KR20050117810A

KR20050117810A - Microheater for bubble type micropump

Info

Publication number: KR20050117810A
Application number: KR1020040043042A
Authority: KR
Inventors: 고순탁; 김병희; 김헌영; 장인배; 최종필
Original assignee: 에이엔디티 주식회사
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2005-12-15

Abstract

본 발명은 기포의 생성과 소멸에 의하여 다이어프램을 작동시켜 정량의 유체를 공급하는 버블형 마이크로펌프용 마이크로히터를 개시한다. 본 발명의 마이크로펌프는 펌핑챔버의 유체와 다이어프램에 의하여 격리되어 있으며, 마이크로히터는 버블링챔버의 작동유체를 가열 및 냉각하여 기포의 생성과 소멸을 발생한다. 또한, 마이크로히터는 버블링챔버의 작동유체와 접촉하며 서로 평행하도록 이격되어 있는 직선형의 제1 및 제2 메인전극과, 제1 및 제2 메인전극 각각으로부터 서로 대응하도록 연장되어 있으며 서로 이격되어 있는 직선형의 제1 및 제2 브렌치전극과, 제1 및 제2 브렌치전극의 말단을 연결하고 작동유체를 가열하여 기포를 단 하나로 생성하는 직선형의 버블링전극으로 구성된다. 본 발명에 의하면, 짧고 가는 버블링전극에 의하여 짧은 거리에서 큰 전위차를 발생하여 단일의 기포를 일정한 크기로 정밀하고 정확하게 제어하여 생성함으로써, 정량의 유체를 공급할 수 있으며, 전극의 전기분해를 최소화시켜 신뢰성을 크게 향상킬 수 있는 효과가 있다.The present invention discloses a micro heater for a bubble type micropump, which supplies a quantitative fluid by operating a diaphragm by generating and dissipating bubbles. The micropump of the present invention is isolated by the fluid and the diaphragm of the pumping chamber, and the microheater generates and dissipates bubbles by heating and cooling the working fluid of the bubbling chamber. In addition, the micro heater is in contact with the working fluid of the bubbling chamber and is extended to correspond to each other from each of the first and second main electrodes of the linear and the first and second main electrodes that are spaced parallel to each other and spaced apart from each other The linear first and second branch electrodes and the linear bubbling electrode connect the ends of the first and second branch electrodes and heat the working fluid to generate a single bubble. According to the present invention, by generating a large potential difference in a short distance by a short and thin bubbling electrode to generate a single bubble precisely and accurately to a certain size, it is possible to supply a quantitative fluid, to minimize the electrolysis of the electrode There is an effect that can greatly improve the reliability.

Description

Micro heater for bubble type micropump {MICROHEATER FOR BUBBLE TYPE MICROPUMP}

본 발명은 버블형 마이크로펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일 기포의 생성과 소멸에 의하여 다이어프램을 작동시켜 정량의 유체를 공급하는 버블형 마이크로펌프용 마이크로히터에 관한 것이다.The present invention relates to a bubble type micropump, and more particularly, to a bubble type micropump microheater for supplying quantitative fluid by operating a diaphragm by generating and dissipating a single bubble.

주지하고 있는 바와 같이, 마이크로펌프는 미세전기기계시스템(MEMS; Microelectro Mechanical System)을 이용하여 초소형으로 제작하고 있으며, 인체에 약물을 투여하는 수단으로 당뇨병 환자에게 인슐린을 지속적으로 투여하는 연속피하인슐린주사(Continuous subcutaneous insulin infusion)의 펌프시스템에 적용하려는 다양한 연구와 개발이 활발하게 진행되고 있다.As is well known, micropumps are microfabricated using microelectromechanical systems (MEMS), and continuous subcutaneous insulin injections for continuous administration of insulin to diabetics as a means of administering drugs to the human body. Various researches and developments for the pump system of continuous subcutaneous insulin infusion have been actively conducted.

이와 같은 마이크로펌프는 유체의 유동을 위한 유로와 연결되어 있는 펌핑챔버(Pumping chamber)를 가지며, 유로에는 유체를 펌핑하기 위한 운동요소로 밸브, 다이어프램(Diaphragm) 또는 멤브레인(Membrane)이 구성되어 있다. 그리고 다이어프램은 압전소자, 정전기 구동기, 전자기 구동기 등 다양한 형태의 구동수단에 의하여 작동시키고 있다. 다이어프램의 작동에 의하여 챔버, 입구와 출구 사이에 압력 차이가 발생되면서 유체가 펌핑되고, 펌핑되는 유체의 유동은 밸브에 의하여 제어된다.Such a micropump has a pumping chamber connected to a flow path for fluid flow, and the flow path includes a valve, a diaphragm or a membrane as a moving element for pumping the fluid. In addition, the diaphragm is operated by various types of driving means such as a piezoelectric element, an electrostatic driver, and an electromagnetic driver. As the pressure difference is generated between the chamber, the inlet and the outlet by the operation of the diaphragm, the fluid is pumped, and the flow of the pumped fluid is controlled by the valve.

