KR20100016802A - 미세유체 칩을 포함한 마이크로 섬유 제조장치 및 이를이용한 고분자 마이크로 섬유의 제조방법 - Google Patents

미세유체 칩을 포함한 마이크로 섬유 제조장치 및 이를이용한 고분자 마이크로 섬유의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미세유체 칩을 포함한 마이크로 섬유 제조장치 및 이를 이용한 고분자 마이크로 섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모노머 주입구(1b), 연속상 주입구(1a), 연속상과 모노머의 접합점(2a), 미세 유로(2) 및 배출구(2b)를 포함하는 미세유체 칩, 및 수조(5)를 포함하며, 상기 모노머 주입구(1b)로 주입된 모노머가 상기 연속상과 모노머의 접합점(2a)을 지나며 형성된 모노머 제트 스트림이 자외선 조사수단(6)에 의해 실시간으로 경화되어 마이크로 섬유형태가 되고, 상기 경화된 마이크로 섬유는 미세 유로(2)를 지나 배출구(2b)를 통해 수조(5)안에 담긴 연속상으로 배출되는 것을 특징으로 하는 마이크로 섬유 제조장치 및 상기 마이크로 섬유 제조장치를 사용한 고분자 마이크로 섬유 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 종래의 유리 모세관을 사용하는 대신 소프트리소그래피 공정을 통해 손쉽고 균일하게 제작 된 미세유체 칩을 이용하여 긴 원통형의 모노머 제트 스트림을 형성하고 여기에 자외선을 조사하여 광중합을 통해 균일하고 연속적인 고분자 마이크로 섬유를 실시간으로 제조할 수 있다.
미세유체 칩, 광중합, 소프트리소그래피, 폴리우레탄, 마이크로 섬유

Description

미세유체 칩을 포함한 마이크로 섬유 제조장치 및 이를 이용한 고분자 마이크로 섬유의 제조방법{Fabrication Apparatus of Polymeric Microfiber Comprising Microfluidic Chip and Fabrication Method of Polymeric Microfiber Using the Same}
본 발명은 미세유체 칩을 포함한 마이크로 섬유 제조장치 및 이를 이용한 고분자 마이크로 섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 긴 원통형의 모노머 제트 스트림을 형성 하는 마이크로 섬유 제조장치를 제작하고, 상기 장치를 이용하여 광중합을 통해 실시간으로 고분자 마이크로 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 고분자 마이크로 섬유를 얻기 위해 사출(Extrusion)이 이용된다. 이러한 방식으로 제조된 고분자 마이크로 섬유는 산업 전반에 걸쳐 널리 이용되는데, 이런 사출방법으로 마이크로 섬유를 제조하기 위해서는 고온 및 고압의 조건이 필요하고, 이러한 고온, 고압의 조건을 견디기 위해 고가의 대형 사출기가 사용되어 진다. 따라서 이러한 사출 방법은 비용, 공간적인 측면에서 단점을 가지고 있 다.
최근 들어, 이러한 사출방법의 단점을 극복하기 위해 미세유체 칩이 이용되고 있다. 미세유체 칩을 이용하여 마이크로 섬유를 제조하면 고온, 고압의 조건이 필요 없기 때문에 비용, 공간적인 측면에서 유리하고, 부수적인 장치들도 간소화 할 수 있다. 또한, 마이크로 섬유에 효소, 항원-항체 등의 생물 및 화학적 물질을 쉽게 붙일 수 있어 산업적으로 좀 더 유용하게 응용되어질 수 있다.
미세유체 칩을 이용하여 마이크로 섬유를 제조하기 위해 사용되는 대표적인 방법이 바로 유리 모세관을 이용하는 것인데, 이 방법을 이용 할 경우 일반적으로 유리 모세관에 열을 가해 길게 늘인 후, 모세관의 끝부분을 원하는 직경이 되도록 잘라서 수십 마이크로미터의 직경을 갖는 모노머 분사노즐을 만든다. 하지만 이 공정은 시간이 많이 걸릴 뿐 아니라 매번 같은 크기를 갖는 모노머 분사노즐을 얻기 힘들다는 단점이 있다.
