KR20050028607A - Method for manufacturing microfluid flow control chip and method for controlling microfluid width in a microchannel using air boundaries - Google Patents

Method for manufacturing microfluid flow control chip and method for controlling microfluid width in a microchannel using air boundaries Download PDF

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KR20050028607A
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Abstract

To provide a microfluid flow control chip capable of controlling width of microfluid in microchannel using air boundaries, a microfluid width control method capable of controlling width of microfluid in microchannel using air boundaries, and a method for applying microfluid into coefficient or alignment of cells by controlling width of microfluid. The method for manufacturing microfluid flow control chip comprises a process of depositing an aluminum layer on a silicon substrate(2); a process of fabricating a microheater(6) by patterning the aluminum layer; a process of a SOG coating layer(8) for electrically insulating the fabricated microheater; a process of patterning the SOG coating layer; a process of forming a photoresist coating layer on the silicon substrate to fabricate a mold for microchannel(12); a process of patterning the photoresist coating layer; a process of forming a microchannel in PDMS(polydimethyl siloxane)(16) to fabricate the microchannel by the fabricated mold; a process of stripping the fabricated PDMS from the mold; and a process of forming the microchannel between the PDMS and the silicon substrate by bonding the PDMS and the silicon substrate to each other. The method for controlling microfluid width in microchannel using air boundaries(14) comprises the processes of: generating air by heating water by a microheater in microchannel of the fabricated microfluid flow control chip; producing air boundaries by the generated air; and controlling width of microfluid by controlling pressure in the air boundaries.

Description

공기 경계면을 이용한 미세 채널에서의 미세유체 흐름조절용 칩의 제조방법과 미세유체 폭 조절방법{METHOD FOR MANUFACTURING MICROFLUID FLOW CONTROL CHIP AND METHOD FOR CONTROLLING MICROFLUID WIDTH IN A MICROCHANNEL USING AIR BOUNDARIES}TECHNICAL MANUFACTURING MICROFLUID FLOW CONTROL CHIP AND METHOD FOR CONTROLLING MICROFLUID WIDTH IN A MICROCHANNEL USING AIR BOUNDARIES}

본 발명은 미세채널에서의 미세유체 흐름조절용 칩 및 미세유체의 폭을 조절하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기 경계면을 이용하여 미세채널에서 미세유체의 폭을 자유로이 조절할 수 있는 미세유체 흐름조절용 칩과 미세유체 폭 조절방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microfluidic flow control chip and a method for controlling the width of the microfluid in the microchannel, and more specifically, for the microfluidic flow control that can freely adjust the width of the microfluid in the microchannel using the air interface Chip and microfluidic width control method.

잘 알려진 바와 같이, 미세채널에서의 미세유체의 폭 조절은 랩온어칩(lab-on-a-chip), 셀칩(cell-chip)등 미세유체를 운송수단으로 이용하는 기구에서 요구되는 기술로서, 특히, 세포나 미세입자를 미세채널의 특정 영역을 지나가도록 하는데 반드시 필요한 기술이다. 최근 들어 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술의 발달에 힘입어 다양한 기술들이 개발되고 있다. 예를 들어, 초음파를 미세채널의 양벽면에 발생시켜 포커싱하거나, 쌍분극 전기영동(dielectorphoresis)을 이용해서 세포나 미세입자의 운동을 공간상에서 제어하거나, 주사기 펌프를 이용해서 미세채널의 양옆으로 층류(laminar flow)를 흘려서 감싸는(sheathing) 방법들이 주로 이용되고 있다. 초음파를 이용한 방법의 경우, 세포에 강한 에너지가 가해져야 하고, 미세채널 중앙으로 포커싱하는 기능만을 수행하는 단점이 있다. 쌍분극 전기영동의 경우, 세포에 강한 전기장이 가해지고 제작된 전극의 배치에 의해서만 세포의 흐름이 조절되므로 가변적인 폭 조절이 어렵다. 주사기 펌프를 이용하는 방법의 경우, 랩온어칩이나 셀칩에 비해 주사기 펌프가 너무 크고 비용이나 제어기의 구성이 필요한 점 등이 사용상 어려움으로 지적된다. As is well known, the width control of microfluids in microchannels is a technique required for a mechanism that uses microfluidics as a transportation means, such as lab-on-a-chip and cell-chip. In other words, it is essential to allow cells or microparticles to pass through specific regions of microchannels. Recently, various technologies have been developed due to the development of MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology. For example, ultrasonic waves can be generated on both sidewalls of microchannels to focus, spatially control the movement of cells or microparticles using dipoleectorphoresis, or laminar flow to both sides of the microchannels using syringe pumps. Sheathing methods are mainly used. In the case of using the ultrasound method, a strong energy must be applied to the cells, and there is a disadvantage in that only a function of focusing to the center of the microchannel is performed. In the case of bipolar electrophoresis, since a strong electric field is applied to the cells and the flow of cells is controlled only by the arrangement of the manufactured electrodes, variable width control is difficult. In the case of the method using the syringe pump, the syringe pump is too large compared to the lab-on-a-chip or the cell chip, and the cost and configuration of the controller are pointed out as difficulties in use.

