KR19990010961A - 유체회로 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR19990010961A
KR19990010961A KR1019970033870A KR19970033870A KR19990010961A KR 19990010961 A KR19990010961 A KR 19990010961A KR 1019970033870 A KR1019970033870 A KR 1019970033870A KR 19970033870 A KR19970033870 A KR 19970033870A KR 19990010961 A KR19990010961 A KR 19990010961A
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손문택
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이해림
손문택
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Abstract

본 발명은 유체회로 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 내면에 유체 채널, 샘플링 루프 및 믹싱코일을 포함하는 유체 회로가 형성되어 있는 제1 기판, 및 내외면을 관통하는 복수개의 관통공이 형성되어 있는 제2 기판을 포함하는 유체회로 기판에 있어서, 상기 제2 기판의 외면에는, 상기 복수개의 관통공을 통하여 상기 제1 기판에 형성되어 있는 유체 회로와 연통되는 복수개의 펌프, 복수개의 유체제어장치, 복수개의 접속단자 및 디텍터를 고착시킬 수 있도록 결합 수단이 형성되어 있는 유체회로 기판, 화학 분석을 위하여 플로우 인젝션 분석 시스템을 구성하기에 용이할 뿐만 아니라 소형으로 제조가 가능하다.

Description

유체회로 기판 및 그 제조 방법
본 발명은 유체회로 기판 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 화학 분석을 위하여 플로우 인젝션 분석 시스템을 구성하기에 용이할 뿐만 아니라 소형으로 제조가 가능한 유체회로 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
인간 사회가 발전하면서 기존에 존재하는 물질을 인위적으로 생산해내거나 또는 새로운 물질의 생산에 대한 욕구는, 끊임없이 증대되고 있다. 이러한 추세에 따라, 화학 관련 산업의 역사는 매우 오래되었으며, 그 발전은 지속될 것이다. 일상 생활에 이용되는 각종 생활 용품에서부터 약품이나 고도의 기술이 집적된 기구 들에 이르기 까지 모든 물질은, 화학 결합으로 이루어져 있기 때문이다.
한편, 화학 산업의 발전에 필수적으로 수반하여 발전될 필요가 있는 것이 화학 분석 기술이다. 화학 분석 기술은 물질의 감식, 검출 또는 화학적 조성을 알아내기 위하여 사용하는 방법을 통칭하는 것으로서, 정량 분석과 정성 분석으로 대별된다. 이중, 물질의 화학 반응을 이용하여 분석하는 방법을 좁은 의미의 화학 분석으로 일컫는다.
화학 분석은 화학 관련 산업이 발전하는 속도만큼 그 기술 발전이 요구되고 있다. 특히, 의약품 처럼 함유 물질의 성분, 함량, 성질을 정확하게 알 필요가 있는 경우나, 반도제조 공정에 사용되는 화학 약품 처럼 고순도를 필요로 하는 경우 등과 같이, 고도의 정확성을 요구하는 분석 기술이 필요한 분야는 계속해서 증가하고 있다.
이에 따라, 빠르고 정확한 화학 분석을 위하여, 일일이 수작업에 의존하던 화학 분석을 자동으로 수행하기 위한 방법의 개발이 진행되고 있다. 이중, 플로우 인젝션 분석(Flow Injection Analysis, FIA)법은 유체 내에 있는 시료의 성분을 분석하는 것으로, 본 발명은 이에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 FIA 시스템에 대한 개략적인 구성도로서, 도 1을 참조하여 FIA 시스템의 작동 방법에 대하여 설명하기로 한다. 샘플링루프 (4)는 샘플용 펌프 (2)에 의해 유입되는 샘플을 일정량씩 저장할 수 있다. 샘플이 샘플링루프 (4)에 일정량 유입되어 있을 경우, 캐리어 펌프 (3)를 작동시키면 저장통 (미도시)으로부터 유입되는 캐리어에 의해 샘플링루프 (4)에 잔류하는 샘플이 코일 (5) 방향으로 보내진다. 이 때, 시약용 펌프 (1)에 의해 저장통 (미도시)으로부터 유입되는 시약은, 곡선형으로 이루어진 코일 (5)을 거치는 과정에서 샘플과 혼합되어 반응을 일으킨다. 계속하여, 반응 결과물은 디텍터 (6)를 통과하면서 샘플 성분이 분석된다.
이러한 FIA형 자동 분석기는 1978년에 최초로 개발된 이후 다양하게 변형되어 오고 있으나, 아직 널리 사용되지는 못하고 있다. 1978년 개발된 FIA형 자동 분석기는 페리스탈틱 펌프, 인젝터, 믹싱 코일, 흡광도 디텍터 등의 부품으로 이루어져 있으며, 각각의 부품들이 플라스틱 튜브에 의해 접속되어 있다. 이후, 1981년에 대량 생산이 가능한 초소형 FIA 시스템이 발표되었다. 이러한 FIA 시스템의 유체회로 기판은 두 개의 아크릴 수지 기판이 접착되어 있는 구조이다. 여기에서, 하나의 아크릴 기판의 일면에는 소정 형태의 그루브가 형성되어 있으며, 그루브가 다른 기판에 의해 덮여지도록 되어 있다. 그루브는 코일부, 인젝터 등의 유체회로를 구성한다. 그루브가 형성되지 않은 기판의 외부 쪽에는 펌프, 디텍터 등을 연결하도록 되어 있어서, 접착되어 있는 기판의 외부에서 펌프와 디텍터를 연결하면 FIA 시스템이 완성되도록 되어있다. 그러나, 이러한 FIA 시스템에서는 펌프 그 자체를 소형화하지 못하여, 유체회로 기판에 직접 접속할 수 없을 뿐만 아니라, 이로 인하여 아크릴판과 펌프 사이의 배관이 필요하여 상용화되지 못하였다.
한편, 실리콘 웨이퍼를 이용하는 리소그래피 공정의 발달에 따라, 마이크로 유체 소자(마이크로 펌프, 마이크로 유체 채널, 마이크로 디텍터)를 제조하는 방법이 발표되었다. 실리콘 웨이퍼를 이용할 경우, 소자의 크기를 소형화하기 용이하다는 장점이 있기 때문에 이를 위하여 FIA형 자동 분석기의 소형화, 대량 생산 공정에 대한 연구가 활기를 띠고 있다.
그러나, 실리콘 웨이퍼를 이용하는 경우, 여러 가지 장애가 존재하여 이를 극복하기 어렵다는 문제점이 있다. 예를 들면, 실리콘 웨이퍼 자체가 너무 비싸서 이를 소재로하여 기기를 제조할 경우 경제적이지 못하다는 문제점과 깨지기 쉽고 넓게 제조하기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 각 소자들을 상호 연결하기 어렵다는 문제점이 있다. 현재 각 소자들을 연결하는 방법으로는 적층법과 기판 접착법이 있다.
적층법은 모듈화된 마이크로 유체 소자들을 적층하여 상호 연결하는 방법으로서, 각 웨이퍼 사이에서의 누수가 문제로 되고 있다. 기판 접착법에서는 각 유체 소자들을 유체회로 기판 상에 평면으로 나열하여 접착하는 것으로, 유체 소자들을 일면에 부착시킬 수 있을 정도의 실리콘 기판을 제조하기 어렵다는 문제점이 있다.
한편, 유체 소자 기판에 유체 채널, 샘플링 루프 등을 형성하는 방법에 대하여 여러 가지가 알려져 있다. 가장 원시적인 방법으로는 엔그레이버(engraver)를 이용하여 기판에 홈을 파내는 것인데, 정밀한 분석 장치 제조에는 부적합하다. 보다 진보된 방법으로는 리소그래피 공정을 이용하여 실리콘 웨이퍼에 홈을 새기는 방법이 있으나, 플라스틱 소재에는 직접 적용이 불가능하다는 문제점이 있다.
이에 따라, 간접적인 리소그래피 공정을 이용하여 플라스틱 소재 기판에 유체 채널을 형성하는 방법이 제안되었다. 즉, 실리콘 웨이퍼에 패턴을 형성한 다음, 이를 금형으로 이용하여 플라스틱 소재를 사출하는 방법이 제안되었다. 그러나, 실리콘 웨이퍼는 기계적 강도가 너무 약해 반복적으로 사용할 수 없기 때문에, 대량 생산에 부적합하다. 다른 방법으로는, 리소그래피 공정을 이용하여 스테인레스 스틸과 같은 금속에 패턴을 형성한 다음, 이를 금형으로 이용하는 방법이 있다. 그러나, 금속은 두껍게 제조할 수 있어서 기계적 강도는 우수하지만, 바닥면이 거칠고 정확한 부식 제어가 어렵다는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전술한 문제점을 해결하여 화학 분석을 위하여 플로우 인젝션 분석 시스템을 구성하기에 용이할 뿐만 아니라 소형으로 제조가 가능한 유체회로 기판을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상술한 유체회로 기판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 FIA 시스템에 대한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성되는 화학 분석 장치에 대한 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접속 단자의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시되어 있는 접속 단자가 기판에 접속되어 있는 구조를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 접속 단자의 분해 사시도이다.
도 6은 도 4에 도시되어 있는 접속 단자가 기판에 접속되어 있는 구조를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 펌프의 분해 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시되어 있는 유체 펌프의 동작 상태도로서, 다이아프램이 압착된 상태를 나타내고 있다.
도 9는 도 7에 도시되어 있는 유체 펌프의 동작 상태도로서, 다이아프램이 복원된 상태를 나타내고 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 펌프의 분해 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시되어 있는 유체 펌프의 동작 상태도로서, 다이아프램이 압착된 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 하나의 유입구와 두 개의 유출구에 연결되어 유체의 유출 방향을 선택적으로 제어하기 위한 유체 제어 장치의 분해 사시도이다.
도 13은 도 12에 도시되어 있는 유체 제어 장치의 동작 상태를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따라 하나의 유입구와 두 개의 유출구에 연결되어 유체의 유출 방향을 선택적으로 제어하기 위한 유체 제어 장치의 분해 사시도이다.
도 15는 도 14에 도시되어 있는 유체 제어 장치의 동작 상태도이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따라 두 개의 유입구와 하나의 유출구에 연결되어 유체의 유입 방향을 선택적으로 제어하는 유체 제어 장치의 분해 사시도이다.
도 17은 도 16에 도시되어 있는 유체 제어 장치의 동작 상태를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 3전극 타입 디텍터의 분해 사시도이다.
도 19는 도 18에 도시되어 있는 디텍터가 기판에 접속되어 있는 구조를 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3전극 타입 디텍터의 분해 사시도이다.
도 21는 도 20에 도시되어 있는 디텍터의 동작 상태도이다.
도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 FIA 시스템에 대한 개략적인 구성도이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는 내면에 유체 채널, 샘플링 루프 및 믹싱코일을 포함하는 유체 회로가 형성되어 있는 제1 기판, 및 내외면을 관통하는 복수개의 관통공이 형성되어 있는 제2 기판을 포함하는 유체회로 기판에 있어서, 상기 제2 기판의 외면에는, 상기 복수개의 관통공을 통하여 상기 제1 기판에 형성되어 있는 유체 회로와 연통되는 복수개의 펌프, 복수개의 유체제어장치, 복수개의 접속단자 및 디텍터를 고착시킬 수 있도록 결합 수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판이 제공된다.
