KR20080023322A - 통합된 관형 구조를 갖는 마이크로유체 디바이스 - Google Patents

통합된 관형 구조를 갖는 마이크로유체 디바이스 Download PDF

Info

Publication number
KR20080023322A
KR20080023322A KR1020077030874A KR20077030874A KR20080023322A KR 20080023322 A KR20080023322 A KR 20080023322A KR 1020077030874 A KR1020077030874 A KR 1020077030874A KR 20077030874 A KR20077030874 A KR 20077030874A KR 20080023322 A KR20080023322 A KR 20080023322A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tube
millimeter
refractory material
refractory
microfluidic
Prior art date
Application number
KR1020077030874A
Other languages
English (en)
Inventor
신 엠. 가너
제임스 에스. 수더랜드
Original Assignee
코닝 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코닝 인코포레이티드 filed Critical 코닝 인코포레이티드
Publication of KR20080023322A publication Critical patent/KR20080023322A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0093—Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B1/00—Devices without movable or flexible elements, e.g. microcapillary devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00023—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
    • B81C1/00055—Grooves
    • B81C1/00071—Channels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/08—Protective devices, e.g. casings
    • G01K1/10—Protective devices, e.g. casings for preventing chemical attack
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/08—Protective devices, e.g. casings
    • G01K1/12—Protective devices, e.g. casings for preventing damage due to heat overloading
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/14—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/16—Special arrangements for conducting heat from the object to the sensitive element
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/02—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
    • G01K13/026—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow of moving liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00783—Laminate assemblies, i.e. the reactor comprising a stack of plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00819—Materials of construction
    • B01J2219/00824—Ceramic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00819—Materials of construction
    • B01J2219/00831—Glass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00851—Additional features
    • B01J2219/00858—Aspects relating to the size of the reactor
    • B01J2219/0086—Dimensions of the flow channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00873—Heat exchange
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00891—Feeding or evacuation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/0095—Control aspects
    • B01J2219/00952—Sensing operations
    • B01J2219/00954—Measured properties
    • B01J2219/00961—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/12—Specific details about manufacturing devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/14—Process control and prevention of errors
    • B01L2200/143—Quality control, feedback systems
    • B01L2200/147—Employing temperature sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0832—Geometry, shape and general structure cylindrical, tube shaped
    • B01L2300/0838—Capillaries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/12—Specific details about materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/05—Microfluidics
    • B81B2201/058—Microfluidics not provided for in B81B2201/051 - B81B2201/054
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
    • B81C2201/01—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
    • B81C2201/0174—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate for making multi-layered devices, film deposition or growing
    • B81C2201/019—Bonding or gluing multiple substrate layers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/494—Fluidic or fluid actuated device making

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

본 발명은 내부에 밀리미터 또는 서브-밀리미터 스케일로 한정된 하나 이상의 유체 통로를 갖는 내화 물질의 바디; 및 상기 바디 내에 내장된 적어도 하나의 내화 물질 튜브를 포함하는 마이크로유체 디바이스에 관한 것으로서, 상기 튜브는 내부에 서브-밀리미터-스케일의 통로, 및 제1 및 제2단부를 갖는다. 상기 튜브는 필수적인 것은 아니나 바람직하게는 상기 바디의 물질보다 높은 연화점을 갖는 물질로 된다. 상기 튜브는 선택적으로 극히 미세한 구조를 제공하기 위하여 길이를 따라서 또는 단부에서 좁혀지거나 또는 "하부 인발된" 부분을 포함할 수 있다. 상기 디바이스를 형성하기 위하여 소성되거나 또는 소결된 내화 물질 층에서 튜브를 수용하기 위한 함몰부 또는 홀을 성형함으로써 상기 튜브는 상기 층들과 함께 어셈블리되고 소성 또는 소결되어 고형화된 내화 마이크로유체 디바이스를 형성할 수 있다.
