KR20070045431A - Method for patterning of different materials on a substrate and a capillary flow control device using the substrate produced therefrom - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이종물질이 패터닝된 단일 기판의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 기판을 이용한 모세관 유동 제어 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 제1기판에 구멍 패턴을 형성하고, 상기 구멍 패터닝이 형성된 제1기판의 일면에 제2기판을 접촉시킨 다음, 액상의 이종물질을 구멍 패턴 내에 삽입한 후, 상기 이종물질을 고형화시키고, 제2기판을 제거하는 단계를 포함하는 이종물질이 패터닝된 단일 기판의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 이종물질이 패터닝된 단일 기판을 이용한 모세관 유동 제어 디바이스에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a single substrate patterned with a dissimilar material, and a capillary flow control device using the substrate manufactured by the method. More specifically, the hole pattern is formed on the first substrate, and the hole patterning is performed. Contacting the second substrate with one surface of the formed first substrate, and then inserting a liquid heterogeneous material into the hole pattern, and solidifying the heterogeneous material and removing the second substrate. A method for manufacturing a substrate and a capillary flow control device using a single substrate patterned with a dissimilar material produced by the method.
본 발명에 따르면, 단일 기판에 이종물질을 간편한 방법으로 패터닝할 수 있고, 친수성 기판에 소수성 물질을 패터닝하거나, 소수성 기판에 친수성 물질을 패터닝함으로써, 모세관 유동의 정지, 분기, 집중 및 지연 등의 다양한 제어가 가능하여, 마이크로 유체역학 등의 분야에 유용하다. According to the present invention, a heterogeneous material can be patterned on a single substrate in a simple manner, and the hydrophobic material is patterned on a hydrophilic substrate, or the hydrophilic material is patterned on a hydrophobic substrate, thereby stopping, branching, concentrating, and delaying capillary flow. It is possible to control, and is useful for fields such as microfluidics.
패터닝, 기판, 친수성, 소수성 Patterning, Substrate, Hydrophilic, Hydrophobic
Description
도 1은 본 발명의 패터닝 방법을 개략적으로 나타낸 개략도이다. 1 is a schematic diagram schematically showing a patterning method of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 마이크로 채널의 개략도이다. 2 is a schematic diagram of a microchannel according to Embodiment 1 of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 모세관 유동의 모습이다. 3 is a view of the capillary flow in accordance with Example 1 of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 마이크로 채널의 개략도이다. 4 is a schematic diagram of a microchannel according to Embodiment 2 of the present invention.
도 5은 본 발명의 실시예 2에 따른 모세관 유동의 모습이다. 5 is a view of the capillary flow in accordance with Example 2 of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예 3에 따른 마이크로 채널의 개략도이다. 6 is a schematic diagram of a microchannel according to Embodiment 3 of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 모세관 유동의 모습이다. 7 is a view of the capillary flow in accordance with Example 3 of the present invention.
본 발명은 이종물질이 패터닝된 단일 기판의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 기판을 이용한 모세관 유동 제어 디바이스에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 제1기판에 구멍 패턴을 형성하고, 상기 제1기판의 일면에 제2기판을 접촉시킨 다음, 액상의 이종물질을 구멍 패턴 내에 삽입하고, 상기 이종물질을 고형화하는 것을 특징으로 하는 이종물질이 패터닝된 단일 기판의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 이종물질이 패터닝된 단일 기판을 이용한 모세관 유동 제어 디바이스에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a single substrate patterned with a dissimilar material, and a capillary flow control device using the substrate manufactured by the method. More specifically, a hole pattern is formed in a first substrate, and the first substrate is formed. The second substrate is brought into contact with one surface of the substrate, and then a liquid dissimilar material is inserted into the hole pattern, and the dissimilar material is solidified. A capillary flow control device using a single substrate on which a material is patterned.