따라서, 본 발명은 이에 따라 안출된 것으로, 그 목적은 공기경계면을 이용해서 미세채널에서의 미세유체의 폭을 조절할 수 있는 미세유체 흐름조절용 칩을 제공하는 것이다. Accordingly, the present invention has been devised accordingly, and its object is to provide a microfluidic flow control chip that can control the width of the microfluid in the microchannel using an air boundary surface.

본 발명의 다른 목적은 공기경계면을 이용해서 미세채널에서의 미세유체의 폭을 조절할 수 있는 미세유체 폭 조절방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a microfluidic width adjusting method capable of adjusting the width of the microfluid in the microchannel using an air boundary surface.

본 발명의 또 다른 목적은 미세유체의 폭을 조절함으로써 세포의 계수나 세포의 정렬로의 응용 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method of application to cell counting or cell alignment by controlling the width of the microfluid.

본 발명의 공기 경계면을 이용한 미세채널에서의 미세유체 흐름조절용 칩의 제조방법은 실리콘 기판상에 알루미늄층을 증착하는 공정과, 상기 알루미늄층을 패터닝하여 미세히터를 제작하는 공정과, 제작된 상기 미세히터의 전기적 절연을 위하여 SOG 코팅층을 형성하는 공정과, 상기 SOG 코팅층을 패터닝하는 공정과, 미세채널용 몰드를 제작하기 위하여, 상기 실리콘 기판상에 포토레지스트 코팅층을 형성하는 공정과, 상기 포토레지스크 코팅층의 패터닝하는 공정과, 제작된 몰드로 미세채널을 제작하기 위해, PDMS(polydimethyl siloxane)의 내부에 미세채널을 형성하는 공정과, 제작된 상기 PDMS를 몰드에서 떼어내는 공정과, 상기 PDMS와 실리콘 기판을 접합하여 그 사이에 미세채널을 형성하는 공정을 포함한다.A method of manufacturing a microfluidic flow control chip in a microchannel using an air interface of the present invention includes the steps of depositing an aluminum layer on a silicon substrate, a process of manufacturing a fine heater by patterning the aluminum layer, and the manufactured fine Forming a SOG coating layer for electrical insulation of a heater, patterning the SOG coating layer, forming a photoresist coating layer on the silicon substrate to manufacture a mold for a microchannel, and the photoresist A process of patterning a coating layer, a process of forming a microchannel inside a polydimethyl siloxane (PDMS), a process of detaching the fabricated PDMS from a mold, in order to fabricate a microchannel with a manufactured mold, and the PDMS and silicon Bonding a substrate to form microchannels therebetween.

