KR20170010480A - 적층형 미세유체 유동 구조체 및 적층형 유동블록 구조체 - Google Patents

적층형 미세유체 유동 구조체 및 적층형 유동블록 구조체 Download PDF

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KR20170010480A
KR20170010480A KR1020150102172A KR20150102172A KR20170010480A KR 20170010480 A KR20170010480 A KR 20170010480A KR 1020150102172 A KR1020150102172 A KR 1020150102172A KR 20150102172 A KR20150102172 A KR 20150102172A KR 20170010480 A KR20170010480 A KR 20170010480A
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이명호
김병일
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티엔에스(주)
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Abstract

적층형 미세유체 필름 및 유동블록이 개시된다. 본 발명에 따른 미세유체 필름은 미세유체가 이동하기 위한 채널이 형성된 필름; 및 필름의 상하부면에 접합하는 것으로, 채널의 양 단부 중 적어도 하나와 상응하는 부분에 미세유체의 상하 이동을 위한 이동홀이 형성된 플레이트를 포함하고, 복수의 상기 필름 및 플레이트가 번갈아가며 적층된다.

Description

적층형 미세유체 필름 및 유동블록{STACKING TYPED MICROFLUIDIC FILMS AND FLOATING BLOCK}
본 발명은 미세유체 필름 및 유동블록에 관한 것으로, 다른 미세유체 필름 및 유동블록과 용이하게 적층 내지 조립 가능하도록 형성되어 다양한 형태의 미세유체칩을 제작 가능한 적층형 미세유체 필름 및 유동블록에 관한 것이다.
마이크로 TAS(micro total analysis system)의 최근 발전은 강력한 실험 플랫폼을 제공하고 있다. 특히 질병 진단, 화학 분석 등과 같은 과정을 작은 칩 상에서 수행하는 것과 관련된 랩온어칩(lap-on-a-chip) 분야에서는 휴대화, 소형화, 저가격화, 집적화, 자동화 및 실시간 진단과 같은 기술 이슈들이 있으며, 이와 같은 기술 이슈들을 해결하기 위한 연구 개발이 활발히 일어나고 있다.
특히 최근에는 미세유체를 유동시키는 미세유체 유동블록에 대한 연구도 진행되고 있다. 미세유체 유동블록은 미세유체 디바이스의 각 부분을 분리하여 블록화하고, 각 블록을 조립식으로 연결함으로써 다양한 형태의 미세유체 디바이스를 구현하기 위한 것이다. 이러한 미세유체 유동블록은 미세유체 디바이스를 용이하고 간편하게 조립할 수 있을뿐더러, 다양한 형태의 미세유체 디바이스를 쉽게 구현 가능할 수 있는 장점이 있다. 관련된 선행문헌으로는 한국등록특허 제10-1491823호(특허문헌 1), 한국등록특허 제10-1389369호(특허문헌 2) 등이 있다.
상술한 바와 같은 미세유체 유동블록에 관한 연구개발의 이슈로는 미세유체 유동블록을 보다 저비용으로 제작하는 것과 관련된 이슈, 미세유체 유동블록 간의 조립/연결을 보다 용이하게 구현하는 것과 관련된 이슈 등이 대표적이다.
특허문헌 1: 한국등록특허 제10-1491823호(2015.01.22 공개) 특허문헌 2: 한국등록특허 제10-1389369호(2014.02.07 공개)
본 발명은 보다 간단한 구조를 지니며 연결이 용이할 뿐만 아니라 적층 형태를 만들 수 있어 보다 다양한 미세유체 디바이스를 구현 가능한 적층형 미세유체 필름 및 유동블록을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 미세유체가 이동하기 위한 채널이 형성된 필름; 및 상기 필름의 상하부면에 접합하는 것으로, 상기 채널의 양 단부 중 적어도 하나와 상응하는 부분에 상기 미세유체의 상하 이동을 위한 이동홀이 형성된 플레이트를 포함하고, 복수의 상기 필름 및 플레이트가 번갈아가며 적층되는 미세유체 필름이 제공될 수 있다.
또한, 상기 이동홀에는 시린지가 연결되는 시린지 포트가 부착되거나 일체형으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 필름 및 플레이트에는 상응하는 위치에 정렬홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 중앙 부분에 돌출부가 형성되고 상기 돌출부 주변으로 복수의 제1 결합면이 형성되는 제1 바디부; 상기 제1 바디부의 저부에 결합되며 중앙 부분에 인입부가 형성되고 상기 인입부 주변으로 복수의 제2 결합면이 형성되는 제2 바디부; 및 상기 제1 바디부 및 제2 바디부 사이에 설치되는 것으로, 미세유체가 이동하는 채널을 구비하는 미세유체 필름을 포함하는 미세유체 유동블록이 제공될 수 있다.
또한, 하나의 미세유체 유동블록의 상기 돌출부가 다른 미세유체 유동블록의 상기 인입부에 삽입되어 복수의 미세유체 유동블록이 적층될 수 있다.
또한, 하나의 미세유체 유동블록의 제1 결합면은 상하 대칭되어 배치되는 다른 미세유체 유동블록의 제1 결합면과 맞물리도록 형성되고, 상기 두 결합면이 결합수단에 의해 결합될 수 있다.
또한, 하나의 미세유체 유동블록의 제2 결합면이 다른 미세유체 유동블록의 제1 결합면과 결합 수단에 의해 결합되어, 상기 두 미세유체 유동블록이 나란히 배치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 미세유체 필름이 상기 미세유체 유동블록과 일렬로 연결 배치되도록 상기 제1 결합면 또는 제2 결합면에 결합될 수 있다.
또한, 상기 제1 결합면에는 채널의 양 단부 중 적어도 하나와 상응하는 부분에 상기 미세유체의 상하 이동을 위한 이동홀이 형성되고, 상기 이동홀에는 시린지가 연결되는 적어도 하나의 시린지 포트가 일체형으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 결합면 또는 제2 결합면에는 상기 채널의 양 단부 중 적어도 하나와 상응하는 부분에 상기 미세유체의 상하 이동을 위한 이동홀이 형성되고, 상기 이동홀이 내부에 위치하도록 실링부재 삽입홈이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 결합면 및 제2 결합면에는 적어도 하나의 정렬돌기 및 적어도 하나의 정렬홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 미세유체 필름은 채널이 형성된 필름과 미세유체의 상하 이동을 위한 이동홀이 형성된 필름을 번갈아가며 적층함으로써 보다 간단한 구조를 지니면서 적층 형태를 만들 수 있어 보다 다양한 미세유체 디바이스를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 미세유체 유동블록은 수평 방향 및 수직 방향(적층)으로 용이하게 결합 가능한 바, 보다 다양한 미세유체 디바이스를 구현할 수 있다.
또한, 상기 미세유체 필름 및 미세유체 유동블록은 시린지가 연결되는 시린지 포트를 일체형으로 형성하거나 부착함으로써 보다 용이하게 미세유체를 주입시키거나 배출시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 필름을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 미세유체 필름을 적층시킨 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 미세유체 필름과 도 2의 적층형 미세유체 필름이 연결된 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 유동블록을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 5는 도 3의 미세유체 유동블록을 적층시킨 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 3의 미세유체 유동블록을 수평 방향으로 연결시킨 모습의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 도 3의 미세유체 유동블록을 수평 방향으로 연결시킨 모습의 다른 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 도 3의 미세유체 유동블록을 수평 방향으로 연결시킨 모습의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
적층형 미세유체 필름
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 필름(100)을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 미세유체 필름(100)은 필름(110)과, 필름(110)의 상하부면에 접합하는 플레이트(120)를 포함한다. 필름(110) 및 플레이트(120)은 유연성(Flexibility)과 투명성을 갖는 합성수지로 제조될 수 있다. 미세유체 필름(100) 내를 유동하는 미세유체의 이동을 확인할 수 있도록 하기 위함이다.
필름(110)에는 미세유체가 이동하는 채널(111)이 형성된다. 채널(111)은 상기 미세유체의 유동 경로에 해당하는 것으로 직선형, 곡선형, 나선형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 일 구현예에 있어서, 필름(110)에 통상의 커팅공정, 레이저 스크라이빙 공정, 포토 레지스르를 이용한 광식각 공정 등을 이용하여 패턴에 따른 홈을 형성함으로써 채널(111)이 형성될 수 있다. 채널(111)의 일 단부를 통해 미세유체가 주입되고, 타 단부를 통해 상기 미세유체가 배출될 수 있다. 한편, 필름(110)에는 채널(111)을 대체하여 전극(미도시)이 형성될 수도 있다.
채널(111)의 표면은 다양하게 처리될 수 있다. 예컨대, 채널(111)은 친수성 물질로 코팅됨으로써, 친수성 시료가 채널 내를 원활히 유동되도록 할 수 있다. 상기 친수성 물질의 예로는 실리콘 옥사이드(SiOx), 티타늄옥사이드(TiOx), 알루미늄 옥사이드(AlOx) 등이 있으며, 이에 한정되지 않는다. 뿐만 아니라 채널(111)은 소수성 물질로 코팅되거나, 내화학성, 전도성 등의 기능을 부여하기 위해 표면처리될 수 있다.
플레이트(120)은 필름(110)의 상하부면에 접합된다. 플레이트(120)이 필름(110) 양면에 각각 접합되면, 채널(111)을 밀봉시키는 효과가 있으므로 채널(111) 내부를 흐르는 미세유체가 외부로 누출되지 않는다. 필름(110) 및 플레이트(120)의 접합 방법은 특정되지 않으며, 예컨대 필름(110)의 양면에 접착제를 도포한 후, 플레이트(120)를 접합시킬 수 있다. 또는 필름(110) 자체를 양면에 접착성을 가진 소재를 이용할 수도 있다.
플레이트(120)에는 이동홀(121)이 형성될 수 있다. 이동홀(121)은 채널(111)의 양 단부 중 적어도 하나와 상응하는 부분에 형성된다. 따라서 필름(110)과 플레이트(120)를 접합하였을 때, 이동홀(121)을 통해 미세유체가 상하로 이동하여 채널(111)로 주입되거나 배출될 수 있으며, 경우에 따라서는 다른 미세유체 필름으로 이동할 수 있다. 이동홀(121)의 크기 등은 특정되지 않는다. 예를 들어, 도 1에서 필름(110)의 상부에 위치한 플레이트(120)의 이동홀(121)은 도 1을 기준으로 하측에 마련되어 있으며, 필름(110)의 하부에 위치한 플레이트(120)의 이동홀(121)은 상측에 마련되어 있다. 이 경우, 상부 플레이트의 이동홀(121)을 통해 주입된 미세유체는 필름(110)의 채널(111)을 따라 하측에서 상측으로 이동한 후, 하부 플레이트의 이동홀(121)을 통해 배출될 수 있다.
한편, 이동홀(121)에는 시린지 포트(123)가 부착되거나 일체형으로 형성될 수 있다. 시린지 포트(123)는 시린지(syringe)를 연결하는 포트(port)로써 도 1에 도시된 바와 같이 이동홀(121)에서 소정 크기로 돌출되도록 형성된다. 형성 방법은 플레이트(120)를 형성할 때 시린지 포트(123)가 일체형으로 형성되도록 하거나, 플레이트(120)의 형성 후, 별도로 형성된 시린지 포트(123)를 이동홀(121)에 접착시키는 방법을 이용할 수 있다.
시린지 포트(123)의 크기 및 형태는 사용되는 시린지(미도시)를 연결시키는데에 용이한 형상을 가질 수 있으며, 이는 상기 시린지의 형태에 따라 다양하게 변형될 수 있을 것이다. 상기 시린지를 통해 주입되거나 배출되는 미세 유체는, 상기 시린지, 시린지 포트(123), 이동홀(121), 채널(111) 순서 또는 이와 반대되는 순서에 따라 이동할 수 있다.
이와 같은 시린지 포트(123)가 없는 경우에는 시린지를 연결함에 있어, 시린지의 주입구(예컨대 니들)를 작은 크기를 갖는 이동홀(121)에 삽입하여야 하므로 불편함이 있고, 경우에 따라서는 미세유체가 누출되거나 이동홀(121)에 제대로 주입되지 못하는 문제가 있을 수 있다. 그러나 본 발명에서와 같이 시린지 포트(123)를 일체형으로 형성하는 경우에는, 시린지 포트(123)가 돌출되어 형성되어 있으므로 시린지를 연결시키기가 상대적으로 용이하다는 장점이 있다.
한편, 필름(110) 및 플레이트(120)에는 정렬홀(112,122)이 형성될 수 있다. 정렬홀(112,122)은 필름(110) 및 플레이트(120)을 접합할 때에 사용될 수 있다. 예를 들어 정렬홀(112,122)은 도 1에 도시된 바와 같이 필름(110)의 네 귀퉁이에 형성되고, 플레이트(120)에도 이와 상응하는 위치인 네 귀퉁이에 형성될 수 있다. 그리고 양 필름에 형성된 정렬홀(112,122)을 맞춤으로써, 필름(110)과 플레이트(120)을 용이하게 정렬시켜 접합할 수 있다.
상술한 바와 같은 미세유체 필름(100)은 복수개가 적층될 수 있다. 관련하여, 도 2는 도 1의 미세유체 필름(100)을 적층시킨 모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 1의 미세유체 필름과 도 2의 적층형 미세유체 필름이 연결된 모습을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 미세유체 필름(100) 복수개를 적층시킬 수 있다. 구체적으로는 필름(110) 및 플레이트(120)을 번갈아가며 적층함으로써 이루어질 수 있다. 이 때, 도 1에서와 같이 필름(110)의 상하부면에 모두 플레이트(120)를 접합시킬 필요는 없다. 미세유체 필름(100) 복수개가 적층되면서 하나의 플레이트(120)의 양면에 필름(110)이 부착될 수 있기 때문이다.
예를 들어, 도 2에서는 도 1의 미세유체 필름(100) 5 세트를 적층시키는 모습을 도시한다. 이 때, 각 미세유체 필름(100)에 형성된 채널 형태는 동일하거나 상이할 수 있다. 그리고 미세유체는 밑에서 위로 또는 위에서 밑으로 층을 따라 이동할 수 있다. 즉, 채널 형태가 동일한 경우에는 동일 면적하에서 미세유체의 이동거리를 크게 증가시킬 수 있으며, 채널 형태가 상이한 경우에는 동일 면적하에서 미세유체가 보다 다양한 채널을 거치도록 할 수 있으므로 효율적일 뿐더러, 보다 다양한 미세유체 디바이스를 구현 가능하다.
복수의 미세유체 필름(100)이 적층되는 경우에는 몇 가지 고려해야 할 점이 있다. 예컨대 도 2에서와 같이 5 세트의 미세유체 필름(100)이 적층되는 경우에 있어서, 각 미세유체 필름(100)에 형성되는 이동홀(121)은 채널(111)의 양 단부 중 어느 하나와 대응되는 부분에만 형성된다. 그리고 층을 이루는 각 세트 별로 이동홀(121)의 위치가 달라져야 한다. 예를 들면 1,3,5층의 미세유체 필름(100)에서의 이동홀(121)이 채널(111)의 일단부에 대응되도록 위치한다면, 2,4층의 미세유체 필름(100)에서의 이동홀(121)은 채널(111)의 타단부에 대응되도록 위치한다. 미세유체가 모든 채널(111)을 거쳐 이동하기 위함이다.
또한, 전술한 시린지 포트(123, 도 1 참고)의 경우에는 적층된 미세유체 필름(100)의 최상층에만 형성될 수 있다. 그렇지 않을 경우 복수의 미세유체 필름(100)의 적층이 곤란할 수 있기 때문이다. 따라서 이동홀(121)의 개수, 그리고 시린지 포트(123)의 형성 유무에 따라 다양한 형태의 미세유체 필름(100)이 제작될 수 있으며, 조건에 맞는 미세유체 필름(100)을 적층하여 보다 다양한 형태의 적층형 미세유체 필름(100)을 자유로이 형성할 수 있다.
물론 도 1에 도시된 미세유체 필름(100)과 도 2에 도시된 적층형 미세유체 필름(200)을 자유로이 조합하여 다양한 미세유체 디바이스를 구현할 수 있다.
적층형 미세유체 유동블록
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 유동블록(200)을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 4를 참조하면, 미세유체 유동블록(200)은 제1 바디부(210), 제2 바디부(220) 및 미세유체 필름(230, 240)을 포함한다. 제1 바디부(210) 및 제2 바디부(220)는 상하로 접합되어 미세유체 유동블록(200)의 외관을 이루고, 미세유체 필름(230, 240)은 제1 바디부(210) 및 제2 바디부(220) 사이에 삽입된다.
제1 바디부(210) 및 제2 바디부(220)는 투명성을 갖는 합성수지로 제조될 수 있다. 내부에 삽입되는 미세유체 필름(230) 내를 유동하는 미세유체의 이동을 확인할 수 있도록 하기 위함이다. 경우에 따라, 미세유체 필름(230)의 상부분에 해당하는 제1 바디부(210)가 투명성을 갖는 합성수지로 제조되고, 미세유체 필름(230)의 하부분에 해당하는 제2 바디부(220)가 불투명성을 갖는 합성수지로 제조되는 것도 가능하다.
제1 바디부(210)는 중앙 부분에 돌출부(211)가 형성되고, 돌출부(211) 주변으로 복수의 제1 결합면(212)이 형성된다. 도 4에서는 제1 결합면(212)이 돌출부(211)의 두 테두리에 연장 형성된 경우를 도시하고 있으나, 이와 달리 제1 결합면(212)은 돌출부(211)의 세 테두리 또는 네 테두리에 연장 형성되는 것도 가능하다. 돌출부(211)는 제1 결합면(212)에 대해 소정의 높이를 가지며, 돌출부(211)의 테두리는 라운드 처리될 수 있다. 제1 결합면(212)은 플랫(flat)한 형태를 가질 수 있다.
제2 바디부(220)는 제1 바디부(210)의 저부에 결합된다. 제2 바디부(220)는 중앙 부분에 인입부(221)가 형성되고, 인입부(221) 주변으로 복수의 제2 결합면(222)이 형성된다. 도 3에서는 제2 결합면(222)이 인입부(221)의 두 테두리에 연장 형성된 경우를 도시하고 있으나, 이와 달리 제2 결합면(222)은 인입부(221)의 세 테두리 또는 네 테두리에 연장 형성되는 것도 가능하다. 제1 바디부(210)의 제1 결합면(212)과 제2 바디부(220)의 제2 결합면(222)은 서로 대응하도록 형성된다. 인입부(221)의 깊이는 돌출부(211)의 높이와 매칭될 수 있다. 이는 복수의 미세유체 유동블록(200)이 적층할 때에, 하나의 미세유체 유동블록의 상기 돌출부가 다른 하나의 미세유체 유동블록의 상기 인입부에 삽입될 수 있도록 하기 위함이다.
미세유체 필름(230,240)은 제1,2 바디부(210,220) 사이에 삽입 배치되는 것으로 필름(230)과 필름(230)의 상하부면에 접합하는 플레이트(240)를 포함한다. 이와 같은 미세유체 필름(230,240)은 전술한 미세유체 필름(도 1 참고)과 동일 또는 유사하므로, 중복 설명은 생략하도록 한다. 다만, 플레이트(240)의 경우에는 생략될 수 있다. 왜냐하면 도 4에 도시된 바와 같이, 필름(230)에 형성된 채널(231)이 제1,2 바디부(210,220)에 의해 밀봉될 수 있으므로 플레이트(240)가 존재하지 않아도 채널(231) 내부를 흐르는 미세유체가 외부로 누출되지 않기 때문이다. 물론 보다 기밀성을 높이기 위해서 플레이트(240)가 필름(230)의 상하부면에 접합되는 형태를 채용할 수도 있다.
제1 바디부(210), 제2 바디부(220)의 접합 방법은 특정되지 않으며, 예컨대 제1,2 결합면(212,222)을 볼트-너트를 사용하여 결합시키거나 미세유체 필름(230)의 양면에 접착제를 사용함으로써 결과적으로 제1,2 바디부(210,220)를 접합할 수 있다.
제1 바디부(210)의 제1 결합면(212)과, 제2 바디부(220)의 제2 결합면(222)에는 적어도 하나 이상의 이동홀(a)이 형성될 수 있다. 이동홀(a)은 미세유체 필름(230)의 채널(231)의 양 단부 중 적어도 하나와 상응하는 부분에 형성된다. 따라서 제1 바디부(210)와 제2 바디부(220)가 결합되었을 때, 이동홀(a)을 통해 미세유체가 상하로 이동하여 채널(111)로 주입되거나 배출될 수 있으며, 경우에 따라서는 다른 미세유체 유동블록으로 이동할 수 있다. 이동홀(a)의 크기 등은 특정되지 않는다.
이동홀(a)의 형성 위치는 특정되지 않는다. 일 구현예에 있어서, 도 4를 기준으로 미세유체가 우측에서 좌측으로 이동한다고 가정한다. 그리고 이동홀(a)은 제1 바디부(210)의 우측에 위치한 제1 결합면(212)에 형성되고, 제2 바디부(220)의 좌측에 위치한 제2 결합면(222)에 각각 형성된다고 가정한다. 이 경우라면, 미세유체는 제1 결합면(212)에 형성된 이동홀(a)을 통해 상방향에서 하방향으로 채널(231)로 주입되고, 채널(231)을 따라 이동한 후, 제2 결합면(222)에 형성된 이동홀(a)을 통해 상방향에서 하방향으로 배출될 것이다.
다른 구현예에 있어서, 이동홀(a)은 제1 바디부(210)의 좌우측에 위치한 제1 결합면(212)에 각각 형성되고, 제2 바디부(220)의 제2 결합면(222)에는 형성되지 않을 수 있다. 이 경우라면, 미세유체는 우측 제1 결합면(212)에 형성된 이동홀(a)을 통해 상방향에서 하방향으로 채널(231)로 주입되고, 채널(231)을 따라 이동한 후, 좌측 제1 결합면(212)에 형성된 이동홀(a)을 통해 하방향에서 상방향으로 배출될 것이다.
이와 같이 이동홀(a)의 유무, 이동홀(a)의 형성 위치에 따라 다양한 제1,2 바디부(210,220)의 형태가 나타날 수 있다. 그리고 다양한 제1,2 바디부(210,220)를 조합함으로써 내부를 이동하는 미세유체의 흐름방향을 컨트롤 하는 것이 가능하다.
한편, 이동홀(a)에는 시린지 포트(b)가 형성될 수 있다. 시린지 포트(b)는 시린지(syringe)를 연결하는 포트로써 도 4에 도시된 바와 같이 이동홀(a)에서 소정 크기로 돌출되도록 형성된다. 시린지 포트(b)의 크기 및 형태는 사용되는 시린지(미도시)를 연결시키는데에 용이한 형상을 가질 수 있으며, 이는 상기 시린지의 형태에 따라 다양하게 변형될 수 있을 것이다. 상기 시린지를 통해 주입되거나 배출되는 미세 유체는, 상기 시린지, 시린지 포트(123), 이동홀(a), 채널(231) 순서 또는 이와 반대되는 순서에 따라 이동할 수 있다.
이와 같은 시린지 포트(b)가 없는 경우에는 시린지를 연결함에 있어, 시린지의 주입구(예컨대 니들)를 작은 크기를 갖는 이동홀(a)에 삽입하여야 하므로 불편함이 있고, 경우에 따라서는 미세유체가 누출되거나 이동홀(a)에 제대로 주입되지 못하는 문제가 있을 수 있다. 그러나 본 발명에서와 같이 시린지 포트(b)를 일체형으로 형성하는 경우에는, 시린지 포트(b)가 돌출되어 형성되어 있으므로 시린지를 연결시키기가 상대적으로 용이하다는 장점이 있다.
제1 바디부(210)의 제1 결합면(212)과, 제2 바디부(220)의 제2 결합면(222)에는 적어도 하나 이상의 실링부재 삽입홈(c)이 형성될 수 있다. 실링부재 삽입홈(c)은 이동홀(a)이 내부에 위치하도록 형성될 수 있다. 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이, 이동홀(a)이 중앙에 오도록 실링부재 삽입홈(c)이 형성될 수 있다. 실링부재 삽입홈(c)은 오링(o-ring)과 같은 실링부재가 삽입되는 공간에 해당하는 것으로, 복수개의 미세유체 유동블록을 서로 연결함에 있어, 미세유체가 누출되는 것을 방지한다. 예를 들어, 실링부재 삽입홈(c)을 형성하고, 이동홀(a)이 실링부재 삽입홈(c)의 중앙에 위치하되 소정 정도 돌출되도록 형성하는 경우에는 오링(o-ring)과 같은 실링부재를 이동홀(a)과 실링부재 삽입홈(c) 사이에 끼움 결합하는 것이 가능하다. 물론, 실링부재는 상술한 오링에 한정되는 것은 아니고 다양한 형상 및 소재를 가질 수 있으며, 이동홀(a) 및 실링부재 삽입홈(c)의 형태는 사용되는 실링부재에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
제1 바디부(210)의 제1 결합면(212)과, 제2 바디부(220)의 제2 결합면(222)에는 적어도 하나 이상의 정렬돌기(d)와 정렬홀(e)이 형성될 수 있다. 정렬돌기(d)는 하나의 미세유체 유동블록을 다른 미세유체 유동블록과 결합함에 있어, 두 미세유체 유동블록의 결합이 용이하도록 가이드/정렬할 뿐만 아니라, 두 미세유체 유동블록이 결합된 상태를 어느정도 유지하도록 파지하는 기능을 한다. 정렬 돌기(d)는 소정 크기로 돌출된 형태로 형성될 수 있으며, 소정 정도 이격된 한 쌍의 정렬 돌기(d)가 제1 결합면(212) 및/또는 제2 결합면(222)에 형성될 수 있다.
정렬홀(e)은 정렬돌기(d)를 수용하는 기능을 하는 것으로, 하나의 미세유체 유동블록의 정렬돌기(d)는 다른 미세유체 유동블록의 정렬홀(e)에 삽입됨으로써 수용될 수 있다. 따라서 정렬홀(e)은 정렬돌기(d)의 형태에 대응하여 형성된다. 즉, 정렬돌기(d) 및 정렬홀(e)은 복수의 미세유체 유동블록을 용이하게 조립하기 위해 형성되는 것이다. 정렬돌기(d) 및 정렬홀(e)의 형성 위치에 따라 다양한 제1,2 바디부(210,220)의 형태가 나타날 수 있다. 그리고 다양한 제1,2 바디부(210,220)를 조합함으로써 다양한 형태의 미세유체 디바이스를 구현할 수 있다.
제1 바디부(210)의 제1 결합면(212)과, 제2 바디부(220)의 제2 결합면(222)에는 적어도 하나 이상의 결합부(f)가 형성될 수 있다. 상술하였듯이 제1,2 바디부(210,220)는 제1,2 결합면(212,222)을 볼트-너트를 사용하여 결합시킬 수 있다. 이 때, 결합부(f)는 상기 볼트-너트 결합을 위한 너트 홈 또는 볼트 구멍 등을 통칭하는 의미로 사용된다.
상술한 것과 같이 구성 가능한 미세유체 유동블록은 다양한 형태로 연결및 결합될 수 있으며, 이하에서는 결합예에 대하여 설명한다. 다만, 하기의 결합예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위함이고, 본 발명이 이에 한정되지 않음은 자명하다.
결합예 1
도 5는 도 4의 미세유체 유동블록(200)을 적층시킨 모습을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 앞에서 설명한 미세유체 유동블록(200)은 복수개가 적층될 수 있다. 예를 들어 도 5에서와 같이 미세유체 유동블록(200)이 정렬돌기(d) 및 정렬홀(e)을 통해 정렬되고, 결합부(미도시)를 통해 결합될 수 있다. 물론 경우에 따라 정렬돌기(d) 및 정렬홀(e)은 생략될 수도 있다.
구체적으로, 도 5에서는 4개의 미세유체 유동블록(200)이 적층되는 모습을 도시하고 있다. 최하층에 배치된 미세유체 유동블록(200)은 도 5를 기준으로 제1 바디부(210)의 우측에 위치한 제1 결합면(212)에 정렬돌기(d)가 형성되고, 좌측에 위치한 제1 결합면(212)에 정렬홀(e)이 형성되어 있다. 그리고 그 위에 순차적으로 적층되는 두 개의 미세유체 유동블록(200)은 제1 바디부(210)의 우측에 위치한 제1 결합면(212)에 정렬돌기(d)가 형성되고 좌측에 위치한 제1 결합면(212)에 정렬홀(e)이 형성되어 있으며, 제2 바디부(220)의 우측에 위치한 제2 결합면(222)에 정렬홀(e)이 형성되고 좌측에 위치한 제2 결합면(222)에 정렬돌기(d)가 형성되어 있다. 이 때, 최하층에 배치된 미세유체 유동블록(200)의 정렬돌기(d)는 그 위층에 배치된 미세유체 유동블록(200)의 정렬홀(e)에 수용되고, 최하층에 배치된 미세유체 유동블록(200)의 정렬홀(e)은 그 위층에 배치된 미세유체 유동블록(200)의 정렬돌기(d)를 수용함으로써 두 미세유체 유동블록(200)이 정렬될 수 있다. 그리고 같은 방식으로 그 위에 추가적으로 미세유체 유동블록들이 순차적으로 적층될 수 있다. 도 5에 도시되지는 않았지만 미세유체 유동블록들이 적층된 후에는 볼트-너트를 이용하여 결합 및 고정시키는 것이 가능하다.
한편, 미세유체 유동블록(200)을 적층시킴에 있어서, 하나의 미세유체 유동블록(200)의 돌출부(211)는 다른 미세유체 유동블록(200)의 인입부(221)에 삽입되는 형태를 가진다. 따라서 복수의 미세유체 유동블록(200)이 적층되더라도 사이즈가 정비례하여 커지지 않는 바, 보다 소형화 된 미세유체 디바이스를 구현할 수 있다. 상기 돌출부(211)가 인입부(221)에 삽입됨으로써 조립성이 향상될 뿐더러 사용자에 대하여 직관적인 외관을 갖는 것 또한 장점이다.
적층된 각 미세유체 유동블록(200)에 형성된 채널 형태는 동일하거나 상이할 수 있다. 그리고 미세유체는 밑에서 위로 또는 위에서 밑으로 층을 따라 이동할 수 있다. 즉, 채널 형태가 동일한 경우에는 동일 면적하에서 미세유체의 이동거리를 크게 증가시킬 수 있으며, 채널 형태가 상이한 경우에는 동일 면적하에서 미세유체가 보다 다양한 채널을 거치도록 할 수 있으므로 효율적일 뿐더러, 보다 다양한 미세유체 디바이스를 구현 가능하다.
한편, 미세유체의 이동방향을 고려하여, 적층된 각 미세유체 유동블록(200)의 제1,2 결합면(212,222)에는 이동홀(a)이 형성될 수 있다. 이에 대해서는앞서 적층형 미세유체 필름에 대한 설명에서 구체적으로 하였으므로, 중복 설명은 생략하도록 한다.
또한, 시린지 포트(b)의 경우에는 최상층에 배치된 미세유체 유동블록(200)에만 형성될 수 있다. 그렇지 않을 경우 복수의 미세유체 유동블록(200)의 적층이 곤란하기 때문이다. 따라서 이동홀(a)의 개수 및 위치, 시린지 포트(b)의 형성 유무, 정렬돌기(d) 및 정렬홀(e)의 위치 등에 따라 다양한 형태의 미세유체 유동블록(200)이 제작될 수 있으며, 조건에 맞는 미세유체 유동블록(200)을 적층하여 보다 다양한 형태의 적층형 미세유체 유동블록(200)을 자유로이 형성할 수 있다.
결합예 2
도 6은 도 4의 미세유체 유동블록(200)을 수평 방향으로 연결시킨 모습의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, 미세유체 유동블록(200)은 수평 방향으로 연결될 수 있으며, 적층 때와 마찬가지로 복수의 미세유체 유동블록(200)이 정렬돌기(d) 및 정렬홀(e)을 통해 정렬되고, 결합부(미도시)를 통해 결합될 수 있다. 물론 경우에 따라 정렬돌기(d) 및 정렬홀(e)은 생략될 수도 있다.
구체적으로, 도 6에서는 3개의 미세유체 유동블록(200)이 연결되는 모습을 도시하고 있다. 아래쪽에 위치한 미세유체 유동블록(200)의 제1 결합면(212)에는 각각 한 쌍의 볼트 구멍(f)이 형성되어 있고, 상기 한 쌍의 볼트 구멍(f) 사이에는 이동홀(a) 및 실링부재 삽입홈(c)이 형성되어 있다. 그리고 위쪽에 위치한 미세유체 유동블록(200)은 아래쪽에 위치한 미세유체 유동블록(200)에 대해 상하 대칭되어 배치됨으로써, 위쪽에 위치한 미세유체 유동블록(200)의 제1 결합면(212)이 아래쪽에 위치한 미세유체 유동블록(200)의 제1 결합면(212)과 맞물리게 된다. 즉, 아래쪽에 위치한 미세유체 유동블록(200)의 돌출부(211)를 중심으로 위쪽에 위치한 미세유체 유동블록(200) 두 개가 양쪽으로 결합되는 형태다.
구체적으로, 미세유체 유동블록(200)들을 도 6과 같이 배치한 후에, 위쪽에 위치한 미세유체 유동블록(200)에 형성된 볼트 구멍(f)을 통해 볼트를 삽입하고, 아래쪽에 위치한 미세유체 유동블록(200)의 바닥면(제2 결합면)에는 너트 홈을 형성함으로써 양 미세유체 유동블록(200)이 볼트-너트를 통해 결합될 수 있다. 이 때, 이동홀(a)의 둘레에는 실링부재인 오링(g)이 끼워져 실링부재 삽입홈(c)에 안착함으로써, 미세유체의 이동시 누수를 방지할 수 있다.
결합예 3
도 7은 도 4의 미세유체 유동블록(200)을 수평 방향으로 연결시킨 모습의 다른 예를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 미세유체 유동블록(200)은 도 6에서와는 다른 형태를 갖도록 수평 방향으로 연결될 수 있다(소위 계단 형태).
구체적으로, 도 7에서는 3개의 미세유체 유동블록(200)이 연결되는 모습을 도시하고 있다. 위쪽에 위치한 미세유체 유동블록(200)의 제2 결합면(222)에는 정렬홀(e)이 각각 형성되어 있고, 아래쪽에 위치한 미세유체 유동블록(200)의 제1 결합면(212)에는 정렬돌기(d)가 각각 형성되어 있다. 그리고 도 6에서와는 달리 위쪽에 위치한 미세유체 유동블록(200)이 아래쪽에 위치한 미세유체 유동블록(200)에 대해 상하 대칭되지 않고, 위쪽에 위치한 미세유체 유동블록(200)의 제2 결합면(222)이 아래쪽에 위치한 미세유체 유동블록(200)의 제1 결합면(212)과 결합된다. 이 때, 아래쪽에 위치한 미세유체 유동블록(200)의 제1 결합면(212)에 형성된 정렬돌기(d)는 위쪽에 위치한 미세유체 유동블록(200)의 제2 결합면(222)에 형성된 정렬홀(e)에 수용되며, 도 7에 도시되지는 않았지만 앞에서 설명한 것과 유사한 방식으로 볼트-너트를 통해 양 미세유체 유동블록(200)의 결합면들이 결합될 수 있다. 또한, 앞에서 설명한 것과 유사한 방식으로 양 미세유체 유동블록(200)에는 실링부재 삽입홈이 형성됨으로써 미세유체의 누수를 방지하는 실링부재가 배치될 수 있다.
결합예 4
도 8은 도 4의 미세유체 유동블록(200)을 수평 방향으로 연결시킨 모습의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 도면이다. 본 결합예는 결합예 2에서 설명한 결합 방식과 유사하되, 미세유체 유동블록(200)의 형태가 다른 경우에 해당한다.
도 8을 참조하면, 중앙에 배치된 미세유체 유동블록(200)은 앞서 설명한 미세유체 유동블록들과는 다르게 제1,2 결합면(212,222)이 돌출부(211) 및 인입부(221)의 네 테두리에 연장 형성되어 있다. 그러므로 도 8에 도시된 바와 같이, 중앙에 배치된 미세유체 유동블록(200)의 테두리를 따라 4개의 미세유체 유동블록(200)이 결합될 수 있다.
구체적으로, 결합예 2에서와 같이, 아래에 4개의 미세유체 유동블록(200)이 배치되고, 중앙에 위치한 미세유체 유동블록(200)은 돌출부(211)가 아래로 오도록 배치됨으로써, 중앙에 위치한 미세유체 유동블록(200)의 제1 결합면(212)이 아래에 위치한 미세유체 유동블록(200)의 제1 결합면(212)과 맞물리게 된다. 결합면들의 결합 방식은 전술한 것과 동일 또는 유사한 바, 중복 설명은 생략하도록 한다.
결합예 5
앞에서 설명한 미세유체 필름(100, 도 1,2 참조)은 미세유체 유동블록(200)과도 결합될 수 있다. 예컨대, 미세유체 필름(100)에 형성된 정렬홀(122, 도 1 참조)을 미세유체 유동블록(200, 도 4 참조)에 형성된 정렬돌기(d)에 끼움으로써, 미세유체 필름(100) 및 미세유체 유동블록(200)이 연결될 수 있다. 물론 여기에 부가하여 미세유체 필름(100)과 미세유체 유동블록(200)을 볼트-너트 등의 통상적인 결합수단을 통해 결합시키는 것도 가능하다. 이 때, 미세유체 필름(100)에 형성된 이동홀(121a 또는 121b)과 미세유체 유동블록(200)에 형성된 이동홀(a)이 겹치면서, 미세유체가 미세유체 필름(100)을 거쳐 미세유체 유동블록(200)으로도 이동할 수 있다. 물론 미세유체 필름(100)은 적층될 수 있으며, 미세유체 유동블록(200) 역시 적층될 수 있으며, 다양한 조합의 미세유체 디바이스가 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 미세유체 필름(100, 도 1,2 참조)은 채널이 형성된 필름과 미세유체의 상하 이동을 위한 이동홀이 형성된 필름을 번갈아가며 적층함으로써 보다 간단한 구조를 지니면서 적층 형태를 만들 수 있어 보다 다양한 미세유체 디바이스를 구현할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 미세유체 유동블록(200, 도 4 참조)은 수평 방향 및 수직 방향(적층)으로 용이하게 결합 가능한 바, 보다 다양한 미세유체 디바이스를 구현할 수 있다. 또한, 상기 미세유체 필름 및 미세유체 유동블록은 시린지가 연결되는 시린지 포트를 일체형으로 형성함으로써 보다 용이하게 미세유체를 주입시키거나 배출시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였다. 그러나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 기술의 구체적 적용에 따른 단순한 설계변경, 일부 구성요소의 생략, 단순한 용도의 변경 등 본 발명을 다양하게 변형할 수 있을 것이며, 이러한 변형 역시 본 발명의 권리범위 내에 포함됨은 자명하다.
100: 미세유체 필름 110: 필름
111: 채널 120: 플레이트
121: 이동홀 122: 정렬홀
123: 시린지 포트 200: 미세유체 유동블록
210: 제1 바디부 211: 돌출부
212: 제1 결합면 220: 제2 바디부
221: 인입부 222: 제2 결합면
230: 필름 231: 채널
240: 플레이트
a: 이동홀 b: 시린지 포트
c: 실링부재 삽입홈 d: 정렬돌기
e: 정렬홀 f: 결합부
g: 오링

Claims (11)

  1. 미세유체가 이동하기 위한 채널이 형성된 필름; 및
    상기 필름의 상하부면에 접합하는 것으로, 상기 채널의 양 단부 중 적어도 하나와 상응하는 부분에 상기 미세유체의 상하 이동을 위한 이동홀이 형성된 플레이트를 포함하고,
    복수의 상기 필름 및 플레이트가 번갈아가며 적층되는 미세유체 필름.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동홀에는 시린지가 연결되는 시린지 포트가 부착되거나 일체형으로 형성되는 미세유체 필름.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 필름 및 플레이트에는 상응하는 위치에 정렬홀이 형성되는 미세유체 필름.
  4. 중앙 부분에 돌출부가 형성되고 상기 돌출부 주변으로 복수의 제1 결합면이 형성되는 제1 바디부;
    상기 제1 바디부의 저부에 결합되며 중앙 부분에 인입부가 형성되고 상기 인입부 주변으로 복수의 제2 결합면이 형성되는 제2 바디부; 및
    상기 제1 바디부 및 제2 바디부 사이에 설치되는 것으로, 미세유체가 이동하는 채널을 구비하는 미세유체 필름을 포함하는 미세유체 유동블록.
  5. 청구항 4에 있어서,
    하나의 미세유체 유동블록의 상기 돌출부가 다른 미세유체 유동블록의 상기 인입부에 삽입되어 복수의 미세유체 유동블록이 적층되는 미세유체 유동블록.
  6. 청구항 4에 있어서,
    하나의 미세유체 유동블록의 제1 결합면은 상하 대칭되어 배치되는 다른 미세유체 유동블록의 제1 결합면과 맞물리도록 형성되고, 상기 두 결합면이 결합수단에 의해 결합되는 미세유체 유동블록.
  7. 청구항 4에 있어서,
    하나의 미세유체 유동블록의 제2 결합면이 다른 미세유체 유동블록의 제1 결합면과 결합 수단에 의해 결합되어, 상기 두 미세유체 유동블록이 나란히 배치되는 미세유체 유동블록.
  8. 청구항 4에 있어서,
    청구항 1에 따른 미세유체 필름이 상기 미세유체 유동블록과 일렬로 연결 배치되도록 상기 제1 결합면 또는 제2 결합면에 결합되는 미세유체 유동블록.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 결합면에는 채널의 양 단부 중 적어도 하나와 상응하는 부분에 상기 미세유체의 상하 이동을 위한 이동홀이 형성되고, 상기 이동홀에는 시린지가 연결되는 적어도 하나의 시린지 포트가 일체형으로 형성되는 미세유체 유동블록.
  10. 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 결합면 또는 제2 결합면에는 상기 채널의 양 단부 중 적어도 하나와 상응하는 부분에 상기 미세유체의 상하 이동을 위한 이동홀이 형성되고, 상기 이동홀이 내부에 위치하도록 실링부재 삽입홈이 형성되는 미세유체 유동블록.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 결합면 및 제2 결합면에는 적어도 하나의 정렬돌기 및 적어도 하나의 정렬홀이 형성되는 미세유체 유동블록.
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