외부를 감싸고 있는 형태의 유속 측정기일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

일 실시예로, 적어도 하나의 센서가 주입채널 내에 흐르는 원료의 성질을 측정하기 위해 주입채널과 연결되어 있을 수 있다. 이때, 상기 원료의 성질은 유속, 유량, 온도, 및 압력 중 적어도 하나일 수 있다. 구체적으로, 하나 이상의 상기 센서가 제1 주입채널에 흐르는 제1 원료의 성질 및/또는 제2 주입채널에 흐르는 제2 원료의 성질을 측정할 수 있도록 연결되어 있을 수 있다.

일 실시예로, 적어도 하나의 센서가 배출채널 내에 흐르는 배출유체의 성질을 측정하기 위해 배출채널과 연결되어 있을 수 있다. 이때, 상기 원료의 성질은 유속, 유량, 온도, 및 압력 중 적어도 하나일 수 있다.

일 실시예로, 적어도 하나의 센서가 운반채널 내에 흐르는 운반유체의 성질을 측정하기 위해 운반채널과 연결되어 있을 수 있다. 이때, 상기 원료의 성질은 유속, 유량, 온도, 및 압력 중 적어도 하나일 수 있다.

상기 적어도 하나의 센서는 측정한 유체의 성질에 대한 측정값을 전달할 수 있도록 운반유체 컨트롤러 및/또는 원료 컨트롤러와 연결되어 있을 수 있다.

마이크로파티클 생산 시스템의 제어 방법

본 명세서에서 제공되는 발명의 일 태양으로 마이크로파티클 생산 시스템의 제어 방법을 개시한다.

상기 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법은 운반유체를 운반채널로 공급하는 과정; 적어도 제1 원료 및 제2 원료를 포함하는 원료를 드롭렛 생산 칩으로 공급해 배출유체가 배출채널을 통해 운반채널로 배출되도록 하는 과정으로, 상기 배출유체는 상기 제1 원료를 포함하는 원료유체 및 상기 제2 원료를 포함하는 드롭렛을 포함하며, 상기 드롭렛은 상기 드롭렛 생산 칩에서 상기 원료로부터 생성된 것인 과정; 및 상기 운반유체와 상기 배출유체를 합류시켜 병합유체를 생성하는 과정으로, 상기 운반유체를 운반채널로 공급하는 과정은 상기 병합유체의 유량이 상기 배출유체의 유량보다 크도록 하기 위한 것인 과정을 포함할 수 있다.

더 나아가, 상기 마이크로파티클 생산 시스템의 제어 방법은 상기 병합유체를 생산물 저장조로 운송하는 과정을 더 포함할 수 있다.

이하 각 과정에 대해서 상세히 설명한다.

원료 유체를 드롭렛 생산 칩으로 공급해 드롭렛이 배출채널을 통해 운반채널로 배출되도록 하는 과정은 통상의 기술자가 미세유체공학(microfluidics)에 의해 상기 드롭렛 생산 칩에서 드롭렛이 생성되도록 채택할 수 있는 공지의 방법, 또는 이와 동일한 것으로 인정되는 방법을 사용하는 과정일 수 있다.

드롭셋 생산 칩으로 유입되는 원료는 미세유체공학(microfluidics)을 이용하여 드롭렛을 생산할 수 있도록 비 혼화성인 두가지 이상의 유체일 수 있으며, 이 중 적어도 하나의 유체는 용매 및 폴리머를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 용매는 디클로로메탄, 클로로포름, 클로로에탄, 디클로로에탄, 트리클로로에탄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 폴리머는 폴리락트산(Polylactic acid, PLA), 폴리글리콜산 (Polyglycolic acid, PGA), 폴리락트산-글리콜산 공중합체(Poly (lactic-co-glycolic acid), PLGA), 폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL)및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

더 나아가, 상기 용매 및 폴리머를 포함하는 유체는 그 목적에 따라 추가적인 물질을 더 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 추가적인 물질은 약학적 조성물, 화장용 조성물일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 더 구체적으로, 상기 약학적 조성물은 피나스테라이드, 목시덱틴, 실리마린, 도네페질, 데스로렐린, 데옥시콜린산, 또는 두타스테라이드를 유효성분으로 포함하는 약학적 조성물일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

일 실시예로, 상기 드롭렛 생산 칩으로 원료를 공급해 드롭렛이 생산되도록 하는 과정에서, 드롭렛 생산 칩으로 유입시키는 원료는 계면활성제를 포함하는 제1 원료, 제1 원료와 비 혼화성이며 용매와 폴리머를 포함하는 제2 원료일 수 있다.

일 실시예로, 상기 드롭렛 생산 칩으로 원료 유체를 유입시켜 드롭렛이 생산되도록 하는 과정에서, 드롭렛 생산 칩으로 공급하는 원료는 제1 원료, 제1 유체와 비혼화성인 제2 원료, 및 제2 원료와 비혼화성인 제3 원료를 포함할 수 있으며, 상기 제1 원료 및 제2 원료 중 적어도 하나는 용매 및 폴리머를 포함할 수 있다.

마이크로파티클 생산 시스템에 있어서, 드롭렛 생산 칩에서 생산된 드롭렛들을 안정적으로 저장조, 또는 후처리 공정이 일어나는 장치로 운송하는 방법은 최종적으로 생산되는 마이크로파티클의 수율 및 형상 등에 영향을 미칠 수 있어 매우 중요하다.

상기 드롭렛들은 아직 경화 과정이 완료되기 전이기 때문에, 유체 내에서 그 형상을 유지하고 있기는 하지만 불안정한 상태로, 상기 드롭렛끼리 압력을 받을 경우 뭉침 현상이 일어나거나, 파괴되는 등의 현상이 일어나게 된다.

이러한 현상이 발생할 경우, 최종적으로 생산되는 마이크로파티클은 광범위한 크기 범위를 가지게 되거나, 심할 경우 마이크로파티클 생산 자체가 불확실해지는 등 그 수율에 악영향을 미친다.

종래 기술의 마이크로파티클 생산 시스템에 있어 이러한 현상은 흔하게 발생할 수 있다. 그 근본적인 원인 중 하나는 생산된 드롭렛을 운송할 때, 드롭렛 생산을 위해 주입하는 원료 유체 그 자체만을 이용한다는 점에 있다.

미세유체공학(microfluidics)을 이용하여 드롭렛을 생산하는데 요구되는 원료유체의 유량은 그 스케일이 매우 작기 때문에, 원료유체의 유량 만으로는 생산된 드롭렛을 안정적으로 운송하기에 부족하다. 생산된 드롭렛을 저장조까지 운송하는 거리가 비교적 짧거나, 운송 과정을 생략할 수 있는 실험실 환경에서는 이러한 운송 유량이 부족한 것이 크게 문제되지 않는다. 하지만 대량 생산 시스템 하 드롭렛을 마이크로채널의 길이 대비 상대적으로 긴 거리룰 운송해야 할 때 상기 운송 유량이 부족한 경우, 드롭렛 간 뭉침 현상이 발생하는 등 상기한 문제점이 두드러진다. 따라서, 마이크로파티클의 대량 생산 시스템을 구축하는 과정에서는 생산된 드롭렛을 뭉침이나 파괴 현상 없이 안정적으로 운송할 수단을 마련해야 한다.

이러한 문제점을 해결하고 상기 드롭렛을 안정적으로 운송할 수단으로 사용하기 위해, 본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법은 드롭렛을 운반하는 용도인 운반유체를 운반채널로 공급하는 과정을 포함한다.

운반유체를 운반채널로 공급하는 과정에서 사용하는 운반유체는 상기 드롭렛 상호간의 뭉침 현상이 발생하지 않도록 유지시키며 이를 운송할 수 있는 기능을 하는 유체로, 상기 원료 유체의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있다.

구체적으로, 원료가 제1 원료, 제1 원료와 비 혼화성이며 용매와 폴리머를 포함하는 제2 원료를 포함하는 경우, 상기 운반유체는 제2 원료와 비 혼화성인 유체일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 유체가 용매로 디클로로메탄, 클로로포름, 클로로에탄, 디클로로에탄, 트리클로로에탄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상이고, 폴리머로 폴리락트산(Polylactic acid, PLA), 폴리글리콜산 (Polyglycolic acid, PGA), 폴리락트산-글리콜산 공중합체(Poly (lactic-co-glycolic acid), PLGA), 폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL)및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 경우, 운반유체는 계면활성제를 포함하는 물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

구체적으로, 원료가 제1 원료, 제1 원료와 비혼화성이고, 폴리머 및 용매를 포함하는 제2 원료, 및 제2 원료와 비혼화성인 제3 원료를 포함하는 경우, 운반유체는 제2 유체와 비혼화성인 유체일 수 있다.

일 실시예로, 상기 운반유체는 상기 원료 중 하나와 동일한 유체일 수 있다. 일 예로, 원료가 제1 유체, 제1 유체와 비혼화성이며 용매와 폴리머를 포함하는 제2 유체를 포함하는 경우, 상기 원료유체는 제1 유체와 동일한 유체일 수 있다. 또 다른 예로, 원료가 제1 원료, 제1 원료와 비혼화성이고, 폴리머 및 용매를 포함하는 제2 원료, 및 제2 원료와 비혼화성인 제3 원료를 포함하는 경우, 운반유체는 제3 유체와 동일한 유체일 수 있다.

상기 운반유체를 마이크로파티클 생산 시스템에 도입함으로서, 마이크로파티클 생산 과정에서 생성된 드롭렛들이 드롭렛 생산 칩에서 배출되어 상기 생산 시스템 상의 다른 위치로 이동할 때, 드롭렛 상호간의 뭉침 현상을 방지하고, 복수의 드롭렛 생산 칩을 사용하는 대량생산 과정에서 더 효율적으로 드롭렛을 운송시킬 수 있다.

운반유체를 마이크로파티클 생산 시스템에 도입함에 있어, 상기 운반유체가 드롭렛을 효율적으로 운송하기 위한 가장 근본적인 조건은, 배출유체와 운반유체가 합류되어 생성된 병합유체의 유량이 상기 배출유체의 유량보다 크도록 제어하는 것이다. 이는 전술한 운반유체의 도입 목적과도 직접적으로 연관된다.

