KR102591957B1 - Microfluidic device including fibrous microfluidic channel, manufacturing method thereof, and manufacturing method of microdroplets - Google Patents

Microfluidic device including fibrous microfluidic channel, manufacturing method thereof, and manufacturing method of microdroplets Download PDF

Info

Publication number
KR102591957B1
KR102591957B1 KR1020210079173A KR20210079173A KR102591957B1 KR 102591957 B1 KR102591957 B1 KR 102591957B1 KR 1020210079173 A KR1020210079173 A KR 1020210079173A KR 20210079173 A KR20210079173 A KR 20210079173A KR 102591957 B1 KR102591957 B1 KR 102591957B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
fibrous
microfluidic
microfluidic device
flow path
Prior art date
Application number
KR1020210079173A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20220169135A (en
Inventor
최성욱
안국영
최인성
Original Assignee
가톨릭대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가톨릭대학교 산학협력단 filed Critical 가톨릭대학교 산학협력단
Priority to KR1020210079173A priority Critical patent/KR102591957B1/en
Publication of KR20220169135A publication Critical patent/KR20220169135A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102591957B1 publication Critical patent/KR102591957B1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502769Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
    • B01L3/502784Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00Products made by additive manufacturing
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007Electro-spinning
    • D01D5/0015Electro-spinning characterised by the initial state of the material
    • D01D5/003Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/12Specific details about manufacturing devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887Laminated structure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/12Specific details about materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Abstract

본 발명은 상하로 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층의 순서로 적층된 구조로, 상기 제 1 층은 유상 물질이 주입되는 제 1 주입구; 수상 물질이 주입되는 제 2 주입구; 및 미세 액적(microdroplet)을 배출하는 배출구;를 포함하고, 상기 제 2 층은 섬유형 미세유체채널을 포함하고, 상기 제 3 층은 상기 제 2 층을 지지하는 층이고, 상기 섬유형 미세유체채널은 상기 유상 물질과 수상 물질이 유입되어 미세 액적을 형성하는 채널인, 미세유체장치, 이의 제조방법 및 미세 액적의 제조방법에 관한 것이다.The present invention has a structure in which a first layer, a second layer, and a third layer are stacked top and bottom in that order, wherein the first layer includes a first injection port through which an oily material is injected; a second injection port through which an aqueous substance is injected; and an outlet for discharging microdroplets, wherein the second layer includes a fibrous microfluidic channel, and the third layer is a layer supporting the second layer, and the fibrous microfluidic channel It relates to a microfluidic device, which is a channel through which the oil-phase material and the aqueous-phase material flow to form micro-droplets, a method of manufacturing the same, and a method of manufacturing micro-droplets.

Description

섬유형 미세유체채널을 포함하는 미세유체장치, 이의 제조방법 및 미세 액적의 제조방법{MICROFLUIDIC DEVICE INCLUDING FIBROUS MICROFLUIDIC CHANNEL, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND MANUFACTURING METHOD OF MICRODROPLETS}Microfluidic device including a fibrous microfluidic channel, a manufacturing method thereof, and a manufacturing method of microdroplets

본 발명은 미세유체장치, 이의 제조방법 및 미세 액적의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 섬유형 미세유체채널을 포함하는 미세유체장치, 이의 제조방법 및 미세 액적의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microfluidic device, a method of manufacturing the same, and a method of manufacturing microdroplets. Specifically, it relates to a microfluidic device including a fibrous microfluidic channel, a method of manufacturing the same, and a method of manufacturing microdroplets.

미세유체장치는 분석을 위한 플랫폼으로 시약을 적게 소비하면서, 휴대성과 편리성 및 높은 민감도로 바이러스나 종양세포의 검출, 바이오센서, 단백질 결정화, 물질 합성, 샘플 주입 및 고분자 마이크로 입자 생산 등의 다양한 실험을 구현할 수 있는 장점을 가지고 있다. 특히, 미세유체장치를 통하여 단분산형 에멀젼 및 마이크로 크기의 입자 등을 제어하면서 다양한 방식으로 두가지의 혼합 불가능한 액체상을 균일한 방울로 생성할 수 있다는 점에서, 상기 미세유체장치는 마이크로미터 크기의 균일한 비드를 필요로 하는 화장품, 코팅, 약물 전달 및 조직 공학 등의 다양한 응용 분야에서 주목받고 있다.Microfluidic devices are a platform for analysis, consuming less reagents, and are portable, convenient, and highly sensitive for various experiments such as detection of viruses or tumor cells, biosensors, protein crystallization, material synthesis, sample injection, and production of polymer microparticles. It has the advantage of being able to implement . In particular, the microfluidic device can generate uniform droplets of two immiscible liquid phases in various ways while controlling monodisperse emulsions and micro-sized particles, and the microfluidic device can produce uniform droplets of micrometer size. It is attracting attention in various application fields that require single beads, such as cosmetics, coatings, drug delivery, and tissue engineering.

상기 미세유체장치는 일반적으로 3D 프린팅(3D Printing), 소프트 리소그래피(Soft Lithography) 및 미세 모세관 어셈블리를 통해서 제작된다. The microfluidic device is generally manufactured through 3D printing, soft lithography, and microcapillary assembly.

3D 프린팅은 공정이 쉽고 간단할 뿐만 아니라 비용이 적게 드는 장점을 갖지만, 100μm 이하의 직경을 포함하는 마이크로 채널을 제작하기 어려운 점에서 상대적으로 입자크기가 큰 미세 액적을 생성할 수 밖에 없는 한계점을 갖는다. 반면, 소프트 리소그래피는 포토레지스트(Photoresist) 기판 상에 자외선으로 원하는 기하학적 패턴을 형성하는 방법으로 정밀한 나노 사이즈나 마이크로 사이즈의 채널을 생성하여 높은 재현성과 정밀도로 보다 작은 액적을 제조할 수 있는 장점이 있지만, 공정이 상대적으로 복잡하고 공정에 필요한 고가의 장비로 인하여 공정 운영에 제한적 요소가 존재하였다. 또한 상기의 기존 방법으로 제조된 단일 채널을 갖는 미세유체장치를 사용하여 에멀젼과 같은 미세 액적을 제조하는 경우에는, 대량생산이 어려워 생산성이 낮다는 한계점이 존재하였다.3D printing has the advantage of being an easy and simple process and low cost, but it has the limitation of producing micro droplets with relatively large particle sizes because it is difficult to fabricate micro channels with a diameter of 100 μm or less. . On the other hand, soft lithography has the advantage of producing smaller droplets with high reproducibility and precision by creating precise nano- or micro-sized channels by forming a desired geometric pattern with ultraviolet rays on a photoresist substrate. , the process was relatively complex and there were limitations to process operation due to the expensive equipment required for the process. In addition, when producing micro-droplets such as emulsions using a microfluidic device having a single channel manufactured using the existing method described above, there was a limitation in that mass production was difficult and productivity was low.

대한민국 공개특허공보 제10-2021-0031217호 “미세 액적 기반 미세유체칩 및 이의 용도”Republic of Korea Patent Publication No. 10-2021-0031217 “Microdroplet-based microfluidic chip and its uses”

(논문 1) Attoliter protein nanogels from droplet nanofluidics for intracellular delivery, Science Advances  07 Feb 2020: Vol. 6, no. 6, eaay7952(DOI: 10.1126/sciadv.aay7952)(Paper 1) Attoliter protein nanogels from droplet nanofluidics for intracellular delivery, Science Advances  07 Feb 2020: Vol. 6, no. 6, eaay7952 (DOI: 10.1126/sciadv.aay7952)

본 발명자들은 상기 문제를 해결하기 위하여, 제한적인 면적 내 다수의 섬유형 미세유체채널을 포함하는 미세유체장치를 적용하여, 쉽게 섞이기 어려운 유상 물질과 수상 물질이 만나 다양한 입자 크기의 에멀젼과 같은 미세 액적을 대량으로 생산할 수 있는, 미세유체장치와 이의 제조방법 및 미세 액적의 제조방법을 제공하고자 한다.In order to solve the above problem, the present inventors applied a microfluidic device containing a large number of fiber-type microfluidic channels within a limited area, where oily substances and aqueous substances that are difficult to mix easily meet to form microfluidic substances such as emulsions of various particle sizes. The aim is to provide a microfluidic device capable of producing droplets in large quantities, a manufacturing method thereof, and a method for manufacturing microdroplets.

본 발명의 제 1 측면에 따르면, According to the first aspect of the present invention,

상하로 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층의 순서로 적층된 구조로, 상기 제 1 층은 유상 물질이 주입되는 제 1 주입구; 수상 물질이 주입되는 제 2 주입구; 및 미세 액적(microdroplet)을 배출하는 배출구;를 포함하고, 상기 제 2 층은 섬유형 미세유체채널을 포함하고, 상기 제 3 층은 상기 제 2 층을 지지하는 층이고, 상기 섬유형 미세유체채널은 상기 유상 물질과 수상 물질이 유입되어 미세 액적을 형성하는 채널인, 미세유체장치를 제공한다.It has a structure in which a first layer, a second layer, and a third layer are stacked top and bottom in that order, wherein the first layer includes a first injection port through which an oily material is injected; a second injection port through which an aqueous substance is injected; and an outlet for discharging microdroplets, wherein the second layer includes a fibrous microfluidic channel, and the third layer is a layer supporting the second layer, and the fibrous microfluidic channel Provides a microfluidic device, which is a channel through which the oil phase material and the water phase material flow to form micro droplets.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 섬유형 미세유체채널은 마이크로섬유형 채널, 나노섬유형 채널 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the fiber-type microfluidic channel may include one selected from the group consisting of microfiber-type channels, nanofiber-type channels, and combinations thereof.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 제 1 층은 유상 물질이 이동하는 제 1 유로; 및 수상 물질이 이동하는 제 2 유로;를 더 포함하고, 상기 제 1 유로 및 제 2 유로의 각 배출부는 유상 물질과 수상 물질이 만나는 접합영역에 위치할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first layer includes a first flow path through which an oily substance moves; and a second flow path through which the aqueous material moves, wherein each discharge portion of the first flow path and the second flow path may be located in a junction area where the oily material and the aqueous material meet.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 제 1 층은 미세 액적이 이동하기 위하여 배출구까지 연결된 제 3 유로를 더 포함하고, 상기 제 3 유로의 유입부는 상기 제 2 층의 미세유체채널의 위치에 대응하여 위치할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first layer further includes a third flow path connected to the outlet for movement of microdroplets, and the inlet of the third flow path corresponds to the position of the microfluidic channel of the second layer. It can be located as follows.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 제 2 층은 상기 제 1 유로 및 제 2 유로를 통해 이동한 유상 물질과 수상 물질이 만나는 제 1 층의 접합영역에 대응되는 위치에 섬유형 미세유체채널을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the second layer has a fibrous microfluidic channel at a position corresponding to the junction area of the first layer where the oily material and aqueous material moving through the first flow path and the second flow path meet. It can be included.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 제 3 층은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)층을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the third layer may include a polydimethylsiloxane layer.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 섬유형 미세유체채널은 20μm 이하의 직경을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the fibrous microfluidic channel may have a diameter of 20 μm or less.