마이크로유체, 디바이스, 관형 구조, 내화 물질

Description

통합된 관형 구조를 갖는 마이크로유체 디바이스 {Microfluidic devices with integrated tubular structures}
본원은 2005. 5. 31자 출원된 미국 가출원 제60/686,190호를 35 U.S.C. §119(e) 하에 우선권으로 청구한다.
기술분야
본 발명은 마이크로유체 디바이스에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로는, 본 발명은 내장된 관형 구조를 갖는 내화-물질 마이크로유체 디바이스에 관한 것이다.
기존의 유체 프로세싱 디바이스와 비교하면, 통상적으로 밀리미터 내지 마이크로미터 범위로 이해되는, 마이크로유체 프로세싱 디바이스의 내부 치수는 높은 표면-대비-부피 비율을 제공하며, 이는 낮은 반응 부피를 갖는 고 질량 열 전송율로 귀결된다.
세라믹, 유리, 유리-세라믹 등과 같은 내화 물질은 일반적으로 고온에 대해서 공통된 내성 및 내화학성을 갖는다. 이러한 성질들은 화학 프로세싱용 마이크로유체 디바이스에서 사용하기에 이점을 갖는 내화 물질을 만든다. 그러나 이러한 물질에서 마이크로유체 구조를 형성하는 것은 어려울 수 있다. 반면 이러한 물질들이 원하는 내구성을 갖는 경우 물리적 또는 화학적 에칭과 같은 서브트렉티브 형 성 공정을 통상적으로 고가이며 친환경적이지 않도록 한다.
기판 상에 유리 프릿층을 몰딩한 후 적층 및 최종 소결을 하는 것과 같은 비-서브트렉티브 형성 공정이 기술되어 왔다(예를 들어, 본 출원인이 소유한 미국 특허 제6,769,444호 참조). 그린 세라믹층에서 구조물을 형성한 후 적층 및 소성하는 것이 또한 제안되어 왔다(예를 들어, 미국 특허 제5,993,750호 참조). 소성되거나 또는 소결된 내화 물질로 형성된 디바이스는 내구성 및 고온 성능 측면에서 우수한 품질을 달성할 수 있다. 그러나 내화 물질을 포함하는 디바이스로는 상기 구조물 내에 극미세 구조물 또는 유체 통로를 달성하기가 어려울 수 있다. 상기 유체 디바이스를 고형화시키기 위하여 최종 소결 또는 소성을 요구하는 제조 공정으로는 상기 구조물 내로 고안된 극미세 구조물 또는 유체 통로가 손상되지 않고 최종 소결 또는 소성을 견디기란 어려울 것이다. 그러나, 미세 구조물은 예를 들어, 정밀하고 신속한 온도 감지, 다른 타입의 핀포인트(pinpoint) 감지, 핀포인트 샘플링 또는 유체 주입, 정밀한 표적 가열 또는 냉각 등을 포함하는 여러가지 적용에 바람직하다.
발명의 요약
본 발명은 내부에 밀리미터 또는 서브-밀리미터 스케일로 한정된 하나 이상의 유체 통로를 갖는 내화 물질의 바디; 및 상기 바디 내에 내장된 내화 물질의 튜브를 포함하는 마이크로유체 디바이스에 관한 것으로서, 상기 튜브는 내부에 밀리미터 또는 서브-밀리미터-스케일의 통로, 및 제1 및 제2단부를 갖는다. 이는 내화 마이크로유체 디바이스 내에 매우 정밀하고, 미우 미세한 관형의 외형에 대한 신뢰 할 만하고 재현성 있는 형성을 가능하게 한다. 상기 튜브는 필수적인 것은 아니나 바람직하게는 상기 바디의 물질보다 높은 연화점을 갖는 물질로 구성된다. 상기 튜브는 선택적으로 극미세 구조를 제공하기 위하여 단부에서 또는 길이를 따라 하나 이상의 좁혀진 또는 "하부 인발된" 부분을 포함할 수 있다. 상기 디바이스를 형성하기 위하여 소성되거나 또는 소결된 내화 물질 층에서 튜브를 수용하기 위한 함몰부 또는 홀을 성형함으로써 상기 튜브는 상기 층들과 함께 어셈블리되고 소성되어 고형화된 내화 마이크로유체 디바이스를 형성할 수 있다.