이종물질이 패터닝된 단일 기판을 제조하기 위해, 물질을 패터닝하는 대표적인 기술은 포토리소그래피(photolithography) 이다. 전통적인 포토리소그래피 기술을 이용하면, 지수 함수적으로 감소하는 파장(wavelength)를 가지는 광원을 사용함으로써 좀더 작은 크기의 패턴을 형성할 수 있다. 전통적인 포토리소그래피에 사용되는 광원은 g-line(435 nm), i-line(365 nm) 및 248nm DUV(Deep Ultraviolet)를 생산해 주는 KrF(Krypton fluoride) 엑시머 레이저이다. 상기 광원을 사용한 포토리소그래피의 경우, 기판을 대량 생산할 수 있다는 장점이 있으나, 100nm 이하의 패터닝은 불가능하다는 문제가 있다. To produce a single substrate patterned with dissimilar materials, a representative technique for patterning materials is photolithography. Using traditional photolithography techniques, smaller size patterns can be formed by using light sources with an exponentially decreasing wavelength. Light sources used in traditional photolithography are Krypton fluoride (KRF) excimer lasers that produce g-line (435 nm), i-line (365 nm) and 248 nm Deep Ultraviolet (DUV). In the case of photolithography using the light source, there is an advantage in that the substrate can be mass-produced, but there is a problem in that patterning of 100 nm or less is impossible.
이에, 당업계에서는 전통적인 포토리소그래피의 대안으로 EUV 리소그래피, X-ray 리소그래피, Ion 리소그래피 및 E-beam 리소그래피 등이 개발되었다. 이러한 빛을 이용한 비전통적인 리소그래피는 수 나노미터 크기의 형상의 제작이 가능하여, 상기 전통적인 포토리소그래피의 단점인 "100nm 장벽"은 극복했으나, 생산 비용이 높고 제조방법이 까다로워 대량생산에 부적합하다는 문제점이 있다. Accordingly, in the art, EUV lithography, X-ray lithography, ion lithography and E-beam lithography have been developed as alternatives to traditional photolithography. Non-traditional lithography using this light can produce a shape of several nanometers, which overcomes the disadvantages of the conventional photolithography, the "100 nm barrier". However, the problem is that the production cost is high and the manufacturing method is not suitable for mass production. have.
특히, EUV(Extream Ultralithography)는 노광(exposure) 공정에 사용하는 빛을 극자외선을 이용함으로써 90nm이하의 패터닝도 가능하다는 장점을 지니고 있으나, 마스크나 렌즈를 만들기가 매우 까다롭다는 문제점이 있고, 극자외선보다 더 작은 파장을 이용하는 X-ray 리소그래피 역시, 마스크를 만들 때 1:1로 만들 수밖에 없어서, 생산 비용이 증가한다는 문제가 있다. In particular, EUV (Extream Ultralithography) has the advantage that it is possible to pattern below 90nm by using extreme ultraviolet light for the exposure process, but there is a problem that it is very difficult to make a mask or a lens. X-ray lithography, which uses smaller wavelengths than ultraviolet light, also has a problem of making 1: 1 masks, which increases production costs.
또한, E-Beam 리소그래피는 전자빔을 기질(substrate)에 주사하여 패터닝을 하는 방식으로, 상기한 EUV 리소그래피의 방식보다 더 미세한 패터닝을 할 수 있다는 장점이 있으나, 이 역시 제작 방법이 까다롭고, 생산 비용도 만만치 않다는 단점이 있다. In addition, E-Beam lithography has a merit in that patterning is performed by scanning an electron beam on a substrate, and thus finer patterning is possible than in the EUV lithography method. There is also a disadvantage that is not easy.