본 발명의 제 2 측면에 따르면, According to the second aspect of the present invention,

(1) 고분자 용액을 전기방사하여 섬유체를 제조하는 단계; (2) 상기 전기방사된 섬유체를 사용하여 섬유형 미세유체채널을 포함하는 제 2 층을 제조하는 단계; (3) 3D 프린팅을 이용하여 제 1 층을 제조하는 단계; 및 (4) 제 2 층의 상부에 제 1 층을 결합하고, 하부에 제 2 층을 지지하는 제 3 층을 결합하는 단계;를 포함하는, 미세유체장치의 제조방법을 제공한다.(1) producing a fiber body by electrospinning a polymer solution; (2) manufacturing a second layer including a fibrous microfluidic channel using the electrospun fiber body; (3) manufacturing the first layer using 3D printing; and (4) bonding the first layer to the top of the second layer and bonding the third layer supporting the second layer to the bottom.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 (1) 단계는 고분자 용액을 0.01 내지 0.50 mL/min의 유량 및 5 내지 30kV의 전압으로 전기방사하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, step (1) may include electrospinning the polymer solution at a flow rate of 0.01 to 0.50 mL/min and a voltage of 5 to 30 kV.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 (2) 단계는 상기 전기방사된 섬유체를 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)을 포함하는 용액에 함침시킨 후 폴리디메틸실록산을 경화시키고, 유기용매로 섬유체를 녹여 섬유형 미세유체채널을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, in step (2), the electrospun fiber is impregnated in a solution containing polydimethylsiloxane, the polydimethylsiloxane is cured, and the fiber is dissolved in an organic solvent. It may include forming a fibrous microfluidic channel.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 (3) 단계는 유상 물질이 주입되는 제 1 주입구; 수상 물질이 주입되는 제 2 주입구; 및 상기 유상 물질과 수상 물질이 만나 형성되는 미세 액적을 배출하는 배출구;를 포함하는 제 1 층을 3D 프린팅으로 제조하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, step (3) includes a first injection port through which an oily substance is injected; a second injection port through which an aqueous substance is injected; and an outlet for discharging fine droplets formed when the oily material and the aqueous material meet. It may include manufacturing a first layer including a 3D printing method.

본 발명의 제 3 측면에 따르면, According to the third aspect of the present invention,

상기 미세유체장치에 유상 물질 및 수상 물질을 주입하여 미세 액적을 생성하는 단계를 포함하는, 미세 액적의 제조방법을 제공한다.A method for producing micro-droplets is provided, including the step of generating micro-droplets by injecting an oil-phase material and an aqueous-phase material into the microfluidic device.

본 발명에 따른 미세유체장치는, 기존의 단일채널로 구성된 미세유체장치와 달리, 전기방사 공정을 통해 제작된 고분자 섬유체를 템플레이트로 이용하여 형성된 섬유형 미세유체채널이 제한된 면적 내 다수 존재한다는 점에서 에멀젼과 같은 입자 제조시 생산속도가 향상되고 대량생산이 가능하여 생산성이 개선되는 효과가 있다.The microfluidic device according to the present invention, unlike existing microfluidic devices composed of a single channel, has a large number of fibrous microfluidic channels formed by using polymer fibers produced through an electrospinning process as a template within a limited area. When manufacturing particles such as emulsions, production speed is improved and mass production is possible, thereby improving productivity.

또한 본 발명에 따른 미세유체장치에서는 미세유체채널에 주입될 수 있는 유체의 종류가 제한되지 않아 에멀젼 뿐만 아니라 다양한 미세액적을 제조할 수 있으며, 미세유체장치에 포함된 미세유체채널의 직경 및 유상 물질의 유량 조절을 통하여 각 용도 및 목적에 부합하는 다양한 크기의 미세액적을 대량 생산할 수 있는 장점이 있다.In addition, in the microfluidic device according to the present invention, the type of fluid that can be injected into the microfluidic channel is not limited, so it is possible to produce not only emulsions but also various microdroplets, and the diameter and oily material of the microfluidic channel included in the microfluidic device It has the advantage of being able to mass-produce microdroplets of various sizes suitable for each use and purpose by controlling the flow rate.

도 1은 본 발명에 있어서, 미세유체장치의 도식화된 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 있어서, 전기방사된 섬유체와 상기 전기방사된 섬유체를 템플레이트로 이용하여 형성한 섬유형 미세유체채널(직경 12μm, 9μm, 6μm)을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명에 있어서, 전기방사된 섬유체를 템플레이트로 이용하여 형성된 섬유형 미세유체채널에 형광염료가 포함된 수용액을 주입한 이후 공초점 현미경(Confocal microscopes)으로 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명에 있어서, 전기방사된 섬유체를 템플레이트로 이용하여 형성된 섬유형 미세유체채널(직경 12μm, 9μm, 6μm)을 포함하는 미세유체장치에서 실린지 펌프(Syringe pump)를 통해 주입하는 유상 물질의 유량에 따른 에멀젼 입자를 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명에 있어서, 전기방사된 섬유체를 템플레이트로 이용하여 형성된 섬유형 미세유체채널(직경 12μm)을 포함하는 미세유체장치를 통해 유상 물질의 유량을 조절하면서 생성되는 에멀젼 입자의 크기와 분산도(CV, Coefficient of variation)를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 있어서, 전기방사된 섬유체를 템플레이트로 이용하여 형성된 섬유형 미세유체채널(직경 9μm)을 포함하는 미세유체장치를 통해 유상 물질의 유량을 조절하면서 생성되는 에멀젼 입자의 크기와 분산도(CV, Coefficient of variation)를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 있어서, 전기방사된 섬유체를 템플레이트로 이용하여 형성된 섬유형 미세유체채널(직경 6μm)을 포함하는 미세유체장치를 통해 유상 물질의 유량을 조절하면서 생성되는 에멀젼 입자의 크기와 분산도(CV, Coefficient of variation)를 측정하여 나타낸 그래프이다.
Figure 1 shows a schematic diagram of a microfluidic device in the present invention.
Figure 2 is a scanning electron microscope (SEM) image of the electrospun fiber and the fibrous microfluidic channel (diameter 12μm, 9μm, 6μm) formed using the electrospun fiber as a template in the present invention. It's a photo.
Figure 3 is a photograph taken with a confocal microscope after injecting an aqueous solution containing a fluorescent dye into a fibrous microfluidic channel formed using an electrospun fiber as a template in the present invention.
Figure 4 shows that in the present invention, the microfluidic device containing a fibrous microfluidic channel (diameter 12μm, 9μm, 6μm) formed using electrospun fibers as a template is injected through a syringe pump. This is a photograph of emulsion particles according to the flow rate of the oily substance.
Figure 5 shows the size of the emulsion particles generated while controlling the flow rate of the oily material through a microfluidic device including a fibrous microfluidic channel (diameter 12 μm) formed using electrospun fibers as a template in the present invention. This is a graph showing the coefficient of variation (CV) measured.
Figure 6 shows the size of the emulsion particles generated while controlling the flow rate of the oily material through a microfluidic device including a fibrous microfluidic channel (9 μm in diameter) formed using electrospun fibers as a template in the present invention. This is a graph showing the coefficient of variation (CV) measured.
Figure 7 shows the size of the emulsion particles generated while controlling the flow rate of the oily material through a microfluidic device including a fibrous microfluidic channel (diameter 6 μm) formed using electrospun fibers as a template in the present invention. This is a graph showing the coefficient of variation (CV) measured.

본 발명에 따라 제공되는 구체예는 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아님을 이해해야 한다.The embodiments provided according to the present invention can all be achieved by the following description. It should be understood that the following description describes preferred embodiments of the present invention, and that the present invention is not necessarily limited thereto.

미세유체장치microfluidic device

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 미세유체장치는 상하로 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층의 순서로 적층된 구조로, 상기 제 1 층은 유상 물질이 주입되는 제 1 주입구; 수상 물질이 주입되는 제 2 주입구; 및 미세 액적(microdroplet)을 배출하는 배출구;를 포함하고, 상기 제 2 층은 섬유형 미세유체채널을 포함하고, 상기 제 3 층은 상기 제 2 층을 지지하는 층이고, 상기 섬유형 미세유체채널은 상기 유상 물질과 수상 물질이 유입되어 미세 액적을 형성하는 채널이다.As shown in Figure 1, the microfluidic device according to the present invention has a structure in which a first layer, a second layer, and a third layer are stacked in the order of top and bottom, and the first layer is a first injection port through which the oily material is injected. ; a second injection port through which an aqueous substance is injected; and an outlet for discharging microdroplets, wherein the second layer includes a fibrous microfluidic channel, and the third layer is a layer supporting the second layer, and the fibrous microfluidic channel is a channel through which the oil phase material and the water phase material flow to form fine droplets.