상기 다른 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, (ⅰ) 내면에 유체 채널, 샘플링 루프 및 믹싱코일을 포함하는 유체 회로가 형성되어 있는 제1 기판, 및 내외면을 관통하는 복수개의 관통공이 형성되어 있는 제2 기판을 포함하는 유체회로 기판의 제조 방법에 있어서, 유리원판에 유체 채널, 샘플링 루프 및 믹싱코일을 포함하는 유체 회로가 형성되어 있는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 단계에서 형성된 포토레지스트 패턴에 금속층을 형성한 다음, 분리하여 일면에 패턴이 형성된 금속판을 제조하는 단계, 및 상기 금속판을 금형으로 하여, 용융 플라스틱 수지를 사출하는 단계를 통하여 제1 기판을 제조하는 단계, 및 (ⅱ) 내외면을 관통하는 복수개의 관통공이 형성되어 있는 제2 기판과 상기 단계에서 제조되는 제1 기판을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판의 제조 방법이 제공된다.
특히, 상기 금속층은 상기 포토레지스트 패턴 면에 금속을 도금하여 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 패턴이 형성되어 있는 금속판을 마스터로 하여 여러개의 마더를 제조하고, 마더를 이용하여 여러개의 스탬퍼를 제조한 다음, 스탬퍼를 금형으로 하여 용융 플라스틱 수지를 사출하면 상대적으로 많은 기판을 제조하는 잇점이 있다.
상기 제1 및 제2 기판의 재질은 폴리메틸메타크릴레이트와 같은 내약품성 플라스틱으로 제조되는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서, 각 유체 소자는 다음과 같은 구조로 이루어진 것이 바람직하다.
예를 들면, 상기 접속 단자는 중앙부에 형성되어 있는 관통공을 갖는 베이스에 플랜지가 구비되어 있는 중공형 하부 케이스, 상기 중공형 하부 케이스 내에 수납되며, 중앙에 튜브가 통과할 수 있는 통로가 형성되어 있는 중공형 상부 케이스, 및 상기 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 압착 가능하게 설치되어, 상기 상부 케이스에 형성된 통로를 통하여 수납되는 튜브를 조여주는 페룰을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하부 케이스에 형성되어 있는 플랜지는 하부 케이스의 하부 외주면에 형성되어 있는 볼트로 대체될 수 있다.
상기 펌프는, 상기 제2 기판에 접속 가능하도록 하부에 플랜지가 구비되어 있는 중공형 케이스, 상기 케이스 내에 수납되며, 그 중앙에 통로가 형성되어 있는 전자석, 상기 전자석의 통로 내에서 승강 운동하는 자석, 상기 제2 기판에 형성되어 있는 관통공에 설치되며, 자기점착성이 있는 플라스틱으로 이루어져 있는 제1 및 제2 원웨이밸브, 및 상기 두 개의 원웨이밸브의 단부를 수납하며, 상기 자석에 장착되어 있어서 상기 자석의 승강운동과 연동하여 탄력 운동을 하는 다이아프램을 구비하며, 상기 다이아프램이 압착된 상태에서는 상기 제1 원웨이밸브는 닫혀짐과 동시에 제2 원웨이밸브는 개방되고, 상기 다이아프램이 복원된 상태에서는 상기 제1 원웨이밸브는 개방됨과 동시에 상기 제2 원웨이밸브는 닫혀지도록 설치되어 있는 것이 바람직하다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 케이스에 형성되어 있는 플랜지는 케이스의 하부 외주면에 형성되어 있는 볼트로 대체될 수 있다.
상기 자석의 재질은 니오드뮴-아이언-보론인 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 원웨이밸브는 상기 제2 기판에 형성되어 있는 관통공에 삽입되는 제1 튜브 및 상기 다이아프램 방향에 있는 제1 튜브의 단부 표면에 일점열용접되어 있는 제1 판막을 포함하며, 상기 제2 원웨이밸브는 상기 제2 기판에 형성되어 있는 관통공에 삽입되는 제2 튜브 및 상기 다이아프램의 반대 방향에 있는 제2 튜브의 단부 표면에 일점열용접되어 있는 제2 판막을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 복수개의 유체제어장치는, 유체의 유입 방향을 선택적으로 결정하는 제1 쓰리웨이밸브 및 유체의 유출 방향을 선택적으로 결정하는 제2 쓰리웨이밸브를 포함한다. 제1 쓰리웨이밸브는 상기 제2 기판에 형성되어 있으며 유체가 유입되는 제1 및 제2 유입 관통공과 유체가 유출되는 제1 및 제2 유출 관통공으로 이루어져 있는 네 개의 관통공과 연통되어 있으며, 제2 쓰리웨이밸브는 상기 제2 기판에 형성되어 있으며 유체가 유입되는 하나의 공통 유입 관통공과 유체가 유출되는 제1 및 제2 유출 관통공으로 이루어져 있는 세 개의 관통공과 연통되어 있다.
상기 제1 쓰리웨이밸브는, 상기 제2 기판에 접속 가능하도록 하부에 플랜지가 구비되어 있는 중공형 케이스, 상기 케이스 내에 수납되며, 그 중앙에 제1 및 제2 통로가 형성되어 있는 전자석, 상기 제1 및 제2 통로 내에서 극성 방향이 서로 반대가 되도록 설치되어 교번적으로 승강 운동하는 제1 및 제2 자석, 상기 제2 기판에 형성되어 있는 제1 유입 관통공과 제1 유출 관통공에 연통되는 제1 공간부 및 상기 제2 기판에 형성되어 있는 제2 유입 관통공과 제2 유출 관통공에 연통되는 제2 공간부를 가지며, 상기 전자석과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 유체회동부, 및 상기 제1 및 제2 유출 관통공 내에 각각 설치되며, 상기 제1 및 제2 자석의 승강 운동에 연동되어 상기 공통 유입구를 통하여 유입되는 유체의 유출 통로를 선택적으로 차단하는 제1 및 제2 유출차단수단을 구비하는 것이 바람직하다.
반면에, 상기 제2 쓰리웨이밸브는, 유체 회동부가 제1 쓰리웨이밸브와 다르다. 즉, 상기 전자석과 제2 기판 사이에 위치하는 유체 회동부는 상기 제2 기판에 형성되어 있는 공통 유입 관통공, 및 제1 및 2 유출 관통공에 연통되는 공간부를 갖는다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 쓰리웨이밸브의 케이스에 형성되어 있는 플랜지는 케이스의 하부 외주면에 형성되어 있는 볼트로 대체될 수 있다.
또한, 상기 디텍터는, 기판에 접속 가능하도록 하부에 플랜지가 구비되어 있는 중공형 케이스, 상기 케이스 내에 설치되어 유체의 성분을 분석하는 센서, 및 상기 제2 기판에 형성되어 있는 유입 관통공과 유출 관통공을 연통시키는 공간부를 가지며, 상기 센서와 제2 기판 사이에 위치하는 개스킷을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 케이스에 형성되어 있는 플랜지는 케이스의 하부 외주면에 형성되어 있는 볼트로 대체될 수 있다.
본 발명에 따르면, 모듈화된 인쇄회로 기판과 전자부품을 제조하여 부품을 기판 상에 접속시키는 것처럼, 모듈화된 유체 소자와 이를 접속시킬 수 있도록 디자인된 유체회로 기판을 제조하여 유체 소자를 기판에 접속시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
즉, 제1 기판에는 각종 유체 회로, 예를 들면 채널, 샘플링루프, 믹싱 코일 등이 형성되어 있다. 제2 기판에는, 각종 유체소자와 제1 기판에 형성되어 있는 유체 회로를 연통시키기 위한 관통홀이 형성되어 있을 뿐만 아니라, 유체소자를 접속시킬 수 있도록 결합 수단이 구비되어 있다. 결합 수단은 다양한 형태가 가능하다. 예를 들면, 유체소자를 접합시키는 부분에 너트가 형성되어 있거나, 금속 재질로 코팅된 금속판이 형성될 수도 있다. 여기에서, 너트는 하부 외주면에 볼트가 형성되어 있어서 나사결합시킬 수 있는 유체소자를 접속시키기 위한 것이고, 금속판은 플랜지를 구비한 유체 소자를 압착한 상태에서 접합하기 위한 것이다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)에서 처럼, 제2 기판의 외면에는, 펌프, 유체제어 장치 및 디텍터를 제어하기 위한 회로 패턴이 인쇄되어 있는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 유체 회로 기판의 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명에서는, 리소그래피 공정을 이용하여 도 2에 도시되어 있는 바와 같은 유체회로, 예를 들면 각종 채널, 샘플링 루프, 믹싱 코일 등을 형성한다. 이를 위하여, 우선 유리 원판에 포토레지스트 패턴을 형성한 다음, 형성된 패턴을 모체로하여 마스터를 제조한다. 마스터는 패턴 쪽에 금속을 전기 도금한 다음, 금속층을 분리하여 제조될 수 있다. 이 경우, 포토레지스트는 부도체이므로 전기도금하기 전에 포토레지스트 패턴을 도체화하는 공정이 필요하다. 도체화는 스퍼터링 또는 진공증착법을 이용하여 이루어질 수 있다.
마스터가 제조되면 이를 이용하여 스탬퍼를 제조하는데, 그 중간 과정으로서 마더를 제조한다. 마더는 마스터 위에 금속층을 다시 전기 도금한 다음, 분리하여 제작될 수 있다. 이 경우, 마스터와 마더의 분리를 쉽게하기 위하여, 마더를 형성하기 이전에 마스터의 표면을 중크롬산 용액으로 산화처리하여 다공질 산화막을 형성하는 것이 바람직하다.
마더가 형성되면, 이를 이용하여 다수의 스탬퍼를 제조한다. 스탬퍼의 재질은 고밀도의 정보 전사가 가능해야되므로 도금구조가 치밀하며, 고온 고압하에서 변형이 없으며, 금속층 내부 응력이 작아 기계적 변형이 없는 것을 선택해야된다. 스탬퍼의 제조는 상기 조건을 만족하는 금속을 이용하는 전기도금법을 이용하여 이루어지는 것이 바람직하다. 전기 도금을 통하여 마더의 패턴이 복제된 금속층이 형성되면, 이를 분리하여 스탬퍼를 제조한다.
스탬퍼가 제조되면, 이를 금형으로 하는 사출법을 이용하여 플라스틱 기판을 제조할 수 있다. 스탬퍼는 기계적 강도가 우수하기 때문에 이를 이용하면 유체 채널이 형성된 다수의 플라스틱 기판을 제조할 수 있다. 바람직한 플라스틱은 폴리메틸메타크릴레이트이다.
