KR20230155108A - Microfluid chip using Epoxy casting and Manufacturing Method thereof - Google Patents

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KR20230155108A
KR20230155108A KR1020220054571A KR20220054571A KR20230155108A KR 20230155108 A KR20230155108 A KR 20230155108A KR 1020220054571 A KR1020220054571 A KR 1020220054571A KR 20220054571 A KR20220054571 A KR 20220054571A KR 20230155108 A KR20230155108 A KR 20230155108A
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김민석
이제석
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금오공과대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시료의 흡수 및 압력에 의한 변형을 방지하여 높은 내화학성 및 내구성이 요구되는 미세유체 시스템의 응용분야에 적용가능한 에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩의 제조방법은 마스터 몰드 제작단계(S100);와 상기 제작된 마스터 몰드 상에 에폭시 수지 조성물을 도포 및 경화시켜 에폭시 미세유체 채널층을 제조하는 미세유체 채널층 형성단계(S200);와 기판에 에폭시 수지 조성물을 도포하여 에폭시 코팅막이 형성된 기판을 제조하는 기판 코팅 단계(S300);와 에폭시 코팅막이 형성된 기판에 상기 미세유체 채널층을 접합시키는 접합단계(S400)를 포함한다.
The present invention relates to a microfluidic chip using epoxy casting and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a microfluidic chip that can be applied to microfluidic systems that require high chemical resistance and durability by preventing sample absorption and deformation by pressure. This relates to a microfluidic chip using epoxy casting and its manufacturing method.
The method of manufacturing a microfluidic chip using epoxy casting of the present invention includes a master mold manufacturing step (S100); and a microfluidic channel layer of manufacturing an epoxy microfluidic channel layer by applying and curing an epoxy resin composition on the produced master mold. A forming step (S200); and a substrate coating step (S300) of applying an epoxy resin composition to the substrate to manufacture a substrate with an epoxy coating film formed thereon; and a bonding step of bonding the microfluidic channel layer to the substrate with an epoxy coating film formed on it (S400). Includes.

Description

에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩 및 이의 제조방법{Microfluid chip using Epoxy casting and Manufacturing Method thereof}Microfluid chip using Epoxy casting and Manufacturing Method thereof}

본 발명은 에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시료의 흡수 및 압력에 의한 변형을 방지하여 높은 내화학성 및 내구성이 요구되는 미세유체 시스템의 응용분야에 적용가능한 에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microfluidic chip using epoxy casting and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a microfluidic chip that can be applied to microfluidic systems that require high chemical resistance and durability by preventing sample absorption and deformation by pressure. This relates to a microfluidic chip using epoxy casting and its manufacturing method.

미세유체역학(Microfluidics)은 지난 수십년 동안 환경문제, 의료문제와 같은 분야에 적용이 되며 해결책들을 제시해왔다. 특히 최근 COVID-19 와 관련하여 진단 분야에서의 미세유체역학의 중요성이 더욱 커지고 있고 많은 연구들이 진행되고 있다. 이처럼 미세유체역학 분야의 두드러진 연구 결과에 따라 다양한 분야에 적용이 되었고, 미세유체장치 제작에 많은 시도로 이어졌다. 특히 미세유체장치 재료의 적절한 선정은 다양한 환경에서의 실험을 가능하게 만들어주어 다양한 재료들로 미세유체장치를 제작하기 위한 시도들이 있었다. Microfluidics has been applied to areas such as environmental and medical problems and has provided solutions for the past several decades. Especially in relation to COVID-19, the importance of microfluidics in the diagnostic field is growing, and many studies are being conducted. As such, outstanding research results in the field of microfluidics have been applied to various fields, leading to many attempts to manufacture microfluidic devices. In particular, appropriate selection of microfluidic device materials makes experiments in various environments possible, and attempts have been made to manufacture microfluidic devices using various materials.

일반적으로, 미세유체장치 제작에는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane , 이하, PDMS)가 주로 사용이 되어왔다. PDMS는 상대적으로 저렴한 재료이고 투명도가 뛰어나며, 이 재료로 제작되는 미세유체장치는 소프트 리소그래피 방식을 이용하기 때문에 공정이 간단하고 쉬워 실험에 사용하기가 적합하다. 특히 재료의 유연성과 공기투과도(Air permeability)는 PDMS 주요 장점이다. 하지만 흥미롭게도 주요 장점이 단점으로 작용할 때도 있다. 예를 들어, PDMS의 유연성은 높은 압력에서 변형이 되기도 하며 공기 투과도는 장치 내부의 흡수(absorption)로 이어지기도 한다.In general, polydimethylsiloxane (PDMS) has been mainly used to manufacture microfluidic devices. PDMS is a relatively inexpensive material and has excellent transparency, and microfluidic devices made from this material use a soft lithography method, so the process is simple and easy, making it suitable for use in experiments. In particular, the material's flexibility and air permeability are the main advantages of PDMS. But interestingly, there are times when the main advantage also acts as a disadvantage. For example, the flexibility of PDMS can cause it to deform at high pressures, and its air permeability can lead to absorption inside the device.

이러한 단점들을 극복하기 위해 PDMS의 대체 재료들이 연구가 되어왔다. 변형과 공기 투과도를 막기 위해 glass 자체에 식각을 이용해 채널을 만드는 방법이 있으며 이러한 방법은 PDMS 보다 뛰어난 투명도와 열과 화학적 반응에 있어 안정적인 장점이 있다. 또 다른 소재는 저온동시소성세라믹으로 고온안정성, 기계적 강도, 내화학성이 우수하고 제조 재현성이 좋다. 그리고 plastic을 이용해 미세유체장치를 제작하는 방법 역시 많이 연구가 되었다. 특히 hot embossing을 이용한 제작은 장비를 이용한 제작으로 reproducibility가 뛰어나고 대량생산에 적합하다는 장점을 가진다. 그러나, 위에서 언급한 재료들의 장점에도 불구하고 생산에 장비와 금형이 필요하기 때문에 실험실에서 제조하기 어려운 단점이 있다.To overcome these shortcomings, alternative materials to PDMS have been studied. To prevent deformation and air permeability, there is a method of creating a channel by etching the glass itself. This method has the advantage of superior transparency and stability against heat and chemical reactions over PDMS. Another material is low-temperature co-fired ceramic, which has excellent high-temperature stability, mechanical strength, and chemical resistance, and has good manufacturing reproducibility. Additionally, much research has been done on how to manufacture microfluidic devices using plastic. In particular, manufacturing using hot embossing has the advantage of excellent reproducibility and being suitable for mass production as it is manufactured using equipment. However, despite the advantages of the materials mentioned above, they have the disadvantage of being difficult to manufacture in the laboratory because they require equipment and molds for production.

