KR20100045686A - Devices for particle concentration and separation using electric current density differences in plate electrodes - Google Patents
Devices for particle concentration and separation using electric current density differences in plate electrodes Download PDFInfo
- Publication number
- KR20100045686A KR20100045686A KR1020080104751A KR20080104751A KR20100045686A KR 20100045686 A KR20100045686 A KR 20100045686A KR 1020080104751 A KR1020080104751 A KR 1020080104751A KR 20080104751 A KR20080104751 A KR 20080104751A KR 20100045686 A KR20100045686 A KR 20100045686A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrode
- current density
- particle concentration
- plate electrode
- density difference
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
Abstract
Description
본 발명은 평판 전극의 전류 밀도 차이를 이용한 입자 농축 및 분리 장치에 관한 것으로서 전압이 인가되는 평판 전극의 상면에 상기 평판 전극과 전류 밀도 차이가 있는 물질을 패턴화함으로써 불균일한 전기장이 형성되도록 하여, 전기동역학적 원리에 의한 미세 입자의 패턴화, 농축 및 분리가 가능하도록 하는 입자 농축 및 분리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for concentrating and separating particles using a difference in current density of a flat plate electrode, thereby forming a non-uniform electric field by patterning a material having a difference in current density with the flat plate on an upper surface of a flat electrode to which voltage is applied. The present invention relates to a particle concentration and separation device that enables patterning, concentration, and separation of fine particles based on electrodynamic principles.
최근 미세 가공 기술의 발전에 따라 미세 입자의 농축, 조립 및 분리를 위한 미세 전자 소자를 제작하여 생물, 화학, 신소재 분야에 응용하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.Recently, with the development of microfabrication technology, research has been actively conducted to manufacture microelectronic devices for concentrating, assembling, and separating fine particles and applying them to biological, chemical, and new material fields.
이러한 미세 전자 소자에서는 미소 입자나 단백질, 세포, 박테리아 등을 정밀하게 구동하거나 분리하기 위해 전기영동(electrophoresis), 유전영 동(dielectrophoresis), 전기삼투(electro-osmosis) 등의 다양한 전기동역학적 원리(electrokinetics)를 주로 이용할 수 있다.In such microelectronic devices, various electrokinetic principles such as electrophoresis, dielectrophoresis, and electroosmosis are used to precisely drive or isolate microparticles, proteins, cells, and bacteria. Can be used mainly.
상기 전기영동(electrophoresis)이란, 전기장 내에서 양의 전하 및 음의 전하를 지닌 미세 입자들이 쿨롱 힘(Coulomb force)에 의하여 힘을 받아 움직이는 현상이다. 전기영동에 의한 입자의 이동 특성은 전하량, 입자의 크기, 매질의 전기적, 화학적, 물리적 특성 또는 전기장의 세기 등에 따라 달라질 수 있다.Electrophoresis is a phenomenon in which fine particles having positive and negative charges are moved by a coulomb force in an electric field. The movement characteristics of the particles by electrophoresis may vary depending on the amount of charge, the size of the particles, the electrical, chemical, physical properties of the medium, or the strength of the electric field.
여기서 유전영동이란, 불균일한 전기장 내에서 유전체가 전자기 유도현상에 의해 분극화(polarization)되고, 이것에 의해 힘을 받아 움직이는 현상이다. 상기 유전영동의 성질은 유체의 종류, 미세입자 및 분자의 종류, 교류전압 신호의 주파수 등에 따라 달라질 수 있다.Dielectric behavior here is a phenomenon in which a dielectric is polarized by electromagnetic induction in a non-uniform electric field and is moved by force. The nature of the electrophoresis may vary depending on the type of fluid, the type of microparticles and molecules, and the frequency of the AC voltage signal.
여기서 전기삼투란, 불균일한 전기장 내에서 유체 내부의 이온들이 전극 표면과 액체 계면에 얇은 전기 이중층(electric double layer)을 형성하게 되고, 전압에 의해 형성된 정접 전기장(tangential electric field)의 영향으로 전극 표면을 따라 전기장이 센 방향으로 유체가 이동하는 현상이다. 이러한 전기삼투에 의한 유동 특성은 전압 신호의 유형, 주파수, 물질 및 매질의 종류, 크기, 전하량 등 다양한 물리적, 화학적 특성에 의존한다.Herein, electroosmotic means that ions in the fluid form a thin electric double layer on the surface of the electrode and the liquid in a non-uniform electric field, and under the influence of a tangential electric field formed by voltage This is a phenomenon in which the fluid moves in the strong direction along the electric field. The flow characteristics of the electroosmosis depend on various physical and chemical properties such as the type of voltage signal, frequency, type of material and medium, size and amount of charge.
상술한 바와 같이, 전기동역학적 원리를 이용하여 미세 입자를 구동하기 위해서는 미세 가공 기술을 이용하여 미세 전극이 패턴화된 미세 전자 소자를 제작할 필요가 있다. 이 때 미세 전자 소자는 미세 입자 구동을 위한 전극 이외에도 전원 을 인가하기 위한 전극 패턴을 추가적으로 요구하게 되며, 일반적인 2차원 전극 패턴의 경우 전기장 형성이 매우 비효율적이고 효과적인 미세 입자의 농축 및 분리가 힘들다는 문제점이 있으며, 이를 더 효과적인 형태로 제작하기 위해서는 더욱 복잡한 과정과 긴 시간이 요구되는 공정 과정을 거쳐야 한다. 3차원 전극의 경우에는 효과적인 전기장 형성이 가능함에도, 그 제작 과정이 매우 복잡하며 효율적으로 전극 형상을 얻기 힘들다. As described above, in order to drive the fine particles using the electrokinetic principle, it is necessary to fabricate the fine electronic device in which the fine electrodes are patterned using the fine processing technology. In this case, the microelectronic device requires an electrode pattern for applying power in addition to the electrode for driving the fine particles, and in the case of the general two-dimensional electrode pattern, the electric field is very inefficient and it is difficult to concentrate and separate the fine particles effectively. There is a more complex process and a process that requires a long time to produce it in a more effective form. In the case of a three-dimensional electrode, even though an effective electric field can be formed, the manufacturing process is very complicated and it is difficult to obtain an electrode shape efficiently.
상기와 같은 복잡한 공정 과정들은 소자 제작을 매우 복잡하고 어렵게 만들며, 공정 시간과 공정 단가도 크게 높아지게 되는 문제점이 있다. [Youn-Suk Choi et al., Proceedings of The 19th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, pp. 466-469 (2006)]Such complex process steps make device fabrication very complicated and difficult, and there is a problem in that process time and process cost are also greatly increased. Youn-Suk Choi et al., Proceedings of The 19th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, pp. 466-469 (2006)]
이와 같이, 미세 입자의 효과적인 농축 및 분리를 위한 미세 전자 소자를 제작하기 위해서는 복잡한 공정 과정을 거쳐야 하는데, 이로 인해 공정 시간 및 공정 단가가 상승하는 문제점이 있었다. As such, in order to manufacture the microelectronic device for the effective concentration and separation of the fine particles, a complicated process must be performed, which causes a problem in that the process time and the unit cost increase.