상기 제 1 층의 제 1 주입구를 통하여 주입된 유상 물질과 제 2 주입구를 통하여 주입된 수상 물질이, 제 2 층 내 존재하는 섬유형 미세유체채널을 통하여 만나게 되면서 미세 액적을 형성할 수 있다. 상기 섬유형 미세유체채널은 전기방사된 섬유체를 기반으로 하는 것으로, 구체적으로 전기방사된 섬유체를 폴리디메틸실록산(PDMS, Polydimethylsiloxane)과 경화제의 혼합 용액에 함침시킨 후 폴리디메틸실록산을 경화시키고 디클로로메테인(DCM, Dichloromethane)과 같은 유기용매에 넣어, 전기방사된 고분자 섬유체를 제거함으로써, 도 3에 도시된 바와 같이 섬유형 미세유체채널을 형성한 것일 수 있다.The oily material injected through the first inlet of the first layer and the aqueous material injected through the second inlet may meet through the fibrous microfluidic channel existing in the second layer to form micro droplets. The fibrous microfluidic channel is based on electrospun fibers. Specifically, the electrospun fibers are impregnated in a mixed solution of polydimethylsiloxane (PDMS, Polydimethylsiloxane) and a curing agent, and then the polydimethylsiloxane is cured and dichlorolyzed. A fibrous microfluidic channel may be formed as shown in FIG. 3 by removing the electrospun polymer fiber by placing it in an organic solvent such as methane (DCM, Dichloromethane).

본 명세서 상에서 '템플레이트'는 섬유형 미세유체채널을 제조하기 위한 것으로 고분자 섬유가 무작위로 얽혀져 형성된 멤브레인 형태의 구조물로 정의될 수 있다.In this specification, a 'template' is used to manufacture a fibrous microfluidic channel and can be defined as a membrane-shaped structure formed by randomly entangling polymer fibers.

본 명세서 상에서 '섬유형 미세유체채널'은 상기 템플레이트, 구체적으로 전기방사된 섬유체를 팀플레이트로 이용하여 형성된 미세유체채널을 포함하는, 섬유형 미세유체채널로 정의될 수 있다.In this specification, the 'fiber-type microfluidic channel' may be defined as a fiber-type microfluidic channel including a microfluidic channel formed using the template, specifically, the electrospun fiber body as a team plate.

상기 섬유형 미세유체채널은 마이크로섬유형 채널, 나노섬유형 채널 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함할 수 있다. 상기 마이크로섬유형 채널은 수 마이크로미터(μm) 내지 수백 마이크로미터(μm) 크기의 직경을 갖는 마이크로 채널을 포함할 수 있고, 상기 나노섬유형 채널은 수십 나노미터(nm) 내지 수백 나노미터(nm) 크기의 직경을 갖는 나노 채널을 포함할 수 있다. 상기 미세유체채널의 직경은 전기방사시의 공정 변수를 이용하여 제어할 수 있으며, 미세액적 제조시 입자 크기와 입자 생산량을 고려하여 이에 부합되도록 설계될 수 있다.The fiber-type microfluidic channel may include one selected from the group consisting of microfiber-type channels, nanofiber-type channels, and combinations thereof. The microfiber-shaped channel may include a microchannel having a diameter ranging from several micrometers (μm) to hundreds of micrometers (μm), and the nanofiber-type channel may include a microchannel having a diameter ranging from several tens of nanometers (nm) to hundreds of nanometers (nm). ) may include a nanochannel with a diameter of the size. The diameter of the microfluidic channel can be controlled using process variables during electrospinning, and can be designed to match the particle size and particle production volume when manufacturing microdroplets.

상기 섬유형 미세유체채널은 20μm 이하, 19μm 이하, 18μm 이하, 17μm 이하, 16μm 이하, 15μm 이하, 14μm 이하, 13μm 이하, 12μm 이하, 11μm 이하, 10μm 이하, 9μm 이하, 8μm 이하, 7μm 이하, 6μm 이하, 5μm 이하, 4μm 이하, 3μm 이하, 2μm 이하 또는 1μm 이하의 직경을 가질 수 있다. 종래의 단일채널을 갖는 미세유체장치, 예를 들어 소프트 리소그래피 공정을 통해 제작된 채널을 포함하는 미세유체장치에서는 채널의 직경 크기가 20μm 이하인 경우, 유체를 펌프를 통하여 흘려주었을 때 높은 압력이 걸려 유체의 유동이 제한적인 한계점이 존재하였다. 반면, 본 발명은 전기방사된 섬유체를 템플레이트로 이용하여 형성된 섬유형 미세유체채널을 제조하여 20μm 이하의 직경을 갖는 채널을 가지지만 다수의 채널이 존재하여 채널에 가해지는 압력을 줄일 수 있으며, 1μm 이하의 미세 액적을 생산할 수 있는 효과가 있다.The fibrous microfluidic channels are 20μm or less, 19μm or less, 18μm or less, 17μm or less, 16μm or less, 15μm or less, 14μm or less, 13μm or less, 12μm or less, 11μm or less, 10μm or less, 9μm or less, 8μm or less, 7μm or less, 6μm or less. It may have a diameter of 5 μm or less, 4 μm or less, 3 μm or less, 2 μm or less, or 1 μm or less. In a conventional microfluidic device with a single channel, for example, a microfluidic device including a channel manufactured through a soft lithography process, when the diameter of the channel is 20 μm or less, a high pressure is applied when the fluid flows through a pump, causing the fluid to flow. There was a limit where the flow of was limited. On the other hand, the present invention manufactures a fibrous microfluidic channel formed using an electrospun fiber as a template, and has a channel with a diameter of 20 μm or less, but the presence of multiple channels can reduce the pressure applied to the channel, It is effective in producing fine droplets of 1μm or less.

상기 제 2 층의 미세유체채널은 전기방사된 섬유체인 마이크로 섬유체 또는 나노 섬유체를 템플레이트로 이용하여 형성된 마이크로 채널 또는 나노 채널을 포함할 수 있다.The microfluidic channel of the second layer may include a microchannel or nanochannel formed using electrospun microfibers or nanofibers as a template.

본 명세서에 있어서, '채널'이란 미세유체를 담을 수 있는 공간으로 정의될 수 있다.In this specification, 'channel' may be defined as a space that can contain microfluidic.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 층은 유상 물질이 이동하는 제 1 유로; 및 수상 물질이 이동하는 제 2 유로;를 더 포함하고, 상기 제 1 유로 및 제 2 유로의 각 배출부는 유상 물질과 수상 물질이 만나는 접합영역에 위치할 수 있다. 또한, 상기 제 2 층은 상기 제 1 유로 및 제 2 유로를 통해 이동한 유상 물질과 수상 물질이 만나는 제 1 층의 접합영역에 대응되는 위치에 섬유형 미세유체채널을 포함할 수 있다.As shown in Figure 1, the first layer includes a first flow path through which an oily substance moves; and a second flow path through which the aqueous material moves, wherein each discharge portion of the first flow path and the second flow path may be located in a junction area where the oily material and the aqueous material meet. Additionally, the second layer may include a fibrous microfluidic channel at a position corresponding to the junction area of the first layer where the oil-phase material and aqueous-phase material moving through the first flow path and the second flow path meet.

상기 제 1 주입구를 통하여 주입된 유상 물질은 제 1 유로를 따라 이동하여 유로의 말단이 위치하는 접합영역에 도달할 수 있고, 상기 제 2 주입구를 통하여 주입된 수상 물질은 제 2 유로를 따라 이동하여 유로의 말단이 위치하는 접합영역에 도달할 수 있다. 상기 각 유로를 따라 이동된 유상 물질과 수상 물질은 접합영역에 도달한 후, 이에 대응하여 제 2 층에 위치하는 '전기방사된 섬유체를 템플레이트로 이용하여 형성된 섬유형 미세유체채널'에서 만나 에멀젼과 같은 미세 액적을 형성할 수 있다.The oily material injected through the first injection port may move along the first flow path and reach the junction area where the end of the flow path is located, and the aqueous material injected through the second injection port may move along the second flow path. It can reach the junction area where the end of the flow path is located. After the oily and aqueous substances moved along each channel reach the junction area, they meet in the 'fibrous microfluidic channel formed using electrospun fibers as a template' located in the second layer to form an emulsion. It is possible to form fine droplets such as .

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 층은 미세 액적이 이동하기 위하여 배출구까지 연결된 제 3 유로를 더 포함하고, 상기 제 3 유로의 유입부는 상기 제 2 층의 섬유형 미세유체채널의 위치에 대응하여 위치할 수 있다. 구체적으로, 미세액적이 이동하기 위하여 섬유형 미세유체채널과 상기 제 3 유로의 유입부는 직접 연결될 수 있다.As shown in FIG. 1, the first layer further includes a third flow path connected to the outlet for the movement of fine droplets, and the inlet of the third flow path is located at the location of the fibrous microfluidic channel of the second layer. It can be located correspondingly. Specifically, in order for microdroplets to move, the fibrous microfluidic channel and the inlet portion of the third flow path may be directly connected.

상기 미세 액적은 섬유형 미세유체채널로부터 얻어진 후 상기 제 3 유로의 유입부를 통해 유입되어 이동하여 배출부를 통하여 미세유체장치로부터 배출될 수 있다. The micro droplets may be obtained from the fibrous microfluidic channel, then flow in and move through the inlet portion of the third flow path, and be discharged from the microfluidic device through the discharge portion.

상기 제 3 층은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)층을 포함할 수 있다. 상기 제 3 층은 유체의 유출을 방지하기 위하여 섬유형 미세유체채널을 포함하지 않는 폴리디메틸실록산층을 포함할 수 있다. 상기 제 3 층은 제 2 층의 하부에 결합하는 것으로, 제 2 층으로부터 유체가 새는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. The third layer may include a polydimethylsiloxane layer. The third layer may include a polydimethylsiloxane layer that does not include fibrous microfluidic channels to prevent outflow of fluid. The third layer is coupled to the lower part of the second layer and may serve to prevent fluid from leaking from the second layer.

