KR20090085418A - Micro-flow chamber, device and method for micron-resolution particle image velocimetry - Google Patents

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Abstract

A micro-flow chamber, a device and a method for micro-resolution particle image velocimetry are provided to calculate the speed of the fluid rapidly and exactly by removing background noise in an image obtained from the light radiated from fluorescence trace particles. A micro-flow chamber(30) comprises a channel(32), a plurality of inlet ports(34,36,38), and a plurality of fluid suppliers(46,48,50). Fluid passes through the channel. The fluid is supplied at the front side of the channel through a plurality of the inlet ports. A plurality of fluid suppliers are connected to each inlet port and supplies the fluid. The fluid including fluorescence trace particles is supplied to a specific inlet port among a plurality of inlet ports. The location within the channel of the trace particle is controlled by controlling the flow rate of the fluid supplied to a plurality of inlet ports.

Description

마이크로 입자 영상 속도 측정을 위한 마이크로 유동 체임버와 장치 및 그 방법{Micro-Flow Chamber, Device and Method for Micron-Resolution Particle Image Velocimetry}Micro-flow Chamber, Device and Method for Micron-Resolution Particle Image Velocimetry}

본 발명은 마이크로 입자 영상 속도 측정을 위한 마이크로 유동 체임버와 장치 및 그 방법에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 형광 추적 입자가 특정 위치의 유체 유동에만 존재하도록 하고 형광 추적 입자로부터 발산된 빛으로부터 획득된 영상에서 배경 노이즈가 제거될 수 있도록 하여, 정확하고 빠른 유체 속도 산출이 가능하도록 하는 마이크로 유동 체임버와 입자 영상 속도 측정 장치 및 방법에 대한 것이다. The present invention relates to a micro flow chamber, an apparatus and a method for measuring micro particle image velocity. More specifically, the present invention allows the fluorescent tracer particles to be present only in the fluid flow at a specific position, and the background noise can be removed from the image obtained from the light emitted from the fluorescent tracer particles, so that accurate and fast fluid velocity calculation is possible. The present invention relates to a microfluidic chamber and an apparatus and method for measuring particle image velocity.

입자 영상 속도 측정법(PIV : Particle Image Velocimetry)은 비접촉식 유속 측정 기법으로서, 유체의 유동 속에 형광 추적 입자를 포함시키고 레이저를 유체에 조사하여 형광 추적 입자로부터 발산되는 입자 영상을 획득한 후 후처리 과정을 거쳐 유동의 속도장을 산출하는 방법이다. 일반적으로 PIV는 시간 t와 인접하는 시간 t+△t에 획득한 2차원 영상을 비교하여 시간 간격(△t) 동안의 형광 추적 입자의 변위를 획득함으로써 유동의 속도를 계산한다. Particle Image Velocimetry (PIV) is a non-contact flow velocity measurement technique that involves incorporating fluorescent tracer particles into a fluid stream and irradiating a laser to the fluid to obtain a particle image emitted from the fluorescent tracer particle and then postprocessing it. It is a method of calculating the velocity field of the flow. In general, PIV calculates the velocity of flow by comparing the two-dimensional image obtained at time t + Δt adjacent to time t and obtaining displacement of the fluorescent tracer particles during the time interval Δt.

최근에는 이러한 PIV 기법을 마이크로 스케일까지 사용하게 되었는데, 마이크로 입자 영상 속도 측정법(μPIV : Micron-resolution PIV)은 마이크로 스케일에서 유체 유동의 속도장을 측정하는 기법을 말한다. μPIV는 마이크로 유동을 연구함에 있어서 중요한 수단으로 사용되어 왔다. 대표적으로 세포 기질 유착(cell-substrate adhesion) 연구에 있어서 세포 주변의 유동 해석을 위하여 μPIV가 사용되어진다. 예컨대 미세혈관의 내벽에의 세포 유착은 염증 반응에서의 백혈구 및 전이 과정에서의 종양 세포의 분출에서 중요한 초기 과정 중의 하나인데, 세포에 작용하는 유체역학적 전단 응력(shear force)의 해석에 있어서 μPIV가 활용된다. 또한 최근에는 다양한 유동 환경에서의 세포의 변형 정도를 획득하고 혈관 내벽에 유착된 세포 주변의 국부 유체역학 환경을 측정하기 위하여 사이드-뷰 μPIV가 활용되고 있다. Recently, the PIV technique has been used up to micro scale, and micro particle-image velocity measurement (μPIV) is a technique for measuring the velocity field of a fluid flow at micro scale. μPIV has been used as an important means in studying microfluidics. Typically, in the study of cell-substrate adhesion, μPIV is used for flow analysis around cells. Cell adhesion to the inner wall of microvessels, for example, is one of the important early processes in the release of leukocytes in the inflammatory response and tumor cells in the metastasis process. In the interpretation of hydrodynamic shear forces acting on cells, Are utilized. Recently, side-view μPIV has been used to obtain the degree of deformation of cells in various flow environments and to measure the local hydrodynamic environment around cells adhered to the blood vessel inner wall.

사이드-뷰 μPIV는 z 방향의 유동 프로파일을 획득하기 위한 것으로서 종래의 PIV 기법이 유동 데이터를 획득하기 위하여 레이저를 하향 또는 상향 조사 방식(top down or bottom up ilumination)을 사용한 반면 사이드-뷰 μPIV는 사이드-뷰 유동 체임버(side-view flow chamber)를 이용하여 유동의 측면 영상을 획득함으로써 z 방향의 유동 프로파일을 얻는다. The side-view μPIV is for acquiring the flow profile in the z direction, while the conventional PIV technique uses a laser top down or bottom up illumination to obtain the flow data, while the side-view μPIV is used for the side view. A flow profile in the z direction is obtained by acquiring a side image of the flow using a side-view flow chamber.

도 1은 종래 입자 영상 속도 측정 장치의 일례를 도시한 도면으로서, 사이드 뷰 유동 체임버를 이용한 사이드 뷰 μPIV 장치를 예시하였다. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a conventional particle image velocity measuring apparatus, and illustrates a side view μPIV apparatus using a side view flow chamber.

종래 입자 영상 속도 측정 장치(10)는 레이저를 발생시키는 광원(12)과, 광원(12)으로부터의 레이저를 반사시키고 형광 추적 입자로부터 발산된 빛은 투과시 키는 다이크로닉 거울(dichronic mirror, 14)와, 다이크로닉 거울(14)로부터 반사된 레이저를 유체가 흐르는 체임버(18)로 반사시키는 반사 거울(16)과, 형광 추적 입자를 포함하는 유체가 흐르는 체임버(18)와, 레이저에 의해 여기된 형광 추적 입자로부터 발산된 빛에 따른 영상을 획득하는 영상 획득 장치(20)와, 영상 획득 장치(20)에서 획득된 영상을 처리하여 유체 유동의 속도장을 계산하는 연산 장치(22)를 포함한다. The conventional particle image velocity measuring apparatus 10 includes a light source 12 for generating a laser, a dichronic mirror that reflects the laser from the light source 12 and transmits light emitted from the fluorescent tracer particles. 14), a reflection mirror 16 for reflecting the laser reflected from the dichroic mirror 14 to the chamber 18 through which the fluid flows, a chamber 18 through which the fluid containing the fluorescent tracer particles flows, and a laser The image acquisition device 20 for acquiring an image according to the light emitted from the fluorescence tracking particles excited by the excitation, and the calculation device 22 for processing the image obtained by the image acquisition device 20 to calculate the velocity field of the fluid flow. It includes.