또한, 일반적인 2차원 패턴 전극 구조에서는 미세 입자의 농축 및 분리가 비효율적으로 이루어진다는 문제점이 있으며, 3차원 전극 구조를 형성시킬 경우에도 전극 패턴을 효율적으로 제작하기 힘들고, 매우 복잡한 공정 과정을 거쳐야 한다는 문제점이 있었다.In addition, the conventional two-dimensional pattern electrode structure has a problem that the concentration and separation of the fine particles is inefficient, even when forming the three-dimensional electrode structure, it is difficult to efficiently produce the electrode pattern, a problem that must go through a very complex process There was this.
본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 전압이 인가되는 평판 전극의 상면에 상기 평판 전극과 전류 밀도 차이가 있는 물질을 패턴화함으로써 평판 전극에 전압이 인가되었을 때 불균일한 전기장이 형성되도록 하여, 전기동역학적 원리에 의한 빠르고 효과적인 미세 입자의 농축 및 분리가 가능하도록 하는 입자 농축 및 분리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems. An electric field that is uneven when a voltage is applied to a flat plate electrode is patterned by patterning a material having a current density difference from the flat plate electrode on a top surface of the flat plate electrode to which a voltage is applied. It is an object of the present invention to provide a particle concentrating and separating device that allows the formation of the particles, which enables fast and effective concentration and separation of fine particles by electrodynamic principles.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 평판 전극의 전류 밀도 차이를 이용한 입자 농축 및 분리 장치는, 전압을 인가하는 전원 장치와, 상기 전원 장치의 일단과 전기적으로 연결되며 상기 전원 장치로부터 구동 전압을 인가받는 평판 전극과, 상기 전원 장치의 타단과 전기적으로 연결되며 상기 전원 장치로부터 기준 전압을 인가받는 접지 전극과, 상기 평판 전극의 상면에 상기 평판 전극의 면적보다 작게 형성되고, 상기 평판 전극보다 전류 밀도가 높은 물질 패턴과, 상기 평판 전극 및 접지 전극 사이에 형성되며 입자를 포함하는 샘플이 위치하는 미세유체유로를 포함할 수 있다.Particle enrichment and separation apparatus using the current density difference of the plate electrode according to the present invention to achieve the object as described above, the power supply unit for applying a voltage, and is electrically connected to one end of the power supply unit from the power supply unit A plate electrode receiving a driving voltage, a ground electrode electrically connected to the other end of the power supply device, and receiving a reference voltage from the power supply device, and formed on the upper surface of the plate electrode to be smaller than an area of the plate electrode, It may include a material pattern having a higher current density than the electrode, and a microfluidic flow path formed between the plate electrode and the ground electrode and including a sample including particles.
상기 전원 장치는 직류 전압원 또는 교류 전압원일 수 있다.The power supply device may be a DC voltage source or an AC voltage source.
상기 평판 전극은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금, 실리콘 기판 및 ITO 중 하나로 형성될 수 있다.The plate electrode may be formed of one of gold, silver, aluminum, copper, platinum, a silicon substrate, and ITO.
상기 접지 전극은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금, 실리콘 기판 및 ITO 중 하나로 형성될 수 있다.The ground electrode may be formed of one of gold, silver, aluminum, copper, platinum, a silicon substrate, and ITO.
상기 물질 패턴은 금 박막, 은 박막, 알루미늄 박막, 구리 박막, 백금 박막, 질화 실리콘, 산화 실리콘 및 ITO 중 하나로 형성될 수 있다. 이 때 상기 물질 패턴은 상기 평판 전극보다 전류 밀도가 높은 특성을 지닌 물질로 선택되어야 하며, 전류 밀도의 차이가 클수록 상기 미세 전자 소자의 미세 입자 농축 및 분리 효율은 증가하는 것을 특징으로 한다.The material pattern may be formed of one of a gold thin film, a silver thin film, an aluminum thin film, a copper thin film, a platinum thin film, silicon nitride, silicon oxide, and ITO. In this case, the material pattern should be selected as a material having a higher current density than the flat electrode, and the greater the difference in current density, the higher the particle concentration and separation efficiency of the microelectronic device.
상기 전원 장치로부터 교류 전압이 인가되면, 상기 미세유체유로 내의 유체는 전기삼투에 의해 상기 물질 패턴 방향으로 유동하고, 음의 유전영동에 의해 이동하는 입자들은 상기 물질 패턴의 반대 방향으로 이동하고, 양의 유전영동에 의해 이동하는 입자들은 상기 물질 패턴 방향으로 또는 상기 물질 패턴의 가장자리 방향으로 이동할 수 있다.When an alternating voltage is applied from the power supply device, the fluid in the microfluidic flow path flows in the direction of the material pattern by electroosmotic, and particles moving by negative dielectric action move in the opposite direction of the material pattern. Particles moved by the electrophoresis may move in the direction of the material pattern or in the direction of the edge of the material pattern.
상기 전원 장치로부터 직류 전압이 인가되면, 양의 전하를 띄는 입자들은 전기영동에 의해 음의 전극 방향으로 이동하고, 음의 전하를 띄는 입자들은 전기영동에 의해 양의 전극 방향으로 이동할 수 있다.When a direct current voltage is applied from the power supply device, the positively charged particles may move toward the negative electrode by electrophoresis, and the negatively charged particles may move toward the positive electrode by electrophoresis.
상기 입자 농축 및 분리 장치는 상기 평판 전극 및 물질 패턴의 상면에 보호층을 더 형성하고, 상기 보호층은 고전압에 의한 과전류로 인한 샘플의 전기 분해를 방지할 수 있다.The particle concentration and separation device may further form a protective layer on the upper surface of the plate electrode and the material pattern, and the protective layer may prevent electrolysis of the sample due to overcurrent due to a high voltage.
상기 보호층은 질소 실리콘 또는 산화 실리콘으로 형성될 수 있다.The protective layer may be formed of nitrogen silicon or silicon oxide.
상기 입자 농축 및 분리장치는 상기 평판 전극과 물질 패턴 사이에 중간층을 더 형성하고, 상기 중간층은 상기 평판 전극과 물질 패턴 간의 접촉 저항을 줄일 수 있다.The particle concentration and separation device may further form an intermediate layer between the plate electrode and the material pattern, and the intermediate layer may reduce the contact resistance between the plate electrode and the material pattern.