본 발명은 특히 내화 물질 마이크로유체 디바이스 내의 고성능 온도 센서용으로 유용하다. 센서는 감지될 마이크로유체 채널의 중앙 내부에 위치되고 상기 채널 내의 유체에 의해 둘러싸여 상기 튜브의 얇은 벽에 의해 분리될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시형태에 대한 부가적인 특징 및 이점은 이어지는 상세한 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로는 상기 설명으로부터 당업자에 의해 분명해지거나 또는 후술되는 상세한 설명에 이어지는 청구항 및 첨부된 도면을 포함하여 본원에서 기술되는 바에 따라 본 발명을 실시함으로써 인식될 것이다.
전술한 개괄적인 설명 및 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 실시형태를 제안하며, 청구되는 본 발명의 특징 및 성질을 이해하기 위한 개관 또는 뼈대를 제공하기 위하여 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 첨부된 도면은 본 발명의 더 나은 이해를 제공하기 위하여 포함되며, 본 명세서에 포함되어 그 일부를 구성한다. 도면은 본 발명의 원리 및 작동형태를 설명하기 위하여 상기 설명과 함께 본 발명의 여러가지 실시형태를 나타낸다.
도 1은 종래기술의 마이크로유체 디바이스의 층구조를 나타내는 정면도이다.
도 2는 도 1의 종래 디바이스에서 중앙층 내의 구조를 나타낸 평면 단면도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 형태의 디바이스 내에 미세 관형 구조물을 포함시킨, 본 발명의 일 실시형태에 따른 마이크로유체 디바이스의 평면 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 마이크로유체 디바이스의 평면 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 마이크로유체 디바이스의 평면 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 마이크로유체 디바이스의 평면 단면도이다.
도 7은 본 발명의 하나 이상의 측면에 유용한 내화 물질 튜브의 일 실시형태를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 하나 이상의 측면들에 유용한 내화 물질 튜브의 다른 실시형태를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 하나 이상의 측면들에 유용한 내화 물질 튜브의 또 다른 실시형태를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 마이크로유체 디바이스의 평면 단면도이다.
도 11은 본 발명의 마이크로유체 디바이스들 사이에서 유용한 환형 밀봉인, 본 발명의 하나 이상의 측면들에 유용한 내화 물질층의 실시형태를 나타낸 정면 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 마이크로유체 디바이스의 평면 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시형태의 일 측면을 도시하며 도 12의 일부에 대응하는 확대도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 마이크로튜브 디바이스의 평면 단면도이다.
첨부된 도면에서 설명되는 실시예인 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기 위하여 참조부호가 부여될 것이다. 도면 전체를 통해서 가능하면 동일하거나 또는 유사한 부분을 언급하는데에는 동일한 참조부호가 사용될 것이다.
도 1은 미국 특허 제6,769,444호에 개시된 형태의 종래기술의 마이크로유체 디바이스의 정면도이다. 유리 기판(12)이 몰딩 후 유리 프릿을 예비-소결하여 형성된 중심층(14)을 둘러싸고 있다. 상기 전체 구조물은 적층 및 최종 소성에 의해 함께 고형화된다.
도 1의 마이크로유체 디바이스(10)의 중심층(14)의 가능한 구조를 도 2의 층(14)을 통한 단면도로 나타낸다. 소결된 프릿의 층(14)은 상기 마이크로유체 디바이스(10) 내에서 통로 벽(17)에 의해 한정되는 마이크로유체 통로(16)를 형성한다. 상기 층(14)은 또한 외벽(18) 및 다른 지지 구조체(20)를 형성한다.