이에, 본 발명자들은 고분자 마이크로 섬유를 연속적으로 제조하는 방법을 강구하던 중, 소프트리소그래피 공정을 통해 탄성을 지닌 투명한 고분자를 이용해 균일하게 제작된 미세유체 칩을 이용한 섬유 제조장치를 개발하고, 상기 장치를 이용하여 긴 원통형의 모노머 제트 스트림을 형성하고 여기에 자외선을 조사하여 광중합을 통해 균일하고 연속적인 고분자 마이크로 섬유를 제조할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 기존의 사출방법 또는 미세유체 칩을 이용한 고분자 마이크로 섬유 제조 공정에서 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것이다. 결국, 본 발명의 목적은 유리 모세관을 이용하지 않고 고분자 마이크로 섬유를 실시간으로 제조 할 수 있도록 제작된 미세유체 칩 및 이를 이용한 마이크로 섬유 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 모노머 주입구(1b), 연속상 주입구(1a), 연속상과 모노머의 접합점(2a), 미세 유로(2) 및 배출구(2b)를 포함하는 미세유체 칩, 및 수조(5)를 포함하며, 상기 모노머 주입구(1b)로 주입된 모노머가 상기 연속상과 모노머의 접합점(2a)을 지나며 형성된 모노머 제트 스트림이 자외선 조사수단(6)에 의해 실시간으로 경화되어 마이크로 섬유형태가 되고, 상기 경화된 마이크로 섬유는 미세 유로(2)를 지나 배출구(2b)를 통해 수조(5)안에 담긴 연속상으로 배출되는 것을 특징으로 하는 마이크로 섬유 제조장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 마이크로 섬유 제조장치를 사용한 고분자 마이크로 섬유 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 유리 모세관을 사용하는 대신 소프트리소그래피 공정을 통해 손쉽고 균일하게 제작 된 미세유체 칩을 이용하여 긴 원통형의 모노머 제트 스트림을 형성하고 여기에 자외선을 조사하여 균일하고 연속적인 고분자 마이크로 섬유를 실시간으로 제조하는 것에 특징이 있다.
본 발명은 모노머 주입구(1b), 연속상 주입구(1a), 연속상과 모노머의 접합점(2a), 미세 유로(2) 및 배출구(2b)를 포함하는 미세유체 칩, 및 수조(5)를 포함하며, 상기 모노머 주입구(1b)로 주입된 모노머가 상기 연속상과 모노머의 접합점(2a)을 지나며 형성된 모노머 제트 스트림이 자외선 조사수단(6)에 의해 실시간으로 경화되어 마이크로 섬유형태가 되고, 상기 경화된 마이크로 섬유는 미세 유로(2)를 지나 배출구(2b)를 통해 수조(5)안에 담긴 연속상으로 배출되는 것을 특징으로 하는 마이크로 섬유 제조장치를 제공한다.
본 발명의 마이크로 섬유 제조장치에 있어서, 상기 배출구(2b)는 자외선 조사에 의해 경화된 마이크로 섬유가 미세 유로(2)에 막히는 현상을 방지하기 위해 수평방향으로 향해 있는 것이 바람직하고, 상기 수조(5)는 배출구(2b)를 경계로 미세유체 칩 내부와 외부의 조건을 동일하게 만들어 주기 위해 사용된 연속상(4)이 담겨진 것이 바람직하다.
본 발명의 마이크로 섬유 제조장치에 있어서, 상기 모노머 주입구(1b) 및 연속상 주입구(1a)는 각각 2개로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 마이크로 섬유 제조장치를 사용한 고분자 마이크로 섬유 제조방법을 제공한다.