따라서 본 발명자는 PDMS의 단점들을 극복하기 위해 실험실 단위에서 제작이 가능하도록 간단한 재료가 사용되고 내구성이 우수하며, 제작이 간단한 플라스틱 미세 유체칩(plastic microfluidic chip, 이하, PMFC)을 제시하고자 한다. 첫번째로, 본 발명자는 PDMS 채널을 베이스로 PMFC를 제작하고, 제작된 PMFC의 채널의 치수를 측정해 같은 치수의 PDMS 채널과의 비교를 통해 제작과정의 신뢰성을 확인하였다. 두번째로, 입자를 이용하여 유량에 따른 채널의 유속을 측정하여 채널의 변형을 확인하였다. 채널의 변형은 유량에 따른 유속의 변화의 선형성으로 확인이 가능하다. 세번째로, 형광 입자를 이용하여 PDMS와 PMFC의 시간에 따른 형광의 확산(diffusion)을 통해 PMFC의 공기 투과도를 확인해 PMFC는 흡수가 거의 일어나지 않음을 증명하였다. 마지막으로, 형광 입자의 마이크로장치 내부에서의 구획화를 이용해 물의 흡수가 일어나는 PDMS와는 달리 PMFC가 공기 투과도가 거의 없다는 점을 통하여 장시간 실험이 가능하다는 점을 증명하였다. Therefore, in order to overcome the shortcomings of PDMS, the present inventor would like to propose a plastic microfluidic chip (PMFC) that uses simple materials, has excellent durability, and is simple to manufacture so that it can be manufactured in a laboratory unit. First, the present inventor fabricated a PMFC based on a PDMS channel, measured the dimensions of the channel of the fabricated PMFC, and confirmed the reliability of the fabrication process by comparing it with a PDMS channel of the same size. Second, the deformation of the channel was confirmed by measuring the flow rate of the channel according to the flow rate using particles. The deformation of the channel can be confirmed by the linearity of the change in flow rate according to the flow rate. Third, the air permeability of PMFC was confirmed through the diffusion of fluorescence over time between PDMS and PMFC using fluorescent particles, proving that PMFC hardly absorbs anything. Lastly, unlike PDMS, which absorbs water by compartmentalizing fluorescent particles inside the microdevice, it was demonstrated that PMFC has almost no air permeability, making it possible to conduct long-term experiments.

국내공개특허 제10-2021-0060350호Domestic Published Patent No. 10-2021-0060350 국내공개특허 제10-2022-0002071호Domestic Published Patent No. 10-2022-0002071 국내등록특허 제10-1399511호Domestic Registered Patent No. 10-1399511

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 시료의 흡수 및 압력에 의한 변형을 방지하여 높은 내화학성 및 내구성이 요구되는 미세유체 시스템의 응용분야에 적용가능한 에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention to solve the above problems is to provide a microfluidic chip using epoxy casting and its It provides a manufacturing method.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩의 제조방법은 마스터 몰드 제작단계(S100);와 상기 제작된 마스터 몰드 상에 에폭시 수지 조성물을 도포 및 경화시켜 에폭시 미세유체 채널층을 제조하는 미세유체 채널층 형성단계(S200);와 기판에 에폭시 수지 조성물을 도포하여 에폭시 코팅막이 형성된 기판을 제조하는 기판 코팅 단계(S300);와 에폭시 코팅막이 형성된 기판에 상기 미세유체 채널층을 접합시키는 접합단계(S400)를 포함한다.The method of manufacturing a microfluidic chip using epoxy casting of the present invention to solve the above problem includes a master mold manufacturing step (S100); and applying and curing an epoxy resin composition on the produced master mold to form an epoxy microfluidic channel layer. A microfluidic channel layer forming step (S200); and a substrate coating step (S300) of manufacturing a substrate with an epoxy coating film by applying an epoxy resin composition to the substrate; and bonding the microfluidic channel layer to a substrate with an epoxy coating film formed on it. It includes a joining step (S400).

상기 미세유체 채널층 형성단계(S200)와 상기 기판 전처리단계(S300)의 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 경화제 20 내지 40 중량부를 혼합한 것임을 특징으로 한다.The epoxy resin composition of the microfluidic channel layer forming step (S200) and the substrate pretreatment step (S300) is characterized by mixing 20 to 40 parts by weight of a curing agent with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin.

상기 접합단계(S400)는 55 내지 65℃에서 1 내지 5분간 열처리 접합하는 것을 특징으로 한다.The bonding step (S400) is characterized by heat treatment bonding at 55 to 65°C for 1 to 5 minutes.

본 발명의 에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩은 상술된 에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩의 제조방법을 통해 제조되는 것을 특징으로 한다.The microfluidic chip using epoxy casting of the present invention is characterized in that it is manufactured through the method of manufacturing a microfluidic chip using epoxy casting described above.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩 및 이의 제조방법은 종래 미세유체장치 제작에 사용되는 폴리디메틸실록산(PDMS)의 높은 공기 투과성으로 인한 시료의 흡수 및 압력에 의한 변형의 한계를 극복하기 위한 것으로, 공기 투과성이 낮고 물리적 특성이 우수한 에폭시를 이용하여 미세유체칩을 제조함으로써 시료의 흡수 및 압력에 의한 변형을 방지할 수 있어 높은 내화학성 및 내구성이 요구되는 미세유체 시스템의 응용분야에 적용가능한 효과가 있다.As described above, the microfluidic chip using epoxy casting according to the present invention and its manufacturing method are designed to prevent deformation due to absorption and pressure of the sample due to the high air permeability of polydimethylsiloxane (PDMS), which is used to manufacture conventional microfluidic devices. To overcome this limitation, microfluidic chips are manufactured using epoxy, which has low air permeability and excellent physical properties, thereby preventing sample absorption and deformation due to pressure, making it possible to create a microfluidic system that requires high chemical resistance and durability. It has effects that can be applied to application fields.

도 1은 본 발명에 따른 본 발명의 에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩의 제조방법의 순서도.
도 2의 (a)는 공정순서도, (b)는 제조된 미세유체칩 샘플 사진, (c~e)는 미세유체칩의 다양한 예시.
도 3의 (a)는 제조된 PDMS 채널과 PMFC 채널의 단면 사진이고, (b,c)는 실제 사이즈를 비교한 그래프.
도 4의 (a)는 종래 PDMS에서 확인되는 채널변형 모식도, (b)는 PDMS과 PMFC의 노출시간 및 유속에 따른 입자의 이동속도, (c)는 흐름속도에 따른 궤적사진, (d)는 흐름속도에 따른 입자속도 변화를 보여주는 그래프.
도 5의 (a)는 PDMS과 PMFC의 형광입자에 대한 흡착특성을 보여주는 모식도, (b)는 시간(0.5~8hr)에 따른 적색형광단백질(red fluorescent protein, RFP)을 발현하는 물질의 흡착 결과를 보여주는 사진, (c)는 형광물질의 강도를 보여주는 그래프.
도 6의 (a,b)는 PDMS와 PMFC의 장기간 실험 적합성을 보여주는 모식도, (c)는 시간에 따른 입자의 이동을 보여주는 사진, (d)는 시간에 따른 Z축 이동거리를 보여주는 그래프, (e)는 시간의 흐름에 따른 입자속도를 보여주는 그래프.
1 is a flowchart of a method for manufacturing a microfluidic chip using epoxy casting according to the present invention.
In Figure 2, (a) is a process flow chart, (b) is a photograph of a manufactured microfluidic chip sample, and (c to e) are various examples of microfluidic chips.
Figure 3 (a) is a cross-sectional photograph of the manufactured PDMS channel and PMFC channel, and (b, c) is a graph comparing the actual sizes.
Figure 4 (a) is a schematic diagram of channel deformation observed in conventional PDMS, (b) is a particle movement speed according to the exposure time and flow rate of PDMS and PMFC, (c) is a trajectory photo according to the flow speed, and (d) is a picture of the trajectory according to the flow speed. A graph showing the change in particle speed according to flow speed.
Figure 5 (a) is a schematic diagram showing the adsorption characteristics of PDMS and PMFC for fluorescent particles, and (b) is the adsorption result of a material expressing red fluorescent protein (RFP) according to time (0.5 to 8 hr). (c) is a graph showing the intensity of the fluorescent material.
Figure 6 (a,b) is a schematic diagram showing the suitability of PDMS and PMFC for long-term experiments, (c) is a photograph showing the movement of particles over time, (d) is a graph showing the Z-axis movement distance over time, ( e) is a graph showing particle speed over time.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.Specific features and advantages of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Prior to this, if it is determined that a detailed description of the functions and configuration related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 발명은 에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시료의 흡수 및 압력에 의한 변형을 방지하여 높은 내화학성 및 내구성이 요구되는 미세유체 시스템의 응용분야에 적용가능한 에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microfluidic chip using epoxy casting and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a microfluidic chip that can be applied to microfluidic systems that require high chemical resistance and durability by preventing sample absorption and deformation by pressure. This relates to a microfluidic chip using epoxy casting and its manufacturing method.

도 1은 본 발명에 따른 본 발명의 에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩의 제조방법의 순서도를 보여준다.Figure 1 shows a flow chart of a method for manufacturing a microfluidic chip using the epoxy casting of the present invention according to the present invention.

본 발명의 에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩의 제조방법은 마스터 몰드 제작단계(S100)와 상기 제작된 마스터 몰드 상에 에폭시 수지 조성물을 도포 및 경화시켜 에폭시 미세유체 채널층을 제조하는 미세유체 채널층 형성단계(S200)와 기판에 에폭시 수지 조성물을 도포하여 에폭시 코팅막이 형성된 기판을 제조하는 기판 코팅 단계(S300)와 에폭시 코팅막이 형성된 기판에 상기 미세유체 채널층을 접합시키는 접합단계(S400)를 포함한다. The method of manufacturing a microfluidic chip using epoxy casting of the present invention includes a master mold manufacturing step (S100) and forming a microfluidic channel layer by applying and curing an epoxy resin composition on the produced master mold to manufacture an epoxy microfluidic channel layer. It includes a step (S200), a substrate coating step (S300) of manufacturing a substrate with an epoxy coating film by applying an epoxy resin composition to the substrate, and a bonding step (S400) of bonding the microfluidic channel layer to the substrate with the epoxy coating film formed. .

마스터 몰드 제작단계(S100)에서는 에폭시를 이용한 미세유체칩 제작을 위한 PDMS 마스터 몰드를 제작하는 단계이다. PDMS 마스터 몰드를 제작하기 위해 음각으로 파여진 PDMS 미세유체칩에 trichloro(3,3,3-trifluoropropyl)silane (이하 silane)을 이용해 코팅한다. 이후, silane으로 코팅된 PDMS 유체칩에 PDMS 용액을 도포하여 경화시키면 마스터 몰드가 제작된다.In the master mold production step (S100), a PDMS master mold for microfluidic chip production using epoxy is produced. To fabricate a PDMS master mold, the engraved PDMS microfluidic chip is coated with trichloro(3,3,3-trifluoropropyl)silane (hereinafter referred to as silane). Afterwards, the master mold is produced by applying the PDMS solution to the silane-coated PDMS fluid chip and curing it.

미세유체 채널층 형성단계(S200)에서는 상기 제작된 마스터 몰드 상에 에폭시 수지 조성물을 도포 및 경화시켜 에폭시 미세유체 채널층을 제조하는 단계이다. In the microfluidic channel layer forming step (S200), an epoxy microfluidic channel layer is manufactured by applying and curing an epoxy resin composition on the manufactured master mold.

상기 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지를 베이스 수지로 하며, 상기 에폭시 수지를 경화시키기 위한 경화제가 혼합된 것이며, 에폭시 수지와 경화제를 혼합한 후 진공챔버에서 degassing 공정을 통해 기포가 제거된 것을 사용한다.The epoxy resin composition uses an epoxy resin as a base resin, and a curing agent for curing the epoxy resin is mixed. After mixing the epoxy resin and the curing agent, bubbles are removed through a degassing process in a vacuum chamber.

상기 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 경화제 20 내지 40 중량부를 혼합한 것이며, 바람직하게는, 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 경화제 30 중량부를 혼합한 것이다.The epoxy resin composition is a mixture of 20 to 40 parts by weight of a curing agent based on 100 parts by weight of the epoxy resin, and preferably, 30 parts by weight of a curing agent is mixed with 100 parts by weight of the epoxy resin.

상기 경화제는 베이스 수지인 에폭시 수지를 경화시키기 위한 것이라면 한정하지 않으나, 바람직하게는, 에폭시기의 개환부가 반응할 수 있는 1급 아민류, 2급 아민류 및 산무수물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The curing agent is not limited as long as it is for curing the epoxy resin, which is the base resin, but preferably includes at least one of primary amines, secondary amines, and acid anhydrides with which the ring-opening portion of the epoxy group can react.

준비된 에폭시 수지 조성물을 상기 제작된 마스터 몰드 상에 도포시키고 15 내지 25 ℃의 실온에서 12 내지 36시간 경화시켜 에폭시 미세유체 채널층을 형성한다. The prepared epoxy resin composition is applied on the prepared master mold and cured at room temperature of 15 to 25°C for 12 to 36 hours to form an epoxy microfluidic channel layer.

기판 코팅 단계(S300)에서는 기판에 에폭시 수지 조성물을 도포하여 에폭시 코팅막이 형성된 기판을 제조하는 단계로, 상기 에폭시 수지 조성물을 도포하여 1000 내지 3000rpm으로 15 내지 45초간 스핀코팅 후 경화시킨다.In the substrate coating step (S300), an epoxy resin composition is applied to a substrate to manufacture a substrate with an epoxy coating film. The epoxy resin composition is applied, spin-coated at 1000 to 3000 rpm for 15 to 45 seconds, and then cured.

에폭시 코팅막을 형성하기 위한 에폭시 수지 조성물은 상술된 미세유체 채널층 형성단계(S200)에서 언급된 에폭시 수지 조성물과 동일한 것을 적용할 수 있다. The epoxy resin composition for forming the epoxy coating film may be the same as the epoxy resin composition mentioned in the microfluidic channel layer forming step (S200) described above.

접합단계(S400)에서는 에폭시 코팅막이 형성된 기판에 상기 미세유체 채널층을 접합시키는 단계로, 55 내지 65℃에서 1 내지 5분간 열처리 접합한다.In the bonding step (S400), the microfluidic channel layer is bonded to a substrate on which an epoxy coating film is formed, and heat treatment bonding is performed at 55 to 65° C. for 1 to 5 minutes.

이하, 본 발명에 따른 에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩을 설명하도록 한다. Hereinafter, a microfluidic chip using epoxy casting according to the present invention will be described.

본 발명의 에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩은 상술된 에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩의 제조방법을 통해 제조되는 것으로 이에 관한 상세한 설명은 생략기재하도록 한다.The microfluidic chip using epoxy casting of the present invention is manufactured through the method of manufacturing a microfluidic chip using epoxy casting described above, and detailed description thereof will be omitted.

제조된 미세유체칩은 공기 투과성이 낮고 물리적 특성이 우수한 에폭시를 이용하여 미세유체칩을 제조함으로써 시료의 흡수 및 압력에 의한 변형을 방지할 수 있어 높은 내화학성 및 내구성이 요구되는 미세유체 시스템의 응용분야에 적용가능한 효과가 있다.The manufactured microfluidic chip was By manufacturing microfluidic chips using epoxy, which has low air permeability and excellent physical properties, it is possible to prevent sample absorption and deformation due to pressure, making it applicable to applications in microfluidic systems that require high chemical resistance and durability. there is.

이하, 본 발명을 바람직한 일 실시예를 참조하여 다음에서 구체적으로 상세하게 설명한다. 단, 다음의 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하기 위한 것이며, 이것만으로 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail below with reference to a preferred embodiment. However, the following examples are intended to specifically illustrate the present invention and are not limited thereto.

EXPERIMENTALEXPERIMENTAL

Materials and reagents Materials and reagents

실험에 사용한 PMFC는 epoxy resin (EpoxAcast 690, Smooth-on, Macungie, PA, USA)을 사용하여 제작하였다. PMFC와의 비교를 위한 microfluidic 장치 제작에는 PDMS (Sylgard 184, K1Solution, Gyeonggi-do, Korea)를 사용하였다.The PMFC used in the experiment was manufactured using epoxy resin (EpoxAcast 690, Smooth-on, Macungie, PA, USA). PDMS (Sylgard 184, K1Solution, Gyeonggi-do, Korea) was used to fabricate a microfluidic device for comparison with PMFC.

하기의 표 1은 PDMS와 epoxy resin의 물리적 특성을 보여준다. Table 1 below shows the physical properties of PDMS and epoxy resin.

직경 1 um의 yellow-green fluorescent polystyrene particles (Latex beads, Sigma-Aldrich, Seoul, Korea)는 distilled water (DW)에 1 : 1000 으로 희석하여 유속의 시각화와 compartmentalized 된 chamber 내부의 유동을 관측하는데 사용되었다. Rhodamine B (Sigma-Aldrich, Seoul, Korea)는 채널이 염색되는 것을 이용해 공기 투과도를 확인하기 위해 DW에 10 uM로 희석하여 사용하였다. Fluorocarbon oil (Fluorinert FC-40, Sigma-Aldrich, Seoul, Korea)은 microchamber의 compartmentalization과 chamber 내부의 증발을 막기위해 사용되었다.Yellow-green fluorescent polystyrene particles (Latex beads, Sigma-Aldrich, Seoul, Korea) with a diameter of 1 um were diluted 1:1000 in distilled water (DW) and used to visualize the flow rate and observe the flow inside the compartmentalized chamber. . Rhodamine B (Sigma-Aldrich, Seoul, Korea) was used diluted to 10 uM in DW to check air permeability by staining the channel. Fluorocarbon oil (Fluorinert FC-40, Sigma-Aldrich, Seoul, Korea) was used to compartmentalize the microchamber and prevent evaporation inside the chamber.

Fabrication of master mold Fabrication of master mold

microfluidic 장치는 standard photolithography를 이용해 제작하였다. 2중 레이어를 만들기 위해 negative photoresist (SU-8 2025, MicroChem, Newton, MA, USA)를 silicon wafer (Unisill, Seoul, South Korea)에 첫 번째 레이어 (25 um)를 스핀코팅 시킨 후 소프트베이킹하였다. 이후 포토마스크 (Microtech, Gyeonggi-do, Korea)와 마스크얼라이너 (MDA-60MS, MidasSystem, Daejeon, Korea)를 사용해 UV light에 노출시킨 후, 두 번째 레이어 (100 um)를 스핀코팅 후 소프트베이킹하였다. 두번째 마스크와 마스크얼라이너로 UV light에 노출시킨 후, 노출되지 않은 photoresist를 제거하기 위해 developer (SU-8 developer, Kayaku Advanced Materials, Westborough, MA, USA)에 wafer를 담그면 double-layer master mold가 제조된다.The microfluidic device was fabricated using standard photolithography. To create a double layer, negative photoresist (SU-8 2025, MicroChem, Newton, MA, USA) was spin-coated on a silicon wafer (Unisill, Seoul, South Korea) as the first layer (25 um), followed by soft baking. After exposure to UV light using a photomask (Microtech, Gyeonggi-do, Korea) and mask aligner (MDA-60MS, MidasSystem, Daejeon, Korea), the second layer (100 um) was spin coated and soft baked. . After exposing the wafer to UV light with a second mask and mask aligner, a double-layer master mold is produced by dipping the wafer in developer (SU-8 developer, Kayaku Advanced Materials, Westborough, MA, USA) to remove unexposed photoresist. do.

실험에 사용된 30 um와 60 um 높이의 채널도 제조사 매뉴얼과 같이 standard photolithography로 제작되었다. 이어서 마스터 몰드의 표면을 trichloro(3,3,3- trifluoropropyl)silane (Sigma-Aldrich, Seoul, Korea)를 사용해 실란처리하였다. The 30 um and 60 um high channels used in the experiment were also produced using standard photolithography according to the manufacturer's manual. Subsequently, the surface of the master mold was silanized using trichloro(3,3,3-trifluoropropyl)silane (Sigma-Aldrich, Seoul, Korea).

PDMS 장치는 sylgard 184를 10 A : 1 B 의 비율로 섞고 vacuum chamber에서 degassing 해준 후, master mold에 부어 60 ℃에서 4시간동안 큐어링했다. 직후 PDMS 장치와 glass substrate를 O2 50 sccm 과 50 W에서 4-7초 동안 산소 플라즈마 처리를 해주어 bonding한다 (Cute-MP, Femto science, Gyeonggi-do, Korea). Integration후, molecule과 micro채널의 nonspecific binding을 최소화하기 위해 0.01% pluronic surfactant (F-127, Sigma-Aldrich, Seoul, Korea)로 코팅하였다. 오염(contamination)을 방지하기 위하여 microfluidic 장치는 실험당 1번씩만 사용하였다.For the PDMS device, sylgard 184 was mixed at a ratio of 10 A: 1 B, degassed in a vacuum chamber, poured into a master mold, and cured at 60°C for 4 hours. Immediately afterwards, the PDMS device and the glass substrate are bonded by oxygen plasma treatment at 50 sccm and 50 W for 4-7 seconds (Cute-MP, Femto science, Gyeonggi-do, Korea). After integration, it was coated with 0.01% pluronic surfactant (F-127, Sigma-Aldrich, Seoul, Korea) to minimize nonspecific binding between molecules and microchannels. To prevent contamination, the microfluidic device was used only once per experiment.

Plastic chip design and fabrication plastic Plastic chip design and fabrication plastic

PMFC를 제작하는 과정은 도 2a와 같이 진행하였다. 첫번째로, PMFC의 마스터 몰드를 제작하기 위해 PDMS 장치 표면을 실란처리하고 그 위에 PDMS 용액을 부어 큐어링 했다. 이 때, 두 물질은 동종물질이지만 표면이 silane으로 코팅이 되어 쉽게 분리할 수 있다. 두 번째로, PMFC와 epoxy-coated glass를 제작하기 위해 epoxy resin을 10 A(에폭시) : 3 B(에폭시 경화제)의 중량비로 섞은 후 vacuum chamber에서 degassing 한다. 분리해낸 PDMS 장치에 epoxy resin을 붓고 24시간동안 room condition에서 큐어링한다. Slide glass에도 epoxy resin을 부어 2000 rpm으로 30초동안 스핀코팅 시킨 후 PMFC 제작과 마찬가지로 큐어링하였다. 마지막으로, 완성된 plastic 장치와 epoxy-coated glass를 핫플레이트에서 60 ℃에서 3분간 열처리해주면 whole plastic 장치를 제조하였다(도 2b). PDMS와 동일한 이유로 pluronic surfactant 를 동일한 조건으로 flushing 했고, PMFC 역시 오염을 방지하기 위하여 실험당 1번씩만 사용하였다. 도 2a에서와 같이 단일칩으로 제작도 가능하지만 웨이퍼 스케일로도 제작이 가능하며 멤브레인과 같은 다양한 형상의 채널도 복제가 가능하다(도 2c~도 2e).The process of manufacturing PMFC was carried out as shown in Figure 2a. First, to fabricate a PMFC master mold, the surface of the PDMS device was treated with silane, and the PDMS solution was poured on it and cured. At this time, the two materials are the same material, but their surfaces are coated with silane, so they can be easily separated. Second, to produce PMFC and epoxy-coated glass, epoxy resin is mixed at a weight ratio of 10 A (epoxy):3 B (epoxy hardener) and then degassed in a vacuum chamber. Pour epoxy resin into the separated PDMS device and cure under room conditions for 24 hours. Epoxy resin was poured onto the slide glass, spin-coated at 2000 rpm for 30 seconds, and then cured as in PMFC production. Finally, a whole plastic device was manufactured by heat-treating the completed plastic device and epoxy-coated glass at 60°C for 3 minutes on a hot plate (Figure 2b). For the same reasons as PDMS, pluronic surfactant was flushed under the same conditions, and PMFC was also used only once per experiment to prevent contamination. As shown in Figure 2a, it can be manufactured as a single chip, but it can also be manufactured on a wafer scale, and channels of various shapes such as membranes can also be copied (Figures 2c to 2e).

Experimental setup and data analysis Experimental setup and data analysis

CCD 카메라와 렌즈를 장착한 digital fluorescence microscope (F1-CIS, Nanoscope Systems, Daejeon, Korea)가 bright field 영상과 green fluorescent protein (GFP)과 red fluorescent protein (RFP) 영상을 얻는데 사용되었다. Syringe pump (NE-1000, New Era Pump Systems, Inc., NY, USA)는 채널의 유속을 제어하기 위해 사용되었다. Micro채널의 규격과 형광 샘플의 형광 강도와 입자의 이동거리를 측정하기 위해 imageJ (NIH, Bethesda, MD, USA)가 사용되었다. Origin 9.0 (OriginLab, Northampton, NC, USA)이 그래프 등 data analysis에 사용되었다.A digital fluorescence microscope (F1-CIS, Nanoscope Systems, Daejeon, Korea) equipped with a CCD camera and lens was used to obtain bright field images and images of green fluorescent protein (GFP) and red fluorescent protein (RFP). A syringe pump (NE-1000, New Era Pump Systems, Inc., NY, USA) was used to control the flow rate in the channel. imageJ (NIH, Bethesda, MD, USA) was used to measure the specifications of the microchannel, the fluorescence intensity of the fluorescent sample, and the moving distance of the particles. Origin 9.0 (OriginLab, Northampton, NC, USA) was used for data analysis, including graphs.

RESULT AND DISCUSSIONSRESULTS AND DISCUSSIONS

fabrication 오차 fabrication error

도 3a 에서는 PDMS 채널과 이를 베이스로 제작된 PMFC의 단면을 보여준다. PDMS의 단면에 비해 PMFC의 단면이 조금 더 거칠어 보이기는 하지만 PDMS는 blade로 자를 수 있는 반면에 PMFC는 띠톱과 같은 절단 공구로 자를 수 있기 때문에 발생하는 차이일 뿐 투명도는 동일하다. 육안으로 보기에도 채널의 사이즈가 비슷함을 알 수 있는데 도 3b와 3c에 PDMS와 PMFC 단면의 사이즈를 비교하였다. 30 um와 60 um 레이어로 제작한 master mold를 이용해 두가지 높이의 채널을 비교하였으며 채널의 폭은 25, 50, 100, 200, 400, 800 um를 대상으로 측정하였다. 단면 사이즈를 측정한 결과, PMFC를 fabrication하면서 발생하는 채널 사이즈의 변화가 미미함을 확인할 수 있다.Figure 3a shows a cross section of a PDMS channel and a PMFC manufactured based on it. Although the cross section of PMFC looks a little rougher than that of PDMS, the difference is only due to the fact that PDMS can be cut with a blade, whereas PMFC can be cut with a cutting tool such as a band saw, and the transparency is the same. It can be seen with the naked eye that the sizes of the channels are similar, and the sizes of the cross sections of PDMS and PMFC are compared in Figures 3b and 3c. Channels of two heights were compared using a master mold made of 30 um and 60 um layers, and channel widths were measured for 25, 50, 100, 200, 400, and 800 um. As a result of measuring the cross-sectional size, it can be confirmed that the change in channel size that occurs while fabricating PMFC is minimal.

압력에 따른 채널 변형 Channel deformation depending on pressure

PDMS로 만들어진 microfluidic 채널은 압력을 받을 경우 변형이 된다는 것은 잘 알려져 있으며, 도 4a에서 도시된 바와 같이 압력이 낮은 경우에는 채널의 변형이 거의 일어나지 않지만 상대적으로 높은 압력이 가해질 경우 채널의 변형이 일어나게 된다. 채널의 변형은 유속의 변화를 가져오게 되는데 이것은 고압이 필요한 실험들의 결과에 영향을 끼치기에 충분하다. 특히 inertia microfluidics의 경우에는 상당한 압력으로 유체를 밀어주기 때문에 채널의 변형이 심하고 더 나아가 채널이 터져버리는 경우도 존재한다. It is well known that microfluidic channels made of PDMS are deformed when subjected to pressure. As shown in Figure 4a, when the pressure is low, the channel is hardly deformed, but when a relatively high pressure is applied, the channel is deformed. . Deformation of the channel results in a change in flow rate, which is sufficient to affect the results of experiments requiring high pressure. In particular, in the case of inertia microfluidics, the fluid is pushed with considerable pressure, so the deformation of the channel is severe and there are cases where the channel even bursts.

하지만 epoxy의 경우에는 PDMS와 비교해 탄성이 매우 적기 때문에 이러한 단점을 극복할 수 있다. 이에 PMFC는 변형이 없다는 것을 증명하기 위해 유량에 따른 두 채널의 속도를 비교해보았다. 채널에 형광 입자가 섞인 용액을 펌프를 이용해 일정한 유량으로 밀어주고 현미경을 이용해 유동을 찍으면 노출시간 동안 움직인 입자의 거리를 알 수 있다. 입자의 거리를 노출시간으로 나누어 유속을 계산하였고, 동일한 유량에서의 유속이 같다는 점과 유량이 2배로 늘어날 경우 유속도 2배로 늘어나는 점을 통해 측정 신뢰성을 확인하였다(도 4b). 도 4c는 앞서 말한 방법을 통해 두 채널의 입자의 움직임을 측정한 사진으로 유량이 커짐에 따라 입자의 궤적도 길어지는 것이 확인되었다. 사진상에 보이는 모든 입자의 길이를 측정 후, 완전발달유동이라는 가정하에 그 중 길이가 상위 30%에 해당하는 궤적만을 속도측정에 이용하였다. 도 4d에서 속도측정 결과를 확인할 수 있다. PMFC의 경우에는 유량이 상승함에 따라서 속도도 거의 선형으로 증가하는 반면에 PDMS의 경우에는 어느 정도 까지는 선형으로 증가하다 추세를 벗어나는 것을 볼 수 있으며, 낮은 유량에서도 PDMS는 PMFC보다 속도가 작은 것이 보이는데 어느정도 채널의 변형이 있었음을 알 수 있다.However, in the case of epoxy, this disadvantage can be overcome because the elasticity is very low compared to PDMS. Accordingly, PMFC compared the speeds of the two channels according to flow rate to prove that there was no deformation. If a solution containing fluorescent particles is pushed into a channel at a constant flow rate using a pump and the flow is photographed using a microscope, the distance the particles moved during the exposure time can be known. The flow rate was calculated by dividing the distance of the particles by the exposure time, and the reliability of the measurement was confirmed by the fact that the flow rate at the same flow rate was the same and that when the flow rate was doubled, the flow rate also doubled (Figure 4b). Figure 4c is a photograph measuring the movement of particles in two channels using the aforementioned method, and it was confirmed that the trajectory of the particles becomes longer as the flow rate increases. After measuring the length of all particles visible in the photo, only the trajectories corresponding to the top 30% of the lengths were used for velocity measurement under the assumption of a fully developed flow. The speed measurement results can be seen in Figure 4d. In the case of PMFC, the speed increases almost linearly as the flow rate increases, while in the case of PDMS, it can be seen that it increases linearly to a certain extent and then deviates from the trend. Even at low flow rates, the speed of PDMS is seen to be lower than that of PMFC to a certain extent. It can be seen that there was a change in the channel.

형광 흡착fluorescence adsorption

PDMS는 공기 투과 특성을 가지고 있기 때문에 채널 내부의 액체가 흡수되며 마치 증발하는 모습을 보이며 이 과정에서 small molecule 역시 흡수된다. 이에 장기간 실험을 진행한다면 PDMS는 적절하지 않은 소재로 판단되며, 따라서 이를 증명하기 위하여 8시간동안 형광흡착 테스트를 진행하였다. 도 5a의 실험의 순서도를 보면 채널에 rhodamine B (RB)가 섞인 용액을 흘려주게 되면 PDMS의 경우에는 RB가 흡착이 되며 시간이 지날수록 채널의 가장자리를 따라 형광이 확산이 되며 fluorescent intensity가 강해진다. Because PDMS has air permeability properties, the liquid inside the channel is absorbed and appears to evaporate, and small molecules are also absorbed in this process. Accordingly, PDMS was judged to be an unsuitable material for long-term experiments, and therefore, a fluorescence adsorption test was conducted for 8 hours to prove this. Looking at the flow chart of the experiment in Figure 5a, when a solution mixed with rhodamine B (RB) is flowed through the channel, in the case of PDMS, RB is adsorbed, and over time, fluorescence spreads along the edge of the channel and the fluorescent intensity becomes stronger. .

반면에 epoxy의 경우에는 공기 투과도가 없기 때문에 PMFC에 RB가 흡착되지 않고 따라서 시간이 지나도 채널에 형광이 발현되지 않는다. 실험은 총 8시간에 걸쳐 진행이 되었으며 형광의 흡착을 확인하기 위해서 시간에 따라 채널의 단면을 잘라 현미경으로 RFP를 촬영했다. 0.5, 2, 4, 8 hr마다 단면을 잘라 확인한 결과, PDMS는 시간이 지남에 따라 형광이 확산되는 것이 보이지만 PMFC는 시간이 지나도 형광이 확산되지 않는 것을 확인할 수 있다(도 5b). 도 5c에 확산에 따른 정량적인 결과를 나타냈다. 채널의 centerline을 기준으로 y축을 따라 형광 intensity를 측정한 결과, 단면 사진에서 확인했던 것과 같이 PDMS에서는 확산에 따라 fluorescent intensity가 점점 높아지는 반면에 PMFC는 변화가 없음을 확인할 수 있다. On the other hand, in the case of epoxy, since there is no air permeability, RB is not adsorbed to PMFC and therefore fluorescence does not appear in the channel over time. The experiment was conducted over a total of 8 hours, and to confirm the adsorption of fluorescence, cross-sections of the channel were cut over time and RFP was photographed under a microscope. As a result of cutting cross sections every 0.5, 2, 4, and 8 hr, it can be seen that the fluorescence of PDMS diffuses over time, but the fluorescence of PMFC does not diffuse over time (Figure 5b). Figure 5c shows quantitative results based on diffusion. As a result of measuring the fluorescence intensity along the y-axis based on the centerline of the channel, as seen in the cross-sectional photograph, it can be seen that the fluorescent intensity gradually increases with diffusion in PDMS, while there is no change in PMFC.

Particle compartmentalization Particle compartmentalization

앞선 실험에서 PDMS는 장기간 실험에 적합하지 않다는 것을 확인하였다. 따라서 PDMS보다 PMFC가 장기간 실험에 적합하다는 것을 증명하기 위해 다음과 같이 24시간에 걸쳐 채널의 증발을 확인하는 실험을 진행하였다. 채널 내부의 증발을 확인하기 위해 GFP를 띄는 latex bead를 DW에 희석한 수용액을 사용하였다. 도 6a에 실험의 진행과정이 나타나 있는데, 수용액을 먼저 넣으면 microchamber에 제대로 채워지지 않기 때문에 이소프로필알코올의 amphiphilic한 성질을 이용해 microchamber 내부를 먼저 채워준다. 그리고 수용액을 채워 넣을 때, 채널 내부의 용액이 교체되도록 수용액을 이용해 충분한 시간으로 flushing 해준다. 그 후 syringe를 이용해 fluorocarbon oil을 주입해 chamber에 수용액을 가둬주는데, fluorocarbon oil의 밀도가 DW보다 높기 때문에 chamber에 수용액을 가둘 수 있다. compartmentalized chamber를 만들어 주고 RT 조건에서 두면 시간이 지남에 따라 PDMS는 공기 투과도때문에 chamber의 물이 증발하며 입자가 벽면에 붙게 되는 반면에 PMFC의 경우에는 증발이 일어나지 않기 때문에 입자가 Brownian motion을 계속 하게 된다 (도 6b). 도 6c에 시간에 따른 입자의 움직임을 확인할 수 있으며 실험은 총 24시간동안 진행되었다. PDMS의 경우에는 6시간째까지 Brownian motion을 보이다 7시간째부터 채널의 물이 완전히 증발해 움직임을 멈추게 된다. PMFC는 24시간째까지 입자가 움직임을 보였다. 도 6d와 도 6e에서는 입자의 움직임을 위치에 z축과 평면 움직임을 그래프로 표시했다. 우선 z축 움직임은 현미경의 z축 포커싱에 따라 chamber의 밑부분을 0으로 기준으로 측정하였다. 마찬가지로 사진에서 보이는 것처럼 PMFC의 경우에는 z축으로 움직임에 따라 위치가 계속 변하는 반면에 PDMS는 7시간 이후 움직임을 멈추게 된다 (도 6d). 평면 움직임은 입자의 움직임을 동영상으로 촬영 후 5초동안 움직인 거리를 측정해 속도를 계산했다도 도 6e의 사진에서 보이는 것과 같이, 시간이 지남에 따라 입자가 조금씩 움직이는 것을 볼 수 있다. PDMS는 z축 움직임과 마찬가지로 7시간 이후에 움직임이 멈추는 반면에 PMFC는 계속 움직이는 것을 확인할 수 있다. In the previous experiment, it was confirmed that PDMS is not suitable for long-term experiments. Therefore, to prove that PMFC is more suitable for long-term experiments than PDMS, an experiment was conducted to check evaporation of the channel over 24 hours as follows. To check evaporation inside the channel, an aqueous solution of latex beads showing GFP diluted in DW was used. The progress of the experiment is shown in Figure 6a. If the aqueous solution is added first, the microchamber is not properly filled, so the inside of the microchamber is first filled using the amphiphilic property of isopropyl alcohol. And when filling the aqueous solution, flush it with the aqueous solution for sufficient time so that the solution inside the channel is replaced. Afterwards, fluorocarbon oil is injected using a syringe to trap the aqueous solution in the chamber. Since the density of fluorocarbon oil is higher than DW, the aqueous solution can be confined in the chamber. If a compartmentalized chamber is created and placed under RT conditions, over time, the water in the PDMS chamber evaporates due to air permeability and the particles adhere to the wall, whereas in the case of PMFC, evaporation does not occur, so the particles continue to undergo Brownian motion. (Figure 6b). The movement of particles over time can be seen in Figure 6c, and the experiment was conducted for a total of 24 hours. In the case of PDMS, Brownian motion is observed until the 6th hour, and from the 7th hour, the water in the channel completely evaporates and the movement stops. PMFC showed particle movement until 24 hours. In Figures 6D and 6E, the movement of the particles is graphed along the z-axis and in the plane. First, z-axis movement was measured with the bottom of the chamber as 0 according to the z-axis focusing of the microscope. Likewise, as shown in the photo, in the case of PMFC, the position continues to change as it moves along the z-axis, while PDMS stops moving after 7 hours (Figure 6d). For planar motion, even if the speed of the particle is calculated by measuring the distance it moves for 5 seconds after recording the particle's movement on video, the particle can be seen moving little by little over time, as shown in the photo in Figure 6e. It can be seen that PDMS stops moving after 7 hours, similar to z-axis movement, while PMFC continues to move.

Conclusion Conclusion

이번 연구에서 본 발명자는 간단한 syringe pump를 이용한 유량에 따른 속도 변화 실험과 형광을 이용한 장기 실험을 통해 PDMS의 단점을 극복 가능하며 쉽게 제작이 가능한 PMFC를 제시하였다. 앞선 실험들을 통하여 PMFC는 압력으로 인한 채널의 변형에 대한 내성과 형광과 같은 화학적 내성이 필요한 실험뿐만 아니라 외부 환경과의 격리가 필요한 상황에서의 실험에서 PDMS보다 이상적인 물질임을 확인하였다. PDMS 장치를 master mold로 제작되는 PMFC는 제작된 결과물의 오차 (<0.3% @height)가 매우 작고 plastic chip 제조에 금속 등을 이용한 주물이 필요없이 실험실에 있는 재료들로 쉽게 제작이 가능하다. 또한 본 발명자는 장치의 적절한 설계를 통해 일정 유량 (>5mL/hr)을 넘어서는 상황에서 PDMS의 변형이 일어남을 확인하여 PMFC의 압력에 대한 내성을 확인하였다. 더욱이 PMFC의 가장 큰 장점은 long-term experiment가 가능하다는 점인데 본 발명자는 형광 흡착 실험을 통하여 비교적 short-term experiment (<8hr)에서도 형광의 확산을 통해 짧은 시간에서도 PMFC의 내화학성이 뛰어남을 확인하였으며, 더 나아가 24hr동안 진행된 형광 입자를 이용한 chamber의 증발 실험을 성공적으로 수행함으로써 이를 확인하였다. 따라서, 본 발명자는 PMFC가 microfluidics의 간단한 실험들 뿐만 아니라 높은 압력과 내화학성을 견딜 수 있는 내구성을 필요로 하는 분야에 응용될 것으로 믿는다.In this study, the present inventor presented a PMFC that can overcome the shortcomings of PDMS and is easily manufactured through experiments on velocity changes according to flow rate using a simple syringe pump and long-term experiments using fluorescence. Through previous experiments, it was confirmed that PMFC is an ideal material than PDMS for experiments that require resistance to channel deformation due to pressure and chemical resistance such as fluorescence, as well as experiments in situations that require isolation from the external environment. PMFC, which is manufactured using a PDMS device as a master mold, has a very small error in the manufactured results (<0.3% @height) and can be easily manufactured with materials available in the laboratory without the need for casting using metals to manufacture plastic chips. Additionally, through appropriate design of the device, the present inventor confirmed that PDMS deformation occurs when the flow rate exceeds a certain flow rate (>5 mL/hr), confirming the PMFC's resistance to pressure. Moreover, the biggest advantage of PMFC is that long-term experiments are possible. Through fluorescence adsorption experiments, the present inventor confirmed that PMFC has excellent chemical resistance even in a short period of time through diffusion of fluorescence even in relatively short-term experiments (<8 hr). Furthermore, this was confirmed by successfully performing an evaporation experiment in a chamber using fluorescent particles that lasted 24 hours. Therefore, the present inventor believes that PMFC will be applied not only to simple experiments in microfluidics, but also to fields that require durability to withstand high pressure and chemical resistance.

이상과 같이 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.As described above, the present invention has been described with a focus on preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, but within the scope of those skilled in the art in the technical field to which the present invention pertains without departing from the technical spirit and scope described in the claims of the present invention. The present invention can be implemented with various modifications or modifications. Accordingly, the scope of the present invention should be construed by the appended claims to include examples of many such modifications.

Claims (4)

마스터 몰드 제작단계(S100);와
상기 제작된 마스터 몰드 상에 에폭시 수지 조성물을 도포 및 경화시켜 에폭시 미세유체 채널층을 제조하는 미세유체 채널층 형성단계(S200);와
기판에 에폭시 수지 조성물을 도포하여 에폭시 코팅막이 형성된 기판을 제조하는 기판 코팅 단계(S300);와
에폭시 코팅막이 형성된 기판에 상기 미세유체 채널층을 접합시키는 접합단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 하는
에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩의 제조방법.
Master mold production step (S100); and
A microfluidic channel layer forming step (S200) of manufacturing an epoxy microfluidic channel layer by applying and curing an epoxy resin composition on the manufactured master mold; and
A substrate coating step (S300) of manufacturing a substrate with an epoxy coating film by applying an epoxy resin composition to the substrate;
Characterized by comprising a bonding step (S400) of bonding the microfluidic channel layer to a substrate on which an epoxy coating film is formed.
Method for manufacturing microfluidic chips using epoxy casting.
제 1 항에 있어서,
상기 미세유체 채널층 형성단계(S200)와 상기 기판 전처리단계(S300)의 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 경화제 20 내지 40 중량부를 혼합한 것임을 특징으로 하는
에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩의 제조방법.
According to claim 1,
The epoxy resin composition of the microfluidic channel layer forming step (S200) and the substrate pretreatment step (S300) is characterized in that 20 to 40 parts by weight of a curing agent is mixed with 100 parts by weight of the epoxy resin.
Method for manufacturing microfluidic chips using epoxy casting.
제 1 항에 있어서,
상기 접합단계(S400)는
55 내지 65℃에서 1 내지 5분간 열처리 접합하는 것을 특징으로 하는
에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩의 제조방법.
According to claim 1,
The joining step (S400) is
Characterized by heat treatment bonding at 55 to 65°C for 1 to 5 minutes.
Method for manufacturing microfluidic chips using epoxy casting.
제 1 내지 제 3항 중 어느 한 항의 에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩의 제조방법으로 제조되는 에폭시 캐스팅을 이용한 미세유체칩.


A microfluidic chip using epoxy casting manufactured by the method for manufacturing a microfluidic chip using epoxy casting according to any one of claims 1 to 3.


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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101399511B1 (en) 2012-12-28 2014-05-27 재단법인대구경북과학기술원 Apparatus for controlling fluid using micro fluid chip
KR20210060350A (en) 2019-11-18 2021-05-26 충남대학교산학협력단 Surface modified noncontaminating cell test microfluidic chip and microfluidic device containing the same
KR20220002071A (en) 2020-06-30 2022-01-06 삼성전자주식회사 Microfluidic chip, apparatus and method for detecting biomolecule

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