한편, 고밀도의 유체 채널 등을 형성하는 경우, 마스터-마더-스탬퍼 공정을 거치지 않고 마스터(이 경우, 마스터가 성형에 사용되는 스탬퍼로서 기능함)를 이용하여 직접 기판을 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서, 마스터, 마더, 스탬퍼를 제조하기 위하여 사용되는 금속은 금형으로 사용하기에 충분한 기계적 강도를 가지고 있을 필요가 있으며, 장기간 사용을 위하여 내부식성도 필요하다. 이러한 성질을 만족하는 금속으로서 니켈이 바람직하다.
상술한 바와 같은 공정을 통하여 유체회로가 형성되어 있는 하부 기판이 제조되면, 결합 수단 및 관통공이 형성되어 있는 상부 기판과 접합하여 본 발명의 유체회로 기판을 제조한다. 이 때, 유체회로는 두 개의 기판이 접속되는 내부 쪽에 위치하고, 결합 수단은 외부 쪽에 위치하도록 접속된다.
상부 기판은 하부 기판과 동일한 재질의 플라스틱 기판으로 제조된다. 상부 기판에 각종 유체 소자, 예를 들면 접속 단자, 펌프, 유체제어 장치, 디텍터 등을 접속시키는 부분에는 결합 수단이 형성되어 있다. 다시말해, 상부 기판에 너트를 형성하거나, 용접이 가능하도록 기판 상에 구리와 같은 금속판이 형성되어 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명의 특징을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 구성되는 자동분석 장치에 대한 개략적인 도면이다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 하부 기판 (10)은 유체 채널, 샘플링루프, 믹싱 코일이 형성되어 있으며, 상부 기판 (80)에는 접속 단자, 펌프, 쓰리웨이 밸브 및 디텍터가 접속되어 있다. 도면을 참조하여, 본 발명의 자동분석 장치에 대한 구체적인 설명을 하기로 한다.
우선, 하부 기판 (10)에는 외부에서 시약이 흐르는 제1 시약 채널 (11) 및 제1 시약 채널로부터 일단부가 인접하여 이격되어 있는 제2 시약 채널 (12)이 형성되어 있다.
제1 샘플 채널 (21,22,23)은 제1 시약 채널 (11)과 나란하게 형성되어 있다. 제1 샘플 채널은 외부에서 유입되는 샘플이 흐르는 채널이다. 제2 샘플 채널 (24,25,26)은 일단부가 제1 샘플 채널 (21,22,23)로부터 인접하여 이격되고, 타단부가 제3 샘플 채널 (27)로 모아진다. 제3 샘플 채널 (27)의 단부는 샘플링루프 (41)의 일단부에 인접하여 이격되도록 형성되어 있다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 샘플 채널 및 제2 샘플 채널은 복수개가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 디텍터로부터의 측정값에는 일정 정도의 오차가 불가피하므로, 이를 보정할 필요성이 있기 때문이다. 즉, 고농도 또는 저농도 표준액에 대한 분석 실험을 통한 오차 보정이 필요할 수 있으며, 이를 위하여 복수개의 샘플 채널이 필요한 것이다.
외부에서 유입되는 캐리어가 흐르는 제1 캐리어 채널 (31)이 제1 샘플 채널(21,22,23)과 나란하게 형성되어 있다. 제2 캐리어 채널 (32)은 일단부가 제1 캐리어 채널과 인접하여 이격되어 있고, 타단부가 상기 샘플링루프 (41)의 일단부에 인접하여 이격되도록 형성되어 있다.
샘플링루프의 타단부에는, 제1 배출 채널 (51) 및 일단부가 믹싱 코일 (71)의 입구부에 연결되어 있는 제1 연결 채널 (61)의 각 단부가 인접하여 이격되도록 형성되어 있다. 상기 제2 시약 채널 (12)의 타단부는 제1 연결 채널 (61)에 연결되어 있다. 입구부가 제1 연결 채널에 연결되어 있는 믹싱 코일 (71)은 출구부가 제2 연결 채널 (62)에 연결되어 있다. 마지막으로, 일단부가 제2 연결 채널 (62)의 일단부에 인접하여 이격되어 있고, 타단부가 제1 배출 채널 (51)에 연결되어 있는 제2 배출 채널 (52)이 형성되어 있다.
한편, 상부 기판 (80)에는 하부 기판 (10)에 이격되도록 형성되어 있는 각 채널을 상호 연결하거나, 또는 유체를 외부로부터 유입하거나 외부로 유출시키기 위하여 복수개의 관통공 (미도시)이 형성되어 있으며, 이하 각각의 관통공에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
우선, 제1 시약용 관통공이 제2 시약 채널 (12)의 단부에 인접하지 않은 제1 시약 채널 (11)의 단부에 대응하는 위치에 형성되어 있으며, 외부 저장통 (미도시)에 있는 시약이 제1 시약 채널 (11)로 유입되는 통로 역할을 한다. 서로 인접해 있는 제1 시약 채널 (11)과 제2 시약 채널 (12)의 단부에 대응하는 위치에는 한쌍의 제2 시약용 관통공이 형성되어 있다.
제1 샘플용 관통공은 제2 샘플 채널 (24,25,26)의 단부에 인접하지 않은 제1 샘플 채널 (21,22,23)의 단부와 대응하는 위치에 각각 형성되어 있으며, 외부 저장통 (미도시)에 있는 샘플이 제1 샘플 채널로 유입되는 통로 역할을 한다. 서로 인접해 있는 제1 샘플 채널과 제2 샘플 채널의 각 단부에 대응하는 위치에는 세쌍의 제2 샘플용 관통공이 형성되어 있다.
제1 캐리어용 관통공은 제2 캐리어 채널 (32)의 단부에 인접하지 않은 제1 캐리어 채널 (31)의 단부에 대응하는 위치에 형성되어 있으며, 외부 저장통 (미도시)에 있는 캐리어가 제1 캐리어 채널 (31)로 유입되는 통로 역할을 한다. 서로 인접해 있는 제1 캐리어 채널과 제2 캐리어 채널의 단부에 대응하는 위치에는 한쌍의 제2 캐리어용 관통공이 형성되어 있다.
제1 샘플링루프용 관통공군은 서로 인접해 있는 샘플링루프 (41), 제3 샘플 채널 (27) 및 제2 캐리어 채널 (32)의 각 단부에 대응하는 위치에 형성되어 있으며, 제2 샘플링루프용 관통공군은 제1 연결 채널 (61), 제1 배출 채널 (51) 및 샘플링루프 (41)의 각 단부에 대응하는 위치에 형성되어 있다.
서로 인접해 있는 제2 연결 채널 (62)과 제2 배출 채널 (52)의 각 단부에 대응하는 위치에는 한쌍의 디텍터용 관통공이 형성되어 있다.
마지막으로, 샘플링루프 (41)의 단부에 인접하지 않은 제1 배출 채널 (51)의 단부에 대응하는 위치에는 배출용 관통공이 형성되어 있다. 배출용 관통공은 제1 배출 채널 (51) 또는 제2 배출 채널 (52)을 통하여 외부로 유출되는 유체의 통로 역할을 한다.
한편, 제1 시약용 관통공, 제1 샘플용 관통공, 제1 캐리어용 관통공 및 배출용 관통공에 대응하는 위치에는 시약용 접속단자 (TR), 샘플용 접속단자 (TLS, TS, THS), 캐리어용 접속단자 (TC) 및 배출용 접속 단자 (TW)를 접속시킬 수 있다. 각 접속 단자의 구조 및 접속 방법은 후술하기로 한다.
펌프는 시약용 펌프 (PR), 샘플용 펌프 (PLS, PS, PHS) 및 캐리어용 펌프 (PC)로 이루어져 있다. 각각의 펌프는 한쌍의 제2 시약용 관통공, 세쌍의 제2 샘플용 관통공 및 한쌍의 제2 캐리어용 관통공에 대응하는 위치에 접속시킬 수 있다. 각 펌프의 구조 및 접속 방법은 후술하기로 한다.
유체제어 장치는 유체 흐름을 선택적으로 차단 또는 소통시키는 역할을 한다. 본 실시예에 있어서, 유체제어 장치로는 각각 제1 및 제2 쓰리웨이밸브 (3V1, 3V2)가 장착되어 있다. 제1 쓰리웨이밸브 (3V1)는 제1 샘플링루프용 관통공군에 대응하는 위치에 접속되어, 제3 샘플 채널 (27)과 제2 캐리어 채널 (32)중 어느 하나의 채널로부터의 유체를 샘플링루프 (41) 쪽으로 선택적으로 흐르게 제어하는 역할을 한다. 제2 쓰리웨이밸브 (3V2)는 제2 샘플링루프용 관통공군에 대응하는 위치에 접속되어, 샘플링루프 (41)로부터의 유체를 제1 연결 채널 (61)과 제1 배출 채널 (51)중 어느 하나의 채널쪽으로 선택적으로 흐르게 제어하는 역할을 한다.
상술한 바와 같이 구성되어 있는 자동 분석 시스템의 구동은 다음과 같이 이루어진다. 샘플용 펌프 (PS)를 작동시키면, 저장통 (미도시)에 있는 샘플이 제1 샘플 채널 (22)을 통한 다음, 펌프 (PS)를 통하여 제2 샘플 채널 (25)로 보내진다. 펌프 (PS) 작동에 의해, 제1 샘플 채널 (22)에 대응하는 위치에 있는 관통공을 통하여 펌프 내부로 유입되어, 제2 샘플 채널 (25)에 대응하는 위치에 있는 관통공을 통하여 제2 샘플 채널로 보내진 다음, 제3 샘플 채널 (27)로 보내지는 것이다. 이 때, 제1 쓰리웨이밸브 (3V1)에 의해, 제2 캐리어 채널 (32)과 샘플링루프 (41) 사이의 통로는 밀폐됨과 동시에 제3 샘플 채널 (27)과 샘플링루프 (41) 사이의 통로는 개방되어 있다. 또한, 제2 쓰리웨이밸브 (3V2)에 의해, 샘플링루프 (41)와 제1 배출 채널 (51) 사이의 통로는 개방됨과 동시에 샘플링루프 (41)와 제1 연결 채널 (61) 사이의 통로는 밀폐되어 있다. 제1 쓰리웨이밸브 (3V1)를 통하여 유입되는 샘플은 샘플링루프 (41)를 거쳐 제1 배출 채널 (51)쪽으로 배출된다.
