KR20090006966A - 제어유체를 이용한 디지털 밸브 및 디지털 밸브 구동 방법 - Google Patents

제어유체를 이용한 디지털 밸브 및 디지털 밸브 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제어유체를 이용한 디지털 밸브 및 디지털 밸브 구동 방법에 관한 것으로서, 특히 제어유체로 미세 채널에 유입된 유체를 선택적으로 차단 및 통과시킬 수 있는 제어유체를 이용한 디지털 밸브 및 디지털 밸브 구동 방법에 관한 것으로, 최소한의 외부 포트로 다수의 밸브를 선택적으로 개폐시킬 수 있는 랩온어칩 상의 디지털 밸브 및 디지털 밸브 구동 방법을 제공하기 위한 것으로서, 그 기술적 구성은 랩온어칩에서 유체가 주입된 유체 유입부로부터 상기 유체가 이동 및 유체 배출구로 배출될 수 있는 미세 유로인 유체 채널;상기 유체 채널 간에 상기 유체의 이동을 제어할 수 있는 제어유체가 수용되도록 형성되어 유체 채널을 개폐할 수 있는 제어유체 수용부; 상기 제어유체 수용부로 상기 제어유체를 주입하는 제어유체 주입부로부터 상기 제어유체가 이동 및 제어유체 배출구로 배출될 수 있는 제어유체 채널; 을 포함하며 이루어지는 것을 특징으로 한다.
유체, 밸브, 개폐, 제어유체, 디지털 밸브, 병렬 구조, 미세 채널

Description

제어유체를 이용한 디지털 밸브 및 디지털 밸브 구동 방법{Device for Parallel Digital Valve Array Using Control Fluid and Method thereof}
도 1은 본 발명에 따른 제어유체를 이용한 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도.
도 2는 도 1의 디지털 밸브 구동 방법을 개략적으로 도시한 흐름도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유체 채널의 폭이 변경된 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어유체 채널의 폭이 변경된 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어유체 채널 일측을 삭제한 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도.
도 6은 도 5의 디지털 밸브 구동 방법을 개략적으로 도시한 흐름도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유체 채널의 수가 변경된 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제어유체 수용부에 제어유체 고정부가 추가된 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 유체 채널의 수가 변경된 디지털 밸브를 개 략적으로 도시한 평면도.
도 10은 도 9의 디지털 밸브 구동 방법을 개략적으로 도시한 흐름도.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 유체 채널의 수가 변경된 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 유체 채널의 수가 변경된 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도.
도 13은 도 11 내지 도 12의 디지털 밸브 구동 방법을 개략적으로 도시한 흐름도.
도 14는 도 12의 디지털 밸브에 제어유체 미세채널을 추가한 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 다수개의 유체 채널을 구비한 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도.
도 16a 및 도 16b는 도 15의 디지털 밸브에 유체 유입 포트 및 유체 배출 포트를 구비한 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 간단한 설명>
1: 제어유체를 이용한 디지털 밸브 10: 제어유체
20: 제어유체 수용부 20': 제1 제어유체 수용부
20'': 제2 제어유체 수용부 21: 제어유체 유입부
21a: 제어유체 유입 채널 23: 제어유체 배출부
23a: 제어유체 배출 채널 25a: 제1 제어유체 미세채널
25b: 제2 제어유체 미세채널 30: 유체 채널
31: 유체 유입부 31a: 유체 유입 채널
32a: 제1 유체 유입부 32b: 제2 유체 유입부
33: 유체 배출부 33a: 유체 배출 채널
34a: 제1 유체 배출부 34b: 제2 유체 배출부
40: 유체 유입 포트 50: 유체 배출 포트
본 발명은 제어유체를 이용한 디지털 밸브 및 디지털 밸브 구동 방법에 관한 것으로, 특히 제어유체로 미세 채널에 유입된 유체를 선택적으로 차단 및 통과시킬 수 있는 제어유체를 이용한 디지털 밸브 및 디지털 밸브 구동 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 랩온어칩에 형성되는 미세 유로인 미세 채널에는 시료가 주입되고, 이에 따라 다양한 반응을 소형의 칩 내에서 발생시킬 수 있도록 반응물의 농도 및 종류를 변경시켜 외부 포트로 주입시킬 수 있다.
여기서, 반응물 종류의 증가 및 반응물의 첨가 유무에 따라 외부 포트의 수도 증가하게 되는데, 상기 미세 채널을 이동하는 유체를 차단 및 통과시킬 수 있는 외부 포트를 이용한 방식은 기계적 방식과 비기계적 방식으로 나눌 수 있다.
그리고, 기계적 방식은 전기력 및 자기력, 유압을 이용하여 박막을 변형시켜, 유체를 차단 및 통과시킬 수 있도록 이루어진다.
또한, 비기계적 방식은 미소입자 또는 형상변형물질을 이용하여 유체를 차단 및 통과시킬 수 있도록 이루어진다.
그러나, 전, 자기력을 이용한 방법은 재연성이 낮고, 실링(Sealing)을 위해 높은 전, 자기장이 요구되어 제조 공정이 용이하지 않으며, 유압을 이용한 방법은 밸브를 선택적으로 개폐시키기 위한 외부 포트의 수가 증가하여 집적률이 낮아지고, 미소입자 및 형상변형물질을 이용한 방식은 특정 위치에 주입시키는 공정이 복잡하며, 이에 따라 제조 공정이 증가하고, 다수의 밸브를 제어하는 외부 포트의 수가 증가하는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 최소한의 외부 포트로 다수의 밸브를 선택적으로 개폐시킬 수 있는 랩온어칩 상의 디지털 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 다수의 밸브를 제어유체의 위치 및 주입량으로 조절할 수 있는 디지털 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 다수의 밸브를 제어함과 동시에, 랩온어칩 상에 집적 률을 최대화시킬 수 있는 디지털 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 랩온어칩에서 유체가 주입된 유체 유입부로부터 상기 유체가 이동 및 유체 배출구로 배출될 수 있는 미세 유로인 유체 채널; 상기 유체 채널 간에 상기 유체의 이동을 제어할 수 있는 제어유체가 수용되도록 형성되어 유체 채널을 개폐할 수 있는 제어유체 수용부; 상기 제어유체 수용부로 상기 제어유체를 주입하는 제어유체 주입부로부터 상기 제어유체가 이동 및 제어유체 배출구로 배출될 수 있는 제어유체 채널; 을 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 유체의 이동성을 증가시키기 위하여 유체 채널의 표면 특성을 친수성으로 변경시키고, 상기 유체의 이동성을 감소시키기 위하여 유체 채널의 표면 특성을 소수성으로 변경시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유체 채널의 폭을 증감시켜 상기 유체의 이동성을 증감시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 제어유체 채널의 폭을 증감시켜 상기 제어유체의 이동성을 증감시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 제어유체가 균일한 형상을 유지할 수 있도록 상기 제어유체 수용부에 고정 부재를 포함하는 제어유체 고정부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 유체 채널 및 제어유체 수용부를 다수개 형성시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어유체 수용부 내에서 제어유체의 위치를 변경시켜 다수개의 유체 채널을 선택적으로 개폐시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어유체의 주입량을 변경시켜 다수개의 유체 채널을 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 제어유체 채널과 평행하도록 형성되되, 다수개의 제어유체 수용부에 공압을 주입하여 제어유체의 위치를 이동시킬 수 있는 유로인 제어유체 미세채널; 을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제어유체 미세채널의 폭은 상기 유체 채널 및 제어유체 채널의 폭 보다 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 동일 유체가 다수개의 유체 채널의 유체 유입부로 주입될 수 있도록 다수개의 유체 유입부로 연결된 통로인 유체 유입 포트; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 제어유체로 개폐된 다수개의 유체 채널로부터 선택적으로 배출되는 유체를 통합시키도록 다수개의 유체 배출구로 연결된 통로인 유체 배출 포트; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제어유체로 개폐된 다수개의 유체 채널로부터 선택적으로 배출되는 유체를 통합시키도록 다수개의 유체 배출구로 연결된 통로인 유체 배출 포트; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 랩온어칩의 미세 유로인 유체 채널을 통하여 이동 및 배출되는 유체를 주입하는 제1 단계; 상기 유체 채널의 유입부 및 배출구 간에 형성된 제어유체 수용부로 상기 유체의 이동을 제어할 수 있는 제어유체를 주입하여 상기 유체 채널을 폐쇄시키는 제2 단계; 상기 제어유체가 이동 및 배출되는 제어유체 채널의 유입부 및 배출부를 폐쇄하는 제3 단계; 를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제3 단계에서, 상기 유체 채널을 개방하기 위하여, 유체 채널의 배출부 또는 제어유체 채널의 유입부로 상기 제어유체를 배출시키는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제2 단계에서, 상기 유체 채널이 다수개 형성된 경우, 다수개의 유체 채널을 선택적으로 개폐하기 위하여, 제어유체 수용부에 주입되는 제어유체의 양을 조절하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 제2 단계에서, 상기 유체 채널이 다수개 형성된 경우, 다수개의 유체 채널을 선택적으로 개폐하기 위하여, 제어유체 수용부에 주입된 제어유체를 공압으로 이동시키는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 제어유체를 이용한 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 디지털 밸브 구동 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 제어유체를 이용한 디지털 밸브(1)는 유체 채널(30)과 제어유체 수용부(20)와 제어유체 채널(29)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 유체 채널(30)은 랩온어칩 상에서 유체(流體, Fluid)가 이동할 수 있도록 관통된 미세 유로이며, 상기 유체 채널(30)의 일측 단부에는 유체를 주입할 수 있는 유체 유입부(31)와, 상기 유체 채널(30)의 타측 단부에는 유체가 배출될 수 있는 유체 배출부(33)가 형성된다.