본 발명의 내화 마이크로유체 디바이스의 실시형태를 도 3에 나타내며, 상기 디바이스는 전체를 통해서 참조부호(30)로 표시된다. 마이크로유체 디바이스(30)는 도 1(종래기술)에 나타낸 바와 같이 둘 이상의 기판 사이에 배열되어 몰딩되고 소결된 유리 프릿이나 또는 도시된 구조물을 형성하기 위하여 표면 상에 패턴된 후 하나 이상의 유사 물질의 추가층과 함께 소결되는 그린 세라믹 조성물과 같은 내화 물질(32)로 형성된다. 관형 구조물 또는 튜브(40)가 마이크로유체 디바이스(30) 내에 통합되거나 또는 내장된다. 튜브(40)는 또한 유리, 용융 석영, 세라믹 또는 유사물과 같은 내화 물질로 형성되며, 필수적인 것은 아니나 바람직하게는 내화 물질(32)보다 높은 연화점을 갖는다. 상기 튜브(40)는 상기 디바이스 구조물의 소결 또는 소성에 의해서 상기 디바이스(30) 내로 통합되거나 또는 내장된다. 상기 튜브(40)는 바람직하게는 보다 높은 연화점 또는 변형에 대한 내성을 부여하는 적어도 다른 소성 성질을 갖기 때문에 상기 튜브에 의해 제공되는 미세한 외형이 상기 최종 디바이스(30) 내의 최종 소성 또는 소결을 통해서 보존된다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 튜브(40)의 일 단부(42)는 디바이스(30)의 외부를 확장하거나 또는 초과하여 상기 디바이스의 외부로부터 내부로의 접근(access)을 제공한다. 상기 튜브(40)의 다른 단부(44)는 상기 마이크로유체 통로(16) 또는 그 내부로 확장할 수 있다. 본 실시형태에서 상기 단부(44)는 상기 통로(16) 내로 확장하여 유체 통로(16) 내에 놓인 튜브(40)의 일부(46)로 귀결된다. 상기 튜브(40)의 단부(44)는 닫힘으로써 상기 튜브 벽 및 단부를 통한 통로(16)의 내용물(contents)을 감지하도록 할 수 있다. 상기 튜브(40)의 단부(44)는 또한 열림으로써 상기 튜브(40)를 통해서 반응물 등의 소량의 정밀 주입을 감지하고 샘플링하도록 할 수 있다.
도 4는 도 3과 같은 마이크로유체 디바이스의 또 다른 실시형태를 나타낸다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 디바이스(30)는 튜브(40 및 48)와 같은 다중 튜브를 포함할 수 있고, 상기 튜브들은 상기 디바이스의 유체 통로에서 또는 그 내부에서 끝내지 않고 디바이스(30) 전체를 가로질러 확장할 수 있다. 상기 튜브들은 튜브(48)와 같이 하나의 유체 통로를 통해서 확장하거나 또는 튜브(40)와 같이 다중 유체 통로(또는 동일 통로(16)의 다중 부위)를 통해서 확장할 수 있다.
도 5는 본 발명의 마이크로유체 디바이스(30)의 또 다른 실시형태를 나타낸다. 본 실시형태에서, 튜브(40 및 48)는 상기 디바이스 내부의 유체 통로의 길이를 따라 상기 디바이스(30) 내에 통합된다. 이는 상기 유체 통로(16) 내에 위치된 각각의 튜브(40 및 48)의 상대적으로 긴 부위로 초래된다. 튜브(40 및 48)의 이러한 위치는 단일 접근 튜브로 통로(16)를 따라 다중 위치에서의 잠재적인 감지를 가능하게 한다. 이러한 다중 감지는 예를 들어, 다중 센서로 동시에 수행되거나 또는 상기 튜브를 따라 단일 센서를 이동시킴으로써 연속적으로 수행될 수 있다. 만약 방향성 광학 센서가 사용된다면, 원하는 바에 따라 상기 튜브 내에서 순환될 수 있다. 만약 관통된 또는 투과성 튜브가 사용된다면, 매우 미세한 다중 주입이 상기 통로의 길이를 따라 수행될 수 있다. 본 발명의 본 실시형태를 도시하는 도 5에 나타낸 바와 같은 관형 구조물(48)은 상기 관형 구조물(48) 주변의 단일 일부만이 상기 유체 통로(16) 내에 위치된 튜브의 부위(46)에 포함되도록 유체 통로(16)의 벽 내에 내장된다.
