KR20110034138A - Minuteness fluid element and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 미세유체소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 미세유체의 유동 효율 및 유동 제어 효율 향상과 더불어 구조를 간소화 시킬 수 있도록 구조 및 그 제조방법이 개선된 미세유체소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microfluidic device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a microfluidic device having an improved structure and a manufacturing method thereof so as to simplify the structure while improving the flow efficiency and flow control efficiency of the microfluidic device, and It relates to a manufacturing method.
일반적으로 미세유체소자는 미세 자동 분석시스템, 예를 들면 바이오센서, 바이오 칩, HTS(High Throughput Screening) 시스템, 조합 화학(Combinatory chemistry) 시스템과 같은 분야에 적용된다.In general, the microfluidic device is applied to a field such as a micro automatic analysis system, for example, a biosensor, a biochip, a high throughput screening (HTS) system, a combination chemistry system.
여기서, 미세유체소자 내부에는 미세유체가 유동될 수 있는 채널이 형성된다. 미세유체소자 내부에 형성된 채널을 통해 미세유체가 유동, 혼합 또는 반응 등이 이루어진다. 또한, 미세유체소자 내부에 유동되는 미세유체는 유체 유동 제어에 의해 유동된다.Here, a channel through which the microfluid can flow is formed in the microfluidic device. The microfluid flows, mixes or reacts through a channel formed inside the microfluidic device. In addition, the microfluid flowing inside the microfluidic device flows by fluid flow control.
한편, 종래의 미세유체소자는 기판과, 기판 상에 적층되며 미세유체가 수용 및 피수용 되는 한 쌍의 챔버 및 챔버들 사이를 연결하는 유동채널이 형성된 제1레 이어와, 제1레이어 상에 적층되며 미세유체의 유동이 발생되도록 제1레이어를 변형시키는 제어채널 및 제어채널에 압력을 제공하는 압력전달부가 형성된 제2레이어를 포함한다.Meanwhile, a conventional microfluidic device includes a substrate, a first layer formed on the substrate, and a pair of chambers and a flow channel connecting the chambers between the chambers in which the microfluid is accommodated and received, and on the first layer. And a second layer having a control channel for deforming the first layer to stack the microfluidic flow and a pressure transfer part for providing pressure to the control channel.
이러한 종래의 미세유체소자는 일정 간격을 두고 복수의 제어채널이 형성되어, 각각의 제어채널의 작동에 의해 어느 하나의 챔버로부터 다른 챔버로 유체를 유동시키는 특징을 가지고 있다.The conventional microfluidic device has a feature in which a plurality of control channels are formed at regular intervals, and fluid flows from one chamber to another chamber by the operation of each control channel.
그런데, 종래의 미세유체소자는 챔버들 사이에 유체 유동을 위해 복수의 제어채널이 사용됨으로써, 각각 제어채널에 압력을 제공하는 압력전달장치도 상응되어 마련되거나 각각 제어채널을 선택적으로 작동시킬 수 있는 삼방밸브(3-way)와 같은 부가장치가 필요한 문제점이 있다.However, in the conventional microfluidic device, a plurality of control channels are used for fluid flow between chambers, so that pressure transmitters providing pressure to the control channels may be provided correspondingly or may selectively operate the control channels. There is a problem in that an additional device such as a three-way valve is required.
또한, 종래의 미세유체소자는 유체의 유동을 차단하기 위해 한 쌍의 챔버에 각각 별도의 마이크로 밸브 및 밸브구동용 압력장치가 부가되어야 하므로, 전체적으로 구조가 복잡해지고 그 부피 또한 증가하는 문제점도 있다.In addition, in the conventional microfluidic device, since a separate microvalve and a valve driving pressure device must be added to the pair of chambers to block the flow of the fluid, there is a problem that the overall structure becomes complicated and its volume also increases.