또한, 상기 제어유체 수용부(20)는 상기 유체 채널(30)의 유체 유입부(31)와 유체 배출부(33) 간에 형성되고, 상기 유체 채널(30)의 폭 보다 크게 형성되고, 상기 제어유체 수용부(20)에 제어유체를 삽입함으로써, 상기 유체 채널(30)을 폐쇄시킬 수 있는 밸브 역할을 수행한다.
그리고, 상기 제어유체 채널(29)은 상기 제어유체 수용부(20)로 제어유체가 유입될 수 있도록 상기 제어유체 수용부(20)를 거쳐 관통된 미세 유로이며, 상기 제어유체 채널(29)의 일측 단부에는 제어유체를 주입할 수 있는 제어유체 유입부(21)와, 상기 제어유체 채널(29)의 타측 단부에는 제어유체를 배출할 수 있는 제어유체 배출부(23)를 포함한다.
여기서, 상기 제어유체 채널(29)의 폭은 상기 제어유체 수용부(20)의 폭 보다 작게 형성되는데, 이는 상기 제어유체 수용부(20)에 주입된 제어유체가 상기 제어유체 유입부(21) 및 제어유체 배출부(23) 등으로 배출되지 않도록 좁은 채널의 폭으로 제어유체가 이동함에 있어서 상대적으로 높은 저항이 걸리도록 형성시키는 것이다.
더불어, 유체가 이동할 수 있는 각 유로에서, 상기 유체의 이동성을 증가시키기 위하여 유로의 표면이 친수성(親水性, Hydrophile Property)을 가지도록 각 유로를 형성시켜 구비할 수 있다.
또한, 유체가 이동할 수 있는 각 유로에서, 상기 유체의 이동성을 감소시키기 위하여 유로의 표면이 소수성(疏水性, Hydrophobic Property)를 가지도록 각 유로를 형성시켜 구비할 수 있다.
그 이유는, 유로의 표면이 친수성일 경우에는, 유로의 표면이 상기 유체와 친화성을 가지므로 상기 각 유체가 각 유로를 이동할 때, 상기 각 유로의 표면 특성에 대한 저항을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 유체의 속도 및 이동성을 증가시킬 수 있기 때문이다.
한편, 유로의 표면이 소수성일 경우에는, 유로의 표면이 상기 유체와 친화성이 적으므로 상기 각 유체가 각 유로를 이동할 때, 상기 각 유로의 표면 특성에 대한 저항을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 유체의 속도 및 이동성을 감소시킬 수 있기 때문이다.
이하, 본 발명에 따른 제어유체를 이용한 디지털 밸브 구동 방법의 과정을 설명한다.
(a)는 본 발명에 따른 디지털 밸브(1)가 폐쇄된 경우의 평면도를 도시하는데, 이는 다음과 같이 시작된다.
디지털 밸브(1)를 폐쇄(Off)시키기 위하여 제어유체를 제어유체 유입부(21)를 통하여 제어유체 수용부(20)로 이동시킨다(S11).
그리고, 제어유체 유입부(21)와 제어유체 배출부(23)를 폐쇄시켜 제어유체 수용부(20) 내의 제어유체가 이동하지 않도록 한다(S13).
이때, 유체가 일정한 압력으로 유체 유입부(31)로부터 주입되더라도, 제어유체 수용부(20)의 제어유체로 인하여, 제어유체 수용부(20)를 관통하여 유체 배출구(33)로 이동할 수 없는 디지털 밸브 폐쇄 상태가 된다(S15).
또한, 상기 유체가 제어유체가 이동할 수 있는 압력보다 낮은 압력으로 주입되도록 조절하는 것이 바람직하고, 이로써 유체는 유체 채널(30)을 완전히 통과할 수 없게 된다(S17).
(b)는 본 발명에 따른 디지털 밸브(1)가 개방된 경우의 평면도를 도시하는데, 이는 다음과 같이 시작된다.
상기 (a)와 같이 폐쇄된 상태인 경우에는, 디지털 밸브(1)를 개방(On)시키기 위하여 제어유체를 제어유체 수용부(20)에서 제어유체 배출부(23)로 배출시킨다(S21).
그리고, 제어유체 유입부(21)와 제어유체 배출부(23)를 폐쇄시켜 제어유체 수용부(20)로 제어유체가 유입될 수 없도록 한다(S23).
이때, 유체가 일정한 압력으로 유체 유입부(31)로부터 주입되면, 제어유체 수용부(20)의 제어유체가 배출된 상태이므로, 제어유체 수용부(20)를 관통하여 유 체 배출구(33)로 이동할 수 있는 디지털 밸브 개방 상태가 된다(S25).
따라서, 미세 유로인 유체 채널(30)을 이동할 수 있는 압력 이상의 압력으로 유체를 주입시키는 것이 바람직하며, 이로써 유체는 유체 채널(30)을 완전히 통과할 수 있다(S27).