한편, 상기 포토리소그래피에 의해 소수성 물질을 패터닝하는 방법으로, 유리 기판이나 실리콘 옥사이드 층위에 n-octadecyl-trichlorosilane(OTS)의 자기조립 단분자층을 패터닝하는 방법(Handique, K., et al., SPIE 3224:210, 1997), DRIE(Deep reactive etching)에 의해 형성된 실리콘 마이크로 채널내에 플라즈마를 이용하여 octafluorocyclobutane(C4F8)을 선택적으로 증착함으로써 마이크로 채널에 소수성 패터닝(Helene Andersson, et al., Sensors and Actuators B, 75:136, 2001)을 하는 방법 등이 제안되었다. Meanwhile, a method of patterning a hydrophobic material by the photolithography, a method of patterning a self-assembled monolayer of n-octadecyl-trichlorosilane (OTS) on a glass substrate or silicon oxide layer (Handique, K., et al., SPIE 3224 (210, 1997), hydrophobic patterning in microchannels by selectively depositing octafluorocyclobutane (C 4 F 8 ) using plasma in silicon microchannels formed by deep reactive etching (DRIE) (Helene Andersson, et al., Sensors and Actuators B , 75: 136, 2001).
그러나, 상기한 전통적ㆍ비전통적 포토리소그래피의 공통된 단점은 비평면 표면에 패터닝하기가 어렵다는 점, 기판 표면에 특정한 화학적 기능을 가진 패턴을 형성할 수 없다는 점, 2차원 구조물만 제작할 수 있다는 점, 미리 형성된 마스터 마스크를 제작해야 한다는 점 및 적용 물질이 감광제에 한정된다는 점이다. However, the common drawbacks of the traditional and non-traditional photolithography described above are the difficulty in patterning on non-planar surfaces, the inability to form patterns with specific chemical functions on the substrate surface, and the ability to produce only two-dimensional structures in advance. It is necessary to fabricate the formed master mask and that the applied material is limited to the photosensitizer.
한편, 하버드 대학의 화이트사이드(Whitesides) 교수는 빛이나 큰 에너지의 입자를 사용하지 않고 소프트한 고분자 물질을 사용하여 표면에 패턴을 형성하는 소프트리소그래피(soft lithography)를 제작ㆍ발표하였다(Amit Kumar and George M. Whitesides, Appl . Phys. Lett., 1993:63, 2002). 소프트리소그래피란 탄성 중합체로 만들어진 스탬프를 이용하여 30nm부터 100㎛ 사이의 패턴 또는 구조물을 생성하는 공정을 말하며, 마이크로 접촉 인쇄(Microcontact Printing), 복사조형(Replica Molding) 및 마이크로 전사 조형(Mictotransfer Molding) 등의 종류가 있다. 소프트리소그래피를 사용할 경우, 저렴한 제작비로 기판을 생산할 수 있다는 점과, 기판 표면에 다양한 화학적 성질을 가진 패턴을 형성할 수 있다는 점, 적용 물질이 한정되지 않는 다는 점 및 비평면 표면에 구조물 및 패턴을 생성 가능하다는 장점이 있으나, 이러한 소프트리소그래피의 경우에도 패턴이 미리 형성된 마스터 마스크를 제작해야 한다는 점과, 제조방법이 다소 난해하다는 문제점이 있다.Meanwhile, Professor Harvard's Whitesides has produced and announced soft lithography, which uses soft polymers to form patterns on surfaces without using light or high energy particles (Amit Kumar and George M. Whitesides, Appl . Phys. Lett ., 1993: 63, 2002). Soft lithography refers to the process of creating a pattern or structure between 30 nm and 100 μm using a stamp made of elastomer, and using microcontact printing, replica molding, and microtransfer molding. There is a kind. Soft lithography enables the production of substrates at low manufacturing costs, the ability to form patterns with various chemical properties on the surface of the substrate, the application of materials is not limited, and the formation of structures and patterns on non-planar surfaces. Although there is an advantage in that it can be generated, there is a problem in that such a soft lithography has to produce a master mask in which a pattern is formed in advance, and a manufacturing method is somewhat difficult.
