KR102404003B1 - 미세 유동 장치 - Google Patents

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Abstract

미세 유동 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 미세 유동 장치는, 중력 방향을 따라 수평 기준선의 위쪽과 아래쪽에 이격되어 배치된 제1 기판과, 제2 기판을 갖는 플랫폼, 수평 기준선의 상, 하에 배치되어 층 구조를 이루는 상부 챔버와 하부 챔버, 상부 챔버와 하부 챔버를 연결하는 채널, 및 채널을 개폐하여 상부 챔버와 하부 챔버를 선택적으로 연통하는 밸브를 포함한다.

Description

미세 유동 장치{MICROFLUIDIC DEVICE}
본 발명은 미세 유동 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 미세 유동 장치는 유체를 수용하는 챔버와 챔버 사이의 유로에 설치된 밸브를 통해 유체 흐름을 제어하여 여러 지정된 기능을 수행한다.
여기서, 미세 유동 장치는 원심 분리 장치, 입자 여과 장치 등을 모두 포함한다.
특히, 자동화를 위한 유체 제어를 위해서는 챔버, 밸브 및 유로가 설치된 랩온어디스크(Lab-on-a-Disc)를 이용하는 경우, 디스크의 회전 운동을 통해 유체를 지속적으로 제어해야 한다.
그러나, 랩온어디스크의 회전이 반복됨에 따라 시료의 상태에 원하지 않는 변화를 초래하여 진단 또는 검사 결과에 영향을 미치는 경우가 흔하다.
예를 들어, 랩온어디스크를 이용하여 세포를 포집하는 경우에는, 랩온어디스크의 회전수가 증가함에 따라 세포의 활성이 저하된다든지, 손상이 발생할 수 있으며, 다른 기능을 작동하는 동안에 랩온어디스크가 회전하면서 포집된 세포가 손실될 수도 있다.
또한, 한정된 랩온어디스크의 내부 공간에 챔버들, 밸브, 및 유로를 효율적으로 배치하여 공정을 수행하도록 해야 하는데, 회전을 이용하여 유체를 이동시키는 경우 원심력 방향으로만 유체가 이동되기 때문에 사용하지 못하고 낭비되는 유휴 공간이 증가하게 된다.
미국 특허출원공개공보 US2008/0017306호(2008. 01. 24. 공개)
본 발명은 랩온어디스크를 작동하는 도중 회전을 통한 유체 이동 및 작동 중에 정지된 상태에서 중력을 이용하여 유체의 회전 시 발생되는 원심력 반대 방향으로 이동시킬 수 있도록 한 미세 유동 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 미세 유동 장치는, 수평 기준선에 대하여 중력 방향을 따라 위쪽과 아래쪽에 이격되어 배치된 제1 기판과, 제2 기판을 갖는 플랫폼을 포함할 수 있다.
미세 유동 장치는, 제1 기판의 하부에 배치되고 수평 기준선의 위쪽에 배치되는 상부 챔버, 제2 기판의 상부에 배치되고 수평 기준선의 아래쪽에 각각 배치되어 상부 챔버와 층 구조를 이루는 하부 챔버를 포함할 수 있다.
또한, 미세 유동 장치는, 상부 챔버와 하부 챔버를 연결하며 유체가 이송되는 채널, 및 채널을 개폐하여 상부 챔버와 하부 챔버를 선택적으로 연통하는 밸브를 포함할 수 있다.
하부 챔버는 밸브를 기준으로 상부 챔버의 유체에 원심력이 작용하는 방향과 반대 방향으로 배치될 수 있다.
채널은, 상부 챔버의 하단부와 설정 각도로 배치되고 상부 챔버와 밸브를 연결하는 제1 상부 유로, 및 하부 챔버의 하단부에 배치되고 하부 챔버와 밸브를 연결하는 제1 하부 유로를 포함할 수 있다.
제1 상부 유로는 상부 챔버의 하단부에 대하여 수직으로 배치될 수 있다.
제1 하부 유로는 하부 챔버의 하단부와 수평 방향으로 배치될 수 있다.
채널은, 상부 챔버의 일단부에 배치되고 상부 챔버의 하단부로부터 수직 하방으로 배치되는 제2 상부 유로, 제2 상부 유로의 하단부에 배치되고 제2 상부 유로와 밸브를 연결하는 연결 유로, 및 하부 챔버의 하단부에 배치되고 하부 챔버와 밸브를 연결하는 제2 하부 유로를 포함할 수 있다.
제2 하부 유로는 하부 챔버의 하단부와 수평 방향으로 배치될 수 있다.
밸브는 플랫폼의 길이 방향 중앙부에 배치되거나, 상부 챔버의 유체에 원심력이 작용하는 방향으로 배치될 수 있다.
채널은, 상부 챔버의 하단부로부터 수직 하방으로 배치되는 제3 상부 유로, 및 제3 상부 유로의 하단부에 배치되고 하부 챔버와 밸브를 연결하는 제3 하부 유로를 포함할 수 있다.
제3 하부 유로는 하부 챔버의 하단부와 수평 방향으로 배치될 수 있다.