광원(12)은 Nd:YAG 레이저 시스템으로 이루어질 수 있으며, 도 1에는 도시되어 있지 아니하나 광원(12)으로부터 발생된 광 빔을 집속하기 위한 집속 렌즈가 포함될 수 있다. 다이크로닉 거울(14)은 특정 대역의 빛은 통과시키고 나머지는 반사하는 특성을 가진 거울으로서, 여기된 형광 추적 입자에서 발산된 빛은 투과시키고 광원(12)에서 발생된 레이저는 반사하는 기능을 수행한다. 반사 거울(16)은 다이크로닉 거울(14)에서 반사된 레이저를 체임버(18)의 측면으로 재반사하기 위한 것으로서, 만약 레이저를 체임버(18)의 하부면으로 조사하는 경우라면 반사 거울(16)을 구비할 필요없이 다이크로닉 거울(14)에서 반사된 레이저가 체임버(18)의 하부면으로 직접 조사되도록 하면 된다. The light source 12 may be formed of an Nd: YAG laser system, and although not shown in FIG. 1, a focusing lens for focusing the light beam generated from the light source 12 may be included. The dichroic mirror 14 is a mirror having a characteristic of passing a specific band of light and reflecting the rest, and transmits the light emitted from the excited fluorescence tracking particle and reflects the laser generated from the light source 12. To perform. The reflecting mirror 16 is for reflecting back the laser reflected from the dichroic mirror 14 to the side of the chamber 18. If the laser is irradiated to the lower surface of the chamber 18, the reflecting mirror 16 The laser beam reflected from the dichroic mirror 14 may be irradiated directly to the lower surface of the chamber 18 without having to provide a).

체임버(18)를 흐르는 유체는 액체 또는 기체 상태일 수 있으며, 유체에 포함되는 형광 추적 입자는 체임버(18) 내의 액체 또는 기체의 밀도와 동일하도록 함이 바람직하며, 지름은 1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 형광 추적 입자는 폴리스티렌(polystyrene)과 같은 물질로 만들어질 수 있으며, 형광 염료로 코팅되어야 하는데 Molecular Probes Inc.과 같은 회사에서 제조된 것을 구입할 수 있다. The fluid flowing through the chamber 18 may be in a liquid or gaseous state, and the fluorescent tracer particles contained in the fluid are preferably equal to the density of the liquid or gas in the chamber 18, and the diameter is preferably 1 μm or less. . Fluorescent tracing particles can be made of a material such as polystyrene and should be coated with a fluorescent dye, available from companies such as Molecular Probes Inc.

영상 획득 장치(20)는 CCD 칩 또는 CMOS 칩을 이용한 카메라인 것이 보통이다. 연산 장치(22)는 영상 획득 장치(20)에서 소정의 시간 간격을 두고 획득한 영상을 비교하여 유체의 속도장을 계산하는 기능을 수행한다. The image acquisition device 20 is usually a camera using a CCD chip or a CMOS chip. The computing device 22 performs a function of calculating the velocity field of the fluid by comparing the images acquired by the image acquisition device 20 at predetermined time intervals.

한편 도 1에 도시된 바에 따르면 반사 거울(16)에 의해 반사되어 체임버(18) 내로 조사되는 레이저는 소정의 초점 거리를 갖게 되어 초점 평면(focal plane, 19)에 존재하는 형광 추적 입자를 여기시킨다. 이에 따라 초점 평면의 위치를 변화시킴으로써 원하는 깊이에서의 유체의 속도장을 알 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 1, the laser reflected by the reflecting mirror 16 and irradiated into the chamber 18 has a predetermined focal length to excite the fluorescent tracer particles present in the focal plane 19. . The velocity field of the fluid at the desired depth can thus be known by changing the position of the focal plane.

그런데, 종래의 입자 영상 속도 측정 장치(10) 및 이를 이용한 입자 영상 속도 측정 방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 존재하였다. However, the following problems exist in the conventional particle image velocity measuring apparatus 10 and the particle image velocity measuring method using the same.

먼저, 도 1에서의 초점 평면(19)은 평면이라기보다는 소정의 두께, 즉 초점 심도(Depth of Focus)를 가진다. 즉 체임버(18) 내에서 특정 깊이에 있는 형광 추적 입자만 여기되는 것이 아니라 특정 깊이보다 얕거나 또는 깊은 위치의 형광 추적 입자까지 여기된다. 이에 따라 종래의 μPIV 기법에 있어서는 측정하고자 하는 정확한 위치에서의 유체 속도를 측정할 수 없다는 단점이 존재하였다. First, the focal plane 19 in FIG. 1 has a predetermined thickness, that is, a depth of focus, rather than a plane. That is, not only the fluorescent tracer particles at a specific depth in the chamber 18 are excited but also the fluorescent tracer particles at a position shallower or deeper than the specific depth. Accordingly, there is a disadvantage in that the conventional μPIV technique cannot measure the fluid velocity at the exact position to be measured.

또한, 종래의 μPIV 기법에 있어서는 획득된 영상에 무시할 수 없는 배경 노이즈가 포함되어 정확한 속도장 계산이 곤란하다는 문제점이 있었다. 이러한 배경 노이즈는 레이저가 조사되는 초점 심도 범위의 형광 추적 입자 이외의 다른 형광 추적 입자들도 조사된 레이저에 영향을 받아 어느 정도의 빛을 발산하기 때문에 발생한다. 이를 보정하기 위해서는 획득된 영상에서 배경 노이즈를 효과적으로 제거 할 수 있는 소프트웨어의 개발이 필요하며, 그러한 소프트웨어의 개발이 이루어진 경우에도 연산 시간이 많이 소요된다는 문제점이 여전히 존재하였다. In addition, in the conventional μPIV technique, there is a problem in that accurate velocity field calculation is difficult because the acquired image includes a background noise that cannot be ignored. This background noise occurs because other fluorescent tracking particles other than the fluorescent tracking particles in the depth of focus range to which the laser is irradiated emit light to some extent by being affected by the irradiated laser. In order to correct this problem, it is necessary to develop software that can effectively remove background noise from the acquired image, and even when such software is developed, a lot of computational time still exists.

이에 따라 개별적인 각각의 문제점의 존재로 인해 최종적인 결과치는 실제 상황과 부합되지 않을 수 있는 문제점이 커지게 되어 마이크로 환경에서의 유체 역학 해석의 무결성을 보장하기 어려웠다.As a result, the existence of each individual problem increases the problem that the final result may be inconsistent with the actual situation, making it difficult to guarantee the integrity of the fluid dynamic analysis in the micro environment.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 형광 추적 입자가 특정 위치의 유체 유동에만 존재하도록 하는 마이크로 유동 체임버를 제공함을 목적으로 한다. In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a micro flow chamber in which the fluorescent tracer particles exist only in the fluid flow at a specific position.

또한 본 발명은 상기와 같은 마이크로 유동 체임버를 구비한 마이크로 입자 영상 속도 측정 장치를 제공함으로써 레이저를 조사하여 형광 추적 입자로부터 발산된 빛으로부터 획득된 영상에서 배경 노이즈를 제거하여 보다 정확하고 빠르게 유체의 속도를 산출할 수 있도록 하는 마이크로 유체 입자 영상 속도 측정 장치와 그 방법을 제공함을 목적으로 한다. In another aspect, the present invention provides a micro-particle image velocity measuring device having a micro flow chamber as described above to remove the background noise from the image obtained from the light emitted from the fluorescent tracer particles by irradiating a laser to more accurately and quickly An object of the present invention is to provide a microfluidic particle image velocity measuring device and a method thereof, which can calculate.

본 발명은 마이크로 입자 영상 속도 측정을 위한 마이크로 유동 체임버에 있어서, 유체가 통과하는 채널; 상기 채널에 상기 유체를 공급하는 복수의 유입구; 및 상기 복수의 유입구 각각에 연결되어 상기 유체를 공급하는 복수의 유체 공급부를 포함하고, 상기 복수의 유입구 중 특정 유입구에만 형광 추적 입자가 포함된 유체를 공급하며 상기 복수의 유입구에 공급되는 유체의 유량을 제어함으로써 상기 형광 추적 입자의 상기 채널 내에서의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로 유동 체임버를 제공한다. The present invention provides a micro flow chamber for measuring microparticle image velocity, comprising: a channel through which a fluid passes; A plurality of inlets for supplying the fluid to the channel; And a plurality of fluid supply parts connected to each of the plurality of inlets for supplying the fluid, and supplying a fluid including fluorescent tracer particles only to a specific inlet of the plurality of inlets and supplying the fluid to the plurality of inlets. And controlling the position of the fluorescence tracer in the channel.

바람직하게는 상기 복수의 유입구는 상기 채널의 입구에 횡방향 또는 종방향 중 어느 하나로 배열된다. Preferably the plurality of inlets are arranged either transversely or longitudinally at the inlet of the channel.