상기 중간층은 도핑된 실리콘, 크롬 및 티타늄 중 하나로 이루어질 수 있다.The intermediate layer may be made of one of doped silicon, chromium and titanium.
상기 입자 농축 및 분리 장치는, 상기 평판 전극과 상기 접지 전극을 이격시키는 스페이서와, 상기 평판 전극과 상기 접지 전극 사이에 상기 미세유체유로를 형성하는 미세 채널 구조를 더 포함할 수 있다.The apparatus for concentrating and separating particles may further include a spacer spaced apart from the plate electrode and the ground electrode, and a microchannel structure forming the microfluidic flow path between the plate electrode and the ground electrode.
또한, 본 발명에 따른 평판 전극의 전류 밀도 차이를 이용한 입자 농축 및 분리 장치는, 전압을 인가하는 전원 장치와, 상기 전원 장치의 일단과 전기적으로 연결되며 상기 전원 장치로부터 구동 전압을 인가받는 평판 전극과, 상기 전원 장치의 타단과 전기적으로 연결되며 상기 전원 장치로부터 기준 전압을 인가받는 접지 전극과, 상기 평판 전극의 상면에 상기 평판 전극의 면적보다 작게 형성되고, 상기 평판 전극보다 전류 밀도가 낮은 물질 패턴과, 상기 평판 전극 및 접지 전극 사이에 형성되며 입자를 포함하는 샘플이 위치하는 미세유체유로를 포함할 수 있다.In addition, the particle concentration and separation device using the current density difference of the flat plate electrode according to the present invention, a power supply for applying a voltage, and a flat electrode electrically connected to one end of the power supply device receives a driving voltage from the power supply device And a ground electrode electrically connected to the other end of the power supply device and receiving a reference voltage from the power supply device, and formed on the upper surface of the plate electrode to be smaller than the area of the plate electrode, and having a lower current density than the plate electrode. The pattern may include a microfluidic flow path formed between the plate electrode and the ground electrode and having a sample including particles therein.
상기 전원 장치는 직류 전압원 또는 교류 전압원일 수 있다.The power supply device may be a DC voltage source or an AC voltage source.
상기 평판 전극은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금, 실리콘 기판 및 ITO 중 하나로 형성될 수 있다.The plate electrode may be formed of one of gold, silver, aluminum, copper, platinum, a silicon substrate, and ITO.
상기 접지 전극은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금, 실리콘 기판 및 ITO 중 하나로 형성될 수 있다.The ground electrode may be formed of one of gold, silver, aluminum, copper, platinum, a silicon substrate, and ITO.
상기 물질 패턴은 금 박막, 은 박막, 알루미늄 박막, 구리 박막, 백금 박막, 질화 실리콘, 산화 실리콘 및 ITO 중 하나로 형성될 수 있다. 이 때 상기 물질 패 턴은 상기 평판 전극보다 전류 밀도가 낮은 특성을 지닌 물질로 선택되어야 하며, 전류 밀도의 차이가 클수록 상기 미세 전자 소자의 미세 입자 농축 및 분리 효율은 증가하는 것을 특징으로 한다.The material pattern may be formed of one of a gold thin film, a silver thin film, an aluminum thin film, a copper thin film, a platinum thin film, silicon nitride, silicon oxide, and ITO. In this case, the material pattern should be selected as a material having a lower current density than the flat electrode, and the greater the difference in current density, the fine particle concentration and separation efficiency of the microelectronic device increases.
상기 전원 장치로부터 교류 전압이 인가되면, 상기 미세유체유로 내의 유체는 전기삼투에 의해 상기 물질 패턴의 반대 방향으로 유동하고, 음의 유전영동에 의해 이동하는 입자들은 상기 물질 패턴 방향으로 이동하고, 양의 유전영동에 의해 이동하는 입자들은 상기 물질 패턴의 반대 방향 또는 상기 물질 패턴의 가장자리 방향으로 이동할 수 있다.When an alternating voltage is applied from the power supply device, the fluid in the microfluidic flow path flows in the opposite direction of the material pattern by electroosmotic, and the particles moving by the negative electrophoresis move in the material pattern direction, and Particles moved by the electrophoresis of may move in the opposite direction of the material pattern or in the direction of the edge of the material pattern.
상기 전원 장치로부터 직류 전압이 인가되면, 양의 전하를 띄는 입자들은 전기영동에 의해 음의 전극 방향으로 이동하고, 음의 전하를 띄는 입자들은 전기영동에 의해 양의 전극 방향으로 이동할 수 있다.When a direct current voltage is applied from the power supply device, the positively charged particles may move toward the negative electrode by electrophoresis, and the negatively charged particles may move toward the positive electrode by electrophoresis.
상기 입자 농축 및 분리 장치는 상기 평판 전극 및 물질 패턴의 상면에 보호층을 더 형성하고, 상기 보호층은 고전압에 의한 과전류로 인한 샘플의 전기 분해를 방지할 수 있다.The particle concentration and separation device may further form a protective layer on the upper surface of the plate electrode and the material pattern, and the protective layer may prevent electrolysis of the sample due to overcurrent due to a high voltage.
상기 보호층은 질소 실리콘 또는 산화 실리콘으로 형성될 수 있다.The protective layer may be formed of nitrogen silicon or silicon oxide.
상기 입자 농축 및 분리장치는 상기 평판 전극과 물질 패턴 사이에 중간층을 더 형성하고, 상기 중간층은 상기 평판 전극과 물질 패턴 간의 접촉 저항을 줄일 수 있다.The particle concentration and separation device may further form an intermediate layer between the plate electrode and the material pattern, and the intermediate layer may reduce the contact resistance between the plate electrode and the material pattern.
상기 중간층은 도핑된 실리콘, 크롬 및 티타늄 중 하나로 이루어질 수 있다.The intermediate layer may be made of one of doped silicon, chromium and titanium.
상기 입자 농축 및 분리 장치는 상기 평판 전극과 상기 접지 전극을 이격시 키는 스페이서와, 상기 평판 전극과 상기 접지 전극 사이에 상기 미세유체유로를 형성하는 미세 채널 구조를 더 포함할 수 있다.The apparatus for concentrating and separating particles may further include a spacer spaced apart from the plate electrode and the ground electrode, and a microchannel structure for forming the microfluidic flow path between the plate electrode and the ground electrode.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 평판 전극의 전류 밀도 차이를 이용한 입자 농축 및 분리 장치에 의하면, 평판 전극 상면에 상기 평판 전극과 전류 밀도 차이가 있는 물질을 패턴화 함으로써 전기동역학적 미세 입자 농축 및 분리를 위한 3차원 미세 전자 소자를 쉽고 간단하게 제작할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the particle concentration and separation device using the current density difference of the plate electrode according to the present invention, electrodynamic fine particle concentration and separation is performed by patterning a material having a current density difference from the plate electrode on the top surface of the plate electrode. There is an effect that can be easily and simply manufacturing a three-dimensional microelectronic device for.