미세유체장치의 제조방법Manufacturing method of microfluidic device

본 발명에 따른 미세유체장치의 제조방법은, (1) 고분자 용액을 전기방사하여 섬유체를 제조하는 단계; (2) 상기 전기방사된 섬유체를 사용하여 섬유형 미세유체채널을 포함하는 제 2 층을 제조하는 단계; (3) 3D 프린팅을 이용하여 제 1 층을 제조하는 단계; 및 (4) 제 2 층의 상부에 제 1 층을 결합하고, 하부에 제 2 층을 지지하는 제 3 층을 결합하는 단계;를 포함한다.The method for manufacturing a microfluidic device according to the present invention includes the steps of (1) producing a fiber body by electrospinning a polymer solution; (2) manufacturing a second layer including a fibrous microfluidic channel using the electrospun fiber body; (3) manufacturing the first layer using 3D printing; and (4) bonding the first layer to the top of the second layer and bonding the third layer supporting the second layer to the bottom.

(1) 고분자 용액을 전기방사하여 섬유체를 제조하는 단계(1) Step of producing a fiber body by electrospinning a polymer solution

상기 미세유체장치의 제조방법은, 고분자 용액을 전기방사하여 섬유체를 제조하는 단계를 포함한다.The method for manufacturing the microfluidic device includes manufacturing a fiber body by electrospinning a polymer solution.

상기 (1) 단계는 전기방사된 섬유체를 제조하기 위하여 고분자 용액을 준비한 후, 상기 고분자 용액을 실린지(syringe)에 주입하고 집전판과 니들을 일정거리 유지하면서 집진판에 전압을 걸고, 실린지 펌프를 작동시켜 방사하여 섬유체를 제조할 수 있다.In step (1), after preparing a polymer solution to produce an electrospun fiber, the polymer solution is injected into a syringe, a voltage is applied to the dust collection plate while maintaining a certain distance between the current collector plate and the needle, and the syringe is Fibers can be manufactured by spinning by operating the pump.

상기 (1) 단계의 고분자 용액에 포함되는 고분자는 유기용매에 용해될 수 있는 고분자일 수 있으며, 예를 들어 전기방사된 섬유체를 템플레이트로 이용하여 섬유형 미세유체채널을 형성하기 위하여 디클로로메테인(DCM)과 같은 유기용매에 용해될 수 있는 고분자일 수 있다. 상기 유기용매에 용해될 수 있는 고분자는 바람직하게는 폴리(ε-카프로락톤)(Poly(ε-caprolactone)), 폴리락틱산(PLA, Poly Lactic Acid), 폴리락틱-co-글리콜산(PLGA, Poly(lactic-co-glycolic acid), 폴리에틸렌옥사이드(PEO, Poly(ethylene oxide)), 폴리비닐피롤리돈(PVP, Polyvinyl pyrrolidone), 폴리비닐알코올(PVA, Polyvinyl alcohol) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 고분자를 포함할 수 있고, 더 바람직하게는 폴리(ε-카프로락톤)을 고분자로 포함할 수 있으나, 유기용매에 용해될 수 있는 고분자이면 이에 특별히 제한되지 않는다. The polymer included in the polymer solution in step (1) may be a polymer that can be dissolved in an organic solvent. For example, dichloromethane may be used to form a fibrous microfluidic channel using electrospun fibers as a template. It may be a polymer that can be dissolved in an organic solvent such as (DCM). The polymer that can be dissolved in the organic solvent is preferably poly(ε-caprolactone), polylactic acid (PLA), polylactic-co-glycolic acid (PLGA), A group consisting of poly(lactic-co-glycolic acid), poly(ethylene oxide) (PEO), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), and combinations thereof. It may contain a polymer selected from, and more preferably, it may contain poly(ε-caprolactone) as the polymer, but is not particularly limited as long as it is a polymer that can be dissolved in an organic solvent.

또한 상기 (1) 단계의 고분자 용액에 포함되는 고분자는 물에 용해될 수 있는 고분자일 수 있으며, 예를 들어 전기방사된 섬유체를 템플레이트로 이용하여 섬유형 미세유체채널을 형성하기 위하여 물에 용해될 수 있는 고분자일 수 있다. 상기 물에 용해될 수 있는 고분자는 바람직하게는 고분자 다당류, 알지네이트, 키토산, 히알루론산, 헤파린, 젤라틴, 전분, 폴리아르기닌, 폴리라이신, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 고분자를 포함할 수 있으나, 물에 용해될 수 있는 고분자이면 이에 특별히 제한되지 않는다.In addition, the polymer contained in the polymer solution in step (1) may be a polymer that can be dissolved in water. For example, the polymer may be dissolved in water to form a fibrous microfluidic channel using electrospun fibers as a template. It can be a polymer that can be The water-soluble polymer is preferably polymer polysaccharide, alginate, chitosan, hyaluronic acid, heparin, gelatin, starch, polyarginine, polylysine, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, It may include a polymer selected from the group consisting of polyvinyl alcohol and combinations thereof, but is not particularly limited as long as it is a polymer that can dissolve in water.

상기 고분자 용액은 5 내지 20% 농도, 바람직하게는 10 내지 17.5% 농도, 더 바람직하게는 15 내지 17.5% 농도의 상기 고분자를 클로로포름과 알코올(메탄올 또는 에탄올)이 1:1 내지 6:1의 질량비로 혼합된 용액에 용해시켜 제조될 수 있다. The polymer solution is a 5 to 20% concentration, preferably a 10 to 17.5% concentration, more preferably a 15 to 17.5% concentration of the polymer in a mass ratio of chloroform and alcohol (methanol or ethanol) of 1:1 to 6:1. It can be prepared by dissolving in a mixed solution.

상기 실린지 펌프에 의하여 이동하는 고분자 용액의 유량은 0.01mL/min 이상, 0.02mL/min 이상, 0.03 mL/min 이상, 0.04mL/min 이상, 0.05mL/min 이상, 0.06mL/min 이상, 0.07mL/min 이상, 0.08 mL/min 이상일 수 있고, 0.50mL/min 이하, 0.47mL/min 이하, 0.44mL/min 이하, 0.41mL/min 이하, 0.38mL/min 이하, 0.35mL/min 이하, 0.32mL/min 이하, 0.29mL/min 이하, 0.26mL/min 이하, 0.23mL/min 이하, 0.20mL/min 이하, 0.18mL/min 이하, 0.16mL/min 이하, 0.14mL/min 이하, 0.12mL/min 이하, 0.10mL/min 이하, 0.09mL/min 이하, 0.08mL/min 이하일 수 있다. 또한 전기방사시에 집진판에 걸어주는 전압은 5kV 이상, 5.5kV 이상, 6kV 이상, 6.5kV 이상, 7kV 이상, 7.5kV 이상, 8kV 이상일 수 있고, 30kV 이하, 28kV 이하, 26kV 이하, 24kV 이하, 22kV 이하, 20kV 이하, 18kV 이하, 16kV 이하, 14kV 이하, 13kV 이하, 12kV 이하, 11kV 이하일 수 있다.The flow rate of the polymer solution moved by the syringe pump is 0.01 mL/min or more, 0.02 mL/min or more, 0.03 mL/min or more, 0.04 mL/min or more, 0.05 mL/min or more, 0.06 mL/min or more, 0.07 It can be more than mL/min, 0.08 mL/min or more, 0.50 mL/min or less, 0.47 mL/min or less, 0.44 mL/min or less, 0.41 mL/min or less, 0.38 mL/min or less, 0.35 mL/min or less, 0.32 mL/min or less, 0.29mL/min or less, 0.26mL/min or less, 0.23mL/min or less, 0.20mL/min or less, 0.18mL/min or less, 0.16mL/min or less, 0.14mL/min or less, 0.12mL/ min or less, 0.10 mL/min or less, 0.09 mL/min or less, and 0.08 mL/min or less. Additionally, the voltage applied to the dust collection plate during electrospinning may be 5kV or higher, 5.5kV or higher, 6kV or higher, 6.5kV or higher, 7kV or higher, 7.5kV or higher, 8kV or higher, and 30kV or lower, 28kV or lower, 26kV or lower, 24kV or lower, and 22kV. It may be 20kV or less, 18kV or less, 16kV or less, 14kV or less, 13kV or less, 12kV or less, and 11kV or less.

상기의 전기방사시에 실린지 펌프를 통한 고분자 용액의 유량과 집진판의 전압 세기를 조절하여 전기방사된 섬유체의 직경을 조절할 수 있다. 구체적으로, 실린지 펌프의 유량이 작아지면 니들 끝의 고분자 용액 양이 적어지고, 전압의 세기가 강해지면 테일러콘(Taylor cone)에 모이는 전하의 반발력이 강해져 직경이 작은 섬유체가 전기방사를 통해 제조될 수 있다. 반대로, 실린지 펌프의 유량이 증가하면 니들 끝의 고분자 용액 양이 많아지고, 전압 세기가 약해지면 테일러콘에 모이는 전하의 반발력이 약해져 직경이 큰 섬유체가 전기방사를 통해 제조될 수 있다.During the above electrospinning, the diameter of the electrospun fiber can be adjusted by controlling the flow rate of the polymer solution through the syringe pump and the voltage intensity of the dust collection plate. Specifically, as the flow rate of the syringe pump decreases, the amount of polymer solution at the tip of the needle decreases, and as the strength of the voltage increases, the repulsive force of the charges collected in the Taylor cone becomes stronger, and small-diameter fibers are manufactured through electrospinning. It can be. Conversely, as the flow rate of the syringe pump increases, the amount of polymer solution at the tip of the needle increases, and as the voltage intensity decreases, the repulsion of charges collected in the Taylor cone weakens, allowing large-diameter fibers to be manufactured through electrospinning.