따라서, 본 발명의 목적은, 단일 제어채널을 사용하여 구조의 간소화와 더불어 복수의 제어채널 사용 시와 같은 미세유체의 유동 효율의 확보를 위해 구조가 개선된 미세유체소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a microfluidic device having an improved structure and a method of manufacturing the same for simplifying the structure using a single control channel and securing flow efficiency of the microfluid as in the case of using a plurality of control channels. will be.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 마이크로 밸브 및 밸브구동용 압력장치를 배제하고 미세유체가 수용 및 피수용 되는 챔버들 사이에서의 미세유체 유동을 차단 할 수 있도록 구조가 개선된 미세유체소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention, the microfluidic device and its structure is improved to exclude the microvalve and the valve driving pressure device and to block the microfluidic flow between the chambers in which the microfluid is accommodated and received It is to provide a manufacturing method.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects which are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라, 기판과, 상기 기판 상에 적층되며, 유체가 수용되는 적어도 한 쌍의 챔버 및 상기 한 쌍의 챔버 사이에 연결되고 상기 한 쌍의 챔버 중 어느 하나에 수용된 유체를 다른 하나로 안내하는 유동채널이 형성된 제1레이어(layer)와, 상기 제1레이어 상에 적층되며, 상기 유동채널과 십자 형상을 이루며 배치 형성되고 외부로부터의 가압력에 기초하여 상기 유동채널을 가압 및 가압 해제하는 제어채널을 갖는 제2레이어(layer)를 포함하며, 상기 유동채널은 상기 제어채널에 의해 가압 및 가압 해제되는 상기 유동채널의 중심을 기준으로 각각 상이한 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 미세유체소자에 의해 이루어진다.Means for solving the problems, according to the present invention, is laminated between the substrate and at least one pair of chambers and the pair of chambers in which the fluid is accommodated and stacked in any one of the pair of chambers A first layer having a flow channel for guiding the received fluid to the other layer, and stacked on the first layer, formed crosswise with the flow channel, and arranged on the basis of the pressing force from the outside. And a second layer having control channels for pressurizing and depressurizing, the flow channels each having a different cross-sectional area relative to the center of the flow channel pressurized and depressurized by the control channel. Made by a microfluidic device.
여기서, 상기 유동채널은, 상기 유동채널의 중심과 유체가 수용된 상기 챔버에 연결된 제1유동채널부와, 상기 유동채널의 중심과 유체가 피수용된 상기 챔버에 연결된 제2유동채널부를 포함하며, 상기 제1유동채널부의 단면적은 상기 제2유동채널부의 단면적보다 작은 것이 바람직하다.The flow channel may include a first flow channel part connected to the center of the flow channel and the chamber in which the fluid is received, and a second flow channel part connected to the chamber in which the fluid and the center of the flow channel are accommodated. The cross-sectional area of the first flow channel portion is preferably smaller than the cross-sectional area of the second flow channel portion.
그리고, 바람직하게 상기 제1유동채널부의 단면 형상은 곡률을 갖는 구형(球形)으로 형성되고, 상기 제2유동채널부의 단면 형상은 다각형 형상으로 형성될 수 있다.The cross-sectional shape of the first flow channel portion may be formed in a spherical shape having a curvature, and the cross-sectional shape of the second flow channel portion may be formed in a polygonal shape.
더욱 바람직하게 상기 한 쌍의 챔버 사이에는 적어도 하나의 상기 유동채널이 연결될 수 있다.More preferably, at least one flow channel may be connected between the pair of chambers.
상기 제1레이어와 상기 제2레이어 사이에 개재되어, 상기 제어채널로부터 가압력을 제공 받아 상기 유동채널을 가압하는 박막층을 더 포함할 수 있다.The semiconductor device may further include a thin film layer interposed between the first layer and the second layer to receive the pressing force from the control channel to pressurize the flow channel.
상기 제2레이어에는 상기 제어채널에 연결되며, 외부로부터의 가압력을 상기 제어채널에 전달하는 압력전달부가 형성되는 것이 바람직하다.The second layer is preferably connected to the control channel, a pressure transfer unit for transmitting a pressing force from the outside to the control channel is formed.