또한 본 발명의 미세유체 폭 조절방법은 이와 같이 제작된 미세유체 흐름조절용 칩의 미세채널내에서 미세히터로 물을 가열시키면 공기가 발생되고, 이 발생된 공기에 의해 공기 경계면이 생성되며, 이 공기 경계면내부의 압력을 조절하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of controlling the microfluidic width of the present invention generates air by heating water with a micro heater in the microchannel of the microfluidic flow control chip thus manufactured, and an air interface is generated by the generated air. It is characterized by adjusting the pressure inside the interface.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 공기 경계면을 이용한 미세채널에서의 미세유체의 폭 조절방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of adjusting the width of the microfluid in the microchannel using the air interface according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 미세유체 폭 조절방법이 적용되는 미세유체 흐름조절용 칩을 제작하기 위한 공정도로서, 먼저 도 1a-1에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(2)(두께 500㎛, <100> 방향, N 타입)을 1050℃에서 수증기를 흘리면서 4시간 동안 산화시켜, 1㎛ 두께의 산화막(SiO2-Silicon Dioxide)을 형성한 후, 0.2㎛ 두께의 알루미늄층(4)을 증착하였다. 이어 도 1a-2에 도시된 바와 같이, 알루미늄층(4)을 패터닝하여 미세히터(6)를 제작하였다. 이 패터닝 과정을 상세히 설명하면, HMDS(도시하지 않음)를 윗면에 회전도포(250 rpm에서 4초 간, 5000 rpm에서 35초 간)하고, 상품명 AZ 5214 포토레지스트를 1.3㎛정도 높이로 회전도포(250 rpm에서 4초 간, 5000 rpm에서 35초 간)하여 90℃에서 100초 동안 소프트 베이킹(soft baking)을 행한다. 이어 미세히터(6)의 영역을 가지는 자외선(UV) 마스크로 4 mW/㎠ 세기로 15초 동안 자외선 노광을 행한다. 이어서, AZ 300MIF 현상액에서 1분 동안 현상한 후, 핫 플레이트(hot plate)에서 120℃에서 100초간 하드 베이킹(hard baking)을 행한다. 이후, 알루미늄 에칭액 (H3PO4:HNO3:CH3COOH=20:1:2)에 침액시켜 미세히터(6)의 패터닝을 얻은 후 남은 포토레지스트를 아세톤/메탄올에 각 3분간 침액시켜 제거하여 수행한다.1 is a process chart for manufacturing a microfluidic flow control chip to which a microfluidic width adjusting method is applied according to an exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1A-1, a silicon substrate 2 (thickness) 500 µm, <100> direction, N type) was oxidized for 4 hours while flowing steam at 1050 ° C to form a 1 µm thick oxide film (SiO 2 -Silicon Dioxide), and then a 0.2 µm thick aluminum layer 4 was formed. Deposited. Subsequently, as shown in FIG. 1A-2, the aluminum layer 4 was patterned to produce a fine heater 6. In detail, the patterning process is carried out by applying a HMDS (not shown) on the upper surface (for 4 seconds at 250 rpm and 35 seconds at 5000 rpm), and applying a brand name AZ 5214 photoresist to a height of about 1.3 μm. Soft baking for 4 seconds at 250 rpm for 35 seconds at 5000 rpm for 100 seconds at 90 ° C. Subsequently, an ultraviolet (UV) mask having an area of the fine heater 6 is subjected to ultraviolet exposure for 15 seconds at an intensity of 4 mW / cm 2. Subsequently, after developing for 1 minute in an AZ 300MIF developer, hard baking is performed for 100 seconds at 120 degreeC on a hot plate. Subsequently, the resultant is immersed in an aluminum etching solution (H 3 PO 4: HNO 3: CH 3 COOH = 20: 1: 2) to obtain the patterning of the fine heater 6, and then the remaining photoresist is immersed in acetone / methanol for 3 minutes and removed.

다음 공정으로, 도 1a-3에 도시된 바와 같이, 제작된 미세히터(6)의 전기적 절연을 위하여 다우코닝사의 상품명 SOG(spin on glass)를 웨이퍼 위에 떨어뜨리고 3100 rpm으로 회전코팅을 행한 후, 420℃에서 2시간 동안 열처리를 행하여, SOG 코팅층(8)을 형성한다.In the following process, as shown in Figure 1a-3, after dropping Dow Corning's brand name spin on glass (SOG) on the wafer for electrical insulation of the produced micro heater 6, and performing a rotary coating at 3100 rpm, The heat treatment is performed at 420 ° C. for 2 hours to form the SOG coating layer 8.

이어지는 공정으로, 도 1a-4에 도시된 바와 같이, SOG 코팅층(8)을 패터닝하기 위하여 미세히터(6)의 패드(pad)를 노출시키기 위하여 도 1a-2의 패터닝 공정과 유사한 공정을 행하되, 단 SOG 코팅층(8)을 에칭하기 위해 BOE(buffered oxide etchant)를 이용한다.In a subsequent process, as shown in FIGS. 1A-4, a process similar to the patterning process of FIGS. 1A-2 is performed to expose a pad of the micro heater 6 to pattern the SOG coating layer 8, However, BOE (buffered oxide etchant) is used to etch the SOG coating layer 8.