또한, 미세 입자 농축 및 분리 효율이 크게 증가함과 동시에 미세 전자 소자의 제작 시간 및 단가가 크게 감소한다는 효과가 있다.In addition, the efficiency of fine particle concentration and separation is greatly increased, and the manufacturing time and cost of the microelectronic device are greatly reduced.
또한, 두 개의 평판 전극을 이용함으로써 대면적에서의 미세 입자의 농축 및 분리가 가능하기 때문에 그 효율 및 효과가 크게 증가한다는 효과가 있다.In addition, since the use of two flat electrodes allows the concentration and separation of fine particles in a large area, the efficiency and effect are greatly increased.
또한, 미세 고체 입자 뿐만 아니라, 나노 입자, 단백질, 박테리아 등의 다양한 입자 농축, 조립 및 분리를 위해 사용할 수 있는 효과가 있다.In addition, as well as fine solid particles, there is an effect that can be used for the concentration, assembly and separation of various particles, such as nanoparticles, proteins, bacteria.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; First, it should be noted that the same components or parts in the drawings represent the same reference numerals as much as possible. In describing the present invention, detailed descriptions of related well-known functions or configurations are omitted in order not to obscure the gist of the present invention.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 제 1실시예 내지 제 4실시예에 따른 입자 농축 및 분리 장치를 도시한 개념도이다. 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 입자 농축 및 분리 장치는 전원 장치(10), 평판 전극(20), 접지 전극(30), 미세유체유로(40) 및 물질 패턴(50)을 포함한다.1 to 4 is a conceptual diagram showing a particle concentration and separation device according to the first to fourth embodiments of the present invention. As shown in FIGS. 1 to 4, the apparatus for concentrating and separating particles according to the present invention includes a
상기 전원 장치(10)는 상기 입자 농축 및 분리 장치에 전압을 인가한다.The
상기 전원 장치(10)는 교류 전압원 또는 직류 전압원일 수 있으며, 교류 전압원을 사용하는 경우 주파수의 전압 크기 뿐만 아니라 신호의 모양 및 오프셋(offset) 전압도 조절할 수 있다.The
상기 평판 전극(20)은 상기 전원 장치(10)의 일단과 전기적으로 연결되며, 상기 전원 장치(10)로부터 구동 전압을 인가받는다.The
상기 평판 전극(20)은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 실리콘 기판 중 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 평판 전극(20)을 통하여 농축 및 분리된 입자를 관찰하는 경우, 상기 평판 전극(20)은 얇은 금 박막(gold thin film) 또는 ITO(indium Tin Oxide) 등의 투명한 전도성 물질로 이루어질 수 있다.The
상기 접지 전극(30)은 상기 전원 장치(10)의 타단과 전기적으로 연결되며, 상기 전원 장치(10)로부터 기준 전압을 인가받는다.The
상기 접지 전극(30)은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 실리콘 기판 중 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 접지 전극(30)을 통하여 농축 및 분리된 입자를 관찰하는 경우, 상기 접지 전극(30)은 얇은 금 박막(gold thin film) 또는 ITO(indium Tin Oxide) 등의 투명한 전도성 물질로 이루어질 수 있다.The
상기 물질 패턴(40)은 상기 평판 전극(20)의 상면에 형성되며, 상기 평판 전극(20)과는 상이한 전류 밀도를 가지도록 형성된다. 이러한 물질 패턴(40)은 상기 평판 전극(20)의 면적보다 작게 형성된다. The
상기 물질 패턴(40)은 도 1에 도시된 바와 같이 상기 평판 전극(20)의 상면에 1개가 형성되거나 또는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 평판 전극(20)의 상면에 2개 이상의 패턴이 상호 이격되도록 형성될 수 있다.1, one
상기 물질 패턴(40)을 통하여 농축 및 분리된 입자를 관찰하는 경우, 상기 물질 패턴(40)은 금 박막(gold thin film), 질화 실리콘(silicon nitride), 산화 실리콘(silicon dioxide), ITO(Indium Tin Oxide) 등 특정한 전류 밀도를 지니는 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 이 때 상기 물질 패턴의 전류 밀도는 상기 평판 전극의 전류 밀도 보다 크거나 작아야 하며, 전류 밀도의 차이가 클수록 미세입자의 농축 및 분리는 더욱 효과적으로 일어나게 된다.When the particles are concentrated and separated through the
상기 평판 전극(20)과 접지 전극(30)에 전압을 인가하였을 때, 상기 물질 패턴(40)의 전류 밀도가 상기 평판 전극(20)의 밀도와 다른 경우, 상기 미세유체유로(50) 내에 존재하는 입자는 전기영동, 유전영동, 전기삼투 등의 전기동역학적 원 리에 의해 상기 물질 패턴(40) 방향이나 또는 그 반대 방향으로 이동하게 된다. When a voltage is applied to the
상기 미세유체유로(50)는 상기 평판 전극(20)과 접지 전극(30) 사이에 형성되며, 상기 미세유체유로(50)에는 입자를 포함하는 샘플이 위치한다.The
또한, 미세유체유로(50)는 샘플이 이동하는 공간으로서, 상기 미세유체유로(50)의 높이는 평판 전극(20)과 접지 전극(30) 사이에 인가된 전압에 의한 전기장의 세기를 결정하며, 높이가 낮을수록 전기장의 세기는 세어진다. In addition, the
여기서 샘플이란, 고분자성 미세입자, 금속 나노 입자, 반도체 나노 입자, 단백질, DNA 등의 생체분자, 분자가 결합된 미세입자 등 다양한 물질을 포함하는 말이다. Herein, the sample includes a variety of substances such as polymer microparticles, metal nanoparticles, semiconductor nanoparticles, proteins, DNA and other biomolecules, and microparticles to which molecules are bound.
특히, 샘플은 이러한 물질들이 증류수, 세포 배양용 배지, PBS 버퍼 등 다양한 액체 방울 속에 존재하도록 제조된 것으로서, 상기 미세유체유로 내에 존재하는 액체 방울 내부에서 상기 물질들의 이동이 일어나게 된다.In particular, the sample is prepared such that these substances are present in various liquid droplets such as distilled water, cell culture medium, PBS buffer, and the like, the movement of the substances occurs within the liquid droplets present in the microfluidic flow path.
상기 미세유체유로(50) 내의 입자는 전기동역학적(electrokinetic) 원리에 의해 이동되며, 이동 방향은 상기 물질 패턴(40)의 방향 또는 그 반대 방향이다.Particles in the
상기 전기동역학적 원리로는 전기영동, 유전영동, 전기삼투를 들 수 있다.The electrokinetic principle may include electrophoresis, dielectric electrophoresis and electroosmotic.