도 6은 도 3에 나타낸 일반적인 형태의 마이크로유체 디바이스(30)의 또 다른 실시형태를 나타낸다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 하나 이상의 튜브(40 및 48)가 바람직한 경우, 특히 유체 통로(16)와 접해야 하는 곳에서 더욱 작은 직경으로 좁혀지거나 또는 "하부 인발"될 수 있다. 상기 튜브가 온도 프로브 접근용으로 사용되는 곳에서, 상기 좁혀진 튜브 및 하부 인발 섹션의 얇아진 튜브 벽은 상기 튜브를 횡단하는 보다 나은 열 전송을 가능하게 한다. 만약 센서가 이러한 좁혀진 관형 구조물 내로 삽입된다면 상기 좁혀진 부위(또는 만약 상기 좁혀진 부위가 말단에 있다면 뾰족한 단부(pointed end))는 또한 삽입된 센서를 정밀하게 위치시키고 좁은 통로를 통과하도록("funnel in") 하기 위하여 사용될 수 있다.
도 7은 도 3-5에 도시된 바와 같은 디바이스에 유용한 튜브(40)의 일 실시형태를 나타낸다. 온도 센서와 같은 센서(50)가 상기 튜브(40) 내에 위치된다. 센서 도선(52 및 54)은 상기 튜브(40)가 마이크로유체 디바이스 내로 통합되거나 또는 내장된 후에 상기 센서를 위치시키기 위하여 사용될 수 있다. 대안적으로, 상기 센서(50) 및 도선(52, 54)이 고온을 견딜 수 있는 경우에, 튜브(40)는 마이크로유체 디바이스 내에 내장되기 전에, 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 센서(50) 위로 하부 인발될 수 있다. 이는 상기 센서와 상기 튜브(40) 벽 사이에 매우 인접한 접촉을 가능하게 하며, 및/또는 상기 튜브(40)를 감싸는 환경에 상기 센서를 광학적으로 커플링하는 것을 가능하게 한다. 유사한 실시형태가 단일-도선 센서로 제작되거나, 또는 2개의 도선이 모두 하나의 면으로 함께 공급되는 경우, 그리고 상기 튜브가 좁혀지는 곳 및 그 단부에서 제작될 수 있다.
도 9는 도 3-5에 도시된 것과 같은 디바이스에 유용한 튜브(40)의 또 다른 실시형태를 나타낸다. 다중 센서(50)가 도 4의 튜브(40)를 따라서 다중 유체 통로와 같은 원하는 감지 위치로 정렬되도록 단일 튜브(40) 내에 위치될 수 있다. 열 또는 광학 커플링 매체와 같은 커플링 매체(60)는 상기 튜브에의 센서의 커플링을 향상시키기 위하여 상기 센서(50)를 갖는 튜브(40) 내로 도입될 수 있다. 상기 튜브의 단부들은 밀봉제(70)로 밀봉될 수 있다.
도 10의 실시형태에서, 상기 마이크로유체 디바이스(30)는 관형 구조물 또는 튜브(40)의 경로를 따라 추가적인 내화 물질(19)을 포함한다. 추가 물질(19)은 상기 튜브(40)의 내화 물질에 상기 벌크 디바이스(30)의 내화 물질의 밀봉을 확실하게 하기 위하여 일부 환경에서 요구될 수 있다. 이러한 밀봉을 더욱 확실히 하기 위하여, 튜브(40) 또는 하나 이상의 튜브(40 및 48)를 수용하고 지지하도록, 최종 소성 또는 소결 전에, 상기 벌크 디바이스(30)의 내화 물질에 함몰부 또는 공동 또는 홀 또는 유사물이 형성되는 것이 바람직하다.