샘플이 제1 배출 채널 (51)쪽으로 배출되기 시작하면, 제1 및 제2 쓰리웨이밸브 (3V1, 3V2)의 선택 채널을 전환시킨다. 다시말하면, 밀폐되어 있는 제2 캐리어 채널 (32)과 샘플링루프 (41) 사이의 통로를 개방함과 동시에 개방되어 있는 제3 샘플 채널 (27)과 샘플링루프 (41) 사이의 통로를 밀폐한다. 또한, 샘플용 펌프 (PS)를 정지시키고 캐리어용 펌프 (PC)를 작동시키면, 샘플의 흐름과 마찬가지 원리에 따라, 저장통 (미도시)에 있는 캐리어가 제1 캐리어 채널 (31), 캐리어용 펌프 (PC) 및 제2 캐리어 채널 (32)을 거쳐 샘플링루프 (41)로 유입된다. 샘플링루프에 저장되어 있는 샘플은 유입되는 캐리어에 의해 제1 연결 채널 (61)로 보내진다. 이 때, 시약용 펌프 (PR)를 작동시키면 시약이 제2 시약 채널 (12)을 거쳐 제1 연결 채널 (61)로 유입되며, 믹싱 코일 (71)을 거치면서 샘플과 시약이 혼합된다. 두종류의 유체는 믹싱 코일을 거치는 과정에서 균일하게 혼합되어 상호 반응이 일어난다.
믹싱 코일 (71)을 통과한 반응 결과물은 계속하여 제2 연결 채널 (62)을 통하여 디텍터 (Det)로 보내진다. 반응 결과물은, 제2 연결 채널 (62) 쪽 관통공을 통하여 디텍터 내부로 유입된 다음, 제2 배출 채널 (52) 쪽 관통공을 통하여 유출된다. 이 때, 디텍터 내부의 센서에 의해 반응 결과물이 분석되는 것이다.
마지막으로, 제2 배출 채널 (52)을 통하여 유출되는 반응 결과물은 배출용 관통공을 통하여 외부 저장통 (미도시)으로 배출된다.
화학 자동 분석 장치를 이용하면, 이상 설명한 바와 같이 샘플의 성분을 자동으로 분석할 수 있다. 한편, 분석 과정에서는 일정 정도의 오차가 불가피하다. 따라서, 오차값을 보정해주기 위하여, 고농도 표준액아니 저농도 표분액을 이용하여 분석 실험을 반복할 수 있다. 샘플용 펌프 PS대신에, 고농도 표준액용 펌프 PHS또는 저농도 표준액용 펌프 PLS와 바꾸어주면서, 상술한 바와 같은 공정을 반복한 다음, 얻어진 측정값에 대하여 적절한 보정을 해주면 보다 정확한 샘플 성분을 알아낼 수 있다.
이하, 도 2에 도시되어 있는 각 소자의 구조 및 작동 원리를 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 접속 단자의 구조를 나타내는 도면으로서, 도 2에 도시되어 있는 시약용 접속단자 (TR), 샘플용 접속단자 (TLS, TS, THS), 캐리어용 접속단자 (TC) 및 배출용 접속 단자 (TW)로 이용될 수 있다. 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 접속 단자는 중공형 상부 케이스 (92)와 중공형 하부 케이스 (91) 및 두 개의 케이스 사이에 수납되어 있는 페룰(ferrule) (93)로 이루어져 있다. 하부 케이스 (91)에는 수납 공간이 형성되어 있으며, 그 상부측 내주면에는 너트 (91a)가 형성되어 있다. 하부 케이스 (91)의 베이스는 중앙부에 관통공 (미도시)이 형성되어 있으며, 기판에 접속시키기 용이하도록 플랜지 (91b)가 구비되어 있다. 상부 케이스 (92)는 중앙에 튜브가 통과할 수 있는 통로가 형성되어 있다. 상기 상부 케이스 (92)는 상기 하부 케이스 (91) 내에 수납되며, 하부 케이스의 너트 (91a)와 체결 가능하도록 외주면에 볼트 (92a)가 형성되어 있다. 하부 케이스 (91)에 페룰 (93)이 수납된 상태에서 체결부를 통하여 상부 케이스를 하부 케이스 내부로 수납하면, 두 개의 케이스 사이에 설치되어 있는 페룰의 상부가 중앙 쪽으로 힘을 받는다. 이 때, 상부 케이스 (92)를 통하여 페룰 (93) 내에 튜브가 수납되어 있을 경우, 튜브가 페룰에 의해 조여지게 되는 것이다. 접속 단자의 모든 구성 요소의 재질은 플라스틱인 것이 바람직하다.
도 4는 도 3에 도시되어 있는 접속 단자가 기판에 접속되어 있는 구조를 나타내는 단면도이다. 도 4에서, 접속 단자는 상부기판 (80)에 접속되어 있다. 즉, 접속 단자가 캐스킷 (101)을 사이에 두고 기판 (80)에 안착되어 있으며, 금속 재질의 브라켓 (1001)을 이용하여 플랜지 (91b)를 압착한 상태에서, 브라켓 (1001)의 가장자리 부분이 기판 (80) 상에 형성되어 있는 동판으로 이루어진 접합부 (80a)와 용접, 예를 들면 납땜 (1101)되어 있다. 또한, 상부 기판 (80)에는 관통홀이 형성되어 있으며, 하부 기판 (10)에는 채널이 형성되어 있다. 예를 들면, 상부 기판 (80)에는 시약용 관통홀 (11a)이 형성되어 있으며, 하부 기판 (10)에는 제1 시약 채널 (11)이 형성되어 있다. 두 개의 기판 (10, 80)은 제1 시약 채널 (11)의 단부와 시약용 관통홀 (11a)이 서로 대응하는 위치가 되도록 접속된다. 접속 단자 내에는 외부 저장통 (미도시)에 연결되어 있는 튜브 (100)가 수납되어 있다. 즉, 튜브 (100)가 상부 케이스 (92)에 형성되어 있는 통로를 거쳐 페룰 (93) 내에 수납되어 있어서, 튜브 (100)를 통해 유입되는 유체가 기판 (80)에 형성되어 있는 관통홀 (11a)을 통하여 흐를 수 있는 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 접속 단자의 구조를 나타내는 도면이다. 도 5에 도시되어 있는 접속 단자는 도 3에 도시되어 있는 접속 단자와 대부분 동일하지만, 플랜지 (91b) (도 3 참조) 대신에 볼트 (91c)가 형성되어 있다.
도 6은 도 5에 도시되어 있는 접속 단자가 기판에 접속되어 있는 구조를 나타내는 단면도이다. 도 6에서, 접속 단자는 브라켓 (1001)을 이용하여 플랜지 (91b)를 압착한 상태에서 용접 (도 4 참조)하는 대신에, 하부 케이스 (91)에 형성되어 있는 볼트 (91c)와 제2 기판 (80)에 형성되어 있는 너트 사이에 나사 결합되어 있다. 이와 같이 접속 단자와 제2 기판이 나사 결합되어 있을 경우, 상호간에 접속 및 분리가 용이하다는 장점이 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 펌프의 분해 사시도로서, 도 5를 참조하여 유체 펌프의 구조를 상세히 설명하기로 한다.
도 7을 참조하면, 유체 펌프는 기판 (80)에 고정되는 중공형 케이스 (110), 상기 케이스 (110) 내에 수납된 전자석 (140), 상기 전자석 (140) 내에서 승강 운동되는 자석 (150), 상기 기판 (80)에 설치되는 제1 원웨이밸브 (210) 및 제2 원웨이밸브 (220), 상기 제1 원웨이밸브 (210)의 입구와 제2 원웨이 밸브 (220)의 출구가 수납되며 그 상부에 장착되어 있는 상기 자석 (150)에 의해 탄력 운동하는 다이아 프램 (160)을 포함한다. 상기 다이아 프램 (160)의 단부 외주면에는 방사상으로 연장된 밀착플랜지 (161)가 형성되어 있고, 상기 밀착플랜지 (161)는 전자석 (140)과 기판 (80) 사이에 설치되는 밀착 부재 (145)에 의해 상기 기판 (80)의 표면에 밀착되게 눌려진다.
상기 중공형 케이스 (110)에는 수납되는 전자석 (140)의 이탈을 방지하기 위한 커버부재 (112)가 설치된다. 상기 커버부재 (112)는 그 외주면에 제1 볼트 (112a)가 형성되어 있고, 상기 케이스 (110)의 상부측 내주면에는 상기 제1 볼트 (112a)에 대응하는 제1 너트 (110a)가 형성되어 있다. 상기 제1 볼트 (112a)가 제1 너트 (110a)에 나사 결합되는 것에 의해 커버 부재 (112)는 케이스 (110)에 체결된다. 이 때, 상기 커버 부재 (112)에는 일반적인 드라이브 팁(미도시)이 끼워지는 홈 (112b)이 형성되어 있으므로, 상기 홈 (112b)에 드라이버 팁을 끼우고 회전시키는 것에 의해 커버 부재 (112)를 케이스 (110)에 나사 결합시킨다.
상기 케이스 (110)의 하부에는 플랜지 (110b)가 구비되어 있어서, 브라켓을 이용하여 기판 (80)에 접속할 수 있다. 플랜지 (110b)는 케이스 (110)와 일체로 되어 있으며, 재질은 플라스틱이 바람직하다.
상기 제1 원웨이밸브 (210)는, 제1 튜브 (212), 상기 제1 튜브 (212)의 일측 단부 표면, 즉 다이아프램 (160) 방향으로 향한 단부 표면에서 제1 용접점 (218)을 중심으로 일점열용접된 제1 판막 (216)으로 구성된다. 상기 제2 원웨이밸브 (220)는, 제2 튜브 (222), 상기 제2 튜브 (222)의 타측 단부 표면, 즉 다이아프램 (160) 반대 방향으로 향한 단부 표면에 제2 용접점 (228)을 중심으로 일점열용접된 제2 판막 (226)으로 구성된다. 아울러, 상기 튜브 및 판막들은 자기 점착성을 갖는 폴리머, 예를 들면 타이곤 수지가 바람직하다.
상기 제1 및 제2 판막 (216, 226)은 디스크 형상으로 된 것으로서, 제1 및 제2 튜브 (212, 222)의 단부 표면에 제1 및 제2 용접점 (218, 228)을 중심으로 일점열용접(spot welding)되어 있다. 상기 제1 및 제2 판막 (216, 226)은 다양한 성질의 유체속에서 끊임없이 운동하므로 제1 및 제2 튜브 (212, 222)에 강하게 접착되어야 하며, 공지의 일점열용접법을 이용하여 상기 제1 및 제2 판막 (216, 226)을 제1 및 제2 튜브 (212, 222)의 단부 표면에 손쉽고 신뢰성 있게 접착할 수 있다. 이러한 구조의 원웨이 밸브는 대략 직경이 1 내지 5mm 내외 정도로 작게 제조될 수 있다. 따라서, 이러한 소형 원웨이 밸브를 채용하는 펌프는 소형 유체회로 기판에 직접 접속시킬 수 있을 정도로 작게 제조될 수 있다.
상기 기판 (80)에는 유입구 (11b)와 유출구 (12a)가 형성되어 있다. 상기 유입구 및 유출구는 시약용 펌프 (PR), 샘플용 펌프 (PLS, PS, PHS) 또는 캐리어용 펌프 (PC)를 접속하는 위치에 대응하는 제2 시약용 관통공, 제2 샘플용 관통공 또는 제2 캐리어용 관통공을 나타낸다(도 2). 도 2에서 제2 시약용 관통공을 예를 들어 설명하면, 상기 유입구 및 유출구 (11b, 12a)는 서로 인접해 있는 제1 시약 채널 (11)과 제2 시약 채널 (12)의 단부에 대응하는 위치에 형성되어 있는 한쌍의 관통공이다. 즉, 유입구 (11b)는 제1 시약 채널 (11)의 단부에, 상기 유출구 (12a)는 제2 시약 채널 (12)의 단부에 위치하는 관통공이다.