그러나 마이크로펌프의 밸브, 다이어프램 등과 같은 운동요소는 기계적 강성이 취약하여 마모 및 피로파괴를 쉽게 일으키기 때문에 신뢰성이 크게 저하될 뿐만 아니라, 펌프시스템의 수명을 보장할 수 없는 문제가 있다. 특히, 연속피하인슐린주사의 펌프시스템에서 운동요소의 파괴는 당뇨병 환자에게 인슐린을 투여할 수 없는 위험성을 수반하는 문제가 있다. However, the movement elements such as valves, diaphragms, etc. of the micropump are weak in mechanical rigidity, and thus, wear and fatigue are easily degraded, which greatly reduces reliability and may not guarantee the life of the pump system. In particular, the destruction of the motor element in the pump system of continuous subcutaneous insulin injection has a problem that can not be administered insulin to diabetic patients.

한편으로, 버블형 마이크로펌프는 마이크로히터에 의하여 펌핑챔버의 유체를 가열 및 냉각함으로써, 유체의 비등에 따른 기포의 생성과 소멸을 제어한다. 기포의 생성과 소멸 과정에서 발생하는 체적 변화에 의하여 유체의 유동을 발생시킨다. 그리고 펌핑챔버의 양측에 연결되는 디퓨저(Diffuser)와 노즐(Nozzle)과 유체 사이에 발생하는 관마찰력(Pipe frictional force)의 차이에 의하여 유체의 방향성을 인가하여 펌핑작용을 구현하고 있다.On the other hand, the bubble type micropump controls the generation and disappearance of bubbles due to the boiling of the fluid by heating and cooling the fluid in the pumping chamber by the microheater. The flow of fluid is generated by the volume change that occurs during bubble generation and disappearance. In addition, the pumping action is realized by applying the directionality of the fluid by a difference in pipe frictional force generated between the diffuser, the nozzle, and the fluid connected to both sides of the pumping chamber.

그러나 종래기술의 버블형 마이크로펌프용 마이크로히터는 전극의 면발열에 의하여 기포를 생성하기 때문에 기포의 생성 위치와 크기를 제어하기 매우 곤란하고, 특히 불특정 다수의 기포가 생성되어 정량의 유체를 공급할 수 없는 문제가 있다. 또한, 전극 양단의 전위차에 의하여 전기분해를 발생시켜 산소 및 수소가스를 발생시킬 뿐만 아니라, 전극의 부식이 매우 심하게 발생되는 문제가 있다. However, since the bubble heater of the prior art bubble-type micropump generates bubbles by surface heating of the electrodes, it is very difficult to control the location and size of the bubbles, and in particular, a large number of bubbles can be generated to supply a quantitative fluid. There is no problem. In addition, electrolysis is caused by the potential difference between the electrodes, thereby generating oxygen and hydrogen gas, and there is a problem in that corrosion of the electrode is very severe.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 짧은 거리에서 큰 전위차를 발생하여 단일의 기포를 일정한 크기로 정밀하고 정확하게 제어하여 생성함으로써, 정량의 유체를 공급할 수 있는 버블형 마이크로펌프의 마이크로히터를 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the various problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to generate a large potential difference in a short distance by precisely and accurately controlling the generation of a single bubble to a certain size, It is to provide a micro heater of the bubble-type micro pump that can supply the fluid of.

본 발명의 다른 목적은 전극의 전기분해를 최소화시켜 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있는 버블형 마이크로펌프용 마이크로히터를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a micro heater for a bubble type micropump which can greatly improve the reliability by minimizing the electrolysis of the electrode.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 펌핑챔버의 유체와 다이어프램에 의하여 격리되어 있는 버블링챔버의 작동유체를 가열 및 냉각하여 기포의 생성과 소멸을 발생하는 버블형 마이크로펌프용 마이크로히터로서, 버블링챔버의 작동유체와 접촉하며, 서로 평행하도록 이격되어 있는 직선형의 제1 및 제2 메인전극과; 제1 및 제2 메인전극 각각으로부터 서로 대응하도록 연장되어 있으며, 서로 이격되어 있는 직선형의 제1 및 제2 브렌치전극과; 제1 및 제2 브렌치전극의 말단을 연결하고, 작동유체를 가열하여 기포를 단 하나로 생성하는 직선형의 버블링전극으로 구성되어 있는 버블형 마이크로펌프용 마이크로히터에 있다.A feature of the present invention for achieving the above object is a bubble type micropump microheater that generates and dissipates bubbles by heating and cooling a working fluid of a bubbling chamber separated by a fluid and a diaphragm of a pumping chamber. A straight first and second main electrodes contacting the working fluid of the bubbling chamber and spaced apart from each other in parallel; Straight first and second branch electrodes extending to correspond to each other from each of the first and second main electrodes and spaced apart from each other; A micro heater for a bubble type micropump, which comprises a straight bubbling electrode which connects the ends of the first and second branch electrodes and heats the working fluid to generate a single bubble.