한편, (a)와 같이 폐쇄된 상태가 아닐 경우에는, 제어유체를 배출하는 단계(S21)를 제외하고, 상기 단계(S23, S25, S27)를 진행시킨다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유체 채널의 폭이 변경된 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어유체 채널의 폭이 변경된 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제어유체를 이용한 디지털 밸브(1)는 유체 채널(30)과 제어유체 수용부(20)와 제어유체 채널(29)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 유체 채널(30)은 랩온어칩 상에서 유체(流體, Fluid)가 이동할 수 있도록 관통된 미세 유로이며, 상기 유체 채널(30)의 일측 단부에는 유체를 주입할 수 있는 유체 유입부(31)와, 상기 유체 채널(30)의 타측 단부에는 유체가 배출될 수 있는 유체 배출부(33)가 형성되며, 유체 유입부(31)와 상기 제어유체 수용부(20)까지 미세 유로로 연결하는 유체 유입 채널(31a)과, 상기 제어유체 수용부(20)에서 유체 배출부(33)까지 미세 유로로 연결하는 유체 배출 채널(33a)을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 제어유체 수용부(20)는 상기 유체 채널(30)의 유체 유입부(31)와 유체 배출부(33) 간에 형성되고, 상기 유체 채널(30)의 폭 보다 크게 형성되고, 상기 제어유체 수용부(20)에 제어유체를 삽입함으로써, 상기 유체 채널(30)을 폐쇄시킬 수 있는 밸브 역할을 수행한다.
그리고, 상기 제어유체 채널(29)은 상기 제어유체 수용부(20)로 제어유체가 유입될 수 있도록 상기 제어유체 수용부(20)를 거쳐 관통된 미세 유로이며, 상기 제어유체 채널(29)의 일측 단부에는 제어유체를 주입할 수 있는 제어유체 유입부(21)와, 상기 제어유체 채널(29)의 타측 단부에는 제어유체를 배출할 수 있는 제어유체 배출부(23)와, 제어유체 유입부(21)와 상기 제어유체 수용부(20)까지 미세 유로로 연결하는 제어유체 유입 채널(21a)과, 상기 제어유체 수용부(20)에서 제어유체 배출부(23a)까지 미세 유로로 연결하는 유체 배출 채널(23a)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제어유체 채널(29)의 폭은 상기 제어유체 수용부(20)의 폭 보다 작게 형성되는데, 이는 상기 제어유체 수용부(20)에 주입된 제어유체가 상기 제어유체 유입부(21) 및 제어유체 배출부(23) 등으로 배출되지 않도록 좁은 채널의 폭으로 제어유체가 이동함에 있어서 상대적으로 높은 저항이 걸리도록 형성시키는 것이다.
더불어, 도 3에서는 유체 채널(30)의 폭을 변경시켜 유체가 이동하는데 걸리는 저항을 변경시킨 예를 도시한 도면인데, 예를 들어, 유체 유입 채널(31a) 및 유체 배출 채널(33a)의 폭이 w 라하고, w' 로 감소했다면, 저항은 길이에 비례하며, 단면적이 반비례하므로, 상기 폭의 감소로 인한 단면적의 감소량만큼 저항이 증가하며, 증가된 저항은 유체의 이동을 방해하는 요소로 작용하고, 이에 따라 유체가 유체 배출부(33)로 이동할 수 있는 이동력을 감소시켜, 유체 차단력을 증가시킬 수 있다.
반대로, 유체 채널(30)의 폭을 증가시키는 경우에는, 폭의 증가로 인한 단면적의 증가량만큼 저항이 감소하며, 감소한 저항은 유체의 이동을 용이하게 하는 요소로 작용하고, 이에 따라 유체가 유체 배출부(33)로 이동할 수 있는 이동력을 증가시켜, 유체 차단력을 감소시킬 수 있다.
또한, 도 4에서는 제어유체 채널(29)의 폭을 변경시켜 유체가 이동하는데 걸리는 저항을 변경시킨 예를 도시한 도면인데, 예를 들어, 제어유체 유입 채널(21a) 및 제어유체 배출 채널(23a)의 폭이 w 라하고, w' 로 감소했다면, 저항은 길이에 비례하며, 단면적이 반비례하므로, 상기 폭의 감소로 인한 단면적의 감소량만큼 저항이 증가하며, 증가된 저항은 제어유체의 이동을 방해하는 요소로 작용하고, 이에 따라 제어유체가 제어유체 배출부(23)로 이동할 수 있는 이동력을 감소시켜, 제어유체 차단력을 증가시킬 수 있다.
반대로, 제어유체 채널(29)의 폭을 증가시키는 경우에는, 폭의 증가로 인한 단면적의 증가량만큼 저항이 감소하며, 감소한 저항은 제어유체의 이동을 용이하게 하는 요소로 작용하고, 이에 따라 제어유체가 제어유체 배출부(23)로 이동할 수 있는 이동력을 증가시켜, 제어유체 차단력을 감소시킬 수 있다.
더불어, 유체가 이동할 수 있는 각 유로에서, 상기 유체의 이동성을 증가시키기 위하여 유로의 표면이 친수성(親水性, Hydrophile Property)을 가지도록 각 유로를 형성시켜 구비할 수 있다.
또한, 유체가 이동할 수 있는 각 유로에서, 상기 유체의 이동성을 감소시키기 위하여 유로의 표면이 소수성(疏水性, Hydrophobic Property)를 가지도록 각 유로를 형성시켜 구비할 수 있다.
그 이유는, 유로의 표면이 친수성일 경우에는, 유로의 표면이 상기 유체와 친화성을 가지므로 상기 각 유체가 각 유로를 이동할 때, 상기 각 유로의 표면 특성에 대한 저항을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 유체의 속도 및 이동성을 증가시킬 수 있기 때문이다.
한편, 유로의 표면이 소수성일 경우에는, 유로의 표면이 상기 유체와 친화성이 적으므로 상기 각 유체가 각 유로를 이동할 때, 상기 각 유로의 표면 특성에 대한 저항을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 유체의 속도 및 이동성을 감소시킬 수 있기 때문이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어유체 채널 일측을 삭제한 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 6은 도 5의 디지털 밸브 구동 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 제어유체를 이용한 디지털 밸브(1)는 유체 채널(30)과 제어유체 수용부(20)와 제어유체 채널(29)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 유체 채널(30)은 랩온어칩 상에서 유체(流體, Fluid)가 이동할 수 있도록 관통된 미세 유로이며, 상기 유체 채널(30)의 일측 단부에는 유체를 주입할 수 있는 유체 유입부(31)와, 상기 유체 채널(30)의 타측 단부에는 유체가 배출될 수 있는 유체 배출부(33)를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 제어유체 수용부(20)는 상기 유체 채널(30)의 유체 유입부(31)와 유체 배출부(33) 간에 형성되고, 상기 유체 채널(30)의 폭 보다 크게 형성되고, 상기 제어유체 수용부(20)에 제어유체를 삽입함으로써, 상기 유체 채널(30)을 폐쇄시킬 수 있는 밸브 역할을 수행한다.
그리고, 상기 제어유체 채널(29)은 상기 제어유체 수용부(20)로 제어유체가 유입될 수 있도록 상기 제어유체 수용부(20)를 거쳐 관통된 미세 유로이며, 상기 제어유체 채널(29)의 일측 단부에는 제어유체를 주입할 수 있는 제어유체 유입부(21)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제어유체 채널(29)의 폭은 상기 제어유체 수용부(20)의 폭 보다 작게 형성되는데, 이는 상기 제어유체 수용부(20)에 주입된 제어유체가 상기 제어유체 유입부(21) 및 제어유체 배출부(23) 등으로 배출되지 않도록 좁은 채널의 폭으로 제어유체가 이동함에 있어서 상대적으로 높은 저항이 걸리도록 형성시키는 것이다.
더불어, 유체가 이동할 수 있는 각 유로에서, 상기 유체의 이동성을 증가시키기 위하여 유로의 표면이 친수성(親水性, Hydrophile Property)을 가지도록 각 유로를 형성시켜 구비할 수 있다.