또한, 상기 복수의 유입구는 제 1 유입구, 제 2 유입구 및 제 3 유입구로 이루어지며, 상기 복수의 유체 공급부는 상기 제 1 유입구에 연결된 제 1 유체 공급부, 상기 제 2 유입구에 연결된 제 2 유체 공급부, 및 상기 제 3 유입구에 연결된 제 3 유체 공급부로 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 제 2 유입구에만 상기 형광 추적 입자가 포함된 유체가 공급되는 것이 바람직하다. The plurality of inlets may include a first inlet, a second inlet, and a third inlet, wherein the plurality of fluid supply units include a first fluid supply unit connected to the first inlet port, a second fluid supply unit connected to the second inlet port, And a third fluid supply connected to the third inlet. At this time, the fluid containing the fluorescent tracer particles is preferably supplied only to the second inlet.

한편, 상기 복수의 유입구는 m×n 어레이 형태로 배열된 것일 수 있다. Meanwhile, the plurality of inlets may be arranged in an m × n array.

또한 본 발명은, 마이크로 입자 영상 속도 측정 장치에 있어서, 레이저를 발생시키는 광원과, 상기 광원으로부터 생성된 광 빔은 반사시키고 유체에 포함된 형광 추적 입자로부터 발산된 빛은 투과시키는 다이크로닉 거울과, 상기 형광 추적 입자로부터 발산된 빛에 따른 영상을 획득하는 영상 획득 장치를 포함하되, 상기 유체가 공급되고 유동하는 체임버로서 상술한 바와 같은 마이크로 유동 체임버를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 입자 영상 속도 측정 장치를 제공한다. In another aspect, the present invention provides a microparticle image velocity measuring apparatus comprising: a light source for generating a laser, a dichroic mirror for reflecting a light beam generated from the light source, and transmitting light emitted from a fluorescent tracer particle contained in a fluid; And an image acquisition device for acquiring an image according to the light emitted from the fluorescence tracking particle, and further comprising a microfluidic chamber as described above as the chamber through which the fluid is supplied and flowed. Provide a speed measuring device.

마이크로 입자 영상 속도 장치는 상기 영상 획득 장치로부터 획득된 영상을 바탕으로 상기 유체의 속도를 산출하는 연산 장치를 추가로 포함할 수 있다. The microparticle image velocity device may further include a computing device that calculates the velocity of the fluid based on the image obtained from the image acquisition device.

또한 본 발명은 마이크로 입자 영상 속도 측정 방법에 있어서, (a) 복수의 유입구와 상기 복수의 유입구 각각으로 유체를 공급하는 복수의 유체 공급부를 구비한 마이크로 유동 체임버를 포함하는 마이크로 입자 영상 속도 측정 장치를 세팅하는 단계; (b) 상기 복수의 유입구로 공급되는 유체 중 형광 추적 입자가 포함된 유체의 유량과 형광 추적 입자가 포함되지 않은 유체의 유량을 조정하고 레이저가 조사되는 초점 평면을 조정하는 단계; 및 (c) 상기 마이크로 유동 체임버에 레이저를 조사하여 상기 형광 추적 입자로부터 발산된 빛에 의한 영상을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 입자 영상 속도 측정 방법을 제공한다. In another aspect of the present invention, there is provided a method for measuring a microparticle image velocity, comprising: (a) a microparticle image velocity measuring device including a plurality of inlets and a plurality of fluid supply units supplying a fluid to each of the plurality of inlets. Setting; (b) adjusting the flow rate of the fluid containing the fluorescent tracer particles and the flow rate of the fluid not containing the fluorescent tracer particles among the fluids supplied to the plurality of inlets, and adjusting the focal plane to which the laser is irradiated; And (c) irradiating a laser to the microfluidic chamber to obtain an image by light emitted from the fluorescence tracer particles.

상기 마이크로 입자 영상 속도 측정 방법은, (d) 상기 (c)단계에서 획득된 영상을 바탕으로 상기 유체의 속도를 산출하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. The microparticle image velocity measurement method may further include (d) calculating a velocity of the fluid based on the image obtained in the step (c).

바람직하게는 상기 (a) 단계에서 세팅되는 상기 마이크로 유동 체임버의 상기 복수의 유입구는 제 1 유입구, 제 2 유입구 및 제 3 유입구로 이루어지고, 상기 복수의 유체 공급부는 제 1 유체 공급부, 제 2 유체 공급부 및 제 3 유체 공급부로 이루어진 것을 특징으로 한다. Preferably the plurality of inlets of the micro flow chamber set in the step (a) comprises a first inlet, a second inlet and a third inlet, the plurality of fluid supply is a first fluid supply, a second fluid And a supply part and a third fluid supply part.

또한, 상기 (b) 단계에 있어서 상기 제 2 유체 공급부는 상기 형광 추적 입자가 포함된 유체를 상기 제 2 유체 공급부로 공급하고, 상기 제 1 유체 공급부 및 상기 제 3 유체 공급부는 상기 형광 추적 입자가 포함되지 않은 유체를 상기 제 1 유체 공급부 및 상기 제 3 유체 공급부로 각각 공급하는 것을 특징으로 한다. In addition, in the step (b), the second fluid supply unit supplies the fluid including the fluorescent tracer particles to the second fluid supply unit, and the first fluid supply unit and the third fluid supply unit supply the fluorescent tracer particles. The fluid not included is supplied to the first fluid supply and the third fluid supply, respectively.

본 발명에 의하면, 형광 추적 입자가 채널 내에서 측정하고자 하는 유동 영역에만 위치하도록 함으로써 측정하고자 하는 위치에서의 유체 속도를 정확하게 산출할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, it is possible to accurately calculate the fluid velocity at the position to be measured by positioning the fluorescent tracer particles only in the flow region to be measured in the channel.

또한 본 발명에 의하면 영상 획득 장치에서 획득된 영상에 배경 노이즈가 포함되지 않음에 따라 적은 수의 영상으로도 정확한 속도 산출이 가능하며, 빠른 계산이 가능한 효과가 있다. In addition, according to the present invention, since the background noise is not included in the image acquired by the image capturing apparatus, accurate speed can be calculated even with a small number of images, and fast calculation is possible.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are assigned to the same components as much as possible, even if shown on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the following will describe a preferred embodiment of the present invention, but the technical idea of the present invention is not limited thereto and may be variously modified and modified by those skilled in the art.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 입자 영상 속도 측정을 위한 마이크로 유동 체임버의 구성도이다. 2 is a block diagram of a micro flow chamber for measuring microparticle image velocity according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 마이크로 유동 체임버(30)는 유체가 통과하는 채널(32)과, 상기 채널(32)의 유입구를 형성하는 제 1 유입구(34), 제 2 유입구(36), 및 제 3 유입구(38)를 포함한다. 여기에서, 제 2 유입구(36)는 제 1 유입구(34)와 제 3 유입구(38)의 사이에 위치한다. 즉, 제 1 유입구(34), 제 2 유입구(36), 및 제 3 유입구(38)를 횡방향으로 배치할 경우 제 1 유입구(34)가 좌측에 위치한다면 제 3 유입구(38)는 우측에 위치하고 그 사이에 제 2 유입구(36)가 위치한다. 물론, 제 1 유입구(34), 제 2 유입구(36), 및 제 3 유입구(38)를 상하로 배치할 경우에는 제 1 유입구(34)는 하부에, 제 2 유입구(36)는 중앙에, 제 3 유입구(38)는 상부에 위치한다.The micro flow chamber 30 according to the present invention includes a channel 32 through which a fluid passes, a first inlet 34, a second inlet 36, and a third inlet forming an inlet of the channel 32. 38). Here, the second inlet 36 is located between the first inlet 34 and the third inlet 38. That is, when the first inlet 34, the second inlet 36, and the third inlet 38 are disposed in the transverse direction, the third inlet 38 is located on the right side if the first inlet 34 is located on the left side. And a second inlet 36 is located therebetween. Of course, when the first inlet 34, the second inlet 36, and the third inlet 38 are disposed up and down, the first inlet 34 is at the bottom, the second inlet 36 is at the center, The third inlet 38 is located at the top.