(2) 상기 전기방사된 섬유체를 사용하여 섬유형 미세유체채널을 포함하는 제 2 층을 제조하는 단계(2) manufacturing a second layer containing a fibrous microfluidic channel using the electrospun fiber body

상기 미세유체장치의 제조방법은, 상기 전기방사된 섬유체를 사용하여 섬유형 미세유체채널을 포함하는 제 2 층을 제조하는 단계를 포함한다. The method of manufacturing the microfluidic device includes manufacturing a second layer including a fibrous microfluidic channel using the electrospun fiber body.

상기 (2) 단계는 상기 전기방사된 섬유체를 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)을 포함하는 용액에 함침시킨 후 폴리디메틸실록산을 경화시키고, 유기용매로 섬유체를 녹여 섬유형 미세유체채널을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Step (2) is a step of impregnating the electrospun fiber in a solution containing polydimethylsiloxane, curing the polydimethylsiloxane, and dissolving the fiber in an organic solvent to form a fibrous microfluidic channel. may include.

구체적으로, 상기 (2) 단계는 (1) 단계를 통하여 제조된 전기방사된 섬유체에 대하여 폴리디메틸실록산(PDMS)과 경화제를 혼합한 용액을 부은 후 경화시키고, 이를 디클로로메테인(DCM)과 같은 유기용매에 담그어 섬유체를 제거하는 단계일 수 있고, 제거되는 섬유체는 섬유체가 무작위로 얽혀져 형성된 섬유체의 멤브레인 형태일 수 있다. 상기 유기용매를 통해 섬유체가 제거되면, 섬유체가 있던 공간 대신에 섬유체 직경 두께의 섬유형 미세유체채널이 형성될 수 있다. 본 발명의 섬유형 미세유체채널 형성 방법은 단시간 내에 적은 비용으로 나노미터 또는 마이크로미터 수준의 채널을 제작할 수 있는 장점이 있다.Specifically, in step (2), a solution of polydimethylsiloxane (PDMS) and a curing agent is poured onto the electrospun fiber produced through step (1), and then cured, and then cured with dichloromethane (DCM). This may be a step of removing the fibers by immersing them in the same organic solvent, and the fibers to be removed may be in the form of a membrane of fibers formed by randomly entangling fibers. When the fiber body is removed through the organic solvent, a fibrous microfluidic channel with a thickness of the diameter of the fiber body may be formed in the space where the fiber body was. The method for forming a fibrous microfluidic channel of the present invention has the advantage of being able to fabricate a nanometer or micrometer level channel in a short period of time and at low cost.

상기 제 2 층은 슬라이드 글라스와 양면테이프 및 커버 글라스를 활용하여, 실험실에서도 간단하고 재현성 높은 방법으로 제조될 수 있다.The second layer can be manufactured in a simple and highly reproducible manner in the laboratory using a slide glass, double-sided tape, and cover glass.

(3) 3D 프린팅을 이용하여 제 1 층을 제조하는 단계(3) manufacturing the first layer using 3D printing

상기 미세유체장치의 제조방법은, 3D 프린팅을 이용하여 제 1 층을 제조하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing the microfluidic device includes manufacturing the first layer using 3D printing.

상기 (3) 단계에서는 유상 물질과 수상 물질이 주입되고 이동하며, 섬유형 미세유체채널을 통해 형성된 미세 액적이 이동하고 배출되는 위치와 경로를 패턴으로 슬라이드 글라스상에 3D 프린팅함으로써, 제 1 층을 제조할 수 있다.In step (3), the oily material and the aqueous material are injected and moved, and the positions and paths through which the fine droplets formed through the fiber-type microfluidic channel move and are discharged are 3D printed on a slide glass in a pattern, thereby forming the first layer. It can be manufactured.

구체적으로, 상기 (3) 단계는 유상 물질이 주입되는 제 1 주입구; 수상 물질이 주입되는 제 2 주입구; 및 상기 유상 물질과 수상 물질이 만나 형성되는 미세 액적을 배출하는 배출구;를 포함하는 제 1 층을 3D 프린팅으로 제조하는 단계를 포함할 수 있다.Specifically, step (3) includes a first injection port through which an oily substance is injected; a second injection port through which an aqueous substance is injected; and an outlet for discharging fine droplets formed when the oily material and the aqueous material meet. It may include manufacturing a first layer including a 3D printing method.

상기 (3) 단계에서는 고분자 용액을 이용하여 3D 프린터로 상기 제 1 주입구, 제 2 주입구, 제 1 내지 제 3 경로 및 배출구를 포함하는 패턴으로 슬라이드 글라스 상에 3D 프린팅 할 수 있다. 이후 폴리디메틸실록산을 포함하는 경화제 용액을 슬라이드 글라스에 붓고 경화시킨 후 유기용매에 담그어 상기 고분자를 제거하여 유상 물질, 수상 물질 및 미세 액적이 주입, 이동, 배출될 수 있는 채널이 형성된 제 1 층을 제조할 수 있다.In step (3), a pattern including the first inlet, second inlet, first to third paths, and outlet can be 3D printed on a slide glass using a 3D printer using a polymer solution. Afterwards, a curing agent solution containing polydimethylsiloxane was poured onto a glass slide, cured, and then immersed in an organic solvent to remove the polymer to form a first layer in which channels through which oily substances, aqueous substances, and fine droplets could be injected, moved, and discharged were formed. It can be manufactured.

(4) 제 1 내지 제 3 층을 결합하여 미세유체장치를 제조하는 단계(4) combining the first to third layers to manufacture a microfluidic device

상기 미세유체장치의 제조방법은 제 2 층의 상부에 제 1 층을 결합하고, 하부에 제 2 층을 지지하는 제 3 층을 결합하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing the microfluidic device includes bonding a first layer to the top of the second layer and bonding a third layer supporting the second layer to the bottom.

상기 제 1 층의 '제 1 유로 및 제 2 유로의 말단에 위치한 각 배출부' 및 '제 3 유로의 미세 액적 유입부'가 위치하는 접합영역에 대응되는 위치에 제 2 층의 섬유형 미세유체채널이 위치하도록, 제 1 층과 제 2 층을 결합할 수 있다. 상기 결합 이후 제 2 층의 하단에 상기 결합된 제 1 내지 제 2 층을 지지하는 제 3 층을 결합하여, 미세유체장치를 제조할 수 있다.The fibrous microfluid of the second layer is located at a location corresponding to the junction area where the 'discharge portions located at the ends of the first flow path and the second flow path' and the 'fine droplet inlet portion of the third flow path' of the first layer are located. The first layer and the second layer can be combined so that the channel is located. After the bonding, a third layer supporting the bonded first to second layers can be bonded to the bottom of the second layer to manufacture a microfluidic device.

상기 제 3 층은 제 2 층의 하부에 결합하는 것으로, 제 2 층으로부터 유체가 새는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 상기 폴리디메틸실록산 도포층은 유체가 새는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.The third layer is coupled to the lower part of the second layer and may serve to prevent fluid from leaking from the second layer. The polydimethylsiloxane coating layer may serve to prevent fluid from leaking.

미세 액적의 제조방법Method for producing fine droplets

본 발명의 미세 액적의 제조방법은 상기 미세유체장치에 유상 물질 및 수상 물질을 주입하여 미세 액적을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.The method for producing micro-droplets of the present invention may include the step of generating micro-droplets by injecting an oil-phase substance and an aqueous-phase substance into the microfluidic device.

미세 액적을 생성하기 위하여 상기 미세유체장치의 제 1 주입구에 주입되는 유상 물질은 연속상인 유상 물질인 것으로, 경화시 사용된 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane)을 팽창시키지 않는 유상 물질이면, 특별히 제한되지 않는다. The oily material injected into the first inlet of the microfluidic device to generate microdroplets is a continuous oily material, and is not particularly limited as long as it is an oily material that does not expand the polydimethylsiloxane used during curing.

상기 미세유체장치의 제 2 주입구에 주입되는 수상 물질 또한 불연속상인 수상 물질이면 특별히 제한되지 않는다.The aqueous material injected into the second inlet of the microfluidic device is also not particularly limited as long as it is a discontinuous aqueous material.

상기 연속상인 유상 물질과 상기 불연속상인 수상 물질이 미세유체장치 내 섬유형 미세유체채널에서 만나 미세 액적을 형성할 수 있으며, 상기 미세 액적의 예로는 에멀젼(Emulsion)이 형성될 수 있다.The continuous phase, an oily material, and the discontinuous phase, an aqueous phase, may meet in a fibrous microfluidic channel in a microfluidic device to form micro droplets. An example of the micro droplets may be an emulsion.

상기 미세유체장치는 전기방사된 섬유체를 녹여 형성한 다수의 섬유형 미세유체채널을 포함하기 때문에, 기존의 단일채널을 갖는 미세유체장치 대비 유상 물질과 수상 물질이 만나 높은 확률로 미세 액적을 생성할 수 있으며, 대량 생산 또한 가능할 수 있다. 특히, 섬유형 미세유체채널 제조 이전에 섬유체를 전기방사할 때 유량 및 전압을 조절하여 다양한 직경을 갖는 섬유체 제조가 가능하여, 이를 통하여 섬유체 미세유체채널의 직경을 조절할 수 있다. 또한, 미세유체 장치에 유상 물질을 주입할 때 유량을 조절함으로써 다양한 입자 크기의 미세 액적을 형성할 수 있다.Since the microfluidic device includes a plurality of fibrous microfluidic channels formed by melting electrospun fibers, the oily material and the aqueous material meet with a high probability of generating microdroplets compared to existing single-channel microfluidic devices. It can be done, and mass production may also be possible. In particular, when electrospinning fibers before manufacturing fibrous microfluidic channels, it is possible to manufacture fibers with various diameters by adjusting the flow rate and voltage, and through this, the diameter of the fibrous microfluidic channels can be adjusted. Additionally, when injecting an oily material into a microfluidic device, fine droplets of various particle sizes can be formed by controlling the flow rate.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시하지만, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are presented to aid understanding of the present invention, but the following examples are provided to facilitate understanding of the present invention and do not limit the present invention thereto.