도 11은 최종 어셈블리 및 소성 전의 디바이스(30)의 단면을 나타낸다. 내화 물질의 성형된 기-최종-소성 구조물(21)이 기판(12) 상에 지지된다. 기판(12) 및 튜브(48)의 배치를 위한 구조물(21)을 통해서 홀이 제공되며, 튜브(40)를 정합하는 함몰부 또는 공동이 제공된다. 상기 함몰부 또는 공동은 상기 튜브(40)의 형상에 대해 단지 전체적으로 정합되고, 예를 들어 상기 튜브보다 작은 반경을 갖거나, 또는 상기 튜브(40)의 형상에 대해 기-소성 상태에서 정합되는 것보다 약간 초과하는 기-최종-소성 물질을 가질 수 있다. 다음, 상기 2개의 기판을 상기 튜브(40) 주위로 함께 가져와서 최종 소성 또는 소결을 수행한다. 하나의 대체적인 밀봉 기술은 도 12에 도시된 바와 같이, 최종 소성 또는 소결 전 또는 후에 상기 튜브(40) 주위에 상기 디바이스(30)의 외부 상에 밀봉제(80)를 부가한다. 사용될 수 있는 또 다른 밀봉 기술은 밀봉 프릿 또는 다른 밀봉 물질을 위하여 통로 및 저장부(90)를 형성하는 것이다. 이러한 통로 및 저장부(90)의 밀봉 물질은 소성 공정에 의해 활성화되는 충전 이전에 상기 저장부에 위치되어 추가 내화 물질(21) 및 튜브(40) 사이의 모든 틈을 충전할 수 있다. 대체적으로, 밀봉제 물질이 원하는 밀봉을 생성하기 위하여 상기 디바이스의 외부로부터 주입될 때, 상기 통로 및 저장부(90)가 빈 상태로 남아 있어 소성 후 상기 디바이스의 외부로부터 접근 가능하도록 고안될 수 있다.
본 발명은 또한 도 14에 나타낸 바와 같은 디바이스(30) 내의 내부 유체 통로의 디자인 및 아키텍처로의 사용을 포함한다. 본 발명에서 사용되는 내장된 튜브 또는 관형 구조물은 상기 디바이스(30)의 외부로 확장할 필요가 없으며, 이용가능한 유체 통로 디자인을 변화시키기 위해 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 내부에 밀리미터 또는 서브-밀리미터 스케일로 한정된 하나 이상의 유체 통로를 갖는 내화 물질의 바디; 및
    상기 바디 내에 내장된 내화 물질의 튜브를 포함하며, 상기 튜브는 내부에 서브-밀리미터-스케일의 통로, 및 제1 및 제2단부를 가지며, 상기 튜브는 상기 튜브의 적어도 제1부가 하나 이상의 유체 통로 중 적어도 하나 안에 놓이도록 위치되는 것을 특징으로 하는 마이크로유체 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 튜브는 상기 튜브의 제1부에서 하나 이상의 유체 통로 중 하나에 의해 완전하게 둘러싸인 것을 특징으로 하는 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 튜브는 상기 튜브의 제1부에서 하나 이상의 유체 통로 중 하나에 의해 부분적으로 둘러싸인 것을 특징으로 하는 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브의 제1부는 상기 튜브의 제2부에 비해서 좁아지는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브의 제1부는 상기 튜브의 제2단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브의 제1부는 상기 튜브의 어떠한 단부도 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브의 적어도 제1단부는 상기 바디의 외부로 열려 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브의 제1 및 제2단부 모두는 상기 바디의 외부로 열려 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브는 유리, 세라믹 또는 유리-세라믹을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바디는 유리, 세라믹 또는 유리-세라믹의 소결된-프릿에 기초한 내화 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
KR1020077030874A 2005-05-31 2006-05-26 통합된 관형 구조를 갖는 마이크로유체 디바이스 KR20080023322A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US68619005P 2005-05-31 2005-05-31
US60/686,190 2005-05-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20080023322A true KR20080023322A (ko) 2008-03-13

Family

ID=37482193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020077030874A KR20080023322A (ko) 2005-05-31 2006-05-26 통합된 관형 구조를 갖는 마이크로유체 디바이스

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20060272713A1 (ko)
EP (1) EP1885644A4 (ko)
JP (1) JP2008545531A (ko)
KR (1) KR20080023322A (ko)
TW (1) TWI340120B (ko)
WO (1) WO2006130513A2 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100180961A1 (en) * 2006-12-29 2010-07-22 Olivier Lobet Microfluidic structures with integrated devices
CN111097348A (zh) * 2020-02-20 2020-05-05 苏州微凯流体设备有限公司 一种微通道反应器加工用装配装置

