KR20240053305A - 잔여물 없는 미소물체 조작을 위한 표면탄성파 기반 음향미세유체장치 및 그의 제조 방법 및 미소물체 분리 배출 방법 - Google Patents

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전남대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 잔여물 없는 미소물체 조작을 위한 표면탄성파 기반 음향미세유체장치와 그의 제조 방법 및 미소물체 분리 배출 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양성 감광액의 열적 재유동을 이용해 제조한 반구형 미세유로를 음향미세유체장치 내 미세유로로 활용함으로써 음향 무반향 영역의 형성을 방지하고, 이를 통해 잔여물 없이 미세유로 내 부유한 모든 미소물체를 표면탄성파 유도 음향방사력을 이용해 그 위치를 제어하고 분리하는 장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 종래의 직사각형 단면을 갖는 미세유로를 활용한 표면탄성파 기반 음향미세유체장치에서 압전기판의 표면을 따라 전파되다가 미세유로를 만나 특정 굴절각을 갖고 종파의 형태로 미세유로 내 전파되는 경우 음향 무반향 영역이 형성되어 이 영역에 위치한 미소물체는 음향장에 의해 조작할 수 없는 것과 비교하여 별도의 시스유동 없이도 미세유로 내 모든 미소물체를 정교하게 제어할 수 있다는 장점을 갖는다. 따라서 본 발명에 의해 제작된 음향미세유체장치를 이용해 미세플라스틱, 세포 등의 미소물체를 제어할 때 잔여물이 남지 않아 수율이 증대되고, 종래 장치 대비 구성이 간단하고 작동과 유지 보수를 위한 비용이 절감된다는 장점을 지닌다.

Description

잔여물 없는 미소물체 조작을 위한 표면탄성파 기반 음향미세유체장치 및 그의 제조 방법 및 미소물체 분리 배출 방법{APPARATUS AND METHOD OF SURFACE ACOUSTIC WAVE-BASED ACOUSTO-MICROFLUIDIC DEVICE FOR RESIDUE-FREE MANIPULATION OF MICROSCALE OBJECTS, AND SEPARATION/DISCHARGE METHOD OF MICROSCALE OBJECTS}
본 발명은 미세플라스틱, 세포와 같은 미소물체를 비표지, 비접촉, 연속 방식으로 잔여물 없이 조작하는 표면탄성파 기반 음향미세유체역학 장치 및 그의 제조 방법 및 미소물체의 분리 배출 회수방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 빗살무늬전극에서 생성된 초음파 대역의 진행 표면탄성파가 미세유로 내 미소물체에 인가되었을 때 발생하는 마이크로스케일의 음향방사현상을 이용하여 미소물체의 위치를 제어하여 분리 및 정제하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 미세유로 내 음파의 굴절각에 맞는 반구형 단면을 갖는 미세유로를 이용하여 종래 기술과 달리 잔여물이 남지 않는 것을 특징으로 한다.
미세유체역학 기술은 마이크로미터 수준의 특성 길이를 갖는 미세유로(Microchannel)가 있는 미세유체칩 내 유체 유동과 유체 내 분산된 마이크로스케일 혹은 나노스케일의 물체를 제어하는 등의 미소 화학 및 생물반응기, 미세플라스틱 분리, 세포 및 박테리아 분리 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 국가핵심성장동력 중 하나인 바이오헬스케어 산업군의 핵심 원천기술 중 하나로 평가받고 있다. 특히 마이크로스케일 이하의 특성 길이를 갖는 미세플라스틱, 세포 등의 분리는 기존의 매크로스케일 기술로는 여러 한계점이 존재하여 미세유체역학의 활용이 가장 두드러지는 분야이다.
이러한 미소물체 분리를 위해 미세유체역학을 기반으로 다양한 기술이 개발되었다. 미세유로 내 구조체를 설치하여 미소물체를 분리하는 필터 방식과 유체 유동에서 기인한 수력학적 힘을 이용하는 수동적 방식의 경우, 정교한 미소물체 분리가 어렵고 필요할 때만 작동하는 on-demand 방식의 작동이 불가하며, 분리 성능이 유체와 물체의 물성치와 유동 조건에 매우 민감하다는 한계를 지닌다. 반면 자석을 이용한 자기력, 전극에서 유도된 전기력 및 유전력을 이용하는 능동적 방식의 경우 정교한 미소물체 분리가 가능하나 자성 혹은 극성과 같은 표지(label)가 된 미소물체에만 적용이 가능하다. 또한 레이저를 이용한 광력 기반의 방법의 경우 비표지 방식으로 정교하게 미소물체의 위치를 제어할 수 있으나, 그 힘이 매우 pN 수준으로 매우 작아 물체의 이동 거리가 매우 제한적이며, 복잡한 광학 장치가 요구되고, 세포 등의 생체물질의 경우 레이져가 흡수되어 발열 현상이 발생하여 열적 손상을 유발한다는 한계를 지닌다.
최근 체적탄성파(bulk acoustic wave) 혹은 표면탄성파(surface acoustic wave)를 활용하여 비표지, 비접촉, 연속 방식으로 미세유로 내 미소물체를 제어하는 음향미세유체역학 기술이 종래 기술이 대안으로 각광 받고 있다. 음파 생성부 내 기판(substrate) 전체를 통해 파동이 전파되면 체적탄성파, 기판의 표면을 따라서 파동이 전파되면 표면탄성파로 구분된다. 이렇게 기판을 통해 전파되던 파동은 미세유체칩의 미세유로 내 유체 유동을 만나 종파(longitudinal wave)의 형태로 전파되게 된다. 체적탄성파 기반의 방법은 유체 유동을 만나기 전에 기판 전체를 통해 전파되므로 에너지 손실이 큰 반면, 표면탄성파 기반의 방법은 유체 유동을 만나기 전 음파 감쇄가 거의 발생하지 않아 에너지 효율적으로 정교한 미소물체 위치 제어가 가능하다는 장점을 지닌다.
표면탄성파는 압전 성질을 띄는 기판 위에 증착된 빗살무늬전극(interdigital transducer; IDT)에 전극의 공진주파수를 갖는 교류신호를 인가했을 때 역압전효과에 의해 발생한다. 이렇게 생성된 표면탄성파는 미세유로 내 유체 유동을 만나 종파로 변환되어 미소물체에 음향장을 인가한다. 이때 미소물체에 의해 비등방성(anisotropic) 음파 산란(wave scattering)이 발생하고, 이로 인해 미소물체는 음파의 진행방향으로 음향방사력을 인가받아 이동하게 된다. 이때 단일 빗살무늬전극에서는 양방향(bi-directional)으로 진행 표면탄성파(travelling surface acoustic wave)를 발생시킨다. 한 방향으로 전파되는 진행 표면탄성파의 전파 경로에 미세유로를 위치시켜 진행 표면탄성파에서 기인한 음향방사력을 이용하여 미소물체의 위치를 제어할 수 있다. 또한 동일한 공진주파수를 갖는 두 개의 빗살무늬전극을 나란히 배열하여 각각 표면탄성파를 발생시킬 때, 서로 반대방향으로 교차하여 전파되는(counter-propagating) 두 진행 표면탄성파가 만나 형성되는 정상 표면탄성파에 기인한 음향방사력을 이용하여 미세유로 내 미소물체의 위치를 제어할 수도 있다.
표면탄성파는 음파가 생성되고 전파되는 압전기판(piezoelectric substrate)의 표면을 따라 전파되므로 미세유로 내 유동으로 전파될 때 90도의 입사각을 갖는다. 이때 유체 내에서 종파로 변환되어 굴절될 때 스넬의 법칙(Snell's law)에 의해 굴절각이 결정되며, 통상의 압전기판과 유체 조합에서 예각의 굴절각을 갖게 된다. 통상적으로 미세유로가 형성된 미세유체칩은 포토리소그래피(photolithography), 소프트리소그래피(soft lithography)와 같은 반도체 공정이나 밀링 등과 같은 정밀가공 기술을 이용해 형성되며, 대개 직사각형의 단면을 갖는다. 이러한 직사각형 단면을 갖는 미세유로 내에 굴절각을 갖고 전파되는 종파는 굴절각이 차지하는 영역에서는 음향장의 세기가 0에 가까운 음향 무반향 영역(anechoic corner region)이 형성되게 된다. 따라서 이러한 무반향 영역에 위치한 미소물체는 표면탄성파로 형성된 음향장에 의해 그 위치를 제어할 수 없으며 그로 인해 잔여물로 남게 된다. 이에 대한 해결책으로는 음향 무반향 영역을 미소물체가 없는 유체의 시스유동(sheat fluid flow)으로 채워, 분리하고자 하는 미소물체가 부유한 샘플 유체 유동은 음향 무반향 영역 밖에 위치하도록 하는 방법을 사용할 수 있다. 하지만 추가적인 유체 주입을 위한 장치가 요구되어 장치의 복잡성과 구동 비용이 상승한다는 한계점을 지닌다.