실시예 : 섬유형 미세유체채널을 포함하는 미세유체장치Example: Microfluidic device including a fiber-type microfluidic channel

[실시예 1] [Example 1]

(1) 고분자 용액을 전기방사하여 섬유체를 제조하는 단계(1) Step of producing a fiber body by electrospinning a polymer solution

클로로포름(Chloroform)(Sigma-Aldrich, 288306-2L)과 2,2,2-트리플루오로에탄올(2,2,2-Trifluoroethanol)(Sigma-Aldrich, T63002-500G)을 4:1의 질량비로 혼합시킨 용액에 대하여 폴리(ε-카프로락톤)(Poly(ε-Caprolactone))(Sigma-Aldrich, 440744-500G, Mn=70000 내지 90000) 1.5g을 용해시켜, 폴리(ε-카프로락톤) 고분자 용액을 제조하였다. Mix chloroform (Sigma-Aldrich, 288306-2L) and 2,2,2-trifluoroethanol (2,2,2-Trifluoroethanol) (Sigma-Aldrich, T63002-500G) at a mass ratio of 4:1. 1.5 g of poly(ε-Caprolactone) (Sigma-Aldrich, 440744-500G, Mn=70000 to 90000) was dissolved in the solution to prepare a poly(ε-caprolactone) polymer solution. Manufactured.

상기 고분자 용액을 실린지에 주입한 후 실린지를 수평방사 형태로 하고 집진판과 분사하는 니들사이의 거리를 15cm로 유지하면서, 실린지 펌프를 통해 방사하고, 동시에 9kV의 전압을 걸어 집진판 상에 섬유체를 제조하였다. 이때 고분자 용액의 유량은 0.10 mL/min이며, 18 게이지(gauge)의 니들을 사용하였다. 상기 제조된 섬유체 상에 5mm 직경의 원형 펀치를 뚫어 원형의 섬유체 멤브레인을 제조하였다.After injecting the polymer solution into the syringe, the syringe is shaped into a horizontal yarn, and while maintaining the distance between the dust collection plate and the spraying needle at 15 cm, it is spun through a syringe pump, and at the same time, a voltage of 9 kV is applied to form fibers on the dust collection plate. Manufactured. At this time, the flow rate of the polymer solution was 0.10 mL/min, and an 18 gauge needle was used. A circular punch with a diameter of 5 mm was drilled on the prepared fiber body to prepare a circular fibrous membrane.

(2) 전기방사된 섬유체를 사용하여 섬유형 미세유체채널을 포함하는 제 2 층을 제조하는 단계(2) manufacturing a second layer containing fibrous microfluidic channels using electrospun fibers

폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane) 엘라스토머와 경화제(세왕하이텍, SYLGARD 184 Base&Curing Agent)를 10:1의 질량비로 혼합하여 폴리디메틸실록산 용액을 제조하였다.A polydimethylsiloxane solution was prepared by mixing polydimethylsiloxane elastomer and a curing agent (Sewang Hitech, SYLGARD 184 Base&Curing Agent) at a mass ratio of 10:1.

아크릴판의 가장자리에, 슬라이드 글라스 3개를 양면테이프로 겹겹이 쌓고, 최상단에는 커버글라스를 양면테이프로 붙인 하판 구조체를 제작하였다. 아크릴판의 중앙에 상기 섬유체 멤브레인(Fibrous body Membrane)을 놓고, 상기 제조된 폴리디메틸실록산 용액을 부은 후 슬라이드 글라스와 아크릴판으로 이루어진 별도의 상판 구조체로 하판 구조체를 압착시켰다. 압착 이후 60℃의 오븐(oven)에서 5시간 동안 경화시켰다.On the edge of the acrylic plate, three slide glasses were stacked with double-sided tape, and a cover glass was attached to the top with double-sided tape to create a lower plate structure. The fibrous body membrane was placed in the center of the acrylic plate, the polydimethylsiloxane solution prepared above was poured, and the lower plate structure was pressed into a separate upper plate structure composed of a slide glass and an acrylic plate. After pressing, it was cured in an oven at 60°C for 5 hours.

상기 경화된 400μm 두께의 섬유체 멤브레인을 포함하는 폴리디메틸실록산 경화물을 상판 구조체와 하판 구조체로부터 분리한 후, 상기 경화물을 디클로로메테인(Dichloromethane)에 1시간 동안 담가 두어, 경화물 내 섬유체 멤브레인을 녹여내어 섬유형 미세유체채널을 포함하는 제 2 층(3cm x 5cm)을 제조하였다.After separating the polydimethylsiloxane cured material containing the cured fibrous membrane with a thickness of 400 μm from the upper plate structure and the lower plate structure, the cured material is soaked in dichloromethane for 1 hour to form the fibrous body in the cured material. The membrane was melted to prepare a second layer (3 cm x 5 cm) containing a fibrous microfluidic channel.

(3) 3D 프린팅을 이용하여 제 1 층을 제조하는 단계 (3) manufacturing the first layer using 3D printing

폴리(ε-카프로락톤)(Poly(ε-Caprolactone))(Sigma-Aldrich, 440744-500G, Mn=14000)을 3D 프린터(3D Printer, EzROBO-5 GX ST 2520, Eugene Technology, Korea)의 80℃ 배럴에서 녹인 후 4mm/sec의 속도로 프린팅하며, 용액을 500kPa로 주입하는 조건에서 슬라이드 글라스 상에 도 1과 같이 유상 물질의 주입구(제 1 주입구) 및 유로(제 1 유로), 수상 물질의 주입구(제 2 주입구) 및 유로(제 2 유로), 에멀젼의 유로(제 3 유로) 및 에멀젼 배출구(배출구)를 포함하는 패턴으로 슬라이드 글라스 상에 3D 프린팅 하였다.Poly(ε-Caprolactone) (Sigma-Aldrich, 440744-500G, Mn=14000) was printed on a 3D printer (3D Printer, EzROBO-5 GX ST 2520, Eugene Technology, Korea) at 80°C. After melting in a barrel, it is printed at a speed of 4 mm/sec, and under the condition of injecting the solution at 500 kPa, an injection port (first injection port) and flow path (first flow path) for the oily material, and an injection port for the aqueous material are placed on the glass slide as shown in Figure 1. It was 3D printed on a slide glass with a pattern including (second inlet) and flow path (second flow path), emulsion flow path (third flow path), and emulsion outlet (outlet).

상기 프린팅한 슬라이드 글라스 주위를 둘러싸는 형태로 슬라이드 글라스룰 세운 이후에 폴리디메틸실록산 용액을 붓고 경화시켰다. 상기 경화물을 슬라이드 글라스로부터 분리시킨 후에 디클로로메테인에 1시간 담가 두어, 상기 패턴을 따라 형성된 폴리(ε-카프로락톤)을 녹여내고 유상 물질, 수상 물질 및 에멀젼이 주입, 이동, 배출될 수 있는 채널을 형성한 제 1 층을 제조하였다.After setting up a slide glass in a shape surrounding the printed slide glass, a polydimethylsiloxane solution was poured and cured. After separating the cured product from the slide glass, it is soaked in dichloromethane for 1 hour to dissolve the poly(ε-caprolactone) formed along the pattern and to create a solution through which oily substances, aqueous substances, and emulsions can be injected, moved, and discharged. A first layer forming channels was prepared.

(4) 제 1 내지 제 3 층을 결합하여 미세유체장치를 제조하는 단계(4) combining the first to third layers to manufacture a microfluidic device

상기 제 1 층의 제 1 유로의 말단부, 제 2 유로의 말단부 및 제 3 유로의 주입부가 접합하는 영역에 미세유체채널의 위치가 대응되도록, 제 2 층을 결합하였다.The second layer was combined so that the position of the microfluidic channel corresponded to the area where the distal end of the first flow path, the distal end of the second flow path, and the injection part of the third flow path of the first layer were joined.

또한 슬라이드 글라스 상에 폴리메틸실록산 용액을 도포한 후 이를 경화시킨 제 3 층을 제조한 후, 제 2 층의 하단에 결합시켜 최종적으로 미세유체장치를 제조하였다.In addition, a third layer was prepared by applying a polymethylsiloxane solution on a glass slide and curing it, and then bonding it to the bottom of the second layer to finally manufacture a microfluidic device.

[실시예 2][Example 2]

섬유체 제조시에 집진판 상에 7kV의 전압을 걸고, 고분자 용액의 유량은 0.10 mL/min로 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 미세유체장치를 제조하였다.A microfluidic device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a voltage of 7 kV was applied to the dust collection plate when manufacturing the fiber, and the flow rate of the polymer solution was adjusted to 0.10 mL/min.

[실시예 3][Example 3]

섬유체 제조시에 집진판 상에 11kV의 전압을 걸고, 고분자 용액의 유량은 0.08 mL/min로 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 미세유체장치를 제조하였다.A microfluidic device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a voltage of 11 kV was applied to the dust collection plate when manufacturing the fiber, and the flow rate of the polymer solution was adjusted to 0.08 mL/min.

실험예 1: 전기방사된 섬유의 직경 측정Experimental Example 1: Measurement of diameter of electrospun fiber

상기 실시예 1 내지 3을 통한 미세유체장치 제조 공정에서, 전기방사된 섬유체에 대하여 주사 전자 현미경(SEM)(HITACHI S-4800)을 통해 촬영한 후, 계측 소프트웨어(ImageJ® software (National Institutes of Health, Bethesda, USA))를 사용하여 전기방사된 섬유의 직경을 측정하고 하기 표 1과 같이 나타내었다.In the microfluidic device manufacturing process through Examples 1 to 3, the electrospun fibers were photographed through a scanning electron microscope (SEM) (HITACHI S-4800), and then measured using measurement software (ImageJ® software (National Institutes of Health, Bethesda, USA)) was used to measure the diameter of the electrospun fiber and is shown in Table 1 below.