이하, 본 발명에 따른 버블형 마이크로펌프용 마이크로히터에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a micro heater for a bubble type micropump according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 버블형 마이크로펌프는 로워플레이트(Lower plate: 10)를 구비한다. 로워플레이트(10)의 양쪽에는 유체, 예를 들어 인슐린의 도입을 위한 제1 입구(11)와 유체의 배출을 위한 제1 출구(12)가 각각 형성되어 있다. 로워플레이트(10)의 상면에 유체가 안정적으로 유동할 수 있도록 제1 입구(11)를 통하여 도입되는 유체를 일시적으로 수용하는 인렛버퍼웰(Inlet buffer well: 13)과 제1 출구(12)를 통하여 배출되기 전의 유체를 일시적으로 수용하는 아웃렛버퍼웰(Outlet buffer well: 14)이 각각 형성되어 있다. 제1 입구(11)와 제1 출구(12) 각각은 인렛버퍼웰(13)과 아웃렛버퍼웰(14)의 중앙에 연결되어 있다.First, referring to FIGS. 1 to 4, the bubble-type micropump of the present invention includes a lower plate 10. Both sides of the lower plate 10 are formed with a first inlet 11 for the introduction of a fluid, for example insulin, and a first outlet 12 for the discharge of the fluid. An inlet buffer well 13 and a first outlet 12 which temporarily receive the fluid introduced through the first inlet 11 so that the fluid can stably flow on the upper surface of the lower plate 10. Outlet buffer wells 14 are formed to temporarily receive the fluid before it is discharged. Each of the first inlet 11 and the first outlet 12 is connected to the center of the inlet buffer well 13 and the outlet buffer well 14.

로워플레이트(10)의 상면에는 제1 입구(11)와 제1 출구(12) 사이에 위치되도록 상부가 개방되어 있는 펌핑챔버(15)가 형성되어 있다. 제1 입구(11)와 펌핑챔버(15)는 제1 입구(11)로부터 펌핑챔버(15)로 유체를 유포하는 디퓨저 (Diffuser: 16)에 의하여 연결되어 있고, 제1 출구(12)와 펌핑챔버(15)는 펌핑챔버 (15)로부터 제1 출구(12)로 유체를 분출하는 노즐(Nozzle: 17)에 의하여 연결되어 있다. 디퓨저(16)와 노즐(17)의 단면 형상은 원뿔형의 미세 구성으로 형성되어 있다.The upper surface of the lower plate 10 is formed with a pumping chamber 15 having an upper portion opened so as to be located between the first inlet 11 and the first outlet 12. The first inlet 11 and the pumping chamber 15 are connected by a diffuser 16 which distributes fluid from the first inlet 11 to the pumping chamber 15 and pumps with the first outlet 12. The chamber 15 is connected by a nozzle 17 for ejecting a fluid from the pumping chamber 15 to the first outlet 12. The cross-sectional shape of the diffuser 16 and the nozzle 17 is formed in the conical fine structure.

로워플레이트(10)의 인렛버퍼웰(13), 아웃렛버퍼웰(14), 펌핑챔버(15), 디퓨저(16)와 노즐(17) 각각은 두께 0.5mm 정도의 실리콘웨이퍼를 딥리액티브이온에칭 (Deep Reactive Ion Etching, DRIE)에 의하여 가공하여 형성하거나 두께 0.5mm 정도의 유리판을 샌드블라스팅(Sand blasting)에 의하여 가공하여 형성한다. 그리고 제1 입구(11)와 제1 출구(12)는 초음파 가공에 의하여 형성한다. 도 1과 도 4에 인렛버퍼웰(13), 아웃렛버퍼웰(14)과 펌핑챔버(15)는 사각형으로 도시되어 있는 것을 나타냈으나, 인렛버퍼웰(13), 아웃렛버퍼웰(14)과 펌핑챔버(15)는 도 5에 도시되어 있는 원형 이외에도 타원형 등 다양한 형상으로 형성할 수 있다.The inlet buffer well 13, the outlet buffer well 14, the pumping chamber 15, the diffuser 16 and the nozzle 17 of the lower plate 10 each have a 0.5 mm thick silicon wafer with deep reactive ion etching ( It is formed by processing by Deep Reactive Ion Etching (DRIE), or by forming a glass plate of about 0.5mm thickness by sand blasting (Sand blasting). The first inlet 11 and the first outlet 12 are formed by ultrasonic processing. In FIG. 1 and FIG. 4, the inlet buffer well 13, the outlet buffer well 14, and the pumping chamber 15 are shown in a quadrangular shape, but the inlet buffer well 13, the outlet buffer well 14, and the like. The pumping chamber 15 may be formed in various shapes such as oval in addition to the circle shown in FIG. 5.

도 1 내지 도 3과 도 6을 참조하면, 본 발명의 버블형 마이크로펌프는 로워플레이트(10)의 상면에 장착되는 미들플레이트(Middle plate: 20)를 구비한다. 미들플레이트(20)의 중앙에는 펌핑챔버(15)의 유체와 접촉하도록 펌핑챔버(15)의 개방되어 있는 상부를 차단하는 다이어프램(21)이 형성되어 있으며, 다이어프램(21)의 상부에는 버블링챔버(Bubbling chamber: 22)가 형성되어 있다. 미들플레이트 (20)의 다이어프램(21)은 두께 0.5mm 정도의 유리판을 샌드블라스팅에 의하여 가공하여 두께 0.1∼0.2mm 정도로 형성하고, 버블링챔버(22)는 깊이 0.3∼0.4mm 정도로 형성한다. 버블링챔버(22)의 한쪽 상부에는 버블링챔버(22)로 작동유체, 예를 들어 메탄올의 도입을 위한 제2 입구(23)와 작동유체의 배출을 위한 제2 출구(24)가 각각 연결되어 있다. 1 to 3 and 6, the bubble-type micropump of the present invention includes a middle plate 20 mounted on an upper surface of the lower plate 10. In the center of the middle plate 20 is formed a diaphragm 21 for blocking the open upper portion of the pumping chamber 15 to contact the fluid of the pumping chamber 15, the bubbling chamber on the upper portion of the diaphragm 21 (Bubbling chamber: 22) is formed. The diaphragm 21 of the middle plate 20 is formed by processing a glass plate having a thickness of about 0.5 mm by sandblasting to form a thickness of 0.1 to 0.2 mm, and the bubbling chamber 22 is formed to a depth of about 0.3 to 0.4 mm. A bubbling chamber 22 is connected to one upper portion of the bubbling chamber 22 to a second inlet 23 for introducing a working fluid, for example methanol, and a second outlet 24 for discharging the working fluid, respectively. It is.

미들플레이트(20)의 제2 입구(23)는 유체가 안정적으로 유동할 수 있도록 제2 입구(23)를 통하여 도입되기 전에 작동유체를 일시적으로 수용하는 인렛버퍼웰 (25)에 연결되어 있으며, 제2 출구(24)는 제2 출구(24)를 통하여 배출되는 작동유체를 일시적으로 수용하는 아웃렛버퍼웰(26)에 연결되어 있다. 도 1과 도 6에는 인렛버퍼웰(25)과 아웃렛버퍼웰(26)은 사각형으로 도시되어 있는 것을 나타냈으나, 인렛버퍼웰(25)과 아웃렛버퍼웰(26)은 원형, 타원형 등 다양한 형상으로 형성할 수도 있다.The second inlet 23 of the middle plate 20 is connected to the inlet buffer well 25 which temporarily receives the working fluid before being introduced through the second inlet 23 so that the fluid can flow stably. The second outlet 24 is connected to an outlet buffer well 26 which temporarily receives the working fluid discharged through the second outlet 24. In FIG. 1 and FIG. 6, the inlet buffer wells 25 and the outlet buffer wells 26 are illustrated in a quadrangular shape. However, the inlet buffer wells 25 and the outlet buffer wells 26 may have various shapes such as circular and elliptical shapes. It can also be formed.

한편, 실리콘웨이퍼 어퍼플레이트(10)와 유리판 미들플레이트(20)의 가장자리는 퓨전 본딩(Fusion bonding)에 의하여 접합하고, 유리판 어퍼플레이트(10)와 유리판 미들플레이트(20)의 가장자리는 애노딕 본딩(Anodic bonding)에 의하여 접합한다.Meanwhile, the edges of the silicon wafer upper plate 10 and the glass plate middle plate 20 are bonded by fusion bonding, and the edges of the glass plate upper plate 10 and the glass plate middle plate 20 are anodic bonding ( Anodic bonding).

도 1 내지 도 3과 도 7을 참조하면, 본 발명의 버블형 마이크로펌프는 미들플레이트(20)의 상면에 버블링챔버(22)를 차단하도록 장착되는 어퍼플레이트(Upper plate: 30)를 구비한다. 어퍼플레이트(30)에는 미들플레이트(20)의 인렛버퍼웰(25)과 아웃렛버퍼웰(26)에 연결되는 제3 입구(31)와 제3 출구(32)가 각각 형성되어 있다. 어퍼플레이트(30)는 두께 0.5mm 정도의 유리판으로 제작되어 있다. 1 to 3 and 7, the bubble type micropump of the present invention includes an upper plate 30 mounted on the upper surface of the middle plate 20 to block the bubbling chamber 22. . The upper plate 30 is formed with a third inlet 31 and a third outlet 32 connected to the inlet buffer well 25 and the outlet buffer well 26 of the middle plate 20, respectively. The upper plate 30 is made of a glass plate having a thickness of about 0.5 mm.