한편, 상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라, (a) 기판 상에 유체가 수용되는 적어도 한 쌍의 챔버 및 상기 한 쌍의 챔버 중 어느 하나에 수용된 유체를 다른 하나로 안내하도록 상기 한 쌍의 챔버 사이를 연결하는 유동채널이 형성된 제1레이어(layer)를 적층하는 단계와, (b) 상기 제1레이어 상에 외부로부터 가압력을 제공 받아 상기 유동채널을 가압하는 제어채널이 형성된 제2레이어(layer)를 상기 유동채널과 상기 제어채널이 십자 형상을 이루도록 적층하는 단계를 포함하며, 상기 (a) 단계에서 상기 유동채널은 상기 제어채널에 의해 가압되는 상기 유동채널의 중심을 기준으로 각각 상이한 단면적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 미세유체소자의 제조방법에 의해서도 이루어질 수 있다. On the other hand, according to the present invention, according to the present invention, (a) at least one pair of chambers in which the fluid is accommodated on the substrate and the one of the pair of chambers to guide the fluid contained in any one of the pair of chambers to the other Stacking a first layer in which a flow channel connecting the chambers is formed; and (b) a second layer in which a control channel pressurizes the flow channel by receiving a pressing force from the outside on the first layer. and layering the flow channel and the control channel in a cross shape, wherein in the step (a), the flow channel has a different cross-sectional area based on the center of the flow channel pressed by the control channel. It can also be made by the method of manufacturing a microfluidic device, characterized in that formed.
여기서, 상기 (a) 단계에서 상기 유동채널의 중심을 기준으로 유체가 수용된 상기 챔버와 연결되는 상기 유동채널의 단면적은 유체가 피수용된 상기 챔버와 연결되는 상기 유동채널의 단면적보다 작은 것이 바람직하다.Here, in step (a), the cross-sectional area of the flow channel connected to the chamber in which the fluid is accommodated based on the center of the flow channel is preferably smaller than the cross-sectional area of the flow channel connected to the chamber in which the fluid is received.
그리고, 바람직하게 상기 (a) 단계에서 상기 유동채널의 중심을 기준으로 유 체가 수용된 상기 챔버와 연결되는 상기 유동채널의 단면 형상은 곡률을 갖는 구형(球形)으로 형성하고, 유체가 피수용된 상기 챔버와 연결되는 상기 유동채널의 단면 형상은 다각형 형상으로 형성할 수 있다.Preferably, in the step (a), the cross-sectional shape of the flow channel connected to the chamber in which the fluid is accommodated based on the center of the flow channel is formed in a spherical shape having a curvature, and the chamber in which the fluid is accommodated. The cross-sectional shape of the flow channel connected with may be formed in a polygonal shape.
또한, 바람직하게 상기 (b) 단계에서 상기 제1레이어와 상기 제2레이어 사이에 상기 제어채널로부터 가압력을 제공 받아 상기 유동채널을 가압하는 박막층을 개재할 수 있다.In addition, preferably in the step (b) may be provided between the first layer and the second layer through a thin film layer for receiving the pressing force from the control channel to press the flow channel.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.
따라서, 상기 과제의 해결 수단에 따르면, 미세유체가 유동되는 제1유동채널부 및 제2유동채널부가 상이한 단면적을 갖도록 형성하고 단일의 제어채널로 미세유체 유동 흐름을 제어할 수 있으므로, 미세유체소자의 유동 효율을 향상시킬 수 있는 미세유체소자 및 그 제조방법이 제공된다.Therefore, according to the above solution, the microfluidic device can be formed so that the first flow channel portion and the second flow channel portion in which the microfluid flows have different cross-sectional areas, and the microfluidic flow flow can be controlled by a single control channel. Provided are a microfluidic device and a method for manufacturing the same, which can improve flow efficiency of the same.
