KR20130064512A - 미세유체방울 간격제어구와 이를 이용한 미세유체방울 배합조절장치, 및 미세유체방울 속도조절방법과 이를 이용한 목표유체방울 배합방법 - Google Patents

미세유체방울 간격제어구와 이를 이용한 미세유체방울 배합조절장치, 및 미세유체방울 속도조절방법과 이를 이용한 목표유체방울 배합방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미세유체방울 간격제어구에 관한 것으로, 본 발명에 따른 미세유체방울 간격제어구는, 미세유체방울을 형성하는 미세유체방울 간격제어구에 있어서, 상기 미세유체방울을 이동시키는 보조액이 유동되는 메인채널; 상기 미세유체방울로 형성되는 목표액이 유동되는 것으로, 상기 메인채널과 수직으로 연통형성되는 액적채널; 조절액이 유동되는 컨트롤채널; 및 상기 조절액이 상기 메인채널에 공급되도록 상기 메인채널과 상기 컨트롤채널에 양단이 연통형성되는 복수 개의 교량채널;을 포함하되, 상기 조절액은 상기 보조액 내에 상기 미세유체방울이 포함된 1차액적용액 내에 공급되는 것을 특징으로 하고, 본 발명에 따른 미세유체방울 간격제어구를 사용함으로써, 미세유체방울이 공급되는 속도를 용이하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 미세유체방울의 간격을 조절하여 공급하는 구조를 단순화함으로써, 별도의 에너지를 소비할 필요없이 유속을 조절하는 것만으로도 미세유체방울이 공급되는 속도를 조절할 수 있다.

Description

미세유체방울 간격제어구와 이를 이용한 미세유체방울 배합조절장치, 및 미세유체방울 속도조절방법과 이를 이용한 목표유체방울 배합방법{MICRODROPLET SPACING CONTROLLER AND MICRODROPLET MIXING DEVICE USING THE SAME, MICRODROPLET SPEED CONTROL METHOD AND MICRODROPLET MIXING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 미세유체방울 간격제어구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공급되는 미세유체방울의 간격을 조절하기 위하여 별도의 에너지를 소모하거나 장치를 설치할 필요없이 유속조절만으로 미세유체방울을 원하는 간격으로 공급함으로써, 다양한 종류의 미세유체방울 간의 동기화를 용이하게 조절할 수 있으며, 다양한 배율로 미세유체방울 간의 조합을 조절함으로써, 원하는 종류의 목표유체방울을 제조하는데 사용할 수 있는 미세유체방울 간격제어구에 관한 것이다.
다양한 화학 및 생물학적 시료의 혼합, 측정, 배열화 등에 적용하기 위해 피코리터 (picoliter) 단위의 미세유체방울 제어기술이 제안되었고 이에 따른 여러 적용 예가 보고되었다. 일 예로 다양한 종류의 특정 생체물질을 미세유체방울에 캡슐화하여 한꺼번에 다중 검출할 수 있는 자동화된 분석 기술의 중요성이 대두되고 있다. 특히 정교하고 독립적인 구동 기술을 구현하기 위해 정확하면서도 효과적으로 미세유체방울을 배합할 수 있는 미세유체 제어기술이 요구된다. 따라서, 미세유체방울 사이에 존재하는 수송 유체의 방해 현상을 극복하고, 각 미세유체방울의 시공간적 조절이 가능한 마이크로플루이딕스 칩을 개발하려는 노력이 집중되고 있다.