상기 전기영동(eletrophoresis)이란, 콜로이드 용액 속에 전극을 넣고 직류 전압을 가했을 때 콜로이드 입자가 어느 한쪽의 전극을 향해서 이동하는 현상을 말한다.The electrophoresis refers to a phenomenon in which colloidal particles move toward either electrode when an electrode is placed in a colloidal solution and a DC voltage is applied.
상기 유전영동이란(DEP; dielectrophoresis), 불균일한 전기장 내에서, 유전체가 전자기 유도현상에 의해 전기 쌍극자(electric dipole)를 띄고, 이것에 의해 힘을 받아 움직이는 현상이다. 이러한 입자의 이동은 입자와 입자 주변의 액체 간의 유전율(permittivity) 차이에 의해 그 방향이 결정되고, 입자의 크기(반지름의 세제곱에 비례) 및 전기장 구배(전기장 제곱의 구배에 비례)의 크기가 그 이동 속도에 영향을 미치게 된다.Dielectrophoresis (DEP) is a phenomenon in which a dielectric exhibits an electric dipole due to electromagnetic induction and moves under a force in a non-uniform electric field. The movement of these particles is determined by the difference in permittivity between the particles and the liquid around them, and the size of the particles (proportional to the cube of the radius) and the magnitude of the electric field gradient (proportional to the gradient of the square of the electric field). This will affect the speed of movement.
상기 유전영동에는 전기장이 약한 방향으로 미세 입자들이 움직이는 음(negative)의 유전영동과 전기장이 강한 방향으로 미세 입자들이 움직이는 양(positive)의 유전영동이 있다. 이러한 유전영동의 성질은 유체의 종류, 미세입자 및 분자의 종류, 교류전압 신호의 주파수 등에 의해 달라질 수 있다.The dielectrophoresis includes negative dielectrophoresis in which fine particles move in a direction in which the electric field is weak, and positive dielectrophoresis in which fine particles move in a direction in which the electric field is strong. The nature of the electrophoresis may vary depending on the type of fluid, the type of microparticles and molecules, and the frequency of the AC voltage signal.
상기 전기삼투에는 교류 전기삼투(ACEO; AC electroosmosis), 유도전하 전기삼투(ICEO; induced-charge electroosmosis), 패러데이 짝진 전기삼투(FCEO; faradaically-coupled electroosmosis) 등이 있다.The electroosmosis includes AC electroosmosis (ACEO), induced-charge electroosmosis (ICEO), Faradaically-coupled electroosmosis (FCEO), and the like.
상기 교류 전기삼투(ACEO; AC electroosmosis)란, 불균일한 전기장 내에서, 유체 내부의 이온들이 전극 표면과 액체 계면에 얇은 전기 이중층(electric double layer)을 형성하게 되고, 전압에 의해 형성된 정접 전기장(tangential electric field)의 영향으로 전극 표면을 따라 유체가 이동하는 현상이다.AC electroosmosis (ACEO) refers to a tangential electric field formed by a voltage in a non-uniform electric field, in which ions in the fluid form a thin electric double layer on the electrode surface and the liquid interface. This is a phenomenon in which fluid moves along an electrode surface due to the influence of an electric field.
이러한 전기삼투 현상은 전기장이 센 방향으로 유동을 일으켜 물질들의 빠른 농축을 유도한다. 상기 전기삼투에 의한 농축 특성은 교류전압 신호의 주파수 및 물질 또는 매질의 종류, 크기, 전하량 등 다양한 물리적, 화학적 특성에 의존한다.This electroosmotic phenomenon causes the electric field to flow in the strong direction, leading to rapid concentration of materials. The concentration characteristics of the electroosmosis depend on various physical and chemical properties such as the frequency of the AC voltage signal and the type, size, and charge amount of the material or medium.
상기 유도전하 전기삼투(ICEO; induced-charge electroosmosis)란, 전기장 내 미세입자에 유도된 전하에 의해 미세입자 표면에서 발생하는 전기삼투 유동으로서, 전극표면에 가까이 위치한 미세입자들을 벽면으로 밀어 조립시키는 특성이 있다. 이러한 현상으로 인해 미세입자들이 자가 조립(self-assembly)하여 결정구조(crystal structure)를 지닌 응집체(aggregate)를 이루게 될 수 있다.The induced-charge electroosmosis (ICEO) is an electroosmotic flow generated on the surface of the microparticles by electric charges induced by the microparticles in the electric field, and pushes the microparticles located near the electrode surface to the wall and assembles them. There is this. This phenomenon can cause the microparticles to self-assemble (aggregate) with a crystal structure (crystal structure).
상기 패러데이 짝진 전기삼투(FCEO; faradaically-coupled electroosmosis)란, 낮은 주파수 영역에서 전극에서의 패러데이 반응을 무시할 수 없게 되어, 전극 표면에 발생하는 수평성분의 전기장에 의해 발생하는 전기삼투 유동으로서, 전극에 가까이 위치한 미세입자 아래쪽에서 입자들을 위로 떠올리게 되는 상승유동을 발생시키는 특성이 있다.Faradaically-coupled electroosmosis (FCEO) is an electroosmotic flow generated by an electric field of a horizontal component generated on an electrode surface, which cannot ignore the Faraday reaction at an electrode in a low frequency region. There is a characteristic that generates the upward flow of the particles float up from the bottom of the near-fine particles.
한편, 상기 평판 전극(20) 및 물질 패턴(40)의 상면에는 보호층(미도시)이 더 포함될 수 있다. 상기 보호층은 고전압에 의한 과전류로 인한 샘플의 전기 분해를 방지한다. 이러한 보호층는 질소 실리콘(silicon nitride) 또는 산화 실리콘(silicon dioxide) 등으로 이루어질 수 있다.Meanwhile, a protective layer (not shown) may be further included on the top surface of the
또한, 상기 평판 전극(20) 및 물질 패턴(40) 사이에는 중간층(미도시)이 더 포함될 수 있다. 상기 중간층은 상기 평판 전극(20)과 물질 패턴(40) 간의 접촉 저항을 줄일 수 있다. 이러한 중간층은 도핑된 실리콘, 크롬, 티타늄 등의 전도성 물질을 이용할 수 있다.In addition, an intermediate layer (not shown) may be further included between the
또한, 상기 미세유체유로(50)를 형성하기 위하여 스페이서(spacer, 미도시) 및 미세 채널 구조(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 스페이서는 상기 평판 전극(20)과 접지 전극(30)을 이격시키고, 상기 미세 채널 구조는 상기 평판 전극(20)과 접지 전극(30) 사이에 미세유체유로를 형성한다.In addition, a spacer (not shown) and a fine channel structure (not shown) may be further included to form the
상기 스페이서 및 미세 채널 구조는 SU-8 등의 감광성 물질(photoresist)이나 PDMS(polydimethylsoloxane) 등의 중합체를 이용할 수 있다.The spacer and the microchannel structure may use a photoresist such as SU-8 or a polymer such as polydimethylsoloxane (PDMS).