또한, 단일의 제어채널로 미세유체의 유동 차단 및 펌핑을 동시에 할 수 있으므로, 전체적인 구조의 간소화를 실현시킬 수 있는 미세유체소자 및 그 제조방법이 제공된다.In addition, since the flow of the microfluid can be simultaneously blocked and pumped by a single control channel, a microfluidic device and a method of manufacturing the same are provided that can simplify the overall structure.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 구성 및 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 참고로, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Advantages and features of the present invention, and a configuration and method for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, only the embodiments are to make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. For reference, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
설명하기에 앞서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 미세유체소자는 제1 및 제2실시 예로 구분되어 설명됨을 미리 알려둔다. 그리고, 본 발명의 제1 및 제2실시 예로 구분되어 설명됨에 있어서 동일한 명칭은 동일 도면부호로 기재되었음도 미리 밝혀둔다.Prior to the description, it is noted that the microfluidic device according to the preferred embodiment of the present invention is divided and described as the first and second embodiments. Incidentally, in the description of the first and second embodiments of the present invention, the same names are indicated by the same reference numerals.
도 1은 본 발명의 바람직할 실시 예에 따른 미세유체소자의 제1레이어, 제2레이어 및 제1레이어에 제2레이어가 적층된 투시 평면도이다.1 is a perspective plan view of a first layer, a second layer, and a second layer laminated on the first layer of the microfluidic device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 미세유체소자(1)는 기판(10: 도 2 내지 도 4 및 도 6 내지 도 8 참조), 제1레이어(30) 및 제2레이어(50)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the
기판(10)은 유리 또는 실리콘과 같은 재질로 마련된다. 기판(10)은 폴리머(polymer) 재질로 마련된 제1레이어(30) 및 제2레이어(50)의 적층을 지지하기 위 해 마련된다.The
다음으로 도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 제1실시 예에 따른 미세유체소자의 'A' 영역의 사시도, 도 3은 도 2에 도시된 미세유체소자의 좌측 및 우측 구성도, 그리고 도 4는 도 3에 도시된 마세유체소자의 좌측 및 우측 작동 구성도이다.Next, FIG. 2 is a perspective view of an 'A' region of the microfluidic device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, FIG. 3 is a left and right configuration diagram of the microfluidic device shown in FIG. 4 is a left and right operation configuration diagram of the horseshoe fluid element shown in FIG.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제1레이어(30)는 제1레이어몸체(32), 한 쌍의 챔버(34) 및 유동채널(36)을 포함한다.As shown in FIGS. 2 to 4, the
제1레이어몸체(32)는 제1레이어(30)의 외관을 형성하며, 기판(10) 상에 적층 지지된다. 제1레이어몸체(32)는 PDMS(polydimethylsiloxane), PMMA(polymethylmethacrrylate), PC(polycarbonate), PA(polyamide), PE(polyethylene), PP(polypropylene), PPE(polyphenylene ether), PS(polyvinylchloride), POM(polyoximethylene), PEEK(polyetheretherketone), PTFE(polytetrafluoreothylene), PVC(polyvinylchloride), PVDF(polyvinylidene fluoride), PBT(polybutyleneterephthalate) 등의 폴리머 재질로 마련된다. 여기서, 제1레이어몸체(32) 내부에는 한 쌍의 챔버(34)와 한 쌍의 챔버(34)를 연결하는 유동채널(36)이 형성된다.The
챔버(34)는 본 발명의 일 실시 예로서, 제1레이어몸체(32)의 내부에 한 쌍으로 형성된다. 챔버(34)는 미세유체를 수용하는 역할을 한다. 챔버(34)는 최초에 미세유체가 주입되었을 때, 한 쌍의 챔버(34) 중 어느 하나에는 유체가 수용되고 다른 하나에는 피수용 된다. 여기서, 미세유체는 후술할 유동채널(36)로 안내되어 유체가 수용된 챔버(34)로부터 유체가 피수용된 챔버(34)로 유동된다. 즉, 챔 버(34)는 최초에 미세유체가 주입되는 제1챔버(34a)와 제1챔버(34a)로부터 유동된 미세유체를 수용하는 제2챔버(34b)를 포함한다.
챔버(34)는 본 발명의 일 실시 예로서, 한 쌍으로 형성되었으나, 본 발명과 달리 두 쌍 이상으로 형성될 수도 있다. 두 쌍 이상의 챔버(34) 형성 시, 각 한 쌍의 챔버(34) 사이에는 미세유체 유동을 안내하는 유동채널(36)이 연결되어야 한다.