따라서, 본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법은 운반유체와 배출유체를 합류시켜 병합유체를 생성하는 과정으로, 상기 운반유체를 운반채널로 공급하는 과정은 상기 병합유체의 유량이 상기 배출유체의 유량보다 크도록 하기 위한 과정을 포함한다.

더 나아가, 운반유체를 마이크로파티클 생산 시스템에 도입함에 있어, 상기 운반유체가 드롭렛을 효율적이고 안정적으로 운송할 수 있으려면, 상기 드롭렛이 운반유체 내 안정적으로 도입될 수 있도록 제어하는 과정이 있는 것이 바람직하다. 이러한 제어 과정은 드롭렛 생산 칩으로부터 배출채널을 통해 배출되는 배출유체 - 드롭렛 및 원료 유체를 포함하는 - 와의 관계에 따라 운반유체를 제어하는 과정일 수 있다. 이는 운반유체가 드롭렛 생산 과정에는 영향을 미치지 않고, 생성된 드롭렛에 뭉침 현상이나 파괴 현상이 일어나지 않게 하면서 안전하게 저장조로 운송하기 위해서 필요한 과정일 수 있다.

따라서, 본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법은 운반유체를 제어하는 과정을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 운반유체를 제어하는 과정은 상기 배출유체의 유량에 따라 상기 운반유체의 유량을 제어하는 방법일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

예를 들어, 드롭렛이 운반유체 내로 도입되는 시점 및 지점에서 운반유체의 유량이 상기 드롭렛을 포함하며 드롭렛 생산 칩에서 배출채널을 통해 운반채널로 배출된 배출유체의 유량보다 지나치게 작다면, 상기 드롭렛을 운반유체가 안정적으로 운송할 수 없을 것이다. 또 다른 예로, 상기 운반유체의 유량이 상기 배출유체의 유량보다 지나치게 큰 경우, 운반채널의 구조에 따라서는 운반유체가 오히려 드롭렛 칩 내로 역류하는 상황이 발생할 수도 있다. 이 경우에도 상기 드롭렛을 운반유체가 안정적으로 운송하기는 힘들 것이다.

이와 같이, 드롭렛의 안정적인 운송이라는 운반유체의 도입 목적을 달성하기 위해서는 상기 운반유체를 공급 방법을 제어하는 과정이 필요하다. 따라서, 본 명세서에서 제공하는 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법은 상기 운반유체의 공급 방법을 제어하는 과정을 포함할 수 있다. 더 나아가, 상기 운반유체 공급 방법을 제어하는 과정 뿐 아니라, 상기 마이크로파티클 생산 시스템의 하나 이상의 구성요소를 제어하는 과정을 더 포함할 수 있다.

일 실시예로, 본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법은 운반유체와 배출유체를 합류시키는 과정으로, 상기 운반유체와 상기 배출유체가 합류되는 시점에서 상기 운반유체의 유량이 상기 배출유체의 유량보다 크도록 제어하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 운반유체를 운반채널로 유입시키는 과정, 및/또는 상기 운반유체와 상기 배출유체를 합류시키는 과정은 상기 운반유체의 공급 방법을 제어하는 것을 포함하고, 상기 공급 방법은 운반유체 컨트롤러에서 제어될 수 있다.

구체적으로, 상기 운반유체 컨트롤러가 상기 공급 방법을 제어하는 것은 상기 운반유체의 유입 시각, 유입 중단 시각, 유입 시간, 유입 중단 시간, 유입량, 유량, 상기 운반채널 내 상기 운반유체의 유속, 유입 위치 중 하나 이상을 제어하는 것일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

더 나아가, 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 공급 방법을 제어하기 위해 운반유체 저장조에 연결된 운반유체 공급 펌프를 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 운반유체 공급 펌프의 입력 압력, 작동 시각, 작동 시간 중 하나 이상을 제어할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

일 실시예로 상기 운반유체를 운반채널로 유입시키는 과정은, 드롭렛이 배출 채널을 통해 운반채널로 배출될 때, 운반채널에 운반유체가 미리 결정된 유량 이상 공급되는 상태가 되도록 상기 운반유체의 유량, 유입량, 유입시각 및 유입시간 중 하나 이상을 제어하는 과정을 포함할 수 있다.

본 명세서에서 제공되는 상기 마이크로파티클 생산 시스템의 제어 방법은 상기 병합유체를 생산물 저장조로 운반하는 과정을 더 포함할 수 있다.

상기 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법의 주된 목적이 생산된 드롭렛을 안정적으로 생산물 저장조로 운송하는 데 있는 만큼, 운반유체 및 배출유체가 합류되어 병합유체가 형성된 이후 생산물 저장조로 유동하는 과정에서도 드롭렛이 뭉치거나, 파괴될 수 있는 상황이 발생하지 않도록 지속적인 제어가 필요하다.

일 예로, 상기 병합유체가 생산물 저장조로 운송되는 과정 하에서, 생산물 저장조의 유체 저장 용량을 초과해서까지 병합유체가 생산물 저장조로 유입된다면, 이는 결국 병합유체가 마이크로파티클 생산 시스템 내 특정 부분에 정체되거나, 심지어 역류하는 현상을 일으킬 수 있으며, 이는 병합유체 내에 포함되어 있는 드롭렛의 형상 유지에 나쁜 상황일 수 있다. 이러한 상황은 사용하는 원료의 양이 미리 결정되어 있는 배치 생산 시스템 하에서는 중요하지 않을 수 있지만, 계속적으로 원료유체 및 운반유체가 주입되는 연속 생산 시스템 하에서는 아주 중대한 문제일 수 있다. 이러한 상황을 방지하기 위해 생산물 저장조로 운송되는 병합유체의 유량 등을 제어하는 과정이 필요하다.

따라서, 본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법은, 상기 생산물 저장조의 유체 저장 용량을 초과하여 병합유체가 유입되지 않도록 제어하는 과정을 포함한다.

일 실시예로, 상기 운반유체를 운반채널로 유입시키는 과정은, 생산물 저장조의 유체 저장 용량을 초과하지 않도록 운반유체 컨트롤러가 운반체널에 운반유체의 유입 시각, 유입 중단 시각, 유입 시간, 유입 중단 시간, 유량 중 하나 이상을 제어하는 과정을 포함할 수 있다.

또 다른 예로, 상기 마이크로파티클 생산 시스템에서 복수의 병합유체가 생성되고, 복수의 병합유체 중 전부 또는 일부가 생성물 저장조로 유입되기 전에 합류하도록 되어 있는 경우를 들 수 있다. 상기 복수의 병합유체 전부 또는 일부가 합류하는 과정에서 각각의 병합유체에 포함되어 있는 드롭렛이 과도한 압력이나 드롭렛 간 충돌이 발생한다면, 이것 또한 드롭렛의 형상 유지에 나쁜 상황일 수 있다. 상기 현상은 복수의 병합유체가 합류하는 과정에서 채널 내에 난류 또는 와류가 발생하는 구간이 있을 때 나타날 수 있다. 대량 생산 시스템 하 복수 개의 드롭렛 생산 칩 및 복수 개의 운반채널을 사용하는 경우 상기한 현상을 방지하는 것은 중대한 문제일 수 있다.

따라서, 본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법은, 복수의 병합유체가 합류하는 경우 각각의 병합유체가 안정적인 층류를 유지하도록 제어하는 과정을 포함한다. 구체적으로, 이러한 제어 과정은 병합유체 내에 포함된 운반유체 및/또는 배출유체를 제어함으로써 달성될 수 있다. 이상적으로는 병합유체 내에 포함된 운반유체 및 배출유체 모두의 매개변수를 제어함으로써 병합유체를 제어하는 방식도 가능하지만, 마이크로파티클 생산 시스템의 구성에 따라, 병합유체 내에서 더 지배적인 비중을 가지는 유체의 매개변수만을 제어함으로써 병합유체를 제어하는 것도 가능하다.

일 실시예로, 본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법은, 제1 운반유체를 제1 운반채널로 공급하는 과정; 적어도 제1 원료 및 제2 원료를 포함하는 원료를 제1 드롭렛 생산 칩으로 공급해 제1 배출유체가 제1 배출채널을 통해 상기 제1 운반채널로 배출되도록 하는 과정으로, 상기 제1 배출유체는 상기 제1 원료를 포함하는 제1 원료유체 및 상기 제2 원료를 포함하는 제1 드롭렛을 포함하며, 상기 제1 드롭렛은 상기 제1 드롭렛 생산 칩에서 상기 원료로부터 생성된 것인 과정; 상기 제1 운반유체와 상기 제1 배출유체를 합류시켜 제1 병합유체를 생성하는 과정; 제2 운반유체를 제2 운반채널로 공급하는 과정; 적어도 상기 제1 원료 및 상기 제2 원료를 포함하는 원료를 제2 드롭렛 생산 칩으로 공급해 제2 배출유체가 제2 배출채널을 통해 상기 제2 운반채널로 배출되도록 하는 과정으로, 상기 제2 배출유체는 상기 제1 원료를 포함하는 제2 원료유체 및 상기 제2 원료를 포함하는 제2 드롭렛을 포함하며, 상기 제2 드롭렛은 상기 제2 드롭렛 생산 칩에서 상기 원료로부터 생성된 것인 과정; 상기 제2 운반유체와 상기 제2 배출유체를 합류시켜 제2 병합유체를 생성하는 과정; 및 상기 제1 병합유체 및 제2 병합유체를 합류시킨 후 생산물 저장조로 운송하는 과정으로, 상기 제1 병합유체 및 제2 병합유체를 합류시킬 때 상기 제1 병합유체 및 상기 제2 병합유체가 층류(Laminar flow)를 유지하도록, 상기 운반유체 컨트롤러가 상기 제1 운반유체 및 상기 제2 운반유체의 유량 및 유속 중 선택된 하나 이상을 제어하는 것을 포함할 수 있다.