또한, 유체가 이동할 수 있는 각 유로에서, 상기 유체의 이동성을 감소시키기 위하여 유로의 표면이 소수성(疏水性, Hydrophobic Property)를 가지도록 각 유로를 형성시켜 구비할 수 있다.
그 이유는, 유로의 표면이 친수성일 경우에는, 유로의 표면이 상기 유체와 친화성을 가지므로 상기 각 유체가 각 유로를 이동할 때, 상기 각 유로의 표면 특성에 대한 저항을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 유체의 속도 및 이동성을 증가시킬 수 있기 때문이다.
한편, 유로의 표면이 소수성일 경우에는, 유로의 표면이 상기 유체와 친화성이 적으므로 상기 각 유체가 각 유로를 이동할 때, 상기 각 유로의 표면 특성에 대한 저항을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 유체의 속도 및 이동성을 감소시킬 수 있기 때문이다.
이하, 본 실시예에 따른 제어유체를 이용한 디지털 밸브 구동 방법의 과정을 설명한다.
(a)는 본 발명에 따른 디지털 밸브(1)에서 제어유체 유입부(21)를 통하여 제어유체를 주입 및 배출시키는 과정에 따른 평면도를 도시하고, (b)는 본 발명에 따른 디지털 밸브(1)에서 제어유체 유입부(21) 및 유체 배출부(33)를 통하여 제어유체를 주입 및 배출시키는 과정에 따른 평면도를 도시하는데, 이는 다음과 같이 시작된다.
디지털 밸브(1)를 폐쇄(Off)시키는 경우, 제어유체를 제어유체 유입부(21)를 통하여 제어유체 수용부(20)로 이동시킨다(S31).
그리고, 제어유체 유입부(21)를 폐쇄시켜 제어유체 수용부(20) 내의 제어유체가 이동하지 않도록 한다(S33).
이때, 유체가 일정한 압력으로 유체 유입부(31)로부터 주입되더라도, 제어유체 수용부(20)의 제어유체로 인하여, 제어유체 수용부(20)를 관통하여 유체 배출구(33)로 이동할 수 없는 디지털 밸브 폐쇄 상태가 된다(S35).
또한, 상기 유체가 제어유체가 이동할 수 있는 압력보다 낮은 압력으로 주입되도록 조절하는 것이 바람직하고, 이로써 유체는 유체 채널(30)을 완전히 통과할 수 없게 된다(S37).
이때, 디지털 밸브(1)를 개방(On)시키는 경우에는(S40), 제어유체를 제어유체 수용부(20)에서 제어유체 유입부(21) 또는 유체 배출부(33)로 배출시키는데(S41, S43), 제어유체 채널(29)이 랩온어칩의 양단부로 관통되도록 형성된 것이 아니므로, 상기와 같이 제어유체 유입부(21) 또는 유체 배출부(33)로 배출시킨다.
여기서, 상기 제어유체는 유체 유입부(31)로는 배출되지 않는데, 그 이유는 상기 유체 유입부(31)에 일정한 압력으로 유체를 주입하기 때문이고, 유체가 주입되는 유체 유입부(31)로 제어유체가 배출되는 경우, 유체와 제어유체가 혼합되어 시료의 고유성이 감소하기 때문에 제어유체가 유체 유입부(31)로 배출되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 디지털 밸브(1)를 개방시키지 않는 경우(폐쇄, Off)에는, 현 상태를 유지한다(S45).
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유체 채널의 수가 변경된 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 제어유체를 이용한 디지털 밸브(1)는 유체 채널(30)과 제어유체 수용부(20)와 제어유체 채널(29)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 유체 채널(30)은 랩온어칩 상에서 유체(流體, Fluid)가 이동할 수 있도록 관통된 미세 유로이며, 상기 유체 채널(30)의 일측 단부에는 유체를 주입할 수 있는 제1 유체 유입부(32a) 및 제2 유체 유입부(32b)와, 상기 유체 채널(30)의 타측 단부에는 유체가 배출될 수 있는 제1 유체 배출부(34a) 및 제2 유체 배출부(34b)가 형성된다.
또한, 상기 제어유체 수용부(20)는 상기 유체 채널(30)의 제1 유체 유입부(32a) 및 제2 유체 유입부(32b)와 제1 유체 배출부(34a) 및 제2 유체 배출부(34b) 간에 형성되고, 상기 유체 채널(30)의 폭 보다 크게 형성되고, 상기 제어유체 수용부(20)에 제어유체를 삽입함으로써, 상기 유체 채널(30)을 폐쇄시킬 수 있는 밸브 역할을 수행한다.
이를 위하여, 상기 제1 유체 유입부(32a) 및 제2 유체 유입부(32b)와 제어유체 수용부(20)의 접촉면의 각 모서리가 직각이 되도록 형성되는 것이 제어유체의 표면장력(表面張力, Surface Tension)을 증가시킬 수 있고, 상기 제1 유체 배출부(34a) 및 제2 유체 배출부(34b)와 제어유체 수용부(20)의 접촉면의 각 모서리가 직각이 되도록 형성되는 것이 상기와 같은 이유로 바람직하다.
따라서, 상기 제어유체 수용부(20)의 형상은 6 각형이 되도록 형성되는 것이 바람직하며, 상기 제어유체 수용부(20)를 통하여 유체를 이동시킬 수 있는 제1 유체 유입부(32a) 및 제2 유체 유입부(32b)와, 제1 유체 배출부(34a) 및 제2 유체 배출부(34b)는 일정 각도를 가지고 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제어유체 채널(29)은 상기 제어유체 수용부(20)로 제어유체가 유입될 수 있도록 상기 제어유체 수용부(20)를 거쳐 관통된 미세 유로이며, 상기 제어유체 채널(29)의 일측 단부에는 제어유체를 주입할 수 있는 제어유체 유입부(21)와, 상기 제어유체 채널(29)의 타측 단부에는 제어유체를 배출할 수 있는 제어유체 배출부(23)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제어유체 채널(29)의 폭은 상기 제어유체 수용부(20)의 폭 보다 작게 형성되는데, 이는 상기 제어유체 수용부(20)에 주입된 제어유체가 상기 제어유체 유입부(21) 및 제어유체 배출부(23) 등으로 배출되지 않도록 좁은 채널의 폭으로 제어유체가 이동함에 있어서 상대적으로 높은 저항이 걸리도록 형성시키는 것이다.
또한, 본 실시예에 따른 제어유체를 이용한 디지털 밸브(1)는 제1 유체 유입부(32a) 및 제2 유체 유입부(32b)와, 제1 유체 배출부(34a) 및 제2 유체 배출부(34b)를 각각 조절할 수 없다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제어유체 수용부에 제어유체 고정부가 추가 된 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도.도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 제어유체를 이용한 디지털 밸브(1)는 유체 채널(30)과 제어유체 수용부(20)와 제어유체 고정부(20a)와 제어유체 채널(29)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 유체 채널(30)은 랩온어칩 상에서 유체(流體, Fluid)가 이동할 수 있도록 관통된 미세 유로이며, 상기 유체 채널(30)의 일측 단부에는 유체를 주입할 수 있는 유체 유입부(31)와, 상기 유체 채널(30)의 타측 단부에는 유체가 배출될 수 있는 유체 배출부(33)가 형성된다.
또한, 상기 제어유체 수용부(20)는 상기 유체 채널(30)의 유체 유입부(31)와 유체 배출부(33) 간에 형성되고, 상기 유체 채널(30)의 폭 보다 크게 형성되고, 상기 제어유체 수용부(20)에 제어유체를 삽입함으로써, 상기 유체 채널(30)을 폐쇄시킬 수 있는 밸브 역할을 수행한다.
이때, 제어유체 수용부(20)에 주입되는 제어유체가 상기 제어유체 수용부(20)의 일측으로 치우치지 않도록, 균일하게 분포하여 밸브의 폐쇄(Off) 상태에서, 유체 채널(30)을 차단할 수 있도록, 제어유체 수용부(20) 내에 균형적으로 부재가 배치되는데, 이를 제어유체 고정부(20a)라 한다.
상기 제어유체 고정부(20a)를 더 구비함으로써, 상기 제어유체는 제어유체 유입부(21)로 주입될 때, 더욱 균일하게 분포할 수 있고, 유체 채널(30)을 이동하는 유체를 정확하게 차단시킬 수 있으며, 상기 제어유체 고정부(20a)의 형상은 변경가능하다.
그리고, 상기 제어유체 채널(29)은 상기 제어유체 수용부(20)로 제어유체가 유입될 수 있도록 상기 제어유체 수용부(20)를 거쳐 관통된 미세 유로이며, 상기 제어유체 채널(29)의 일측 단부에는 제어유체를 주입할 수 있는 제어유체 유입부(21)와, 상기 제어유체 채널(29)의 타측 단부에는 제어유체를 배출할 수 있는 제어유체 배출부(23)를 포함한다.
여기서, 상기 제어유체 채널(29)의 폭은 상기 제어유체 수용부(20)의 폭 보다 작게 형성되는데, 이는 상기 제어유체 수용부(20)에 주입된 제어유체가 상기 제어유체 유입부(21) 및 제어유체 배출부(23) 등으로 배출되지 않도록 좁은 채널의 폭으로 제어유체가 이동함에 있어서 상대적으로 높은 저항이 걸리도록 형성시키는 것이다.
더불어, 유체가 이동할 수 있는 각 유로에서, 상기 유체의 이동성을 증가시키기 위하여 유로의 표면이 친수성(親水性, Hydrophile Property)을 가지도록 각 유로를 형성시켜 구비할 수 있다.
또한, 유체가 이동할 수 있는 각 유로에서, 상기 유체의 이동성을 감소시키기 위하여 유로의 표면이 소수성(疏水性, Hydrophobic Property)를 가지도록 각 유로를 형성시켜 구비할 수 있다.
그 이유는, 유로의 표면이 친수성일 경우에는, 유로의 표면이 상기 유체와 친화성을 가지므로 상기 각 유체가 각 유로를 이동할 때, 상기 각 유로의 표면 특성에 대한 저항을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 유체의 속도 및 이동성을 증가시킬 수 있기 때문이다.
한편, 유로의 표면이 소수성일 경우에는, 유로의 표면이 상기 유체와 친화성 이 적으므로 상기 각 유체가 각 유로를 이동할 때, 상기 각 유로의 표면 특성에 대한 저항을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 유체의 속도 및 이동성을 감소시킬 수 있기 때문이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 유체 채널의 수가 변경된 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 10은 도 9의 디지털 밸브 구동 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 제어유체를 이용한 디지털 밸브(1)는 다수개의 유체 채널(30)과 다수개의 제어유체 수용부(20', 20'')와 제어유체 채널(29)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 유체 채널(30)은 랩온어칩 상에서 유체(流體, Fluid)가 이동할 수 있도록 관통된 미세 유로인데, 이를 다수개 형성시켜 각각 다른 유체 또는 동일한 유체가 관통 또는 차단될 수 있도록 이루어지며, 본 발명의 실시예에서는 상기 유체 채널(30)을 두 개 형성시킨다.
그리고, 상기 유체 채널(30) 중 상측에 위치한 유체 채널(30)의 일측 단부에는 유체를 주입할 수 있는 제1 유체 유입부(32a)와, 상기 유체 채널(30)의 타측 단부에는 유체가 배출될 수 있는 제1 유체 배출부(34a)가 형성된다.
더불어, 상기 유체 채널(30) 중 하측에 위치한 유체 채널(30)의 일측 단부에는 유체를 주입할 수 있는 제2 유체 유입부(32b)와, 상기 유체 채널(30)의 타측 단부에는 유체가 배출될 수 있는 제2 유체 배출부(34b)가 형성된다.
또한, 상측에 위치한 제1 제어유체 수용부(20')는 유체 채널(30)의 제1 유체 유입부(32a) 및 제1 유체 배출부(34a) 간에 형성되고, 상기 유체 채널(30)의 폭 보다 크게 형성되며, 상기 제1 제어유체 수용부(20')에 제어유체를 삽입함으로써, 상기 유체 채널(30)을 폐쇄시킬 수 있는 밸브 역할을 수행한다.
이때, 하측에 위치한 제2 제어유체 수용부(20'')는 유체 채널(30)의 제2 유체 유입부(32b) 및 제2 유체 배출부(34b) 간에 형성되고, 상기 유체 채널(30)의 폭 보다 크게 형성되며, 상기 제2 제어유체 수용부(20'')에 제어유체를 삽입함으로써, 상기 유체 채널(30)을 폐쇄시킬 수 있는 밸브 역할을 수행한다.
그리고, 상기 제어유체 채널(29)은 상기 제어유체 수용부(20)로 제어유체가 유입될 수 있도록 상기 제1 제어유체 수용부(20') 및 제2 제어유체 수용부(20'')를 거쳐 관통된 미세 유로이며, 상기 제어유체 채널(29)의 일측 단부에는 제어유체를 배출할 수 있는 제어유체 유입부(21)와, 상기 제어유체 채널(29)의 타측 단부에는 제어유체를 배출할 수 있는 제어유체 배출부(23)를 포함한다.
더불어, 유체가 이동할 수 있는 각 유로에서, 상기 유체의 이동성을 증가시키기 위하여 유로의 표면이 친수성(親水性, Hydrophile Property)을 가지도록 각 유로를 형성시켜 구비할 수 있다.
또한, 유체가 이동할 수 있는 각 유로에서, 상기 유체의 이동성을 감소시키기 위하여 유로의 표면이 소수성(疏水性, Hydrophobic Property)를 가지도록 각 유로를 형성시켜 구비할 수 있다.
그 이유는, 유로의 표면이 친수성일 경우에는, 유로의 표면이 상기 유체와 친화성을 가지므로 상기 각 유체가 각 유로를 이동할 때, 상기 각 유로의 표면 특 성에 대한 저항을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 유체의 속도 및 이동성을 증가시킬 수 있기 때문이다.
한편, 유로의 표면이 소수성일 경우에는, 유로의 표면이 상기 유체와 친화성이 적으므로 상기 각 유체가 각 유로를 이동할 때, 상기 각 유로의 표면 특성에 대한 저항을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 유체의 속도 및 이동성을 감소시킬 수 있기 때문이다.
이하, 본 실시예에 따른 제어유체를 이용한 디지털 밸브 구동 방법의 과정을 설명한다.
본 실시예에 따른 제어유체를 이용한 디지털 밸브 구동 방법은 제어유체 주입량을 조절하여 디지털 밸브를 선택적으로 구동시키는 방법이고, 이는 다음과 같이 시작된다.
본 실시예에 따른 제어유체를 이용한 디지털 밸브(1)는 제어유체 수용부(20', 20'')가 두 개 형성되었으므로, 디지털 밸브(1) 또한 두 개가 구비된 것과 동일하고, 제어유체 수용부(20', 20'')에 주입하는 제어유체의 양을 조절하여 부분적으로 폐쇄시킬 수 있다.
여기서, 제2 제어유체 수용부(20'')를 폐쇄(Off)시키는 경우, 제어유체를 제어유체 유입부(21)를 통하여 제2 제어유체 수용부(20'')로 이동시킨다(S51).