설명의 편의를 위하여 도 2에 있어서 채널(32)은 평면도로 도시하였으며, 채널(32)의 양측에는 측벽(31a, 31b)이 형성된다. 따라서 도 2를 기준으로 할 때, 사이드 뷰 방식의 μPIV에 있어서는 측벽(31a, 31b)의 외측에서 레이저가 조사되며, 하향 또는 상향 조사 방식(탑 다운 또는 바텀 업 뷰)의 μPIV에 있어서는 지면(紙面)의 상부 또는 하부에서 레이저가 조사된다. For convenience of description, the channel 32 is shown in plan view in FIG. 2, and sidewalls 31a and 31b are formed at both sides of the channel 32. Therefore, when referring to FIG. 2, the laser is irradiated from the side walls 31a and 31b in the side view type μPIV, and the ground is shown in the μPIV in the downward or upward irradiation type (top down or bottom up view). The laser is irradiated from above or below.

제 1 유입구(34)는 제 1 공급도관(40)을 통해 제 1 유체 공급부(46)와 연결되고, 제 2 유입구(36)는 제 2 공급도관(42)을 통해 제 2 유체 공급부(48)와 연결되며, 제 3 유입구(38)는 제 3 공급도관(44)을 통해 제 3 유체 공급부(50)와 연결된다. The first inlet 34 is connected to the first fluid supply 46 via the first supply conduit 40, and the second inlet 36 is connected to the second fluid supply 48 via the second supply conduit 42. The third inlet 38 is connected to the third fluid supply unit 50 through the third supply conduit 44.

여기서 유체 공급부들(46, 48, 50)은 정확한 유체 공급을 위하여 정량 펌프를 사용할 수 있다. 정량 펌프로는 피스톤 펌프, 연동 펌프, 시린지 펌프 등을 사용할 수 있다. The fluid supplies 46, 48, 50 may use a metering pump for accurate fluid supply. As a metering pump, a piston pump, a peristaltic pump, a syringe pump, etc. can be used.

본 발명에 있어서 유속을 측정하고자 하는 위치는 상기 유체 공급부들(46, 48, 50)로부터 공급되는 유량으로 조절하게 된다. 이를 설명하면 다음과 같다. In the present invention, the position at which the flow rate is to be measured is controlled by the flow rates supplied from the fluid supply parts 46, 48, and 50. This is described as follows.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 입자 영상 속도 측정을 위한 마이크로 유동 체임버에 있어서 채널 내에서 형광 추적 입자의 위치를 제어하는 구성을 도시한 도면이다. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of controlling the position of a fluorescent tracer particle in a channel in a microfluidic chamber for measuring microparticle image velocity according to an exemplary embodiment of the present invention.

제 2 유입구(36)에는 형광 추적 입자(52)가 포함된 유체를 공급하고, 제 1 유입구(34)와 제 3 유입구(38)에는 형광 추적 입자(52)가 포함되지 않는 유체를 공급한다. 본 실시예에 있어서 레이저에 의해 여기되어 빛을 발산하는 입자로서 형광 추적 입자(52)를 예를 들었으나 본 발명의 실시에 있어서 형광 추적 입자 외에 레이저 조사에 반응하는 다양한 추적 입자가 사용될 수 있음은 물론이다. The second inlet 36 supplies a fluid containing the fluorescent tracer 52, and the first inlet 34 and the third inlet 38 supply a fluid that does not include the fluorescent tracer 52. In the present embodiment, the fluorescent tracer 52 is exemplified as the particle excited by the laser to emit light, but in the practice of the present invention, various tracer particles that respond to laser irradiation may be used in addition to the fluorescent tracer. Of course.

채널(32)의 폭을 Tc, 제 1 유입구(34)를 통해 공급되는 유체의 유량을 Q1, 제 2 유입구(36)를 통해 공급되는 유체의 유량을 Q2, 제 3 유입구(38)를 통해 공급되는 유체의 유량을 Q3라 하고, 전체 공급 유량을 Qtotal(=Q1+Q2+Q3)라 하자. 유체의 공급 후 정상 상태에 도달하면, 각각의 유입구(34, 36, 38)를 통해 공급된 유체는 채널(32) 내에서 일정한 위치를 차지하며 흐르게 된다. The width of the channel 32 is T c , the flow rate of the fluid supplied through the first inlet 34, Q 1 , and the flow rate of the fluid supplied through the second inlet 36, Q 2 , and the third inlet 38. Let Q 3 be the flow rate of the fluid supplied through and Q total (= Q 1 + Q 2 + Q 3 ). When the steady state is reached after the supply of the fluid, the fluid supplied through each of the inlets 34, 36, 38 flows in a certain position in the channel 32.

이 때, 제 2 유입구(34)를 통해 공급되는 형광 추적 입자(52)가 포함된 유체가 채널(32) 내에서 형성하는 두께(Tp)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. In this case, the thickness T p formed in the channel 32 by the fluid including the fluorescent tracer particles 52 supplied through the second inlet 34 may be expressed by Equation 1 below.

Figure 112008009136876-PAT00001
Figure 112008009136876-PAT00001

형광 추적 입자(52)가 포함된 유체의 채널 내에서의 위치(T1)는 제 1 유입구(34)를 통해 공급되는 유체의 유량(Q1)에 의해 결정되므로, T1은 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. Since the position T 1 in the channel of the fluid containing the fluorescent tracer 52 is determined by the flow rate Q 1 of the fluid supplied through the first inlet 34, T 1 is It can be represented as 2.

Figure 112008009136876-PAT00002
Figure 112008009136876-PAT00002

일례로서, Tc = 1200㎛, Qtotal=40㎕/min일 때, Q2=0.2㎕로 하면 수학식 1에 의해 Tp는 6㎛가 되고, 형광 추적 입자(52)가 포함된 유체의 채널(32) 내에서의 위치의 조정은 다음의 표 1과 같이 이루어질 수 있다. As an example, when T c = 1200 μm and Q total = 40 μl / min, Q 2 = 0.2 μl, T p becomes 6 μm according to Equation 1, and the liquid containing the fluorescent tracer 52 The adjustment of the position in the channel 32 can be made as shown in Table 1 below.

형광 추적 입자의 벽으로부터의 위치 (㎛)Position from wall of fluorescence tracer particle (μm) 유량(㎕/min)Flow rate (μl / min) 제1유입구Inlet 1 제2유입구2nd inlet 제3유입구Inlet 3 5050 1.571.57 0.20.2 38.2338.23 100100 3.233.23 0.20.2 36.5736.57 150150 4.854.85 0.20.2 34.9534.95 300300 9.99.9 0.20.2 29.929.9 600600 19.919.9 0.20.2 19.919.9

그런데 본 발명에 있어서 채널(32)의 전단에 다수의 유입구(34, 36, 38)를 구비하는 것이 유체의 유동에 영향을 주는지 의문이 들 수 있으나, 실험 결과 다수의 유입구(34, 36, 38)가 유체의 유동 프로파일의 층류성(laminarity)에 영향을 주지 않을 뿐만 아니라 종래 방식보다 우수함을 확인할 수 있었다. 이를 설명하면 다음과 같다.However, in the present invention, it may be questioned whether having a plurality of inlets 34, 36, 38 at the front end of the channel 32 affects the flow of the fluid. ) Did not affect the laminarity of the flow profile of the fluid as well as was superior to the conventional method. This is described as follows.

실험에 있어서 마이크로 유동 체임버(30)의 채널(32)의 폭은 1200㎛이고 깊이는 69㎛로 하고, 제 1 유입구(34)와 제 3 유입구(38)에는 이중 증류된 증류수를 공급하고 제 2 유입구(36)에는 형광 추적 입자를 포함하는 증류수를 공급하였다. 그리고, 그 유량은 표 1과 같이 제어하였다. 실험 결과의 확인을 위하여 Comsol Versions 3.3 소프트웨어를 이용한 CFD(Computational Fluid Dynamics) 결과와 대비하였다. In the experiment, the width of the channel 32 of the microfluidic chamber 30 is 1200 µm and the depth is 69 µm, and the first inlet 34 and the third inlet 38 are supplied with double distilled distilled water and the second is Inlet 36 was supplied with distilled water containing fluorescent tracer particles. The flow rate was controlled as shown in Table 1. To confirm the experimental results, the results were compared with CFD (Computational Fluid Dynamics) results using Comsol Versions 3.3 software.

