KR20180062827A - 수두 펌프를 갖는 미세유체 제어 시스템 - Google Patents

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KR20180062827A KR1020160162955A KR20160162955A KR20180062827A KR 20180062827 A KR20180062827 A KR 20180062827A KR 1020160162955 A KR1020160162955 A KR 1020160162955A KR 20160162955 A KR20160162955 A KR 20160162955A KR 20180062827 A KR20180062827 A KR 20180062827A
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조영호
김성진
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한국과학기술원
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Abstract

미세유체 제어 시스템은 입구와 출구 사이에 적어도 하나의 미세채널을 갖는 미세유체 장치, 및 상기 미세유체 장치의 상기 입구에 작동 가능하도록 연결되어 유체를 공급하고 압력 기반의 유체 제어를 수행하기 위한 수두 펌프를 포함한다.

Description

수두 펌프를 갖는 미세유체 제어 시스템{MICROFLUIDIC CONTROL SYSTEM HAVING WATER HEAD PUMP}
본 발명은 미세유체 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 미세유체 펌핑(pumping) 및 스위칭(switching)을 제어하기 위한 미세유체 제어 시스템에 관한 것이다.
유체 운동의 정밀 제어는 점도측정(viscometry), 면역 측정(immunoassays), 세포 분별(cell sorting), 단백질 접힘(protein-folding) 연구 등을 포함한 미세유체 응용에서 매우 중요하다. 이러한 유체 제어를 위해, 두 가지 타입의 제어 방법들이 사용될 수 있다. 구체적으로, 유속 기반(flow-rate-based)과 압력 기반(pressure-based)의 제어가 있을 수 있다. 상기 유속 기반 제어는 일반적으로 주사기 펌프(syringe pump)와 함께 수행될 수 있다. 유속값이 상기 주사기 펌프에 설정되면, 상기 주사기 펌프는 일정한 속도로 주사기의 플런저를 밀어낸다. 이러한 유속 기반 제어는 간단하고 사용하기가 용이하지만, 유량 진동에 따른 발생된 액적들에 다양성(polydiversity)에 의해 정밀한 제어가 용이하지 않다.
한편, 압력 기반 제어는 비교적 빠른 동적 응답(dynamic response) 및 작은 유속 변동을 허용할 수 있다. 이러한 특징들 때문에, 빠른 유체 스위칭(fluidic switching), 고집적 유체 네트워크들(highly integrated microfluidic networks) 등과 같은 보다 복잡한 미세유체 응용에서 사용될 수 있다. 하지만, 이러한 압력 기반 제어는 더욱 정밀한 유속 제어를 위한 전자 제어 피드백 루프(electronically regulated feedback loop)가 필요하므로, 제어 시스템의 비용과 복잡성을 증가시킨다.
본 발명의 일 과제는 더욱 안정적이고, 빠르고, 정밀한 유속 제어가 가능한 미세유체 제어 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 미세유체 제어 시스템은 입구와 출구 사이에 적어도 하나의 미세채널을 갖는 미세유체 장치, 및 상기 미세유체 장치의 상기 입구에 작동 가능하도록 연결되어 유체를 공급하고 압력 기반의 유체 제어를 수행하기 위한 수두 펌프를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 미세유체 장치는 상기 미세채널로의 유체의 흐름을 제어하기 위한 적어도 하나의 미세유체 밸브를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 미세유체 밸브는 평상시 닫혀있는(Normally closed) 미세유체 밸브일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 미세유체 밸브는, 제1 및 제2 개구부들을 구분하는 밸브 시트를 갖는 채널 유로층 구조물, 상기 채널 유로층 구조물을 커버하고 상기 밸브 시트와 선택적으로 접촉 가능하도록 작동하는 가변형 멤브레인, 및 상기 가변형 멤브레인을 사이에 두고 상기 채널 유로층 구조물 상에 배치되고 상기 가변형 멤브레인을 상기 밸브 시트에 대해 가압 또는 감압하기 위한 제3 개구부를 갖는 멤브레인 제어층 구조물을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 가변형 멤브레인은 플렉서블한 폴리머 물질을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 미세유체 제어 시스템은 상기 제3 개구부에 연통되는 압축기를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 미세유체 제어 시스템은 상기 입구 또는 상기 미세채널에 설치된 압력 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 미세유체 제어 시스템은 입구와 출구 사이에 적어도 하나의 미세채널 및 상기 미세채널로의 유체의 흐름을 제어하기 위한 적어도 하나의 미세유체 밸브를 갖는 미세유체 장치, 및 상기 미세유체 장치의 상기 입구에 작동 가능하도록 연결되어 유체를 공급하고 압력 기반의 유체 제어를 수행하기 위한 수두 펌프를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 미세유체 밸브는, 제1 및 제2 개구부들을 구분하는 밸브 시트를 갖는 채널 유로층 구조물, 상기 채널 유로층 구조물을 커버하고 상기 밸브 시트와 선택적으로 접촉 가능하도록 작동하는 가변형 멤브레인, 및 상기 가변형 멤브레인을 사이에 두고 상기 채널 유로층 구조물 상에 배치되고 상기 가변형 멤브레인을 상기 밸브 시트에 대해 가압 또는 감압하기 위한 제3 개구부를 갖는 멤브레인 제어층 구조물을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 미세유체 제어 시스템은 상기 제3 개구부에 연통되는 압축기를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 구성된 발명에 따른 미세유체 시스템은 미세유체 장치의 입구에 작동 가능하도록 연결되어 유체를 공급하고 압력 기반의 유체 제어를 수행하기 위한 수두 펌프를 포함할 수 있다. 상기 수두 펌프를 갖는 미세유체 시스템은 주사기 펌프를 갖는 미세유체 시스템에 비해, 유사한 유속 범위에서 변동(fluctuation)이 적고 더 빠른 압력 상승 시간을 가질 수 있다. 또한, 상기 미세유체 시스템은 빠른 유체 스위칭 동작을 제공할 수 있다. 이러한 미세유체 시스템은 저수기(water reservoirs) 및 솔레노이드 밸브와 같은 최소한의 셋업을 가지고, 정밀하고, 안정적이고 빠른 유속 제어를 필요로 하는 미세유체 응용들에 사용될 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 미세유체 제어 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1의 미세유체 제어 시스템의 미세유체 장치를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 미세유체 밸브가 닫히고 열리는 과정을 나타내는 단면도들이다.
도 5는 비교예에 따른 미세유체 제어 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 6a는 도 1의 미세유체 장치의 입구에서의 압력 상승 시간을 나타내는 그래프이다.
도 6b는 도 5의 미세유체 장치의 입구에서의 압력 상승 시간을 나타내는 그래프이다.
도 7a는 도 1의 미세유체 장치의 입구에서의 수두에 따른 압력 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7b는 도 5의 미세유체 장치의 입구에서의 유속에 따른 압력 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 1 및 도 5의 미세유체 장치들 각각에서의 계단-함수 입력에 따른 압력 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 1 및 도 5의 미세유체 장치들 각각에서의 정상-상태 압력에서의 압력 상승 시간을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 미세유체 제어 시스템을 나타내는 개략도이다. 도 2는 도 1의 미세유체 제어 시스템의 미세유체 장치를 나타내는 평면도이다. 도 3은 도 2의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 4a 및 도 4b는 도 3의 미세유체 밸브가 닫히고 열리는 과정을 나타내는 단면도들이다.
도 1 내지 도 4b를 참조하면, 미세유체 제어 시스템(10)은 입구(110)와 출구(112) 사이의 적어도 하나의 미세채널(120)을 갖는 미세유체 장치(100) 및 미세유체 장치(100)의 입구(110)에 작동 가능하도록 연결되어 유체를 공급하고 압력 기반의 유체 제어를 수행하기 위한 수두 펌프(water head pump)(200)를 포함할 수 있다. 또한, 미세유체 장치(110)는 미세채널(120)로의 유체의 흐름을 제어하기 위한 적어도 하나의 미세유체 밸브(130) 및 미세유체 밸브(130)를 선택적으로 개방시키기 위한 유체 압력 소스(300)를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 미세유체 장치(100)는 입구(110)와 출구(112) 사이에 적어도 하나의 미세채널(120)을 가질 수 있다. 미세유체 장치(100)는 포토리소그래피, 이온리소그래피, 전자리소그래피 및 스캐닝 프로브를 이용한 결정 구조의 성장 및 에칭을 포함하는 반도체 제조 공정들에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 미세유체 장치는 폴리머 물질, 무기 물질 등을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 폴리머 물질의 예로서는, PDMS, PMMA, SU-8 등을 들 수 있다. 상기 무기 재료의 예로서는, 유리, 석영, 실리콘 등을 들 수 있다.
예를 들면, 미세채널(120)은 20㎛ 내지 50㎛의 높이, 40㎛ 내지 800㎛의 길이, 및 990㎛ 내지 4.4㎝의 길이를 가질 수 있다. 미세유체 장치(100)는 1.2ㅧ1011 내지 2.4ㅧ1015 Nsm-5의 유체 저항을 가질 수 있다.
미세유체 장치(100)는 미세채널(120)의 일단부에 연결되며 미세채널(120)로의 유체의 흐름을 제어하기 위한 적어도 하나의 미세유체 밸브(130)를 포함할 수 있다. 미세유체 밸브(130)는 입구(110)와 미세채널(120) 사이에 설치될 수 있다. 미세유체 밸브(130)의 유입부(소스 영역)는 입구(110)와 연결되고, 미세유체 밸브(130)의 유출부(드레인 영역)는 미세채널(120)와 연결될 수 있다. 미세유체 밸브(130)는 온-칩 계단-함수 압력 입력(on-chip step-function pressure input)을 수행하기 위해 사용될 수 있다.
미세유체 밸브(130)는 순차적으로 적층된 채널 유로층 구조물(132), 가변형 멤브레인(136) 및 멤브레인 제어층 구조물(134)을 포함할 수 있다. 가변형 멤브레인(136)은 채널 유로층 구조물(132) 및 멤브레인 제어층 구조물(134) 사이에 개재될 수 있다.
채널 유로층 구조물(132)은 제1 방향으로 이격 형성된 제1 개구부(140) 및 제2 개구부(142) 그리고 제1 개구부(140)와 제2 개구부(142) 사이에서 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 연장하여 제1 및 제2 개구부들(140, 142)을 구분하는 밸브 시트(133)를 포함할 수 있다. 제1 개구부(140) 및 제2 개구부(142)는 채널 유로층 구조물(132)의 하부면에 리세스 형상으로 각각 형성될 수 있다. 밸브 시트(133)는 제1 및 제2 개구부들(140, 142)의 저면으로부터 돌출하도록 형성되어 제1 및 제2 개구부들(140, 142)을 구분할 수 있다. 평면도에서 보았을 때, 제1 개구부(140), 제2 개구부(142) 및 밸브 시트(133)는 정사각형 또는 직사각형 형상을 가질 수 있지만, 이에 제한되지 않고, 밸브의 열림 압력, 흐르는 유체의 유량 및 유속 등을 고려하여 다양한 형상을 가질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
가변형 멤브레인(136)은 채널 유로층 구조물(132)의 하부에서 채널 유로층 구조물(132)을 커버하도록 결합될 수 있다. 가변형 멤브레인(136)은 밸브 시트(133)와 선택적으로 접촉 가능하도록 작동할 수 있다. 가변형 멤브레인(136)은 제1 개구부(140)를 커버하여 입구(110)와 연통된 제1 영역, 즉, 소스 영역을 정의하고, 가변형 멤브레인(136)은 제2 개구부(142)를 커버하여 출구(112), 즉, 미세채널(120)과 연통된 제2 영역, 즉, 드레인 영역을 정의할 수 있다.
멤브레인 제어층 구조물(134)은 가변형 멤브레인(136)을 사이에 두고 채널 유로층 구조물(132) 하부에 배치되고, 가변형 멤브레인(136)을 밸브 시트(133)에 대해 가압 또는 감압하기 위한 기 설정된 내부 압력을 제공하기 위한 제3 개구부(144)를 포함할 수 있다. 제3 개구부(144)는 멤브레인 제어층 구조물(134)의 상부면에 리세스 형상으로 형성될 수 있다. 평면도에서 보았을 때, 제3 개구부(144)는 제1 개구부(140), 제2 개구부(142) 및 밸브 시트(133)에 대응하도록 직사각형 또는 정사각형 형상을 가질 수 있다.
가변형 멤브레인(136)은 멤브레인 제어층 구조물(134)의 상부에서 멤브레인 제어층 구조물(134)을 커버하도록 결합될 수 있다. 가변형 멤브레인(136)은 제3 개구부(144)를 커버하여 가변형 멤브레인(136)을 밸브 시트(133)에 대해 가압 또는 감압하기 위한 공간으로서 제3 영역, 즉, 게이트 영역을 형성할 수 있다. 상기 게이트 영역은 제어 유공압 라인(122)과 연통되고, 상기 게이트 영역은 압축기(compressor)와 같은 유체 소스(300)에 제어 유공압 라인(122)을 통해 연결될 수 있다.
따라서, 압축기(300)는 제어 포트(114)에 연통된 제어 유공압 라인(122)을 통해 상기 게이트 영역 내부로 기체, 액체 등과 같은 유체가 공급되고 상기 게이트 영역은 기 설정된 내부 압력을 갖게 되어 가변형 멤브레인(136)을 밸브 시트(133)에 대해 가압 또는 감압함으로써, 가변형 멤브레인(136)은 상기 내부 압력에 따라 밸브 시트(133)와 선택적으로 접촉하여 상기 유로를 개폐시킬 수 있다.
예를 들면, 제어 유공압 라인(122)에는 솔레노이드 제어 밸브(310)가 설치될 수 있다. 구체적으로, 도 4a에 도시된 바와 같이, 솔레이노이드 제어 밸브(310)가 압축기(300)로부터 압력을 개방하여 상기 게이트 영역에 기 설정된 압력을 인가하여 가변형 멤브레인(136)은 밸브 시트(113)와 접촉한 상태를 유지할 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 솔레노이드 제어 밸브(310)가 압축기(300)로부터의 압력을 차단하면 예를 들면, 0 Pa의 대기압이 상기 게이트 영역에 인가되어, 가변형 멤브레인(136)은 아래로 변형하고 미세유체 밸브(130)는 빠르게 개방될 수 있다. 이로 인해, 상기 소스 영역으로부터 상기 드레인 영역으로 유체가 흐르게 된다. 미세밸브가 열릴 때의 상기 소스 영역과 상기 게이트 영역 사이의 압력 차이를 임계 압력(threshold pressure) 또는 열림 압력이라 한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 수두 펌프(water head pump)(200)는 미세유체 장치(100)의 입구(110)에 작동 가능하도록 연결되어 유체(F)를 공급하고 압력 기반의 유체 제어를 수행할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 수두 펌프(200)는 주사기 펌프에 비해 안정적이고 빠르며 조정가능한 유량 제어를 제공할 수 있다.
제1 압력 센서(400)는 입구(110)에 설치되어 수두 펌프(200)로부터 공급되는 유체의 압력을 측정할 수 있다. 또한, 제2 압력 센서(410)는 미세채널(120)에 설치되어 미세채널(120)을 흐르는 유체의 압력을 측정할 수 있다. 상기 제1 및 제2 압력 센서들은 10-ms 또는 20-ms의 샘플링 주기로 압력 데이터를 검출할 수 있다.
예를 들면, 상기 유체는 생화학적 세포를 포함하는 용액일 수 있다. 상기 용액의 예로서는, 혈액, 체액, 뇌척수액, 소변, 객담 또는 이들의 혼합물 또는 희석액일 수 있다. 또한, 상기 유체는 조직, 단백질, 핵산 또는 이들의 군집 및 혼합물을 포함할 수 있다.
이하에서는, 주사기 펌프를 포함하는 미세유체 제어 시스템과 상기 수두 펌프를 갖는 유체 제어 시스템 사이의 유체 제어 성능 비교에 대하여 설명하기로 한다.
도 5는 비교예에 따른 미세유체 제어 시스템을 나타내는 개략도이다. 비교예에 따른 미세유체 제어 시스템은 주사기 펌프 및 미세유체 밸브를 제외하고는 도 1의 미세유체 제어 시스템과 실질적으로 동일하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 비교예에 따른 미세유체 제어 시스템(20)은 적어도 하나의 미세채널(120)을 갖는 미세유체 장치(100) 및 미세유체 장치(100)의 입구(110)에 작동가능하도록 연결되어 유체를 공급하고 유속 기반의 유체 제어를 수행하기 위한 주사기 펌프(syringe pump)(500)를 포함할 수 있다.
주사기 펌프(500)는 미세유체 장치(100)의 입구(110)에 작동가능하도록 연결되어 유체를 공급하고 유속 기반의 유체 제어를 수행할 수 있다. 유속값이 주사기 펌프(500)에 설정되면, 주사기 펌프(500)는 일정한 속도로 주사기의 플런저(510)를 밀어냄으로써, 상기 유체를 미세유체 장치(100)의 미세채널(120)로 공급할 수 있다.
도 6a는 도 1의 미세유체 장치의 입구에서의 압력 상승 시간을 나타내는 그래프이고, 도 6b는 도 5의 미세유체 장치의 입구에서의 압력 상승 시간을 나타내는 그래프이다. 도 7a는 도 1의 미세유체 장치의 입구에서의 수두에 따른 압력 변화를 나타내는 그래프이고, 도 7b는 도 5의 미세유체 장치의 입구에서의 유속에 따른 압력 변화를 나타내는 그래프이다. 도 8은 도 1 및 도 5의 미세유체 장치들 각각에서의 계단-함수 입력에 따른 압력 변화를 나타내는 그래프이다. 도 9는 도 1 및 도 5의 미세유체 장치들 각각에서의 정상-상태 압력에서의 압력 상승 시간을 나타내는 그래프이다.
먼저, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 수두 펌프(200)를 갖는 미세유체 시스템(10)은 주사기 펌프(500)를 갖는 미세유체 시스템(20)보다 낮은 압력 진동(oscillation) 및 빠른 동적 응답 속도를 나타낸다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 수두 펌프(200)를 갖는 미세유체 시스템(10)은 주사기 펌프(500)를 갖는 미세유체 시스템(20)보다 더 적은 유속 변동을 갖는다. 또한, 주사기 펌프(500)를 갖는 미세유체 시스템(20)의 경우, 유속이 빨라질수록 유속 변동이 더 커지는 반면, 수두 펌프(200)를 갖는 미세유체 시스템(10)의 경우, 수두가 커지더라도 유속 변동은 거의 없음을 알 수 있다.
도 8을 참조하면, 수두 펌프(200)를 갖는 미세유체 시스템(10)의 경우, 오버슈트(overshoot)이 없으며, 비교적 빠른 응답 속도를 가지며, 정상 상태 압력은 4kPa의 입력 압력보다 더 작다. 주사기 펌프(500)를 갖는 미세유체 시스템(20)의 경우, 250μL min-1의 계단-함수 유속 입력에 대하여 느린 응답속도 및 2-단계 압력 상승을 갖는다. 한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 미세유체 시스템(10)이 도 2와 같은 미세유체 밸브, 예를 들면, 평상시 닫혀있는 미세유체 밸브(Normally closed microfluidic valve)를 대신하여 바인더 클립(binder clip)을 가질 경우, 오버슈트는 있지만, 상기 미세유체 밸브의 경우보다 더 빠른 응답 속도를 가질 수 있다.
도 9를 참조하면, 수두 펌프(200)를 갖는 미세유체 시스템(10)은 주사기 펌프(500)를 갖는 미세유체 시스템(20)에 비해, 정상 상태의 압력의 90%에 도달하는 시간(정상 상태 시간)이 더 빠름을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 수두 펌프(200)를 갖는 미세유체 시스템(10)은 주사기 펌프(500)를 갖는 미세유체 시스템(20)에 비해, 유사한 유속 범위에서 변동(fluctuation)이 적고 더 빠른 압력 상승 시간을 가질 수 있다. 또한, 미세유체 시스템(10)은 빠른 유체 스위칭 동작을 제공할 수 있다. 이러한 미세유체 시스템(10)은 저수기(water reservoirs) 및 솔레노이드 밸브와 같은 최소한의 셋업을 가지고, 정밀하고, 안정적이고 빠른 유속 제어를 필요로 하는 미세유체 응용들에 사용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10, 20: 미세유체 제어 시스템 100: 미세유체 장치
110: 입구 112: 출구
120: 미세채널 122: 유공압 라인
130: 미세유체 밸브 132: 채널 유로층 구조물
133: 밸브 시트 134: 멤브레인 제어층 구조물
136: 가변형 멤브레인 140: 제1 개구부
142: 제2 개구부 144: 제3 개구부
200: 수두 펌프 300: 유체 압력 소스
310: 솔레노이드 제어 밸브 400: 제1 압력 센서
410: 제2 압력 센서

Claims (10)

  1. 입구와 출구 사이에 적어도 하나의 미세채널을 갖는 미세유체 장치; 및
    상기 미세유체 장치의 상기 입구에 작동 가능하도록 연결되어 유체를 공급하고 압력 기반의 유체 제어를 수행하기 위한 수두 펌프를 포함하는 미세유체 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 미세유체 장치는 상기 미세채널로의 유체의 흐름을 제어하기 위한 적어도 하나의 미세유체 밸브를 더 포함하는 미세유체 제어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 미세유체 밸브는 평상시 닫혀있는(Normally closed) 미세유체 밸브인 미세유체 제어 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 미세유체 밸브는
    제1 및 제2 개구부들을 구분하는 밸브 시트를 갖는 채널 유로층 구조물;
    상기 채널 유로층 구조물을 커버하고 상기 밸브 시트와 선택적으로 접촉 가능하도록 작동하는 가변형 멤브레인; 및
    상기 가변형 멤브레인을 사이에 두고 상기 채널 유로층 구조물 상에 배치되고, 상기 가변형 멤브레인을 상기 밸브 시트에 대해 가압 또는 감압하기 위한 제3 개구부를 갖는 멤브레인 제어층 구조물을 포함하는 미세유체 제어 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 가변형 멤브레인은 플렉서블한 폴리머 물질을 포함하는 미세유체 제어 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제3 개구부에 연통되는 압축기를 더 포함하는 미세유체 제어 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 입구 또는 상기 미세채널에 설치된 압력 센서를 더 포함하는 미세유체 제어 시스템.
  8. 입구와 출구 사이에 적어도 하나의 미세채널 및 상기 미세채널로의 유체의 흐름을 제어하기 위한 적어도 하나의 미세유체 밸브를 갖는 미세유체 장치; 및
    상기 미세유체 장치의 상기 입구에 작동 가능하도록 연결되어 유체를 공급하고 압력 기반의 유체 제어를 수행하기 위한 수두 펌프를 포함하는 미세유체 제어 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 미세유체 밸브는
    제1 및 제2 개구부들을 구분하는 밸브 시트를 갖는 채널 유로층 구조물;
    상기 채널 유로층 구조물을 커버하고 상기 밸브 시트와 선택적으로 접촉 가능하도록 작동하는 가변형 멤브레인; 및
    상기 가변형 멤브레인을 사이에 두고 상기 채널 유로층 구조물 상에 배치되고, 상기 가변형 멤브레인을 상기 밸브 시트에 대해 가압 또는 감압하기 위한 제3 개구부를 갖는 멤브레인 제어층 구조물을 포함하는 미세유체 제어 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제3 개구부에 연통되는 압축기를 더 포함하는 미세유체 제어 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Nature Communications, 6, 7301, pp 1-7. (2015.06.15.) *
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