밸브는 하부 챔버의 하단부에 대하여 수직 방향으로 배치될 수 있다.
밸브는 플랫폼의 길이 방향 중앙부에 배치되거나, 상부 챔버의 유체에 원심력이 작용하는 방향으로 배치될 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 랩온어디스크를 작동하는 도중 회전을 통한 유체 이동 및 정지된 상태에서 중력을 이용하여 유체의 회전 시 발생되는 원심력 반대 방향으로 이동시킬 수 있으므로, 랩온어디스크의 내부 공간을 효율적으로 사용하여 챔버들을 설계할 수 있다.
또한, 랩온어디스크를 적게 회전시켜야 하는 자동화 장치의 유체 제어에 필수적으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 미세 유동 장치의 기본적인 개념을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2은 도 1의 A'-A 절개 일부 사시도이다.
도 3은 도 1의 A'-A선 일부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유동 장치의 개략적인 구성도로서, 제1 밸브가 닫힌 상태를 나타낸 도면이다.
도 5(a), 도 5(b), 도5 (c)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유동 장치의 개략적인 구성도로서, 제1 밸브가 열린 상태의 각 단계를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세 유동 장치의 개략적인 구성도로서, 제2 밸브가 닫힌 상태를 나타낸 도면이다.
도 7(a), 도 7(b), 도 7(c)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세 유동 장치의 개략적인 구성도로서, 제2 밸브가 열린 상태의 각 단계를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세 유동 장치의 개략적인 구성도이다.
도 9(a), 도 9(b), 도 9(c)는 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세 유동 장치의 개략적인 구성도로서, 제3 밸브가 열린 상태의 각 단계를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 미세 유동 장치의 기본적인 개념을 설명하기 위한 개략적인 평면도이며, 도 2은 도 1의 A'-A 절개 일부 사시도이고, 도 3은 도 1의 A'-A선 일부 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 위한 미세 유동 장치는, 상부 챔버(101A)와 하부 챔버(201A)간 계단식의 층 구조를 적용하여 유체의 회전 없이도 중력을 이용하여 유체를 원심력이 작용하는 방향과 반대 방향(구심력이 작용하는 방향)으로 이동시킬 수 있는 장치이다.
즉, 미세 유동 장치는 중력을 이용하여 유체의 회전 없이도 원통형의 플랫폼(10A)의 외측면에서 플랫폼(10A)의 중앙부 방향으로 이동시킬 수 있다.
플랫폼(10A)에는 수평 기준선(도 3의 X-X선)에 대하여 중력 방향(도 3의 Y 방향)을 따라 위쪽에는 상부 기판(11A)이 배치되고, 수평 기준선(도 3의 X-X선)에 대하여 중력 방향(도 3의 Y 방향)을 따라 아래쪽에는 하부 기판(13A)이 배치될 수 있다.
상부 기판(11A)의 하부에는 수평 기준선(도 3의 X-X선)의 위쪽에 배치되는 상부 챔버(101A)가 배치될 수 있다.
또한, 하부 기판(13A)의 상부에는 수평 기준선(도 3의 X-X선)의 아래쪽에 배치되어 상부 챔버(101A)와 단차를 두고 층 구조를 이루는 하부 챔버(201A)가 배치될 수 있다.
상부 챔버(101A)와 하부 챔버(201A)는 연결 채널(301A)에 의하여 연결되며, 연결 채널(301A)은 상부 챔버(101A)와 하부 챔버(201A)간 유체를 이송할 수 있다.
또한, 연결 채널(301A)은 개폐 밸브(401A)에 의하여 개폐되며, 개폐 밸브(401A)는 상부 챔버(101A)와 하부 챔버(201A)를 선택적으로 연통할 수 있다.
여기서, 수평 기준선(X-X선)은 상부 기판(11A)의 상단면 또는 하부 기판(13A)의 하단면을 이루는 직선과 평행한 직선이며, 플랫폼(10A)의 높이(H) 방향(도 3의 Y 방향) 중앙부에 위치한 직선일 수 있다.
중력 방향이란 유체에 중력이 작용하는 방향으로 도 3에서 Y 방향, 즉 플랫폼(10A)의 상단면으로부터 하단면을 가리키는 방향일 수 있다.
하부 챔버(201A)는 상부 챔버(101A)의 하부, 즉 중력 방향(도 3의 Y 방향)을 따라 수평 기준선(도 3의 X-X선)의 아래쪽에 배치되어 단차를 갖는 계단식 층 구조를 이루게 된다.
하부 챔버(201A)의 유체 수용 공간은 적어도 상부 챔버(101A)의 유체 수용 공간보다 큰 용적을 갖거나 동일한 용적을 가질 수 있다.
하부 챔버(201A)는 개폐 밸브(401A)를 기준으로 상부 챔버(101A)의 유체에 원심력(Fc)이 작용하는 방향(도 3의 화살표 방향)과 반대 방향으로 배치될 수 있다.