상술한 표면탄성파 기반 음향미세유체역학 기술을 이용한 미소물체 위치 제어 및 분리 장치의 한계점을 해결할 수 있는 방안으로서 반구형 단면을 갖는 미세유로를 이용한 장치가 활용될 수 있다. 직교형 단면을 갖는 미세유로가 아닌 음파의 굴절각에 맞는 접촉각을 갖는 반구형 단면을 갖는 미세유로를 사용함으로써 직교형 단면의 미세유로 내 형성되는 음향 무반향 영역을 제거하고 반구형 단면의 미세유로 내에서 시스유동 없이도 잔여물 없이 모든 미소물체가 음향장에 노출되어 음향방사력에 의해 그 위치가 제어될 수 있다.
한편, 반구형 미세유로가 사용된 표면탄성파 기반 음향미세유체장치와 관련된 선행연구로서 비특허문헌 1과 비특허문헌 2가 있으며, 비특허문헌 1의 논문에 근거하여 특허문헌 1이 특허 출원중에 있다.
비특허문헌 1(특허문헌 1)의 경우 광경화성 액상 물질을 고착 액적(Sessile Drop) 형태로 기판 위에 떨어뜨린 후 자외선으로 경화시켜 반구형 미세유로용 주형을 제작하였다. 비특허문헌 2의 경우 3D 프린팅을 이용하여 반구형 단면을 갖는 미세유로용 주형을 제작하였다. 비특허문헌 1의 경우 고착액적으로 인해 두 직교하는 축으로 모두 반구형 단면을 갖는 구결(Spherical Cap) 형상의 미세유로 제작에 적합한 제조방법으로서 통상의 미세유체역학 시스템에서 사용되는 유로와 형상이 달라 호환성이 떨어지며 구결 내 원치않는 3차원 유동이 형성되어 미세유로 내 유체 유동 및 유체 내 부유한 미소물체의 정교한 제어가 어렵다는 한계를 지닌다.
그리고 비특허문헌 2의 경우 3D 프린팅 방법의 제조 방법의 본질적인 작동 원리에 의해 매끈한 표면을 갖는 미세유로 주형을 만들기 어렵고, 기술적 한계로 인해 수~수십 마이크로미터 수준으로 정교한 주형의 형상 제어가 어렵다는 한계를 지닌다. 따라서 비특허문헌 1의 경우 1 mm 이상, 비특허문헌 2의 경우 약 400 μm 수준의 높이를 갖는 반구형 미세유로를 제작하였으며, 이렇게 높고 넓은 미세유로의 경우 통상 수~수십 μm의 파장을 갖는 MHz 대역 표면탄성파에서 유도된 음향방사력으로 미소물체를 제어하기에 적합하지 않다는 한계를 지니며, 따라서 두 비특허문헌 모두 음향방사력에 의한 미소물체 제어가 아닌 넓은 미세유로 내에서의 음파 감쇄에 따라 형성되는 음향흐름유동(Acoustic Streaming Flow)를 이용한 이종 액상의 혼합에 적용되는 기술일 뿐이다.
이는 비특허문헌 1(특허문헌 1)에 있어서, 두개의 유입구로 유입된 각각의 유체 A와 유체 B가 두개의 유입구를 통해 각각 유입된 후 하나로 통합된 유로를 흐르면서 표면 탄성파를 가해 두개의 유체 A,B가 고르게 혼합시켜 배출하는 것으로부터 명확히 드러나는바, 유체 유동 내 포함된 미소입자들을 분리시킬 수 있는 기술은 아니다.
한국 공개특허 10-2021-0051664호(2021. 05. 10. 공개)
1. Lim, Hyunjung, Seung Min Back, Hyuk Choi, and Jeonghun Nam "Acoustic mixing in a dome-shaped chamber-based SAW (DC-SAW) device" Lab on a Chip 20, no 1(2020): 120-125 2. Hsu, Jin-Chen, and Chih-Yu Chang "Enhanced acoustofluidic mixing in a semicircular microchannel using plate mode coupling in a surface acoustic wave device" Sensors and Actuators A: Physical 336 (2022): 113401
상술한 종래 기술의 한계점을 해결하기 위해 본 발명은 반구형 단면을 갖는 미세유로를 활용한 표면탄성파 기반 음향미세유체역학 장치 및 그의 제조방법을 개발하게 되었는바, 미세유로 내 음향 무반향 영역이 형성되지 않도록 함으로써 별도의 시스 유동 없이도 미세유로 내 유체 유동에 부유한 모든 미소물체가 음향장에 영향을 받아 위치 이동의 편향 조작이 가능하도록 해, 유체속에 포함된 미소물체들의 정밀한 위치 제어 및 분리가 가능하도록 하므로써 최종적으로 미세입자를 선택적으로 분리 배출시켜 회수할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 당성하기 위한 본 발명의 표면탄성파 기반 음향미세유체장치는, MHz 초음파 대역 표면탄성파를 발생시키기 위한 빗살무늬전극(Interdigital Transducer)이 형성된 압전기판(Piezoelectric Substrate); 상기 빗살무늬전극이 패턴된 상기 압전기판 상에 교접하여, 상기 빗살무늬전극에서 발생한 진행 표면탄성파(Travelling Surface Acoustic Wave)가 종파(Longitudinal Wave)로 변환되어 전파되는 반구형 단면의 미세유로(Microchannel)가 패턴된 미세유체칩(Microfluidic Chip);을 포함하여 구성되며, 상기 미세유로를 통과하는 유체에 표면탄성파를 가하여 미소물체의 유동 위치를 제어하여 미소물체를 분리하여 배출하게 되는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 빗살무늬전극은 교차 배열되는 한 쌍의 전극으로 구성된 일자형 빗살무늬전극(Straight Interdigital Transducer), 교차 배열되는 전극들이 일측에서 타일측으로 갈수록 점진적으로 넓어지거나 또는 좁아지게 지간 거리의 변화를 가지고 형성된 경사진 빗살무늬전극(Slanted-Finger Interdigital Transducer), 교차 배열되는 전극들이 부채꼴 모양으로 형성된 집속형 빗살무늬전극(Focused Interdigital Transducer)　등 다양한 형태로 제작될 수 있다.
상기 전극들은 특정 주파수의 표면탄성파가 생성되는 동일 지점에서 전극들의 두께와 지간 거리가 서로 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 압전기판은 리튬리니오베이트(LiNbO 3 ), 석영(quartz), 리튬탄탈레이트 (LiTaO 3 ), 리튬보레이트(Li2B4O7) 또는 랑가사이트(La3Ga5SiO14) 중 어느 하나로 이뤄지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 빗살무늬전극은 크롬(Cr)/금(Au) 적층구조 혹은 타이타늄(Ti)/알루미늄(Al) 적층구조로 제작되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 미세유로가 패턴된 미세유체칩은 PDMS, PC, 혹은 polymethyl methacrylate (PMMA)로 제작되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 미세유로는 일단에 미소물체를 포함하는 유체가 유입되는 최소한 1개의 유체유입구와, 상기 미세유로 내를 유동하면서 분리시킨 미소물체를 포함하고 있는 유체와, 그리고 미소물체들이 분리된 유체, 또는 두 종류 이상의 미소물체를 각기 분리하여 각각 배출하기 위한 2개 이상의 배출구를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 빗살무늬전극에 전극의 공진주파수를 갖는 초음파 대역 교류신호를 인가하면 역압전효과에 의해 표면탄성파가 생성되며, 이러한 표면탄성파는 압전기판의 표면을 따라 전파하다가 미세유로와의 경계면에서 특정 굴절각을 갖고 미세유로 내에 종파의 형태로 변환되어 전파한다.
상기 미세유로는 반구형의 단면을 갖도록 제작되어야 하며, 이때 반구형 단면의 양끝단 접촉각은 표면탄성파의 굴절각을 고려하여 직각과 굴절각의 차이 만큼의 각도를 갖도록 형성되어야 한다. 이를 위해 본 발명은 양성 감광액(Positive Photoresist)을 이용해 포토리소그래피 공정을 통해 형성된 직사각형 단면의 미세유로 주형(mold)에 유리천이온도 이상의 고온을 가해 양성 감광액의 열적 재유동(Thermal Reflow)을 유도함으로써, 직사각형의 미세유로 주형이 반구형의 단면을 갖도록 한 뒤 냉각하여 주형의 형상을 고정시키는 방식으로 반구형 미세유로 제작을 위한 주형을 제작한다. 이렇게 제작된 주형을 기반으로 소프트리소그래피 공정을 통해 반구형 단면을 갖는 미세유로를 제작함으로써, 미세유로 내 음향 무반향 영역이 형성되지 않도록 한다. 이를 통해 미세유로 내 부유한 모든 미소물체가 음향장에 영향을 받아 그 위치의 조작이 가능하고 이를 통해 잔여물 없는 미소물체의 분리가 가능하게 한다.
또 본 발명의 표면탄성파 기반 음향미세유체장치의 미소물체 분리 배출 방법에 따르면, (1) 양성 감광액의 열적 재유동을 이용해 제조하여, 음향 무반향 영역의 형성을 제거한 반구형 미세유로를 음향미세유체장치 내 미세유로로 활용하며,
(2) 상기 반구형 미세유로를 향해 표면탄성파를 조사하여 음향방사력을 유도하며, 상기 음향 방사력을 이용하여 상기 반구형 미세유로 내를 부유 유동하는 모든 미소물체의 유동 위치를 제어하며,
(3) 상기 반구형 미세유로 내를 유동하면서 일측으로 유동 위치가 제어된 미소물체들을 포함하고 있는 액체와 고체상 입자의 혼합 유체와; 음향 방사력에 의해 상기 미소물체들이 일측으로 편향된 상태에서 액상만으로 유동을 유지하고 있는 순수유체;를 각기 분리하여 상기 미세유로 후단에서 분기된 2개의 배출구를 통해 각기 분리 배출하여 회수하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 상기 미세유로의 유입구로 유입되는 유체속에는 크기가 서로 상이한 적어도 2가지 크기 종류의 미소물체를 포함하고 있으며, 상기 표면 탄성파는 상기 2가지 종류 크기의 미소물체 중 설정된 어느 하나만의 위치 이동을 제어할 수 있는 주파수로 설정되는 것을 특징으로 한다.
또 상기 미세유로는 적어도 1개의 유입구 또는 각기 다른 유체를 각기 유입시키기 위한 제1 및 제2 유입구로 구성된 2개의 유입구를 구비한다.
여기서, 상기 제1유입구로 1개 크기 종류의 미세물체가 포함되거나 또는 다른 크기의 2개 종류의 미세물체가 포함된 유체가 유입되며, 상기 제2 유입구로는 소정 색상의 코팅액이 도입되어 상기 미세물체 중 편향에 의해 위치 이동이 발생하는 미세물체의 외표면이 상기 코팅액에 의해 코팅되어 색상이 변환된채 분리 배출된다.
또 상기 유입구는 제3 유입구를 포함하고 있으며, 상기 제3 유입구로 도입되는 시스 유체는 상기 코팅액을 표면탄성파를 조사하는 전극측으로 밀어붙이도록 층류 유동하는 것을 특징으로 한다.
상기 표면탄성파에 의해 편향을 일으키게 되는 크기의 미세물체는 상기 코팅층을 통과하여 시스 유체 속으로 위치 이동되어 상기 시스유체와 함께 배출되는 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명은 전기에너지가 기계에너지(파동)로 변환되는 역압전효과에 의해 생성된 표면탄성파가 직사각형 단면을 갖는 미세유로에 인가될 때 형성되는 음향 무반향 영역을 제거하기 위해, 양성 감광액의 열적 재유동을 이용해 제작한 반구형 단면의 미세유로를 이용한 표면탄성파 기반 음향미세유체장치를 제작함으로써 미세유로 내 부유한 모든 미소물체를 음향방사력을 이용해 그 위치를 조작하고, 잔여물 없이 분리할 수 있도록 하는 효과를 갖는다. 별도의 시스(shesth)유동이 필요하지 않기 때문에 종래 장치와 비교해 시스템의 복잡성이 저감되어 장치 작동과 유지보수를 위한 비용이 감소하는 효과를 갖는다.
이처럼 본 발명의 경우 유체속에 포함된 미소물체(미소입자)를 편향시켜 유체와 별도로 분리 배출할 수 있으며, 또한 2종 이상 크기의 입자들로부터 특정 크기의 입자들만을 선택적으로 분리 배출할 수도 있으며, 동시에 분리 과정에서 색상의 변환도 가능하여, 그 같은 성질을 이용하여 특이한 기능 물질의 선택적 코팅 등도 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에서 기술된 미소물체 조작을 위한 표면탄성파 기반 음향미세유체장치를 나타낸 도면이다. (a)는 경사진 빗살무늬전극(STIF)을 구비한 장치의 전체적인 구성을 나타내며, (b)와 (c)는 각각 직사각형과 반구형 단면을 갖는 미세유로를 활용한 장치의 단면을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명 전극의 일실시예 구성인 일자형 빗살무늬전극(IDT)을 나타낸 요부 확대도이다.
도 3은 본 발명에 따른 양성 감광액의 열적 재유동을 이용한 반구형 미세유로를 제작하는 공정의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 양성 감광액의 초기 너비에 따라 열적 재유동 후 형성되는 반구형 미세유로의 다양한 단면을 나타낸 실험 결과이다. (a-e)는 직사각형과 반구형 단면의 미세유로 단면을 나타낸 현미경 사진이고, (f-h)는 각각 반구형 미세유로의 접촉각, 높이 변화, 너비 변화를 나타낸다.
도 5는 도 4의 형상을 갖는 직사각형과 반구형 단면의 미세유로에 좌에서 우로 진행하는 표면탄성파를 인가했을 때 형성되는, (a) 1차 음압(Acoustic Pressure), (b) 시간평균 음압, (c)음향흐름유동 유도 체적력, (d) 음향흐름유동장을 나태낸 전산유체역학 시뮬레이션 결과이다.
도 6은 다양한 음파 주파수(f)와 PS 입자 직경(dp)에 따른 음향 방사력 계 수(FF)를 보여주는 등고선 플롯으로, 도면 우측 상단에 작게 삽입된 도면은 FF가 일정한 주파수 f = 117MHz에 대한 헬름홀츠 수(κ)의 함수로 표시됨을 보여주고 있는
도 7은 본 발명에서 기술된 직사각형(a-e)과 반구형(f-j) 단면을 각각 갖는 미세유로 내에 화살표 방향()으로 진행하는 표면탄성파(SAW 16)를 인가했을 때 적색 형광을 띄는 형광 미세플라스틱의 이동 경로를 촬영한 현미경 사진이다.
도 8은 본 발명에 따른 반구형 단면의 미세유로가 사용된 표면탄성파 기반 음향미세유체장치에서 화살표 방향()으로 진행하는 표면탄성파(SAW 16)가 인가되었을 때 적색 형광 미세플라스틱을 잔여물 없이 그 위치를 위로 조작함으로써 녹색 형광 미세플라스틱으로부터 분리하는 실험을 촬영한 현미경 사진이다.
도 9는 음전하를 띤 6μm의 크기의 폴리스티렌 입자의 선택적 코팅에 따른 입자의 편향 유동을 보여주는 도면으로서, (a)는 6μm의 적색 PS 입자는 형광 표지된 양전하 PAH-FITC 용액(녹색)을 통해 수직 상방(도면에서 화살표 방향)으로 편향되는 반면, 5μm 크기의 녹색 PS 입자는 영향을 받지 않고 채널을 통해 흐르는 상태를 보여주는 도면이며, (b)는 6μm의 빨간색 PS 입자(B)가 녹색 PAH-FITC 분자로 화학적으로 코팅되는 것을 보여주는 도면이고, (c~h)는 표면탄성파(SAW)가 있는 경우와 없는 경우에 6μm 및 5μm PS 입자의 이동 궤적을 보여주는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
예컨대, 실시예들은 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있기 때문에 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니기 때문에 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니될 것이다.
본 명세서에서, 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
따라서 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
또한, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명 장치의 전체적인 구성을 나타낸 도면으로, 본 발명의 잔여물 없는 미소물체 조작을 위한 표면탄성파 기반 음향미세유체장치(10)는, MHz 초음파 대역 표면탄성파를 발생시키기 위한 빗살무늬전극(Interdigital Transducer)(12)이 형성된 압전기판(Piezoelectric Substrate)(14); 상기 빗살무늬전극(12: 넓게는 12a,12b,12c,12d의 전체 구성을 아우르며, 좁게는 12c,12d를 의미하는 것으로 사용할 수 있다)이 패턴된 상기 압전기판(14) 상에 교접하며, 상기 빗살무늬전극(12)에서 발생한 진행 표면탄성파(Travelling Surface Acoustic Wave)(16)가 종파(Longitudinal Wave)로 변환되어 전파되는 미세유로(Microchannel)(28)가 패턴된 미세유체칩(Microfluidic Chip)(20);을 포함하여 구성되어 있으며, 상기 미세유체칩(20)은 상기 빗살무늬전극(12)이 패턴된 상기 압전기판(14) 상에 교접하여 압전기판(14) 위에 올려진 상태로 상기 빗살무늬전극(12)의 후방(도시 기준)에 나란하게 설치된다. 상기 미세유로(28)는 전체 유로(18) 중 직선 구간을 형성하고 있는 반구형 단면의 미세유로(28)이며, 전체 유로(18)는 추후 설명되겠지만 상기 반구형 단면 미세유로(28)의 전단부에 마련되어 유체를 공급하는 유체유입구(50) 및 상기 반구형 단면 미세유로(28)의 후단부에 마련되어 유체를 배출하는 유체배출구(52)를 포함하고 있다. 이하에서 세부적 구성으로서 미세유로를 언급하는 경우 전체 유로(18)와 구별하여 전극(12)의 부위를 지나 직선으로 연장하고 있는 반구형 단면의 미세유로(28)를 의미하는 것으로 사용하기로 하며, 본 발명과의 대비를 위해 종래의 사각형 단면의 미세유로는 부호 22로 표기하여 반구형 단면의 미세유로(28)와 구별되도록 하였다.
상기 빗살무늬전극(12)은 압전기판(14)의 양측에 소정 거리를 이격하여 형성된 2개의 단자(12a, 12b)와 복수개의 손가락 전극(12c, 12d)들을 포함하고 있다. 상기 손가락 전극(12c, 12d)의 각각은 마치 포크와 같은 형상으로서 각각의 손가락 전극(12c, 12d)은 이격된 2개의 단자(12a, 12b)로부터 서로를 향해 폭 방향으로 연장 형성하되 서로의 사이사이에 포개져, 마치 포크 2개의 끝이 마주보고 겹쳐지되 서로 닿지 않도록 엇갈리게 놓인 것과 같은 패턴 형상(손깍지 형상으로 도 2 상세도 참조)을 가지고 있다. 여기서 빗살무늬전극(12)은 교차 배열되는 한 쌍의 전극(12c,12d)으로 구성된 일자형 빗살무늬전극(Straight Interdigital Transducer), 교차 배열되는 전극들이 일측에서 타측으로 갈수록 점진적으로 넓어지거나 또는 좁아지게 지간 거리의 변화를 가지고 형성된 경사진 빗살무늬전극(Slanted-Finger Interdigital Transducer), 또는 교차 배열되는 전극들이 부채꼴 모양으로 형성된 집속형 빗살무늬전극(Focused Interdigital Transducer)　등 다양한 형태로 제작될 수 있다.
상기 전극들은 특정 주파수의 표면탄성파가 생성되는 동일 지점에서 전극들의 두께와 지간 거리가 서로 동일하게 형성되는 것이 바람직하며, 상기 압전기판은 리튬리니오베이트(LiNbO3), 석영(quartz), 리튬탄탈레이트 (LiTaO3), 리튬보레이트(Li2B4O7) 또는 랑가사이트(La3Ga5SiO14) 중 어느 하나로 이뤄지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 빗살무늬전극은 크롬(Cr)/금(Au) 적층구조 혹은 타이타늄(Ti)/알루미늄(Al) 적층구조로 제작되며, 상기 미세유로가 패턴된 미세유체칩은 PDMS, PC, 혹은 polymethyl methacrylate (PMMA)로 제작되는 것이 바람직하다.
도 1은 MHz 초음파 대역 표면탄성파(16)를 발생시키기 위한 빗살무늬전극(12)의 다양한 형태 중 교차 배열되는 전극(12c, 12d)들이 일측에서 타측으로 갈수록 점진적으로 넓어지거나 또는 좁아지게 지간 거리의 변화를 가지고 형성된 경사진 빗살무늬전극(12:12c,12d) 형태를 나타내며, 도 2는 전극의 두께나 지간거리에 변화가 없는 일자형 빗살무늬전극(IDT)의 일예를 나타낸 것이다.
도 2에 도시한 일자형 빗살무늬전극(IDT)의 경우, 전극(12c,12d)들이 특정 주파수의 표면탄성파(16)가 생성되는 동일 지점에서 전극(12c,12d)들의 두께(t1:λ/4)와 지간 거리(t2:λ/4; 이웃한 전극의 빗살 사이의 간격)가 서로 동일하게 형성된 모습을 나타낸다.
상기 빗살무늬전극(12)의 각 지점에서의 공진주파수(f)는 다음 수식에 따라 결정된다.
?? ??
여기서 c는 표면탄성파 진행 방향의 피에조 기판의 음속이며, λ는 전극의 두께(t1:λ/4)와 지간 거리(t2:λ/4)의 4배이다. 상기 빗살무늬 전극(Interdigital Transducer)(12: 12c,12d)은 바닥층에 크롬(Cr)과 상부층에 금(Au)이 서로 적층 형성된 Cr/Au 적층 구조, 혹은 알루미늄(Al)으로 제작되는 것이 바람직하지만, Ti/Au 또는 Ti/Al 조합의 적층 구조로 이루어질 수 있음은 물론, 백금(Pt), 금(Au), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 또는 이들을 포함하는 금속화합물들 중에서 선택된 하나 이상의 전극 물질로 이뤄질 수 있다. 상기 전극들은 특정 주파수의 표면탄성파(16)가 생성되는 동일 지점에서 전극(12c, 12d)들의 두께(t1)와 지간 거리(t2)가 서로 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. 상기 빗살무늬전극(12)은 전기장을 형성하도록 인가된 교류 전류를 통해 기설정된 주파수의 표면탄성파(16)를 발생시킨다. 따라서 신호 발생기를 통해 해당 빗살무늬 전극(12c, 12d)에 인가하는 전류 주파수에 따라 적절한 표면탄성파(16)를 발생시킬 수 있다. 여기서 상기 표면탄성파(16)는 반구형 단면의 미세유로(28)를 수평면상에 '' 형태로 놓여지도록 배치하였을 때 측면 방향에서 조사되거나 또는 반구형 단면의 미세유로(28)가 'D' 형상으로 배치된 상태에서 반구형 단면의 미세유로(28)를 향해 하부에서 상측을 향해 조사하는 방식이 모두 사용 가능하다.
도 1의 (b)는 종래의 표면탄성파 기반 음향미세유체장치에서 사용되는 직사각형 단면의 미세유로(22)가 사용되었을 때, 그 직사각형 단면의 미세유로(22)의 한쪽 구석에 굴절각(θR)을 한 각으로 갖는 직각삼각형 모양의 음향 무반향 영역(24)이 형성되는바, 진행 표면탄성파 유도 음향방사력(F)이 미세유로(22)에 조사되면, 그 음향방사력(F)에 의해 미소물체(30a)들이 우측 코너부위쪽으로 위치 이동이 일어나게 되나, 이때 진행 표면탄성파 유도 음향방사력(F)의 영향이 미치지 않는 사각지대의 존재로 인해 일부 미소물체(26)들의 위치가 제어되지 못하고 좌측 상단의 삼각형의 코너 부위(24,음향 무반응 영역)에 잔여물(26)로 남아 유동하게 되는 것을 나타낸다(부호 30a로 표시된 미소물체는 정상적으로 위치 제어된 것들을 나타낸다). 이는 종래 4각 단면 구조의 미세유로(22)의 경우 유동하는 유체 속에 포함된 모든 미소물체들을 분리하지 못한다는 것을 의미한다.
이와 달리, 도 1의 (c)는 본 발명에 따라 제작된 반구형 단면의 직선구간 미세유로(28) 내에서 음향 무반향 영역(도 1(b)에서의 24 영역)이 형성되지 않고 반구형 단면의 직선구간 미세유로(28) 내 모든 미소물체가 진행 표면탄성파 유도 음향방사력(F)에 의해 유로의 일측 위치에 모여 유동(부호 30의 미소물체 참조)하게 되므로써 그 위치가 제어될 수 있음을 보여주고 있다. 이는 진행 표면탄성파(16)에 의한 유도 음향방사력(F)의 굴절각(θR)과 미세유로(28)의 만곡진 내면의 경사각이 거의 동일하게 형성되기 때문에 입사부에서 음향방사력(F)의 영향이 미치지 않는 사각지대(24:음향 무반응 영역)가 사라졌기에 일어나는 현상이다. 본 발명에 있어 전극(12)으로부터 조사되는 진행 표면탄성파(16:TSAW)에 의한 유도 음향방사력(F)에 의해 모든 미소물체(30)들이 미세유로(28)의 후방(도 1(c)를 기준하면 우측)으로 후퇴 이동하여 한쪽에 몰려있는 상태로 유동하게 되는바, 이는 유동하는 유체로부터 미소물체(30)들의 이동 경로를 후방으로 위치 이동시켜(이는 전극 12로부터 멀어지는 방향을 의미한다), 즉 미소물체(30)들을 소정 위치의 한 곳에 모아 유동하게 만들므로써 유체속에 포함된 미소물체(30)들만을 따로 모아 별도로 분리 배출할 수 있게 됨을 의미한다.
도 3은 본 발명에 따른 양성 감광액의 열적 재유동을 이용한 반구형 단면의 미세유로(28) 제작 과정을 나타낸다. 상기 반구형의 단면을 갖는 미세유로는, 반구형 단면의 양끝단 접촉각이 표면탄성파의 굴절각을 고려하여 직각과 굴절각의 차이 만큼의 각도를 갖도록 형성되어야 한다.
이를 위해 본 발명의 반구형 단면의 미세유로(28) 제작 공정은, (a) 먼저 양성 감광액을 스핀코팅 공정을 통해 박막 형태의 액상 필름(32) 형태로 웨이퍼(34)에 도포한다. (b) 포토마스크(36)를 이용해 미세유로 형상 외 영역에 자외선을 조사한다. (c) 감광액의 현상을 통해 자외선이 조사된 영역을 제거하여 미세유로 주형(38)을 만든다. (d) 감광액의 유리천이온도 이상의 고온을 인가하여 감광액의 열적 재유동을 유도해 직사각형의 단면(40)이 반구형 단면(42)으로 변하도록 주형(44)을 형성한다. (e) 그 주형(44)에 소재(46)를 붓고 소프트 리소그래피(soft lithography) 공정을 실시하여, 최종적으로 (f) 반구형 단면을 갖는 미세유로(28)를 제작 완성한다. 이 반구형 단면의 미세유로(28)는 도 1에 도시한 전체 미세유로(18)의 일부 구간, 즉 직선구간을 형성한다.
도 4는 상기 서술한 양성 감광액의 열적 재유동에 따른 반구형 단면의 미세유로(28) 제작 공정에서, 직사각형 양성 감광액 주형(38)의 초기 너비에 따라 열적 재유동 후 형성되는 반구형 감광액 주형의 단면의 양상을 나타낸다. (a-e)는 각각 직사각형 감광액 주형(38)의 너비(W0)가 500, 400, 300, 200, 150μm일 때, 열적 재유동 후 형성된 반구형 미세유로의 단면 양상을 현미경으로 촬영한 결과로서, 각각의 반구형 감광액 주형(44)의 너비(Wtr)는 각기 460, 367, 277, 179, 137μm로 나타났다. 그리고 직사각형 감광액 주형(38)의 입구벽면 접촉각도 θc는 (a-e)가 모두 대략 90°로 같으나, 주형(38)의 너비(W0) 변화에 따라 반구형 미세유로의 입구벽면 접촉각도 θc는 모두 달라지는바, 직사각형 감광액 주형(38)의 너비(W0)가 작아짐에 반비례하여 반구형 미세유로(28)의 입구벽면 접촉각도 θc는 점차 커지는 상관관계를 보이고 있으며, 구체적으로 각각의 너비(W0)가 500, 400, 300, 200, 150μm일 때, 반구형 미세유로(28)의 입구벽면 접촉각도 θc는 43°, 48°, 53°, 68°, 72°를 나타내었다. 도 3의 (f-h)는 직사각형 감광액 주형의 초기 너비에 따른 반구형 미세유로의 (f) 접촉각, (g) 높이 변화, (h) 너비 변화를 수치 그래프로 나타낸 것이다.
도 5는 상기 서술한 직사각형 및 반구형 단면을 갖는 미세유로에 좌에서 우로 진행(도시 상태를 기준한 것으로 전극(12)은 미세유로의 좌측편에 위치하여 있는 상태이다)하는 표면탄성파(16)가 인가될 때 형성되는 (a) 1차 음압(Acoustic Pressure), (b) 시간평균 음압, (c)음향흐름유동 유도 체적력, (d) 음향흐름유동장을 나태낸 다중물리 (Multiphysic) 시뮬레이션 결과이다. 직사각형 단면의 미세유로(22) 내에는 좌측 상단에 직각삼각형 모양으로 음향 무반향 영역(24)이 형성되는 것과 달리, 반구형 단면의 미세유로(28) 내에서는 음향 무반향 영역이 형성되지 않아 미세유로 내 거의 전체 영역에 걸쳐 음향장(48)이 형성되는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 다양한 음파 주파수(f)와 PS 입자 직경(dp)에 따른 음향 방사력 계수(FF)를 보여주는 등고선 플롯이며, 도면 우측 상단에 작게 삽입된 도면은 FF가 일정한 주파수 f = 117MHz에 대한 헬름홀츠 수(κ)의 함수로 표시됨을 보여주고 있는바, 상기 도 6은 표면 탄성파 유도 음향 방사력(F)을 기반으로 한 미소입자(미소물체)의 음향 유체 조작 시, 특정 직경의 미소물체의 위치 이동에 적합한 최대의 음향 방사력 계수(FF)를 구할 수 있는 함수 관계를 나타낸 도표이며, 미소입자는 파동의 전파 방향으로 이동하게 되는데, 이때 특정 직경의 미소입자의 이동에만 영향을 주는 음향 방사력 계수(FF)를 구할 수 있다.
SAW에 의해 유도된 ARF 인자(FF)는 FF = 〈F〉/(πdp2E/4)로 표현되며, 여기서 〈F〉는 시간 평균된 ARF이고 E는 입사파의 평균 에너지 밀도이다. κ의 함수로서 탄성 중합체 미립자에 작용하는 ARF 인자는 여러 최대 피크 및 최소 계곡으로 특징지어질 수 있으며, 여기서 각 피크는 다음과 같이 진동 음압장을 받는 자유롭게 진동하는 탄성 미소구체(elastic microsphere)의 공명 모드에 기인한다.
헬름홀츠 수(κ) κ < 1의 경우, 미세 입자는 등방성 방식으로 파동을 산란시키고(Rayleigh 산란), 입자에 작용하는 ARF는 파동 전파 방향에서 거의 0을 보이고 있다. 미소물체로서 직경이 5μm(녹색) 및 6μm(빨간색)인 형광 PS 마이크로스피어를 사용는 경우, 도 6에서 볼 수 있듯이 6μm(빨간색) 탄성 PS 미소구체는 κ≒1.5에서 표면 탄성파(f = 117MHz)의 진행에 의해 유도되는 음향 방사력(FF≒9.4)을 구할 수 있다.
5μm(κ≒ 1.25) 및 6μm(κ≒1.5) PS 미소구체 모두에서 Mie 산란에도 불구하고 6μm 입자는 상대적으로 더 높은 ARF를 보여주고 있다. 이는 6μm 입자의 경우 κ≒1.5, f = 117MHz에서의 분리 실험 결과에서 검증된 변환기에 인가된 고정 전력에서 원래 궤적에서 5μm 입자보다 더 많이 편향되는 것을 확인할 수 있었다.
도 7은 직사각형(a-e)과 반구형(f-j) 단면을 갖는 미세유로 내의 유체 흐름을 평면에서 보아 나타낸 것으로, 표면탄성파(16:도시 상태 기준하여 아래에서 위쪽 방향으로 조사)를 인가했을 때 적색 형광을 띄는 형광 미세플라스틱의 이동 경로를 촬영한 현미경 사진이다. 좌측의 종래의 직사각형 단면의 미세유로(rectangular microchannel)가 사용된 음향미세유체장치에서는 유동하는 유체에 아래에서 상측을 향해 진행 표면탄성파(16)에 의한 유도 음향 방사력을 가했을 때(도시 기준 화살표() 방향으로 에너지가 작용) 평면상에서 보아 유로 아래쪽(이는 전극(12)쪽에 인접한 부분임)에 형성된 음향 무반향 영역(도 1(b)를 기준하면 전극(12)에 인접한 사각유로 좌측 상단의 역삼각형 모서리부 24에 해당하는 영역이다)으로 인해 잔여물 입자(26)가 다수 남아 유동하게 되는 것을 확인할 수 있다(도시 상태 기준 상부로 부상한 붉은 색의 입자 흐름은 도 1(b)에서 부호 30a의 입자 흐름이고, 아래 쪽의 바닥을 기는 붉은색의 가는 입자 흐름은 부호 26으로 표시한 잔여물의 흐름을 나타낸다).
반면에, 우측의 본 발명에 의한 반구형 미세유로(f~j)가 사용된 음향미세유체장치는 유체가 빗살무늬전극(12c,12d) 부위를 지나면서 표면탄성파(SAW)(16)에 의한 음향 방사력(F)을 받게 되는 순간부터, 유체 속에 포함된 모든 입자(30)들이 표면탄성파(16)에 의한 유도 음향방사력(F)에 의해 본래의 이동 경로에서 벗어나 상승(도시 상태 기준)하여 이동 경로가 위쪽으로 휘어져 일어나게 되는바(도 1(c)에 의하면 유로내에서 미소물체들이 우측으로 편향되어 위치가 수평 이동된다), 이는 좌측의 사각유로에서 나타나고 있는 잔여물(26)이 없이 미세유로 내 부유한 모든 미소물체(30)의 유동 위치를 진행 표면탄성파의 유도 음향 방사력(F)으로 편향시키므로써 위치 제어할 수 있음을 보여주는 것이다. 따라서 미소물체(30)를 유로 내의 특정한 위치에 몰아 넣은 채 이동시킬 수 있게 되면, 이를 별도 배출구를 통해 분리 회수하는 것이 가능하게 되며, 미소물체(30)가 분리된 소정의 순수 유체만을 미세유로(28)로부터 분기된 다른 배출구를 통해 분리 회수할 수 있게 됨을 의미한다. 이 같은 편향 특성을 이용하면, 이물질인 미소물체를 분리시켜 순수 유체를 얻거나 또는 고가인 미소물체만을 따로 분리 회수하는 것이 가능해진다.
도 7(a-e)은 접촉각 θc = 90°인 모든 직사각형 마이크로 채널의 경우 SAW를 지나 흐르는 입자의 일부가 SAW의 영향을 받지 않고 편향 없이 흐름을 유지하는 MAC의 존재를 보여주고 있는 현미경 관찰 사진이다. 도 7(f-j)는 θc= 43~72°인 본 발명의 모든 반원형 마이크로채널의 경우 마이크로채널 폭에 걸쳐 전체 입자가 편향되고 있음을 보여주는 현미경 관찰 사진이다. 도 7(f)에서 θc가 68° 및 도 7(g)에서 72°인 반원형 마이크로 채널은 매우 부드러운 입자 편향을 보여주고 있다. 그러나 도 7(h)에서 θc가 53°, 도 7(i)에서의 47°및 도 7(j)의 43°인 경우 채널 측면 가장자리로부터 어느 정도 이격된 위치(대략 유로의 중앙부근)에서 채널 측면 가장자리에 평행한 직선 입자 줄무늬의 흐름 형성을 보여주고 있으며, 이는 정상파가 형성됨을 나타내는 것이다. 이로써 본 발명의 경우 유체 속에 포함되어 전극이 있는 쪽의 유로 벽면을 따라 흐르는 미소물체들을 유로의 중앙 위치나, 그 중안위치를 넘어서 반대편 가장자리 위치로 모두 편향시켜 이동시키는 것이 가능하므로, 미소물체들을 따로 모아 분리 배출할 수 있는 특성을 가지게 되는 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 하나의 실시예로서, 적색 형광 미세플라스틱(6μm 입자)(RP)과 녹색 형광 미세플라스틱(5μm 입자)(GP)의 혼합물로부터 적색 형광 미세플라스틱(6μm 입자)(RP)의 잔여물 없이 적색 형광 미세플라스틱(6μm 입자)(RP)만을 완전히 분리시키는 실험의 현미경 영상이다. 반구형 단면의 미세유로가 사용된 표면탄성파 기반 음향미세유체장치에서 미소물체들을 포함하고 있는 유체가 전극(12) 부위를 통과하는 과정에서 화살표 방향()으로 진행하는 표면탄성파(SAW 16)(f = 117MHz)가 전극(12)으로부터 조사되었을 때, 5μm 크기의 녹색 형광 미세 플라스틱(GP)에 작용하는 FF는 0.5(도 6의 우측 상단 도표 참조)로서 편향 이동에 영향을 주지 못하는 반면에, 6μm 크기의 적색 형광 미세플라스틱(RP)에는 최대 크기의 힘, 즉 6μm 크기의 적색 형광 미세플라스틱(RP)에 9.5 크기의 FF가 작용하여RP 입자들만이 위치 이동되어 5μm 크기의 녹색 형광 미세 플라스틱(GP)으로부터 분리되어지게 되며, 이때 6μm 크기의 적색 형광 미세플라스틱(RP)은 잔여물 없이 5μm 크기의 녹색 형광 미세 플라스틱(GP)으로부터 완전히 분리됨을 확인할 수 있다. 이는 도 6으로부터 입자 크기에 따라 최적 주파수(f)를 구하여 전극(12)을 셋팅해 주게 되면, 특정 크기의 미소입자들만의 위치를 조작 제어할 수 있음을 나타내며, 이로써 본 발명은 2종 이상 크기의 미소물체의 혼합물로부터 미리 설정한 특정 크기의 미소물체들만을 선택하여 분리 배출할 수 있게 되는 것이다.
다시 도 1로 돌아가, 반구형 단면을 가지도록 형성되는 상기 미세유로(28)는 일단에 미소물체(30)를 포함하는 유체가 유입되는 최소한 1개의 유체유입구(50)와, 상기 미세유로(28) 내를 유동하면서 분리시킨 미소물체(30)를 포함하고 있는 유체와, 그리고 미소물체(30)들이 분리된 유체를 각기 배출할 수 있는, 또는 각기 다른 적어도 두 종류의 미소물체들을 각기 유동 위치를 달리하도록 분리하여 각각 배출하기 위한 2개의 배출구1 및 2(52a, 52b)를 구비하고 있다. 여기서 유체유입구(50)는 도시한 실시예에서는 3개의 유체유입구(50a, 50b 50c)로 구성되어, 예를 들면 유체유입구(50b)로 A유체를 도입하고, 유체유입구(50c)로는 B유체를 도입하며, 유체유입구(50a)로는 미소물체(30)가 포함된 A유체 또는 B유체, 또는 또 다른 C유체를 도입하여 미세유로(28)를 통과하는 중에 A와 B유체를 혼합하고(또는 층류 유동도 무방하다), 그와 함께 전극(12)에서 미소물체(30)의 크기를 제어할 수 있는 최적 주파수 f를 인가(이 조건은 예를 들면 도 6의 그래프에서 찾을 수 있다)시키면 음향 방사력에 의해 당해 미소물체(30)들이 우측 위치(전극으로부터 멀어지는 방향)로 이동되어지게 되며, 유체가 배출구에 도달하였을 때, 유동 흐름을 따라 혼합 유체는 배출구1(52a)로 나가고, 미소물체(30)가 포함된 혼합유체는 배출구2(52b)로 배출할 수 있어(이는 양측의 유동 경로가 달라 2개의 배출구(52a, 52b) 형성에 따라 자연적으로 분리 배출이 이루어지게 된다), 유체 속에 포함된 미소물체들을 분리할 수 있는 기술을 제공할 수 있게 되는 것이다.
다른 한편, 본 발명의 또 다른 유용성이 도 9(a~h)에 보다 상세히 잘 나타나 있는데, 예를 들어 각기 다른 크기의 미소물체(A, B)(A: 녹색 형광의 5μm 크기의 미세플라스틱 PS 입자, B: 적색 형광의 미세플라스틱, 예를 들어 6μm의 적색 폴리스티렌 PS 입자)들이 유체속에 포함되어 유동하는 경우를 실험한 것으로서, 각기 음전하로 하전된 5μm 및 6μm 크기의 미소물체(A, B)들이 포함된 시료 용액을 유입구1(50a)를 통해 유입하고, 미소물체를 포함하고 있지 않은 유체, 예를 들면 양전하로 하전된 코팅액으로서 녹색 형광물의 PAH-FITC 용액(fluorescein isothicyanate labeled poly(allylamine hydrochloride))은 유입구2(50b)를 통해 유입시키며, 유입구3(50c)을 통해서 전계를 형성하는 외피용 용액(sheath 용액)을 주입하여 실험하였다.
이들 각각의 유입구 1,2,3을 통해 공급된 유체들이 반구형 단면의 미세유로(28) 내로 유입되면서 함께 섞이지 않고 층류 유동을 유지하게 되며, 이때 유입구1(50a)를 통해 유입된 5μm 및 6μm 크기의 미소물체(A,B)를 포함하고 있는 유체는 유입구 1,2(50b,50c)를 통해 유입된 유체에 밀려 전극(12) 쪽에 가까운 유로 내벽면 측에 접하여 이동이 진행되고, 유로의 중앙부에는 코팅액으로서 녹색 형광물의 PAH-FITC 용액이 유동하며, 유입구 3(50c)을 통해 유입되어 PAH-FITC 용액(코팅액)의 바깥측에서 유동하게 되는 시스(sheath) 용액은 녹색의 PAH-FITC 용액과 미소물체(A,B) 함유 유체를 전극(12) 측 방향으로 밀어내면서 바깥측에서 층류 유동을 유지한다. 상기와 같은 유체별 층류 유동은 상기 유체들이 서로 혼합이 잘 일어나지 않는 물성을 가진데 기인한다.
그런데 위치 이동 대상으로 선정된 미소물체의 크기가 6μm 크기이고, κ 값이 1.5인 조건하를 가정하는 경우, 전극(12)으로부터 조사되는 f 값으로 117MHz의 표면탄성파(TSAW)가 미세유로(28)를 향해 조사되며(f 값의 결정 과정은 도 6 참조), 이 117MHz의 표면탄성파(TSAW)에 의해 유도된 음향방사력(F)이 전극(12)이 위치한 부위를 통과하게 되는 이들 용액속에 포함된 미소물체(A, B)들에 작용하게 된다. 그러나 이때 녹색 미세플라스틱 PS 입자 A(5μm PS 입자)는 117MHz의 표면탄성파(TSAW)에 의한 영향을 받지 않아 편향이 일어나지 않기 때문에(도 6 도표에서 확인할 수 있듯이 5μm PS 입자는 142MHz서만 반응하게 되는바, 117MHz 하에서의 음향 방사력 계수(FF)는 0.5로 극히 낮은 수치이므로 117MHz 주파수 하에서 5μm PS 입자의 위치 이동은 발생하지 않는다), 현재의 그 위치 상태로 층류 흐름을 이어가게 된다. 반면에 117MHz의 표면탄성파(TSAW)에 의해 유도된 음향 방사력 계수(FF)는 6μm 크기의 입자들에 대해서만 9.5의 높은 피크 값을 가지기 때문에(도 6 참조), 이 강한 힘이 6μm의 적색 PS 입자(B)에만 작용하여 6μm의 적색 PS 입자(B)들만 선택적인 편향(위치 이동)이 일어나게 되는 것이어서, 적색 형광의 미세플라스틱 PS 입자 B가 전극(12) 부위를 지나면서 편향력을 받게 되어 그 옆에서 층류 유동을 유지하고 있는 녹색의 PAH-FITC 용액을 가로질러 시스 용액 측으로 점차 위치가 이동하게 되는 현상이 발생하게 되는 것이다.
이에 따라 적색 형광의 미세플라스틱 PS 입자 B가 PAH-FITC 용액 흐름을 통과하여 시스 용액 흐름 속으로 진입하는 과정에서, 녹색을 가지고 있는 양전하의 PAH-FITC 용액이 음전하를 띄고 있는 적색 형광의 미세플라스틱 PS 입자 B의 외부에 코팅되는 현상이 일어나 녹색 형광 입자로 변환되어지게 된다. 다시 설명하면, 6μm의 적색 형광의 미세플라스틱 PS 입자 B가 117MHz의 표면탄성파(TSAW)를 받게 되면서 편향을 일으켜 시스 용액 측으로 이동하는 중에 PAH-FITC 용액을 통과하게 되는 것인데, 이때 PAH-FITC 용액을 통과하는 중에 녹색 형광 물질인 PAH-FITC 용액이 입자들의 외표면에 정전 코팅되어 6μm의 녹색 형광의 미세플라스틱 PS 입자 B'로 색상 변환이 함께 일어나게 되는 것이다. 이후 녹색의 5μm 크기의 미소물체(A)와 6μm 크기의 녹색 미소물체(B')는 PAH-FITC 용액을 사이에 두고 서로 이격된 상태로 유동을 유지하여 흐르다가, 각각의 흐름과 자연스럽게 이어진 배출구 1,2를 통해 분리 배출이 일어나게 되는 것인데, 녹색 형광의 5μm 크기의 미소물체(A)는 그것의 흐름 연장선상에 있는 배출구 1(52a)을 통해, 그리고 녹색 형광의 6μm 크기의 미소물체(B')는 그것의 흐름 연장선상에 있는 배출구 2(52b)를 통해 자연스럽게 배출되어 회수되어지게 되는 것이다.
이는 본 발명에 있어, 크기가 서로 다른 2가지 미소물체(A,B)들을 분리 배출할 수 있음을 의미하기도 하지만, 원하는 경우 편향시킨 미소물체의 색상까지도 변환시켜 분리 배출할 수 있다는 점에서 그 유용성과 응용성이 매우 큰 것이다.
이처럼 본 발명은 물질 크기에 따라 유동 경로가 달라지도록 유동 위치 조정 제어가 가능하다. 이 같이 입자 크기 차이에 따른 분리 유동에 따라 미소물체 A(도 9(b)에서 5μm 크기 입자 참조)는 배출구1(52a)로 배출되고, 그것과 분리된 B' 미소물체(도 9(b)에서 6μm 크기의 적색입자B가 코팅물질에 의해 색상이 변환된 녹색입자B' 참조)는 분리 유동을 계속하다가 그 분리 유동선상과 연결된 배출구2(52b)를 통해 배출되어 회수되어지게 되는 것이다.
미소물체의 코팅 과정을 더 자세히 설명하면, 6μm 크기의 적색 PS 입자(B)가 표면 탄성파의 영향으로 녹색 형광 물질인 PAH-FITC 용액을 통과하여 쉬스 용액 측으로 위치 이동하는 동안, 음전하 상태의 적색 PS 입자(B)가 양전하 상태의 녹색 PAH-FITC 용액과의 접촉에 따라 정전기적 코팅 현상이 일어나 PS 입자(B)의 외표면이 녹색 형광 물질로 코팅되어 본래의 색상인 적색 형광은 사라지고 녹색 형광의 PS 입자(B')로 변환된 후(이때 입자 크기는 변하지 않는다), 위치가 편향된 상태에서 시스 용액 속에서 분리 유동을 유지하게 되는 것이다. 따라서 이 같은 본 발명은 크기가 다른 여러 종류 입자들의 분리 배출에 유용하게 적용할 수 있다.
여기서 도 9(c),(e),(g)는 전극으로부터 표면 탄성파가 조사되지 않는 상태에서 미세유로 내부를 유동하는 유체 속에 포함된 미소입자들의 유동 상태를 나타낸 것이며, 도 9(d),(f),(h)는 전극으로부터 표면 탄성파가 조사되는 상태에서의 미세유로 내부를 유동하는 유체 속에 포함된 미소입자들의 유동 상태를 나타낸 것으로서, 도 9(c)는 전극에서 표면 탄성파가 조사되지 않는 상태(SAW OFF)에서는 5μm 및 6μm 크기의 입자(PS)들이 전극 부위를 통과하면서 분리됨이 없이 혼재된 상태에서 미세유로 내부를 함께 섞여 유동하는 상태를 보여주는 것이며, 그 반면에 도 9(d)는 표면 탄성파의 조사(SAW ON)가 있는 상태에서는 전극 부위를 입자들이 통과 시 6μm 크기의 입자(PS)들만을 편향시켜 5μm 크기의 입자(PS)들로부터 분리시킨 상태를 보여준다. 여기서 도 9(e)~(h)는 소정 색상의 형광을 가지도록 한 미소물체(미소입자)들의 유동 상태를 나타낸 현미경 사진이다.
한편, 본 발명의 표면탄성파 기반 음향미세유체장치의 미소물체 분리 배출 방법에 따르면, (1) 양성 감광액의 열적 재유동을 이용해 제조하여, 음향 무반향 영역의 형성을 제거한 반구형 미세유로를 음향미세유체장치 내 미세유로로 활용하며, (2) 상기 반구형 미세유로를 향해 표면탄성파를 조사하여 음향방사력을 유도하며, 상기 음향 방사력을 이용하여 상기 반구형 미세유로 내를 부유 유동하는 모든 미소물체의 유동 위치를 제어하며, (3) 상기 반구형 미세유로 내를 유동하면서 일측으로 유동 위치가 제어된 미소물체들을 포함하고 있는 액체와 고체상 입자의 혼합 유체와, 상기 미소물체들이 일측으로 분리되어 나간 상태에서 액상만으로 유동을 유지하고 있는 순수유체를 각기 분리하여 별도 배출구를 통해 각기 분리 회수하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 상기 미세유로의 유입구로 유입되는 유체속에는 크기가 서로 상이한 적어도 2가지 크기 종류의 미소물체를 포함하고 있으며, 상기 표면 탄성파는 상기 2가지 종류 크기의 미소물체 중 설정된 어느 하나만의 위치 이동을 제어할 수 있는 주파수로 설정되며, 상기 미세유로는 적어도 1개의 유입구 또는 각기 다른 유체를 각기 유입시키기 위한 제1 및 제2 유입구로 구성된 2개의 유입구를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 제1유입구로 1개 크기 종류의 미소물체가 포함되거나 또는 다른 크기의 2개 종류의 미소물체가 포함된 유체가 유입되며, 상기 제2 유입구로는 소정 색상의 코팅액이 도입되어 상기 미소물체 중 편향에 의해 위치 이동이 발생하는 미소물체의 외표면이 상기 코팅액에 의해 코팅되어 색상이 변환된채 분리 배출할 수 있다.
또한, 상기 유입구는 제3 유입구를 포함할 수 있으며, 상기 제3 유입구로 도입되는 시스 유체는 표면 장력이 커서 다른 유체와 섞이지 않고 층류 유동을 하면서 상기 코팅액 및/또는 미소물체를 함유한 유체를 전극측에 가까운 방향의 유로 내벽면 측으로 밀어붙이게 되며, 이는 편향되지 않은 크기의 입자들과 편향시킨 입자들이 확실히 분리된 채 유동하도록 하는 데 도움을 준다.
이때 상기 표면탄성파에 의해 편향을 일으키게 되는 크기의 미소물체는 상기 코팅층을 통과하여 시스 유체 속으로 위치 이동되어 상기 시스유체와 함께 배출되게 된다.
이 같은 방법에 따라, 미소한 크기의 입자들이 유체 속에 포함되어 있는 경우 그 유체로부터 미소물체들을 효과적으로 유동 위치를 제어하여 일측으로 편향시켜 그 편향된 위치에서 안정적 유동을 유지토록 제어할 수 있어, 유체 속의 미소물체(미소입자)들을 분리해 낼 수 있으며, 필요한 경우 위치 편향 중에 미소입자들의 색상을 변환시켜 분리 배출하는 것도 가능하다.
이상에서 설명된 본 발명의 잔여물 없는 미소물체 조작을 위한 표면탄성파 기반 음향미세유체장치 및 그의 제조 방법의 실시예는 예시적인 것에 불과하므로, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 더 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 본 발명은 실시형태에서 설명한 구성과 실질적으로 동일한 구성을 포함한다. 실질적으로 동일한 구성이란, 예를 들면, 기능, 방법 및 결과가 동일한 구성, 혹은 목적 및 효과가 동일한 구성이다. 또한, 본 발명은 실시형태에서 설명한 구성의 본질적이지 않은 부분을 대체한 구성을 포함한다. 또한, 본 발명은 실시형태에서 설명한 구성과 동일한 작용 효과를 나타내는 구성 또는 동일한 목적을 달성할 수 있는 구성을 포함한다. 또한, 본 발명은 실시형태에서 설명한 구성에 공지기술을 부가한 구성을 포함한다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 액적을 기반으로 하는 미세유체역학 응용에 있어 전 분야에 이용될 수 있으며, 실시예로는 액적 기반 고속 대량 스크리닝(high-throughput screeening) 기반 신약 개발, 액체생검(liquid biopsy) 등의 질병 진단에 필요한 시료전처리 및 인체유래물 내의 생물분자를 검출하는 분석/진단기기에 적용 가능하다.
10: 음향미세유체장치
12(12a,12b,12c,12d): 빗살무늬전극
12a,12b: 단자
12c,12d: 손가락 전극(빗살무늬전극)
14: 압전기판
16: 표면탄성파
18: 미세유로
20: 미세유체칩
22: 직사각형 단면의 미세유로
24: 음향 무반응 영역
26: 미소물체(미소입자)의 잔여물
28: 반구형 단면의 미세유로(직선 구간)
30,30a: 미소물체(미소입자)
32: 액상 필름
34: 웨이퍼
36: 포토마스크
38: 주형
40: 직사각형 단면
42: 반구형 단면
44: 주형
46: 소재
48: 음향장
50: 유체유입구
50a: 유입구1
50b: 유입구2
50c: 유입구3
52: 유체 배출구
52a: 배출구1
52b: 배출구2
A: 5μm 크기의 PS 입자(녹색)
B: 6μm 크기의 PS 입자(적색)
B': 코팅된 6μm 크기의 PS 입자(녹색)
f: 표면 탄성파(SAW)
F: 음향 방사력
FF: 음향 방사력 계수
κ: 헬름홀츠 수
GP: 5μm 크기의 녹색 형광 미세플라스틱
RP: 6μm 크기의 적색 형광 미세플라스틱
θc: 접촉각
θR: 굴절각
W0: 주형(38)의 너비
Wtr: 주형(44)의 너비
t1: 전극의 두께
t2: 지간 거리
λ: 전극의 두께(t1)와 지간 거리(t2)의 4배

Claims (15)

  1. 표면탄성파 기반 음향미세유체장치에 있어서,
    MHz 초음파 대역 표면탄성파를 발생시키기 위한 전극이 형성된 압전기판(Piezoelectric Substrate); 상기 전극이 패턴된 상기 압전기판 상에 교접하여, 상기 전극에서 발생한 진행 표면탄성파(Travelling Surface Acoustic Wave)가 종파(Longitudinal Wave)로 변환되어 전파되는 반구형 단면의 미세유로(Microchannel)가 패턴된 미세유체칩(Microfluidic Chip);을 포함하여 구성되며, 상기 미세유로를 통과하는 유체에 표면탄성파를 가하여 미소물체의 유동 위치를 제어하여 미소물체를 분리하여 배출하게 되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파 기반 음향미세유체장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극은 교차 배열되는 한 쌍의 전극으로 구성된 일자형 빗살무늬전극(Straight Interdigital Transducer), 또는 교차 배열되는 전극들이 일측에서 타일측으로 갈수록 점진적으로 넓어지거나 또는 좁아지게 지간 거리의 변화를 가지고 형성된 경사진 빗살무늬전극(Slanted-Finger Interdigital Transducer), 또는 교차 배열되는 전극들이 부채꼴 모양으로 형성된 집속형 빗살무늬전극(Focused Interdigital Transducer)인 것을 특징으로 하는 표면탄성파 기반 음향미세유체장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 빗살무늬전극들은 특정 주파수의 표면탄성파가 생성되는 동일 지점에서 전극들의 두께(t1)와 지간 거리(t2)가 서로 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파 기반 음향미세유체장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압전기판은 리튬리니오베이트(LiNbO3), 석영(quartz), 리튬탄탈레이트 (LiTaO3), 리튬보레이트(Li2B4O7) 또는 랑가사이트(La3Ga5SiO14) 중 어느 하나로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 표면탄성파 기반 음향미세유체장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 빗살무늬전극은 크롬(Cr)/금(Au) 적층구조 혹은 타이타늄(Ti)/알루미늄(Al) 적층구조로 제작되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파 기반 음향미세유체장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 미세유로가 패턴된 미세유체칩은 PDMS, PC, 혹은 polymethyl methacrylate (PMMA)로 제작되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파 기반 음향미세유체장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세유로는 일단에 미소물체를 포함하는 유체가 유입되는 최소한 1개의 유체유입구와, 상기 미세유로 내를 유동하면서 분리시킨 미소물체를 포함하고 있는 유체와, 그리고 미소물체들이 분리된 유체, 또는 두종류의 미소물체를 각기 분리하여 각각 배출하기 위한 적어도 2개의 배출구를 구비한 것을 특징으로 하는 표면탄성파 기반 음향미세유체장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반구형의 단면을 갖는 미세유로는, 반구형 단면의 양끝단 접촉각이 표면탄성파의 굴절각을 고려하여 직각과 굴절각의 차이 만큼의 각도를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파 기반 음향미세유체장치.
  9. 상기 제1항에 따른 반구형 단면의 미세유로 제작 방법에 있어서,
    (a) 양성 감광액을 스핀코팅 공정을 통해 박막 형태의 액상 필름 형태로 웨이퍼(34)에 도포하는 단계와;
    (b) 포토마스크를 이용해 미세유로 형상 외 영역에 자외선을 조사하는 단계와;
    (c) 감광액의 현상을 통해 자외선이 조사된 영역을 제거하여 미세유로 주형을 만드는 단계와;
    (d) 감광액의 유리천이온도 이상의 고온을 인가하여 감광액의 열적 재유동을 유도해 직사각형의 단면이 반구형 단면으로 변하도록 주형을 형성하는 단계와;
    (e) 상기 단계 (d)에서 얻은 주형에 소재를 붓고 소프트 리소그래피(soft lithography) 공정을 실시하는 단계; 및
    (f) 최종적으로 반구형 단면을 갖는 미세유로를 제작 완성하는 단계;를 포함하여 구성되므로써, 미세유로 내 음향 무반향 영역이 형성되지 않도록 한 것을 특징으로 하는 반구형 단면의 미세유로 제작 방법.
  10. (1) 양성 감광액의 열적 재유동을 이용해 제조하여, 음향 무반향 영역의 형성을 제거한 반구형 미세유로를 음향미세유체장치 내 미세유로로 활용하며,
    (2) 상기 반구형 미세유로를 향해 표면탄성파를 조사하여 음향방사력을 유도하며, 상기 음향 방사력을 이용하여 상기 반구형 미세유로 내를 부유 유동하는 모든 미소물체의 유동 위치를 제어하며,
    (3) 상기 반구형 미세유로 내를 유동하면서 일측으로 유동 위치가 제어된 미소물체들을 포함하고 있는 액체와 고체상 입자의 혼합 유체와; 음향 방사력에 의해 상기 미소물체들이 일측으로 편향된 상태에서 액상만으로 유동을 유지하고 있는 순수유체;를 각기 분리하여 상기 미세유로 후단에서 분기된 2개의 배출구를 통해 각기 분리 배출하여 회수하는 것을 특징으로 하는 표면탄성파 기반 음향미세유체장치의 미소물체 분리 배출 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 미세유로의 유입구로 유입되는 유체속에는 크기가 서로 상이한 적어도 2가지 크기 종류의 미소물체를 포함하고 있으며, 상기 표면 탄성파는 상기 2가지 종류 크기의 미소물체 중 설정된 어느 하나만의 위치 이동을 제어할 수 있는 주파수로 설정되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파 기반 음향미세유체장치의 미소물체 분리 배출 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 미세유로는 적어도 1개의 유입구 또는 각기 다른 유체를 각기 유입시키기 위한 제1 및 제2 유입구로 구성된 2개의 유입구를 구비하는 것을 특징으로 하는 표면탄성파 기반 음향미세유체장치의 미소물체 분리 배출 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1유입구로 1개 크기 종류의 미소물체가 포함되거나 또는 다른 크기의 2개 종류의 미소물체가 포함된 유체가 유입되며, 상기 제2 유입구로는 소정 색상의 코팅액이 도입되어 상기 미소물체 중 편향에 의해 위치 이동이 발생하는 미소물체의 외표면이 상기 코팅액에 의해 코팅되어 색상이 변환된채 분리 배출되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파 기반 음향미세유체장치의 미소물체 분리 배출 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 유입구는 제3 유입구를 포함하고 있으며, 상기 제3 유입구로 도입되는 시스 유체는 상기 코팅액을 표면탄성파를 조사하는 전극측으로 밀어붙이도록 층류 유동하는 것을 특징으로 하는 표면탄성파 기반 음향미세유체장치의 미소물체 분리 배출 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 표면탄성파에 의해 편향을 일으키게 되는 크기의 미소물체는 상기 코팅층을 통과하여 시스 유체 속으로 위치 이동되어 상기 시스유체와 함께 배출되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파 기반 음향미세유체장치의 미소물체 분리 배출 방법.

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