따라서, 당업계에서는 단일 기판에 이종의 물질을 간편한 방법으로 패터닝할 수 있고, 친수성 기판에 소수성 물질을 패터닝하거나, 소수성 기판에 친수성 물질을 패터닝함으로써, 모세관 유동의 다양한 제어가 가능하며, 마스터 마스크를 제작할 필요가 없고, 기존의 장비를 그대로 이용할 수 있어 경제적인 새로운 단일 기판의 제조방법의 개발이 절실히 요구되고 있다. Thus, in the art, it is possible to easily pattern heterogeneous materials on a single substrate, to pattern hydrophobic materials on a hydrophilic substrate, or to pattern hydrophilic materials on a hydrophobic substrate, thereby controlling various control of capillary flow, and There is no need to manufacture, and since the existing equipment can be used as it is, there is an urgent need for the development of a new method of manufacturing a single economical substrate.
이에, 본 발명자들은 종래 포토리소그래피 및 소프트리소그래피에 의한 단일 기판의 제조방법보다 간편하고, 경제적이며, 모세관 유동제어에 적절하게 사용될 수 있는 기판의 패터닝 방법을 개발하기 위하여, 예의 노력한 결과 본 발명을 완성하게 되었다. Accordingly, the present inventors have completed the present invention as a result of diligent efforts to develop a method of patterning a substrate which is simpler, more economical, and can be suitably used for capillary flow control than a conventional method of manufacturing a single substrate by photolithography and soft lithography. Was done.
결국 본 발명의 주된 목적은 제1기판에 구멍 패턴을 형성하고, 상기 제1기판의 일면에 제2기판을 접촉시킨 다음, 액상의 이종물질을 구멍 패턴 내에 삽입하고, 상기 이종물질을 고형화하는 것을 특징으로 하는 이종물질이 패터닝된 단일 기판의 제조방법을 제공하는데 있다. After all, the main object of the present invention is to form a hole pattern on the first substrate, to contact the second substrate on one surface of the first substrate, to insert a liquid heterogeneous material into the hole pattern, and to solidify the heterogeneous material. It is to provide a method for producing a single substrate patterned heterogeneous material characterized.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 의해 제조된 기판을 이용한 모세관 유동 제어 디바이스를 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a capillary flow control device using a substrate produced by the method.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 제1기판에 구멍 패턴을 형성하는 단계; (b) 상기 구멍 패터닝된 제1기판의 일면에 제2기판을 접촉시키는 단계; (c) 액상의 이종물질을 구멍 패턴 내에 삽입하는 단계; (d) 상기 이종물질을 고형화하는 단계; 및 (e) 제2기판을 제거하는 단계를 포함하는 이종물질이 패터닝된 단일 기판의 제조방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of (a) forming a hole pattern on the first substrate; (b) contacting a second substrate with one surface of the hole patterned first substrate; (c) inserting a heterogeneous liquid material into the hole pattern; (d) solidifying the heterogeneous material; And (e) removing the second substrate, thereby providing a method of manufacturing a single substrate patterned with a dissimilar material.
본 발명에 있어서, 상기 제1기판의 재질은 폴리머, 유리, 석영, 실리콘, 금속, 세라믹 및 다공성 멤브레인 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the material of the first substrate may be any one or more selected from the group consisting of polymer, glass, quartz, silicon, metal, ceramic, porous membrane and the like.
본 발명에 있어서, 상기 구멍 패턴은 레이저 가공 또는 CNC(Computerized Numerical Control) 가공으로 형성하는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 제1기판에 구멍 패턴을 형성할 수 있는 방법이라면 모두 사용이 가능하다. In the present invention, the hole pattern may be formed by laser processing or Computerized Numerical Control (CNC) processing, but the present invention is not limited thereto. Any method of forming the hole pattern on the first substrate may be used. It is possible.
본 발명에 있어서, 상기 제1기판이 친수성 재질인 경우에는 상기 이종물질은 소수성 물질인 것이 바람직하고, 역으로, 상기 제1기판이 소수성 재질인 경우에는 상기 이종물질은 친수성 물질인 것이 바람직하다. In the present invention, when the first substrate is a hydrophilic material, the dissimilar material is preferably a hydrophobic material, and conversely, when the first substrate is a hydrophobic material, the dissimilar material is preferably a hydrophilic material.