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 입자 농축 및 분리 장치를 도시한 개념도이다. 본 발명의 제 1실시예에 따른 입자 농축 및 분리 장치는 전원 장치(10), 평판 전극(20), 접지 전극(30), 물질 패턴(40) 및 미세유체유로(50)로 구성되어 있으며, 전원 장치(10)의 경우 교류 전압원이 사용되며, 물질 패턴(40)의 경우 평판 전극(20)의 상면에 더 작은 면적으로 패턴화되어 형성된다. 또한, 상기 물질 패턴은 2개 이상이 어레이(array) 형태로 배열될 수도 있다. 상기 2개의 물질 패턴(40)은 상기 평판 전극(20)보다 전류 밀도가 높게 형성된다.1 is a conceptual diagram illustrating a particle concentration and separation device according to a first embodiment of the present invention. Particle enrichment and separation device according to a first embodiment of the present invention is composed of a
상기 전원 장치(10)으로부터 상기 평판 전극(20) 및 접지 전극(30)을 통하여 교류 전압이 인가되면, 상기 미세유체유로(50) 내의 입자들이 약한 전하를 띄고 있거나 유전체(dialectric)일 경우 유전영동이나 전기삼투 등에 의해 이동하게 된다. When an alternating voltage is applied from the
본 발명의 제 1실시예와 같이 상기 물질 패턴(40)의 전류 밀도가 상기 평판 전극(20)의 전류 밀도보다 더 높을 경우, 상기 미세유체유로(50) 내의 유체는 전기 삼투에 의해 상기 물질 패턴(40) 방향으로 유동이 발생하게 되며, 음의 유전영동에 의해 이동하는 입자들은 상기 물질 패턴(40)의 반대 방향으로 이동하고, 양의 유전영동에 의해 이동하는 입자들은 상기 물질 패턴(40) 방향으로 이동하게 된다. 상대적으로 약한 유전영동이 발생하는 나노입자 및 단백질의 경우에는 전기삼투 및 정전기적 상호작용의 영향을 더 크게 받으며 상기 평판 전극(20)상에 패턴화된 전류 밀도가 높은 물질 패턴(40) 영역에 농축되어 조립되게 된다.As in the first embodiment of the present invention, when the current density of the
이러한 전기동역학적 운동 특성은 미세입자의 크기, 물질, 표면 전도도 등의 특성에 따라 다르게 나타나게 된다. 예를 들어, 상대적으로 큰 미세입자의 경우에는 유전영동이 주로 일어나게 되고, 작은 미세입자의 경우에는 전기삼투에 의한 농축이 주로 일어나게 된다. 또한 이러한 운동은 인가한 전압의 주파수에 의존하여 달라지게 되는데, 10 kHz 미만의 낮은 주파수에서는 전기삼투에 의한 농축이 주로 일어나고, 10 kHz 이상의 높은 주파수에서는 유전영동에 의한 운동이 주로 일어나게 된다. 때문에 10 kHz에서는 큰 마이크로 입자들이 음의 유전영동에 의해 전류밀도가 높은 물질 패턴으로부터 멀어지게 되고, 상대적으로 작은 나노입자들만 전기삼투에 의해 분리하여 농축할 수 있다. 또한 100 Hz에서는 큰 마이크로 입자들이 전기 삼투에 의해 농축되며, 나노 입자의 경우에는 패러데이 짝진 전기삼투에 의해 오히려 분산되면서, 마이크로 입자들만 분리하여 농축 할 수 있다.The electrokinetic kinetic characteristics are different depending on the characteristics of the particle size, material, surface conductivity, and the like. For example, in the case of relatively large microparticles, the electrophoresis mainly occurs, and in the case of small microparticles, the concentration by electroosmotic mainly occurs. In addition, the motion varies depending on the frequency of the applied voltage. At low frequencies below 10 kHz, the concentration is mainly caused by electroosmotic, and at high frequencies above 10 kHz, the movement is mainly caused by the electrophoresis. Therefore, at 10 kHz, large microparticles are separated from the high-density material pattern by negative dielectrophoresis, and only relatively small nanoparticles can be separated and concentrated by electroosmosis. In addition, at 100 Hz, large microparticles are concentrated by electroosmotic, and in the case of nanoparticles, the microparticles can be separated and concentrated by Faraday paired electroosmotic.