이어서, 도 2b-1에 도시된 바와 같이, 미세채널용 몰드를 제작하기 위하여, 실리콘 기판(2)상에 네가티브 포토레지스트인 SU-8 50을 3000 rpm에서 40㎛ 높이로 회전도포를 행한 후 65℃에서 5분, 95℃에서 15분 동안 열처리를 행하여 포토레지스트 코팅층(10)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2B-1, in order to manufacture a mold for a microchannel, a negative photoresist SU-8 50 was rotated to 40 μm at 3000 rpm on a silicon substrate 2 and then 65. The photoresist coating layer 10 is formed by performing a heat treatment at 95 ° C. for 5 minutes and at 95 ° C. for 15 minutes.

다음 공정으로, 도 2b-2에 도시된 바와 같이, 4 mW/㎠ 세기로 50초 동안 자외선 노광을 행한 후, 65℃에서 2분, 95℃에서 4분 동안 열처리를 행하고, SU-8 현상액(developer)에 침액시켜 패터닝한 다음 IPA(isopopyl alcohol)로 세척하는 포토레지스트 코팅층(10)의 패터닝 공정을 수행한다.In the next step, as shown in Fig. 2B-2, after performing ultraviolet exposure for 4 seconds at 4 mW / ㎠ intensity, heat treatment for 2 minutes at 65 ℃, 4 minutes at 95 ℃, SU-8 developer ( The patterning process of the photoresist coating layer 10 which is immersed in a developer) and then patterned and washed with IPA (isopopyl alcohol) is performed.

이어지는 공정으로, 도 2b-3에 도시된 바와 같이, 제작된 몰드로 미세채널을 제작하기 위해, PDMS(polydimethyl siloxane)(16)을 붓고 70℃에서 5 시간 동안 경화시켜서 PDMS(16)의 내부에 미세채널(12)을 형성한다.In the subsequent process, as shown in Figure 2b-3, in order to produce a microchannel with the fabricated mold, PDMS (polydimethyl siloxane) 16 is poured and cured at 70 ℃ for 5 hours to the inside of the PDMS (16) The microchannel 12 is formed.

이어서, 도 2b-4에 도시된 바와 같이, 제작된 PDMS(16)를 몰드에서 떼어낸다.Then, as shown in Figs. 2B-4, the manufactured PDMS 16 is removed from the mold.

이 후, 접합공정으로 도 2c에 도시된 바와 같이, PDMS(16)와 실리콘 기판(2)을 조립하여 그 사이에 미세채널(12)을 형성하기 위해, 미세채널(12)에 플라즈마 클리닝을 1분 동안 행하여 PDMS(16)의 표면을 산화시킨 후, 메탄올을 실리콘 기판(2)의 표면에 뿌려서 미세채널(12)과 실리콘 기판(2)의 표면에 제작된 미세히터(6)를 서로 정열시키는 동안 두면 사이에서 윤활 작용을 하도록 한다. 정렬이 끝나면 남은 메탄올이 휘발되도록 30분 정도 둔 후, 70℃에서 5시간 정도 두면 PDMS(16)와 실리콘 기판(2)이 서로 접합하여 그 사이에 미세채널(12)이 형성된다.Thereafter, as shown in FIG. 2C, a plasma cleaning is performed on the microchannels 12 in order to assemble the PDMS 16 and the silicon substrate 2 to form the microchannels 12 therebetween. After a minute to oxidize the surface of the PDMS 16, methanol is sprayed on the surface of the silicon substrate 2 to align the microchannels 12 and the micro heaters 6 formed on the surface of the silicon substrate 2 with each other. While lubricating between the two surfaces. After the alignment, the remaining methanol is left for 30 minutes to volatilize, and when left at 70 ° C. for 5 hours, the PDMS 16 and the silicon substrate 2 are bonded to each other to form a microchannel 12 therebetween.

도 2는 이와 같이 제작된 미세채널에서 본 발명의 미세유체 폭 조절방법의 개념을 설명하기 위한 도면으로서, 미세채널(12)에서 미세히터(6)로 액체(20)를 가열시키면 공기가 발생되고, 이 발생된 공기에 의해 공기 경계면(14)이 생성되며, 이 공기 경계면(14)에 의해 미세유체가 압축되어 세포 또는 미세입자가 미세채널(12)의 중앙을 지나간다. 이때 미세유체의 폭은 w1에서 w2로 줄어든다. 2 is a view for explaining the concept of the method for controlling the microfluidic width of the present invention in the microchannel manufactured as described above, when the liquid 20 is heated by the microheater 6 in the microchannel 12, air is generated. The air interface 14 is generated by the generated air, and the microfluid is compressed by the air interface 14 so that cells or microparticles pass through the center of the microchannel 12. At this time, the width of the microfluid is reduced from w1 to w2.

이상과 같은 미세유체의 폭을 조절하기 위한 공기의 발생과 이로 인한 공기 경계면(14)의 생성을 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3a에는 과산화수소수를 가열시켜 산소를 발생시키고 있다. 도 3b에는 도 3a에서 과산화수소수를 가열시킴으로서 발생된 산소에 의한 공기 경계면(14)의 형성을 도시한다. 도 3c는 물을 가열시켜 공기 경계면(14)을 형성하는 것을 도시하고 있으며, 이때 염료(dye)를 유체에 주입함으로서 도 3c에 도시된 바와 같은 공기 경계면(14)의 형성으로 인해 미세유체의 폭이 줄어듦을 도 3d에 잘 나타내고 있다. 또한, 도 3c에서 생성된 공기가 식으면서 물이 액체 상태로 응축되는 것을 볼 수 있다. 이와 같이 공기를 발생시키는 방법은 다양하며 목적에 부합하게 선택되면 될 것이다. 본 발명의 실시예에 있어서는 과산화수소수와 물을 가열하였지만, 과산화수소수의 경우, 자연상태에서 빛에 의해서 또는 미세한 입자의 촉매역활에 의해 산소가 발생되므로, 미세채널의 폭을 일정하게 유지하기 위해서는 적절하지 않다. 또한, 과산화수소수는 산소를 발생시키기만 하므로, 공기 경계면(14)을 계속해서 팽창시키기만 하는 단점도 있다. 그래서 물을 사용하는 경우에 있어서, 가열과 냉각에 의해 공기 경계면(14)이 팽창과 수축을 행하므로 미세유체의 폭을 조절하는 수단으로서 적절한 것으로 바람직하다.The generation of air for adjusting the width of the microfluid as described above and the generation of the air interface 14 due to this will be described with reference to FIG. 3. In Fig. 3A, hydrogen peroxide water is heated to generate oxygen. FIG. 3B shows the formation of an air interface 14 by oxygen generated by heating the hydrogen peroxide water in FIG. 3A. FIG. 3C shows the formation of an air interface 14 by heating water, whereby the width of the microfluid is due to the formation of the air interface 14 as shown in FIG. 3C by injecting a dye into the fluid. This reduction is well illustrated in FIG. 3D. In addition, it can be seen that water is condensed in a liquid state as the air generated in FIG. 3C cools. As such, the method of generating air may be various and may be selected according to the purpose. In the embodiment of the present invention, although the hydrogen peroxide and water were heated, in the case of the hydrogen peroxide, since oxygen is generated by light in the natural state or by the catalytic role of the fine particles, it is appropriate to maintain a constant width of the microchannel. Not. In addition, hydrogen peroxide water only generates oxygen, which also has the disadvantage of continuing to expand the air interface 14. Therefore, in the case of using water, the air interface 14 expands and contracts by heating and cooling, and therefore it is preferable to be suitable as a means for adjusting the width of the microfluid.

도 4에 있어서, 미세채널(12)의 폭이 도 4a의 160㎛에서 도 4b의 22㎛로 줄어듦을 알 수 있다. 이와 같이 도 4b에 도시된 바와 같이, 미세채널(12)의 바닥면이 염료가 지나갔음에도 불구하고 깨끗한 것으로 보아 공기 경계면(14)이 미세채널(12)의 바닥과 천장에 닿아 있음을 알 수 있다.In FIG. 4, it can be seen that the width of the microchannel 12 is reduced from 160 μm in FIG. 4A to 22 μm in FIG. 4B. As shown in FIG. 4B, it can be seen that the air interface 14 is in contact with the bottom and the ceiling of the microchannel 12 because the bottom surface of the microchannel 12 is clean despite the dye passing. .

상술한 바와 같이 본 발명의 공기 경계면을 이용한 미세채널에서의 미세유체 폭 조절방법은 세포나 미세입자 또는 미세채널의 구조에 영향을 미치지 않고 구현을 위한 공정이 용이한 점을 장점으로 하는 것으로, 또한 이를 이용하여 미세채널에서 세포나 미세입자의 계수 또는 정렬의 방법으로 응용이 가능할 것으로 기대되는 효과를 가진다.As described above, the method of controlling the microfluidic width in the microchannel using the air interface of the present invention is advantageous in that the process for implementation is easy without affecting the structure of the cells, the microparticles, or the microchannels. By using this, it is expected to be applicable to the method of counting or aligning cells or microparticles in a microchannel.

이상에 설명한 바와 같은 본 발명의 공기 경계면을 이용한 미세채널에서의 미세유체의 폭 조절방법은 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변경내지 변형 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신에 포함된다고 보아야 할 것이다.As described above, the method of controlling the width of the microfluid in the microchannel using the air interface of the present invention is just one embodiment, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and is claimed in the following claims. As will be appreciated, it should be understood by those skilled in the art that the present invention is included in the technical spirit of the present invention to the extent that modifications and variations can be made without departing from the gist of the present invention.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 미세유체 흐름조절용 칩의 제작 공정도이고,1 is a manufacturing process chart of the microfluidic flow control chip according to an embodiment of the present invention,

도 2는 도 1에 따라 제작된 칩의 미세채널에서의 본 발명의 미세유체 폭 조절방법의 개념을 설명하기 위한 개략도이고,Figure 2 is a schematic diagram for explaining the concept of the microfluidic width control method of the present invention in the microchannel of the chip manufactured according to Figure 1,

도 3은 본 발명의 미세유체 폭 조절방법에 있어서의 공기의 생성도이고,3 is a view of generation of air in the microfluidic width adjusting method of the present invention,

도 4는 본 발명에 의한 미세유체 폭의 조절을 나타내는 개략도이다.Figure 4 is a schematic diagram showing the control of the microfluidic width according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

2 : 실리콘 기판 4 : 알루미늄층2: silicon substrate 4: aluminum layer

6 : 미세히터 8 : SOG 코팅층6: fine heater 8: SOG coating layer

10 : 포토레지스트 코팅층 12 : 미세채널10 photoresist coating layer 12 fine channel

14 : 공기경계면 16 : PDMS14: air boundary surface 16: PDMS

Claims (12)