본 발명의 고분자 마이크로 섬유 제조방법에 있어서, 상기 제조방법은 ⅰ) 모노머 주입구(1b)에 모노머를 주입하고, 연속상 주입구(1a)에 연속상을 주입하는 단계; ⅱ) 상기 모노머와 연속상이 연속상과 모노머의 접합점(2a)을 지나며 모노머 제트 스트림이 형성되는 단계; ⅲ) 상기 모노머 제트 스트림이 자외선 조사수단(6)에 의해 실시간으로 경화되어 마이크로 섬유가 제조되는 단계; 및 ⅳ) 상기 경화된 마이크로 섬유가 미세 유로(2)를 지나 배출구(2b)를 통해 수조(5)안에 담긴 연속상으로 배출되는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 각 유체의 주입구(1a, 1b)에 주입된 모노머와 연속상은 서로 섞이지 않는 특성을 지녀 상기 미세유체 칩 내에서 긴 원통형의 모노머 제트 스트림을 형성하고 여기에 자외선을 조사함으로써 실시간으로 경화된 섬유를 얻는 것이 보다 바람직하고, 상기 각 유체의 주입구(1a, 1b)에 주입된 모노머와 연속상은 상기 모노머가 미세 유로(2)에 흡착이 되는 것을 방지하기 위해 먼저 연속상을 상기 미세유로(2)에 완전히 채운 후, 상기 모노머를 주입하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 고분자 마이크로 섬유 제조방법에 있어서, 상기 모노머는 폴리우레탄의 전구체가 주성분인 것이 보다 바람직하고, 이때 상기 연속상은 SDS(Sodium dodecyl sulfate) 수용액이고, 상기 모노머는 NOA63(Norland optical adhesive 63)인 것이 가장 바람직하다.
또한, 본 발명의 고분자 마이크로 섬유 제조방법에 있어서, 상기 각 유체의 주입구(1a, 1b)를 통해 주입되는 유체의 부피유속을 조절하거나 유체간의 계면장력을 조절하여 최종적으로 얻어지는 마이크로 섬유의 두께를 실시간으로 제어하는 것이 보다 바람직하다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징을 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 투명한 탄성 고분자로 소프트리소그래피 공정을 통해 만들어진 미세유체 칩의 위쪽에 위치한 연속상의 주입구(1a)와 모노머의 주입구(1b)를 통해 주입된 두 유체가 연속상과 모노머의 접합점(2a)에서 만나게 된다. 일반적으로 서로 섞이지 않는 모노머와 연속상을 미세유체 칩에 주입하게 되면 두 유체가 만나는 부분에서 구 형태의 모노머 액적이 형성되는데, 이때 주입하는 모노머의 부피유속의 증가에 따라 구 형태의 모노머 액적은 긴 원통형의 모노머 제트 스트림으로 형태가 바뀌게 된다.
이렇게 형성된 모노머 제트 스트림은 자외선 조사수단(6)을 통해 실시간으로 경화되어 마이크로 섬유가 되고, 연속상과 함께 미세 유로(2)를 거쳐 미세유체 칩의 측면에 수평하게 나 있는 배출구(2b)를 통해 배출이 된다. 미세유체 칩은 연속상(4)이 차 있는 수조(5)에 담겨져 있기 때문에 미세 유로(2) 및 배출구(2b)에서의 막힘 현상 없이 장시간 동안 연속적인 고분자 마이크로 섬유의 실시간 제조가 가능하다.
또한, 미세유체 칩으로 주입되는 모노머와 연속상의 부피유속을 변화시킴에 따라 미세유체 칩 내에서 형성되는 모노머 제트 스트림의 단면 지름의 크기 조절이 가능하고, 따라서, 여기에 자외선을 조사해 최종적으로 얻어지는 고분자 마이크로 섬유의 두께도 실시간으로 제어할 수 있다.
이를 입증하기 위하여, 본 발명자들은 마이크로 섬유 제조용 미세유체 칩(100)을 제작하고, 이것을 연속상(4)이 차있는 수조(5)에 놓아 마이크로 섬유 제조장치를 제작하였다. 상기 제작된 미세유체 칩(100)에 모노머와 연속상을 각각의 주입구(1a, 1b)를 통해 주입하였다. 이때, 모노머가 미세 유로(2)에 흡착이 되는 것을 방지하기 위해 먼저 연속상을 주입하고, 미세유로(2)가 완전히 연속상으로 채워진 후 모노머를 주입하였다. 상기 주입된 연속상과 모노머는 연속상과 모노머의 접합점(2a)에서 만나게 되고, 서로 섞이지 않는 성질로 인해 상대적으로 낮은 모노머의 부피유속에서는 구 형태의 액적이, 상대적으로 높은 모노머의 부피유속에서는 긴 원통형의 모노머 제트 스트림이 형성되었다. 이 제트 스트림은 자외선 조사장치로터 조사된 자외선에 의해 원통형의 모양을 유지하며 경화되었다. 이렇게 경화된 부분은 연속상과 모노머의 흐름에 의해 미세 유로의 뒤쪽으로 이동하고 원래의 자리에는 뒤이어 흐르고 있는 모노머의 제트 스트림이 대신하게 된다. 이 또한 자외선 조사에 의해 경화가 되어 결과적으로 길게 이어진 폴리우레탄 마이크로 섬유가 실시간으로 제조되었다. 이렇게 얻어진 폴리우레탄 마이크로 섬유는 균일한 두께를 가지며, 섬유가 충분히 경화되어 섬유간 유착이 발생하지 않는다(도 3 참조). 또한, 상기 제조된 폴리우레탄 마이크로 섬유의 표면구조는 원통 형태를 갖는다(도 4 참조).