여기서, 유체에 원심력(Fc)이 작용하는 방향이란, 플랫폼(10A)을 회전시킨 경우를 가정하여 상부 챔버(101A)의 유체에 원심력이 작용하는 방향을 지시하는 것으로, 이하의 설명에서도 동일하게 적용될 수 있다.
연결 채널(301A)은 상부 챔버(101A)의 바닥면에 수직 하방으로 배치되는 수직 유로(311A)와, 하부 챔버(201A)의 바닥면에 수평으로 배치되고 수직 유로(311A)와 연통되는 수평 유로(321A)를 포함할 수 있다.
그리고, 개폐 밸브(401)를 닫힌(closed) 상태에서 오픈(open) 상태로 제어하면, 상부 챔버(101A)에 저장된 유체는 중력에 의하여 도 3의 하향 이동 화살표와 같이 수직 유로(311A)를 따라 자유 낙하한 후, 도 3의 수평 이동 화살표와 같이 수평 유로(321A)를 따라 하부 챔버(201A)로 이동된다.
따라서, 플랫폼(10A)을 회전시키지 않고도 상부 챔버(101A)의 유체를 상부 챔버(101A)의 유체에 원심력(Fc)이 작용하는 방향(도 3의 화살표 방향)과 반대 방향(구심력이 작용하는 방향), 즉 도 3의 수평 화살표 방향으로 이송할 수 있다.
여기서, 유체에 원심력(Fc)이 작용하는 방향과 구심력이 작용하는 방향은, 플랫폼(10A)을 회전시킨다고 가정한 경우의 방향이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유동 장치의 개략적인 구성도로서, 제1 밸브가 닫힌 상태를 나타낸 도면이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유동 장치는, 플랫폼(10), 제1 상부 챔버(101)와 제1 하부 챔버(201), 제1 채널(301), 및 제1 밸브(401)를 포함할 수 있다.
플랫폼(10)은 제1 수평 기준선(도 4의 X1-X1선)에 대하여 중력 방향(도 4의 Y 방향)을 따라 위쪽에 배치된 제1 기판(11)과, 제1 수평 기준선(도 4의 X1-X1선)에 대하여 중력 방향(도 4의 Y 방향)을 따라 아래쪽에 배치된 제2 기판(13)을 구비할 수 있다.
제1 기판(11)의 하부에는 제1 수평 기준선(도 4의 X1-X1선)의 위쪽에 배치되는 제1 상부 챔버(101)가 배치될 수 있다.
또한, 제2 기판(13)의 상부에는 제1 수평 기준선(도 4의 X1-X1선)의 아래쪽에 배치되어 제1 상부 챔버(101)와 층 구조를 이루는 제1 하부 챔버(201)가 배치될 수 있다.
제1 채널(301)은 제1 상부 챔버(101)와 제1 하부 챔버(201)를 연결하며 제1 상부 챔버(101)와 제1 하부 챔버(201)간 유체를 이송할 수 있다.
또한, 제1 밸브(401)는 제1 채널(301)을 개폐하여 제1 상부 챔버(101)와 제1 하부 챔버(201)를 선택적으로 연통할 수 있다.
여기서, 제1 수평 기준선(도 4의 X1-X1선)은 제1 기판(11)의 상단면 또는 제2 기판(13)의 하단면을 이루는 직선과 평행한 직선이며, 플랫폼(10)의 높이 방향(도 4의 Y 방향) 중앙부에 위치한 직선이거나, 제1 상부 챔버(101)의 하단부가 이루는 직선일 수 있다.
중력 방향이란 유체에 중력이 작용하는 방향으로 도 4에서 Y 방향, 즉 플랫폼(10)의 높이 방향을 가리킬 수 있다.
제1 기판(11)과 제2 기판(13)은 제1 상부 챔버(101)와 제1 하부 챔버(201)를 사이에 두고 서로 이격되어 배치된다.
제1 상부 챔버(101)의 바닥면은 도 4에 도시된 바와 같이 평면형으로 이루어 질 수 있으며, 제1 상부 챔버(101)에 저장된 유체가 제1 채널(301)쪽으로 용이하게 이송될 수 있도록 제1 상부 챔버(101)의 바닥면 외측면으로부터 제1 채널(301)과 연통되는 부위쪽으로 갈수록 제2 기판(13)의 상단면으로부터 높이가 점차 낮아지게 배치될 수 있다.
예를 들면, 제1 상부 챔버(101)의 바닥면과 제1 수평 기준선(도 4의 X1-X1선)이 이루는 각도는 0도 내지 90도 미만의 범위, 특히 10도 내지 60도 범위로 설정될 수 있다.
제1 하부 챔버(201)는 제1 상부 챔버(101)의 하부, 즉 중력 방향(도 4의 Y 방향)을 따라 제1 수평 기준선(도 4의 X1-X1선)의 아래쪽에 배치되어 층 구조를 이루게 된다.
제1 하부 챔버(201)의 유체 수용 공간은 적어도 제1 상부 챔버(101)의 유체 수용 공간보다 큰 용적을 갖거나 동일한 용적을 가질 수 있다.