제1 및 제2 원웨이밸브 (210, 220)는 상기 유입구 및 유출구 (11b, 12a)에 설치된다. 제1 원웨이밸브 (210)는 상기 제1 판막 (216)이 기판의 상부측에 위치하도록 유입구 (11b)에 삽입되고, 제2 원웨이밸브 (220)는 상기 제2 판막 (226)이 기판의 내부쪽으로 위치하도록 삽입된다. 이 때, 상기 제1 및 제2 원웨이밸브 (210, 220)는 압착시 자기 점착성을 갖기 때문에, 접착제를 사용하지 않고도 유입구 (11b) 및 유출구 (12a)에 밀착되게 끼워져 유체가 새는 것을 방지한다.
상기 전자석 (140)은 자석 (150)을 승강 운동시키기 위한 것으로, 그 중앙부에 통로 (144)가 형성되어 있는 릴부재 (141)에 코일 (142)이 감겨진 솔레노이드 형태이다. 상기 통로 (144)에는 자석 (150)이 승강 가능하게 수납된다. 따라서, 상기 코일 (142)에 순방향 또는 역방향으로 전류를 인가하면, 솔레노이드 내부를 관통하는 자기장이 상부 방향 또는 하부 방향으로 형성되어, 자석 (150)이 통로 (144) 내에서 승강 운동된다.
상기 자석 (150)의 재질은 니오드뮴-아이언-보론 (NdFeB)이다. 이러한 자석 (150)은 자력 강도가 일반적인 보통 자석보다 수십 내지 수백배 강하다. 즉, 니오드뮴-아이언-보론 자석은 그 직경이 1mm∼5mm 정도로 매우 작을 경우에도 강한 자기장을 형성하므로, 이를 이용하면 강력한 엑츄에이터를 구성할 수 있다.
상기 다이아프램 (160)은, 그 내부에 공간이 형성된 반원구 형태의 횡경막으로서, 재질을 타이곤을 사용하여 탄력성 및 복원성이 우수하다. 다이아프램 (160)의 최상부측에는 상기 자석 (150)이 장착되어 있다. 다이아프램 (160)은 밀착플랜지 (161)가 밀착부재 (145)에 의해 눌려지는 것에 의해 기판 (80)의 표면에 밀착 고정되므로, 압착되거나 원상태로 복원되는 과정에서도 다이아프램 (160) 내부와 기판 (80) 사이의 밀봉 상태를 유지하게 된다.
도 8은 도 7에 도시되어 있는 유체 펌프의 동작 상태도로서, 다이아프램이 압착된 상태를 나타내는 도면이다.
도 6에서, 유체 펌프는 상부기판 (80)에 접속되어 있다. 즉, 금속 재질의 브라켓 (1002)이 플랜지 (110b)를 압착한 상태에서, 브라켓 (1002)의 가장자리 부분이 기판 (80) 상에 형성되어 있는 동판 (80b)과 용접, 예를 들어 납땜 (1102)되어 있다. 또한, 상부 기판 (80)과 하부 기판 (10)은 접착되어 있다.
도 8에서는, 자석 (150)이 통로 (144)의 하부 위치로 하강해 있도록, 상기 전자석 (140)에 순방향 전류가 인가되어 있다. 그러면, 자석 (150)은 다이아프램 (160)을 압착하고, 다이아프램 (160) 내부에 수용된 유체는 다이아프램 (160) 방향으로 설치된 제1판막 (216)의 표면에 유압을 가하여 제1판막 (216)을 제1튜브 (212)의 단부에 견고하고 밀착시킨다. 제1 원웨이밸브 (210)가 밀폐되는 것이다. 동시에, 다이아프램 (160) 내부의 유체에 의해 가해지는 유압에 의해 제2 판막 (226)이 제2튜브 (222)에서 젖혀지는 방향, 즉 유체가 유출되는 방향으로 젖혀지게 된다. 제2 원웨이밸브가 개방되는 것이다. 따라서, 다이아프램 (160) 내부에 유입되어 있는 유체는 제2 원웨이밸브 (220)를 거쳐 제2 시약 채널 (12)로 유출된다.
도 9는도 7에 도시되어 있는 유체 펌프의 동작 상태도로서, 다이아프램이 복원된 상태를 나타내는 도면이다.
상기 전자석 (140)에 인가되는 전류의 방향을 바꾸면, 자석 (150)은 통로 (144)의 상부 위치로 상승한다. 그러면, 다이아프램 (160) 내부에 수용된 유체의 유압이 낮아지면서, 제1 판막 (216)이 제1 튜브 (212)에서 젖혀져 제1 원웨이밸브 (210)가 개방된다. 동시에 제2 판막 (226)이 제2 튜브 (222)의 일측 단부 표면에 밀착되어 제2 원웨이밸브 (220)가 밀폐된다. 따라서, 유체가 제2 시약 채널 (12) 쪽으로부터 유입되는 것은 방지하면서, 다이아프램 (160) 내부의 감압으로 인해 제1 시약 채널 (11)에 있는 유체가 다이아프램 (160) 내부로 유입된다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 펌프의 분해 사시도이다. 도 10에 도시되어 있는 유체 펌프는 도 7에 도시되어 있는 유체 펌프와 대부분 동일하지만, 플랜지 (110b) (도 7 참조) 대신에 볼트 (110c)가 형성되어 있다.
도 11은 도 10에 도시되어 있는 유체 펌프의 동작 상태도로서, 다이아프램이 압착된 상태를 나타내는 도면이다. 도 11에서, 유체 펌프는 브라켓 (1002)을 이용하여 플랜지 (110b)를 압착한 상태에서 용접 (도 8 참조)하는 대신에, 하부 케이스 (110)에 형성되어 있는 볼트 (110c)와 제2 기판 (80)에 형성되어 있는 너트 (81b) 사이에 나사 결합되어 있다. 이와 같이 유체 펌프와 제2 기판이 나사 결합되어 있을 경우, 상호간에 접속 및 분리가 용이하다는 장점이 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 하나의 유입구와 두 개의 유출구에 연결되어 유체의 유출 방향을 선택적으로 제어하기 위한 유체 제어 장치의 분해 사시도이다.
도 12의 유체 제어 장치는 제2 쓰리웨이브밸브 (도 2 참조)로 사용될 수 있다. 도 12를 참조하면, 제2 쓰리웨이밸브는 기판 (80)에 고정되는 중공형 케이스 (310), 상기 케이스 (310) 내에 수납되며 제1, 2 통로 (344a, 344b)가 형성된 전자석 (340), 상기 제1, 2 통로 (344a, 344b) 내에서 승강 운동되는 제1, 2 자석 (350a, 350b), 유체가 수용 및 회동되는 유체회동부 (360), 상기 제1, 2 자석 (350a, 350b)의 승강 운동에 연동하여 상기 유체회동부 (360)로부터 유출되는 유체를 선택적으로 차단하는 제1, 2 유출차단수단 (2140, 2150)을 포함한다.
상기 중공형 케이스 (310)에는 수납되는 전자석 (350a, 350b)의 이탈을 방지하기 위한 커버부재 (312)가 설치된다. 상기 커버부재 (312)는 그 외주면에 제1 볼트 (312a)가 형성되어 있고, 케이스 (310)의 상부측 내주면에는 상기 제1 볼트 (312a)에 대응하는 제1 너트 (310a)가 형성되어 있다. 상기 제1 볼트 (312a)가 제1 너트 (310a)에 나사 결합되는 것에 의해 커버 부재 (312)는 케이스 (310)에 체결된다. 이 때, 상기 커버 부재 (312)에는 일반적인 드라이브 팁(미도시)이 끼워지는 홈 (312b)이 형성되어 있으므로, 상기 홈 (312b)에 드라이버 팁을 끼우고 회전시키는 것에 의해 커버 부재 (312)를 케이스 (310)에 나사 결합시킨다.
상기 케이스 (310)의 하부에는 플랜지 (310b)가 구비되어 있어서, 브라켓을 이용하여 기판 (80)에 접속할 수 있다. 플랜지 (310b)는 케이스 (310)와 일체로 되어 있으며, 재질은 플라스틱이 바람직하다.
상기 전자석 (340)은 상기 제1, 2 자석 (350a, 350b)을 상호 반대 방향으로 승강 운동시키는 작용을 한다. 상기 전자석 (340)은 그 중앙부에 대칭으로 제1, 2 통로 (344a, 344b)가 형성되어 있는 릴부재 (341)에 코일 (342)이 감겨진 솔레노이드 형태이다. 상기 제1 통로 (344a)에는 제1 자석 (350a)이, 상기 제2 통로 (344b)에는 제2 자석 (350b)이 각각 반대 극성으로 위치하도록 수납된다. 즉, 제1 자석 (350a)의 극성 방향이 N-S로 되면, 제2 자석 (350b)의 극성 반향은 S-N이 되도록 수납된다. 따라서, 상기 코일 (342)에 순방향 또는 역방향으로 전류가 흐르면, 제1, 2 통로 (344a, 344b) 내에서 제1, 2 자석 (350a, 350b)중 어느 하나는 상승하고 다른 하나는 하강한다.
상기 자석 (350a, 350b)의 재질은 니오드뮴-아이언-보론 (NdFeB)이다. 이러한 자석 (350a, 350b)은 자력 강도가 일반적인 보통 자석보다 수십 내지 수백배 강하다. 즉, 니오드뮴-아이언-보론 자석은 그 직경이 1mm∼5mm 정도로 매우 작을 경우에도 강한 자기장을 형성하므로, 이를 이용하면 강력한 엑츄에이터를 구성할 수 있다.
상기 유체회동부 (360)는 외부로부터 유입된 유체를 회동시켜 배출시키기 위한 곳으로, 상기 전자석 (340)과 상기 기판 (80) 사이에 위치된다. 유체회동부 (360)는 상기 제1, 2 자석 (350a, 350b)의 자력을 통과시키는 비자성체 디스크 (362) 및 상기 비자성체 디스크 (362)와 기판 (80)을 밀착시키는 개스킷 (364)으로 구성된다. 상기 캐스킷 (364)에는 그 중앙부에 공통 유입구 (41b) 및 제1, 2 유출구 (51a, 61a)와 연통되는 공간부 (364a)가 형성되어 있다. 공통 유입구 (41b) 및 제1, 2 유출구 (51a, 61a)는 제2 샘플링 루프용 관통공군으로서, 공통 유입구 (41b)는 샘플링 루프 (41)의 일단부에 대응하는 관통공이고, 제1 유출구 (51a)는 제1 배출 채널 (51)의 일단부에 대응하는 관통공이며, 제2 유출구 (61a)는 제1 연결 채널 (61)의 일단부에 대응하는 관통공이다(도 2 참조). 상기 공간부 (364a)는 상기 공통 유입구 (41b)와 상기 제1, 2 유출구 (51a, 61a)를 연통시키는 통로 역할을 할 뿐만 아니라, 상기 제1, 2 유출구 (51a, 61a)에 수납되는 제1, 2 원웨이밸브 (410, 420)의 제1, 2 판막 (416, 426)이 판막 운동하기 위한 공간을 형성한다. 이러한 공간부 (364a)는 상기 개스킷 (364)이 상기 비자성체 디스크 (362)의 표면과 기판 (80)의 표면에 밀착되는 것에 의해 밀봉된다. 본 실시예에서는 상기 개스킷 (364)이나 상기 비자성체 디스크 (362)가 플라스틱 소재로 구현된다.