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3026177A (en) * 1961-04-25 1962-03-20 Gen Electric Process for producing transparent polycrystalline alumina
US3388931A (en) * 1967-03-31 1968-06-18 Foster Wheeler Corp Tube plate seal
US3578405A (en) * 1968-07-22 1971-05-11 Texaco Inc Method and apparatus for analysis of fluid mixtures
US4013038A (en) * 1975-07-21 1977-03-22 Corning Glass Works Apparatus for controlling the temperature of a liquid body
JPS5611329A (en) * 1979-07-09 1981-02-04 Nippon Kokan Kk <Nkk> Measuring method of melted metal temperature in vessel
US4585622A (en) * 1983-02-02 1986-04-29 Ae/Cds, Autoclave, Inc. Chemical microreactor having close temperature control
US4595487A (en) * 1985-03-18 1986-06-17 Kennecott Corporation Sensing probe holder system
US4747883A (en) * 1986-04-14 1988-05-31 Ppg Industries, Inc. Continuously flushed thermocouple assembly
US5042898A (en) * 1989-12-26 1991-08-27 United Technologies Corporation Incorporated Bragg filter temperature compensated optical waveguide device
DE4018734A1 (de) * 1990-06-12 1991-12-19 Spectrospin Ag Probentemperiervorrichtung
US5271086A (en) * 1991-01-24 1993-12-14 Asahi Glass Company Ltd. Quartz glass tube liquid heating apparatus with concentric flow paths
US5534328A (en) * 1993-12-02 1996-07-09 E. I. Du Pont De Nemours And Company Integrated chemical processing apparatus and processes for the preparation thereof
KR100327521B1 (ko) * 1993-03-19 2002-07-03 이.아이,듀우판드네모아앤드캄파니 일체형화학가공장치및그제조방법
US5520461A (en) * 1994-03-02 1996-05-28 Alliedsignal Inc. Airtight thermocouple probe
US5399854A (en) * 1994-03-08 1995-03-21 United Technologies Corporation Embedded optical sensor capable of strain and temperature measurement using a single diffraction grating
US5595712A (en) * 1994-07-25 1997-01-21 E. I. Du Pont De Nemours And Company Chemical mixing and reaction apparatus
US6129973A (en) * 1994-07-29 2000-10-10 Battelle Memorial Institute Microchannel laminated mass exchanger and method of making
US5707506A (en) * 1994-10-28 1998-01-13 Battelle Memorial Institute Channel plate for DNA sequencing
US5658537A (en) * 1995-07-18 1997-08-19 Basf Corporation Plate-type chemical reactor
US5743646A (en) * 1996-07-01 1998-04-28 General Motors Corporation Temperature sensor with improved thermal barrier and gas seal between the probe and housing
US5993750A (en) * 1997-04-11 1999-11-30 Eastman Kodak Company Integrated ceramic micro-chemical plant
US5961932A (en) * 1997-06-20 1999-10-05 Eastman Kodak Company Reaction chamber for an integrated micro-ceramic chemical plant
US6036927A (en) * 1997-07-22 2000-03-14 Eastman Kodak Company Micro-ceramic chemical plant having catalytic reaction chamber
US6494614B1 (en) * 1998-07-27 2002-12-17 Battelle Memorial Institute Laminated microchannel devices, mixing units and method of making same