본 발명에 있어서, 상기 제2기판은 실리콘 고무인 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 이종물질은 액상의 열경화 물질 또는 UV 경화 물질인 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the second substrate may be characterized in that the silicone rubber, the heterogeneous material may be characterized in that the liquid thermosetting material or UV curing material.
본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조된 이종물질이 패터닝된 단일 기판을 제공한다. The present invention also provides a single substrate patterned with a dissimilar material produced by the above method.
본 발명은 또한, 직선의 마이크로 채널과 유체 주입구 및 공기 배출구가 형성된 기판에, 상기 방법에 의해 제조된 소수성 물질이 패터닝된 단일 친수성 기판(커버기판)을 결합시켜 제조되고, 상기 마이크로 채널이 형성된 기판의 유체에 대한 접촉각 및 상기 커버 기판의 유체에 대한 접촉각이 각각 90˚미만이어서 모세관 현상에 의해 유입된 유체가 마이크로 채널을 자연적으로 흐를 수 있도록 구성된 모세관 유동 제어 디바이스(device)를 제공한다. The present invention is also made by bonding a single hydrophilic substrate (cover substrate) patterned with a hydrophobic material prepared by the above method to a substrate on which a straight micro channel, a fluid inlet port and an air outlet port are formed, and the microchannel formed substrate. The contact angle with respect to the fluid and the contact angle with respect to the fluid of the cover substrate is less than 90 degrees, respectively, to provide a capillary flow control device configured to allow the fluid introduced by the capillary phenomenon to naturally flow through the microchannel.
상기 모세관 유동 제어 디바이스를 사용할 경우, 상기 소수성 물질의 패터닝된 모양에 따라, 모세관 유동을 효과적으로 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 패터닝 된 소수성 물질이 마이크로채널의 너비보다 작은 사이즈로 상기 마이크로채널 중앙에 배치될 경우, 유입된 유체를 분기시킬 수 있고, 상기 패터닝된 소수성 물질이 마이크로채널의 너비보다 넓은 사이즈로 상기 마이크로채널 중앙에 배치될 경우, 유입된 유체를 정지시킬 수 있으며, 상기 패터닝된 소수성 물질이 상기 마이크로채널의 중앙 부위를 제외한 양쪽에 각각 배치될 경우, 유입된 유체를 집중시킬 수 있다. When using the capillary flow control device, according to the patterned shape of the hydrophobic material, it is possible to effectively control the capillary flow. For example, when the patterned hydrophobic material is disposed in the center of the microchannel in a size smaller than the width of the microchannel, the introduced fluid may branch, and the patterned hydrophobic material may be larger in size than the width of the microchannel. When placed in the center of the channel, the introduced fluid can be stopped, and when the patterned hydrophobic material is disposed on both sides except the central portion of the microchannel, the introduced fluid can be concentrated.
본 발명에 있어서, 직선의 마이크로 채널이 형성된 기판의 재질은 폴리머, 유리, 석영, 실리콘, 금속, 세라믹 및 다공성 멤브레인 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the material of the substrate on which the linear microchannel is formed may be any one or more selected from the group consisting of polymer, glass, quartz, silicon, metal, ceramic, porous membrane, and the like.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.