또한, 상기 연속상과 모노머의 유속과 마이크로 섬유의 직경과의 상관관계를 관찰함으로써 동일한 유속의 모노머 조건에서, 연속상의 부피유속을 변화시킴으로써 생성되는 폴리우레탄 섬유의 두께를 조절할 수 있다(도 5 참조). 즉, 상기 연속상과 모노머의 부피 유속을 조절함으로써 마이크로 섬유의 두께를 실시간으로 제어할 수 있다.
아울러, 주입되는 연속상과 모노머의 계면장력과 마이크로 섬유의 직경과의 상관관계를 관찰함으로써, 유체간의 계면장력을 조절하여 최종적으로 얻어지는 마이크로 섬유의 두께를 실시간으로 제어할 수 있다(도 6 참조).
본 발명은 마이크로 섬유를 제조할 수 있는 미세유체 칩을 제작하기 위해 종래의 유리 모세관을 사용하는 대신, 소프트리소그래피 공정을 통해 탄성을 지닌 투명한 고분자를 이용해 손쉽고 균일하게 제작된 미세유체 칩을 이용하였다. 상기 미세유체칩을 이용한 마이크로 섬유 제조장치는 제작 공정을 좀 더 간편하게 개선하고, 매번 똑같은 규격의 장치를 손쉽게 제작 할 수 있다. 아울러, 상기 제조된 마이크로 섬유 제조장치는 긴 원통형의 모노머 제트 스트림을 형성하고 여기에 자외선을 조사하여 광중합을 통해 균일하고 연속적인 고분자 마이크로 섬유를 제조할 수 있으며, 또한 생산되는 섬유의 두께도 실시간으로 제어 할 수 있으므로 산업적으로 매우 유용하게 쓰일 수 있다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 마이크로 섬유 제조장치 및 이를 이용한 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
<실시예 1> 미세유체 칩을 포함한 마이크로 섬유 제조장치의 제작
실리콘 웨이퍼 위에 네가티브형 감광제(SU-8)를 고르게 도포한 후, 1,000 rpm으로 스핀 코팅하여 100 ㎛ 높이의 감광제를 올려주었다. 미세유로 형상이 있는 마스크를 통해 UV를 조사하여 채널과 반대 형상을 갖는 마스터 몰드를 제작하였다. 이후, PDMS(Polydimethylsiloxane)를 제작된 마스터 몰드에 부어준 후 오븐에서 경화시켜 원하는 형상의 미세유로를 가진 PDMS 몰드를 제작하였다. 이렇게 만들어진 PDMS 몰드에 유리 기판을 산소 플라즈마 처리를 통해 붙여 마이크로 섬유 제조용 미세유체 칩(100)을 제작하였다. 상기 미세유체 칩(100)을 미리 준비된 연속상(4)이 차있는 수조(5)에 놓아 최종적으로 마이크로 섬유 제조장치를 제작하였다.
<실시예 2> 시린지 펌프를 이용하여 모노머와 연속상 주입
상기 실시예 1에서 제작된 미세유체 칩(100)이 담긴 수조를 현미경(NIKON, T2000-U, Japan) 스테이지위에 올려 놓고, 시린지 펌프를 이용하여 모노머와 연속상을 타이곤튜브(Tygon tube)를 거쳐, 각각의 주입구(1a, 1b)를 통해 주입하였다. 모노머가 미세 유로(2)에 흡착이 되는 것을 방지하기 위해 먼저 연속상인 SDS(Sodium dodecyl sulfate) 수용액을 주입하였고, 미세유로(2)가 완전히 SDS 수용액으로 채워진 후 모노머로서 폴리우레탄의 전구체가 주성분을 이루는 자외선에 의해 고형화되는 접착제인 NOA63(Norland optical adhesive 63)을 주입하였다.