도 4는 채널의 중앙부에서의 탑 다운 뷰 속도 프로파일에 대해 종래 방식에 따른 CFD 시뮬레이션 결과치와 본 발명에 따른 실험 결과치를 비교하여 도시한 도면이다. FIG. 4 is a diagram comparing the CFD simulation results according to the conventional method and the experimental results according to the present invention with respect to the top down view velocity profile at the center of the channel.

도 4를 참조하면, 채널(32)의 중앙부(400 - 800㎛)에서 종래 μPIV에 따른 탑 다운 조사 방식에 의해 획득한 유동의 CFD 속도 프로파일과 본 발명에 따른 실험 결과치는 서로 일치함을 알 수 있다. 이것은 본 발명에서와 같이 다수의 유입구(34, 36, 38)를 구비하더라도 유체 유동의 층류성에 영향을 미치지 않음을 나타내는 것이다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the CFD velocity profile of the flow obtained by the top-down irradiation method according to the conventional μPIV and the experimental result according to the present invention coincide with each other in the central portion (400-800 μm) of the channel 32. have. This indicates that having multiple inlets 34, 36, 38 as in the present invention does not affect the laminar flow of the fluid flow.

도 5a 내지 도 5e는 채널의 벽으로부터의 거리에 따른 사이드 뷰 속도 프로파일에 대해 본 발명에 따른 실험 결과치와 종래 방식에 따른 CFD(Comsol) 시뮬레이션 결과치를 비교하여 도시한 도면이다. 5A to 5E are graphs showing the experimental results according to the present invention and the CFD (Comsol) simulation results according to the conventional method with respect to the side view velocity profile according to the distance from the wall of the channel.

도 5a 내지 도 5e를 참조하면, 채널(32)의 벽 근처(50㎛) 내지 중앙(600㎛)에서의 본 발명에 따른 실험 결과치가 종래 방식에 따른 CDF 시뮬레이션 결과치와 일치함을 나타낸다.5A-5E, the experimental results according to the present invention near the wall (50 μm) to the center (600 μm) of the channel 32 are consistent with the CDF simulation results according to the conventional method.

본 발명에 따르면, 형광 추적 입자가 포함된 유체의 유동은 형광 추적 입자가 포함되지 않은 양 측의 유체 유동 사이에 위치하고, 유체의 유량을 조절함으로써 형광 추적 입자가 포함된 유체의 두께를 조절할 수 있다. 표 1에서와 같은 경우 형광 추적 입자가 포함된 유체의 두께는 6㎛인데, 유체에 조사되는 레이저의 초점 심도(Depth of Focus)가 10㎛인 경우에 모든 형광 추적 입자는 레이저에 의해 여기될 수 있게 된다. 이에 따라 모든 형광 추적 입자가 영상 획득을 위해 사용될 수 있게 된다. According to the present invention, the flow of the fluid containing the fluorescent tracer particles is located between the fluid flows on both sides not containing the fluorescent tracer particles, and the thickness of the fluid containing the fluorescent tracer particles can be controlled by adjusting the flow rate of the fluid. . In the case of Table 1, the thickness of the fluid containing the fluorescent tracer particles is 6 μm. When the depth of focus of the laser irradiated to the fluid is 10 μm, all the fluorescent tracer particles may be excited by the laser. Will be. This allows all fluorescence tracking particles to be used for image acquisition.

또한 종래의 방식에 따르면 측정하고자 하는 위치 밖에 있는 다른 형광 추적 입자로 인하여 획득된 영상에 배경 노이즈가 필연적으로 포함되는데 비하여, 본 발명에 있어서는 측정하고자 하는 위치 외에는 형광 추적 입자가 존재하지 않음으로 인해 배경 노이즈를 제거할 수 있다.In addition, according to the conventional method, the background noise is inevitably included in the image obtained by other fluorescence tracking particles outside the position to be measured, whereas in the present invention, the background due to the absence of fluorescence tracking particles other than the position to be measured is present. Noise can be removed.

도 6은 종래 방식에 따른 μPIV에 의해 획득된 영상(a)과 본 발명에 따른 μPIV에 의해 획득된 영상(b)을 도시한다.6 shows an image (a) obtained by μPIV according to the conventional method and an image (b) obtained by μPIV according to the present invention.

도 6에 따르면 종래 방식에 의한 경우에는 형광 추적 입자가 채널 내에 전체적으로 존재하므로 다수의 배경 노이즈가 영상 내에 존재하는 반면에, 본 발명에 의한 경우에는 형광 추적 입자가 관심있는 영역 내에만 존재하게 되므로 배경 노이즈를 제거할 수 있음을 알 수 있다. According to FIG. 6, in the conventional method, since the fluorescent tracer particles are entirely present in the channel, a large number of background noises exist in the image, whereas in the case of the present invention, the fluorescent tracer particles exist only in the region of interest. It can be seen that the noise can be removed.

이에 따라 본 발명에 있어서는 종래 방식처럼 획득된 영상에서 노이즈를 제거하기 위한 처리를 추가로 하지 않아도 되며, 노이즈의 존재로 인한 오류를 줄임으로써 보다 정확한 결과를 얻을 수 있다. Accordingly, in the present invention, it is not necessary to add a process for removing noise from the obtained image as in the conventional method, and more accurate results can be obtained by reducing an error due to the presence of noise.

이러한 결과는 다음의 또 다른 결과를 보면 더욱 정확히 확인할 수 있다. These results can be confirmed more accurately by following another result.

도 7은 본 발명에 따른 μPIV, 종래 방식에 따른 μPIV, 및 CFD 시뮬레이션를 이용하여 획득된 사이드 뷰 속도 프로파일을 비교하여 도시한 도면이다. FIG. 7 shows a comparison of side view velocity profiles obtained using μPIV according to the present invention, μPIV according to the conventional scheme, and CFD simulation.

도 7에 따르면 본 발명에 의한 경우와 CFD 시뮬레이션 결과는 상호 일치하나, 종래 방식에 의한 경우에는 오차가 존재함을 확인할 수 있다. According to FIG. 7, the CFD simulation result and the present invention coincide with each other, but in the case of the conventional method, an error exists.

더불어 본 발명에 있어서는 적은 숫자의 영상만으로도 충분한 결과를 도출할 수 있는데 이는 도 8에 도시된 바와 같다. In addition, in the present invention, only a small number of images can produce sufficient results, as shown in FIG. 8.

도 8은 본 발명에 따른 μPIV에 의해 획득된 영상의 숫자를 변경하며 산출한 사이드 뷰 속도 프로파일을 도시한 도면이다. 8 is a diagram illustrating a side view velocity profile calculated by changing the number of images acquired by μPIV according to the present invention.

도 8을 참조하면, 획득된 영상을 10 장 이용한 경우, 50 장 이용한 경우 및 100장을 이용한 경우의 산출된 속도 프로파일이 거의 일치함을 알 수 있다. 10 장을 이용한 경우의 결과를 100장을 이용한 경우의 결과와 비교하면 그 오차가 속도 프로파일의 전 범위에 걸쳐서 최대 4% 미만임을 확인할 수 있었다. 종래의 PIV 방식을 이용할 경우 비교적 정확한 속도 프로파일을 획득하기 위해서는 통상적으로 500 내지 700 장의 영상이 필요함에 비하여 본 발명을 적용한 경우에는 상당히 적은 숫자의 영상만으로도 동일한 결과를 산출할 수 있는 효과가 있음을 알 수 있다. Referring to FIG. 8, it can be seen that the calculated velocity profiles of using 10 acquired images, using 50 images, and using 100 images are almost identical. Comparing the results using 10 sheets with the results using 100 sheets, it was confirmed that the error was less than 4% over the entire range of the velocity profile. In the case of using the conventional PIV method, 500 to 700 images are generally required to obtain a relatively accurate velocity profile. However, when the present invention is applied, the same result can be obtained with only a small number of images. Can be.