실시예Example 1: 이종물질이 1: heterogeneous material 패터닝된Patterned 단일 기판의 제조 Fabrication of a Single Board
두께 125㎛의 아크릴 필름(Sumitomo Chemical Co., Ltd.)인 제1기판(10)에 이종의 물질을 삽입하기 위하여, 우선 레이저 가공을 통해, 도 1(b)와 같이 구멍(20)을 패터닝했다. 상기 패턴닝된 제1기판의 구멍에 이종의 물질(90)을 채우기 위해, 도 1(c)와 같이 제1기판(10)의 일면에 미리 경화된 PDMS(polydimethylsiloxane) 재질의 제2기판(30)을 밀착시켰다. 제2기판으로 실리콘 고무의 일종인 PDMS(polydimethylsiloxane)를 사용하게 되면, 제1기판과 제2기판은 컨포멀 컨택(conformal contact)을 하기 때문에, 특별한 접착 방법이 필요없이 완전하게 밀착된다. In order to insert heterogeneous materials into the
상기 과정을 통해 구멍으로 존재하던 제1기판의 패턴은 도 1(c)와 같은 웰 형태가 되었으며, 도 1(d)와 같이 이곳에 액상의 소수성 이종물질로 PDMS를 삽입한 후, 70℃에서 약 한 시간 정도 경화하였다. 이종물질이 고형화된 후, 도 1(e)와 같이 제2기판을 제거하여 이종물질이 패터닝된 제1기판을 완성하였다. 상기 제1기판은 모세관 유동 제어 디바이스에서 커버기판으로 사용된다. Through the above process, the pattern of the first substrate existing as a hole became a well shape as shown in FIG. 1 (c). As shown in FIG. 1 (d), the PDMS was inserted into the liquid hydrophobic heterogeneous material at 70 ° C. It cured about 1 hour. After the heterogeneous material was solidified, as shown in FIG. 1 (e), the second substrate was removed to complete the first substrate on which the heterogeneous material was patterned. The first substrate is used as a cover substrate in the capillary flow control device.
실시예Example 2: 모세관 유동에서 소수성 2: hydrophobic in capillary flow 패터닝에In patterning 의한 모세관 유동의 분기 Branching of capillary flow by
상기 실시예 1의 방법으로 제조된 기판을 이용하여, 마이크로 채널에 유입된 유체의 단일 유동을 복수의 유동으로 분기시킬 수 있는 모세관 유동 제어 디바이스를 제조하였다. Using the substrate prepared by the method of Example 1, a capillary flow control device capable of branching a single flow of fluid introduced into the microchannel into a plurality of flows was produced.
사출 성형으로, 직선의 마이크로 채널이 형성된 PMMA 기판(130)을 제작하였다. 마이크로 채널은 유체 주입을 위한 입구(150)과 공기 배출을 위한 출구(160)가 미리 형성되어 있으며, 폭 2mm, 깊이 50㎛이었다. 소수성 패턴을 제작하기 위하여, 도 3(a)와 같이 마이크로 채널 기판(130)에 대한 커버 기판(110)에 이종의 물질로 PDMS를 이용하여 소수성 패턴(120)을 형성하였다. 이 때 커버 기판(110)은 아크릴 필름(Sumitomo Chemical Co., Ltd.)으로 두께는 125㎛이다. 준비된 마이크 로 채널의 PMMA 기판(130)에 대해 UV 경화제를 이용하여 소수성 패턴이 형성된 커버 기판(110)을 접착시켜, 도 2(b)와 같이 소수성 패턴(120)이 포함된 마이크로 채널(140)을 완성하였다. 도 2(c)는 도 2(b)의 AA' 단면의 모습으로, 마이크로 채널(140)의 아랫면 중앙 부분이 소수성 패턴(120)으로 되어 있고, 가장 자리는 커버 기판(110)의 친수성 면이 형성된 것을 나타낸 것이다. By injection molding, the PMMA board |
PMMA 기판의 물에 대한 접촉각이 67˚이고, 커버 기판이 76˚로 친수성의 표면을 갖기 때문에, 모세관 현상에 의해 입구(150)에서 유입된 유체가 마이크로 채널(140)을 자연적으로 흘렀다. 도 3(a)는 상기 과정에 의해 제작된 마이크로 채널의 사진이다. 도 3(b)와 같이 입구(150)에서 유입된 유체가 마이크로 채널을 자연적으로 흐르는 것을 확인할 수 있었다. 이때, 도 3(c)와 같이 채널의 일면에 직선으로 형성된 PDMS의 소수성 패턴(120)을 만나게 되면, PDMS의 물에 대한 접촉각이 98˚가 되기 때문에 소수성 패턴(120)에서 유체가 흐를 수 없어, 단일 유체는 소수성 패턴(120)에 의해 두 유체로 분기됨을 확인할 수 있었다. Since the contact angle with respect to the water of the PMMA substrate was 67 degrees, and the cover substrate had a hydrophilic surface at 76 degrees, the fluid flowing in the
실시예Example 3: 모세관 유동에서 소수성 밸브를 이용한 모세관 유동의 정지 3: Stopping capillary flow with a hydrophobic valve in capillary flow
상기 실시예 1의 방법으로 제조된 기판을 이용하여, 마이크로 채널에 유입된 유체를 정지시킬 수 있는 모세관 유동 제어 디바이스를 제조하였다. Using the substrate prepared by the method of Example 1, a capillary flow control device capable of stopping the fluid flowing into the microchannel was prepared.