제1 하부 챔버(201)는 제1 밸브(401)를 기준으로 상기 제1 상부 챔버(101)의 유체에 원심력(Fc)이 작용하는 방향(도 4의 화살표 방향)과 반대 방향으로 배치될 수 있다.
여기서, 유체에 원심력(Fc)이 작용하는 방향이란, 플랫폼(10)을 회전시킨 경우를 가정하여 제1 상부 챔버(101)의 유체에 원심력이 작용하는 방향을 지시하는 것으로, 이하의 설명에서도 동일하게 적용될 수 있다.
제1 채널(301)은, 제1 상부 챔버(101)의 하단부와 제1 설정 각도(θ1)로 배치되고, 제1 상부 챔버(101)와 제1 밸브(401)를 연결하는 제1 상부 유로(311), 및 제1 하부 챔버(201)의 하단부에 배치되고, 제1 하부 챔버(201)와 제1 밸브(401)를 연결하는 제1 하부 유로(321)를 포함할 수 있다.
플랫폼(10)은 원판 형상 등 여러 가지 형상으로 이루어질 수 있다.
플랫폼(10)은 제1 상부 챔버(101), 제1 하부 챔버(201), 및 제1 채널(301)을 형성하기 위하여, 제1 기판(11)과 제2 기판(13)을 부착하여 구성할 수 있다.
제1 기판(11)과 제2 기판(13)은 접착제를 이용한 접착, 초음파 융착, 레이저 융착 등 다양한 방법으로 접합되어 플랫폼(10)을 구성할 수 있다.
플랫폼(10)은 화학적 안정성 및 생물학적 안정성과, 광학적 투명성을 갖는 소재 등으로 이루어질 수 있다.
제1 설정 각도(θ1)는 제1 상부 유로(311)를 통과하는 유체에 중력이 작용할 수 있는 각도이면 어떠한 각도라도 무방하며, 다양한 각도로 설정될 수 있다. 예를 들면, 제1 설정 각도(θ1)는 10도 내지 170도, 바람직하게는 45도 내지 135도 범위로 형성될 수 있다.
제1 상부 유로(311)는 제1 상부 챔버(101)에 저장된 유체를 중력에 의해 용이하게 이송할 수 있도록 제1 상부 챔버(101)의 하단부에 대하여 중력 방향(도 4의 Y 방향)으로 배치하여 제1 설정 각도(θ1)를 90도로 설정할 수 있다.
제1 상부 유로(311)는 제1 하부 챔버(201)에 이송되는 유체의 수용 공간을 최대한 확보할 수 있도록 적어도 제1 수직 기준선(도 4의 Y1-Y1선)에 배치되거나, 제1 수직 기준선(도 4의 Y1-Y1선)에 대하여 일측 방향(도 4의 X 방향), 즉 유체에 원심력(Fc)이 작용하는 방향으로 배치될 수 있다.
여기서, 제1 수직 기준선(도 4의 Y1-Y1선)은 제1 기판(11)의 상단면 또는 제2 기판(13)의 하단면에 대하여 수직을 이루는 직선이며, 플랫폼(10)의 길이 방향(도 4의 X 방향) 중앙부에 위치한 직선이다.
또한, 제1 하부 유로(321)는 제1 밸브(401)를 통과한 유체가 제1 하부 챔버(201)로 용이하게 이송될 수 있도록 제1 하부 챔버(201)의 하단부와 수평 방향(도 4의 X 방향)으로 배치될 수 있다.
제1 밸브(401)는 제1 채널(301)을 개폐할 수 있는 것이면, 어떠한 방식의 밸브 구조라도 무방하다.
제1 밸브(401)는 제1 상부 유로(311)를 통해 제1 상부 챔버(101)와 연통되므로, 제1 상부 챔버(101)에 저장된 유체는 중력에 의해 제1 상부 유로(311)를 통해 중력 방향(도 4의 Y 방향) 하부에 위치한 제1 밸브(401)로 이송될 수 있다.
또한, 제1 밸브(401)는 제1 하부 유로(321)를 통해 제1 하부 챔버(201)와 연통되므로, 제1 밸브(401)를 통과하는 유체는 제1 상부 유로(311)를 통해 중력 방향 하부로 자유 낙하하는 힘에 의하여 제1 하부 유로(321)를 통해 제1 하부 챔버(201)로 이송될 수 있다.
이하에서, 도 4 및 도 5(a), (b), (c)를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유동 장치의 작동에 대해서 설명한다.
먼저, 제1 밸브(401)가 닫힌(closed) 상태에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 상부 챔버(101)에 유체가 저장되어 있다.
이때, 제1 상부 챔버(101)와 제1 밸브(401) 사이에 연결된 제1 채널(301)의 제1 상부 유로(311)에는 유체가 채워져 있게 된다.
이러한 상태에서, 제1 상부 챔버(101)의 유체를 제1 하부 챔버(201)로 이송하기 위하여 도 5(a)에 도시된 바와 같이 제1 밸브(401)를 오픈(open)하게 되면, 제1 상부 유로(311)와 제1 하부 유로(321)가 연통하게 된다.