그리고, 제어유체 유입부(21) 및 제어유체 배출부(23)를 폐쇄시켜 제어유체 수용부(20) 내의 제어유체가 이동하지 않도록 한다(S52).
이때, 유체가 일정한 압력으로 제2 유체 유입부(32b)로부터 주입되더라도, 제2 제어유체 수용부(20')의 제어유체로 인하여, 제2 제어유체 수용부(20'')를 관통하여 제2 유체 배출구(34b)로 이동할 수 없는 디지털 밸브 폐쇄 상태가 된다(S53).
또한, 상기 유체가 제어유체가 이동할 수 있는 압력보다 낮은 압력으로 주입되도록 조절하는 것이 바람직하고, 이로써 유체는 하측의 유체 채널(30)을 완전히 통과할 수 없게 되고, 상측의 유체 채널(30)은 제어유체가 주입되지 않았으므로, 유체가 통과할 수 있게 된다(S54).
여기서, 제1 제어유체 수용부(20')를 폐쇄(Off)시키는 경우에는, 즉 디지털 밸브(1)를 모두 폐쇄시키는 경우에는, 제어유체를 제어유체 유입부(21)를 통하여 제1 제어유체 수용부(20')로 이동시킨다(S55)
이때, 제2 제어유체 수용부(20'')에는 제어유체가 존재하고 있는 상태이므로, 제어유체를 주입하게 되면 제2 제어유체 수용부(20'')에 존재하는 제어유체는 제1 제어유체 수용부(20')로 이동하고, 새로 주입된 제어유체는 제2 제어유체 수용부(20'')로 이동하게 된다.
한편, 제2 제어유체 수용부(20'')에 제어유체가 존재하지 않은 상태인 경우에는, 제어유체의 양을 조절하여 제1 제어유체 수용부(20') 및 제2 제어유체 수용부(20'')를 모두 폐쇄시킬 수 있다.
그리고, 제어유체 유입부(21) 및 제어유체 배출부(23)를 폐쇄시켜 제1 제어 유체 수용부(20') 및 제2 제어유체 수용부(20'') 내의 제어유체가 이동하지 않도록 한다(S56).
이때, 유체가 일정한 압력으로 제1 유체 유입부(32a) 및 제2 유체 유입부(32b)로부터 주입되더라도, 제1 제어유체 수용부(20') 및 제2 제어유체 수용부(20'')의 제어유체로 인하여, 제1 제어유체 수용부(20') 및 제2 제어유체 수용부(20'')를 관통하여 제1 유체 배출구(34a) 및 제2 유체 배출구(34b)로 이동할 수 없는 디지털 밸브 폐쇄 상태가 된다(S56).
또한, 상기 유체가 제어유체가 이동할 수 있는 압력보다 낮은 압력으로 주입되도록 조절하는 것이 바람직하고, 이로써 유체는 상, 하측의 유체 채널(30)을 완전히 통과할 수 없게 된다(S57).
한편, 상기 단계(S51)에서, 디지털 밸브(1)를 개방(On)시키는 경우에는, 제어유체를 제2 제어유체 수용부(20'')에서 제어유체 배출부(23)로 배출시킨다(S61).
그리고, 제어유체 유입부(21) 및 제어유체 배출부(23)를 폐쇄시켜 제어유체 수용부(20) 내로 제어유체가 이동되지 않도록 하는데, 이는 제어유체가 유입되는 경우, 이에 따라 제어유체 수용부(20', 20'')가 폐쇄될 수 있기 때문이다(S63).
이때, 유체가 일정한 압력으로 제2 유체 유입부(32b)로부터 주입되면, 제2 제어유체 수용부(20'')를 관통하여 제2 유체 배출구(34b)로 이동할 수 있는 디지털 밸브 개방 상태가 된다(S65).
또한, 상기 유체가 제어유체가 이동할 수 있는 압력보다 낮은 압력으로 주입 되도록 조절하는 것이 바람직하고, 이로써 유체는 상, 하측의 유체 채널(30)을 완전히 통과할 수 있게 된다(S67).
더불어, 상기 단계(S57)에서 디지털 밸브(1)를 개방시키는 경우에는, 제1 제어유체 수용부(20') 및 제2 제어유체 수용부(20'') 내에 존재하는 제어유체를 모두 배출시키고, 상기 단계(S63, S65, S67)을 반복한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 유체 채널의 수가 변경된 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 유체 채널의 수가 변경된 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도이며, 도 13은 도 11 내지 도 12의 디지털 밸브 구동 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 제어유체를 이용한 디지털 밸브(1)는 다수개의 유체 채널(30)과 제어유체 채널(29)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 유체 채널(30)은 랩온어칩 상에서 유체(流體, Fluid)가 이동할 수 있도록 관통된 미세 유로인데, 이를 다수개 형성시켜 각각 다른 유체 또는 동일한 유체가 관통 또는 차단될 수 있도록 이루어지며, 본 발명의 실시예에서는 상기 유체 채널(30)을 두 개 형성시킨다.
그리고, 상기 유체 채널(30) 중 상측에 위치한 유체 채널(30)의 일측 단부에는 유체를 주입할 수 있는 제1 유체 유입부(32a)와, 상기 유체 채널(30)의 타측 단부에는 유체가 배출될 수 있는 제1 유체 배출부(34a)가 형성된다.
더불어, 상기 유체 채널(30) 중 하측에 위치한 유체 채널(30)의 일측 단부에 는 유체를 주입할 수 있는 제2 유체 유입부(32b)와, 상기 유체 채널(30)의 타측 단부에는 유체가 배출될 수 있는 제2 유체 배출부(34b)가 형성된다.
또한, 두 개의 유체 채널(30)을 제어할 수 있도록 제어유체 수용부(20)는 제1 유체 유입부(32a) 및 제1 유체 배출부(34a) 간에 형성되는 제어유체 수용부(20)와, 제2 유체 유입부(32b) 및 제2 유체 배출부(34b) 간에 형성되는 제어유체 수용부(20)가 일체로 형성되고, 이에 따라 상기 제어유체 수용부(20)에 주입하는 제어유체의 위치를 조절함으로써, 상기 유체 채널(30)을 선택적으로 개폐할 수 있는 밸브 역할을 수행하게 된다.
이때, 두 개의 유체 채널(30)을 제어할 수 있는 제어유체 수용부(20)가 일체로 형성되었으므로, 상기 제어유체 수용부(20)에 유입되는 제어유체의 1/2 양을 주입한 뒤, 제어유체 유입부(21) 및 제어유체 배출부(23)로 공기를 주입하면, 상기 제어유체의 위치는 변경되어, 상측 유체 채널(30) 또는 하측 유체 채널(30)을 선택적으로 개폐할 수 있게 되는 것이다.
한편, 두 개의 유체 채널(30)을 제어할 수 있는 제어유체 수용부(20)가 상측의 유체 채널(30) 및 하측의 유체 채널(30)을 각각 제어할 수 있도록 구획되도록 형성된 경우에도 위와 동일하다.
그리고, 상기 제어유체 채널(29)은 상기 제어유체 수용부(20)로 제어유체가 유입될 수 있도록 상기 제어유체 수용부(20)를 거쳐 관통된 미세 유로이며, 상기 제어유체 채널(29)의 일측 단부에는 제어유체를 주입할 수 있는 제어유체 유입부(21)와, 상기 제어유체 채널(29)의 타측 단부에는 제어유체를 배출할 수 있는 제 어유체 배출부(23)를 포함한다.
여기서, 제어유체 유입부(21) 및 제어유체 배출부(23)는 유입 및 배출의 역할이 한정되지 않는 것도 바람직하다.