도 1 내지 도 3, 도 7과 도 8을 참조하면, 본 발명의 버블형 마이크로펌프는 어퍼플레이트(30)의 하면에 버블링챔버(22)의 작동유체를 가열하여 기포를 생성할 수 있도록 형성되어 있는 마이크로히터(40)를 구비한다. 마이크로히터(40)는 어퍼플레이트(30)의 하면에 두께 400Å 정도의 티타늄(Ti)과 두께 2,000Å 정도의 백금(Pt)을 스퍼터링(Sputtering)하여 형성한다. 1 to 3, 7 and 8, the bubble-type micropump of the present invention is formed to generate bubbles by heating the working fluid of the bubbling chamber 22 on the lower surface of the upper plate 30. The micro heater 40 is provided. The micro heater 40 is formed by sputtering titanium (Ti) having a thickness of about 400 mm and platinum (Pt) having a thickness of about 2,000 mm on the lower surface of the upper plate 30.

도 7과 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 마이크로히터(40)는 국부적으로 열을 집중시켜 단일의 기포(1)를 생성할 수 있도록 설계되어 있다. 마이크로히터(40)는 서로 평행하도록 이격되어 있는 직선형의 제1 및 제2 메인전극(Main electrode: 41, 42)과, 제1 및 제2 메인전극(41, 42) 각각으로부터 서로 대응하도록 연장되어 있으며 서로 이격되어 있는 직선형의 제1 및 제2 브렌치전극(Branch electrode: 43, 44)과, 제1 및 제2 브렌치전극(43, 44)의 말단을 연결하고 국부적인 열의 발생에 의하여 작동유체를 가열하여 기포(1)를 생성하는 직선형의 버블링전극(Bubbling electrode: 45)으로 구성되어 있다. 제1 및 제2 메인전극(41, 42)은 잘 알려진 전원공급장치에 연결되는 양극과 음극으로 되며, 제1 및 제2 브렌치전극(43, 44)과 버블링전극(45)은 직선을 이루도록 정렬되어 있다. As shown in FIGS. 7 and 8, the microheater 40 is designed to produce a single bubble 1 by locally concentrating heat. The micro heater 40 extends to correspond to each other from the linear first and second main electrodes 41 and 42 and the first and second main electrodes 41 and 42 spaced apart from each other in parallel to each other. The first and second branch electrodes 43 and 44 which are spaced apart from each other and the ends of the first and second branch electrodes 43 and 44 are connected to each other and the working fluid is generated by local heat generation. It consists of a linear bubbling electrode 45 which generates the bubble 1 by heating. The first and second main electrodes 41 and 42 are anodes and cathodes connected to well-known power supplies, and the first and second branch electrodes 43 and 44 and the bubbling electrodes 45 form a straight line. It is aligned.

도 8에 자세히 도시되어 있는 바와 같이, 버블링전극(45)의 폭(W₁)은 열의 집중을 위하여 제1 및 제2 브렌치전극(43, 44)의 폭(W₂)보다 좁게 형성되어 있다. 버블링전극(45)의 폭(W₁)은 20∼100㎛ 정도이며 저항은 150∼250Ω 정도로 설계되어 있다. 버블링전극(45)의 폭(W₁)이 20㎛미만이면 기포(1)가 일정한 크기로 성장하지 못하여 충분한 크기의 펌핑력을 얻을 수 없으며, 100㎛을 초과하면 기포(1)의 생성이 원활하지 못하거나 다수의 기포(1)가 불균일한 크기로 생성되어 펌핑력을 제어할 수 없다. 버블링전극(45)의 폭(W₁)은 30㎛으로 설계하고 저항은 190Ω으로 설계하는 것이 바람직하다. 그리고 버블링전극(45)의 길이(L), 즉 제1 및 제2 브렌치전극(43, 44) 사이의 간격은 50∼500㎛ 정도로 설계되어 있다. 버블링전극(45)의 길이(L)가 50㎛미만이면 기포(1)가 일정한 크기로 성장하지 못하여 충분한 크기의 펌핑력을 얻을 수 없으며, 500㎛을 초과하면 기포(1)의 생성이 원활하지 못하거나 다수의 기포(1)가 불균일한 크기로 생성되어 펌핑력을 제어할 수 없다. 버블링전극(45)의 길이(L)는 100㎛으로 설계하는 것이 바람직하다.As shown in detail in FIG. 8, the width W ₁ of the bubbling electrode 45 is smaller than the width W ₂ of the first and second branch electrodes 43 and 44 to concentrate heat. . The width W ₁ of the bubbling electrode 45 is about 20 to 100 µm and the resistance is about 150 to 250 kPa. If the width W ₁ of the bubbling electrode 45 is less than 20 μm, the bubble 1 may not grow to a constant size and pumping force of sufficient size may not be obtained. It is not smooth or a large number of bubbles (1) is produced in a non-uniform size can not control the pumping force. The width W ₁ of the bubbling electrode 45 is preferably designed to be 30 μm and the resistance is designed to be 190 kΩ. The length L of the bubbling electrode 45, that is, the interval between the first and second branch electrodes 43 and 44 is designed to be about 50 to 500 mu m. If the length L of the bubbling electrode 45 is less than 50 μm, the bubble 1 may not grow to a constant size and pumping force of sufficient size may not be obtained. Otherwise, a plurality of bubbles 1 are produced with non-uniform size, so that the pumping force cannot be controlled. The length L of the bubbling electrode 45 is preferably designed to be 100 μm.

한편, 미들플레이트(20)의 다이어프램(21)과 마이크로히터(40)는 폴리다이메틸실록산 본딩(Polydimethylsiloxane bonding, PDMS bonding)에 의하여 접합한다. 미들플레이트(20)의 다이어프램(21)과 마이크로히터(40)의 PDMS 본딩에 의해서는 퓨전 본딩에 비하여 열에 의한 마이크로히터(40)의 손상을 효과적으로 방지할 수 있다. On the other hand, the diaphragm 21 and the micro heater 40 of the middle plate 20 are bonded by polydimethylsiloxane bonding (PDMS bonding). By the PDMS bonding of the diaphragm 21 and the microheater 40 of the middle plate 20, damage to the microheater 40 due to heat can be effectively prevented compared to the fusion bonding.

지금부터는 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 버블형 마이크로펌프용 마이크로히터에 대한 작용을 설명한다.Hereinafter, the operation of the micro heater for the bubble-type micropump according to the present invention having such a configuration will be described.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 로워플레이트(10)의 제1 입구(11)는 파이프라인 (Pipe line)에 의하여 유체, 예를 들어 인슐린을 수용하는 통상적인 스토리지 (Storage) 또는 카트리지(Cartridge)에 연결하고, 제1 출구(12)는 파이프라인에 의하여 인체에 인슐린을 주입하는 주사에 연결한다. 그리고 어퍼플레이트(30)의 제3 입구(31)와 제3 출구(32)는 파이프라인에 의하여 작동유체, 예를 들어 메탄올을 수용하는 스토리지에 연결한다. 작동유체는 어퍼플레이트(30)의 제3 입구(31), 미들플레이트(20)의 인렛버퍼웰(25)과 제2 입구(23)를 경유하여 버블링챔버(22)에 충전된다.1 to 3, the first inlet 11 of the lower plate 10 is a conventional storage or cartridge that receives fluid, eg insulin, by a pipe line. The first outlet 12 is connected to an injection for injecting insulin into the human body by a pipeline. In addition, the third inlet 31 and the third outlet 32 of the upper plate 30 are connected by a pipeline to a storage for receiving a working fluid, for example, methanol. The working fluid is filled in the bubbling chamber 22 via the third inlet 31 of the upper plate 30, the inlet buffer well 25 of the middle plate 20, and the second inlet 23.

도 7과 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 마이크로히터(40)의 제1 및 제2 메인전극(41, 42)에 전원을 인가하면, 제1 및 제2 브렌치전극(43, 44) 사이에 큰 전위차가 발생되면서 버블링전극(45)에 열이 집중적으로 발생하여 작동유체를 가열하게 되며, 작동유체의 가열에 의하여 버블링전극(45)에 단일의 기포(1)가 생성되게 된다. 이때, 기포(1)는 7V 정도의 초기전압과 30mA 정도의 초기전류를 인가하면 원활하게 생성되기 시작하며, 기포(1)의 생성 후 3V 정도의 작동전압을 인가하면 시간의 경과에 따라 성장하여 일정한 크기의 직경을 유지하게 된다. 이와 같이 짧고 가는 버블링전극(45)에 국부적으로 열의 발생을 집중시킴으로써, 단일의 기포(1)를 일정한 크기로 정밀하고 정확하게 생성 및 성장시킬 수 있으며, 작동유체에 의한 마이크로히터(40)의 전기분해를 최소화시킬 수 있다.As shown in FIG. 7 and FIG. 8, when power is applied to the first and second main electrodes 41 and 42 of the microheater 40, the first and second branch electrodes 43 and 44 are disposed between the first and second branch electrodes 43 and 44. As a large potential difference is generated, heat is intensively generated in the bubbling electrode 45 to heat the working fluid, and a single bubble 1 is generated in the bubbling electrode 45 by the heating of the working fluid. At this time, the bubble 1 starts to be generated smoothly when the initial voltage of about 7V and the initial current of about 30mA are applied, and when the operating voltage of about 3V is applied after the generation of the bubble 1, the bubble 1 grows over time. Maintain a constant diameter. By concentrating the generation of heat locally on the short and thin bubbling electrode 45, it is possible to precisely and accurately generate and grow a single bubble (1) to a certain size, the electrical of the micro heater 40 by the working fluid Decomposition can be minimized.