미세유체 흐름 조절용 칩의 제조방법에 있어서,In the method of manufacturing a microfluidic flow control chip, 실리콘 기판상에 알루미늄층을 증착하는 공정과,Depositing an aluminum layer on a silicon substrate, 상기 알루미늄층을 패터닝하여 미세히터를 제작하는 공정과,Manufacturing a fine heater by patterning the aluminum layer; 제작된 상기 미세히터의 전기적 절연을 위하여 SOG 코팅층을 형성하는 공정과,Forming a SOG coating layer for electrical insulation of the manufactured micro heater, 상기 SOG 코팅층을 패터닝하는 공정과,Patterning the SOG coating layer; 미세채널용 몰드를 제작하기 위하여, 상기 실리콘 기판상에 포토레지스트 코팅층을 형성하는 공정과,Forming a photoresist coating layer on the silicon substrate to manufacture a mold for a microchannel; 상기 포토레지스트 코팅층을 패터닝하는 공정과,Patterning the photoresist coating layer; 제작된 몰드로 미세채널을 제작하기 위해, PDMS(polydimethyl siloxane)의 내부에 미세채널을 형성하는 공정과,Forming a microchannel in the polydimethyl siloxane (PDMS) in order to manufacture the microchannel with the manufactured mold, 제작된 상기 PDMS를 몰드에서 떼어내는 공정과,Removing the PDMS from the mold; 상기 PDMS와 실리콘 기판을 접합하여 그 사이에 미세채널을 형성하는 공정을 포함하는 미세유체 흐름조절용 칩의 제조방법.A method for manufacturing a microfluidic flow control chip comprising the step of bonding the PDMS and a silicon substrate to form a microchannel therebetween. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 알루미늄층 증착단계는 알루미늄 실리콘 위이퍼(두께 500㎛, <100> 방향, N 타입)을 1050℃에서 수증기를 흘리면서 4시간 동안 산화시켜, 1㎛ 두께의 산화막(SiO2-Silicon Dioxide)을 형성한 후, 0.2㎛ 두께의 알루미늄층을 증착하여 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.In the aluminum layer deposition step, an aluminum silicon wiper (thickness 500 μm, <100> direction, N type) is oxidized for 4 hours while flowing steam at 1050 ° C. to form an oxide film having a thickness of 1 μm (SiO 2 -Silicon Dioxide). Thereafter, the manufacturing method characterized in that performed by depositing a 0.2 ㎛ thick aluminum layer. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 알루미늄층 패터닝 공정은 HMDS를 윗면에 회전도포(250 rpm에서 4초 간, 5000 rpm에서 35초 간)하는 단계와,The aluminum layer patterning process is a step of applying a rotating coating on the top surface of the HMDS (250 seconds for 4 seconds, 5000 rpm 35 seconds), 포토레지스트를 1.3㎛ 정도 회전도포(250 rpm에서 4초 간, 5000 rpm에서 35초 간)하여 90℃에서 100초 동안 소프트 베이킹(soft baking)을 행하는 단계와,Performing a soft baking at 90 ° C. for 100 seconds by rotating the photoresist about 1.3 μm (4 seconds at 250 rpm and 35 seconds at 5000 rpm), 상기 미세히터의 영역을 가지는 자외선(UV) 마스크로 4 mW/㎠ 세기로 15초 동안 자외선 노광을 행하는 단계와,Performing ultraviolet exposure for 15 seconds at an intensity of 4 mW / cm 2 with an ultraviolet (UV) mask having a region of the fine heater; 현상액에서 1분 동안 현상한 후, 핫 플레이트(hot plate)에서 120℃에서 100초간 하드 베이킹(hard baking)을 행하는 단계와,After developing for 1 minute in the developer, performing a hard baking for 100 seconds at 120 ℃ on a hot plate, 알루미늄 에칭액 (H3PO4:HNO3:CH3COOH=20:1:2)에 침액시켜 상기 미세히터의 패터닝을 얻은 후 남은 포토레지스트를 아세톤/메탄올에 각 3분간 침액시켜 제거하는 단계를 포함하는 제조방법.After dipping in an aluminum etching solution (H3PO4: HNO3: CH3COOH = 20: 1: 2) to obtain the patterning of the fine heater, the method comprising the step of immersing the remaining photoresist in acetone / methanol for 3 minutes to remove. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 SOG 코팅층 형성 공정은 상기 실리콘 기판위에 떨어뜨리고 3100 rpm으로 회전코팅을 행한 후, 420에서 2시간 동안 열처리를 행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.The SOG coating layer forming process is characterized in that after dropping on the silicon substrate and performing a rotary coating at 3100 rpm, heat treatment at 420 for 2 hours. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 SOG 코팅층을 패터닝하는 공정은 상기 미세히터의 패드(pad)를 노출시키기 위한 것으로, HMDS를 윗면에 회전도포(250 rpm에서 4초 간, 5000 rpm에서 35초 간)하는 단계와,The process of patterning the SOG coating layer is to expose the pad (pad) of the fine heater, the step of applying a rotating coating (HMDS for 4 seconds at 250 rpm, 35 seconds at 5000 rpm) on the upper surface, 포토레지스트를 1.3㎛정도 회전도포((250 rpm에서 4초 간, 5000 rpm에서 35초 간)하여 90℃에서 100초 동안 소프트 베이킹(soft baking)을 행하는 단계와,Applying a photoresist of about 1.3 μm to a spin coating (for 4 seconds at 250 rpm and 35 seconds at 5000 rpm) and performing soft baking at 90 ° C. for 100 seconds; 상기 미세히터의 영역을 가지는 자외선(UV) 마스크로 4 mW/㎠ 세기로 15초 동안 자외선 노광을 행하는 단계와,Performing ultraviolet exposure for 15 seconds at an intensity of 4 mW / cm 2 with an ultraviolet (UV) mask having a region of the fine heater; 현상액에서 1분 동안 현상한 후, 핫 플레이트(hot plate)에서 120℃에서 100초간 하드 베이킹(hard baking)을 행하는 단계와,After developing for 1 minute in the developer, performing a hard baking for 100 seconds at 120 ℃ on a hot plate, BOE(buffered oxide etchant)에 침액시켜 상기 미세히터의 패터닝을 얻은 후 남은 포토레지스트를 아세톤/메탄올에 각 3분간 침액시켜 제거하는 단계를 포함하는 제조방법.After dipping in a buffered oxide etchant (BOE) to obtain the patterning of the fine heater, the method comprising the step of immersing the remaining photoresist in acetone / methanol for 3 minutes each. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 포토레지스트 코팅층 형성 공정은 네가티브 포토레지스트인 SU-8 50을 3000 rpm에서 40㎛ 높이로 회전도포를 행한 후 65℃에서 5분, 95℃에서 15분 동안 열처리를 행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.In the photoresist coating layer forming process, the negative photoresist SU-8 50 is subjected to a rotary coating at a height of 40 μm at 3000 rpm, followed by heat treatment at 65 ° C. for 5 minutes and 95 ° C. for 15 minutes. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 포토레지스크 코팅층 패터닝 공정은 4 mW/㎠ 세기로 50초 동안 자외선 노광을 행한 후, 65℃에서 2분, 95℃에서 4분 동안 열처리를 행하고, SU-8 현상액(developer)에 침액시켜 패터닝한 다음 IPA(isopopyl alcohol)로 세척하여 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.The photoresist coating layer patterning process is subjected to UV exposure at 4 mW / ㎠ intensity for 50 seconds, heat treatment for 2 minutes at 65 ℃, 4 minutes at 95 ℃, immersed in a SU-8 developer (pattern) and patterning And then the manufacturing method characterized in that performed by washing with IPA (isopopyl alcohol). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 PDMS의 내부에 미세채널의 형성 공정은 상기 PDMS을 붓고 70℃에서 5 시간 동안 경화시켜서 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.The process of forming the microchannels in the PDMS is carried out by pouring the PDMS and cured for 5 hours at 70 ℃. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 접합공정은 상기 미세채널에 플라즈마 클리닝을 1분 동안 행하여 상기 PDMS의 내부표면을 산화시킨 후, 메탄올을 상기 실리콘 기판의 표면에 뿌려서 상기 미세채널과 실리콘 기판의 표면에 제작된 상기 미세히터를 서로 정열시키는 동안 두면 사이에서 윤활 작용을 하도록 하고, 이 정렬이 끝나면 남은 메탄올이 휘발되도록 30분 정도 둔 후, 70℃에서 5시간 정도 두어서 상기 PDMS와 실리콘 기판을 서로 접합하여 그 사이에 미세채널을 형성하는 것을 특징으로 하는 제조방법.In the bonding process, plasma cleaning is performed on the microchannels for 1 minute to oxidize the internal surface of the PDMS, and then, methanol is sprayed onto the surface of the silicon substrate, and the microheater formed on the surface of the silicon substrate is separated from each other. Lubricate between the two surfaces during alignment, and after this alignment, the remaining methanol is allowed to volatize for 30 minutes, and then placed at 70 ° C for 5 hours to bond the PDMS and the silicon substrate to each other to form a microchannel therebetween. Forming method characterized in that the formation. 제 1항과 같이 제작된 미세유체 흐름조절용 칩의 미세채널내에서 미세히터로 물을 가열시키면 공기가 발생되고, 이 발생된 공기에 의해 공기 경계면이 생성되며, 이 공기 경계면내부의 압력을 조절함으로서, 미세유체의 폭을 조절하는 방법.When water is heated with a micro heater in the microchannel of the microfluidic flow control chip manufactured as in claim 1, air is generated, and the air interface is generated by the generated air, and by adjusting the pressure inside the air interface, , How to control the width of microfluidics. 제 1항과 같이 제작된 미세유체 흐름조절용 칩의 미세채널내에서 기체를 형성하는 방법에 있어서,In the method of forming a gas in the microchannel of the microfluidic flow control chip manufactured as described in claim 1, 상기 물을 가열하거나, 물을 전기분해하거나, 과산화수소수를 촉매를 이용하여 분해하거나 가열하는 미세채널내에서의 기체 형성방법.The gas formation method in the microchannel which heats the said water, electrolyzes water, or decomposes or heats hydrogen peroxide solution using a catalyst. 제 1항과 같이 제작된 미세유체 흐름조절용 칩의 미세채널내에서 미세히터로 상기 미세 유체와 점성과 밀도를 달리하는 액체금속 또는 오일 또는 하이드로겔(hydrogel)을 가열시키면 가열된 액체금속과 오일 또는 하이드로겔에 의해 경계면이 생성되며, 이 경계면내부의 압력을 조절함으로서, 미세유체의 폭을 조절하는 방법.When the liquid metal or oil or hydrogel having different viscosity and density with the microfluid in the microchannel of the microfluidic flow control chip manufactured as described in claim 1 is heated, the heated liquid metal and oil or The interface is generated by the hydrogel, and the method of controlling the width of the microfluid by controlling the pressure inside the interface.
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KR101443248B1 (en) * 2013-10-08 2014-09-22 전남대학교산학협력단 Method for removing surface oxide film of galinstan using coplanar microfluidic channels
KR20170025062A (en) 2015-08-27 2017-03-08 중소기업은행 A micro pump and a quantitative displacement method using the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013133458A1 (en) * 2012-03-06 2013-09-12 엘지전자 주식회사 Microfluidic system
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