이상의 설명에 있어서, 마이크로 유동 체임버(30)의 채널(32) 전단에는 3 개의 유입구(34, 36, 38)를 구비하고 중앙의 제 2 유입구(36)에만 형광 추적 입자를 포함시키는 것으로 예시하였다. 그러나, 본 발명의 실시에 있어서는 유입구의 숫자는 필요에 따라 증감할 수 있음은 물론이다. 만약 2개의 유입구만을 구비하는 경우라면 둘 중 어느 하나의 유입구에만 형광 추적 입자를 포함시킨 유체를 공급함으로써 형광 추적 입자가 채널(32)의 측벽들(31a, 31b) 중 어느 한쪽에만 위치하도록 할 수 있다. 또한, 4개 이상의 유입구를 구비하는 경우라면 특정 유입구에만 형광 추적 입자를 포함시킨 유체를 공급하고 유량을 조절함으로써 채널(32)의 특정 위치에만 형광 추적 입자가 포함된 유체가 흐르도록 조정할 수도 있다.  In the above description, three inlets 34, 36, 38 are provided in front of the channel 32 of the micro flow chamber 30, and the fluorescent tracer particles are included only in the central second inlet 36. However, in the practice of the present invention, the number of inlets can be increased or decreased as necessary. If only two inlets are provided, the fluid containing the fluorescent tracer particles may be supplied to only one of the inlets so that the fluorescent tracer particles may be positioned on only one of the sidewalls 31a and 31b of the channel 32. have. In addition, in the case of having four or more inlets, the fluid containing the fluorescent tracer particles may be supplied to only a specific inlet and the flow rate may be adjusted so that the fluid containing the fluorescent tracer particles flows only at a specific position of the channel 32.

본 발명에 따른 마이크로 유동 체임버를 구비한 마이크로 유체 속도 측정 장치를 이용하여 유체의 유동에 따른 속도를 측정하는 방법을 설명하면 다음과 같다. Referring to the method for measuring the velocity according to the flow of the fluid using a microfluidic velocity measuring device having a microfluidic chamber according to the present invention.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 유체 속도 측정 방법을 도시한 순서도이다.9 is a flowchart illustrating a microfluidic velocity measuring method according to a preferred embodiment of the present invention.

먼저 복수의 유입구를 구비한 마이크로 유동 체임버(30)를 구비한 마이크로 유체 속도 장치를 세팅한다(S60). 여기서 마이크로 유체 속도 장치는 광원(12)과, 다이크로닉 거울(14)과, 영상 획득 장치(20)와 연산 장치(22)를 포함한다. 그리고, 필요에 따라 다이크로닉 거울(14)에서 반사되는 레이저를 재차 반사하기 위한 반사 거울(16)을 추가로 포함할 수 있다. First, a microfluidic velocity device having a micro flow chamber 30 having a plurality of inlets is set (S60). The microfluidic velocity device here includes a light source 12, a dichroic mirror 14, an image acquisition device 20 and an arithmetic device 22. And, if necessary, it may further include a reflecting mirror 16 for reflecting the laser reflected from the dichroic mirror 14 again.

다음으로 속도 측정 위치에 따라 유입구를 통해 공급되는 유량을 조정하고 레이저가 조사되는 초점 평면을 조정한다(S62). 도 2에 도시된 바와 같은 마이크로 유동 체임버(30)를 구비하는 경우 중앙의 제 2 유입구(36)를 통해 형광 추적 입자가 포함된 유체가 공급하도록 할 때 각 유입구(34, 36, 38)를 통해 공급되는 유량을 제어함으로써 형광 추적 입자를 포함한 유체가 채널(32) 내에서 흐르는 위치를 조정할 수 있다. 또한 이 위치에 따라 레이저가 조사되는 초점 평면(19)를 조정하여 레이저의 초점 평면(19)이 형광 추적 입자를 포함한 유체가 흐르는 위치와 일치하도록 한다. Next, the flow rate supplied through the inlet is adjusted according to the velocity measurement position, and the focal plane to which the laser is irradiated is adjusted (S62). In the case of having the micro flow chamber 30 as shown in FIG. 2, the fluid including the fluorescent tracer particles is supplied through the inlets 34, 36, and 38 when the fluid containing the fluorescent tracer particles is supplied through the central inlet 36. By controlling the flow rate to be supplied, it is possible to adjust the position at which the fluid including the fluorescent tracer particles flows in the channel 32. The position also adjusts the focal plane 19 to which the laser is irradiated so that the focal plane 19 of the laser coincides with the position at which the fluid containing the fluorescent tracer particles flows.

유체의 흐름이 정상 상태에 도달한 후, 레이저를 마이크로 유동 체임버(30)에 조사하고, 형광 추적 입자로부터 발산된 빛에 의한 영상을 영상 획득 장치(20)를 이용하여 획득한다(S64). After the flow of the fluid reaches the steady state, the laser is irradiated to the micro flow chamber 30, and the image by the light emitted from the fluorescent tracer particles is acquired using the image acquisition device 20 (S64).

연산 장치(22)는 영상 획득 장치(20)로부터 획득된 영상을 전달받아 이를 처리하여 유체의 속도를 산출한다(S66).The calculation device 22 receives the image obtained from the image acquisition device 20 and processes the calculated image to calculate the velocity of the fluid (S66).

한편, 다른 위치에서의 유체 속도를 산출하고자 하는 경우에는 S62 단계로 복귀하여 각 유입구(34, 36, 38)를 통해 공급되는 유체의 유량과 레이저의 초점 평면 위치를 조정하고 S64 및 S66 단계를 반복하면 된다. 본 발명의 실시에 있어서는 유체 공급부들(46, 48, 50)과 레이저의 초점 평면 위치는 사용자의 제어에 따라 전자적으로 제어되도록 함이 바람직하다. On the other hand, if it is desired to calculate the fluid velocity at another position, the flow returns to step S62 to adjust the flow rate of the fluid supplied through the respective inlets 34, 36 and 38 and the position of the focal plane of the laser and repeat the steps S64 and S66. Just do it. In the practice of the present invention, the focal plane positions of the fluid supplies 46, 48, 50 and the laser are preferably controlled electronically under the control of the user.

한편, 이상의 설명에 의하면 형광 추적 입자가 포함된 유체의 유동 위치를 2차원적으로만 제어할 수 있었는데, 다음의 설명에서는 형광 추적 입자가 포함된 유체의 유동 위치를 3차원적으로 제어하는 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. On the other hand, according to the above description it was possible to control the flow position of the fluid containing the fluorescent tracer only two-dimensional, the following description of the present invention to control the flow position of the fluid containing the fluorescent tracer in three dimensions Another embodiment of the will be described.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 유동 체임버를 도시한 도면이다. 10 is a view showing a micro flow chamber according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 유동 체임버(30')는 채널(32)의 전단에 어레이 형태로 배열된 복수의 유입구(70a,...,74c)를 구비함을 특징으로 한다. 도 10에 도시되어 있지는 않으나 복수의 유입구(70a,...,74c) 각각은 개별적으로 유체 공급부와 연결된다. Micro flow chamber 30 'according to another embodiment of the present invention is characterized in that it comprises a plurality of inlets (70a, ..., 74c) arranged in an array form in front of the channel (32). Although not shown in FIG. 10, each of the plurality of inlets 70a,..., 74c is individually connected to a fluid supply.