<실시예 3> 자외선 조사를 통한 폴리우레탄 마이크로 섬유 제조
상기 실시예 2에서 주입된 SDS 수용액과 NOA63은 연속상과 모노머의 접합점(2a)에서 만나게 되고, 서로 섞이지 않는 성질로 인해 상대적으로 낮은 NOA63의 부피유속에서는 구 형태의 액적이, 상대적으로 높은 NOA63의 부피유속에서는 긴 원통형의 NOA63 제트 스트림이 형성되었다. 이 제트 스트림은 자외선 조사장치로터 조사된 자외선에 의해 원통형의 모양을 유지하며 경화되었다. 이렇게 경화된 부분은 연속상과 NOA63의 흐름에 의해 미세 유로의 뒤쪽으로 이동하고 원래의 자리에는 뒤이어 흐르고 있는 NOA63의 제트 스트림이 대신하게 된다. 이 또한 자외선 조사에 의해 경화가 되어 결과적으로 길게 이어진 폴리우레탄 마이크로 섬유가 실시간으로 제조되었다. 이렇게 얻어진 폴리우레탄 마이크로 섬유의 현미경 사진을 관찰한 결과, 균일한 두께를 가지며, 마이크로 섬유가 충분히 경화되어 섬유간 유착이 발생하지 않았음을 확인하였다(도 3). 또한, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope) 사진을 통하여 본 발명에 의해 제조된 폴리우레탄 마이크로 섬유의 표면구조를 확인하였다(도 4). 그 결과, 본 발명에 의해 제조된 섬유가 원통 형태를 가지는 마이크로 섬유라는 것을 확인하였다.
<실시예 4> 마이크로 섬유의 두께 조절을 위한 유체의 유속 조절
상기 실시예 3에서 제조되는 폴리우레탄 섬유의 두께조절을 위해 SDS 수용액과 NOA63의 부피 유속을 조절하였다. 주입되는 연속상과 NOA63의 유속과 마이크로 섬유의 직경과의 상관관계를 관찰하였다(도 5).
구체적으로, 먼저 연속상으로 사용한 SDS 수용액의 부피유속에 대한 효과 실험으로 동일한 유속의 NOA63 조건에서, 연속상의 부피유속을 변화시킴으로써 생성되는 폴리우레탄 섬유의 두께를 조절하였다. 단위시간당 공급되는 NOA63의 부피는 SDS 수용액의 부피유속이 증가함에 따라 감소하게 되고, 따라서 미세유체 칩 내에서 형성되는 NOA63 제트 스트림의 단면 직경이 감소하게 된다. 이로 인해, SDS 수용액의 부피유속 증가에 따라 최종적으로 생성되는 폴리우레탄 마이크로 섬유의 두께는 감소하게 되었다. 반대로 동일한 유속의 SDS 수용액 조건에서 NOA63의 부피유속을 증가시켰을 경우는 단위시간당 공급되는 NOA63의 부피는 증가하게 되고, 이로 인해 최종적인 섬유의 두께는 증가하였다. 상기 실험으로 미세유체 칩(100)내로 유입되는 두 유체의 부피유속을 조절함으로써 제조되는 마이크로 섬유의 두께를 실시간으로 조절할 수 있음을 확인하였다.
<실시예 5> 마이크로 섬유의 두께 조절을 위한 두 유체간의 계면장력 조절
상기 실시예 3에서 제조되는 폴리우레탄 섬유의 두께조절을 위해 SDS 수용액과 NOA63간의 계면장력을 조절하였다. 주입되는 연속상과 NOA63의 계면장력과 마이크로 섬유의 직경과의 상관관계를 확인하였다(도 6). 미세유체 칩으로 주입되는 두 유체의 부피유속은 모두 동일한 조건에서 계면활성제로 사용된 SDS의 농도를 변화시킴으로써 SDS 수용액과 NOA63의 계면장력을 조절하였다.