고분자 용액의 농도(%)Concentration of polymer solution (%) 고분자 용액의 유량(mL/min)Flow rate of polymer solution (mL/min) 집진판의 전압(kV)Voltage of dust collection plate (kV) 전기방사된 섬유의 직경(μm)Diameter of electrospun fiber (μm) 실시예 1Example 1 17.517.5 0.100.10 99 1212 실시예 2Example 2 15.015.0 0.100.10 77 99 실시예 3Example 3 15.015.0 0.080.08 1111 66

상기 실시예 1 내지 3에서는 전기방사된 섬유체를 템플레이트로 이용하여 섬유형 미세유체채널을 형성하는 바, 상기 표 1에서 전기방사된 섬유의 직경은 섬유형 미세유체채널의 직경과 동일하다.In Examples 1 to 3, a fiber-shaped microfluidic channel was formed using electrospun fibers as a template, and in Table 1, the diameter of the electrospun fiber was the same as the diameter of the fiber-type microfluidic channel.

상기 표 1의 결과를 통하여, 섬유체 제조를 위하여 전기방사시에 실린지 펌프를 통하여 방사할 때 고분자 용액의 유량(mL/min) 및 집진판 상의 걸리는 전압(kV)을 조절함으로써, 전기방사된 섬유체를 템플레이트로 이용하여 다양한 직경을 포함하는 섬유형 미세유체채널을 제조할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.Through the results in Table 1 above, by controlling the flow rate (mL/min) of the polymer solution and the voltage (kV) applied on the dust collection plate when spinning through a syringe pump during electrospinning to produce fibers, the electrospun fibers It was confirmed that fibrous microfluidic channels with various diameters could be manufactured using the sieve as a template.

실험예 2: 섬유형 미세유체채널의 형성 확인Experimental Example 2: Confirmation of formation of fibrous microfluidic channel

상기 실시예 1을 통해 제조된 미세유체장치의 제 2 층에 포함된 전기방사된 섬유체를 템플레이트로 이용하여 형성된 미세유체채널을 확인하기 위하여, 제 2 층을 유기용매인 디클로로메테인(DCM)에 담그고 건조시킨 후 도 2와 같이 관찰한 결과 섬유형 미세유체채널이 형성된 것을 확인할 수 있었다. In order to confirm the microfluidic channel formed using the electrospun fiber contained in the second layer of the microfluidic device manufactured in Example 1 as a template, the second layer was dissolved in dichloromethane (DCM), an organic solvent. After immersion and drying, it was confirmed that a fibrous microfluidic channel was formed as a result of observation as shown in Figure 2.

또한 도 3과 같이 섬유형 미세유체채널 내 형광물질을 함유한 수용액을 주입하고 공초점 현미경으로 촬영한 결과, 섬유형 미세유체채널이 형성되었음을 확인할 수 있었다.In addition, as shown in FIG. 3, an aqueous solution containing a fluorescent substance was injected into the fibrous microfluidic channel and photographed with a confocal microscope, confirming that a fibrous microfluidic channel was formed.

실험예 3: 섬유형 미세유체채널을 통한 에멀젼 입자의 형성Experimental Example 3: Formation of emulsion particles through fibrous microfluidic channels

실시예 1 내지 3을 통하여 제조된 미세유체장치를 통하여 에멀젼 입자 제조시에, 유상 물질의 유량을 조절하면서 형성되는 에멀젼 입자의 크기를 측정하였다.When producing emulsion particles through the microfluidic device manufactured in Examples 1 to 3, the size of the emulsion particles formed was measured while controlling the flow rate of the oily substance.

구체적으로, 상기 유상 물질로는 미네랄 오일(Sigma-Aldrich, 330760-1L)에 대하여 2% 농도의 Span 80(Sigma-Aldrich, S6760-1L)을 용해시켜 제조한 유상 용액을 사용하고, 수상 물질로는 증류수에 0.01% 농도의 메틸렌 블루 하이드레이트(Sigma-Aldrich, 66720-100G)를 용해시켜 제조한 수상 용액을 사용하였다.Specifically, as the oily substance, an oily solution prepared by dissolving 2% concentration of Span 80 (Sigma-Aldrich, S6760-1L) in mineral oil (Sigma-Aldrich, 330760-1L) was used, and as the aqueous substance, used an aqueous solution prepared by dissolving 0.01% concentration of methylene blue hydrate (Sigma-Aldrich, 66720-100G) in distilled water.

상기 유상 물질과 수상 물질을 실시예 1 내지 3을 통하여 제조된 미세유체장치의 각 주입구에 주입하기 위하여, 실린지에 18 게이지의 니들, 타이곤 튜브(tygon tube)(외경: 2.38mm, 내경: 0.79mm) 및 튜빙 커넥터(외경 : 1.58mm)를 연결하였다. 또한 제 1 층의 제 1 주입구, 제 2 주입구 및 배출구를 17 게이지의 니들로 뚫어, 튜빙 커넥터와 연결하며 각 물질을 주입하고 배출할 수 있도록 하였다.In order to inject the oily material and the aqueous material into each inlet of the microfluidic device manufactured through Examples 1 to 3, an 18 gauge needle and a tygon tube (outer diameter: 2.38mm, inner diameter: 0.79mm) were attached to the syringe. ) and tubing connector (outer diameter: 1.58mm) were connected. In addition, the first inlet, second inlet, and outlet of the first layer were pierced with a 17 gauge needle and connected to a tubing connector to enable injection and discharge of each material.

실린지 펌프를 이용하여, 연속상인 유상 물질을 하기 표 2와 같이 조절하면서 제 1 주입구에 주입하고, 불연속상인 수상 물질을 0.3 μL/min로 제 2 주입구에 주입하였다. 상기 유상 물질과 수상 물질이 미세유체장치의 섬유형 미세유체채널을 통해 만나면서 에멀젼 입자를 형성하고, 이를 미세유체장치의 배출구를 통해 얻을 수 있었다.Using a syringe pump, the oily material in the continuous phase was injected into the first injection port while adjusting as shown in Table 2 below, and the aqueous material in the discontinuous phase was injected into the second injection port at 0.3 μL/min. The oil-phase material and the aqueous-phase material met through the fiber-type microfluidic channel of the microfluidic device to form emulsion particles, which were obtained through the outlet of the microfluidic device.

실시예 1 내지 3를 통하여 제조된 미세유체장치로 제조된 상기 에멀젼 입자에 대하여 나노 입도 분석장비(Dynamic light scattering method)(Zetasizer nano ZS, Malvern Instruments, Malvern, UK)를 통해 입자의 평균 직경 분포 중 누적된 50% 지점에서의, 입자 크기를 측정하고 하기 표 2 및 도 5 내지 7과 같이 나타내었다.The average diameter distribution of the particles was measured using a nano particle size analysis device (Dynamic light scattering method) (Zetasizer nano ZS, Malvern Instruments, Malvern, UK) for the emulsion particles manufactured with the microfluidic device prepared in Examples 1 to 3. The particle size at the accumulated 50% point was measured and shown in Table 2 and Figures 5 to 7 below.

유량(μL/min)Flow rate (μL/min) 에멀젼 입자 크기(μm)Emulsion particle size (μm) 실시예 1
(채널 직경 12μm)
Example 1
(Channel diameter 12μm)
2.02.0 2.84 ± 0.752.84 ± 0.75
3.03.0 1.85 ± 0.531.85 ±0.53 4.04.0 1.29 ± 0.321.29 ± 0.32 실시예 2
(채널 직경 9μm)
Example 2
(Channel diameter 9μm)
2.02.0 0.67 ± 0.170.67 ± 0.17
3.03.0 0.43 ± 0.110.43 ± 0.11 4.04.0 0.26 ± 0.060.26 ± 0.06 실시예 3
(채널 직경 6μm)
Example 3
(Channel diameter 6μm)
2.02.0 0.13 ± 0.020.13 ± 0.02
3.03.0 0.10 ± 0.010.10 ± 0.01 4.04.0 0.08 ± 0.010.08 ± 0.01

상기 표 2 및 도 5 내지 7의 결과를 통하여, 각각 전기방사된 섬유체를 템플레이트로 이용하여 형성된 섬유형 미세유체채널의 직경을 달리하는 실시예들에서 실린지 펌프를 통해 유량을 조절함으로써, 다양한 입자 크기의 에멀젼을 생성할 수 있는 것을 확인하였다.Through the results of Table 2 and Figures 5 to 7, by controlling the flow rate through a syringe pump in the embodiments in which the diameter of the fibrous microfluidic channel formed using the electrospun fiber body as a template is varied, various It was confirmed that an emulsion of particle size could be created.

또한 상기 도 4의 결과를 통하여, 다양한 입자 크기의 에멀젼이 생성되는 것뿐만 아니라 미세유체장치에 주입하는 유상 물질의 유량이 증가할수록 에멀젼 입자의 크기는 작아지나 입자 생성량은 증가하는 것을 확인하였다.In addition, through the results of FIG. 4, it was confirmed that not only were emulsions of various particle sizes produced, but as the flow rate of the oily material injected into the microfluidic device increased, the size of the emulsion particles became smaller, but the amount of particles produced increased.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것이며, 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications or changes of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific scope of protection of the present invention will be made clear by the appended claims.