도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 있어서는 어느 특정의 유입구에만 형광 추적 입자를 포함한 유체를 공급함으로써 채널(32) 내에서의 형광 추적 입자의 위치를 2차원적으로 제어할 수 있었다. 반면 도 10에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 있어서는 어레이 형태의 복수의 유입구(70a,...,74c) 각각의 유량을 제어하고 어느 특정 유입구에만 형광 추적 입자를 포함시킨 유체가 공급되도록 함으로써 채널(32) 내에서의 형광 추적 입자의 위치를 3차원적으로 제어할 수 있다. 예컨대 도면부호 72b의 유입구에만 형광 추적 입자가 포함된 유체를 공급하는 경우에, 형광 추적 입자의 채널 내에서의 좌우 위치는 70b 및 74b의 유입구의 유량을 조정함으로써 제어할 수 있고. 상하 위치는 72a 및 72c의 유입구의 유량을 조정함으로써 제어할 수 있다. In the embodiment of the present invention shown in FIG. 2, the position of the fluorescent tracer particles in the channel 32 can be controlled two-dimensionally by supplying a fluid including the fluorescent tracer particles to any specific inlet. On the other hand, in another embodiment of the present invention shown in Figure 10 by controlling the flow rate of each of the plurality of inlets (70a, ..., 74c) in the form of an array by supplying a fluid containing the fluorescent tracer particles to only one particular inlet The position of the fluorescent tracer particles in the channel 32 can be controlled in three dimensions. For example, in the case where the fluid containing the fluorescent tracer particles is supplied only to the inlet of reference 72b, the left and right positions in the channel of the fluorescent tracer particles can be controlled by adjusting the flow rates of the inlets of 70b and 74b. The vertical position can be controlled by adjusting the flow rates of the inlets of 72a and 72c.

도 10에 있어서는 유입구를 3×3 어레이 형태로 배열하였으나, 유입구의 배열은 이에 한정되는 것은 아님은 물론이며 필요에 따라 다양한 형태로 배열시킬 수 있다. In FIG. 10, the inlets are arranged in a 3 × 3 array, but the inlets are not limited thereto, and may be arranged in various forms as necessary.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 유동 체임버를 도시한 도면이다. 11 is a view showing a micro flow chamber according to another embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 실시예에 따를 경우, 유체의 유량을 조절함으로써 형광 추적 입자가 포함된 유체의 두께를 조절할 수 있었다. 그런데 도 2의 경우에는 형광 추적 입자가 포함된 유체의 2차원적인 위치를 조절할 수 있을 뿐 상하 방향의 위치 조절은 불가하다.According to the embodiment shown in Figure 2, by adjusting the flow rate of the fluid it was possible to adjust the thickness of the fluid containing the fluorescent tracer particles. However, in the case of FIG. 2, the two-dimensional position of the fluid including the fluorescent tracer particles may be adjusted, but the vertical position may not be adjusted.

이에 대한 방안으로 도 11에 따르면 채널(32)의 입구에 제 1 유입구(34), 제 2 유입구(36) 및 제 3 유입구(38)가 구비된 상태에서 채널의 상부와 하부에 추가 유입구(80, 82)를 구비하며, 상기 추가 유입구(80, 82)는 제 4 유입구(80)와 제 5 유입구(82)로 이루어진다. 또한 제 4 유입구(80)와 제 5 유입구(82)에 각각 유체를 공급하기 위한 제 4 유체 공급부(84) 및 제 5 유체 공급부(86)가 구비된다. 이에 따라 제 1, 2, 3 유입구(34, 36, 38)로 공급되는 유체의 공급량에 따라 형광 추적 입자가 포함된 유체의 가로 방향에서의 위치를 조절할 수 있고, 제 4 유입구(80)와 제 5 유입구(82)를 통해 공급되는 유체의 공급량에 따라 형광 추적 입자가 포함된 유체의 높이 방향에서의 위치의 조절이 가능하게 된다. As a solution to this, according to FIG. 11, additional inlets 80 are provided at the upper and lower portions of the channel in a state where the first inlet 34, the second inlet 36, and the third inlet 38 are provided at the inlet of the channel 32. , 82, wherein the additional inlets 80, 82 comprise a fourth inlet 80 and a fifth inlet 82. In addition, a fourth fluid supply part 84 and a fifth fluid supply part 86 are provided to supply fluid to the fourth inlet 80 and the fifth inlet 82, respectively. Accordingly, the position in the transverse direction of the fluid containing the fluorescent tracer particles can be adjusted according to the supply amount of the fluid supplied to the first, second, and third inlets 34, 36, 38, and the fourth inlet 80 and the third inlet. 5, the position in the height direction of the fluid including the fluorescent tracer particles can be adjusted according to the supply amount of the fluid supplied through the inlet 82.

한편, 제 4 유입구(80)와 제 5유입구는 슬릿(slit) 형태로 구비되어 유체의 공급이 채널의 가로 방향에 대해 전반적으로 공급되도록 함이 바람직하다. On the other hand, the fourth inlet 80 and the fifth inlet is preferably provided in the form of a slit (slit) so that the supply of fluid is generally supplied to the transverse direction of the channel.

여기서 제 1, 2, 3 유입구(34, 36, 38)가 채널(32)에 대해 가로 방향으로 위치한 경우에는 전술한 바와 같이 제 4 유입구(80)와 제 5 유입구(82)는 채널의 상부 및 하부에 구비되나, 제 1, 2, 3 유입구(34, 36, 38)가 채널(32)의 상하 방향으로 위치한 경우에는 제 4 유입구(80)와 제 5 유입구(82)가 채널의 좌우 측부에 각각 구비된다. Where the first, second, and third inlets 34, 36, 38 are located transversely to the channel 32, as described above, the fourth inlet 80 and the fifth inlet 82 may be formed at the top of the channel and Although provided in the lower portion, when the first, second, third inlet (34, 36, 38) is located in the vertical direction of the channel 32, the fourth inlet 80 and the fifth inlet 82 to the left and right sides of the channel Each is provided.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes, and substitutions may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by the embodiments and the accompanying drawings. . The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

도 1은 종래 입자 영상 속도 측정 장치의 일례를 도시한 도면,1 is a view showing an example of a conventional particle image velocity measurement apparatus,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 입자 영상 속도 측정을 위한 마이크로 유동 체임버의 구성도,2 is a block diagram of a micro flow chamber for measuring micro particle image velocity according to a preferred embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 입자 영상 속도 측정을 위한 마이크로 유동 체임버에 있어서 채널 내에서 형광 추적 입자의 위치를 제어하는 구성을 도시한 도면,3 is a diagram illustrating a configuration of controlling a position of a fluorescent tracer particle in a channel in a microfluidic chamber for measuring microparticle image velocity according to an exemplary embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 입자 영상 속도 측정을 위한 마이크로 유동 체임버에 있어서 채널 내에서 형광 추적 입자의 위치를 제어하는 구성을 도시한 도면,3 is a diagram illustrating a configuration of controlling a position of a fluorescent tracer particle in a channel in a microfluidic chamber for measuring microparticle image velocity according to an exemplary embodiment of the present invention;

도 5a 내지 도 5e는 채널의 벽으로부터의 거리에 따른 사이드 뷰 속도 프로파일에 대해 본 발명에 따른 실험 결과치와 종래 방식에 따른 CFD(Comsol) 시뮬레이션 결과치를 비교하여 도시한 도면,5a to 5e show a comparison between experimental results according to the present invention and CFD (Comsol) simulation results according to the conventional method with respect to the side view velocity profile according to the distance from the wall of the channel;

도 6은 종래 방식에 따른 μPIV에 의해 획득된 영상(a)과 본 발명에 따른 μPIV에 의해 획득된 영상(b)을 도시한 도면, 6 shows an image (a) obtained by μPIV according to the conventional method and an image (b) obtained by μPIV according to the present invention;

도 7은 본 발명에 따른 μPIV, 종래 방식에 따른 μPIV, 및 CFD 시뮬레이션를 이용하여 획득된 사이드 뷰 속도 프로파일을 비교하여 도시한 도면,FIG. 7 shows a comparison of side view velocity profiles obtained using μPIV according to the present invention, μPIV according to the conventional scheme, and CFD simulation.