일 실시예로, 본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법은, 제1 운반유체를 제1 운반채널로 공급하는 과정; 적어도 제1 원료 및 제2 원료를 포함하는 원료를 제1 드롭렛 생산 칩으로 공급해 제1 배출유체가 제1 배출채널을 통해 상기 제1 운반채널로 배출되도록 하는 과정으로, 상기 제1 배출유체는 상기 제1 원료를 포함하는 제1 원료유체 및 상기 제2 원료를 포함하는 제1 드롭렛을 포함하며, 상기 제1 드롭렛은 상기 제1 드롭렛 생산 칩에서 상기 원료로부터 생성된 것인 과정; 상기 제1 운반유체와 상기 제1 배출유체를 합류시켜 제1 병합유체를 생성하는 과정; 제2 운반유체를 제2 운반채널로 공급하는 과정; 적어도 상기 제1 원료 및 상기 제2 원료를 포함하는 원료를 제2 드롭렛 생산 칩으로 공급해 제2 배출유체가 제2 배출채널을 통해 상기 제2 운반채널로 배출되도록 하는 과정으로, 상기 제2 배출유체는 상기 제1 원료를 포함하는 제2 원료유체 및 상기 제2 원료를 포함하는 제2 드롭렛을 포함하며, 상기 제2 드롭렛은 상기 제2 드롭렛 생산 칩에서 상기 원료로부터 생성된 것인 과정; 상기 제2 운반유체와 상기 제2 배출유체를 합류시켜 제2 병합유체를 생성하는 과정; 및 상기 제1 병합유체 및 제2 병합유체를 합류시킨 후 생산물 저장조로 운송하는 과정으로, 상기 제1 병합유체 및 제2 병합유체를 합류시킬 때 상기 제1 병합유체 및 상기 제2 병합유체가 층류(Laminar flow)를 유지하도록, 원료 컨트롤러가 상기 제1 배출유체 및 상기 제2 배출유체의 유량 및 유속 중 선택된 하나 이상을 제어하는 것을 포함할 수 있다.

일 실시예로, 본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법은, 제1 운반유체를 제1 운반채널로 공급하는 과정; 적어도 제1 원료 및 제2 원료를 포함하는 원료를 제1 드롭렛 생산 칩으로 공급해 제1 배출유체가 제1 배출채널을 통해 상기 제1 운반채널로 배출되도록 하는 과정으로, 상기 제1 배출유체는 상기 제1 원료를 포함하는 제1 원료유체 및 상기 제2 원료를 포함하는 제1 드롭렛을 포함하며, 상기 제1 드롭렛은 상기 제1 드롭렛 생산 칩에서 상기 원료로부터 생성된 것인 과정; 상기 제1 운반유체와 상기 제1 배출유체를 합류시켜 제1 병합유체를 생성하는 과정; 제2 운반유체를 제2 운반채널로 공급하는 과정; 적어도 상기 제1 원료 및 상기 제2 원료를 포함하는 원료를 제2 드롭렛 생산 칩으로 공급해 제2 배출유체가 제2 배출채널을 통해 상기 제2 운반채널로 배출되도록 하는 과정으로, 상기 제2 배출유체는 상기 제1 원료를 포함하는 제2 원료유체 및 상기 제2 원료를 포함하는 제2 드롭렛을 포함하며, 상기 제2 드롭렛은 상기 제2 드롭렛 생산 칩에서 상기 원료로부터 생성된 것인 과정; 상기 제2 운반유체와 상기 제2 배출유체를 합류시켜 제2 병합유체를 생성하는 과정; 및 상기 제1 병합유체 및 제2 병합유체를 합류시킨 후 생산물 저장조로 운송하는 과정으로, 상기 제1 병합유체 및 제2 병합유체를 합류시킬 때 상기 제1 병합유체 및 상기 제2 병합유체가 층류(Laminar flow)를 유지하도록, 상기 운반유체 컨트롤러가 상기 제1 운반유체 및 상기 제2 운반유체의 유량 및 유속 중 선택된 하나 이상을 제어하고, 상기 원료 컨트롤러가 상기 제1 배출유체 및 상기 제2 배출유체의 유량 및 유속 중 선택된 하나 이상을 제어하는 것을 포함할 수 있다.

본 명세서에서 제공하는 발명의 일 태양으로, 다음 과정을 포함하는 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법을 제공한다: 운반유체를 운반채널로 공급하는 과정; 적어도 제1 원료 및 제2 원료를 포함하는 원료를 드롭렛 생산 칩으로 공급해 배출유체가 배출채널을 통해 운반채널로 배출되도록 하는 과정으로, 상기 배출유체는 상기 제1 원료를 포함하는 원료유체 및 상기 제2 원료를 포함하는 드롭렛을 포함하며, 상기 드롭렛은 상기 드롭렛 생산 칩에서 상기 원료로부터 생성된 것인 과정; 상기 배출유체가 배출채널을 통해 운반채널로 배출될 때, 상기 배출유체에 포함된 상기 드롭렛을 공기와 접촉시킬지 여부를 제어하는 과정; 상기 운반유체와 상기 배출유체를 합류시켜 병합유체를 생성하는 과정.

드롭렛으로부터 최종적으로 마이크로파티클을 생산하는 과정에 있어서, 드롭렛의 경화를 위해 상기 드롭렛에 포함된 용매를 추출하고, 증발시키는 과정이 매우 중요하다. 이 때, 드롭렛이 공기와 접촉하는 지 여부는 용매의 추출 및 증발 속도에 영향을 미치는 중요한 변수가 된다.

예를 들어 상기 용매가 휘발성인 경우, 상기 드롭렛이 공기와 접촉하면 드롭렛에서 용매가 증발되는 속도가 매우 빨라진다. 최종적으로 생산된 마이크로파티클의 형상 면에서 상기 드롭렛의 용매 증발 속도가 빠른 것이 항상 좋은 영향을 미치는 것은 아니기 때문에, 드롭렛을 구성하는 폴리머의 함량, 목표로 하는 최종 마이크로파티클의 성질 등을 고려하여 드롭렛이 공기와 접촉하는지 여부, 및 공기와 접촉한다면 그 접촉 시간을 적절히 제어할 필요가 있다.

상기 드롭렛이 공기와 접촉하는지 여부 및 공기와 접촉한다면 그 접촉 시간을 제어하는 과정은 독립적으로 수행될 수도 있지만, 상기 드롭렛이 운반채널로 배출되는 과정과 같이 제어될 수 있다면 더 효율적으로 제어될 수 있을 것이다.

이러한 필요성에 따라, 본 명세서에서 제공되는 마이크로파티클 생산 시스템의 제어 방법은 상기 드롭렛이 배출채널에서 배출될 때, 공기와 접촉하는지 여부를 제어하는 과정을 포함할 수 있다.

드롭렛이 배출채널을 통해 운반채널로 배출될 때, 공기와 접촉하는지 여부를 제어하는 과정은, 구체적으로 상기 드롭렛이 배출채널을 통해 운반채널로 배출될 때 공기와 접촉하지 않고 배출되어 운반유체에 유입되는 상태 및 상기 드롭렛이 배출되면서 공기와 접촉한 후 운반유체에 유입되는 상태 중 하나를 택일적으로 제어하는 과정; 및 상기 과정에서 드롭렛이 공기와 접촉하는 상태를 택한 경우, 그 접촉시간을 제어하는 과정을 포함할 수 있다.

일 실시예로, 상기 드롭렛이 배출채널을 통해 운반채널로 배출될 때, 공기와 접촉하는지 여부를 제어하는 과정은 운반유체 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 제어 과정은 상기 드롭렛이 배출채널을 통해 운반채널로 배출될 때, 공기와 접촉하는지 여부는 상기 운반유체의 유입 시각, 유입 중단 시각, 유입 시간, 유입 중단 시간, 유입량, 유량, 상기 운반 채널 내 상기 운반유체의 유속, 및 유입 위치에서 선택된 하나 이상을 제어함으로써 달성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

일 실시예로, 상기 드롭렛이 배출채널을 통해 운반채널로 배출될 때, 공기와 접촉하는지 여부를 제어하는 과정은 드롭렛 생산 칩과 운반채널간의 거리를 조절함으로써 제어될 수 있다.

일 실시예로, 드롭렛이 배출채널을 통해 운반채널로 배출될 때 공기와 접촉하는지 여부를 제어하는 과정은, 상기 드롭렛이 공기와 접촉하지 않고 배출되어 운반유체에 유입되는 것이 미리 결정되어 있고, 이를 유지하도록 마이크로파티클 생산 시스템을 제어하는 것일 수 있다.

일 실시예로, 드롭렛이 배출채널을 통해 운반채널로 배출될 때 공기와 접촉하는지 여부를 제어하는 과정은, 상기 드롭렛이 배출되고 공기와 접촉한 뒤 운반유체에 유입되는 것이 미리 결정되어 있고, 이를 유지하도록 마이크로파티클 생산 시스템을 제어하는 것일 수 있다.

일 실시예로, 드롭렛이 배출채널을 통해 운반채널로 배출될 때 공기와 접촉하는지 여부를 제어하는 과정은, 상기 드롭렛이 배출되고 공기와 접촉하는지 여부를 선택하고, 선택된 상태를 달성하도록 마이크로파티클 생산 시스템을 제어하는 것일 수 있다. 더 나아가, 이미 선택된 상태를 다른 상태로 바꿀 수 있고, 이에 따라 바뀐 상태를 달성하도록 마이크로파티클 생산 시스템을 제어하는 것일 수 있다.

구체적으로, 상기 선택된 상태를 달성하도록 마이크로파티클 생산 시스템을 제어하는 것은, 상기 운반유체 컨트롤러에서 운반채널에 유입되는 운반유체의 공급방법을 제어하는 것일 수 있으며, 상기 공급방법을 제어하는 것은 운반유체의 유입 시각, 유입 중단 시각, 유입 시간, 유입 중단 시간, 유입량, 유량, 상기 운반채널 내 상기 운반유체의 유속, 및 유입 위치에서 선택된 하나 이상을 제어하는 것일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

이하, 실시예를 통해 본 명세서가 제공하는 발명에 대해 더욱 상세히 설명한다.

이들 실시예는 오로지 본 명세서에 의해 개시되는 내용을 예시하기 위한 것으로, 본 명세서에 의해 개시되는 내용의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예

[실시예1] 마이크로파티클 생산 시스템

구성요소 및 구성요소 간 연결구조

도 2는 본 실시예1에서 제공하는 마이크로파티클 생산 시스템의 각 구성요소 및 상기 구성요소 간 상호작용을 나타낸 도면이다. 제1 원료 저장조 및 제2 원료 저장조는 드롭렛 생산 칩과 연결되어 있으며, 제1 주입채널 및 제2 주입채널을 통해 상기 드롭렛 생산 칩으로 각각 제1 원료 및 제2 원료를 공급할 수 있도록 연결되어 있다. 또한, 상기 제1 원료 저장조 및 제2 원료 저장조는 각각 제1 원료 공급펌프 및 제2 원료 공급펌프와 연결되어 있으며, 각각의 상기 원료 공급펌프가 각각의 상기 원료 저장조에 압력을 공급할 수 있다. 더 나아가, 원료 컨트롤러가 상기 제1 원료 공급펌프 및 상기 제2 원료 공급펌프에 제어신호를 전달할 수 있도록 연결되어 있다. 한편, 운반채널은 운반유체 저장조와 연결되어 있으며, 운반유체 저장조는 운반유체 공급펌프와 연결되어 압력을 공급받고, 상기 운반채널로 운반유체를 공급할 수 있도록 연결되어 있다. 운반유체 컨트롤러는 운반유체 공급 펌프에 제어신호를 전달할 수 있도록 연결되어 있다.

상기 드롭렛 생산 칩은 상기 제1 원료 및 제2 원료를 공급받아 배출유체를 배출한다. 이때, 배출유체는 제2 원료를 포함하는 드롭렛과 제1 원료를 포함한다. 상기 배출유체는 드롭렛 생산 칩으로부터 운반채널로 배출되며, 운반채널 내의 배출유체 합류지점에서 운반유체와 합류되어 병합유체를 생성한다. 상기 운반채널은 상기 배출유체 합류지점으로부터 생산물 저장조까지 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있으며, 상기 병합유체가 생산물 저장조까지 운송된다. 상기 운반채널은 상기 배출유체 병합 지점에서부터 생산물 저장조까지 상기 병합유체를 운송하는 통로 역할을 한다.

전술한 과정에서 상기 운반유체, 배출유체, 및 병합유체가 흐르는 원동력은 상기 운반유체 공급펌프가 상기 운반유체 저장조에 공급하는 압력 및 상기 원료 공급펌프가 상기 제1 및 제1 원료 저장조에 공급하는 압력이다. 이러한 공급 압력은 상기 원료 컨트롤러 및 상기 운반유체 컨트롤러에서 제어할 수 있다.

본 실시예에서 제공하는 마이크로파티클 생산 시스템의 한 형태로, 센서를 통해 각 부분의 상태를 측정하여 운반유체 컨트롤러로 전달할 수 있는 구성에 대해 도 3에 도시하였다(원료 저장조 및 그 주변 구성 일부에 대해서는 생략되어 있다). 도 3에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 센서가 각각 제1 원료 및 제2 원료 주입 부분, 배출유체가 운반채널로 배출되는 부분, 운반유체가 운반채널에 공급되는 부분, 및/또는 병합유체가 생성되어 생산물 저장조로 이동하는 부분에서 유체의 성질을 측정할 수 있도록 설치될 수 있다. 상기 센서가 측정하는 유체의 성질은 유체의 유량, 유속, 온도, 및 압력 중 하나 이상이다.

상기 센서는 측정한 유체의 성질을 측정값의 형태로 상기 운반유체 컨트롤러에 보낼 수 있도록 상기 운반유체 컨트롤러와 연결되어 있다. 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 하나 이상의 센서로부터 측정값을 받아 운반유체 제어 신호를 결정하는 과정에 반영할 수 있다.

운반채널 및 운반유체 공급원, 또는 생성물 저장조 연결구조

본 실시예의 운반채널이 운반유체 저장조와 연결되어 있는 구조는 도4에 나타나있다. 상기 운반채널 및 상기 운반유체 저장조는 도 4(a)처럼 직접 연결되어있을 수 있지만, 도 4(b)에 개시된 바와 같이 운반유체 저장조와 직접 연결되어 운반유체를 공급받는 제1 운반채널, 및 제1 운반채널로부터 갈라져 나와 상기 드롭렛 생산 칩 및 상기 생산물 저장조와 각각 연결되어 있는 제2 내지 제n+1 운반채널과 같은 구조로 연결되어 있을 수 있다.

도 5에 개시된 바와 같이, 상기 제1 운반채널은 복수의 센서와 연결되어 있을 수 있다. 상기 센서는 상기 제1 운반채널 내부에 있는 상기 운반유체의 성질을 측정하기 위한 것일 수 있다. 상기 센서가 측정하는 상기 운반유체의 성질은 유속, 유량, 온도, 압력 중 선택된 하나 이상일 수 있다.

본 실시예의 운반채널이 생산물 저장조와 연결되어 있는 구조는 도 6에 나타나있다. 상기 운반채널 및 상기 생산물 저장조는 도 6(a)처럼 직접 연결되어있을 수 있지만, 도 6(b)에 개시된 바와 같이 각각이 드롭렛 생산 칩과 연결되어 있고, 각각의 배출유체 합류 지점으로부터 병합유체를 운송하는 제2 운반채널 내지 제n+1 운반채널이 제n+2 운반채널과 합류하여 생산물 저장조로 연결되어 있을 수 있다.

도 7에 개시된 바와 같이, 상기 제2 운반채널 내지 제n+1 운반채널은 상기 배출유체 합류 지점보다 상류 지점에서 복수의 센서와 연결되어 있을 수 있다. 상기 센서는 상기 제2 내지 제n+1 운반채널 내부에 있는 상기 병합유체의 성질을 측정하기 위한 것일 수 있다. 상기 센서가 측정하는 상기 병합유체의 성질은 유속, 유량, 온도, 압력 중 선택된 하나 이상일 수 있다.

도 7에 개시된 바와 같이, 상기 제n+2 운반채널은 복수의 센서와 연결되어 있을 수 있다. 상기 센서는 상기 제n+2 운반채널 내부에 있는 상기 병합유체의 성질을 측정하기 위한 것일 수 있다. 상기 센서가 측정하는 상기 병합유체의 성질은 유속, 유량, 온도, 압력 중 선택된 하나 이상일 수 있다.

이하 실시예2 내지 실시예3에서 예시적으로 본 실시예1에 대한 더 구체적인 구성을 개시하며, 실시예4에서 본 마이크로파티클 생산 시스템의 제어 방법을 개시한다. 이하 각 실시예별 다른 기재가 없는 한, 실시예2 내지 실시예4는 실시예1과 동일하거나 동등한 구성 및 구성요소 상호 간 연결관계를 포함한다.

[실시예2] 2D array

드롭렛 생산 칩 구조

본 실시예에서 사용되는 상기 드롭렛 생산 칩(1)은 도 8에 나타나있다. 상기 드롭렛 생산 칩은 제1 원료 주입채널(11), 제2 원료 주입채널(13), 제1 원료 주입공(12), 제2 원료 주입공(14), 마이크로채널, 정션(15), 배출채널(16) 및 배출공(17)을 포함한다. 상기 제1 원료 주입채널(11) 및 제2 원료 주입채널(13)을 통해 상기 제1 원료 주입공(12) 및 상기 제2 원료 주입공(14)으로 각각 제1 원료 및 제2 원료가 공급되며, 하나의 제1 원료 주입구에 연결된 마이크로채널과 하나의 제2 원료 주입구에 포함된 마이크로채널은 상기 정션(15) 부분에서 합류하여 상기 배출채널(16)과 연결된다. 구체적으로, 도 8은 X정션 형태의 정션 구조를 도시하고 있으나, 이것은 하나의 예시일 뿐이고, 미세유체공학(microfluidics) 기술을 응용해 드롭렛이 생산될 수 있는 구조라면 특별히 제한되지 않는다. 상기 정션에서 제1 원료 및 제2 원료가 만나 제2 원료를 포함하는 드롭렛이 생산되며, 상기 드롭렛과 제1 원료를 포함하는 배출유체를 형성하게 된다. 상기 배출유체는 배출채널(16)을 따라 유동하고, 배출공(17)을 통해 상기 드롭렛 생산 칩 밖으로 배출되게 된다. 상기 드롭렛 생산 칩은 복수의 마이크로채널들을 포함하고 있어 제1 원료 및 제2 원료를 복수의 주입구를 통해 공급받는 경우, 복수의 배출채널을 통해 생성된 드롭렛을 포함하는 배출유체를 배출하게 된다.

상기 드롭렛 생산 칩은 복수의 센서와 연결되어 있을 수 있다. 상기 센서는 상기 제1 원료 주입채널(11) 및/또는 상기 제2 원료 주입채널(13) 내부에 있는 상기 제1 원료 및/또는 상기 제2 원료의 성질을 측정하기 위한 것일 수 있다. 상기 센서가 측정하는 상기 제1 원료 및/또는 상기 제2 원료의 성질은 유속, 유량, 온도, 압력 중 선택된 하나 이상일 수 있다.

본 실시예의 마이크로파티클 생산 시스템은 복수의 상기 드롭렛 생산 칩(1)을 포함하고 있을 수 있다. 또한, 상기 복수의 드롭렛 생산 칩은 상호간 일정한 배열을 하고 있을 수 있다. 상기 배열 중 하나의 예시가 도 9에 나타나 있다. 상기 드롭렛 생산 칩은 직사각형의 판 또는 이와 동등한 형상을 하고 있을 수 있으며, 상호 간 일정한 간격을 두고 배열하고 있을 수 있다. 도 9와 같이 상기 배출채널이 Y축 방향으로 배열되어 있는 경우, X축 방향으로 배열되어 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

운반유체 저장조, 운반유체 공급펌프, 및 운반유체 컨트롤러 구조

본 실시예에서 운반유체 저장조는 운반유체를 저장할 수 있는 기능을 하는 것으로, 통상의 기술자가 그 형상 및 구조를 적절히 선택한 것일 수 있다. 상기 운반유체 저장조는 운반채널과 유체가 흐를 수 있도록 직접적으로 연결되어 있을 수 있다.

본 실시예에서 운반유체 공급펌프는 상기 운반유체 저장조와 연결되어 있으며, 상기 운반유체 공급 펌프가 상기 운반유체 저장조에 압력을 입력해 운반유체 저장조와 연결된 상기 운반채널로 운반유체가 흐를 수 있도록 하는 기능을 수행하기 위해 통상의 기술자가 그 형상 및 구조를 적절히 선택한 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 운반유체 공급펌프는 상용의 기체압 펌프 또는 시린지 펌프일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

운반채널 구조 및 드롭렛 생산 칩과 운반채널의 연결구조

본 실시예에서 사용되는 상기 운반채널(2)의 구조는 도 10에 나타나있다. 도 10은 상기 운반채널이 상기 드롭렛 생산 칩과 연결되는 일부분의 구조를 나타낸다. 도면에는 운반채널이 직사각형 기둥의 형상이지만, 이는 예시적인 형상일 뿐이며, 운반유체, 배출유체, 및 병합유체가 흐를 수 있는 적절한 구조가 선택될 수 있다. 상기 운반채널은 상류 부분에서 운반유체 저장조와 연결되어 있고, 하류 부분에서 생산물 저장조와 연결되어 있을 수 있다. 또한, 상기 운반채널이 상기 드롭렛 생산 칩과 연결되는 부분에서 상기 운반채널은 배출유체가 유입될 수 있는 배출유체 유입구(21)를 포함하고 있을 수 있다. 도 10(b)는 상기 운반채널과 상기 복수의 드롭렛 생산 칩이 연결된 구조의 일부를 나타낸 것이다. 도 10(b)에서는 예시적으로 상기 복수의 드롭렛 생산 칩이 X축 방향으로 배열되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, Y축 방향으로 배열되어 있을 수 있고, 필요에 따라 얼마든지 확장이 가능하다. 예시적으로, 도 6(b)에서는 상기 드롭렛 생산 칩의 배출공(17) 및 상기 운반채널의 배출유체 유입구(21)가 직접 연결된 형태를 취하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 드롭렛 생산 칩과 상기 운반채널은 어댑터를 통해 연결되어 있을 수 있다. 상기 배출유체 유입구로 상기 드롭렛 생산 칩(1)에서 배출된 배출유체가 상기 운반채널(2)로 유입될 수 있고, 상기 유입된 배출유체(5)와 상류에서 흐르고 있는 운반유체(4)가 배출유체 합류 지점(22)에서 합류해 병합유체(6)가 형성된다(도 10(c)).

상기 운반채널은 상기 배출유체가 유입되는 지점보다 상류 지점인 운반유체 측정 지점에서 복수의 센서와 연결되어 있을 수 있다. 상기 센서는 상기 운반유체 측정 지점에서 상기 운반채널 내부에 있는 상기 운반유체의 성질을 측정하기 위한 것일 수 있다. 상기 센서가 측정하는 상기 운반유체의 성질은 유속, 유량, 온도, 압력 중 선택된 하나 이상일 수 있다.

[실시예3] Circular array

운반채널 및 드롭렛 생산 칩 구조 개관

도 11은 본 실시예 3의 운반채널 및 드롭렛 생산 칩의 구조 및 형상에 대한 모식도이다. 상기 운반유체 저장조는 상류 부분(도 11에서 (+)Z 방향)에서 운반유체 저장조와 연결되어 있으며, 상기 드롭렛 생산 칩과의 병합지점 하류 부분(도 11에서 (-)Z 방향)에서 생산물 저장조와 연결되어 있을 수 있다. 상기 운반채널은 상류에서 하류 방향으로 배치된 복수의 상기 드롭렛 생산 칩 및 스페이서와 연결되어 있으며, 상기 운반 채널은 상기 복수의 드롭렛 생산 칩의 중심 부분을 관통하는 형태로 연결되어 있을 수 있다.

본 실시예 3에서 운반채널과 운반유체 저장조의 연결 관계는 실시예 1에서 전술한 바와 같고, 운반채널과 생산물 저장조의 연결 관계 역시 실시예 1에서 전술한 바와 같을 수 있으며, 통상의 기술자가 적절히 그 구조를 채택한 것일 수 있다.

이하 본 실시예 구성 각각의 구조 및 각 구성 간 연결 구조에 대해 더 자세히 설명한다.

드롭렛 생산 칩 구조

본 실시예의 드롭렛 생산 칩의 예시는 도 12에 도시되어 있다. 상기 드롭렛 생산 칩은 제1 주입채널, 제2 주입채널(도면에서는 생략되어 있음), 제1 원료 주입구(12), 제2 원료 주입구(14), 마이크로채널, 정션(15), 배출채널(16) 및 배출공(17)을 포함한다. 하나의 제1 원료 주입구에 연결된 마이크로채널과 하나의 제2 원료 주입구에 포함된 마이크로채널은 상기 정션 부분에서 합류하여 상기 배출채널과 연결된다. 구체적으로, 도 9는 X정션 형태의 정션 구조를 도시하고 있으나, 이것은 하나의 예시일 뿐이고, 미세유체공학(microfluidics) 기술을 응용해 드롭렛이 생산될 수 있는 구조라면 특별히 제한되지 않는다. 상기 정션에서 제1 원료 및 제2 원료가 만나 제2 원료를 포함하는 드롭렛이 생산되며, 상기 드롭렛과 제1 원료를 포함하는 배출유체를 형성하게 된다. 상기 배출유체는 배출채널을 따라 유동하고, 배출공을 통해 상기 드롭렛 생산 칩 밖으로 배출되게 된다. 상기 드롭렛 생산 칩은 복수의 마이크로채널들을 포함하고 있어 제1 원료 및 제2 원료를 복수의 주입구를 통해 공급받는 경우, 복수의 배출채널을 통해 생성된 드롭렛을 포함하는 배출유체를 배출하게 된다.

또한, 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 상기 드롭렛 생산 칩은 일측면에서 보았을 때 중심부에 빈 공간이 형성되어 내측벽과 외측벽이 구분되는 형태이다. 상기 제1 및 제2 주입채널, 및 각각의 주입채널에 연결된 마이크로채널은 빈 공간이 형성된 중심부를 기준으로 상대적으로 바깥 쪽(외측벽과 가까운 부분)에 형성되어 있으며, 정션(15) 및 배출채널(16)은 중심부를 기준으로 상대적으로 안쪽(내측벽과 가까운 부분)에 형성되어 있다. 또한, 상기 배출채널에 연결된 배출공(17)이 내측벽에 형성되어 있다. 도면에는 상기 드롭렛 생산 칩이 환형 구조를 가진 것으로 나타나 있으나, 이는 예시적인 것으로 이에 제한되지 않는다. 상기 드롭렛 생산 칩은 상기한 조건을 만족하는 것으로 통상의 기술자가 적절히 선택한 형상일 수 있다.

상기 드롭렛 생산 칩은 복수의 센서와 연결되어 있을 수 있다. 상기 센서는 상기 제1 주입채널 및/또는 상기 제2 주입채널 내부에 있는 상기 제1 원료 및/또는 상기 제2 원료의 성질을 측정하기 위한 것일 수 있다. 상기 센서가 측정하는 상기 제1 원료 및/또는 상기 제2 원료의 성질은 유속, 유량, 온도, 압력 중 선택된 하나 이상일 수 있다.

도 13은 본 실시예에서 제공하는 상기 드롭렛 생산 칩 복수 개를 스페이서를 통해 병렬 배치하는 구조를 나타낸 것이다. 도 13(a)에 개시되어 있듯, 상기 복수 개의 드롭렛 생산 칩은 스페이서(3)를 통해 Z축 방향으로 연결되어 있을 수 있다. 제1 드롭렛 생산 칩 및 제2 드롭렛 생산 칩은 스페이서를 통해 상하로 배치되며, 제1 드롭렛 생산 칩의 내측벽 및 제2 드롭렛 생산 칩의 내측벽이 서로 정렬되어 일측면에서 보았을 때, 중심부의 빈 공간이 상기 Z축 방향으로 중첩된 형태이다. 도 13에는 환형의 스페이서가 도시되어 있으나 이는 예시적인 것이며, 상기한 바 일측면에서 보았을 때 중심부의 빈 공간이 상기 Z축 방향으로 중첩된 형태로 병렬 배치될 수 있도록 통상의 기술자가 적절히 선택할 구조일 수 있다.

상기 도 13(b) 및 도 13(c)에 도시된 바와 같이, 제1 드롭렛 생산 칩 및 제2 드롭렛 생산 칩의 내측벽 안쪽 공간이 그 자체로 운반유체가 흐르는 운반채널 역할을 할 수 있으며, 또한 상기 내측벽 안쪽 공간에 운반채널이 관통하고 있을 수 있다.

도 15(a)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 드롭렛 생산 칩은 복수의 제1 원료 중간 공급채널(111) 및 제2 원료 중간 공급채널(131)을 포함하고 있을 수 있다. 상기 제1 원료 중간 공급채널(111) 및 제2 원료 중간 공급채널(131)은 상기 스페이서(3)에 포함된 제1 원료 스페이서 주입채널(31) 및 제2 원료 스페이서 주입채널(32)을 통해 하단에 위치한 제2 드롭렛 생산 칩에 원료를 공급할 수 있다. 구체적으로, 상기 드롭렛 생산 칩은 스페이서와 접촉하는 하단부 측벽에 형성된 복수의 제1 원료 중간 공급채널(111) 및 제2 원료 중간 공급채널(131)을 통해 상기 제1 주입채널(11) 및 상기 제2 주입채널(13)로부터 공급된 상기 제1 원료 및 제2 원료를 상기 스페이서 주입채널(31, 32)을 통해 각각 아래쪽에 위치한 상기 제2 드롭렛 생산 칩으로 공급한다.

더 나아가, 상기 제2 드롭렛 생산 칩이 복수의 제1 원료 중간 공급채널(111) 및 제2 원료 중간 공급채널(131)을 포함하고 있을 수 있다(도 15(b)).

운반채널 구조

본 실시예에서 제공하는 상기 운반채널은 상기 복수의 드롭렛 생산 칩의 내측벽 안쪽 공간을 관통하며, 상기 복수의 배출공에서 배출된 배출유체가 유입되어 운반유체 및 배출유체를 포함하는 병합유체를 형성하는 기능을 할 수 있도록 통상의 기술자가 적절히 선택한 형상을 할 수 있다.