더불어, 유체가 이동할 수 있는 각 유로에서, 상기 유체의 이동성을 증가시키기 위하여 유로의 표면이 친수성(親水性, Hydrophile Property)을 가지도록 각 유로를 형성시켜 구비할 수 있다.
또한, 유체가 이동할 수 있는 각 유로에서, 상기 유체의 이동성을 감소시키기 위하여 유로의 표면이 소수성(疏水性, Hydrophobic Property)를 가지도록 각 유로를 형성시켜 구비할 수 있다.
그 이유는, 유로의 표면이 친수성일 경우에는, 유로의 표면이 상기 유체와 친화성을 가지므로 상기 각 유체가 각 유로를 이동할 때, 상기 각 유로의 표면 특성에 대한 저항을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 유체의 속도 및 이동성을 증가시킬 수 있기 때문이다.
한편, 유로의 표면이 소수성일 경우에는, 유로의 표면이 상기 유체와 친화성이 적으므로 상기 각 유체가 각 유로를 이동할 때, 상기 각 유로의 표면 특성에 대한 저항을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 유체의 속도 및 이동성을 감소시킬 수 있기 때문이다.
이하, 본 실시예에 따른 제어유체를 이용한 디지털 밸브 구동 방법의 과정을 설명한다.
본 실시예에 따른 제어유체를 이용한 디지털 밸브 구동 방법은 제어유체 위치를 조절하여 디지털 밸브를 선택적으로 구동시키는 방법이고, 이는 다음과 같이 시작된다.
본 실시예에 따른 제어유체를 이용한 디지털 밸브(1)는 제어유체 수용부(20)가 일체로 형성되거나 또는 두 개로 나뉘어 형성된 경우이고, 이 경우는 디지털 밸브(1) 또한 두 개가 구비된 것과 동일하고, 제어유체 수용부(20)에 주입하는 제어유체의 위치를 공압으로 조절하여 부분적으로 폐쇄시킬 수 있고, 유체 채널(30)을 선택적으로 개폐시킬 수 있다.
여기서, 하측 제어유체 수용부(20)를 폐쇄(Off)시키는 경우, 1/2 제어유체를 제어유체 유입부(21)를 통하여 제어유체 수용부(20)로 이동시키는데, 하측 유체 채널(30)을 제어하는 제어유체 수용부(20)를 제2 제어유체 수용부(20'')라 한다(S71).
그리고, 제어유체 유입부(21) 및 제어유체 배출부(23)를 폐쇄시켜 제어유체 수용부(20) 내의 제어유체가 이동하지 않도록 한다(S72).
이때, 유체가 일정한 압력으로 제2 유체 유입부(32b)로부터 주입되더라도, 제2 제어유체 수용부(20')의 제어유체로 인하여, 제2 제어유체 수용부(20'')를 관통하여 제2 유체 배출구(34b)로 이동할 수 없는 디지털 밸브 폐쇄 상태가 된다(S73).
또한, 상기 유체가 제어유체가 이동할 수 있는 압력보다 낮은 압력으로 주입 되도록 조절하는 것이 바람직하고, 이로써 유체는 하측의 유체 채널(30)을 완전히 통과할 수 없게 되고, 상측의 유체 채널(30)은 제어유체가 주입되지 않았으므로, 유체가 통과할 수 있게 된다(S74).
여기서, 제1 제어유체 수용부(20')를 폐쇄(Off)시키는 경우에는, 공기의 압력을 이용하여 주입하되, 제어유체 유입부(21)를 통하여 주입시키면(S75), 이에 따라 상기 제어유체는 제어유체 배출부(23) 측으로 이동하게 되는데, 유체 채널(30)의 상측에 형성된 제어유체 수용부(20)를 제1 제어유체 수용부(20')라 하면, 제1 제어유체 수용부(20')로 제어유체가 이동한다(S76)
이때, 제2 제어유체 수용부(20'')에는 제어유체가 존재하고 있는 상태이므로, 공압을 주게되면 제2 제어유체 수용부(20'')에 존재하는 제어유체는 제1 제어유체 수용부(20')로 이동하고, 주입된 공기로 인하여 제2 제어유체 수용부(20'')는 개방되게 된다.
그리고, 제어유체 유입부(21) 및 제어유체 배출부(23)를 폐쇄시켜 제1 제어유체 수용부(20') 및 제2 제어유체 수용부(20'') 내의 제어유체가 이동하지 않도록 한다(S77).
이때, 유체가 일정한 압력으로 제1 유체 유입부(32a) 및 제2 유체 유입부(32b)로부터 주입되는 경우, 제1 제어유체 수용부(20')의 제어유체로 인하여, 제1 제어유체 수용부(20')를 관통하지 못하여 제1 유체 배출구(34a)로 이동할 수 없는 디지털 밸브 폐쇄 상태가 되고, 이에 따라 제2 제어유체 수용부(20'')는 제어유체가 존재하지 않으므로 디지털 밸브 개방 상태가 된다(S78).
또한, 상기 유체가 제어유체가 이동할 수 있는 압력보다 낮은 압력으로 주입되도록 조절하는 것이 바람직하고, 이로써 유체는 상측의 유체 채널(30)을 통과할 수 없고, 하측의 유체 채널(30)은 통과할 수 있게 된다(S79).
한편, 상기 단계(S71)에서, 디지털 밸브(1)를 개방(On)시키는 경우에는, 제어유체를 제2 제어유체 수용부(20'')에서 제어유체 배출부(23)로 배출시키는데(S81), 이때 제2 제어유체 수용부(20'')는 제어유체 유입부(21)와 근접하므로 제어유체 유입부(21)로 배출시키는 것도 바람직하다.
그리고, 제어유체 유입부(21) 및 제어유체 배출부(23)를 폐쇄시켜 제어유체 수용부(20) 내로 제어유체가 이동되지 않도록 하는데, 이는 제어유체가 유입되는 경우, 이에 따라 제1 및 제2 제어유체 수용부(20', 20'')가 폐쇄될 수 있기 때문이다(S63).
이때, 유체가 일정한 압력으로 제2 유체 유입부(32b)로부터 주입되면, 제2 제어유체 수용부(20'')를 관통하여 제2 유체 배출구(34b)로 이동할 수 있는 디지털 밸브 개방 상태가 된다(S85).
또한, 상기 유체가 제어유체가 이동할 수 있는 압력보다 낮은 압력으로 주입되도록 조절하는 것이 바람직하고, 이로써 유체는 상, 하측의 유체 채널(30)을 완전히 통과할 수 있게 된다(S87).
더불어, 상기 단계(S79)에서 디지털 밸브(1)를 개방시키는 경우에도, 상기 단계(S81, S83, S85)을 반복한다.
도 14는 도 12의 디지털 밸브에 제어유체 미세채널을 추가한 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 12를 참조하여 설명한다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 제어유체를 이용한 디지털 밸브(1)는 상기 제어유체 수용부(20)로 관통되도록 형성되는 미세 유로이고, 상기 제어유체 유입부(21) 및 제어유체 배출부(23)와 평행하도록 형성되며, 상기 제어유체 유입부(21) 및 제어유체 배출부(23)의 폭 보다 작은 폭으로 형성되는 미세 유로인 제어유체 미세채널(25a, 25b)를 더 구비한다.
여기서, 도 12의 디지털 밸브(1)와 같이, 공압을 조절하여 상기 제어유체의 위치를 변경시키고, 이에 따라 디지털 밸브(1)를 선택적으로 개폐시키되, 공압을 주입시킬 때, 제어유체 유입부(21) 및 제어유체 배출부(23)가 아니라, 제어유체 미세채널(25a, 25b)을 통하여 주입시킬 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 다수개의 유체 채널을 구비한 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 제어유체를 이용한 디지털 밸브(2)는 도 1의 디지털 밸브(1)를 다수개 병렬로 연결시킨 형태로 구비가능하다.