도 8은 본 발명에 따른 μPIV에 의해 획득된 영상의 숫자를 변경하며 산출한 사이드 뷰 속도 프로파일을 도시한 도면,8 is a view showing a side view velocity profile calculated by changing the number of images acquired by μPIV according to the present invention;

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 유체 속도 측정 방법을 도시한 순서도,9 is a flow chart illustrating a microfluidic velocity measuring method according to a preferred embodiment of the present invention;

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 유동 체임버를 도시한 도면,10 is a view showing a micro flow chamber according to another embodiment of the present invention,

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 유동 체임버를 도시한 도면이다. 11 is a view showing a micro flow chamber according to another embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 도면부호의 설명><Description of reference numerals for the main parts of the drawings>

10 : 종래 입자 영상 속도 측정 장치 12 : 광원10 conventional particle image velocity measuring device 12 light source

14 : 다이크로닉 거울 16 : 반사 거울14: dichroic mirror 16: reflection mirror

18 : 체임버 20 : 영상 획득 장치18: chamber 20: image acquisition device

22 : 연산 장치 30 : 마이크로 유동 체임버22: arithmetic unit 30: micro flow chamber

32 : 채널 34, 36, 38 : 제 1,2,3 유입구32: channel 34, 36, 38: first, second, third inlet

40, 42, 44 : 제 1,2,3 공급도관 46, 48, 50 : 제 1,2,3 유체 공급부40, 42, 44: 1,2,3 supply pipe 46, 48, 50: 1,2,3 fluid supply

52 : 형광 추적 입자52: Fluorescence Tracking Particle

Claims (14)

마이크로 입자 영상 속도 측정을 위한 마이크로 유동 체임버에 있어서, A micro flow chamber for measuring micro particle image velocity, 유체가 통과하는 채널;A channel through which the fluid passes; 상기 채널의 전면에서 상기 유체를 공급하는 복수의 유입구; 및A plurality of inlets for supplying the fluid at the front of the channel; And 상기 복수의 유입구 각각에 연결되어 상기 유체를 공급하는 복수의 유체 공급부를 포함하고, A plurality of fluid supply parts connected to each of the plurality of inlets to supply the fluid; 상기 복수의 유입구 중 특정 유입구에만 추적 입자가 포함된 유체를 공급하며 상기 복수의 유입구에 공급되는 유체의 유량을 제어함으로써 상기 추적 입자의 상기 채널 내에서의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로 유동 체임버.Micro fluid chamber characterized in that to supply the fluid containing the tracer particles only to a specific inlet of the plurality of inlets and to control the flow rate of the fluid supplied to the plurality of inlets to control the position of the tracer in the channel . 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 복수의 유입구는 상기 채널의 입구에 횡방향 또는 종방향 중 어느 하나로 배열된 것을 특징으로 하는 마이크로 유동 체임버.And the plurality of inlets are arranged in either the transverse or longitudinal direction at the inlet of the channel. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 복수의 유입구는 제 1 유입구, 제 2 유입구 및 제 3 유입구로 이루어지며, 상기 복수의 유체 공급부는 상기 제 1 유입구에 연결된 제 1 유체 공급부, 상기 제 2 유입구에 연결된 제 2 유체 공급부, 및 상기 제 3 유입구에 연결된 제 3 유체 공급부로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 유동 체임버.The plurality of inlets may include a first inlet, a second inlet, and a third inlet, wherein the plurality of fluid supplies include a first fluid supply connected to the first inlet, a second fluid supply connected to the second inlet, and the And a third fluid supply connected to the third inlet. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제 2 유입구에만 상기 추적 입자가 포함된 유체가 공급되는 것을 특징으로 하는 마이크로 유동 체임버.And a fluid containing the tracer particles only in the second inlet. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 복수의 유입구는 m×n 어레이 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 마이크로 유동 체임버.And said plurality of inlets are arranged in an m × n array. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 복수의 유입구로 공급되는 유체의 유량 제어를 통해 상기 추적 입자가 포함된 유체 유동의 두께도 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로 유동 체임버.And controlling the thickness of the fluid flow including the tracer particles by controlling the flow rate of the fluid supplied to the plurality of inlets. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 복수의 유입구의 배열 방향의 직각인 위치에서 상기 채널의 벽면으로 유체를 공급하는 한 쌍의 추가 유입구가 구비되는 것을 특징으로 하는 마이크로 유동 체임버And a pair of additional inlets for supplying fluid to the wall of the channel at positions perpendicular to the arrangement direction of the plurality of inlets. 마이크로 입자 영상 속도 측정 장치에 있어서,In the micro particle image velocity measuring device, 추적 입자가 포함된 유체에 조사되는 레이저를 발생시키는 광원과, 상기 추 적 입자로부터 발산된 빛에 따른 영상을 획득하는 영상 획득 장치를 포함하되, A light source for generating a laser irradiated to the fluid containing the tracer particles, and an image acquisition device for obtaining an image according to the light emitted from the trace particles, 상기 유체가 공급되고 유동하는 체임버로서 상기 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 마이크로 유동 체임버를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 입자 영상 속도 측정 장치.The microparticle image velocity measuring device of claim 1, further comprising a microfluidic chamber according to claim 1, wherein the fluid is supplied and flows. 제 8 항에 있어서, The method of claim 8, 상기 광원으로부터 생성된 광 빔은 반사시키고 상기 추적 입자로부터 발산된 빛은 투과시키는 다이크로닉 거울을 추가로 포함하는 마이크로 입자 영상 속도 측정 장치.And a dichroic mirror which reflects the light beam generated from the light source and transmits the light emitted from the tracer particle. 제 8 항에 있어서, The method of claim 8, 상기 영상 획득 장치로부터 획득된 영상을 바탕으로 상기 유체의 속도를 산출하는 연산 장치를 추가로 포함하는 마이크로 입자 영상 속도 측정 장치.And a computing device for calculating a velocity of the fluid based on the image obtained from the image capturing device. 마이크로 입자 영상 속도 측정 방법에 있어서, In the micro particle image velocity measurement method, (a) 복수의 유입구와 상기 복수의 유입구 각각으로 유체를 공급하는 복수의 유체 공급부를 구비한 마이크로 유동 체임버를 포함하는 마이크로 입자 영상 속도 측정 장치를 세팅하는 단계;(a) setting a microparticle image velocity measurement device comprising a micro flow chamber having a plurality of inlets and a plurality of fluid supplies for supplying fluid to each of the plurality of inlets; (b) 상기 복수의 유입구로 공급되는 유체 중 추적 입자가 포함된 유체의 유량과 추적 입자가 포함되지 않은 유체의 유량을 조정하고 레이저가 조사되는 초점 평면을 조정하는 단계; 및(b) adjusting the flow rate of the fluid including the tracer particles and the flow rate of the fluid without the tracer particles among the fluids supplied to the plurality of inlets, and adjusting the focal plane to which the laser is irradiated; And (c) 상기 마이크로 유동 체임버에 레이저를 조사하여 상기 추적 입자로부터 발산된 빛에 의한 영상을 획득하는 단계(c) irradiating a laser to the microfluidic chamber to obtain an image by light emitted from the tracer particles 를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 입자 영상 속도 측정 방법.Micro particle image velocity measurement method comprising a. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, (d) 상기 (c)단계에서 획득된 영상을 바탕으로 상기 유체의 속도를 산출하는 단계를 추가로 포함하는 마이크로 입자 영상 속도 측정 방법.(d) calculating the velocity of the fluid based on the image obtained in step (c). 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, The method according to claim 11 or 12, 상기 (a) 단계에서 세팅되는 상기 마이크로 유동 체임버의 상기 복수의 유입구는 제 1 유입구, 제 2 유입구 및 제 3 유입구로 이루어지고, 상기 복수의 유체 공급부는 제 1 유체 공급부, 제 2 유체 공급부 및 제 3 유체 공급부로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 입자 영상 속도 측정 방법.The plurality of inlets of the micro flow chamber set in the step (a) is composed of a first inlet, a second inlet and a third inlet, the plurality of fluid supply unit is a first fluid supply, a second fluid supply and Micro-particle image velocity measurement method characterized in that consisting of three fluid supply. 제 13 항에 있어서, The method of claim 13, 상기 (b) 단계에 있어서 상기 제 2 유체 공급부는 상기 추적 입자가 포함된 유체를 상기 제 2 유체 공급부로 공급하고, 상기 제 1 유체 공급부 및 상기 제 3 유체 공급부는 상기 추적 입자가 포함되지 않은 유체를 상기 제 1 유체 공급부 및 상기 제 3 유체 공급부로 각각 공급하는 것을 특징으로 하는 마이크로 입자 영상 속도 측정 방법.In the step (b), the second fluid supply part supplies the fluid containing the tracer particles to the second fluid supply part, and the first fluid supply part and the third fluid supply part are fluids that do not contain the tracer particles. And supplying to the first fluid supply unit and the third fluid supply unit, respectively.
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