직선의 마이크로 채널을 제작하기 위하여 실리콘 기판 위에 포토리소그래피를 이용하여 폭 1mm, 높이 50㎛의 SU-8 패턴을 제작하였다. 제작된 SU-8 패턴에 대해 Sylgard 184(Dow Corning Corporation)를 캐스팅하여 열경화함으로써 직선의 PDMS 마이크로 채널(230)을 제작하였다. 제작된 PDMS 마이크로 채널(230)에 유체 주입을 위한 입구(250)와 공기 배출을 위한 출구(260)를 제작하였다. PDMS는 소수성의 물질이기 때문에 모세관 유동이 생길 수 없다. 따라서, UV-Ozone 처리를 통해 PDMS의 표면을 친수성으로 개질한 후, 커버 기판(210)을 덮어, 도 4(b)와 같이 마이크로 채널(240)을 완성하였다. In order to produce a straight microchannel, a SU-8 pattern having a width of 1 mm and a height of 50 μm was fabricated on a silicon substrate using photolithography. Sylgard 184 (Dow Corning Corporation) was cast on the fabricated SU-8 pattern and thermoset to produce a
커버 기판(210)에는 소수성 밸브를 제작하기 위해, 도 4(a)와 같이 이종의 물질로 PDMS를 이용하여 소수성 패턴(220)을 형성하였다. 이때 커버 기판(110)은 아크릴 필름(Sumitomo Chemical Co., Ltd.)으로 두께는 125㎛이다. PDMS 마이크로 채널(230)은 커버 기판(210)과 컨포멀 컨택(conformal contact)을 하기 때문에, 특별한 접착 방법이 필요없이 PDMS 마이크로 채널(230)과 커버 기판(210)을 밀착 시킬 수 있었다. 도 4(c)는 도 4(b)의 BB'단면의 모습이다. 마이크로 채널(240)의 아랫면의 전체가 소수성 패턴(220)으로 이루어져 있다. In order to manufacture the hydrophobic valve on the
UV-Ozone 처리된 PDMS의 물에 대한 접촉각이 55˚이고, 아크릴 재질의 커버 기판(210)이 76˚로 친수성의 표면을 갖기 때문에, 모세관 현상에 의해 입구(250)에서 유입된 유체가 마이크로 채널(240)을 자연적으로 흘렀다. 그러나, PDMS의 소수성 밸브(220)는 물에 대한 접촉각이 98˚로 소수성이기 때문에 소수성 밸브(220)에 도달한 유체 내에는 음압이 생겨 모세관 유동이 정지하게 됨을 알 수 있었다. Since the contact angle of the UV-Ozone-treated PDMS to water is 55 ° and the
도 5(a)는 상기의 방법에 의해 제작된 소수성 밸브(220)를 포함한 마이크로 채널이다. 도 5(b)와 같이 자연적인 모세관 유동에 의해 유입된 유체는 도 5(c)와 같이 본 발명의 방법에 의해 제작된 소수성 밸브(220)에 의해 정지하였다. 5 (a) is a microchannel comprising a
실시예Example 4: 모세관 유동에서 소수성 4: hydrophobic in capillary flow 패터닝을Patterning 통한 모세관 유동의 집중 Concentration of capillary flow through
상기 실시예 1의 방법으로 제조된 기판을 이용하여, 마이크로 채널에 유입된 유체의 단일 유동을 집중시킬 수 있는 모세관 유동 제어 디바이스를 제조하였다. Using the substrate prepared by the method of Example 1, a capillary flow control device capable of concentrating a single flow of fluid introduced into the microchannel was prepared.