여기서, 공압을 제어유체 유입부(21) 및 제어유체 배출부(23)로 주입하여, 디지털 밸브(1)의 개폐에 따라 조절한다.
이에 따라, 제어유체 및 공압의 주입만으로도 디지털 밸브(1)를 선택적으로 개폐시킬 수 있다.
도 16a 및 도 16b는 도 15의 디지털 밸브에 유체 유입 포트 및 유체 배출 포트를 구비한 디지털 밸브를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 제어유체를 이용한 디지털 밸브(2)는 다수개 병렬로 연결될 수 있으며, 다수개의 유체 유입부(31) 또는 다수개의 유체 배출부(33)를 통합적으로 연결할 수 있는 포트를 더 구비한다.
여기서, (a)와 같은 경우는, 상기 유체 유입부(31)를 통합하도록 연결하는 포트는 유체 유입 포트(40)이며, 이를 통하여 동일한 유체를 선택적으로 배출할 수 있도록 이루어지는데, 유체 배출부(33(1), 33(3))에서는 제어유체로 디지털 밸브(1)가 폐쇄된 상태이고, 유체 배출부(33(2))에서는 제어유체가 존재하지 않아 디지털 밸브(1)가 개방된 상태이므로, 유체 배출부(33(2))에서만 주입된 유체가 배출되게 된다.
또한, (b)와 같은 경우는, 상기 유체 배출부(33)를 통합하도록 연결하는 포트는 유체 배출 포트(50)이며, 이를 통하여 각기 다른 유체 또는 동일한 유체를 선택적으로 배출할 수 있도록 이루어지는데, 유체 배출부(33(1), 33(3))에서는 제어유체로 디지털 밸브(1)가 폐쇄된 상태이고, 유체 배출부(33(2))에서는 제어유체가 존재하지 않아 디지털 밸브(1)가 개방된 상태이므로, 유체 배출부(33(2))에서만 주입된 유체가 배출되게 된다.
더불어, 상기 (a)와 (b)를 구비하여 유체를 유입 및 배출시킬 수 있도록 이 루어지는 것도 바람직하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허 청구 범위내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 미세 채널을 선택적으로 개폐시켜 유체를 차단 및 통과시킬 수 있도록, 제어유체를 이용함으로써, 랩온어칩 상에서 외부 포트를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 랩온어칩에 집적률을 증가시켜 최소화된 크기로 형성시킬 수 있으며, 다수개의 밸브를 선택적으로 개폐시키는 방법이 용이하여 제조 공정이 단순해지고, 제어유체의 주입량 또는 위치를 변화시켜 다수개의 밸브를 용이하게 개폐시킬 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.

Claims (18)

  1. 랩온어칩에서 유체가 주입된 유체 유입부로부터 상기 유체가 이동 및 유체 배출구로 배출될 수 있는 미세 유로인 유체 채널;
    상기 유체 채널 간에 상기 유체의 이동을 제어할 수 있는 제어유체가 수용되도록 형성되어 유체 채널을 개폐할 수 있는 제어유체 수용부;
    상기 제어유체 수용부로 상기 제어유체를 주입하는 제어유체 주입부로부터 상기 제어유체가 이동 및 제어유체 배출구로 배출될 수 있는 제어유체 채널;
    을 포함하여 이루어지는 제어유체를 이용한 디지털 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유체의 이동성을 증가시키기 위하여 유체 채널의 표면 특성을 친수성으로 변경시키고, 상기 유체의 이동성을 감소시키기 위하여 유체 채널의 표면 특성을 소수성으로 변경시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 제어유체를 이용한 디지털 밸브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유체 채널의 폭을 증감시켜 상기 유체의 이동성을 증감시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 제어유체를 이용한 디지털 밸브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어유체 채널의 폭을 증감시켜 상기 제어유체의 이동성을 증감시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 제어유체를 이용한 디지털 밸브.
  5. 제1항에 있어서,
    제어유체가 균일한 형상을 유지할 수 있도록 상기 제어유체 수용부에 고정 부재를 포함하는 제어유체 고정부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어유체를 이용한 디지털 밸브.
  6. 제1항 내지 제5항에 있어서,
    상기 유체 채널 및 제어유체 수용부를 다수개 형성시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 제어유체를 이용한 디지털 밸브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어유체 수용부 내에서 제어유체의 위치를 변경시켜 다수개의 유체 채 널을 선택적으로 개폐시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 제어유체를 이용한 디지털 밸브.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어유체의 주입량을 변경시켜 다수개의 유체 채널을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 제어유체를 이용한 디지털 밸브.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제어유체 채널과 평행하도록 형성되되, 다수개의 제어유체 수용부에 공압을 주입하여 제어유체의 위치를 이동시킬 수 있는 유로인 제어유체 미세채널;
    을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 제어유체를 이용한 디지털 밸브.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어유체 미세채널의 폭은 상기 유체 채널 및 제어유체 채널의 폭 보다 작은 것을 특징으로 하는 제어유체를 이용한 디지털 밸브.
  11. 제6항에 있어서,
    동일 유체가 다수개의 유체 채널의 유체 유입부로 주입될 수 있도록 다수개의 유체 유입부로 연결된 통로인 유체 유입 포트;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어유체를 이용한 디지털 밸브.
  12. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    동일 유체가 다수개의 유체 채널의 유체 유입부로 주입될 수 있도록 다수개의 유체 유입부로 연결된 통로인 유체 유입 포트;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어유체를 이용한 디지털 밸브.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 제어유체로 개폐된 다수개의 유체 채널로부터 선택적으로 배출되는 유체를 통합시키도록 다수개의 유체 배출구로 연결된 통로인 유체 배출 포트;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어유체를 이용한 디지털 밸브.
  14. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어유체로 개폐된 다수개의 유체 채널로부터 선택적으로 배출되는 유체를 통합시키도록 다수개의 유체 배출구로 연결된 통로인 유체 배출 포트;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어유체를 이용한 디지털 밸브.
  15. 랩온어칩의 미세 유로인 유체 채널을 통하여 이동 및 배출되는 유체를 주입하는 제1 단계;
    상기 유체 채널의 유입부 및 배출구 간에 형성된 제어유체 수용부로 상기 유체의 이동을 제어할 수 있는 제어유체를 주입하여 상기 유체 채널을 폐쇄시키는 제2 단계;
    상기 제어유체가 이동 및 배출되는 제어유체 채널의 유입부 및 배출부를 폐쇄하는 제3 단계;
    를 포함하여 이루어지는 제어유체를 이용한 디지털 밸브 구동 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제3 단계에서,
    상기 유체 채널을 개방하기 위하여, 유체 채널의 배출부 또는 제어유체 채널의 유입부로 상기 제어유체를 배출시키는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어유체를 이용한 디지털 밸브 구동 방 법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제2 단계에서,
    상기 유체 채널이 다수개 형성된 경우, 다수개의 유체 채널을 선택적으로 개폐하기 위하여, 제어유체 수용부에 주입되는 제어유체의 양을 조절하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어유체를 이용한 디지털 밸브 구동 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제2 단계에서,
    상기 유체 채널이 다수개 형성된 경우, 다수개의 유체 채널을 선택적으로 개폐하기 위하여, 제어유체 수용부에 주입된 제어유체를 공압으로 이동시키는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어유체를 이용한 디지털 밸브 구동 방법.
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