종래에는 미세유체방울의 동기화 (synchronization)를 수행하기 위하여 전기적 구동(Angew Chem Int Ed 45: 2556, 2006, Appl Phys Lett 88: 264105, 2006), 다층 챔버의 집적(Lab Chip 9: 207, 2009), 밸브 구조의 집적(Lab Chip 9, 1340, 2009) 등을 이용하여 미세유체방울의 시공간적 구동을 유도하였다. 그러나 종래에 사용되던 미세유체방울의 동기화를 위한 제반 공정 및 구동 방법은 복잡하여 공정의 정밀도를 높이기 어렵고, 타 마이크로플루이딕 소자와의 연동이 어렵다는 단점을 가진다. 주입되는 유체의 유속 조절만으로 미세유체방울의 동기화를 수행할 수 있지만(Lab Chip 6: 174, 2006, Langmuir 24: 12073, 2008), 유속 변화에 따라 유체 방울의 크기 및 형성 속도가 변동될 수 있으므로 다양한 미세유체방울의 조합을 생성하기에는 부적합하다. 또한 이와 같이 복잡한 구성의 장치를 사용할 경우, 제어과정에서 조절해야하는 값이 너무 많기 때문에 잦은 오류가 발생할 뿐만 아니라 장치의 민감도가 높아져서 약한 충격에도 장치의 정밀도가 저하된다.
따라서, 근래에는 복잡한 소자와 장치 구성 대신에 단순한 구조를 이용하면서도 미세유체방울의 간격을 안정적이고 일정한 간격으로 제어할 수 있어 정밀도를 지속적으로 유지할 수 있는 미세유체방울 간격제어구의 필요성이 대두되고 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 미세유체방울의 간격을 용이하게 조절할 수 있는 미세유체방울 간격제어구를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는, 상기 미세유체방울 간격제어구를 이용하여 미세유체방울의 배출속도를 제어함으로써, 미세유체방울이 혼합되는 배율을 조절할 수 있는 미세유체방울 배합조절장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 세 번째 과제는, 미세유체방울 간의 간격에 유체를 공급하여 미세유체방울의 간격을 조절하는 미세유체방울 속도조절방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 네 번째 과제는, 상기 미세유체방울 속도조절방법에 의해 미세유체방울의 간격을 조절함으로써, 목표유체방울에 배합되는 미세유체방울의 비율을 조절하는 목표유체방울 배합방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여, 미세유체방울을 형성하는 미세유체방울 간격제어구에 있어서,
상기 미세유체방울을 이동시키는 보조액이 유동되는 메인채널;
상기 미세유체방울로 형성되는 목표액이 유동되는 것으로, 상기 메인채널과 수직으로 연통형성되는 액적채널;
조절액이 유동되는 컨트롤채널; 및
상기 조절액이 상기 메인채널에 공급되도록 상기 메인채널과 상기 컨트롤채널에 양단이 각각 연통형성되는 복수 개의 교량채널;을 포함하되,
상기 조절액은 상기 보조액 내에 상기 미세유체방울이 포함된 1차액적용액 내에 공급되는 것을 특징으로 하는 미세유체방울 간격제어구를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 보조액 및 상기 목표액은, 친유성 유체 또는 친수성 유체 중에서 각각 서로 다른 것으로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 목표액은 세포, 단백질, 및 나노 크기의 입자상태로 제공되어야 하는 고분자성 입자 중 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 보조액은 미네랄 오일, 헥사데칸, 올레산, 실리콘 오일 중 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 메인채널, 액적채널, 및/또는, 컨트롤채널 각각의 유속을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 조절액은 상기 보조액과 동일한 용액인 것이 바람직하다.
또한, 상기 목표액은 상기 보조액보다 표면장력이 큰 것이 바람직하다.
또한, 상기 교량채널의 내경은 상기 컨트롤채널의 내경보다 작게 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 교량채널 또는 상기 컨트롤채널 내의 유속이 상기 메인채널 내의 유속보다 빠른 것이 바람직하다.