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 입자 농축 및 분리 장치를 도시한 개념 도이다. 본 발명의 제 2실시예에 따른 입자 농축 및 분리 장치는 전원 장치(10), 평판 전극(20), 접지 전극(30), 물질 패턴(40) 및 미세유체유로(50)로 구성되어 있으며, 전원 장치(10)의 경우 교류 전압원이 사용되며, 물질 패턴(40)의 경우 상기 평판 전극(20)의 상면에 상기 평판 전극(20)의 면적보다 작게 형성되며, 상기 평판 전극(20)의 일부를 노출시키도록 패턴화된다. 상기 물질 패턴(40)은 상기 평판 전극(20)보다 전류 밀도가 낮도록 형성된다.2 is a conceptual diagram illustrating a particle concentration and separation device according to a second embodiment of the present invention. Particle concentration and separation device according to a second embodiment of the present invention is composed of a
상기 전원 장치(10)으로부터 상기 평판 전극(20) 및 접지 전극(30)을 통하여 교류 전압이 인가되면, 상기 미세유체유로(50) 내의 미세입자들이 약한 전하를 띄고 있거나 또는 유전체(dialectric)일 경우 유전영동이나 전기삼투 등에 의해 이동하게 된다.When an alternating voltage is applied from the
본 발명의 제 2실시예와 같이 상기 물질 패턴(40)의 전류 밀도가 상기 평판 전극(20)의 전류 밀도보다 더 낮을 경우, 상기 미세유체유로(50) 내의 유체는 전기삼투에 의해 물질 패턴(40)에 가려지지 않고 노출된 평판 전극(20) 방향으로 유동이 발생하게 되며, 음의 유전영동에 의해 이동하는 입자들은 물질 패턴(40) 방향으로 이동하고, 양의 유전영동에 의해 이동하는 입자들은 물질 패턴(40)의 반대 방향또는 패턴의 가장가지 방향으로 이동하게 된다. As in the second embodiment of the present invention, when the current density of the
상대적으로 약한 유전영동이 발생하는 나노입자 및 단백질의 경우에는 전기삼투 및 정전기적 상호작용의 영향을 더 크게 받으며 상대적으로 전류 밀도가 높은 상기 평판 전극(20)의 노출된 영역에 농축되어 조립된다.In the case of nanoparticles and proteins in which relatively weak dielectric phenomena occur, the nanoparticles and proteins are more sensitive to electroosmotic and electrostatic interactions and are concentrated and assembled in the exposed areas of the
도 3은 본 발명의 제 3실시예에 따른 입자 농축 및 분리 장치를 도시한 개념도이다. 본 발명의 제 3실시예에 따른 입자 농축 및 분리 장치는 전원 장치(10), 평판 전극(20), 접지 전극(30), 물질 패턴(40) 및 미세유체유로(50)로 구성되어 있으며, 상기 전원 장치(10)의 경우 교류 전압원이 사용되며, 상기 물질 패턴(40)의 경우 상기 평판 전극(20)의 상면에 더 작은 면적으로 패턴화되어 형성된다. 또한 상기 물질 패턴은 2개 이상이 어레이(array) 형태로 배열될 수 있다. 상기 2개의 물질 패턴(40)은 상기 평판 전극(20)보다 전류 밀도가 더 높게 형성된다.3 is a conceptual diagram illustrating a particle concentration and separation device according to a third embodiment of the present invention. Particle concentration and separation device according to a third embodiment of the present invention is composed of a
상기 전원 장치(10)으로부터 상기 평판 전극(20) 및 접지 전극(30)을 통하여 직류 전압이 인가되면, 상기 미세유체유로(50) 내의 미세입자들이 강한 전하를 띄고 있을 경우, 전기영동에 의해 양(+)의 전하를 띄는 입자들은 (-)전극 방향으로 이동하게 되고, 음(-)의 전하를 띄는 입자들은 (+)전극 방향으로 이동하게 된다. When a direct current voltage is applied from the
상기 물질 패턴(40)의 전류 밀도가 상기 평판 전극(20)의 전류 밀도보다 더 높을 경우, 상기 미세유체유로(50) 내의 입자들은 전류 밀도가 높은 물질 패턴(40)의 방향이나 그 반대 방향으로 이동하게 된다.When the current density of the
도 4는 본 발명의 제 4실시예에 따른 입자 농축 및 분리 장치를 도시한 개념도이다. 본 발명의 제 4실시예에 따른 입자 농축 및 분리 장치는 전원 장치(10), 평판 전극(20), 접지 전극(30), 물질 패턴(40) 및 미세유체유로(50)로 구성되어 있으며, 상기 전원 장치(10)의 경우 교류 전압원이 사용되며, 상기 물질 패턴(40)의 경우 상기 평판 전극(20)의 상면에 상기 평판 전극(20)의 면적보다 작게 형성되며, 상기 평판 전극(20)의 일부를 노출시키도록 패턴화된다. 상기 물질 패턴(20)은 상기 평판 전극(20) 보다 전류 밀도가 낮도록 형성된다.4 is a conceptual diagram illustrating a particle concentration and separation device according to a fourth embodiment of the present invention. Particle enrichment and separation device according to a fourth embodiment of the present invention is composed of a
상기 전원 장치(10)으로부터 상기 평판 전극(20) 및 접지 전극(30)을 통하여 직류 전압이 인가되면, 상기 미세유체유로(50) 내의 미세입자들이 강한 전하를 띄고 있을 경우, 전기영동에 의해 양(+)의 전하를 띄는 입자들은 (-)전극 방향으로 이동하게 되고, 음(-)의 전하를 띄는 입자들은 (+)전극 방향으로 이동하게 된다. When a direct current voltage is applied from the
상기 물질 패턴(40)의 전류 밀도가 상기 평판 전극(20)의 전류 밀도보다 더 낮을 경우, 상기 미세유체유로(50) 내의 입자들은 전류 밀도가 높은 노출된 평판 전극(20) 방향이나 그 반대 방향으로 이동하게 된다.When the current density of the
한편, 본 발명의 제 2실시예 및 제 4실시예와 같이 상기 물질 패턴(40)의 전류 밀도가 상기 평판 전극(20)의 전류 밀도 보다 더 낮은 경우에는, 상기 물질 패턴(40)은 질화 실리콘 및 산화 실리콘을 증착시켜 제작할 수 있다.On the other hand, when the current density of the
또한, 본 발명의 제 1실시예 및 제 3실시예와 같이 상기 물질 패턴(40)의 전류 밀도가 상기 평판 전극(20)의 전류 밀도 보다 더 높은 경우에는, 상기 물질 패턴(40)은 금, 은, 알루미늄 등의 금속 박막을 증착시켜 제작할 수 있다.Also, as in the first and third embodiments of the present invention, when the current density of the
도 5에는 본 발명의 제 1실시예에 따른 입자 농축 및 분리 장치의 전기장 시뮬레이션 결과가 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명의 제 2실시예에 따른 입자 농축 및 분리 장치의 전기장 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다.FIG. 5 shows electric field simulation results of the particle concentrating and separating apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 6 shows electric field simulation results of the particle concentrating and separating apparatus according to the second embodiment of the present invention. have.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 1실시예에 따른 입자 농축 및 분리 장치에 있어서, 전원 장치(10)로서 교류 전압원이 사용되며 상기 전원 장치(10)로부터 100 kHz의 10 V의 교류 전압이 인가된 경우의 전기장 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다. 이 경우 물질 패턴(40)을 통해 더 많은 전류가 도통하여 전기장이 형성되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, in the particle concentrating and separating apparatus according to the first embodiment of the present invention, an AC voltage source is used as the
도 6을 참조하면, 본 발명의 제 2실시예에 따른 입자 농축 및 분리 장치에 있어서, 전원 장치(10)로서 교류 전압원이 사용되며 상기 전원 장치(10)로부터 100 kHz의 10 V의 교류 전압이 인가된 경우의 전기장 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다. 이 경우 노출된 평판 전극(20)을 통해 더 많은 전류가 도통하여 전기장이 형성되는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 6, in the particle concentration and separation device according to the second embodiment of the present invention, an AC voltage source is used as the
본 발명에 따른 평판 전극의 전류 밀도 차이를 이용한 입자 농축 및 분리 장치는 형광(fluorescence) 스펙트럼 또는 라만 산란 (Raman scattering) 스펙트럼 분석 장비와 같은 기타 물질 분석 장비와 통합됨으로써 초저농도로 존재하는 물질들을 분리 및 농축하여 빠른 시간 안에 분석하는 데 이용될 수 있다. 또한 상기 물질 패턴을 금속으로 사용함으로써 표면 플라즈몬 공명 (Surface plasmon resonance) 효과를 동시에 얻어 신호를 증폭시키는 효과도 얻을 수 있다.The particle concentration and separation device using the current density difference of the flat plate electrode according to the present invention is integrated with other material analysis equipment such as fluorescence spectrum or Raman scattering spectrum analysis equipment to separate substances present at very low concentrations. And concentrated to be used for quick analysis. In addition, by using the material pattern as a metal, a surface plasmon resonance effect can be simultaneously obtained to amplify a signal.