본 발명에 따른 유체 제어 장치의 구성 요소인 제1, 2 유출차단수단 (2140, 2150)은 상기 기판 (80)의 제1, 2 유출구 (51a, 61a)에 각각 설치된다. 제1, 2 유출차단수단 (2140, 2150)은 서로 동일한 구조로 이루어져 있으며, 상기 제1, 2 자석 (350a, 350b)에 의해 연동되어 유체의 흐름을 교번적으로 차단하는 역할을 한다.
제1 유출차단수단 (2140)은 상기 제1 유출구 (51a)에 설치되며, 제1 원웨이밸브 (410)와 제1 원웨이밸브 (410)를 선택적으로 개폐하는 자성편 (431)을 포함한다. 제2 유출차단수단 (2150)은 상기 제2 유출구 (61a)에 설치되며, 제2 원웨이밸브 (420)와 제2 원웨이밸브 (420)를 선택적으로 개폐하는 자성편 (432)을 포함한다. 여기에서, 상기 제1, 2 원웨이밸브 (410, 420)의 구조는 유체 펌프와 관련하여 설명된 바와 같다.
도 13은 도 12에 도시되어 있는 유체 제어 장치의 동작 상태를 나타내는 도면이다. 도 13에서, 유체 제어 장치는 상부기판 (80)에 접속되어 있다. 즉, 금속 재질의 브라켓 (1003)이 플랜지 (310b)를 압착한 상태에서, 브라켓 (1003)의 가장자리 부분이 기판 (80)에 형성되어 있는 동판 (80c)과 용접, 예를 들어 납땜 (1103)되어 있다. 제1, 2 원웨이밸브 (410, 420)는 그 제1, 2 판막 (416, 426)이 젖혀질 때 각각의 경사면이 유체의 흐름 방향에 대면되도록 설치된다. 즉, 제1, 2 판막의 용접점 (미도시)이 공통 유입구 (41b)에 근접하도록 설치된다. 또한, 상부 기판 (80)과 하부 기판 (10)은 접착되어 있다.
도 13에서는, 제1 자석 (350a)이 하부에 위치하고, 제2 자석 (350b)이 상부에 위치하도록, 상기 전자석 (340)에 전류가 인가되어 있다. 이 경우, 제1 자성편 (431)은 제1 자석 (350a)의 자력에 의해 상부에 위치하여 제1 판막 (416)이 개방되어 있도록 한다. 반면에, 제2 자성편 (432)는 상부에 위치하는 제2 자석 (350b)의 자력이 약하여 하부에 위치한다. 이러한 상태에서, 공통 유입구 (41b)를 통하여 유입되는 유체는, 개방되어 있는 제1 원웨이밸브 (410)를 거쳐 제1 배출 채널 (51) 쪽으로만 유출된다.
도 13에 도시되어 있는 바와 같은 상태에서, 전자석 (340)에 흐르는 전류 방향을 바꾸어주면, 제1 자석 (350a)과 제2 자석 (350b)의 위치가 반대로 되면서, 제1, 2 자성편 (431, 432)의 위치도 반대로 바뀐다. 이 경우, 유입되는 유체의 압력에 의해 제1 판막이 제1 원웨이밸브의 단부에 밀착됨과 동시에 제2 판막이 제2 자성편 (432)에 의해 개방된다. 따라서, 제1 배출 채널 (51) 쪽으로 흐르던 유체는 제1 연결 채널 (61) 쪽으로만 흐르게 된다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따라 하나의 유입구와 두 개의 유출구에 연결되어 유체의 유출 방향을 선택적으로 제어하기 위한 유체 제어 장치의 분해 사시도이다. 도 14에 도시되어 있는 유체 제어 장치는 도 12에 도시되어 있는 유체 펌프와 대부분 동일하지만, 플랜지 (310b) (도 12 참조) 대신에 볼트 (310c)가 형성되어 있다.
도 15는 도 14에 도시되어 있는 유체 제어 장치의 동작 상태도이다. 도 15에서, 유체 제어 장치는 브라켓 (1003)을 이용하여 플랜지 (310b)를 압착한 상태에서 용접 (도 13 참조)하는 대신에, 하부 케이스 (310)에 형성되어 있는 볼트 (310c)와 제2 기판 (80)에 형성되어 있는 너트 (81c) 사이에 나사 결합되어 있다. 이와 같이 유체 제어 장치와 제2 기판이 나사 결합되어 있을 경우, 상호간에 접속 및 분리가 용이하다는 장점이 있다.
한편, 도 16은 본 발명의 일실시예에 따라 두 개의 유입구와 하나의 유출구에 연결되어 유체의 유입 방향을 선택적으로 제어하는 유체 제어 장치의 분해 사시도이다. 도 16에 도시되어 있는 유체 제어 장치는 도 14 도시되어 있는 유체 제어 장치와 대부분 동일하지만, 유체 회동부 (370)가 다르다. 이러한 유체 제어 장치는 도 2에서 제1 쓰리웨이브밸브로 사용될 수 있다.
도 2 및 도 16을 참조하면, 상기 유체회동부 (370)는 비자성체 디스크 (372) 및 상기 비자성체 디스크 (372)와 기판 (80)을 밀착시키는 개스킷 (374)으로 구성된다. 상기 캐스킷 (374)에는 제1 공간부 (374a) 및 제2 공간부 (374b)가 형성되어 있다. 제1 공간부 (374a)는 제1 캐리어 채널 (32)의 일단부에 대응하는 관통공인 제1 유입구 (32b) 및 샘플링루프 (41)의 일단부에 대응하는 관통공인 제1 유출구 (41a)를 연통시킨다. 제2 공간부 (374b)는 제3 샘플 채널 (27)의 일단부에 대응하는 관통공인 제1 유입구 (27b) 및 샘플링루프 (41)의 일단부에 대응하는 관통공인 제2 유출구 (41aa)와 연통된다. 제1, 제2 유출구 (41a, 41aa)에는 제1, 2 유출차단수단 (2140, 2150)이 설치된다.
도 17은 도 16에 도시되어 있는 유체 제어 장치의 동작 상태를 나타내는 도면이다.
도 17에서, 유체 제어 장치는 상부기판 (80)에 접속되어 있다. 즉, 금속 재질의 브라켓 (1004)이 플랜지 (310b)를 압착한 상태에서, 브라켓 (1004)의 가장자리 부분이 기판에 형성되어 있는 동판 (80d)과 용접, 예를 들어 납땜 (1104)되어 있다. 제1, 2 원웨이밸브 (410, 420)는 그 제1, 2 판막 (416, 426)이 젖혀질 때 각각의 경사면이 유체의 흐름 방향에 대면되도록 설치된다. 또한, 상부 기판 (80)과 하부 기판 (10)은 접착되어 있다.
도 17에서는, 제1 자석 (350a)이 상부에 위치하고, 제2 자석 (350b)이 하부에 위치하도록, 상기 전자석 (340)에 전류가 인가되어 있다. 이 경우, 제2 자성편 (432)은 제2 자석 (350b)의 자력에 의해 상부에 위치하면서 제2 판막 (426)이 개방되어 있도록 한다. 반면에, 제1 자성편 (431)은 상부에 위치하는 제1 자석 (350a)의 자력이 약하여 하부에 위치한다. 이러한 상태에서, 제3 샘플 채널 (27)로부터 제2 유입구 (27b)를 통하여 유입되는 유체는, 개방되어 있는 제2 원웨이밸브 (420)를 거쳐 샘플링루프 (41) 쪽으로 유출된다. 반면에, 제2 캐리어 (32)로부터 제1 유입구 (32b)를 통하여 유입되는 유체는, 제1 원웨이밸브 (410)가 밀폐되어 있어서 샘플링루프 (41)로 유출되지 못한다. 즉, 제3 샘플 채널 (27)로부터만 선택적으로 유체가 유입되는 것이다.
도 17에 도시되어 있는 바와 같은 상태에서, 전자석 (340)에 흐르는 전류 방향을 바꾸어주면, 제1 자석 (350a)과 제2 자석 (350b)의 위치가 반대로 되면서, 제1, 2 자성편 (431, 432)의 위치도 반대로 바뀐다. 이 경우, 제1 판막 (416)이 제1 자성편 (431)에 의해 개방됨과 동시에, 유입되는 유체의 압력에 의해 제2 판막 (426)이 제2 원웨이밸브 (420)의 단부에 밀착된다. 따라서, 유체는 제3 샘플 채널 (27)로부터는 유입되지 않고, 제2 캐리어 채널 (32)로부터만 유입된다.
한편, 도 16에 도시되어 있는 유체 제어 장치에 형성되어 있는 플랜지 (310b)는 도 14에 도시되어 있는 유체 제어 장치처럼 볼트로 대체될 수 있다. 이 경우, 도 16의 유체 제어 장치와 기판 (80) 사이의 접속은 도 15에 도시되어 있는 바와 같이 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 디텍터는 일반적으로 알려진 것중에서 작게 제조할 수 있는 것이라면 특별한 제한은 없으나, 흡광도 타입이나 전극 타입이 바람직하다. 도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 3전극 타입 디텍터의 분해 사시도이다.
도 18을 참조하면, 디텍터는 중공형 케이스 (510), 상기 케이스 (510) 내에 수납된 전극 홀더 (520) 및 상기 전극 홀더 (520)를 관통하는 세 개의 관통공에 삽입되는 세 개의 전극 (521, 522, 523)을 포함한다. 상기 세 개의 전극은 각각 기준 전극 (reference electrode) (521), 작동 전극 (working electrode) (522) 및 카운터 전극 (counter electrode) (523)이다.
상기 케이스 (510)에는 수납되는 상기 전극 홀더 (520)의 이탈을 방지하기 위한 커버부재 (512)가 설치된다. 상기 커버부재 (512)는 그 외주면에 제1 볼트 (512a)가 형성되어 있고, 상기 케이스 (510)의 상부측 내주면에는 상기 제1 볼트 (512a)에 대응하는 제1 너트 (510a)가 형성되어 있다. 상기 제1 볼트 (512a)가 제1 너트 (510a)에 나사 결합되는 것에 의해 커버 부재 (512)는 케이스 (510)에 체결된다. 이 때, 상기 커버 부재 (512)에는 일반적인 드라이브 팁(미도시)이 끼워지는 홈 (512b)이 형성되어 있으므로, 상기 홈 (512b)에 드라이버 팁을 끼우고 회전시키는 것에 의해 커버 부재 (512)를 케이스 (510)에 나사 결합시킨다.