또한, 상기 메인채널, 액적채널, 컨트롤채널, 및/또는 교량채널은 PDMS와 PMMA 및 Teflon으로 이루어진 군에서 선택된 1종인 고분자물질, 감광체, 유리, 실리콘 중 어느 하나로 제조되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 액적채널과 상기 교량채널 사이에 위치한 상기 메인채널은 상기 메인채널의 내경에 대한 길이의 비율이 50 내지 100인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여, 복수 개의 상기 미세유체방울 간격제어구; 및
복수 개의 상기 미세유체방울 간격제어구에 구비된 각각의 상기 메인채널의 말단이 동시에 연통되는 혼합채널;을 포함하는 미세유체방울 배합조절장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 상기 미세유체방울 간격제어구 내에 구비된 상기 메인채널, 액적채널, 및/또는, 컨트롤채널 각각의 유속을 조절하는 제어부가 더 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 세 번째 과제를 해결하기 위하여, 보조액의 유동방향에 수직한 방향으로 목표액을 공급하여 상기 목표액이 상기 보조액 내에서 미세유체방울로 유동되도록 하는 미세유체방울 형성단계; 및
상기 보조액 내에 상기 목표액이 미세유체방울로 구비되는 1차액적용액의 유동방향에 수직한 방향으로 조절액을 공급하는 속도조절단계;를 포함하는 미세유체방울 속도조절방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 조절액은 상기 보조액과 동일한 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 네 번째 과제를 해결하기 위하여, 상기 미세유체방울 속도조절방법으로 여러 종류의 미세유체방울을 각각 제조하는 단일액적 형성단계; 및
상기 단일액적 형성단계에서 형성된 각 종류의 미세유체방울을 혼합하여 목표유체방울을 형성하는 복합액적 형성단계;를 포함하되,
상기 목표유체방울에 배합되는 상기 미세유체방울의 혼합비는, 각각의 상기 미세유체방울의 유동속도로 조절되는 것을 특징으로 하는 목표유체방울 배합방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 조절액을 주입하여, 미세유체방울 간의 간격을 조절함으로써 미세유체방울이 공급되는 속도를 용이하게 조절할 수 있기 때문에, 미세유체방울의 간격을 조절하는 구조를 단순화할 수 있고, 별도의 에너지를 소비할 필요없이 목표액과 보조액 및 조절액의 유속을 조절하는 것만으로도 미세유체방울이 공급되는 크기 및 간격을 조절할 수 있다. 게다가 공급되는 미세유체방울의 크기 및 속도를 조절하는 것만으로 목표유체방울을 형성할 때 사용되는 미세유체방울의 배합비를 용이하게 조절할 수 있어 미세유체방울 및 목표유체방울의 연속적인 공급이 요구되는 분야에서 다양하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체방울 간격제어구의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체방울 간격제어구로 그 간격이 조절된 미세유체방울의 광학사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체방울 배합조절장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체방울 배합조절장치로 조절된 미세유체방울의 배합방법을 나타낸 광학사진이다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
본 발명에 따른 미세유체방울 간격제어구(100)는 종래의 미세유체방울을 생성하던 방식과 달리 단순히 보조액(L1), 목표액(L2), 조절액(L4)의 유동속도 조절에 의해 미세유체방울(L3)이 제공되는 속도를 조절할 수 있다. 즉, 미세유체방울의 간격을 조절함으로써, 미세유체방울이 공급되는 속도를 조절하는 것이다. 따라서, 간격을 제어하는 과정에서 기기 동작의 오류로 인해 미세유체방울(L3)의 간격이 불규칙해지는 일이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 구조가 간단하기 때문에 미세유체방울 간격제어구(100)를 제조하는데 소요되는 시간 및 비용을 줄일 수도 있다. 더욱이 여러 종류의 미세유체방울(L3)이 일정농도로 배합된 목표유체방울(Lp)을 제조할 경우, 보조액, 목표액, 조절액의 유속을 조절하여 미세유체방울(L3) 크기 및 간격을 조절함으로써 각각의 미세유체방울이 서로 배합되는 양을 결정할 수 있다. 따라서, 미량의 목표유체방울(Lp)도 원하는 배합비로 용이하게 제조할 수 있다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체방울 간격제어구의 개략도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체방울 간격제어구로 조절된 미세유체방울의 간격 조절을 나타낸 광학사진이 도시되어 있다.
본 발명에 따른 미세유체방울 간격제어구(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 미세유체방울을 형성하는 미세유체방울 간격제어구에 있어서,
상기 미세유체방울(L3)을 이동시키는 보조액(L1)이 유동되는 메인채널(110);
상기 미세유체방울(L3)로 형성되는 목표액(L2)이 유동되는 것으로, 상기 메인채널(110)과 수직으로 연통형성되는 액적채널(120);
조절액(L4)이 유동되는 컨트롤채널(130); 및
상기 조절액(L4)이 상기 메인채널(110)에 공급되도록 상기 메인채널(110)과 상기 컨트롤채널(130)에 양단이 각각 연통형성되는 복수 개의 교량채널(140);을 포함하되,
상기 조절액(L4)은, 상기 보조액(L1) 내에 상기 미세유체방울(L3)이 포함된 1차액적용액(La) 내에 공급되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 미세유체방울 간격제어구(100)를 통하여 제공되는 미세유체방울 속도조절방법은 다음과 같다. 먼저, 보조액(L1)의 유동방향에 수직한 방향으로 목표액(L2)을 공급하여 상기 목표액(L2)이 상기 보조액(L1) 내에서 미세유체방울(L3)로 형성되는 미세유체방울 형성단계;를 수행한다. 그 이후, 상기 보조액(L1) 내에 상기 목표액(L2)이 미세유체방울(L3)로 구비되는 1차액적용액(La)의 유동방향에 수직한 방향으로 조절액(L4)을 공급하는 속도조절단계;를 진행하게 된다.
미세유체방울(L3)은 메인채널(110b)을 이동하면서 그 간격이 조절된다. 메인채널(110) 내에는 보조액(L1)이 유동된다. 보조액(L1)은 미세유체방울(L3)이 메인채널(110)을 따라 이동할 수 있도록 함과 동시에 목표액(L2)이 미세유체방울(L3) 상태로 제공되도록 한다. 즉, 목표액(L2)이 액적채널(120)을 통하여 메인채널(110)에 유입되는데 여기서 목표액(L2)에는 보조액(L1)을 따라 이동하려는 힘과 액적채널(120)의 벽면을 지탱하려는 힘이 서로 반대방향으로 작용하게 된다. 따라서 목표액(L2)이 일정량 이상 액적채널(120)로부터 배출되면 목표액(L2)에 전단응력이 작용하여 전단응력을 전달받은 목표액(L2)이 미세유체방울(L3)로 형성되어 메인채널(110a)에 유입된다. 이와 같은 방식으로 형성된 미세유체방울(L3)은 보조액(L1)을 따라 이동하면서 교량채널(140)이 형성된 위치를 지나가게 된다. 교량채널(140)은 컨트롤채널(130) 내의 조절액(L4)을 1차액적용액(La)의 보조액(L1), 즉 미세유체방울(L3) 사이에 위치한 보조액(L1)에 공급하여 미세유체방울(L3) 간의 간격을 넓히게 된다.
여기서, 상기 보조액(L1) 및 상기 목표액(L2)은, 친유성 유체 또는 친수성 유체 중에서 각각 서로 다른 것으로 이루어진 것이 바람직하다. 예를 들어, 목표액(L2)이 친수성 유체일 경우 보조액(L1)은 친유성 유체이고, 목표액(L2)이 친유성 유체일 경우 보조액(L1)은 친수성 물질을 선택하는 것이다. 즉, 보조액(L1)과 목표액(L2)을 서로 비혼합성 물질인 것으로 선택함으로써, 보조액(L1) 내에서 목표액(L2)이 미세유체방울(L3)의 형상을 유지하면서 메인채널(110) 내를 유동하도록 할 수 있다.
또한, 상기 목표액(L2)은 상기 보조액(L1)보다 표면장력이 큰 것으로 선택함으로써, 목표액(L2)이 보조액(L1) 내를 이동할 때 미세유체방울(L3)의 형상이 흐트러지지 않고 초기에 형성된 미세유체방울(L3)의 형상 및 체적 그대로 메인채널(110) 내에서 유동하도록 할 수 있다.
여기서 목표액(L2)과 보조액(L1)은 둘 다 특정 공정에 사용되는 물질일 수 있지만, 보다 바람직하게는 목표액(L2)으로 형성된 미세유체방울(L3)이 실제 공정에 사용되고 보조액(L1)은 미세유체방울(L3)을 이송하는데 사용될 수 있다. 즉, 상기 목표액(L2)은 세포, 단백질, 및 나노 크기의 입자상태로 제공되어야 하는 고분자성 입자 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 세포는 동물세포, 암세포, 미생물 등 단일세포의 연구가 필요한 영역에서 사용될 수 있고, 단백질은 중합효소 연쇄반응에 사용될 수 있으며, 고분자성 입자의 경우, 고분자성 입자를 나노 크기의 입자로 형성해야할 경우에 사용될 수 있다.
따라서, 이러한 물질로 형성된 미세유체방울(L3)을 이동할 수 있도록, 상기 보조액(L1)은 미네랄 오일, 헥사데칸, 올레산, 실리콘 오일 중 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 보조액(L1)으로 사용되는 미네랄 오일은, 세포배양 및 생체물질 보존이 가능한 생체적합적 특성 때문에 보조액(L1)으로 사용하기 적합하고, 올레산은, 수화젤 형성에 용이한 특성 때문에 보조액(L1)으로 사용할 수 있으며, 실리콘 오일은 전기적 구동이 용이한 특성에 의해 보조액(L1)으로서 사용하기 적합하다.
메인채널(110)에는 액적채널(120)과 연통되는 액적형성부와 교량채널(140)과 연통되는 간격조절부가 구비되는데 액적형성부에서 생성된 초기의 미세유체방울(L3)의 크기는, 도 2에 도시된 바와 같이, 보조액(L1)이나 목표액(L2)의 유속을 통하여 조절될 수 있다. 여기서 Qr은 목표액(L2)의 유량이고, Qo는 보조액(L1)의 유량이며, Qc는 조절액(L4)의 유량을 뜻한다.
예를 들어, 보조액(L1)의 유량이 고정된 상태에서 목표액(L2)의 유량을 증가시키면 미세유체방울(L3)의 크기가 커지게 된다. 이때, 액적형성부에서 형성된 미세유체방울(L3)은 각 미세유체방울(L3)간의 이격된 거리가 일정한 상태에서 메인채널(110a)을 이동하게 된다. 이와 같이 본 발명에 따른 미세유체방울 간격제어구(100)는 보조액(L1)과, 목표액(L2)과, 조절액(L4)의 유속을 각각 또는 동시에 조절하는 제어부(190)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 여기서 미세유체방울(L3)의 크기는 보조액(L1)과 목표액(L2)의 유속을 통하여 조절하고, 미세유체방울(L3) 간의 간격은 조절액(L4)의 유속을 통하여 조절한다. 따라서, 제어부(190)에서는 조절액(L4)의 유속도 조절할 수 있다. 이때 상기 조절액(L4)으로는 상기 보조액(L1)과 동일한 용액을 사용할 수 있다. 즉, 교량채널(140)을 통하여 1차액적용액(La)의 미세유체방울(L3)들 사이에 조절액(L4)이 유입될 때, 보조액(L1)과 동일 물성의 유체를 조절액(L4)으로 사용함으로써, 1차액적용액(La)을 구성하는 미세유체방울(L3) 사이에 위치한 보조액(L1)의 양이 증가된 효과를 얻을 수 있다. 즉, 최종적으로 미세유체방울(L3)을 목적한 속도로 공급할 수 있는 2차액적용액(Lb)을 제공하게 되는 것이다.
상기 교량채널(140)의 내경은 상기 컨트롤채널(130)의 내경보다 작게 형성하여, 컨트롤채널(130) 내의 조절액(L4) 유속보다 교량채널(140) 내의 조절액(L4) 유속이 증가되도록 한다. 이와 같이 교량채널(140)의 내경이 컨트롤채널(130)보다 좁게 형성될 경우, 조절액(L4)이 메인채널(110) 내로 유입되는 속도가 빨라지기 때문에 메인채널(110) 내의 보조액(L1)이 교량채널(140) 내로 유입되는 것을 방지하고, 1차액적용액(La) 내에 조절액(L4)이 원활하게 혼입되어 미세유체방울(L3) 간의 간격을 원하는 거리만큼 정밀하게 넓힐 수 있다.
또한, 교량채널(140) 또는 컨트롤채널(130) 내의 조절액(L4) 유속을 메인채널(110)의 1차액적용액(La) 유속보다 빠르게 제어함으로써, 1차액적용액(La)이 교량채널(140)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
여기서 교량채널(140)과 액적채널(120) 사이의 메인채널(110a)을 길게 설계함으로써, 메인채널(110a)의 저항이 증가하는 효과를 얻을 수 있다. 이는, 2차액적용액(Lb)의 형성과정에서 메인채널(110b)에 위치한 2차액적용액(Lb) 및 메인채널(110b)로 유입된 1차액적용액(La)이 역류하는 것을 방지하기 위함이다. 즉, 보조액(L1)과 조절액(L4)이 혼합되어 혼합액(L5)이 되는 과정에서 혼합액(L5)과 미세유체방울(L3)로 구성된 2차액적용액(Lb)이 메인채널(110a) 쪽으로 역류하는 것을 방지할 수 있는 것이다. 또한, 이 과정에서 메인채널(110b)에 유입되는 1차액적용액(La) 역시 메인채널(110a)로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
이를 위하여 상기 액적채널(120)과 상기 교량채널(140) 사이에 위치한 상기 메인채널(110a)은 상기 메인채널(110a)의 내경에 대한 길이의 비율이 50 내지 100인 것이 바람직하다. 즉, 이 위치에서 메인채널(110a)의 길이는 메인채널(110a)의 내경보다 50배 내지 100배의 비율로 길게 설계하는 것이다. 액적채널(120)과 상기 교량채널(140) 사이에 위치한 메인채널(110a)의 내경에 대한 길이 비가 50 미만으로 형성되면, 조절액(L4)이 유입될 때, 메인채널(110a)에 위치한 미세유체방울(L3)이 메인채널(110a) 측으로 역류하게 되면서 액적채널(120) 위치에서 형성되는 미세유체방울(L3)의 크기가 불균일해진다. 또한, 메인채널(110a)의 내경에 대한 길이 비가 100을 초과할 경우, 미세유체방울(L3)의 크기 및 간격을 균일하게 유지하는 성능에 비해 불필요하게 미세유체방울 간격제어구(100)의 크기가 커지게 된다. 상기 액적채널(120)과 상기 교량채널(140) 사이에 위치한 상기 메인채널(110a)은 상기 메인채널(110a)의 내경에 대한 길이의 비율이 50 내지 100인 것이 바람직하다.
또한, 상기 메인채널(110), 액적채널(120), 컨트롤채널(130), 및/또는 교량채널(140)은 PDMS, PMMA, 및 Teflon으로 이루어진 군에서 선택된 1종인 고분자물질, 감광체, 유리, 실리콘 중 어느 하나로 제조된다.
상기와 같이 미세유체방울 간격제어구(100)는 메인채널(110), 액적채널(120), 컨트롤채널(130) 및 교량채널(140) 내에 유동하는 유체의 유속을 조절방법을 이용하여 미세유체방울(L3)의 간격을 용이하게 조절할 수 있기 때문에 각각의 채널 구조를 복잡하게 형성하거나 다층으로 형성할 필요가 없다. 또한, 외부전원공급장치 등의 부가적인 외부장치 없이도 다양한 유속조건을 이용하여 미세유체방울(L3)의 간격을 정교하게 조절할 수 있다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체방울 배합조절장치의 개략도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체방울 배합조절장치로 조절된 미세유체방울의 배합방법을 나타낸 광학사진이 도시되어 있다.
본 발명에 따른 미세유체방울 간격제어구(100, 100')는 단일 종류의 미세유체방울(L3, L3) 간의 간격을 조절하여 목표유체방울(Lp)로 제조한다. 따라서, 미세유체방울 배합조절장치(200)는, 목표유체방울(Lp)을 제조하고자 할 경우, 각 종류의 미세유체방울(L3, L3')의 유동 속도를 조절하여 목표유체방울(Lp)에 혼합되는 미세유체방울(L3, L3')의 배합비를 조절한다.
즉, 미세유체방울 배합조절장치(200)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 복수 개의 상기 미세유체방울 간격제어구(100, 100'); 및
복수 개의 상기 미세유체방울 간격제어구(100, 100')에 구비된 각각의 상기 메인채널(110, 110')의 말단이 동시에 연통되는 혼합채널(250);을 포함한다.
여기서, 미세유체방울 배합조절장치(200)를 통하여 제공되는 목표유체방울(Lp) 배합방법은 다음과 같다. 먼저, 미세유체방울 간격제어구(100, 100')에서 수행되는 상기 미세유체방울 속도조절방법으로 복수개의 미세유체방울(L3, L3')을 각각 제조하는 단일액적 형성단계가 진행된다. 상기 단일액적 형성단계에서 형성된 각각의 미세유체방울(L3, L3')은 복합액적 형성단계에서 혼합하여 목표유체방울(Lp)을 형성하게 되는데, 상기 목표유체방울(Lp)에 배합되는 상기 미세유체방울(L3, L3')의 혼합비는, 상기 미세유체방울(L3, L3')의 유동속도로 조절된다.
혼합채널(250)은 각각의 미세유체방울 간격제어구(100, 100')에 구비된 메인채널(110, 110')이 동시에 연통되기 때문에 각각의 미세유체방울 간격제어구(100, 100') 내의 미세유체방울(L3, L3')의 종류가 상이하더라도 각 종류의 미세유체방울(L3, L3')을 유동시키는 보조액(L1, L1')은 동일한 종류로 구비되는 것이 바람직하다. 또는 보조액(L1, L1')이 서로 상이하더라도 각 미세유체방울 간격제어구(100, 100') 내에 유동되는 보조액(L1, L1')은 서로 혼합성을 띄는 것이 바람직하다. 즉, 보조액(L1, L1')이 모두 친수성이거나 모두 친유성을 띄도록 하여 미세유체방울(L3, L3')과는 비혼합성인 물질이되, 보조액(L1, L1') 간에는 서로 혼합되도록 하는 것이다.
이때, 혼합채널(250)에서 목표유체방울(Lp)을 제조할 수 있도록 각각의 미세유체방울 간격제어구(100, 100') 내의 미세유체방울(L3, L3')을 제어하는 제어부(290)가 필요하다. 예를 들어 두 종류의 미세유체방울 간격제어구(100, 100')를 사용한다고 할 경우, 미세유체방울(L3, L3')이 배합되는 비율에 따라 각각의 유속을 조절하는 것이다. 즉, 제조하고자 하는 목표유체방울(Lp) 내에 혼합되는 미세유체방울(L3, L3')의 비가 2:1이라고 하면 미세유체방울(L3) 2개가 혼합채널(250) 내에 유입되는 동안 미세유체방울(L3')1개가 혼합채널(250) 내에 유입되도록 하여 배합비를 조절하는 것이다. 이러한 배합 방법은, 도 4에 더욱 상세하게 도시되어 있다.
여기서, Qc1은 미세유체방울(L3)의 간격을 조절하는 조절액(L4)의 유량을 뜻하고, Qc2는 미세유체방울(L3')의 간격을 조절하는 조절액(L4')의 유량을 뜻한다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
100, 100': 미세유체방울 간격제어구 110, 110': 메인채널
120, 120': 액적채널 130, 130': 컨트롤채널
140, 140': 교량채널 250: 혼합채널
200: 미세유체방울 배합조절장치

Claims (16)

  1. 미세유체방울을 형성하는 미세유체방울 간격제어구에 있어서,
    상기 미세유체방울을 이동시키는 보조액이 유동되는 메인채널;
    상기 미세유체방울로 형성되는 목표액이 유동되는 것으로, 상기 메인채널과 수직으로 연통형성되는 액적채널;
    조절액이 유동되는 컨트롤채널; 및
    상기 조절액이 상기 메인채널에 공급되도록 상기 메인채널과 상기 컨트롤채널에 양단이 각각 연통형성되는 복수 개의 교량채널;을 포함하되,
    상기 조절액은 상기 보조액 내에 상기 미세유체방울이 포함된 1차액적용액 내에 공급되는 것을 특징으로 하는 미세유체방울 간격제어구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조액 및 상기 목표액은, 친유성 유체 또는 친수성 유체 중에서 각각 서로 다른 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세유체방울 간격제어구.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 목표액은 세포, 단백질, 및 나노 크기의 입자상태로 제공되어야 하는 고분자성 입자 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유체방울 간격제어구.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 보조액은 미네랄 오일, 헥사데칸, 올레산, 실리콘 오일 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유체방울 간격제어구.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메인채널, 액적채널, 및/또는, 컨트롤채널 각각의 유속을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유체방울 간격제어구.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조절액은 상기 보조액과 동일한 용액인 것을 특징으로 하는 미세유체방울 간격제어구.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 목표액은 상기 보조액보다 표면장력이 큰 것을 특징으로 하는 미세유체방울 간격제어구.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 교량채널의 내경은 상기 컨트롤채널의 내경보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 미세유체방울 간격제어구.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 교량채널 또는 상기 컨트롤채널 내의 유속이 상기 메인채널 내의 유속보다 빠른 것을 특징으로 하는 미세유체방울 간격제어구.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 메인채널, 액적채널, 컨트롤채널, 및/또는 교량채널은 PDMS와 PMMA 및 Teflon으로 이루어진 군에서 선택된 1종인 고분자물질, 감광체, 유리, 실리콘 중 어느 하나로 제조되는 것을 특징으로 하는 미세유체방울 간격제어구.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 액적채널과 상기 교량채널 사이에 위치한 상기 메인채널은 상기 메인채널의 내경에 대한 길이의 비율이 50 내지 100인 것을 특징으로 하는 미세유체방울 간격제어구.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 복수 개의 상기 미세유체방울 간격제어구; 및
    복수 개의 상기 미세유체방울 간격제어구에 구비된 각각의 상기 메인채널의 말단이 동시에 연통되는 혼합채널;을 포함하는 미세유체방울 배합조절장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수 개의 상기 미세유체방울 간격제어구 내에 구비된 상기 메인채널, 액적채널, 및/또는, 컨트롤채널 각각의 유속을 조절하는 제어부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 미세유체방울 배합조절장치.
  14. 보조액의 유동방향에 수직한 방향으로 목표액을 공급하여 상기 목표액이 상기 보조액 내에서 미세유체방울 상태로 유동되도록 하는 미세유체방울 형성단계; 및
    상기 보조액 내에 상기 목표액이 상기 미세유체방울로 구비되는 1차액적용액의 유동방향에 수직한 방향으로 조절액을 공급하는 속도조절단계;를 포함하는 미세유체방울 속도조절방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 조절액은 상기 보조액과 동일한 것을 특징으로 하는 미세유체방울 속도조절방법.
  16. 제14항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 미세유체방울 속도조절방법으로 여러 종류의 미세유체방울을 각각 제조하는 단일액적 형성단계; 및
    상기 단일액적 형성단계에서 형성된 각 종류의 미세유체방울을 혼합하여 목표유체방울을 형성하는 복합액적 형성단계;를 포함하되,
    상기 목표유체방울에 배합되는 상기 미세유체방울의 혼합비는, 각각의 상기 미세유체방울의 유동속도로 조절되는 것을 특징으로 하는 목표유체방울 배합방법.
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