이상과 같이 본 발명에 따른 평판 전극의 전류 밀도 차이를 이용한 입자 농축 및 분리 장치을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.As described above with reference to the drawings illustrating a particle concentration and separation device using the current density difference of the flat electrode according to the present invention, the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed herein, the present invention Of course, various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 입자 농축 및 분리 장치를 도시한 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a particle concentration and separation device according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 입자 농축 및 분리 장치를 도시한 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating a particle concentration and separation device according to a second embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제 3실시예에 따른 입자 농축 및 분리 장치를 도시한 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating a particle concentration and separation device according to a third embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제 4실시예에 따른 입자 농축 및 분리 장치를 도시한 개념도이다.4 is a conceptual diagram illustrating a particle concentration and separation device according to a fourth embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따른 입자 농축 및 분리 장치의 전기장 시뮬레이션 결과를 도시한 도이다.5 is a view showing the electric field simulation results of the particle concentration and separation device according to the first embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 입자 농축 및 분리 장치의 전기장 시뮬레이션 결과를 도시한 도이다.6 is a view showing the electric field simulation results of the particle concentration and separation device according to a second embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
10: 전원 장치 20: 평판 전극10: power supply device 20: plate electrode
30: 접지 전극 40: 물질 패턴30: ground electrode 40: material pattern
50: 미세유체유로50: microfluidic flow path
Claims (24)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080104751A KR101034350B1 (en) | 2008-10-24 | 2008-10-24 | Devices for Particle Concentration and Separation using Electric Current Density Differences in Plate Electrodes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080104751A KR101034350B1 (en) | 2008-10-24 | 2008-10-24 | Devices for Particle Concentration and Separation using Electric Current Density Differences in Plate Electrodes |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20100045686A true KR20100045686A (en) | 2010-05-04 |
KR101034350B1 KR101034350B1 (en) | 2011-05-16 |
Family
ID=42273299
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020080104751A KR101034350B1 (en) | 2008-10-24 | 2008-10-24 | Devices for Particle Concentration and Separation using Electric Current Density Differences in Plate Electrodes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101034350B1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112226360A (en) * | 2020-08-14 | 2021-01-15 | 南京原码科技合伙企业(有限合伙) | System and method for automatically detecting pathogens in breath |
KR20210108069A (en) * | 2020-02-25 | 2021-09-02 | 연세대학교 산학협력단 | Electric field shaping apparatus and target processing device using electric field |
KR20220016644A (en) * | 2020-08-03 | 2022-02-10 | 한국과학기술연구원 | Particle collecting device with independent floating electrode and particle collecting method using thereof |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101973013B1 (en) * | 2016-02-26 | 2019-04-26 | 성균관대학교산학협력단 | Micro particle separator using direct voltage |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100745754B1 (en) | 2005-12-29 | 2007-08-02 | 삼성전자주식회사 | A device for manipulating a particle using dielectrophoresis comprising a metal post electrode structure and a method of manipulating a particle with high flow rate using the same |
-
2008
- 2008-10-24 KR KR1020080104751A patent/KR101034350B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20210108069A (en) * | 2020-02-25 | 2021-09-02 | 연세대학교 산학협력단 | Electric field shaping apparatus and target processing device using electric field |
KR20220016644A (en) * | 2020-08-03 | 2022-02-10 | 한국과학기술연구원 | Particle collecting device with independent floating electrode and particle collecting method using thereof |
CN112226360A (en) * | 2020-08-14 | 2021-01-15 | 南京原码科技合伙企业(有限合伙) | System and method for automatically detecting pathogens in breath |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101034350B1 (en) | 2011-05-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100624460B1 (en) | A microfluidic device comprising a membrane formed with nano to micro sized pores and method for separating a polarizable material using the same | |
US8137523B2 (en) | Apparatus for and method of separating polarizable analyte using dielectrophoresis | |
Dürr et al. | Microdevices for manipulation and accumulation of micro‐and nanoparticles by dielectrophoresis | |
Martinez‐Duarte et al. | Dielectrophoresis of lambda‐DNA using 3D carbon electrodes | |
Zhang et al. | Dielectrophoresis for manipulation of micro/nano particles in microfluidic systems | |
US9387488B2 (en) | Molecular entrapment and enrichment | |
Cheng et al. | An integrated dielectrophoretic chip for continuous bioparticle filtering, focusing, sorting, trapping, and detecting | |
Barbulovic-Nad et al. | DC-dielectrophoretic separation of microparticles using an oil droplet obstacle | |
Ozuna‐Chacón et al. | Performance characterization of an insulator‐based dielectrophoretic microdevice | |
US9034162B2 (en) | Microfluidic cell | |
Martínez-López et al. | Characterization of electrokinetic mobility of microparticles in order to improve dielectrophoretic concentration | |
Zellner et al. | Off-chip passivated-electrode, insulator-based dielectrophoresis (OπDEP) | |
KR101338291B1 (en) | Apparatus and method for separating microparticles by controlling the dielectrophoresis and magnetophoresis | |
Wu et al. | Label-free multitarget separation of particles and cells under flow using acoustic, electrophoretic, and hydrodynamic forces | |
US8034226B2 (en) | Device for dielectrophoretic separation of particles contained in a fluid | |
Kentsch et al. | Microdevices for separation, accumulation, and analysis of biological micro-and nanoparticles | |
Techaumnat et al. | Study on the discrete dielectrophoresis for particle–cell separation | |
Nakidde et al. | Three dimensional passivated-electrode insulator-based dielectrophoresis | |
Liu et al. | Trapping and chaining self-assembly of colloidal polystyrene particles over a floating electrode by using combined induced-charge electroosmosis and attractive dipole–dipole interactions | |
KR101034350B1 (en) | Devices for Particle Concentration and Separation using Electric Current Density Differences in Plate Electrodes | |
Rashed et al. | Advances and applications of isomotive dielectrophoresis for cell analysis | |
Kunti et al. | Joule heating-induced particle manipulation on a microfluidic chip | |
KR100931303B1 (en) | Microfluidic chip for microparticle focusing and sorting in slanted substrate | |
KR20100060307A (en) | Tunable microfluidic chip for particle focusing and sorting using flexible film substrate | |
EP3463673A1 (en) | Device and method for controlling electrical field |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140422 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |