KR20050062897A - 계면 교차방향 초음파 방사형 마이크로믹서 및 이를이용한 혼합시료 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이오-MEMS 및 NEMS분야에서 마이크로 단위의 유로를 통과하는 복수개의 시료를 혼합하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수개의 유체가 상하로 교차되는 경계면에 수직으로 압전소자를 이용하여 초음파를 방사시켜 마이크로 챔버내에서의 복수개의 유체의 혼합을 가속화하며, 보다 균일한 시료를 생산하고자 하는 장치 및 이를 이용한 혼합시료 제조방법을 제공하는데 있는 것이다.

이로 인하여 보다 균일한 시료를 생산함으로 인하여 바이오-MEMS 및 NEMS분야에서 디바이스를 소형화, 정밀화, 집적화하는 장치를 제공하는데 있다.

Description

계면 교차방향 초음파 방사형 마이크로믹서 및 이를 이용한 혼합시료 제조방법{APPARATUS AND METHOD FOR ULTRASONIC MICROMIXER WITH CROSS-SECTIONAL RADIATION TO MIXED INTERFACE}

본 발명은 바이오-MEMS 및 NEMS분야에서 마이크로 단위의 유로를 통과하는 복수개의 시료를 혼합하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수개의 유체가 상하로 교차되는 경계면에 수직으로 압전소자를 이용하여 초음파를 방사시켜 마이크로 챔버내에서의 복수개의 유체의 혼합을 가속화하며, 보다 균일한 시료를 생산하고자 하는 장치 및 이를 이용한 혼합시료 제조방법을 제공하는데 있는 것이다.

최근의 바이오 진단관련기술은 디바이스를 소형화, 정밀화, 집적화하는 방향으로 발전하고 있다. 디바이스를 소형화하는데 있어서, 첫째는 사용되는 값비싼 생체시료의 양을 줄일 수 있고, 둘째는 주변 잡음을 줄임으로써 민감도(sensitivity)를 향상시킬 수 있으며, 동시에 여러 개를 병렬로 처리하는 것이 가능함으로써 처리시간을 줄일 수 있는 장점이 있는 것이다.

그러나 바이오 생체물질 등의 시료가 통과하는 채널의 크기가 마이크로 단위가 됨으로써, 상대적으로 크기가 큰 매크로 단위에서는 문제가 되지 않는 사항이 문제점으로 나타난다.

즉, 마이크로 크기의 채널을 통과하는 유체는 레이놀즈수가 낮기(Re << 2000) 때문에 난류 상태(turbulence)가 배제되고 확산에 의해서만 혼합이 되는 층류(laminar) 유동이 나타난다는 점이다.

따라서, 복수개의 시료를 적절하게 혼합하기 위해서는 확산에 소요되는 시간을 확보하기 위해 채널이 길이방향으로 길어져야 하며, 이것은 소형화를 어렵게 하는 원인이 되고 있는 것이다.

도 1은 종래의 초음파 방사형 마이크로믹서의 개략도로서, 2개의 유체가 챔버(100)의 상면에 형성된 각각의 유입구1 및 유입구2(10,20)을 통하여 챔버의 혼합유로(40)로 유입되며 상기 혼합유로(40)에서 서로 유동하면서 혼합되어 배출구(30)를 통하여 배출되는 것이다.

이러한 종래기술은 복수개의 시료의 유체경계면이 좌우로 서로 형성되어 유동함으로서, 복수개의 시료가 서로 균일하게 혼합되기 위해서는 혼합유로의 길이가 충분하여야 하는 문제점이 있는 것이다.

이를 해소하기 위하여 상기 챔버(100)의 하부에 진동판(60)과 압전소자(50)를 형성하고 수직으로 방향으로 초음파를 방사하여 복수개의 시료의 혼합을 가속하고자 하고 있다. 그럼에도 불구하고 상기 복수개의 시료의 경계면의 방향과 상기 초음파의 방사방향이 서로 동일한 방향으로 인하여 상기 초음파의 발생효과를 극대화 시키지 못하는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 챔버내의 복수개의 시료의 유동채널의 구조를 개선하여 혼합효율을 향상시키기 위하여, 복수개의 시료가 접촉하는 경계면을 서로 상하로 형성하는 유동유로를 제공하여 혼합효과를 증가시키며, 더 나아가, 압전소자를 이용하여 수직방향으로 초음파를 발생시켜 발생된 초음파를 복수개의 유체경계면과 교차되는 방향으로 방사시켜 마이크로 챔버내에서의 혼합을 가속시키고자 하는 장치 및 이를 이용한 혼합시료 제조방법을 제공하는데 있다.

그러므로, 보다 신뢰성 있는 동작이 요구되는 경우에는 압전소자를 이용한 능동 마이크로 믹서가 사용되며, 이 방법은 외부에너지를 사용하여 마이크로 믹서의 혼합효율을 향상시키는 믹서로 정의되며, 초음파가 유체에 조사되어 챔버내에 난류를 발생시켜 시료의 혼합을 용이하게 하며, 상기 능동 마이크로믹서는 가스버블에 둔감하고 혼합효과가 입력에너지레벨에 따라 조절이 가능한 장점이 있다.

이하 본 발명에 따른 계면 교차방향 초음파 방사형 마이크로믹서에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 초음파 방사형 마이크로 믹서를 나타낸 평면도로서 챔버(100)의 상면에 형성된 복수개의 유입구1 및 유입구2(10,20)와 유출구(30)를 나타내고 있으며, 도 3은 본 발명의 초음파 방사형 마이크로 믹서를 나타낸 단면도로서, 복수개의 유입구1 및 유입구2(10,20)와 각각의 안내유로1 및 안내유로 2(15,25) 및 혼합유로(40)를 나타내고 있다.

도 2 및 도 3을 자세히 설명하면, 본 발명은 마이크로 단위의 유로를 통과하는 복수개의 시료를 혼합하는데 있어서, 챔버(100)의 상면에서 각각 독립적으로 형성된 유입구1 및 유입구2(10,20)를 형성하여 이를 통하여 각각의 시료를 챔버내로 주입하되, 상기 각각의 유입구1 및 유입구2(10,20)는 각각의 독립된 안내유로1 및 안내유로 2(15,25)를 형성하는 것이다.

여기서 상기 안내유로1 및 안내유로 2(15,25)는 챔버내에서 수직방향으로 각각 다른 수직위치를 형성하는 것이 매우 중요하며, 이는 각각의 유입구1 및 유입구2(10,20)를 통하여 안내유로1 및 안내유로 2(15,25)로부터 유출되어 챔버내의 혼합유로(40)로 유입되는 초기에 상기 복수개의 시료는 상기 혼합유로(40)내에서 각각 상하방향으로 층을 형성하기 위한 것이다.

종래기술에서 복수개의 시료들이 서로 좌우방향으로 층을 이루어 유동되면서 혼합되는 혼합효과에 비하여, 본 발명의 혼합유로 내에서 복수개의 시료들이 서로 상하방향으로 층을 이루어 유동되면서 혼합되는 것이 유체의 유동특성상 혼합효율 측면에서 보다 월등한 면을 나타내는 것이다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예로서, 혼합유로(40)의 유입구에서 상하방향으로 층을 이루면서 형성된 복수개의 시료들의 혼합효과를 보다 가속화하기 위하여 챔버(100)의 하부면에 진동판(60)과 압전소자(50)를 부착하는 장치를 제공하여 초음파를 수직방향으로 발생시켜, 복수개의 시료의 상하경계면으로 방사하여 상기 상하경계면을 교란시켜 혼합효과를 보다 향상시키고자 하는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 복수개의 시료들이 서로 원활하게 혼합되는 제조방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 계면 교차방향 초음파 방사형 마이크로믹서는 마이크로 단위의 유로를 통과하는 복수개의 시료를 혼합하는데 있어서, 챔버의 상면에서 각각의 독립된 유입구를 갖는 챔버내로 시료를 주입하는 단계와 상기 복수개의 시료는 상기 챔버내에서 각각 다른 수직위치를 형성하는 안내유로를 통하여 유출되는 단계와, 상기 안내유로를 통하여 유출된 복수개의 시료가 혼합유로에서 혼합되는 단계와, 상기 챔버의 하부에 부착된 압전소자에 의하여 초음파가 수직방향으로 방사되는 단계와 상기 챔버의 하부에 부착된 진동판이 압전소자에 의하여 방사된 초음파에 의하여 수직방향으로 진동되는 단계와 상기 진동판의 수직진동에 의하여 혼합유로에서 복수개의 시료가 균일하게 혼합되는 단계와 상기 챔버의 유출구를 통하여 혼합시료가 유출되는 단계를 포함하고 있는 것이다.

본 발명은 복수개의 시료가 각각의 안내유로를 통하여 혼합유로에서 서로 혼합되어 유동하되, 그 혼합효율을 증가시키기 위하여, 복수개의 시료를 각각의 유입구로 주입하되 상대적으로 비중량이 무거운 시료를 보다 상측의 안내유로에 주입하도록 하여, 비중량이 큰 시료가 중력방향인 하측방향으로 유동하도록 하여, 상대적으로 비중량이 작은 시료와의 혼합효율을 향상하고자 하는 단계를 포함하고자 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서 계면 교차방향 초음파 방사형 마이크로믹서는 복수개의 유체가 상하로 교차되는 경계면에 압전소자를 이용하여 수직방향으로 초음파를 방사시켜 마이크로 챔버내에서의 복수개의 유체의 혼합을 가속화하며, 보다 균일한 시료를 생산함으로 인하여 바이오-MEMS 및 NEMS분야에서 디바이스를 소형화, 정밀화, 집적화하는 장치 및 이를 이용한 혼합시료 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 초음파 방사형 마이크로믹서의 개략도.

도 2는 본 발명의 초음파 방사형 마이크로 믹서를 나타낸 평면도.

도 3은 본 발명의 초음파 방사형 마이크로 믹서를 나타낸 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 유입구1 15: 안내유로1

20: 유입구2 25: 안내유로2

30: 유출구 40:혼합유로

50: 압전소자 60:진동판

100: 챔버

Claims (5)

1. 마이크로 단위의 유로를 통과하는 복수개의 시료를 혼합하는데 있어서,

   챔버의 상면에서 각각 독립적으로 형성된 유입구와, 상기 유입구와 연결되되 챔버내에서 각각 다른 수직위치를 형성하는 안내유로와, 각각의 안내유로를 통하여 배출된 복수개의 시료가 서로 혼합되어 유동되는 혼합유로와, 혼합된 시료가 배출되는 배출구로 이루어진 것을 특징으로 하는 계면 교차방향 초음파 방사형 마이크로믹서.
2. 제1항에 있어서,

   상기 챔버의 하부에 부착된 진동판과, 상기 진동판의 하부에 부착되어 수직방향으로 초음파를 발생시키는 압전소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계면 교차방향 초음파 방사형 마이크로믹서.
3. 마이크로 단위의 유로를 통과하는 복수개의 시료를 혼합하는데 있어서,

   챔버의 상면에서 각각의 독립된 유입구를 갖는 챔버내로 각각의 시료를 주입하는 단계와;

   상기 각각의 시료는 상기 챔버내에서 각각 다른 수직위치를 형성하는 안내유로를 통하여 유출되는 단계와;

   상기 안내유로를 통하여 유출된 복수개의 시료가 혼합유로에서 혼합되는 단계와;

   상기 챔버의 유출구를 통하여 혼합시료가 유출되는 단계를 특징으로 하는 계면 교차방향 초음파 방사형 마이크로믹서를 이용한 혼합시료 제조방법
4. 제3항에 있어서,

   혼합효과를 향상시키기 위하여

   상기 챔버의 하부에 부착된 압전소자에 의하여 초음파가 수직방향으로 방사되는 단계와;

   상기 챔버의 하부에 부착된 진동판이 압전소자에 의하여 방사된 초음파에 의하여 수직방향으로 진동되는 단계를;

   더 포함하는 것을 특징으로 하는 계면 교차방향 초음파 방사형 마이크로믹서를 이용한 혼합시료 제조방법
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 복수개의 시료를 각각의 유입구로 주입하되 상대적으로 비중량이 무거운 시료를 보다 상측의 안내유로에 주입하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계면 교차방향 초음파 방사형 마이크로믹서를 이용한 혼합시료 제조방법.