유동채널(36)은 본 발명의 일 실시 예로서, 한 쌍의 챔버(34) 사이에 연결된다. 유동채널(36)은 한 쌍의 챔버(34) 중 어느 하나에 수용된 미세유체가 피수용된 다른 하나의 챔버(34)로 유동되도록 미세유체의 유동을 안내한다.
유동채널(36)은 한 쌍의 챔버(34) 사이를 연결하는 길이의 중심을 기준으로 상이한 단면적을 가지고 형성된다. 예를 들어 설명하자면, 유동채널(36)은 유동채널(36)의 중심과 미세유체가 수용된 제1챔버(34a)와 연결된 제1유동채널부(36a)와, 유동채널(36)의 중심과 미세유체가 피수용된 제2챔버(34b)와 연결된 제2유동채널부(36b)로 구분된다. 여기서, 도 3 및 도 4를 참조하여 제1유동채널부(36a)와 제2유동채널부(36b)의 단면적을 대비해 보면, 제1유동채널부(36a)의 단면적은 제2유동채널부(36b)의 단면적보다 작은 것을 알 수 있다. 이렇게 제1유동채널부(36a)의 단면적이 제2유동채널부(36b)의 단면적보다 작음으로써, 제1챔버(34a)로부터의 미세유체가 제2챔버(34b)로 유동된다. 즉, 이러한 제1유동채널부(36a)의 단면적과 제2유동채널부(36b)의 단면적의 상관관계를 수식으로 표현하여 설명하면 다음과 같다.The
제1유동채널부(36a)의 중심에 생기는 압력을 , 제1유동채널부(36a)의 유량을 Q1 및 유동저항을 R1이라 하고, 제2유동채널부(36b)의 압력을 P2, 유량을 Q2 및 유동저항을 R2라 할 때, Pressure generated in the center of the first
로 표현된다. 여기서, 제1유동채널부(36a)의 유동저항 R1은 제2유동채널부(36b)의 유동저항 R2보다 크다(R1 > R2). 따라서, 제1유동채널부(36a)의 유량 Q1은 제2유동채널부(36b)의 유량 Q2보다 작기 때문에 제1유동채널부(36a)로부터 제2유동채널부(36b)로 자연적인 미세유체 유동 현상이 발생된다.It is expressed as Here, the flow resistance R 1 of the first
한편, 제1유동채널부(36a)의 단면 형상은 곡률을 갖는 구형(球形)으로 형성되고, 제2유동채널부(36b)의 단면 형상은 다각형 형상으로 형성된다. 본 발명의 제1실시 예의 제1유동채널부(36a)는 제2레이어(50)를 향해 볼록한 형상의 반원형의 형상으로 마련되며, 제2유동채널부(36b)는 사각형 단면 형상으로 마련된다. 제1유동채널부(36a)는 곡률을 가진 반원 형상으로 마련되어, 후술할 제어채널(54)의 가압에 의해 단면 전체가 폐쇄된다. 반면, 제2유동채널부(36b)는 제어채널(54)에 의해 가압 시 일부 단면 영역이 개방되어 미세유체가 유동될 수 있다.On the other hand, the cross-sectional shape of the first
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 미세유체소자(1)는 한 쌍의 챔버(34) 사이에 적어도 하나의 유동채널(36)이 연결될 수 있다. 즉, 본 발명의 바람직한 실시 예의 유동채널(36)은 한 쌍의 챔버(34) 사이에 1개가 개재된다. 그러나, 유동 채널(36)은 미세유체의 유동량에 따라 한 쌍의 챔버(34) 사이에 2개 이상으로 개재될 수도 있다.In the
다음으로 제2레이어(50)는 제2레이어몸체(52), 제어채널(54) 및 압력전달부(56)를 포함한다.Next, the
제2레이어몸체(52)는 제2레이어(50)의 외관을 형성하며, 제1레이어몸체(32)와 같이, PDMS, PMMA, PC, PA, PE, PP, PPE, PS, POM, PEEK, PTFE, PVC, PVDF, PBT 등의 폴리머 재질로 마련된다. 제2레이어몸체(52)의 내부에는 제1레이어(30)의 유동채널(36)을 가압 및 가압 해제하는 제어채널(54) 및 외부로부터 압력을 제공받아 제어채널(54)에 전달하는 압력전달부(56)가 형성된다.The
제어채널(54)은 압력전달부(56)로부터 제공 받은 압력으로 유동채널(36)을 가압하는 역할을 한다. 본 발명의 일 실시 예에서의 제어채널(54)은 연접하는 제1레이어(30)의 외표면을 가압하여 유동채널(36)의 중심 영역을 가압한다. 이렇게 제어채널(54)에 의해 유동채널(36)이 가압되면 유동채널(36) 내부의 미세유체는 펌핑되어 제2챔버(34b)로 빠르게 유동된다.The
즉, 제어채널(54)의 가압력에 의해 유동채널(36)이 가압되면 제1유동채널부(36a)는 폐쇄되어 제1챔버(34a)로부터 제1유동채널부(36a)로 안내된 미세유체의 유동은 차단되고, 일부 단면 영역이 개방된 제2유동채널부(36b)로 미세유체가 펌핑되어 유동채널(36) 내부의 미세유체는 제2챔버(34b)로 유동된다. 이에, 제어채널(54)의 단속적인 작동 또는 반복적인 작동 방식에 따라 제1챔버(34a)로부터의 미세유체 유동 차단과 제2챔버(34b)로의 미세유체 펌핑 기능을 선택적으로 수행할 수 있다는 장점이 있다.That is, when the
더불어, 본 발명의 일 실시 예의 제어채널(54)은 유동채널(36)과 십자 형상을 이루면서 배치된다. 제어채널(54)이 유동채널(36)과 십자 형상을 이루고 배치됨으로써, 제어채널(54)에 의해 제1유동채널부(36a) 및 제2유동채널부(36b)가 연접한 영역이 가압된다.In addition, the
압력전달부(56)는 제어채널(54)과 연결되며, 외부로부터 압력을 제공 받아 제어채널(54)로 전달하는 역할을 한다. 압력전달부(56)에는 공압펌프(미도시), 주사기 펌프(미도시) 또는 그 외의 압력을 인가하는 공지된 장치가 연결될 수 있다.The
이러한 구성에 의한 본 발명의 제1실시 예에 따른 미세유체소자(1)의 작동 과정 및 제조 과정을 이하에서 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation process and manufacturing process of the
우선, 제1챔버(34a)에 미세유체를 주입하여 유동채널(36)을 채운다. 이때 유동채널(36) 내부에 주입된 미세유체 유동을 제어하기 위해 압력전달부(56)에 압력을 공급한다. 그러면, 제어채널(54)은 압력전달부(56)로부터 제공 받은 압력으로 제1레이어(30)의 외표면을 가압한다. 제어채널(54)에 의해 가압된 제1레이어(30)는 변형되어 유동채널(36)을 폐쇄함으로써 유체유동을 차단한다.First, a microfluid is injected into the
또한, 제어채널(54)은 압력전달부(56)로부터 주기적으로 압력을 제공 방아 제1레이어(30)의 외표면을 주기적으로 가압한다. 제1유동채널부(36a)의 유동저항이 제2유동채널부(36b)의 유동저항보다 크기 때문에, 유동채널(36) 내부의 미세유체는 제2챔버(34b)로 펌핑된다.In addition, the
한편, 도 5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 미세유체소자의 제조 흐름도이 다.On the other hand, Figure 5 is a manufacturing flow chart of the microfluidic device according to the first embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 챔버(34) 및 상이한 단면적을 갖는 유동채널(36)이 형성된 제1레이어(30)를 기판(10) 상에 적층한다(S100). 이때, 유동채널(36)은 중심을 기준으로 각각 상이한 단면적으로 형성한다.As shown in FIG. 5, the
즉, 유동채널(36)의 중심을 기준으로 미세유체가 수용된 제1챔버(34a)와 연결되는 제1유동채널부(36a)의 단면적은 미세유체가 피수용된 제2챔버(34b)와 연결되는 제2유동채널부(36b)의 단면적보다 작게 형성한다. 또한, 미세유체가 수용된 제1챔버(34a)와 연결되는 제1유동채널부(36a)의 단면 형상은 곡률을 갖는 구형으로 형성하고, 미세유체가 피수용된 제2챔버(34b)와 연결되는 제2유동채널부(36b)의 단면 형상은 사각형 형상으로 형성한다.That is, the cross-sectional area of the first