US6462329B1 (en) * 1999-11-23 2002-10-08 Cidra Corporation Fiber bragg grating reference sensor for precise reference temperature measurement
DE10004384C2 (de) * 2000-02-02 2003-04-03 Daimler Chrysler Ag Anordnung und Verfahren zur Erfassung von Dehnungen und Temperaturen und deren Veränderungen einer auf einem Träger, insbesondere einem aus Metall, Kunststoff oder Keramik bestehenden Träger, applizierten Deckschicht
US6537506B1 (en) * 2000-02-03 2003-03-25 Cellular Process Chemistry, Inc. Miniaturized reaction apparatus
US6341892B1 (en) * 2000-02-03 2002-01-29 George Schmermund Resistance thermometer probe
US7241423B2 (en) * 2000-02-03 2007-07-10 Cellular Process Chemistry, Inc. Enhancing fluid flow in a stacked plate microreactor
WO2001062887A1 (en) * 2000-02-23 2001-08-30 Zyomyx, Inc. Chips having elevated sample surfaces
US6939505B2 (en) * 2002-03-12 2005-09-06 Massachusetts Institute Of Technology Methods for forming articles having very small channels therethrough, and such articles, and methods of using such articles
US6767444B1 (en) * 2002-08-26 2004-07-27 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method for processing spent (TRU, Zr)N fuel

Also Published As

Publication number Publication date
TWI340120B (en) 2011-04-11
TW200711981A (en) 2007-04-01
JP2008545531A (ja) 2008-12-18
WO2006130513A2 (en) 2006-12-07
US20060272713A1 (en) 2006-12-07
EP1885644A2 (en) 2008-02-13
WO2006130513A3 (en) 2009-04-30
EP1885644A4 (en) 2011-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105588679B (zh) 填充流体热量管理
US7861595B2 (en) Pressure sensing device for harsh environments
EP1436583B1 (en) Sensor with fluid isolation barrier
US20180320984A1 (en) Thermal management planes
US9243624B2 (en) Thermally driven Knudsen pump
EP2985767B1 (en) Thermistor element and temperature sensor comprising the thermistor element
EP1782049A2 (en) Capillary electrophoresis devices and processes for manufacturing same
CN103007856A (zh) 用于微反应器的绝热的方法及设备
JP2002082089A (ja) ガスセンサ及びその製造方法
US20140073042A1 (en) Fluidic device, chemical reaction system, and nucleic-acid analyzing system
KR20080023322A (ko) 통합된 관형 구조를 갖는 마이크로유체 디바이스
EP2537013B1 (en) Process of manufacturing temperature probes
JP4546696B2 (ja) 試料保持具
US6196026B1 (en) Method of making a glass array plate with closure
US5461917A (en) Acceleration sensor
CN107076619B (zh) 快速响应传感器外壳
US20150300985A1 (en) Fluid handling device and fluid handling method
KR20180131592A (ko) 센서 장치, 특히 압력 센서
US20150208963A1 (en) Micro sensing system for detecting neurotrophic factors
US20100180961A1 (en) Microfluidic structures with integrated devices
US20140150995A1 (en) Heat pipe and method for manufacturing the same
EP4048982A1 (en) Sensor assembly
Miao et al. A LTCC microsystem vacuum package substrate with embedded cooling microchannel and Pirani gauge
CN112162112A (zh) 一种柔性热对流加速度传感器
JP2006088077A (ja) マイクロ化学チップおよびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid