KR20180105980A - 나사형 미소유체 반응장치 - Google Patents

나사형 미소유체 반응장치 Download PDF

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KR20180105980A
KR20180105980A KR1020170033374A KR20170033374A KR20180105980A KR 20180105980 A KR20180105980 A KR 20180105980A KR 1020170033374 A KR1020170033374 A KR 1020170033374A KR 20170033374 A KR20170033374 A KR 20170033374A KR 20180105980 A KR20180105980 A KR 20180105980A
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Abstract

나사형 미소유체 반응장치가 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 외주면에 나사산이 나선 형태로 길이방향을 따라 형성되어 상기 나사산과 나사산 사이에 미소유체가 지나가는 유로홈이 형성되는 베이스부; 및 양단이 개방되고 상기 베이스부의 길이에 대응하는 길이로 형성되며, 상기 베이스부에 끼워져 상기 유로홈의 외측면을 폐쇄하여 나선형의 유로가 형성되도록 하며, 상기 유로의 일측으로 상기 미소유체가 주입되는 주입구와 상기 유로의 타측으로 상기 미소유체가 배출되는 배출구가 구비된 커버부를 포함하는 나사형 미소유체 반응장치가 제공될 수 있다.

Description

나사형 미소유체 반응장치{SCREW MICRO REACTOR}
본 발명은 나사형 미소유체 반응장치에 관한 것이다.
일반적으로, 미소유체 반응장치는 미량의 유체를 수용하고 그 유체에 중합효소 연쇄반응 또는 양자점 합성과 같은 생화학적 반응을 일으켜 유체에 포함된 유전자 발현 양상, 유전자 결합, 단백질 분포 등 다양한 생화학적 특성을 분석할 수 있게 해준다.
종래 미소유체 반응장치 중 하나를 소개하면, 종래의 미소유체 반응장치는 유리로 된 상판과 이에 본딩 결합되는 실리콘으로 된 하판을 구비한다.
하판에는 유체가 수용될 수 있도록 미세챔버 및 미세채널이 형성되어 있고, 상기 상판에는 미세챔버 및 미세채널에 유체를 유입시킬 수 있게 관통된 인렛홀과, 유체를 장치 외부로 배출하기 위한 아웃렛홀이 형성되어 있다.
종래 미세유체 반응장치를 이용하여 미세유체 반응을 수행하는 경우, 반응의 진행 중에 유체의 증발을 방지하기 위하여 상기 인렛홀과 아웃렛홀을 테이프로 폐쇄하고, 상기 테이프의 분리를 막기 위해 고무 등으로 된 가압부재로 가압하여야 하는 불편함이 있다.
또한, 종래 미세유체 반응장치는 유리로 된 상판과 실리콘으로 된 하판의 에칭을 위한 가공 등으로 인해 가공 공정이 매우 어렵고 프로세스가 복잡한 바, 이에 따라 제조 비용이 증대되는 문제점이 있다.
또한, 종래 미세유체 반응장치는 고온 반응을 수행하기 위해 가열되는 경우 열이 전체적으로 균일하게 전달되지 않아 국부적으로 온도 편차가 발생하는 문제점이 있다.
또한, 종래 미세유체 반응장치는 한번 가공하고 나면 분리가 분해가 어려운 1회용이기 때문에 미세 유로에 이물질이 끼는 경우 청소가 어렵고, 별도의 촉매 반응을 위해 나중에 미세 유로에 촉매 처리하는 것이 불가능한 단점이 있다.
한국등록특허 10-773552호 (2007. 10. 30. 등록)
본 발명의 실시예들은, 가공이 매우 쉽고 단순하며 고온 반응시 열이 균일하게 전달되어 반응의 안정성과 신뢰도를 높일 수 있고 필요시 분해하여 내부 유로를 청소하거나 유로에 촉매 처리를 수행할 수 있는 나사형 미소유체 반응장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 외주면에 나사산이 나선 형태로 길이방향을 따라 형성되어 상기 나사산과 나사산 사이에 미소유체가 지나가는 유로홈이 형성되는 베이스부; 및 양단이 개방되고 상기 베이스부의 길이에 대응하는 길이로 형성되며, 상기 베이스부에 끼워져 상기 유로홈의 외측면을 폐쇄하여 나선형의 유로가 형성되도록 하며, 상기 유로의 일측으로 상기 미소유체가 주입되는 주입구와 상기 유로의 타측으로 상기 미소유체가 배출되는 배출구가 구비된 커버부를 포함하는 나사형 미소유체 반응장치가 제공될 수 있다.
또한 상기 베이스부의 중심부에는 길이방향으로 따라 제1관통공이 형성되고, 상기 제1관통공에는 상기 베이스부를 기 설정 온도로 가열하는 가열수단이 설치될 수 있다.
또한 상기 커버부는, 합성수지 재질로 이루어져 가열되면 수축되는 열수축성 튜브일 수 있다.
또한 상기 커버부는 내부가 보이도록 투명하게 이루어질 수 있다.
한편, 상기 커버부는 알루미늄재로 이루어질 수 있다.
또한 상기 베이스부가 2개 이상 제공되어 길이방향으로 서로 연결될 때, 이웃하는 2개의 상기 베이스부의 제1관통공에 각각 끼워져 2개의 베이스부를 직렬 연결하는 커플러를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 커플러의 외주면에는 나사부가 형성되며, 상기 커플러가 설치되는 상기 제1관통공에는 상기 나사부와 짝을 이루어 체결되는 나사홈이 형성되며, 상기 커플러의 중심부에는 제2관통공이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예에 의하면, 가공이 쉽고 단순하며 고온 반응시 열이 균일하게 전달되어 반응의 안정성과 신뢰도를 높일 수 있고 필요시 분해하여 내부 유로를 청소하거나 유로에 촉매 처리를 수행할 수 있는 장점이 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나사형 미소유체 반응장치를 나타낸 분해 사시도,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나사형 미소유체 반응장치를 나타낸 측면도,
도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 나사형 미소유체 반응장치를 나타낸 측면도,
도4는 2개 이상의 베이스부가 사용될 때의 구성을 나타낸 분해 사시도,
도5는 도4의 결합 상태를 나타낸 사시도,
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 나사형 미소유체 반응장치의 작용 상태도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 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.
본 출원에서 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 나사형 미소유체 반응장치에 대하여 설명한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나사형 미소유체 반응장치를 나타낸 분해 사시도이고, 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나사형 미소유체 반응장치를 나타낸 측면도이며, 도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 나사형 미소유체 반응장치를 나타낸 측면도이고, 도4는 2개 이상의 베이스부가 사용될 때의 구성을 나타낸 분해 사시도이며, 도5는 도4의 결합 상태를 나타낸 사시도이다.
도1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나사형 미소유체 반응장치는 베이스부(100) 및 커버부(200)를 기본적으로 포함하고, 여기에 가열수단(300)을 더 포함할 수 있다.
상기 베이스부(100)는 금속 재질의 원기둥 막대를 가공하여 미소유체가 지나가는 유로를 제공하기 위한 구성으로서, 베이스부(100)의 외주면에 나사산(110)이 나선 형태로 베이스부(100)의 길이방향을 따라 형성된다. 여기서 나사산(110)과 나사산(110) 사이에 형성되는 골은 미소유체가 지나가는 유로홈(120)이 될 수 있다.
미소유체가 지나가기 위한 유로홈(120)을 나사산(110) 형태로 베이스부(100)의 외주면에 쉽게 가공함으로써 종래처럼 에칭, 식각 등의 복잡하고 정밀한 가공이 불필요한 바, 가공 자체를 쉽고 단순하게 수행할 수 있는 장점이 있다.
또한 베이스부(100)의 중심부에는 제1관통공(130)이 베이스부(100)의 길이방향을 따라 형성될 수 있다. 제1관통공(130)에는 베이스부(100)를 기 설정 온도로 가열하는 가열수단(300)이 설치될 수 있다.
여기서, 가열수단(300)은 일반적으로 널리 알려진 통상의 절연선이 사용될 수 있으며, 이 가열수단(300)이 베이스부(100)의 제1관통공(130)에 삽입되어 설치되기 때문에 베이스부(100) 전체로 균일한 열을 전달할 수 있다.
가열수단(300)에 의해 베이스부(100)의 온도가 균일하게 상승하면 미소유체를 이용한 고온 반응의 안정성과 신뢰도를 높일 수 있어 바람직하다.
참고로, 가열수단(300)은 코일 형태의 전열선이 사용될 수 있기 때문에 가열수단(300)의 피치(p)를 동일하게 설정하면 베이스부(100)로 열이 균일하게 전달되도록 할 수 있다.
한편, 상기 커버부(200)는 양단이 개방되고 상기 베이스부(100)의 길이에 대응하는 길이로 형성될 수 있다.
커버부(200)는 베이스부(100)의 외주면을 감싸도록 베이스부(100)에 끼워져 상기 유로홈(120)의 외측면을 폐쇄함으로써 나사산(110)에 의해 나선형의 유로(210)가 형성되도록 할 수 있다.
커버부(200)에는 미소유체가 주입되는 주입구(220)와 미소유체가 베이스부(100)의 외부로 배출되는 배출구(230)가 구비될 수 있다. 상기 주입구(220)는 유로(210)의 일측으로 미소유체가 주입되도록 할 수 있고 상기 배출구(230)는 유로(210)의 타측으로 미소유체가 배출되도록 할 수 있다. 상기 주입구(220) 및 배출구(230)는 각각 미소유체 반응에 필요한 다른 장치와 연결될 수 있다.
또한, 주입구(220)를 통해 주입된 미소유체는 상기 유로(210)를 따라 나선 방향으로 이동하면서 반응을 수행하게 되는데, 상기 유로(210)를 따라 이동하는 미소유체가 상기 배출구(230)가 아닌 다른 곳으로 유출되는 것을 방지하기 위해 베이스부(100)에 형성된 유로(210)의 양단부에는 유체댐(140)이 각각 형성될 수 있다.
유체댐(140)은 유로홈(120)을 막을 수 있도록 나사산(110)과 동일한 높이로 유로홈(120) 상에 돌출 형성될 수 있다.
따라서, 주입구(220)를 통해 커버부(200) 내부로 들어온 미소유체는 유로(210)를 따라 베이스부(100)의 나선 방향으로 이동하게 되며 이동시 상기 유체댐(140)에 의해 베이스부(100)의 양단으로 유출되지 못하고 전량 상기 배출구(230)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
여기서, 상기 커버부(200)는 도2에 도시된 바와 같이 합성수지 재질로 이루어질 수 있으며, 상기 가열수단(300)에 의해 열을 제공받으면 수축되는 열수축성 튜브로 이루어질 수 있다.
또한 이 커버부(200)는 내부의 유로(210)가 보일 수 있도록 투명한 재질로 이루어지는 것이 내부 상태를 용이하게 확인할 수 있어 바람직하다.
커버부(200)가 열수축성 튜브로 이루어지면 열이 가해지기 전에는 상기 베이스부(100)의 외경보다 커버부(200)의 내경이 확대된 상태가 되므로 커버부(200)를 베이스부(100)에 씌우기 용이하다.
또한, 커버부(200)가 베이스부(100)의 외주면에 위치된 상태에서 상기 가열수단(300)에 의해 열이 전달되면 커버부(200)가 수축하면서 베이스부(100)의 외주면(보다 자세하게는 나사산(110) 끝단)에 밀착되어 기밀을 유지할 수 있다. 참고로, 커버부(200)가 열수축성 튜브로 이루어지는 경우 커버부(200)는 대략 120℃의 온도로 약 3~5분 정도 가열하면 수축될 수 있다.
한편, 대략 230℃ 이상의 고온 상태에서 미소유체 반응을 수행해야 하는 경우, 상기 커버부(200')는 도3에 도시된 바와 같이 열에 강한 알루미늄재로 이루어질 수 있다.
230℃ 이상의 고온 반응에서 커버부(200)가 합성수지재로 이루어지면 열 변형이 발생될 우려가 있는바, 이러한 경우 커버부(200')는 알루미늄 재질로 된 것을 사용할 수 있다.
또한, 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 미소유체 반응 실험의 유형에 따라 더 긴 유로(210)가 필요한 경우, 상기 베이스부(100)는 2개 이상 제공되어 직렬로 연결될 수 있다.
2개 이상의 베이스부(100)가 서로 직렬 연결 가능하도록 본 발명은 커플러(400)를 더 포함할 수 있다.
상기 커플러(400)는 2개 이상의 베이스부(100)를 직렬 연결할 필요가 있을 때 이웃하는 2개의 베이스부(100)의 제1관통공(130)에 각각 끼워져 2개의 베이스부(100)를 직렬 연결할 수 있다.
커플러(400)의 외주면에는 나사부(410)가 형성되고, 그 커플러(400)가 설치되는 각 베이스부(100)의 제1관통공(130)에는 상기 나사부(410)와 짝을 이루어 체결되는 나사홈(131)이 형성될 수 있다. 또한 커플러(400)의 중심부에는 상기 가열수단(300)이 관통될 수 있도록 제2관통공(420)이 형성될 수 있다.
이하, 도6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 나사형 미소유체 반응장치의 작용에 대해 설명한다.
커버부(200')에 구비된 주입구(220)와 배출구(230)에는 각각 주입관(221)과 배출관(231)이 연결될 수 있고, 주입관(221)에는 미소유체(11)를 주입하기 위한 인젝션수단(10)이 설치될 수 있다.
인젝션수단(10)에는 반응에 필요한 서로 다른 종류의 미소유체(11)가 수용될 수 있는데, 예를 들면 황 전구체(1-dodecanethiol), 구리 전구체(Copper iodide), 인듐 전구체(Indium acetate)가 미소유체(11)로 사용될 수 있다.
이러한 미소유체(11)는 자연상태에서는 혼합되어도 서로 반응하지 않기 때문에 별개로 존재하지만, 주입구(220)를 통해 본 실시예에 따른 나사형 미소유체 반응장치에 주입된 후 대략 230℃ 이상으로 가열되는 고온반응 환경에서는 내부의 유로(210)를 따라 이동하면서 합성되어 CulnS2가 될 수 있다.
한편, 본 실시예는 다른 반응(예컨대, 저온 반응)을 유도하고자 하는 경우에는 커버부(200')를 베이스부(100)로부터 분해하여 앞에서 설명한 바와 같은 저온 반응용 커버부(200)로 재설치하는 것이 용이한 바, 하나의 베이스부(100)로 다양한 조건의 반응을 수행할 수 있다.
또한, 미소유체 반응을 유도하는 과정에서 유로(210)에 이물질이 끼어서 유로(210) 세척이 필요한 경우에도 커버부(200, 200')를 간편하게 분해하여 유로(210)를 청소할 수 있으며, 촉매 반응을 유도할 필요가 있는 경우 커버부(200, 200')를 분해 한 후 미소유체가 지나가는 베이스부(100)의 유로(210)에 촉매를 고정시키는 공정 역시 보다 수월하게 진행할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 설명된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 얼마든지 구성요소의 치환과 변경이 가능한 바, 이 또한 본 발명의 권리에 속하게 된다.
100 : 베이스부 110 : 나사산
120 : 유로홈 130 : 제1관통공
140 : 유체댐 200, 200' : 커버부
210 : 유로 220 : 주입구
230 : 배출구 300 : 가열수단
400 : 커플러

Claims (7)

  1. 외주면에 나사산이 나선 형태로 길이방향을 따라 형성되어 상기 나사산과 나사산 사이에 미소유체가 지나가는 유로홈이 형성되는 베이스부; 및
    양단이 개방되고 상기 베이스부의 길이에 대응하는 길이로 형성되며, 상기 베이스부에 끼워져 상기 유로홈의 외측면을 폐쇄하여 나선형의 유로가 형성되도록 하며, 상기 유로의 일측으로 상기 미소유체가 주입되는 주입구와 상기 유로의 타측으로 상기 미소유체가 배출되는 배출구가 구비된 커버부;
    를 포함하는 나사형 미소유체 반응장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스부의 중심부에는 길이방향으로 따라 제1관통공이 형성되고, 상기 제1관통공에는 상기 베이스부를 기 설정 온도로 가열하는 가열수단이 설치되는, 나사형 미소유체 반응장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 커버부는, 합성수지 재질로 이루어져 가열되면 수축되는 열수축성 튜브인 것을 특징으로 하는, 나사형 미소유체 반응장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 커버부는 내부가 보이도록 투명하게 이루어진, 나사형 미소유체 반응장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 커버부는 알루미늄재로 이루어진, 나사형 미소유체 반응장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 베이스부가 2개 이상 제공되어 길이방향으로 서로 연결될 때, 이웃하는 2개의 상기 베이스부의 제1관통공에 각각 끼워져 2개의 베이스부를 직렬 연결하는 커플러를 더 포함하는, 나사형 미소유체 반응장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 커플러의 외주면에는 나사부가 형성되며, 상기 커플러가 설치되는 상기 제1관통공에는 상기 나사부와 짝을 이루어 체결되는 나사홈이 형성되며, 상기 커플러의 중심부에는 제2관통공이 형성되는, 나사형 미소유체 반응장치.
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CN114577034A (zh) * 2022-03-09 2022-06-03 重庆阁睿斯工程科技有限公司 螺旋结构混合反应器
CN115501793A (zh) * 2022-08-21 2022-12-23 东北电力大学 一种双螺旋型被动式微混合器

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