제1레이어(30) 상에 제어채널(54) 및 압력전달부(56)가 형성된 제2레이어(50)를 적층한다(S120). 제1레이어(30) 상에 제2레이어(50)를 적층 할 때, 유동채널(36)과 제어채널(54)이 십자 형상을 이루도록 적층 배치한다.The
다음으로 도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 미세유체소자의 사시도, 도 7은 도 6에 도시된 미세유체소자의 좌측 및 우측 구성도, 그리고 도 8은 도 7에 도시된 미세유체소자의 좌측 및 우측 작동 구성도이다.Next, FIG. 6 is a perspective view of a microfluidic device according to a second embodiment of the present invention, FIG. 7 is a left and right side view of the microfluidic device shown in FIG. 6, and FIG. 8 is a microfluidic device shown in FIG. 7. Left and right side operation diagram of the.
본 발명의 제2실시 예에 따른 미세유체소자(1)는 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시 예에 따른 미세유체소자(1)의 구성 이외에 박막층(70)을 더 포함한다.As shown in FIGS. 6 to 8, the
본 발명의 제2실시 예에 따른 미세유체소자의 제1유동채널부(36a) 단면 형상 은 제1실시 예의 제1유동채널부(36a) 단면 형상과 달리, 기판(10)을 향해 볼록한 반원형의 형상으로 형성된다.The cross-sectional shape of the first
본 발명이 제2실시 예의 박막층(70)은 제1레이어(30)와 제2레이어(50) 사이에 개재되어, 제어채널(54)로부터 가압력을 제공 받아 유동채널(36)의 중심 영역을 가압한다. 박막층(70)은 제1유동채널부(36a)와 제2유동채널부(36b)의 경계 영역을 보다 효율적으로 가압한다. 그리고, 박막층(70)은 제1레이어(30) 및 제2레이어(50)와 같이 폴리머 재질로 마련되는 것이 바람직하다.The
이러한 구성에 의한 본 발명의 제2실시 예에 따른 미세유체소자(1)의 작동 과정 및 제조 과정을 이하에서 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation process and manufacturing process of the
본 발명의 제2실시 예에 따른 미세유체소자(1)의 작동 과정은 본 발명의 제1실시 예에 따른 미세유체소자(1)의 작동 과정과 유사하다.The operation process of the
그러나, 본 발명의 제2실시 예에 따른 미세유체소자(1)의 작동 과정은 제1실시 예와 달리, 제어채널(54)에 의한 가입 시 박막층(70)과 함께 제1레이어(30)의 외표면이 가압된다.However, unlike the first embodiment, the operation of the
그러면, 박막층(70)과 제1레이어(30)의 변형에 의해 제1유동채널부(36a)의 유로가 폐쇄되어 제1챔버(34a)로부터 제2챔버(34b)로 유동되는 미세유체가 차단되고, 제2유동채널부의 일부 유로는 개방되어 제2챔버(34b)로 미세유체가 펌핑된다.Then, the flow path of the first
한편, 도 9는 본 발명의 제2실시 예에 따른 미세유체소자의 제조 흐름도이다.9 is a flowchart illustrating the manufacture of a microfluidic device according to a second embodiment of the present invention.