상기 케이스 (510)의 하부에는 플랜지 (510b)가 구비되어 있어서, 브라켓을 이용하여 기판 (80)에 접속할 수 있다. 플랜지 (510b)는 케이스 (510)와 일체로 되어 있으며, 재질은 플라스틱이 바람직하다.
도 19는 도 18에 도시되어 있는 디텍터가 기판 (80)에 접속되어 있는 구조를 나타내는 도면이다.
도 19에서, 디텍터는 상부기판 (80)에 접속되어 있다. 즉, 금속 재질의 브라켓 (1005)이 플랜지 (510b)를 압착한 상태에서, 브라켓 (1005)의 가장자리 부분이 기판에 형성되어 있는 동판 (80e)과 용접, 예를 들어 납땜 (1105)되어 있다. 또한, 상부 기판 (80)과 하부 기판 (10)은 접착되어 있다.
전극 홀더 (520)는 개스킷 (530)을 사이에 두고 커버 부재 (512)에 의해 기판에 밀착되어 있다. 개스킷 (530)은 중앙부가 관통되어 있어서, 공간부 (530a)을 형성한다. 공간부 (530a)는 유입구 (62b) 및 유출구 (52a)를 통하여 제2 연결 채널 (62) 및 제2 배출 채널 (52)에 연통되어 있다.
디텍터가 이와 같이 설치되어 있을 경우, 제2 연결 채널 (62)을 통하여 유입되는 유체가 공간부 (530a)를 거쳐 제2 배출 채널 (52)로 빠져나가는 과정에서, 전극 (521, 522, 523)에 의해 유체 성분이 분석된다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3전극 타입 디텍터의 분해 사시도이다. 도 20에 도시되어 있는 3전극 타입 디텍터는 도 18에 도시되어 있는 디텍터와 대부분 동일하지만, 플랜지 (510b) (도 18 참조) 대신에 볼트 (510c)가 형성되어 있다.
도 21는 도 20에 도시되어 있는 디텍터의 동작 상태도이다. 도 21에서, 디텍터는 브라켓 (1005)을 이용하여 플랜지 (510b)를 압착한 상태에서 용접 (도 18 참조)하는 대신에, 하부 케이스 (510)에 형성되어 있는 볼트 (510c)와 제2 기판 (80)에 형성되어 있는 너트 (81d) 사이에 나사 결합되어 있다. 이와 같이 유체 제어 장치와 제2 기판이 나사 결합되어 있을 경우, 상호간에 접속 및 분리가 용이하다는 장점이 있다. 특히, 디텍터는 검출방법에 따라 그 종류를 바꾸기 위하여 접속 및 분리가 용이할 필요가 있기 때문에, 나사 결합 방식을 채용하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따르면, 분석할 샘플, 시약의 종류 등에 따라 다양한 형태의 유체회로를 갖는 유체회로 기판을 제조할 수 있으며, 유체회로에 적합한 소자를 기판에 부착하여 FIA 시스템을 구성할 수 있다. 예를 들면, 세종류의 시약을 이용하여 샘플 성분을 분석할 경우, 도 22와 같은 유체회로를 구성할 수 있다.
도 22를 참조하여 설명하면, 샘플용 펌프 (604)에 의해 샘플링 루프 (606)에 저장되어 있는 일정량의 샘플은, 캐리어용 펌프 (605)의 작동에 의해 제1 믹싱 코일 (607) 쪽으로 유입된다. 한편, 제2 시약용 펌프 (602) 및 제3 시약용 펌프 (603)에 의해 유입되는 시약 2 및 시약 3는 제1 믹싱 코일 (607)에서 샘플과 함께 혼합 반응한다. 반응 혼합물은 계속하여 제2 믹싱 코일 (608) 쪽으로 보내지며, 제1 시약용 펌프 (601)에 의해 유입되는 시약 1과 혼합 반응한다. 마지막으로, 반응 결과물은 디텍터 (609)로 보내져 성분이 분석된다.
이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면 화학 분석을 자동으로 수행할 수 있는 플로우 인젝션 분석 시스템을 구성하기에 용이할 뿐만 아니라 소형으로 제조가 가능한 유체회로 기판이 제조된다. 특히, 별도로 제조된 전자부품을 모듈화된 인쇄회로 기판 상에 접속시키는 것처럼, 모듈화된 유체 소자와 이를 접속시킬 수 있도록 디자인된 유체회로 기판을 제조한 다음, 유체 소자를 접속시킬 수 있으므로, 화학 분석 장치를 저렴한 가격으로 대량 생산할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (42)

  1. 내면에 유체 채널, 샘플링 루프 및 믹싱코일을 포함하는 유체 회로가 형성되어 있는 제1 기판, 및 내외면을 관통하는 복수개의 관통공이 형성되어 있는 제2 기판을 포함하는 유체회로 기판에 있어서,
    상기 제2 기판의 외면에는, 상기 복수개의 관통공을 통하여 상기 제1 기판에 형성되어 있는 유체 회로와 연통되는 복수개의 펌프, 복수개의 유체제어장치, 복수개의 접속단자 및 디텍터를 고착시킬 수 있도록 결합 수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 기판의 재질은 내약품성 플라스틱인 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 내약품성 플라스틱은 폴리메틸메타크릴레이트인 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 기판의 외면에는 상기 복수개의 펌프, 복수개의 유체제어장치 및 디텍터를 제어하기 위한 회로 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 접속 단자는,
    중앙부에 형성되어 있는 관통공을 갖는 베이스에 플랜지가 구비되어 있는 중공형 하부 케이스;
    상기 중공형 하부 케이스 내에 수납되며, 중앙에 튜브가 통과할 수 있는 통로가 형성되어 있는 중공형 상부 케이스; 및
    상기 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 압착 가능하게 설치되어, 상기 상부 케이스에 형성된 통로를 통하여 수납되는 튜브를 조여주는 페룰을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  6. 제5항에 있어서, 상기 결합 수단은 상기 플랜지를 압착한 상태에서 용접 가능하도록 형성된 금속판인 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  7. 제1항에 있어서, 상기 접속 단자는,
    중앙부에 관통공이 형성되어 있는 베이스가 구비되어 있으며, 하부 외주면에 볼트가 형성되어 있는 중공형 하부 케이스;
    상기 중공형 하부 케이스 내에 수납되며, 중앙에 튜브가 통과할 수 있는 통로가 형성되어 있는 중공형 상부 케이스; 및
    상기 상부 케이스와 하부 케이스 사이에 압착 가능하게 설치되어, 상기 상부 케이스에 형성된 통로를 통하여 수납되는 튜브를 조여주는 페룰을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  8. 제7항에 있어서, 상기 결합 수단은 상기 하부 케이스에 형성된 볼트와 나사 결합가능한 너트인 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  9. 제5항 또는 7항에 있어서, 상기 상부 케이스와 상기 하부 케이스는 상호 분리 및 결합을 가능하게 하는 체결부를 갖는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  10. 제1항에 있어서, 상기 펌프는,
    상기 제2 기판에 접속 가능하도록 하부에 플랜지가 구비되어 있는 중공형 케이스;
    상기 케이스 내에 수납되며, 그 중앙에 통로가 형성되어 있는 전자석;
    상기 전자석의 통로 내에서 승강 운동하는 자석;
    상기 제2 기판에 형성되어 있는 관통공에 설치되며, 자기점착성이 있는 플라스틱으로 이루어져 있는 제1 및 제2 원웨이밸브; 및
    상기 두 개의 원웨이밸브의 단부를 수납하며, 상기 자석에 장착되어 있어서 상기 자석의 승강운동과 연동하여 탄력 운동을 하는 다이아프램을 구비하며,
    상기 다이아프램이 압착된 상태에서는 상기 제1 원웨이밸브는 닫혀짐과 동시에 제2 원웨이밸브는 개방되고, 상기 다이아프램이 복원된 상태에서는 상기 제1 원웨이밸브는 개방됨과 동시에 상기 제2 원웨이밸브는 닫혀지도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  11. 제10항에 있어서, 상기 결합 수단은 상기 플랜지를 압착한 상태에서 용접 가능하도록 형성된 금속판인 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  12. 제1항에 있어서, 상기 펌프는,
    상기 제2 기판에 접속 가능하도록 하부 외주면에 볼트가 형성되어 있는 중공형 케이스;
    상기 케이스 내에 수납되며, 그 중앙에 통로가 형성되어 있는 전자석;
    상기 전자석의 통로 내에서 승강 운동하는 자석;
    상기 제2 기판에 형성되어 있는 관통공에 설치되며, 자기점착성이 있는 플라스틱으로 이루어져 있는 제1 및 제2 원웨이밸브; 및
    상기 두 개의 원웨이밸브의 단부를 수납하며, 상기 자석에 장착되어 있어서 상기 자석의 승강운동과 연동하여 탄력 운동을 하는 다이아프램을 구비하며,
    상기 다이아프램이 압착된 상태에서는 상기 제1 원웨이밸브는 닫혀짐과 동시에 제2 원웨이밸브는 개방되고, 상기 다이아프램이 복원된 상태에서는 상기 제1 원웨이밸브는 개방됨과 동시에 상기 제2 원웨이밸브는 닫혀지도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  13. 제12항에 있어서, 상기 결합 수단은 상기 하부 케이스에 형성된 볼트와 나사 결합가능한 너트인 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  14. 제10항 또는 12항에 있어서, 상기 자석의 재질은 니오드뮴-아이언-보론인 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  15. 제10항 또는 12항에 있어서, 상기 제1 원웨이밸브는 상기 제2 기판에 형성되어 있는 관통공에 삽입되는 제1 튜브 및 상기 다이아프램 방향에 있는 제1 튜브의 단부 표면에 일점열용접되어 있는 제1 판막을 포함하며, 상기 제2 원웨이밸브는 상기 제2 기판에 형성되어 있는 관통공에 삽입되는 제2 튜브 및 상기 다이아프램의 반대 방향에 있는 제2 튜브의 단부 표면에 일점열용접되어 있는 제2 판막을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  16. 제10항 또는 12항에 있어서, 상기 튜브 및 판막의 재질은 타이곤 수지인 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  17. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 유체제어장치는,
    상기 제2 기판에 형성되어 있으며 유체가 유입되는 제1 및 제2 유입 관통공과 유체가 유출되는 제1 및 제2 유출 관통공으로 이루어져 있는 네 개의 관통공과 연통되어 있어서, 유체의 유입 방향을 선택적으로 결정할 수 있는 제1 쓰리웨이밸브; 및
    상기 제2 기판에 형성되어 있으며 유체가 유입되는 하나의 공통 유입 관통공과 유체가 유출되는 제1 및 제2 유출 관통공으로 이루어져 있는 세 개의 관통공과 연통되어 있어서, 유체의 유출 방향을 선택적으로 결정하는 제2 쓰리웨이밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 쓰리웨이밸브는,
    상기 제2 기판에 접속 가능하도록 하부에 플랜지가 구비되어 있는 중공형 케이스;
    상기 케이스 내에 수납되며, 그 중앙에 제1 및 제2 통로가 형성되어 있는 전자석;
    상기 제1 및 제2 통로 내에서 극성 방향이 서로 반대가 되도록 설치되어 교번적으로 승강 운동하는 제1 및 제2 자석;