한편, 기포(1)의 직경이 일정한 크기로 성장한 후, 마이크로히터(40)의 제1 및 제2 메인전극(41, 42)에 인가되는 전원을 차단하면, 일정한 크기의 직경을 유지하고 있던 기포(1)는 냉각되면서 폭발하여 소멸한다. 이와 같은 기포(1)의 생성과 소멸에 의하여 버블링챔버(22)의 체적이 변화되고, 버블링챔버(22)의 체적이 변화되는 것에 의하여 다이어프램(21)이 변형된다. 다이어프램(21)의 변형에 의하여 로워플레이트(10)의 제1 입구(11), 제1 출구(12)와 펌핑챔버(15) 사이에 압력 차이로 유체의 펌핑력이 발생된다. On the other hand, if the diameter of the bubble 1 grows to a certain size, and then the power applied to the first and second main electrodes 41 and 42 of the micro heater 40 is cut off, the bubble having a constant size is maintained. (1) explodes and dies while cooling. The volume of the bubbling chamber 22 is changed and the diaphragm 21 is deformed by changing the volume of the bubbling chamber 22 by the generation and disappearance of the bubbles 1. Due to the deformation of the diaphragm 21, the pumping force of the fluid is generated by the pressure difference between the first inlet 11, the first outlet 12, and the pumping chamber 15 of the lower plate 10.

즉, 기포(1)의 성장 후 소멸시에는 디퓨저(16)의 압력은 감소되고, 노즐(17)의 압력은 증가되므로, 유체는 로워플레이트(10)의 제1 입구(11)를 경유하여 인렛버퍼웰(13)에 일시적으로 수용되고, 인렛버퍼웰(13)에 도입되는 유체는 도 9의 화살표 "A"로 도시되어 있는 바와 같이 디퓨저(16)를 통하여 펌핑챔버(15)로 유포되며, 유체는 펌핑챔버(15)로부터 노즐(17)로의 유동이 차단된다. 도 9에는 기포(1)가 도 10에 빗금으로 도시되어 있는 바와 같이 성장한 후 소멸되는 상태를 빗금으로 나타냈다.That is, since the pressure of the diffuser 16 decreases and the pressure of the nozzle 17 increases when the bubble 1 disappears after growth, the fluid is inlet via the first inlet 11 of the lower plate 10. The fluid temporarily received in the buffer well 13 and introduced into the inlet buffer well 13 is circulated through the diffuser 16 to the pumping chamber 15 as shown by arrow “A” in FIG. 9, The fluid is blocked from flowing from the pumping chamber 15 to the nozzle 17. In FIG. 9, the state in which the bubble 1 has disappeared after growing as shown by hatching in FIG. 10 is shown by hatching.

또한, 기포(1)의 생성 후 성장시에는 디퓨저(16)의 압력은 증가되고, 노즐(17)의 압력은 감소되므로, 유체는 도 10의 화살표 "B"로 도시되어 있는 바와 같이 펌핑챔버(15)로부터 노즐(17)을 통하여 아웃렛버퍼웰(14)에 분출되어 일시적으로 저장되고, 아웃렛버퍼웰(14)의 유체는 제1 출구(12)를 통하여 배출된다. 그리고 유체는 펌핑챔버(15)로부터 디퓨저(16)로의 유동이 차단된다. 도 10에는 기포 (1)가 성장한 상태를 빗금으로 나타냈다. 한편, 유체가 인렛버퍼웰(13)과 아웃렛버퍼웰(14)에 일시적으로 수용되는 것에 의하여 유체의 급격한 유량 변동을 방지하여 유체의 유동을 원활하게 유지할 수 있다. 따라서, 정량의 유체를 정밀하고 정확하게 공급할 수 있다. In addition, since the pressure of the diffuser 16 increases and the pressure of the nozzle 17 decreases upon growth after generation of the bubble 1, the fluid is pumped as shown by the arrow " B " 15 is ejected to the outlet buffer well 14 through the nozzle 17 and temporarily stored, and the fluid of the outlet buffer well 14 is discharged through the first outlet 12. The fluid is then interrupted from the pumping chamber 15 to the diffuser 16. In FIG. 10, the state in which the bubble 1 has grown is shown by hatching. On the other hand, the fluid is temporarily accommodated in the inlet buffer 13 and the outlet buffer well 14, it is possible to prevent a sudden flow rate fluctuation of the fluid to smoothly maintain the flow of the fluid. Therefore, it is possible to supply the quantitative fluid precisely and accurately.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다. The embodiments described above are merely to describe preferred embodiments of the present invention, the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, those skilled in the art within the spirit and claims of the present invention It will be understood that various changes, modifications, or substitutions may be made thereto, and such embodiments are to be understood as being within the scope of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 버블형 마이크로펌프용 마이크로히터에 의하면, 짧고 가는 버블링전극에 의하여 짧은 거리에서 큰 전위차를 발생하여 단일의 기포를 일정한 크기로 정밀하고 정확하게 제어하여 생성함으로써, 정량의 유체를 공급할 수 있으며, 전극의 전기분해를 최소화시켜 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the bubble type micropump micro heater according to the present invention generates a large potential difference at a short distance by a short and thin bubbling electrode, and generates a single bubble precisely and accurately with a constant size, thereby quantitatively It is possible to supply the fluid of, there is an effect that can greatly improve the reliability by minimizing the electrolysis of the electrode.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로히터가 적용되는 버블형 마이크로펌프의 구성을 분리하여 나타낸 사시도,1 is a perspective view separately showing the configuration of a bubble-type micropump to which a micro heater according to the present invention is applied;