도 9에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 챔버(34) 및 상이한 단면적을 갖는 유동 채널(36)이 형성된 제1레이어(30)를 기판(10) 상에 적층한다(S300). 이때, 유동채널(36)은 중심을 기준으로 각각 상이한 단면적으로 형성한다. 여기서, 제1유동채널부(36a)는 본 발명의 제1실시 예와는 달리, 기판(10)을 향해 볼록한 형상을 가지고 형성된다. 물론, 본 발명의 제1실시 예와 같이, 제1유동채널부(36a)의 단면적은 제2유동채널부(36b)의 단면적보다 작게 형성한다.As shown in FIG. 9, a
제1레이어(30) 상에 박막층(70)을 적층한다(S320).The
박막층(70) 상에 제어채널(54) 및 압력전달부(56)가 형성된 제2레이어(50)를 적층한다(S340). 제1레이어(30) 상에 제2레이어(50)를 적층 할 때, 유동채널(36)과 제어채널(54)이 십자 형상을 이루도록 적층 배치한다.The
이에, 미세유체가 유동되는 제1유동채널부 및 제2유동채널부를 상이한 단면적을 갖도록 형성하고 단일의 제어채널로 박막층을 통해 유동채널의 유동 흐름을 제어할 수 있으므로, 미세유체소자의 유동 효율을 향상시킬 수 있다.Therefore, since the first flow channel portion and the second flow channel portion through which the microfluid flows can be formed to have different cross-sectional areas, and the flow flow of the flow channel can be controlled through the thin film layer with a single control channel, the flow efficiency of the microfluidic device can be improved. Can be improved.
또한, 단일의 제어채널로 미세유체의 유동 차단 및 펌핑을 선택적으로 수행할 수 있으므로, 전체적인 구조의 간소화를 실현시킬 수 있다.In addition, since the flow control and pumping of the microfluid can be selectively performed by a single control channel, the overall structure can be simplified.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 수적인 특징들이 변경되지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or numerical features of the present invention. It will be understood that there is. Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
도 1은 본 발명의 바람직할 실시 예에 따른 미세유체소자의 제1레이어, 제2레이어 및 제1레이어에 제2레이어가 적층된 투시 평면도,1 is a perspective plan view of a first layer, a second layer, and a second layer laminated on the first layer of a microfluidic device according to an embodiment of the present invention;
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 제1실시 예에 따른 미세유체소자의 'A' 영역의 사시도,FIG. 2 is a perspective view of an 'A' region of the microfluidic device shown in FIG. 1 according to the first embodiment of the present invention; FIG.
도 3은 도 2에 도시된 미세유체소자의 좌측 및 우측 구성도,3 is a left and right configuration diagram of the microfluidic device shown in FIG.
도 4는 도 3에 도시된 마세유체소자의 좌측 및 우측 작동 구성도,4 is a left and right operation configuration diagram of the horseshoe fluid element shown in FIG.
도 5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 미세유제소자의 제조 흐름도,5 is a manufacturing flowchart of the microemulsion device according to the first embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 미세유체소자의 사시도,6 is a perspective view of a microfluidic device according to a second embodiment of the present invention;
도 7은 도 6에 도시된 미세유체소자의 좌측 및 우측 구성도,7 is a left and right configuration diagram of the microfluidic device shown in FIG.
도 8은 도 7에 도시된 미세유체소자의 좌측 및 우측 작동 구성도,8 is a left and right operating configuration diagram of the microfluidic device shown in FIG.
도 9는 본 발명의 제2실시 예에 따른 미세유체소자의 제조 흐름도이다.9 is a manufacturing flowchart of the microfluidic device according to the second embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1: 미세유체소자 10: 기판 1: microfluidic device 10: substrate
30: 제1레이어 34: 챔버30: first layer 34: chamber
34a: 제1챔버 34b: 제2챔버34a:
36: 유동채널 36a: 제1유동채널부36: flow
36b: 제2유동채널부 50: 제2레이어36b: second flow channel portion 50: second layer
54: 제어채널 56: 압력전달부54: control channel 56: pressure transmitter
70: 박막층70: thin film layer
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KR101526675B1 (en) * | 2013-07-29 | 2015-06-09 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | Nanoparticles generating device and generating method using the same |
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