이에 따라, 제1 상부 챔버(101)의 유체는 중력에 의하여 자유 낙하하여 제1 수평 기준선(도 4의 X1-X1선)을 기준으로 중력 하방으로 이송되어 제1 상부 유로(311) 및 제1 밸브(401)를 통과한 후 제1 하부 유로(321)에 이송된다.
제1 하부 유로(321)에 이송된 유체는 제1 하부 챔버(201)의 바닥면부터 채워지게 된다.
그리고, 제1 하부 유로(321)를 통하여 계속하여 유체가 이송됨에 따라, 제1 하부 챔버(201)에는 도 5(b) 및 도 5(c)에 도시된 바와 같이 순차적으로 유체가 채워지게 된다.
이와 같이, 제1 하부 챔버(201)에 유체가 완전히 채워지게 되면, 제1 밸브(401)를 닫아(closed) 주면 된다.
이에 따라, 제1 상부 챔버(101)의 유체를 중력과 제1 밸브(401)를 이용하여 제1 하부 챔버(201)에 이송할 수 있다.
따라서, 플랫폼(10)을 회전시키지 않고도 제1 상부 챔버(101)의 유체를 제1 상부 챔버(101)의 유체에 원심력(Fc)이 작용하는 방향(도 4의 화살표 방향)과 반대 방향으로 이송할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세 유동 장치의 개략적인 구성도로서, 제2 밸브가 닫힌 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 미세 유동 장치는 하기에서 특별히 설명하는 사항 이외에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유동 장치에서 설명한 사항과 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세 유동 장치는, 플랫폼(10), 제2 상부 챔버(102)와 제2 하부 챔버(202), 제2 채널(302), 및 제2 밸브(402)를 포함할 수 있다.
제1 기판(11)의 하부에는 제2 수평 기준선(도 6의 X2-X2선)의 위쪽에 배치되는 제2 상부 챔버(102)가 배치될 수 있다.
또한, 제2 기판(13)의 상부에는 제2 수평 기준선(도 6의 X2-X2선)의 아래쪽에 배치되어 제2 상부 챔버(102)와 층 구조를 이루는 제2 하부 챔버(202)가 배치될 수 있다.
제2 채널(302)은 제2 상부 챔버(102)와 제2 하부 챔버(202)를 연결하며 제2 상부 챔버(102)와 제2 하부 챔버(202)간 유체를 이송할 수 있다.
제2 밸브(402)는 제2 채널(302)을 개폐하여 제2 상부 챔버(102)와 제2 하부 챔버(202)를 선택적으로 연통할 수 있다.
여기서, 제2 수평 기준선(도 6의 X2-X2선)은 제1 기판(11)의 상단면 또는 제2 기판(13)의 하단면을 이루는 직선과 평행한 직선이며, 플랫폼(10)의 높이 방향(도 6의 Y 방향) 중앙부에 위치한 직선이거나, 제2 상부 챔버(102)의 하단부가 이루는 직선일 수 있다.
제2 채널(302)은, 제2 상부 챔버(102)의 하단부와 제2 설정 각도(θ2)로 배치되는 제2 상부 유로(312)와, 제2 상부 유로(312)의 하단부에 배치되고 제2 상부 유로(312)와 제2 밸브(402)를 연결하는 연결 유로(3122)를 포함할 수 있다.
제2 설정 각도(θ2)는 제2 상부 유로(312)를 통과하는 유체에 중력이 작용할 수 있는 각도이면 어떠한 각도라도 무방하며, 다양한 각도로 설정될 수 있다. 예를 들면, 제2 설정 각도(θ2)는 10도 내지 170도, 바람직하게는 45도 내지 135도 범위로 형성될 수 있다.
제2 상부 유로(312)는 제2 상부 챔버(102)에 저장된 유체를 중력에 의해 용이하게 이송할 수 있도록 제2 상부 챔버(102)의 하단부에 대하여 중력 방향(도 6의 Y 방향)으로 배치하여 제2 설정 각도(θ2)를 90도로 설정할 수 있다.
또한, 제2 채널(302)은, 제2 하부 챔버(202)의 하단부에 배치되고, 제2 하부 챔버(202)와 제2 밸브(402)를 연결하는 제2 하부 유로(322)를 포함할 수 있다.
연결 유로(3122)는 제2 상부 유로(312)를 통과하는 유체를 중력에 의해 용이하게 제2 밸브(402)로 이송할 수 있도록 제2 하부 챔버(202)의 하단부와 수평 방향(도 6의 X 방향)으로 배치될 수 있다.
제2 상부 유로(312)와 연결 유로(3122)의 연결부에는 유체의 용이한 이송을 위하여 설정된 크기의 곡률을 갖는 곡면부(미도시)가 구비될 수 있다.
제2 밸브(402)는 제2 상부 유로(312)를 통해 제2 상부 챔버(102)와 연통되므로, 제2 상부 챔버(102)에 저장된 유체는 중력에 의해 제2 상부 유로(312)를 통해 중력 방향(도 6의 Y 방향) 하부에 위치한 연결 유로(3122)로 이송될 수 있다.
또한, 연결 유로(3122)로 이송된 유체는 제2 밸브(402)로 이송된다.
그리고, 제2 밸브(402)는 제2 하부 유로(322)를 통해 제2 하부 챔버(202)와 연통되므로, 제2 밸브(402)를 통과한 유체는 제2 상부 유로(312)를 통해 중력 방향 하부로 자유 낙하하는 힘에 의하여 제2 하부 유로(322)를 통해 제2 하부 챔버(202)로 이송될 수 있다.
또한, 제2 밸브(402)는 제2 하부 챔버(202)의 유체 수용 공간을 최대한 확보할 수 있도록 제2 수직 기준선(도 6의 Y2-Y2선)에 배치되거나, 제2 수직 기준선에 대하여 일측 방향(도 6의 X 방향), 즉 제2 상부 챔버(102)의 유체에 원심력(Fc)이 작용하는 방향으로 배치될 수 있다.
여기서, 제2 수직 기준선(도 6의 Y2-Y2선)은 제1 기판(11)의 상단면 또는 제2 기판(13)의 하단면에 대하여 수직을 이루는 직선이며, 플랫폼(10)의 길이 방향(도 6의 X 방향) 중앙부에 위치한 직선이다.
이하에서, 도 6 및 도 7(a), (b), (c)를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세 유동 장치의 작동에 대해서 설명한다.
먼저, 제2 밸브(402)가 닫힌(closed) 상태에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 상부 챔버(102)에 유체가 저장되어 있다.
이때, 제2 상부 챔버(102)와 제2 밸브(402) 사이에 연결된 제2 채널(302)의 제2 상부 유로(312) 및 연결 유로(3122)에는 유체가 채워져 있게 된다.
이러한 상태에서, 제2 상부 챔버(102)의 유체를 제2 하부 챔버(202)로 이송하기 위하여 도 7(a)에 도시된 바와 같이 제2 밸브(402)를 오픈(open)하게 되면, 연결 유로(3122)와 제2 하부 유로(322)가 연통하게 된다.
이에 따라, 제2 상부 챔버(102)의 유체는 중력에 의하여 자유 낙하하여 제2 수평 기준선(도 6의 X2-X2선)을 기준으로 중력 하방으로 이송되어 제2 상부 유로(312), 연결 유로(3122), 및 제2 밸브(402)를 통과한 후 제2 하부 유로(322)에 이송된다.
제2 하부 유로(322)에 이송된 유체는 제2 하부 챔버(202)의 바닥면부터 채워지게 된다.
그리고, 제2 하부 유로(322)를 통하여 계속하여 유체가 이송됨에 따라, 제2 하부 챔버(202)에는 도 7(b) 및 도 7(c)에 도시된 바와 같이 순차적으로 유체가 채워지게 된다.
이와 같이, 제2 하부 챔버(202)에 유체가 완전히 채워지게 되면, 제2 밸브(402)를 닫아(closed) 주면 된다.
이에 따라, 제2 상부 챔버(102)의 유체를 중력과 제2 밸브(402)를 이용하여 제2 하부 챔버(202)에 이송할 수 있다.
따라서, 플랫폼(10)을 회전시키지 않고도 제2 상부 챔버(102)의 유체를 제2 상부 챔버(102)와 원심력(Fc)이 작용하는 방향(도 6의 화살표 방향)과 반대 방향으로 이송할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세 유동 장치의 개략적인 구성도로서, 제2 밸브가 닫힌 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 미세 유동 장치는 하기에서 특별히 설명하는 사항 이외에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유동 장치에서 설명한 사항과 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세 유동 장치는, 플랫폼(10), 제3 상부 챔버(103)와 제3 하부 챔버(203), 제3 채널(303), 및 제3 밸브(403)를 포함할 수 있다.
제1 기판(11)의 하부에는 제3 수평 기준선(도 8의 X3-X3선)의 위쪽에 배치되는 제3 상부 챔버(103)가 배치될 수 있다.
또한, 제2 기판(13)의 상부에는 제3 수평 기준선(도 8의 X3-X3선)의 아래쪽에 배치되어 제3 상부 챔버(103)와 층 구조를 이루는 제3 하부 챔버(203)가 배치될 수 있다.
제3 채널(303)은 제3 상부 챔버(103)와 제3 하부 챔버(203)를 연결하며 제3 상부 챔버(103)와 제3 하부 챔버(203)간 유체를 이송할 수 있다.
제3 채널(303)의 일단부에는 제3 채널(303)을 개폐하여 제3 상부 챔버(103)와 제3 하부 챔버(203)를 선택적으로 연통하는 제3 밸브(403)가 설치될 수 있다.
여기서, 제3 수평 기준선(도 8의 X3-X3선)은 제1 기판(11)의 상단면 또는 제2 기판(13)의 하단면을 이루는 직선과 평행한 직선이며, 플랫폼(10)의 높이 방향(도 8의 Y 방향)을 따라 위치하되, 플랫폼(10)의 높이 방향 중앙부에 위치하거나 제3 상부 챔버(103)의 하단부가 이루는 직선일 수 있다.
제3 하부 챔버(203)는 제3 상부 챔버(103)의 유체 수용 공간과 동일한 용적 또는 큰 용적을 가질 수 있다.
제3 채널(303)은, 제3 상부 챔버(103)의 하단부와 제3 설정 각도(θ3)로 배치되는 제3 상부 유로(313), 및 제3 상부 유로(313)의 하단부에 배치되고 제3 상부 유로(313)와 제3 밸브(403)를 연결하는 제3 하부 유로(323)를 포함할 수 있다.
제3 설정 각도(θ3)는 제3 상부 유로(313)를 통과하는 유체에 중력이 작용할 수 있는 각도이면 어떠한 각도라도 무방하며, 다양한 각도로 설정될 수 있다. 예를 들면, 제3 설정 각도(θ3)는 10도 내지 170도, 바람직하게는 45도 내지 135도 범위로 형성될 수 있다.
제3 상부 유로(313)는 제3 상부 챔버(103)에 저장된 유체를 중력에 의해 용이하게 이송할 수 있도록 제3 상부 챔버(103)의 하단부에 대하여 중력 방향(도 8의 Y 방향)으로 배치하여 제3 설정 각도(θ3)를 90도로 설정할 수 있다.
제3 하부 유로(323)는 제3 상부 유로(313)를 통과하는 유체를 중력에 의해 용이하게 제3 밸브(403)로 이송할 수 있도록 제3 하부 챔버(203)의 하단부와 수평 방향(도 8의 X 방향)으로 배치될 수 있다.
제3 상부 유로(313)와 제3 하부 유로(323)의 연결부에는 유체의 용이한 이송을 위하여 설정된 크기의 곡률을 갖는 곡면 유로(325)가 구비될 수 있다.
제3 밸브(403)는 제3 하부 유로(323)의 일단부에 배치될 수 있다.
또한, 제3 밸브(403)는 제3 채널(303)을 통한 유체 이송의 용이한 제어를 위하여 제3 하부 챔버(203)의 하단부에 대하여 수직 방향(도 8의 Y 방향)으로 배치될 수 있다.
제3 밸브(403)는 제3 채널(303)을 통한 유체 이송의 보다 용이한 제어를 위하여 제3 수직 기준선(도 8의 Y3-Y3선)에 배치되거나, 제3 수직 기준선(도 8의 Y3-Y3선)에 대하여 일측 방향(도 8의 X 방향) 또는 그 반대 방향으로 배치될 수 있다.
여기서, 제3 수직 기준선(도 8의 Y3-Y3선)은 제1 기판(11)의 상단면 또는 제2 기판(13)의 하단면에 대하여 수직을 이루는 직선이며, 플랫폼(10)의 길이 방향(도 8의 X 방향) 중앙부에 위치한 직선이다.
제3 채널(303)은 제3 상부 챔버(103)로부터 제3 하부 챔버(203)로 유체의 용이한 이송을 위하여 제3 밸브(403)와 제3 하부 챔버(203)의 일단부 사이에 배치될 수 있다.
이하에서, 도 8 및 도 9(a), (b), (c)를 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세 유동 장치의 작동에 대해서 설명한다.
먼저, 제3 밸브(403)가 닫힌(closed) 상태에서는 도 8에 도시된 바와 같이, 제3 상부 챔버(103)에 유체가 저장되어 있다.
이때, 제3 상부 챔버(103)와 제3 밸브(403) 사이에 연결된 제3 채널(303)의 제3 상부 유로(313) 및 제3 하부 유로(323)에는 유체가 채워져 있게 된다.
이러한 상태에서, 제3 상부 챔버(103)의 유체를 제3 하부 챔버(203)로 이송하기 위하여 도 9(a)에 도시된 바와 같이 제3 밸브(403)를 오픈(open)하게 되면, 제3 하부 유로(323)와 제3 하부 챔버(203)가 연통하게 된다.
이에 따라, 제3 상부 챔버(103)의 유체는 중력에 의하여 자유 낙하하여 제3 수평 기준선(도 8의 X3-X3선)을 기준으로 중력 하방으로 이송되어 제3 상부 유로(313), 제3 하부 유로(323), 및 제3 밸브(403)를 통과한 후 제3 하부 챔버(203)에 이송되어, 제3 하부 챔버(203)의 바닥면부터 채워지게 된다.
그리고, 제3 하부 유로(323)를 통하여 계속하여 유체가 이송됨에 따라, 제3 하부 챔버(203)에는 도 9(b) 및 도 9(c)에 도시된 바와 같이 순차적으로 유체가 채워지게 된다.
이와 같이, 제3 하부 챔버(203)에 유체가 완전히 채워지게 되면, 제3 밸브(403)를 닫아(closed) 주면 된다.
이에 따라, 제3 상부 챔버(103)의 유체를 중력과 제3 밸브(403)를 이용하여 제3 하부 챔버(203)에 이송할 수 있다.
따라서, 플랫폼(10)을 회전시키지 않고도 제3 상부 챔버(103)의 유체를 제3 상부 챔버(103)와 원심력(Fc)이 작용하는 방향(도 8의 화살표 방향)과 반대 방향으로 이송할 수 있다.
즉, 제3 하부 챔버(203)에서 제3 수직 기준선(도 8의 Y3-Y3선)에 대하여 제3 상부 챔버(103)와 원심력(Fc)이 작용하는 방향(도 8의 화살표 방향)과 반대 방향에 위치한 공간으로 유체가 이송될 수 있다.
본 개시를 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
10: 플랫폼 11: 제1 기판
13: 제2 기판 101: 제1 상부 챔버
201: 제1 하부 챔버 301: 제1 채널
401: 제1 밸브

Claims (12)

  1. 수평 기준선에 대하여 중력 방향을 따라 위쪽과 아래쪽에 이격되어 배치된 제1 기판과, 제2 기판을 갖는 플랫폼,
    상기 제1 기판의 하부에 배치되고, 수평 기준선의 위쪽에 배치되는 상부 챔버,
    상기 제2 기판의 상부에 배치되고, 수평 기준선의 아래쪽에 각각 배치되어 상기 상부 챔버와 층 구조를 이루는 하부 챔버
    상기 상부 챔버와 상기 하부 챔버를 연결하며 유체가 이송되는 채널, 및
    상기 채널을 개폐하여 상기 상부 챔버와 상기 하부 챔버를 선택적으로 연통하는 밸브
    를 포함하고,
    상기 하부 챔버는 상기 밸브를 기준으로 상기 상부 챔버의 유체에 원심력이 작용하는 방향과 반대 방향으로 배치되고,
    상기 채널은,
    상기 상부 챔버의 하단부와 제1 설정 각도로 배치되고, 상기 상부 챔버와 상기 밸브를 연결하는 제1 상부 유로, 및
    상기 하부 챔버의 하단부에 배치되고, 상기 하부 챔버와 상기 밸브를 연결하는 제1 하부 유로를 포함하는 미세 유동 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 상부 유로는 상기 상부 챔버의 하단부에 대하여 수직으로 배치되는 배치되는 미세 유동 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 하부 유로는 상기 하부 챔버의 하단부와 수평 방향으로 배치되는 미세 유동 장치.
  6. 수평 기준선에 대하여 중력 방향을 따라 위쪽과 아래쪽에 이격되어 배치된 제1 기판과, 제2 기판을 갖는 플랫폼,
    상기 제1 기판의 하부에 배치되고, 수평 기준선의 위쪽에 배치되는 상부 챔버,
    상기 제2 기판의 상부에 배치되고, 수평 기준선의 아래쪽에 각각 배치되어 상기 상부 챔버와 층 구조를 이루는 하부 챔버
    상기 상부 챔버와 상기 하부 챔버를 연결하며 유체가 이송되는 채널, 및
    상기 채널을 개폐하여 상기 상부 챔버와 상기 하부 챔버를 선택적으로 연통하는 밸브
    를 포함하고,
    상기 채널은,
    상기 상부 챔버의 하단부와 제2 설정 각도로 배치되는 제2 상부 유로,
    상기 제2 상부 유로의 하단부에 배치되고, 상기 제2 상부 유로와 상기 밸브를 연결하는 연결 유로, 및
    상기 하부 챔버의 하단부에 배치되고, 상기 하부 챔버와 상기 밸브를 연결하는 제2 하부 유로를 포함하는 미세 유동 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연결 유로는 상기 하부 챔버의 하단부와 수평 방향으로 배치되는 미세 유동 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 밸브는 상기 플랫폼의 길이 방향 중앙부에 배치되거나, 상기 상부 챔버의 유체에 원심력이 작용하는 방향으로 배치되는 미세 유동 장치.
  9. 수평 기준선에 대하여 중력 방향을 따라 위쪽과 아래쪽에 이격되어 배치된 제1 기판과, 제2 기판을 갖는 플랫폼,
    상기 제1 기판의 하부에 배치되고, 수평 기준선의 위쪽에 배치되는 상부 챔버,
    상기 제2 기판의 상부에 배치되고, 수평 기준선의 아래쪽에 각각 배치되어 상기 상부 챔버와 층 구조를 이루는 하부 챔버
    상기 상부 챔버와 상기 하부 챔버를 연결하며 유체가 이송되는 채널, 및
    상기 채널을 개폐하여 상기 상부 챔버와 상기 하부 챔버를 선택적으로 연통하는 밸브
    를 포함하고,
    상기 채널은,
    상기 상부 챔버의 하단부와 제3 설정 각도로 배치되는 배치되는 제3 상부 유로, 및
    상기 제3 상부 유로의 하단부에 배치되고, 상기 제3 상부 유로와 상기 밸브를 연결하는 제3 하부 유로를 포함하는 미세 유동 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 하부 유로는 상기 하부 챔버의 하단부와 수평 방향으로 배치되는 미세 유동 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 밸브는 상기 하부 챔버의 하단부에 대하여 수직 방향으로 배치되는 미세 유동 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 밸브는 상기 플랫폼의 길이 방향 중앙부에 배치되거나, 상기 상부 챔버의 유체에 원심력이 작용하는 방향으로 배치되는 미세 유동 장치.
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