100: 제 1 층
111: 제 1 주입구
112: 제 1 유로
121: 제 2 주입구
122: 제 2 유로
131: 배출구
132: 제 3 유로
140: 접합영역
200: 제 2 층
210: 전기방사된 섬유체를 템플레이트로 이용하여 형성된 섬유형 미세유체채널
300: 제 3 층
100: first floor
111: first inlet
112: 1st Euro
121: second inlet
122: 2nd Euro
131: outlet
132: 3rd Euro
140: Junction area
200: 2nd floor
210: Fibrous microfluidic channel formed using electrospun fiber as a template
300: Third layer

Claims (12)

상하로 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층의 순서로 적층된 구조로,
상기 제 1 층은 유상 물질이 주입되는 제 1 주입구; 수상 물질이 주입되는 제 2 주입구; 및 미세 액적(microdroplet)을 배출하는 배출구;를 포함하고,
상기 제 2 층은 섬유형 미세유체채널을 포함하고,
상기 제 3 층은 상기 제 2 층을 지지하는 층이고,
상기 섬유형 미세유체채널은 상기 유상 물질과 수상 물질이 유입되어 미세 액적을 형성하는 채널인, 미세유체장치.
It is a structure in which the first, second, and third layers are stacked in the order of top and bottom,
The first layer includes a first injection port through which an oily material is injected; a second injection port through which an aqueous substance is injected; And an outlet for discharging microdroplets,
The second layer includes fibrous microfluidic channels,
The third layer is a layer that supports the second layer,
The fibrous microfluidic channel is a microfluidic device in which the oil phase material and the water phase material flow to form micro droplets.
제 1 항에 있어서,
상기 섬유형 미세유체채널은 마이크로섬유형 채널, 나노섬유형 채널 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는, 미세유체장치.
According to claim 1,
A microfluidic device, wherein the fibrous microfluidic channel includes one selected from the group consisting of microfiber-type channels, nanofiber-type channels, and combinations thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 층은 유상 물질이 이동하는 제 1 유로; 및 수상 물질이 이동하는 제 2 유로;를 더 포함하고,
상기 제 1 유로 및 제 2 유로의 각 배출부는 유상 물질과 수상 물질이 만나는 접합영역에 위치하는, 미세유체장치.
According to claim 1,
The first layer includes a first flow path through which oily substances move; And a second flow path through which the aqueous material moves,
A microfluidic device wherein each discharge portion of the first flow path and the second flow path is located in a junction area where an oily substance and an aqueous substance meet.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 층은 미세 액적이 이동하기 위하여 배출구까지 연결된 제 3 유로를 더 포함하고,
상기 제 3 유로의 유입부는 상기 제 2 층의 미세유체채널의 위치에 대응하여 위치하는, 미세유체장치.
According to claim 1,
The first layer further includes a third flow path connected to an outlet for movement of fine droplets,
A microfluidic device wherein the inlet of the third flow path is located corresponding to the position of the microfluidic channel of the second layer.
제 3 항에 있어서,
상기 제 2 층은 상기 제 1 유로 및 제 2 유로를 통해 이동한 유상 물질과 수상 물질이 만나는 제 1 층의 접합영역에 대응되는 위치에 섬유형 미세유체채널을 포함하는, 미세유체장치.
According to claim 3,
The second layer is a microfluidic device comprising a fibrous microfluidic channel at a position corresponding to a junction area of the first layer where the oil-phase material and aqueous-phase material moving through the first flow path and the second flow path meet.
제 1 항에 있어서,
상기 제 3 층은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)층을 포함하는, 미세유체장치.
According to claim 1,
The third layer includes a polydimethylsiloxane layer.
제 1 항에 있어서,
상기 섬유형 미세유체채널은 20μm 이하의 직경을 갖는, 미세유체장치.
According to claim 1,
A microfluidic device, wherein the fibrous microfluidic channel has a diameter of 20 μm or less.
(1) 고분자 용액을 전기방사하여 섬유체를 제조하는 단계;
(2) 상기 전기방사된 섬유체를 사용하여 섬유형 미세유체채널을 포함하는 제 2 층을 제조하는 단계;
(3) 3D 프린팅을 이용하여, 유상 물질이 주입되는 제 1 주입구; 수상 물질이 주입되는 제 2 주입구; 및 상기 유상 물질과 수상 물질이 만나 형성되는 미세 액적을 배출하는 배출구;를 포함하는 제 1 층을 제조하는 단계; 및
(4) 제 2 층의 상부에 제 1 층을 결합하고, 하부에 제 2 층을 지지하는 제 3 층을 결합하는 단계;를 포함하는, 미세유체장치의 제조방법.
(1) producing a fiber body by electrospinning a polymer solution;
(2) manufacturing a second layer including a fibrous microfluidic channel using the electrospun fiber body;
(3) a first injection port through which an oily substance is injected using 3D printing; a second injection port through which an aqueous substance is injected; and an outlet for discharging fine droplets formed when the oily material and the aqueous material meet; manufacturing a first layer including a; and
(4) bonding the first layer to the top of the second layer and bonding the third layer supporting the second layer to the bottom.
제 8 항에 있어서,
상기 (1) 단계는 고분자 용액을 0.01 내지 0.50 mL/min의 유량 및 5 내지 30kV의 전압으로 전기방사하는 단계를 포함하는, 미세유체장치의 제조방법.
According to claim 8,
Step (1) includes electrospinning the polymer solution at a flow rate of 0.01 to 0.50 mL/min and a voltage of 5 to 30 kV.
제 8 항에 있어서,
상기 (2) 단계는 상기 전기방사된 섬유체를 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)을 포함하는 용액에 함침시킨 후 폴리디메틸실록산을 경화시키고, 유기용매로 섬유체를 녹여 섬유형 미세유체채널을 형성하는 단계를 포함하는, 미세유체장치의 제조방법.
According to claim 8,
Step (2) is a step of impregnating the electrospun fiber in a solution containing polydimethylsiloxane, curing the polydimethylsiloxane, and dissolving the fiber in an organic solvent to form a fibrous microfluidic channel. Method for manufacturing a microfluidic device, including.
삭제delete 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 미세유체장치에 유상 물질 및 수상 물질을 주입하여 미세 액적을 생성하는 단계를 포함하는, 미세 액적의 제조방법.
A method for producing microdroplets, comprising the step of generating microdroplets by injecting an oily substance and an aqueous substance into the microfluidic device of any one of claims 1 to 7.
KR1020210079173A 2021-06-18 2021-06-18 Microfluidic device including fibrous microfluidic channel, manufacturing method thereof, and manufacturing method of microdroplets KR102591957B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210079173A KR102591957B1 (en) 2021-06-18 2021-06-18 Microfluidic device including fibrous microfluidic channel, manufacturing method thereof, and manufacturing method of microdroplets

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210079173A KR102591957B1 (en) 2021-06-18 2021-06-18 Microfluidic device including fibrous microfluidic channel, manufacturing method thereof, and manufacturing method of microdroplets

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220169135A KR20220169135A (en) 2022-12-27
KR102591957B1 true KR102591957B1 (en) 2023-10-19

Family

ID=84567817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210079173A KR102591957B1 (en) 2021-06-18 2021-06-18 Microfluidic device including fibrous microfluidic channel, manufacturing method thereof, and manufacturing method of microdroplets

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102591957B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4207411A3 (en) 2021-12-31 2023-10-04 SK On Co., Ltd. Electrode assembly for secondary battery and method of manufacturing same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101468001B1 (en) * 2014-05-21 2014-12-02 경북대학교 산학협력단 Microfluidics-based tissue chip comprising three-dimensional porous nanofiber structure and preparation method thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5704786B2 (en) * 2004-11-16 2015-04-22 ヴェロシス,インク. Multiphase reaction process using microchannel technology
EP3612164A1 (en) * 2017-04-19 2020-02-26 Nanomi B.V. Method and system for producing substantially mono-disperse particles of a substance
KR20210031217A (en) 2019-09-11 2021-03-19 서강대학교산학협력단 Microdroplet based microfluidic chip and use thereof

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101468001B1 (en) * 2014-05-21 2014-12-02 경북대학교 산학협력단 Microfluidics-based tissue chip comprising three-dimensional porous nanofiber structure and preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220169135A (en) 2022-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Agarwal et al. Electrospinning of manmade and biopolymer nanofibers—progress in techniques, materials, and applications
CN104436760B (en) A kind of magnetic response high efficiency oil-water separation tunica fibrosa and preparation method thereof
Li et al. Electrospinning of nanofibers: reinventing the wheel?
Lu et al. Recent advances in electrospinning technology and biomedical applications of electrospun fibers
Garg et al. Electrospinning jets and nanofibrous structures
CA3001679A1 (en) Systems and methods for making and using gel microspheres
US20220195171A1 (en) Bijels And Methods Of Making The Same
US20110165811A1 (en) Article Formed From Electrospinning A Dispersion
KR102591957B1 (en) Microfluidic device including fibrous microfluidic channel, manufacturing method thereof, and manufacturing method of microdroplets
DE102010010553A1 (en) Process for the preparation of fibers from polymer dispersions
US8486348B2 (en) Channel and method of forming channels
Song et al. Patterned polydiacetylene-embedded polystyrene nanofibers based on electrohydrodynamic jet printing
Davoodi et al. Advances and innovations in electrospinning technology
CN106906572A (en) A kind of preparation method of the electrospun fibers film that adhesion structure is formed in micro-nano size
Savva et al. Encroachment of traditional electrospinning
AU2013331465A1 (en) Systems and methods for facilitating the generation of core-sheath taylor cones in electrospinning
Guo et al. Protein valves prepared by click reaction grafting of poly (N-isopropylacrylamide) to electrospun poly (vinyl chloride) fibrous membranes
Jeong et al. Microfluidic spinning of grooved microfiber for guided neuronal cell culture using surface tension mediated grooved round channel
CN102418156B (en) Device for preparing nano-scale spiral filaments by electrostatic spinning method, and method
CN109650483B (en) Bubble propulsion type micro-driver with micron/nanometer hierarchical porous structure and preparation method thereof
JP2015523473A (en) Apparatus and method for making nanofibers from solution sheared under continuous flow
Qin et al. Porosity control of polylactic acid porous microneedles using microfluidic technology
Shen et al. Preparation and characterization of ultrafine Eudragit L100 fibers via electrospinning
TWI508836B (en) An electrospinning apparatus with a sideway motion device and a method of using the same
Jianxin et al. Review on functional electrospun nanofibers: Theory, application and fabrication

Legal Events

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