그 결과, SDS의 농도가 높아짐에 따라 두 유체간의 계면장력은 낮아지게 되고, 미세 유로 내에서 형성되는 NOA63의 제트 스트림의 단면 반지름도 감소하였다. 결국, 이 제트 스트림에 자외선을 조사하여 얻어지게 되는 폴리우레탄 마이크로 섬유의 두께도 감소하였다. 반대로, SDS의 농도가 감소하게 되면 두 유체간의 계면장력이 증가하게 되고 최종적으로 얻어지는 섬유의 두께는 증가함을 확인하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 섬유 제조장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 섬유 제조장치의 투시 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 섬유 제조장치를 사용하여 제조된 마이크로 섬유를 현미경으로 확대하여 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 섬유 제조장치를 사용하여 제조된 마이크로 섬유의 표면구조를 보여주는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope) 사진이다.
도 5는 주입되는 연속상과 모노머의 유속과 마이크로 섬유의 단면 지름과의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 주입되는 연속상에 포함되어 있는 계면활성제의 농도와 마이크로 섬유의 단면 지름과의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 미세유체 칩, 1a : 연속상 주입구,
1b : 모노머 주입구, 2 : 미세 유로,
2a : 연속상과 모노머의 접합점, 2b : 배출구,
3 : 고분자 마이크로 섬유, 4 : 연속상,
5 : 수조, 6 : 자외선 조사 수단

Claims (13)

  1. 모노머 주입구(1b), 연속상 주입구(1a), 연속상과 모노머의 접합점(2a), 미세 유로(2) 및 배출구(2b)를 포함하는 미세유체 칩, 및 수조(5)를 포함하며,
    상기 모노머 주입구(1b)로 주입된 모노머가 상기 연속상과 모노머의 접합점(2a)을 지나며 형성된 모노머 제트 스트림이 자외선 조사수단(6)에 의해 실시간으로 경화되어 마이크로 섬유형태가 되고, 상기 경화된 마이크로 섬유는 미세 유로(2)를 지나 배출구(2b)를 통해 수조(5)안에 담긴 연속상으로 배출되는 것을 특징으로 하는 마이크로 섬유 제조장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배출구(2b)는 자외선 조사에 의해 경화된 마이크로 섬유가 미세 유로(2)에 막히는 현상을 방지하기 위해 수평방향으로 향해 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 섬유 제조장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수조(5)는 배출구(2b)를 경계로 미세유체 칩 내부와 외부의 조건을 동일하게 만들어 주기 위하여, 연속상(4)이 담겨지는 것을 특징으로 하는 마이크로 섬유 제조장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 모노머 주입구(1b) 및 연속상 주입구(1a)는 각각 2개로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 섬유 제조장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 마이크로 섬유 제조장치를 사용한 고분자 마이크로 섬유 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제조방법은,
    ⅰ) 모노머 주입구(1b)에 모노머를 주입하고, 연속상 주입구(1a)에 연속상을 주입하는 단계;
    ⅱ) 상기 모노머와 연속상이 연속상과 모노머의 접합점(2a)을 지나며 모노머 제트 스트림이 형성되는 단계;
    ⅲ) 상기 모노머 제트 스트림이 자외선 조사수단(6)에 의해 실시간으로 경화되어 마이크로 섬유가 제조되는 단계; 및
    ⅳ) 상기 경화된 마이크로 섬유가 미세 유로(2)를 지나 배출구(2b)를 통해 수조(5)안에 담긴 연속상으로 배출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 마이크로 섬유 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 각 유체의 주입구(1a, 1b)에 주입된 모노머와 연속상은 서로 섞이지 않는 특성을 지녀 상기 미세유체 칩 내에서 긴 원통형의 모노머 제트 스트림을 형성하고 여기에 자외선을 조사함으로써 실시간으로 경화된 섬유를 얻는 것을 특징으로 하는 고분자 마이크로 섬유 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 각 유체의 주입구(1a, 1b)에 주입된 모노머와 연속상은 상기 모노머가 미세 유로(2)에 흡착이 되는 것을 방지하기 위해 먼저 연속상을 상기 미세유로(2)에 완전히 채운 후, 상기 모노머를 주입하는 것을 특징으로 하는 고분자 마이크로 섬유 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 연속상은 SDS(Sodium dodecyl sulfate) 수용액인 것을 특징으로 하는 고분자 마이크로 섬유 제조방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 모노머는 폴리우레탄의 전구체가 주성분인 것을 특징으로 하는 고분자 마이크로 섬유 제조방법.