상기 운반채널은 도 14에서 도시된 바와 같이 배출유체 유입구를 포함할 수 있다. 이는 일 예시에 불과하며, 상기 배출유체 유입구가 아닌 다른 구조를 통해 상기 드롭렛 생산 칩에서 배출된 배출유체가 상기 운반채널로 유입될 수 있다. 일 예로, 상기 배출구에 연결된 어댑터를 통해 상기 운반채널로 상기 배출유체가 유입될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

도 13(c)에 도시된 바와 같이, 스페이서(3)를 통해 병렬 배치된 상기 복수의 드롭렛 생산 칩의 내측벽 안쪽 공간을 상기 운반채널(2)이 관통하고 있는 형태일 수 있다. 도 13(c)에 예시된 바와 같이, 상기 복수의 드롭렛 생산 칩의 내측벽 안쪽, 및 상기 스페이서(3)로 막혀 있는 공간의 형태 및 치수와 상기 운반채널(2)의 형태 및 치수는 오차범위 내 빈틈없이 결합될 수 있도록 설계될 수 있다. 이때, 상기 드롭렛 생산 칩의 내측벽에 형성된 배출공(17) 및 상기 운반유체의 배출유체 유입구(21)는 서로 연결되어 상기 드롭렛 생산 칩에서 배출된 배출유체가 상기 운반유체 내부로 유입되는 기능을 할 수 있다.

본 실시예에서 제공하는 일 예로, 상기 내측벽 안쪽 공간 및 스페이서로 막혀 있는 공간 그 자체가 운반채널일 수 있다. 이때, 상기 운반채널은 상기 드롭렛 생산 칩 및 상기 스페이서가 접촉하고 있는 부위에서 유체가 새어나가는 것을 방지하기 위해 실란트(sealant)를 더 포함하고 있을 수 있다.

본 실시예에서 제공하는 일 예로, 상기 운반채널은 내부가 텅 빈 관 형태일 수 있다. 또 다른 예로, 상기 운반채널은 중심부에 길이 방향의 심 구조(23)를 포함할 수 있다. 상기 심 구조(23)는 본 실시예에서 마이크로파티클 생산 시스템이 제어하기 힘든 많은 유량의 운반유체가 상기 운반채널로 유입되는 것을 구조적으로 방지하기 위해 상기 운반채널 내의 부피를 물리적으로 제한한다. 상기 심 구조(23)의 일 예가 도 14(b) 에 도시되어 있다. 구체적으로, 상기 운반채널은 원통형의 심 구조(23)를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 상기한 기능을 발휘하기 위해 통상의 기술자가 적절히 선택한 구조일 수 있다.

[실시예4] 운반유체 제어 방법

본 실시예에서 제공하는 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법은 상기 원료 컨트롤러 및/또는 상기 운반유체 컨트롤러가 각각의 공급펌프에 전달하는 제어 신호를 제어하는 방법에 대한 것이다.

원료 공급방법

본 실시예에서 제공하는 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법은 상기 드롭렛 생산 칩으로 제1 원료 및 제2 원료를 공급해 상기 드롭렛 생산 칩으로부터 운반채널로 배출유체가 배출되도록 하는 과정을 포함한다. 전술한 실시예1의 구성을 참조하면, 상기 원료 컨트롤러에서 보내는 제어 신호를 적절히 결정함으로써 상기 드롭렛 생산 칩으로 제1 원료 및 제2 원료를 공급하는 과정을 제어할 수 있다.

상기 드롭렛 생산 칩은 미세유체공학(microfluidics)을 이용하이 상기 제1 원료 및 제2 원료로부터 드롭렛을 생산할 수 있는 구조로 설계되어 있다. 상기 드롭렛 생산 칩에 포함된 마이크로채널의 구조 및 치수, 상기 마이크로채널이 합류하여 드롭렛이 형성되는 부분인 정션의 구조에 따라, 최적의 효율로 드롭렛을 생산하기 위한 상기 제1 원료 및 제2 원료의 마이크로채널 내에서의 유량이 결정되게 된다.

따라서, 본 실시예에 포함된는 제1 원료 및 제2 원료를 공급해 상기 드롭렛 생산 칩으로부터 운반채널로 배출유체가 배출되도록 하는 과정은, 상기 드롭렛 생산 칩의 형상, 재료, 구조, 및 치수로부터 미리 결정된 유량으로 상기 제1 원료 및 상기 제2 원료를 공급하는 것일 수 있다.

운반유체 제어방법

운반유체 제어방법 개관

본 실시예에서 제공하는 마이크로파티클 생산 시스템의 제어 방법은, 상기 마이크로파티클 생산 시스템의 운반채널 내 운반유체를 공급하는 과정 및 공급된 운반유체를 상기 배출유체와 합류시켜 병합유체를 형성하는 과정을 포함한다. 전술한 실시예1을 참조하면, 상기 운반유체 컨트롤러에서 상기 운반유체 공급펌프로 보내는 제어 신호를 적절히 결정함으로써 상기 운반채널 내 운반유체를 공급하는 과정 및 상기 공급된 운반유체를 상기 배출유체와 합류시켜 병합유체를 형성하는 과정을 제어할 수 있다.

본 명세서에서 제공하는 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법의 목적 - 드롭렛 생산 칩에서 생성된 드롭렛을 안정적으로 생산물 저장조로 운송하기 위함 - 을 달성하기 위해, 본 실시예에서는 상기 병합유체의 유량이 상기 배출유체의 유량보다 크도록 하기 위해, 상기 운반유체 컨트롤러가 미리 결정된 제어 신호를 상기 운반유체 공급펌프에 제어하는 것을 포함할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 미리 결정된 제어 신호를 보내는 것을 통해 운반유체를 제어하는 것도 가능하지만, 상기 마이크로파티클 생산 시스템의 동작 상황이 실시간으로 변화할 수 있으므로, 이를 적절한 형태로 측정하고, 제어 방법에 반영하는 것이 더 바람직하다.

도 16은 상기 운반유체 컨트롤러가 상기 하나 이상의 센서로부터 측정값을 받아 운반유체 제어 신호를 결정하는 과정에 반영하는 과정을 도시한 것이다. 상기 운반유체 컨트롤러는 지속적으로 운반유체 공급펌프로 제어 신호를 전달한다. 상기 제어 신호를 전달하면서, 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 하나 이상의 센서로부터 상기 원료, 배출유체, 운반유체, 및/또는 병합유체의 성질에 대한 측정값을 수신한다. 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 수신된 측정값, 또는 측정값으로부터 도출된 수치를 목적에 따라 미리 결정된 기준과 비교한다. 상기 측정값 또는 측정값으로부터 도출된 수치가 상기 미리 결정된 기준을 만족하는 경우, 현재 보내고 있는 제어 신호를 그대로 유지한다. 만약 상기 측정값 또는 측정값으로부터 도출된 수치가 상기 미리 결정된 기준에 만족하지 않는 경우, 상기 기준을 만족할 수 있도록 제어 신호를 변경하여 전달한다. 상기 하나 이상의 센서로부터 측정값을 수집하고, 현 제어 신호 전달을 유지하거나, 변경된 제어 신호를 전달할 지 결정하는 이러한 일련의 과정은 마이크로파티클 생산 시스템이 동작하는 동안 미리 정해진 빈도에 따라 필요한 만큼 반복될 수 있으며, 이로 인해 운반유체를 제어하는 목적을 달성할 수 있다.

이하, 상기 운반유체를 제어하는 목적에 따른 더 자세한 제어 방법을 설명한다.

드롭렛의 안정적 운송을 위해 일정 유량 이상으로 운반유체를 공급하는 방법

본 실시예에서 제공하는 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법은, 배출유체가 배출채널을 통해 운반채널로 배출될 때 상기 운반채널에 운반유체가 미리 결정된 유량 이상으로 공급되는 상태가 되도록 운반유체를 제어하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 과정을 포함하는 목적은, 드롭렛을 포함하는 상기 배출유체가 운반채널로 배출될 때, 미리 결정된 유량 이상으로 운반유체가 공급되어 있게 함으로써, 상기 드롭렛이 안정적으로 층류(Laminar flow)를 형성한 운반유체와 합류될 수 있도록 하여 드롭렛의 뭉침 또는 파괴 현상이 일어나는 것을 방지하기 위함이다.

도 17 및 도 18은 상기 배출유체가 배출채널을 통해 운반채널로 배출될 때 상기 운반채널에 운반유체가 미리 결정된 유량 이상 공급되는 상태가 되도록 운반유체를 제어하는 과정 및 상기 제어 과정을 적용하는 경우 상기 운반유체의 유량-시간 그래프를 도시한 것이다. 상기 운반유체 컨트롤러는 지속적으로 운반유체 공급펌프에 운반유체가 특정 유량으로 공급되도록 하는 제어 신호를 전달한다. 상기 운반유체 컨트롤러는 배출유체의 유량 및 운반유체의 유량을 측정할 수 있는 센서로부터 상기 배출유체의 유량 및 상기 운반유체의 유량을 측정값으로 전달받는다. 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 수신한 배출유체의 유량에 따라, 드롭렛의 안정적인 운송을 위해 필요한 운반유체 유량의 최소값을 계산한다. 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 수신한 운반유체의 유량의 측정값이 상기 계산된 유량의 최소값 이상인지 판단한다. 만약 상기 운반유체 유량의 측정값이 상기 계산된 유량의 최소값 이상이라면, 상기 운반유체 컨트롤러는 현재 전달하고 있는 제어 신호를 유지한다. 만약 상기 운반유체 유량의 측정값이 상기 계산된 유량의 최소값보다 작다면, 상기 운반유체 컨트롤러는 운반유체의 유량이 상기 계산된 유량의 최소값보다 커지도록 제어신호를 변경한다. 본 실시예에서 제공하는 운반유체 제어 방법을 적용하는 경우, 상기 운반유체의 유량-시간 그래프가 도 18에 도시되어 있다. 상기 운반유체의 유량이 상기 계산된 유량의 최소값에 도달할 때(도18의 t1지점), 상기 운반유체 제어 방법을 적용하는 경우(운반유체 유량을 제어하는 경우) 운반유체 컨트롤러가 제어신호를 변경하여 상기 계산된 유량의 최소값 이상이 되도록 상기 운반유체 유량이 제어되지만, 본 실시예의 제어방법을 적용하지 않는 경우(운반유체 유량을 제어하지 않는 경우)에는 상기 운반유체의 유량이 상기 계산된 유량의 최소값 미만으로 떨어져 드롭렛이 뭉치거나 파괴되는 등의 문제를 일으킬 수 있다.