    상기 제2 기판에 형성되어 있는 제1 유입 관통공과 제1 유출 관통공에 연통되는 제1 공간부 및 상기 제2 기판에 형성되어 있는 제2 유입 관통공과 제2 유출 관통공에 연통되는 제2 공간부를 가지며, 상기 전자석과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 유체회동부; 및
    상기 제1 및 제2 유출 관통공 내에 각각 설치되며, 상기 제1 및 제2 자석의 승강 운동에 연동되어 상기 공통 유입구를 통하여 유입되는 유체의 유출 통로를 선택적으로 차단하는 제1 및 제2 유출차단수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  19. 제18항에 있어서, 상기 결합 수단은 상기 플랜지를 압착한 상태에서 용접 가능하도록 형성된 금속판인 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  20. 제17항에 있어서, 상기 제1 쓰리웨이밸브는,
    상기 제2 기판에 접속 가능하도록 하부 외주면에 볼트가 형성되어 있는 중공형 케이스;
    상기 케이스 내에 수납되며, 그 중앙에 제1 및 제2 통로가 형성되어 있는 전자석;
    상기 제1 및 제2 통로 내에서 극성 방향이 서로 반대가 되도록 설치되어 교번적으로 승강 운동하는 제1 및 제2 자석;
    상기 제2 기판에 형성되어 있는 제1 유입 관통공과 제1 유출 관통공에 연통되는 제1 공간부 및 상기 제2 기판에 형성되어 있는 제2 유입 관통공과 제2 유출 관통공에 연통되는 제2 공간부를 가지며, 상기 전자석과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 유체회동부; 및
    상기 제1 및 제2 유출 관통공 내에 각각 설치되며, 상기 제1 및 제2 자석의 승강 운동에 연동되어 상기 공통 유입구를 통하여 유입되는 유체의 유출 통로를 선택적으로 차단하는 제1 및 제2 유출차단수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  21. 제20항에 있어서, 상기 결합 수단은 상기 하부 케이스에 형성된 볼트와 나사 결합가능한 너트인 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  22. 제18항 또는 20항에 있어서, 제1 및 제2 자석의 재질은 니오드뮴-아이언-보론인 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  23. 제18항 또는 20항에 있어서, 상기 제1 및 제2 유출차단수단은,
    제1 및 제2 튜브, 및 상기 유체회동부 방향으로 상기 제1 및 제2 튜브의 일측 단부 표면에 일점열용접되어, 일점열용접된 부분을 중심으로 판막 운동 가능하게 설치된 제1 및 제2 판막을 각각 구비하는 제1 및 제2 원웨이밸브; 및
    상기 제1 및 제2 튜브 내부에 각각 수납되어 있으며, 상기 제1 및 제2 자석의 승강운동에 연동하여 상기 튜브 내부에서 승강 운동하여, 상기 제1 및 제2 판막을 상기 제1 및 제2 튜브의 단부 표면으로부터 개폐시키는 제1 및 제2 자성편을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제1 및 2 튜브, 및 제1 및 2 판막은 자기점착성 고분자로 이루어진 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  25. 제18항 또는 20항에 있어서, 상기 제1 및 제2 유출차단수단은,
    제1 및 제2 튜브; 및
    가장자리의 일부분에 자성물질이 함유되어 있으며, 상기 유체회동부 방향으로 상기 제1 및 제2 튜브의 일측 단부 표면에 일점열용접되어 있어서, 상기 제1 및 제2 자석에 의해 연동되어 일점열용접된 부분을 중심으로 판막 운동하는 제1 및 제2 판막을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제1 및 2 튜브, 및 제1 및 2 판막은 자기점착성 고분자로 이루어진 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  27. 제17항에 있어서, 상기 제2 쓰리웨이밸브는,
    상기 제2 기판에 접속 가능하도록 하부에 플랜지가 구비되어 있는 중공형 케이스;
    상기 케이스 내에 수납되며, 그 중앙에 제1 및 제2 통로가 형성되어 있는 전자석;
    상기 제1 및 제2 통로 내에서 극성 방향이 서로 반대가 되도록 설치되어 교번적으로 승강 운동하는 제1 및 제2 자석;
    상기 전자석과 상기 제2 기판 사이에 위치하며, 상기 제2 기판에 형성되어 있는 공통 유입 관통공, 및 제1 및 2 유출 관통공에 연통되는 공간부를 가지는 유체회동부; 및
    상기 제1 및 제2 유출 관통공 내에 각각 설치되며, 상기 제1 및 제2 자석의 승강 운동에 연동되어 상기 공통 유입 관통공을 통하여 유입되는 유체의 유출 통로를 선택적으로 차단하는 제1 및 제2 유출차단수단을 구비하는 것을 특징으로 한는 유체회로 기판.
  28. 제27항에 있어서, 상기 결합 수단은 상기 플랜지를 압착한 상태에서 용접 가능하도록 형성된 금속판인 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  29. 제17항에 있어서, 상기 제2 쓰리웨이밸브는,
    상기 제2 기판에 접속 가능하도록 하부 외주면에 볼트가 형성있는 중공형 케이스;
    상기 케이스 내에 수납되며, 그 중앙에 제1 및 제2 통로가 형성되어 있는 전자석;
    상기 제1 및 제2 통로 내에서 극성 방향이 서로 반대가 되도록 설치되어 교번적으로 승강 운동하는 제1 및 제2 자석;
    상기 전자석과 상기 제2 기판 사이에 위치하며, 상기 제2 기판에 형성되어 있는 공통 유입 관통공, 및 제1 및 2 유출 관통공에 연통되는 공간부를 가지는 유체회동부; 및
    상기 제1 및 제2 유출 관통공 내에 각각 설치되며, 상기 제1 및 제2 자석의 승강 운동에 연동되어 상기 공통 유입 관통공을 통하여 유입되는 유체의 유출 통로를 선택적으로 차단하는 제1 및 제2 유출차단수단을 구비하는 것을 특징으로 한는 유체회로 기판.
  30. 제29항에 있어서, 상기 결합 수단은 상기 하부 케이스에 형성된 볼트와 나사 결합가능한 너트인 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  31. 제28항 또는 30항에 있어서, 제1 및 제2 자석의 재질은 니오드뮴-아이언-보론인 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  32. 제28항 또는 30항에 있어서, 상기 제1 및 제2 유출차단수단은,
    제1 및 제2 튜브, 및 상기 유체회동부 방향으로 상기 제1 및 제2 튜브의 일측 단부 표면에 일점열용접되어, 일점열용접된 부분을 중심으로 판막 운동 가능하게 설치된 제1 및 제2 판막을 각각 구비하는 제1 및 제2 원웨이밸브; 및
    상기 제1 및 제2 튜브 내부에 각각 수납되어 있으며, 상기 제1 및 제2 자석의 승강운동과 연동하여 상기 튜브 내부에서 승강 운동하여, 상기 제1 및 제2 판막을 상기 제1 및 제2 튜브의 단부 표면으로부터 개폐시키는 제1 및 제2 자성편을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  33. 제32항에 있어서, 상기 제1 및 2 튜브, 및 제1 및 2 판막은 자기점착성 고분자로 이루어진 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  34. 제28항 또는 30항에 있어서, 상기 제1 및 제2 유출차단수단은,
    제1 및 제2 튜브; 및
    가장자리의 일부분에 자성물질이 함유되어 있으며, 상기 유체회동부 방향으로 상기 제1 및 제2 튜브의 일측 단부 표면에 일점열용접되어 있어서, 상기 제1 및 제2 자석의 승강운동에 연동하여 일점열용접된 부분을 중심으로 판막 운동하는 제1 및 제2 판막을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  35. 제34항에 있어서, 상기 제1 및 2 튜브, 및 제1 및 2 판막은 자기점착성 고분자로 이루어진 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  36. 제1항에 있어서, 상기 디텍터는,
    상기 제2 기판에 접속 가능하도록 하부에 플랜지가 구비되어 있는 중공형 케이스;
    상기 케이스 내에 설치되어 유체의 성분을 분석하는 센서; 및
    상기 제2 기판에 형성되어 있는 유입 관통공과 유출 관통공을 연통시키는 공간부를 가지며, 상기 센서와 제2 기판 사이에 위치하는 가스킷을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  37. 제36항에 있어서, 상기 결합 수단은 상기 플랜지를 압착한 상태에서 용접 가능하도록 형성된 금속판인 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  38. 제1항에 있어서, 상기 디텍터는,
    상기 제2 기판에 접속 가능하도록 하부 외주면에 볼트가 형성되어 있는 중공형 케이스;
    상기 케이스 내에 설치되어 유체의 성분을 분석하는 센서; 및
    상기 제2 기판에 형성되어 있는 유입 관통공과 유출 관통공을 연통시키는 공간부를 가지며, 상기 센서와 제2 기판 사이에 위치하는 가스킷을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  39. 제38항에 있어서, 상기 결합 수단은 상기 하부 케이스에 형성된 볼트와 나사 결합가능한 너트인 것을 특징으로 하는 유체회로 기판.
  40. 내면에 유체 채널, 샘플링 루프 및 믹싱코일을 포함하는 유체 회로가 형성되어 있는 제1 기판, 및 내외면을 관통하는 복수개의 관통공이 형성되어 있는 제2 기판을 포함하는 유체회로 기판의 제조 방법에 있어서,
    유리원판에 유체 채널, 샘플링 루프 및 믹싱코일을 포함하는 유체 회로가 형성되어 있는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 단계에서 형성된 포토레지스트 패턴에 금속층을 형성한 다음, 분리하여 일면에 패턴이 형성된 금속판을 제조하는 단계; 및
    상기 금속판을 금형으로 하여, 용융 플라스틱 수지를 사출하는 단계를 통하여 제1 기판을 제조하는 단계; 및
    내외면을 관통하는 복수개의 관통공이 형성되어 있는 제2 기판과 상기 단계에서 제조되는 제1 기판을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판의 제조 방법.
  41. 제40항에 있어서, 상기 금속층은 상기 포토레지스트 패턴 면에 금속을 도금하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판의 제조 방법.
  42. 제40항에 있어서, 상기 금속판에 형성되어 있는 패턴이 복제된 마더를 제조하는 단계; 및
    상기 마더에 형성된 패턴이 복제된 다수의 금속판을 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체회로 기판의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024014578A1 (ko) * 2022-07-14 2024-01-18 큐어스트림(주) 필름형 체크밸브 및 그 체크밸브를 구비한 멤브레인 펌프

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