도 2는 본 발명에 따른 마이크로펌프의 구성을 조립하여 나타낸 사시도,Figure 2 is a perspective view showing the assembly of the micropump according to the present invention,

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도,3 is a cross-sectional view taken along line III-III of FIG. 2;

도 4는 본 발명의 마이크로펌프에서 로워플레이트를 나타낸 평면도,Figure 4 is a plan view showing a lower plate in the micropump of the present invention,

도 5는 본 발명의 마이크로펌프에서 로워플레이트의 다른 예를 나타낸 평면도,Figure 5 is a plan view showing another example of the lower plate in the micropump of the present invention,

도 6은 본 발명의 마이크로펌프에서 미들플레이트의 구성을 나타낸 평면도,Figure 6 is a plan view showing the configuration of the middle plate in the micropump of the present invention,

도 7은 본 발명의 마이크로펌프에서 어퍼플레이트와 마이크로히터의 구성을 나타낸 저면도,Figure 7 is a bottom view showing the configuration of the upper plate and the micro heater in the micropump of the present invention,

도 8은 본 발명의 마이크로펌프에서 마이크로히터의 구성을 부분적으로 확대하여 나타낸 저면도,Figure 8 is a bottom view showing a partially enlarged configuration of the micro heater in the micropump of the present invention,

도 9와 도 10은 본 발명의 마이크로펌프에서 기포의 소멸과 생성에 의하여 유체가 펌핑되는 상태를 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 도면이다.9 and 10 are schematic views for explaining a state in which the fluid is pumped by the disappearance and generation of bubbles in the micropump of the present invention.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣ ♣ Explanation of symbols for the main parts of the drawing ♣

10: 로워플레이트 11: 제1 입구10: Lower Plate 11: Entrance 1

12: 제1 출구 13: 인렛버퍼웰12: Exit 1 13: Inlet Bufferwell

14: 아웃렛버퍼웰 15: 펌핑챔버14: outlet buffer well 15: pumping chamber

16: 디퓨저 17: 노즐16: diffuser 17: nozzle

20: 미들플레이트 21: 다이어프램20: middle plate 21: diaphragm

22: 버블링챔버 23: 제2 입구22: bubbling chamber 23: second inlet

24: 제2 출구 25: 인렛버퍼웰24: exit 2 25: inlet buffer well

26: 아웃렛버퍼웰 30: 어퍼플레이트26: outlet buffer well 30: upper plate

31: 제3 입구 32: 제3 출구31: third entrance 32: third exit

40: 마이크로히터 41: 제1 메인전극40: micro heater 41: first main electrode

42: 제2 메인전극 43: 제1 브렌치전극42: second main electrode 43: first branch electrode

44: 제2 브렌치전극 45: 버블링전극44: second branch electrode 45: bubbling electrode

Claims

A micro heater for a bubble type micropump that generates and dissipates bubbles by heating and cooling a working fluid in a bubbling chamber separated by a fluid and a diaphragm of a pumping chamber.

Linear first and second main electrodes contacting the working fluid of the bubbling chamber and spaced apart from each other in parallel;

Linear first and second branch electrodes extending to correspond to each other from each of the first and second main electrodes and spaced apart from each other;

A micro heater for a bubble type micropump, comprising a straight bubbling electrode connecting the ends of the first and second branch electrodes and heating the working fluid to generate a single bubble.

The micro heater of claim 1, wherein the first and second main electrodes, the first and second branch electrodes, and the bubbling electrode are formed on a glass plate that blocks the bubbling chamber.

The bubble type micropump of claim 1, wherein the bubbling electrode has a width smaller than that of the first and second branch electrodes to locally generate heat to generate a single bubble.

The micro heater of claim 3, wherein the bubbling electrode has a width of about 20 to 100 µm.

The bubble type micropump according to any one of claims 2 to 4, wherein the bubbling electrode has a length of about 50 to 500 µm so as to locally generate heat to generate a single bubble.