운반유체 역류 현상 방지를 위해 일정 유량 미만으로 운반유체를 공급하는 방법

본 실시예에서 제공하는 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법은, 배출유체가 배출채널을 통해 운반채널로 배출될 때 상기 운반채널에 운반유체가 미리 결정된 유량 미만으로 공급되는 상태가 되도록 운반유체를 제어하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 과정을 포함하는 목적은, 드롭렛을 포함하는 상기 배출유체가 운반채널로 배출될 때, 미리 결정된 유량 이하로 운반유체가 공급되는 상태를 유지함으로써, 상기 운반유체가 상기 드롭렛 생산 칩의 상기 배출채널로 역류하는 현상을 방지하기 위함이다.

도 19 및 도 20은 상기 배출유체가 배출채널을 통해 운반채널로 배출될 때 상기 운반채널에 운반유체가 미리 결정된 유량 미만으로 공급되는 상태가 되도록 운반유체를 제어하는 과정 및 상기 제어 과정을 적용하는 경우 상기 운반유체의 유량-시간 그래프를 도시한 것이다. 상기 운반유체 컨트롤러는 지속적으로 운반유체 공급펌프에 운반유체가 특정 유량으로 공급되도록 하는 제어 신호를 전달한다. 상기 운반유체 컨트롤러는 배출유체의 유량 및 운반유체의 유량을 측정할 수 있는 센서로부터 상기 배출유체의 유량 및 상기 운반유체의 유량을 측정값으로 전달받는다. 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 수신한 배출유체의 유량에 따라, 상기 운반유체가 상기 배출채널을 향해 역류하지 않는 운반유체 유량의 최대값을 계산한다. 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 수신한 운반유체의 유량의 측정값이 상기 계산된 유량의 최대값보다 작은지 판단한다. 만약 상기 운반유체 유량의 측정값이 상기 계산된 유량의 최대값보다 작다면, 상기 운반유체 컨트롤러는 현재 전달하고 있는 제어 신호를 유지한다. 만약 상기 운반유체 유량의 측정값이 상기 계산된 유량의 최대값과 같거나 보다 크다면, 상기 운반유체 컨트롤러는 운반유체의 유량이 상기 계산된 유량의 최대값보다 작아지도록 제어신호를 변경한다. 본 실시예에서 제공하는 운반유체 제어 방법을 적용하는 경우, 상기 운반유체의 유량-시간 그래프가 도 20에 도시되어 있다. 상기 운반유체의 유량이 상기 계산된 유량의 최대값에 도달할 때(도20의 t1지점), 상기 운반유체 제어 방법을 적용하는 경우(운반유체 유량을 제어하는 경우) 운반유체 컨트롤러가 제어신호를 변경하여 상기 계산된 유량의 최대값 미만이 되도록 상기 운반유체 유량이 제어되지만, 본 실시예의 제어방법을 적용하지 않는 경우(운반유체 유량을 제어하지 않는 경우)에는 상기 운반유체의 유량이 상기 계산된 유량의 최대값을 초과하게 되어 상기 운반유체가 역류하는 등의 문제를 일으킬 수 있다.

생산물 저장조 저장용량을 초과하지 않도록 운반유체를 공급하는 방법

본 실시예에서 제공하는 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법은, 병합유체를 생산물 저장조까지 운송하는 과정에서, 상기 생산물 저장조의 유체 저장 용량을 초과하지 않도록 상기 운반유체의 공급 방법을 제어하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 과정을 포함하는 목적은, 마이크로파티클 생산 과정에서 상기 생산물 저장조의 유체 저장 용량을 초과하여 상기 병합유체를 공급하는 일을 방지하여 상기 방합유체에 포함된 드롭렛의 뭉침 또는 파괴 현상이 일어나는 것을 방지하고, 상기 마이크로파티클 생산 시스템이 손상을 입는 것을 막기 위함이다.

상기 과정에서 병합유체는 드롭렛 생산 칩에서 배출된 배출유체 및 운반유체를 포함한다. 상기 배출유체는 제1 원료 및 제2 원료를 포함하는 드롭렛을 포함하고 있으므로, 상기 배출유체의 유량 및 유속 등의 성질은 드롭렛 생산 칩에 공급되는 제1 원료 및 제2 원료의 유량 및 유속에 의존할 것이다. 다만, 전술한 바 상기 제1 원료 및 제2 원료는 상기 드롭렛 생산 칩에서 상기 드롭렛이 생성될 수 있는 조건으로 공급되어야 하므로, 상기 유량 및 유속의 범위가 상기 드롭렛 생산 칩의 형상, 치수, 및 구조에 영향을 받아 제한될 수밖에 없다. 따라서, 상기 병합유체의 유량 및 유속을 제어하기 위해서는 상기 운반유체의 유량 및 유속을 제어하는 것이 더 바람직할 수 있다.

도 21은 상기 병합유체를 생산물 저장조까지 운송하는 과정에서, 상기 생산물 저장조의 유체 저장 용량을 초과하지 않도록 상기 운반유체의 공급 방법을 제어하는 과정을 도시한 것이다. 상기 운반유체 컨트롤러는 지속적으로 운반유체 공급 펌프에 운반유체가 특정 유량으로 공급되도록 하는 제어 신호를 전달한다. 상기 운반유체 컨트롤러는 병합유체의 유량, 운반유체의 유량, 및 생산물 저장조의 유체 수용 가능 부피를 측정할 수 있는 센서로부터 상기 병합유체의 유량, 상기 운반유체의 유량, 및 생산물 저장조의 유체 수용 가능 부피를 측정값으로 전달 받는다. 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 수신한 병합유체의 유량 및 상기 생산물 저장조의 유체 수용 가능 부피에 따라, 상기 운반유체의 유량의 최대값을 계산한다. 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 계산된 최대값과 상기 수신한 운반유체 유량 측정값을 비교한다. 만약 상기 운반유체 유량 측정값이 상기 계산된 최대값보다 작다면, 상기 운반유체 컨트롤러는 현재 제어 신호를 유지한다. 만약 상기 운반유체 유량 측정값이 상기 계산된 최대값과 같거나 크다면, 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 운반유체 유량이 상기 계산된 최대값보다 작아지도록 상기 제어 신호를 변경한다.

복수개의 운반채널 운용시, 운반채널 합류지점에서 층류를 유지하는 방법

본 명세서에서 제공하는 마이크로파티클 생산 시스템이 하나 이상의 운반채널을 포함하는 경우, 각 구성요소 간 연결 관계를 도 22에 도시하였다. 이 경우, 제3 운반채널에서 제1 병합유체 및 제2 병합유체가 합류하게 되고, 이 과정에서 상기 제1 및 제2 병합유체가 층류(Laminar flow)를 유지할 수 있도록 제어하는 과정이 필요하다.

따라서, 본 실시예에서 제공하는 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법은, 병합유체를 생산물 저장조까지 운송하는 과정에서, 상기 제1 병합유체 및 제2 병합유체가 합류하는 합류지점에서 상기 제1 병합유체 및 제2 병합유체가 층류(Laminar flow)를 유지하도록 제어하는 과정을 포함한다.

상기 과정을 포함하는 목적은, 상기 제1 병합유체 및 상기 제2 병합유체가 상기 제3 운반채널에서 합류할 때, 난류 등이 발생함으로써 상기 제1 및 제2 병합유체에 포함된 드롭렛 간 뭉침 현상이나 파괴 형상이 일어나는 것을 방지하기 위함이다.

전술한 바, 상기 과정에서 병합유체는 드롭렛 생산 칩에서 배출된 배출유체 및 운반유체를 포함한다. 상기 배출유체는 제1 원료 및 제2 원료를 포함하는 드롭렛을 포함하고 있으므로, 상기 배출유체의 유량 및 유속 등의 성질은 드롭렛 생산 칩에 공급되는 제1 원료 및 제2 원료의 유량 및 유속에 의존할 것이다. 다만, 전술한 바 상기 제1 원료 및 제2 원료는 상기 드롭렛 생산 칩에서 상기 드롭렛이 생성될 수 있는 조건으로 공급되어야 하므로, 상기 유량 및 유속의 범위가 상기 드롭렛 생산 칩의 형상, 치수, 및 구조에 영향을 받아 제한될 수밖에 없다.

따라서, 상기 병합유체의 유량 및 유속을 제어하기 위해서는 상기 운반유체의 유량 및 유속을 제어하는 것이 더 바람직할 수 있다.

도23는 상기 병합유체를 생산물 저장조까지 운송하는 과정에서, 상기 제1 병합유체 및 제2 병합유체가 합류하는 합류지점에서 상기 제1 병합유체 및 제2 병합유체가 층류(Laminar flow)를 유지하도록 제어하는 과정을 도시한 것이다. 상기 운반유체 컨트롤러는 지속적으로 운반유체 공급 펌프에 상기 제1 운반유체 및 상기 제2 운반유체가 특정한 유량 및 유속으로 공급되도록 하는 제어 신호를 전달한다. 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 합류지점에서 흐르는 상기 제1 병합유체 및 제2 병합유체의 성질을 측정할 수 있는 센서로부터 상기 제1 병합유체 및 제2 병합유체 각각의 유량 및 유속을 포함한 병합유체의 성질을 측정값으로 수신한다. 상기 운반유체 컨트롤러는 수신한 상기 측정값으로부터 상기 합류지점에서 난류가 발생하는지 판단한다. 난류가 발생하지 않는다고 판단된 경우, 상기 운반유체 컨트롤러는 현재 제어 신호를 유지한다. 난류가 발생한다고 판단된 경우, 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 합류지점에서 상기 제1 병합유체 및 상기 제2 병합유체가 층류를 유지하기 위한 제1 병합유체 및 제2 병합유체 각각의 유량 및 유속 범위를 계산한다. 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 제1 병합유체 및 상기 제2 병합유체가 상기 계산된 내의 유량 및 유속을 가지도록 하는 상기 제1 운반유체 및 상기 제2 운반유체의 유량 및 유속을 계산한다. 마지막으로, 상기 운반유체 컨트롤러는 상기 계산값을 토대로 상기 제어 신호를 변경하여 전달한다.

1 칩
11 제1원료 주입채널
12 제1원료 주입공
13 제2원료 주입채널
14 제2원료 주입공
15 정션
16 배출채널
17 배출공
2 운반채널
21 배출유체 유입구
22 배출유체 합류지점
23 심 구조
3 스페이서
31 제1 원료 주입
32 제2 원료 주입
4 운반유체
5 배출유체
6 병합유체

Claims (16)

1. 다음 과정을 포함하는 마이크로파티클 생산 시스템 제어 방법:
   운반유체를 운반채널로 공급하는 과정;
   적어도 제1 원료 및 제2 원료를 포함하는 원료를 드롭렛 생산 칩으로 공급해 배출유체가 배출채널을 통해 운반채널로 배출되도록 하는 과정으로,
   상기 배출유체는 상기 제1 원료를 포함하는 원료유체 및 상기 제2 원료를 포함하는 드롭렛을 포함하며,
   상기 드롭렛은 상기 드롭렛 생산 칩에서 상기 원료로부터 생성된 것인 과정;
   상기 운반유체와 상기 배출유체를 합류시켜 병합유체를 생성하는 과정으로,
   상기 운반유체를 운반채널로 공급하는 과정은 상기 병합유체의 유량이 상기 배출유체의 유량보다 크도록 하기 위한 것인 과정; 및
   상기 배출유체가 운반유체와 합류하기 전에 상기 드롭렛을 공기와 접촉시킬지 여부를 제어하는 과정으로,
   상기 드롭렛을 공기와 접촉시킬지 여부를 제어하는 과정은 운반유체 컨트롤러가 상기 운반유체의 유입 시각, 유입 중단 시각, 유입 시간, 유입 중단 시간, 유입량, 유량, 상기 운반 채널 내 상기 운반유체의 유속, 및 유입 위치에서 선택된 하나 이상을 제어함으로써 달성됨.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 다음 구성을 포함하는 마이크로파티클 생산 시스템:
   제1 드롭렛 생산 칩, 상기 드롭렛 생산 칩은 주입채널, 마이크로채널, 정션 및 제1 배출채널을 포함함;
   운반채널;
   운반유체 공급원; 및
   운반유체 컨트롤러;
   이때, 상기 제1 배출채널과 상기 운반채널은 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있고,
   상기 운반유체 공급원과 상기 운반채널은 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있고,
   상기 운반유체 컨트롤러는 상기 운반유체 공급원에 제어 신호를 보낼 수 있도록 연결되어 있고,
   상기 운반채널은 상기 제1 드롭렛 생산 칩에서 배출된 원료 및 드롭렛을 포함하는 배출유체를 생산물 저장조로 운반하기 위한 것이며,
   상기 운반유체 공급원은 상기 운반유체 컨트롤러의 제어 신호를 받아 상기 운반채널에 운반유체를 공급하여 상기 운반채널의 기능을 달성하도록 하기 위한 것임을 특징으로 하는 마이크로파티클 생산 시스템.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 운반유체 공급원은 운반유체 저장조 및 운반유체 공급 펌프를 더 포함하며,
    상기 운반유체 저장조와 상기 운반채널이 운반유체 유입구를 통하여 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있고,
    상기 운반유체 공급 펌프는 상기 운반유체 저장조로 압력을 전달할 수 있도록 연결되어 있고,
    상기 운반유체 컨트롤러는 상기 운반유체 공급 펌프에 제어 신호를 보낼 수 있도록 연결되어 있는,
    마이크로파티클 생산 시스템.
    
11. 제9항에 있어서,
    상기 드롭렛 생산 칩은 어댑터를 더 포함하고,
    상기 운반 채널과 상기 배출채널은 어댑터를 통해 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있는,
    마이크로파티클 생산 시스템.
    
12. 제9항에 있어서,
    상기 마이크로파티클 생산 시스템은 적어도 하나의 센서를 더 포함하고,
    상기 센서는 운반유체 컨트롤러에 측정값에 대한 신호를 보낼 수 있도록 연결되어 있으며,
    이때, 상기 센서는 유체의 유속, 유량, 온도, 압력 중 적어도 하나를 측정할 수 있고,
    상기 센서는 주입채널, 운반채널, 배출채널 중 적어도 하나에 흐르는 유체의 성질을 측정하기 위한 것인,
    마이크로파티클 생산 시스템.
    
13. 다음 구성을 포함하는 마이크로파티클 생산 시스템:
    제1 드롭렛 생산 칩, 상기 제1 드롭렛 생산 칩은 주입채널, 마이크로채널, 정션, 및 제1 배출채널을 포함함;
    제2 드롭렛 생산 칩, 상기 제2 드롭렛 생산 칩은 주입채널, 마이크로채널, 정션, 및 제2 배출채널을 포함함;
    제1 운반채널;
    제2 운반채널;
    제3 운반채널;
    운반유체 공급원;
    운반유체 컨트롤러; 및
    생산물 저장조;
    이때, 상기 제1 배출채널과 상기 제1 운반채널은 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있고,
    상기 제2 배출채널과 상기 제2 운반채널은 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있고,
    상기 운반유체 공급원과 상기 제1 운반채널은 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있고,
    상기 운반유체 공급원과 상기 제2 운반채널은 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있고,
    상기 운반유체 컨트롤러는 상기 운반유체 공급원에 제어 신호를 보낼 수 있도록 연결되어 있고,
    상기 제1 운반채널 및 상기 제2 운반채널은 상기 드롭렛 생산 칩에서 배출된 원료 및 드롭렛을 포함하는 배출유체를 생산물 저장조로 운반하기 위한 것이며,
    상기 제1 운반채널 및 상기 제2 운반채널은 병합지점에서 상기 제3 운반채널과 연결되어 있고,
    상기 제3 운반채널은 생산물 저장조와 연결되어 있으며,
    이때, 상기 제1 운반채널 및 상기 제2 운반채널은 상기 병합지점 및 상기 제3 운반채널을 통해서 생산물 저장조와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는,
    마이크로파티클 생산 시스템.
    
14. 제9항에 있어서,
    상기 마이크로파티클 생산 시스템은 제2 드롭렛 생산 칩을 더 포함하고,
    상기 제1 드롭렛 생산 칩은 제2 배출채널 및 제1 측벽을 더 포함하고,
    상기 제2 드롭렛 생산 칩은 주입채널, 마이크로채널, 정션, 제3 배출채널 제4 배출채널, 및 제2 측벽을 포함하고,
    상기 제1 배출채널 및 상기 제2 배출채널은 상기 제1 드롭렛 생산 칩의 상기 제1 측벽과 연결되어 외부와 통해 있으며,
    상기 제3 배출채널 및 제4 배출채널은 상기 제2 드롭렛 생산 칩의 상기 제2 측벽과 연결되어 외부와 통해 있고,
    상기 제1 배출채널 내지 제4 배출채널은 상기 운반채널과 유체가 흐를 수 있도록 연결되어 있고,
    이때, 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽이 동일한 방향을 향하도록 상기 제1 드롭렛 생산 칩과 상기 제2 드롭렛 생산 칩이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는,
    마이크로파티클 생산 시스템.
    
    
15. 제9 항의 마이크로파티클 생산 시스템을 이용한 마이크로파티클 생산 방법으로, 다음을 포함함:
    상기 운반유체 공급원으로부터 상기 운반채널로 운반유체를 공급하는 과정;
    상기 드롭렛 생산 칩으로 적어도 제1 원료 및 제2 원료를 포함하는 원료를 공급하여, 상기 드롭렛 생산 칩에 포함된 배출채널로 배출유체가 배출되도록 하는 과정으로,
    상기 배출유체는 상기 제1 원료를 포함하는 원료유체 및 상기 제2 원료를 포함하는 드롭렛을 포함하며,
    상기 드롭렛은 상기 드롭렛 생산 칩에서 상기 원료로부터 생성된 것인 과정; 및
    상기 배출채널로 배출된 상기 배출유체 및 상기 운반채널 내의 운반유체를 합류시켜 병합유체를 생성하는 과정으로,
    이때, 상기 병합유체의 유량이 상기 배출유체의 유량보다 크도록, 상기 운반유체 공급원으로부터 상기 운반채널로 공급되는 상기 운반유체의 유량이 제어되는 것을 특징으로 함.
    
16. 제13 항의 마이크로파티클 생산 시스템을 이용한 마이크로파티클 생산 방법으로, 다음을 포함함:
    상기 운반유체 공급원으로부터 상기 제1 운반채널로 제1 운반유체를 공급하는 과정;
    상기 제2 운반채널로 제2 운반유체를 공급하는 과정;
    상기 제1 드롭렛 생산 칩으로 적어도 제1 원료 및 제2 원료를 포함하는 원료를 공급하여, 상기 제1 드롭렛 생산 칩에 포함된 제1 배출채널로 제1 배출유체가 배출되도록 하는 과정으로,
    상기 제1 배출유체는 상기 제1 원료를 포함하는 원료유체 및 상기 제2 원료를 포함하는 드롭렛을 포함하며,
    상기 드롭렛은 상기 드롭렛 생산 칩에서 상기 원료로부터 생성된 것인 과정;
    상기 제2 드롭렛 생산 칩으로 적어도 제1 원료 및 제2 원료를 포함하는 원료를 공급하여, 상기 제2 드롭렛 생산 칩에 포함된 제2 배출채널로 제2 배출유체가 배출되도록 하는 과정으로,
    상기 제2 배출유체는 상기 제1 원료를 포함하는 원료유체 및 상기 제2 원료를 포함하는 드롭렛을 포함하며,
    상기 드롭렛은 상기 드롭렛 생산 칩에서 상기 원료로부터 생성된 것인 과정;
    상기 제1 운반채널로 배출된 상기 제1 배출유체 및 상기 제1 운반채널 내의 제1 운반유체를 합류시켜 제1 병합유체를 생성하는 과정;
    상기 제2 운반채널로 배출된 상기 제2 배출유체 및 상기 제2 운반채널 내의 제2 운반유체를 합류시켜 제2 병합유체를 생성하는 과정; 및
    상기 제3 운반채널에서 상기 제1 병합유체 및 상기 제2 병합유체를 합류시킨 후 상기 생산물 저장조로 운송하는 과정으로,
    상기 제1 병합유체 및 상기 제2 병합유체를 합류시킬 때 상기 제1 병합유체 및 상기 제2 병합유체가 층류(Laminar flow)를 유지하도록,
    상기 운반유체 컨트롤러가 상기 제1 운반유체 및 상기 제2 운반유체의 유량 및 유속 중 선택된 하나 이상을 제어함.
    

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