상기 실시예 3과 같은 과정을 통해 폭 2mm, 깊이 50㎛의 PDMS 마이크로 채널(330)을 제작하였다. 아크릴 필름의 커버 기판(310)에는 도 6(a)와 같이 PDMS를 이용하여 소수성 패턴(320)을 형성하였다. PDMS 마이크로 채널(330)에 UV-Ozone 처리를 한 후, 소수성 패턴이 포함된 커버 기판(310)을 밀착시켜 도 7(b)와 같이 마이크로 채널(340)을 완성하였다. 도 6(c)는 도 6(b)의 CC' 단면의 모습이다. 도 6(c)에서 보는 것과 같이 마이크로 채널의 아랫면에 대해 중앙 부분은 친수성의 커버 기판(310)이고, 가장 자리 부분은 소수성의 패턴(320)이 된다. 따라서, 유체가 유입되었을 때, 소수성 패턴(320)이 있는 면으로는 흐리지 못하고, 중앙의 친수성 부분(310)으로 집중하는 것을 알 수 있었다. Through the same process as in Example 3, a
도 7(a)는 상기의 방법에 의해 제작된 마이크로 채널의 모습이다. 도 7(b)와 같이 마이크로 채널로 유입된 유체는 도 7(c)와 같이 중앙의 친수성 부분만 따라 움직였다. Fig. 7 (a) is a view of a microchannel manufactured by the above method. As shown in FIG. 7 (b), the fluid introduced into the microchannel moved only along the central hydrophilic part as shown in FIG.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시예일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라 서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의 된다고 할 것이다. As described above in detail specific parts of the present invention, it is apparent to those skilled in the art that such specific descriptions are merely preferred embodiments, and thus the scope of the present invention is not limited thereto. something to do. Therefore, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
이상 상세히 기술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 종래 포토리소그래피 및 소프트리소그래피에 의한 단일 기판의 제조방법보다 간편하고, 경제적으로 기판과 물성이 다른 이종물질을 패터닝할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 친수성 기판에 소수성 물질을 패터닝하거나, 소수성 기판에 친수성 물질을 패터닝하여 제조된 단일 기판은 모세관 유동의 정지, 분기, 집중 및 지연 등의 다양한 제어가 가능한 모세관 유동 제어 디바이스의 필수 구성요소로 유용하다. As described in detail above, according to the present invention, it is simpler than the conventional method for manufacturing a single substrate by photolithography and soft lithography, and has the advantage of being able to economically pattern heterogeneous materials having different properties from the substrate. That is, a single substrate manufactured by patterning hydrophobic materials on a hydrophilic substrate or by patterning hydrophilic materials on a hydrophobic substrate is useful as an essential component of a capillary flow control device capable of various controls such as stopping, branching, concentrating, and delaying capillary flow. Do.
Claims (14)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020050101710A KR20070045431A (en) | 2005-10-27 | 2005-10-27 | Method for patterning of different materials on a substrate and a capillary flow control device using the substrate produced therefrom |
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---|---|---|---|---|
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CN110394203A (en) * | 2019-08-08 | 2019-11-01 | 北京理工大学 | It is a kind of can repeated disassembled and assembled and replacement component compound microlayer model generating means |
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2005
- 2005-10-27 KR KR1020050101710A patent/KR20070045431A/en not_active Application Discontinuation
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