  11. 제 6항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 모노머는 NOA63(Norland optical adhesive 63)인 것을 특징으로 하는 고분자 마이크로 섬유 제조방법.
  12. 제 6항에 있어서,
    상기 각 유체의 주입구(1a, 1b)를 통해 주입되는 유체의 부피유속을 조절하여 최종적으로 얻어지는 마이크로 섬유의 두께를 제어하는 것을 특징으로 하는 고분자 마이크로 섬유 제조방법.
  13. 제 6항에 있어서,
    상기 각 유체의 주입구(1a, 1b)를 통해 주입되는 유체간의 계면장력을 조절하여 최종적으로 얻어지는 마이크로 섬유의 두께를 제어하는 것을 특징으로 하는 고분자 마이크로 섬유 제조방법.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011027932A1 (ko) * 2009-09-04 2011-03-10 충남대학교 산학협력단 다공성 표면을 갖는 야누스 형태의 조직공학용 고분자 마이크로 섬유의 제조방법
KR101138370B1 (ko) * 2010-02-26 2012-04-26 고려대학교 산학협력단 실린더 채널 및 이를 포함하는 동축 채널, 및 이의 제조방법
CN103173871A (zh) * 2011-12-22 2013-06-26 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于微流控技术产生具有浓度梯度纳米电纺丝的方法
KR101350422B1 (ko) * 2012-05-31 2014-01-15 한양대학교 산학협력단 미세유동칩을 이용한 전도성 폴리아닐린 미세섬유의 제조방법, 이에 따라 제조된 전도성 폴리아닐린 미세섬유 및 전도성 폴리아닐린 섬유 제조용 미세유동칩
CN103757717A (zh) * 2014-01-14 2014-04-30 南京捷纳思新材料有限公司 一种制备有序定向纤维的微流体纺丝装置
KR101400960B1 (ko) * 2012-04-19 2014-05-30 중앙대학교 산학협력단 다공성 폴리아크릴로니트릴 파이버 및 이의 제조방법
KR101490971B1 (ko) * 2013-03-20 2015-02-09 한국과학기술원 미세 유체의 다중 층류를 이용한 광가교성 고분자 재료의 제조방법 및 제조장치
CN106245134A (zh) * 2016-06-29 2016-12-21 东华大学 一种将微流体芯片用于重组蜘蛛丝蛋白的纺丝方法
WO2017219305A1 (en) * 2016-06-23 2017-12-28 The University Of Hong Kong Cavity-microfibers, methods and apparatuses for the fabrication of microfibers, threads, and filaments
CN112853510A (zh) * 2019-11-28 2021-05-28 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于微流控技术的内凹槽微丝的可控制备方法

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011027932A1 (ko) * 2009-09-04 2011-03-10 충남대학교 산학협력단 다공성 표면을 갖는 야누스 형태의 조직공학용 고분자 마이크로 섬유의 제조방법
KR101138370B1 (ko) * 2010-02-26 2012-04-26 고려대학교 산학협력단 실린더 채널 및 이를 포함하는 동축 채널, 및 이의 제조방법
CN103173871A (zh) * 2011-12-22 2013-06-26 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于微流控技术产生具有浓度梯度纳米电纺丝的方法
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KR101400960B1 (ko) * 2012-04-19 2014-05-30 중앙대학교 산학협력단 다공성 폴리아크릴로니트릴 파이버 및 이의 제조방법
KR101350422B1 (ko) * 2012-05-31 2014-01-15 한양대학교 산학협력단 미세유동칩을 이용한 전도성 폴리아닐린 미세섬유의 제조방법, 이에 따라 제조된 전도성 폴리아닐린 미세섬유 및 전도성 폴리아닐린 섬유 제조용 미세유동칩
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CN103757717A (zh) * 2014-01-14 2014-04-30 南京捷纳思新材料有限公司 一种制备有序定向纤维的微流体纺丝装置
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WO2017219305A1 (en) * 2016-06-23 2017-12-28 The University Of Hong Kong Cavity-microfibers, methods and apparatuses for the fabrication of microfibers, threads, and filaments
CN106245134A (zh) * 2016-06-29 2016-12-21 东华大学 一种将微流体芯片用于重组蜘蛛丝蛋白的纺丝方法
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