WO2020101064A1 - 미세유체 장치 - Google Patents

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WO2020101064A1
WO2020101064A1 PCT/KR2018/013929 KR2018013929W WO2020101064A1 WO 2020101064 A1 WO2020101064 A1 WO 2020101064A1 KR 2018013929 W KR2018013929 W KR 2018013929W WO 2020101064 A1 WO2020101064 A1 WO 2020101064A1
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WO
WIPO (PCT)
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fluid
microfluidic device
flow path
present
reaction
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/013929
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
신관우
비에스나솜
권오선
정해나
김윤표
Original Assignee
서강대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers

Definitions

  • the present invention relates to a microfluidic device.
  • Devices including chemical reactors that are reduced to one chip can be processed accurately, quickly, and automatically according to a program, and to detect and inspect the characteristics of reaction products. These are called lab-on-a-chips, micrototal analysis systems (m-TAS), “microfluidic chips” or “microfluidic chips”.
  • the microfluidic chip is used not only to obtain various compounds based on inorganic chemical reactions, but also to analyze biological cell reactants through cellular reactions, analyze DNA on the basis of immune enzyme antigen-antibody reactions, and diagnose and treat diseases. It is predicted to be useful, such as the chemical, biological, and clinical reactors of fluid chemistry, such as a computer CPU.
  • microfluidic chips Since recent 20 years ago, numerous types of microfluidic chips have been developed, and depending on the type of driving force commonly used, pneumatic, ultrasonic, interfacial tension, voltage driven, magnetic force driven, electrofluidic fluid chips, etc. It is classified or classified into glass chip, plastic chip including PDMS, silicon chip, PCB chip, paper chip, etc. according to the substrate.
  • the voltage-driven type has become the center of research and development and commercialized products because of the simplicity of the structure and the convenience of control, in which a complex pipe carrying a continuous fluid and a pneumatic pump driven are omitted.
  • the present invention is to provide a microfluidic device that can control the speed of movement of the fluid.
  • One embodiment of the present invention is a microfluidic device, the fluid receiving portion; Fluid reaction unit; And one or more flow paths connected to at least one of the fluid receiving portion and the fluid reaction portion, wherein at least one of the flow paths includes a fluid accelerator portion including a hydrophilic line and a plurality of hydrophobic island patterns spaced apart from each other. It provides a microfluidic device comprising at least one of the reduction unit.
  • the microfluidic device includes a fluid accelerator and / or a fluid deceleration unit, so that the movement speed of the fluid on the microfluidic device can be easily controlled.
  • the microfluidic device has the advantage of being able to easily perform various chemical reactions with only a very small amount of reactants or samples.
  • paper, film, glass, and the like which can be easily obtained in the surroundings, can be used as a substrate, and thus a microfluidic device can be easily manufactured at low cost.
  • FIG. 1 is a view showing the fluid movement speed according to the width of the flow path according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating a microfluidic device including a fluid accommodating part, a fluid reacting part, and a flow path according to an embodiment of the present invention.
  • 3A and 3B are diagrams illustrating a microfluidic device including two or more fluid receiving parts and fluid reaction parts according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a flow path including a fluid accelerator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a flow path including a fluid reduction unit according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6a is a view showing that a plurality of flow paths are all connected to the fluid receiving portion according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6b is a plurality of flow paths to the fluid receiving portion according to an embodiment of the present invention are each independently connected It is the figure shown.
  • FIG. 7 is a view schematically showing the configuration of a microfluidic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing the flow rate of the fluid according to the width of the hydrophilic line provided on the substrate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing the speed of movement of the fluid according to the distribution of the hydrophobic island pattern provided on the substrate according to an embodiment of the present invention.
  • 10 is a fluid flow rate in a microfluidic device equipped with a hydrophilic line, a microfluidic device equipped with a hydrophobic island pattern, and a microfluidic device without a hydrophilic line and a hydrophobic island pattern according to an embodiment of the present invention. It is a drawing.
  • FIG. 11A is a view showing a microfluidic device in which one fluid receiving part and four reaction parts are formed according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11B shows that glucose is detected on the microfluidic device according to an embodiment of the present invention
  • 11C to 11D are diagrams showing results of a glucose detection reaction in a microfluidic device according to an embodiment of the present invention.
  • One embodiment of the present invention is a microfluidic device, the fluid receiving portion; Fluid reaction unit; And one or more flow paths connected to at least one of the fluid receiving portion and the fluid reaction portion, wherein at least one of the flow paths includes a fluid accelerator portion including a hydrophilic line and a plurality of hydrophobic island patterns spaced apart from each other. It provides a microfluidic device comprising at least one of the reduction unit.
  • the flow path of the microfluidic device includes a fluid accelerator and / or a fluid deceleration part, so that it is possible to easily control the movement speed of the fluid on the microfluidic device.
  • the microfluidic device may not be provided with a separate power supply for moving the fluid on the microfluidic device.
  • the microfluidic device can control the movement speed of the fluid on the microfluidic device without supplying a separate power source.
  • the microfluidic device does not need to have a separate power supply, it is possible to effectively reduce the manufacturing cost of the microfluidic device, and has the advantage of easy portability.
  • various chemical experiments, detections, and inspections can be performed on the microfluidic device.
  • fluid may be supplied to the microfluidic device through the fluid receiving portion.
  • a chemical reaction of the fluid supplied to the fluid receiving unit may be performed.
  • the microfluidic device can perform various chemical reactions on the microfluidic device by including a fluid reaction unit.
  • the fluid reaction unit may include a sample, and a type of sample included in the fluid reaction unit may be different according to a chemical reaction of a fluid performed in the fluid reaction unit.
  • the fluid reaction unit when detecting a specific substance contained in a fluid, the fluid reaction unit may be a sensor unit, and the fluid reaction unit may include a sample capable of detecting a specific substance included in the fluid.
  • the fluid can undergo a synthesis reaction, an oxidation reaction, a reduction reaction, a decomposition reaction, a substitution reaction, a precipitation reaction, a detection reaction or an acid-base reaction on a microfluidic device.
  • a chemical reaction that can be performed on the microfluidic device a chemical synthesis reaction to synthesize a polymer or DNA, a surface modification reaction to modify the surface of graphene or clay, a quantum dot
  • an ionic reduction reaction to reduce silver nanoparticles, a glucose detection reaction, and the like may be performed on the microfluidic device.
  • the above-described types of chemical reactions are only examples for explanation and do not limit the types of chemical reactions.
  • the microfluidic device has an advantage that it is possible to easily perform various chemical reactions with only a very small amount of reactants or samples.
  • FIG. 1 is a view showing the fluid movement speed according to the width of the flow path according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 1 is a view showing a fluid moving speed according to a width of a flow path in a flow path that is not provided with a fluid acceleration section and a fluid deceleration section.
  • the width of the flow path may be 50 ⁇ m or more and 10,000 ⁇ m or less. Specifically, the width of the flow path may be 150 ⁇ m or more and 4,000 ⁇ m or less, 500 ⁇ m or more and 3,000 ⁇ m or less.
  • the flow path is a micro-channel having a micro-sized width, and when a fluid is supplied to a fluid receiving portion connected to the flow path, the fluid accommodated in the fluid receiving portion due to capillary action may move within the flow path. Specifically, a capillary force acts between the wall of the flow path and the fluid, so that the fluid can move in the flow path.
  • the flow rate of the fluid in the flow path may be controlled by adjusting the width of the flow path.
  • the flow path may connect the fluid receiving portion and the fluid reaction portion.
  • the flow path may connect one fluid accommodating part and one fluid reacting part, connect one fluid accommodating part and a plurality of fluid reacting parts, or connect a plurality of fluid accommodating parts and one fluid reacting part.
  • the fluid accommodated in the fluid accommodating part is the The first reaction may proceed from one fluid reaction unit, and then, the second reaction may proceed by moving to the other fluid reaction unit.
  • the fluid reaction portion provided on the microfluidic device in various ways, it is possible to perform a complex reaction, such as step reaction, multiple reactions .
  • the fluid acceleration part and the fluid deceleration part may be provided in part or all of the flow path.
  • a fluid acceleration part or a fluid reduction part may be provided in all of the flow passages, and a fluid acceleration part may be provided in a part of the flow passage and a fluid reduction part may be provided in another part.
  • the flow path may include a fluid acceleration unit, a fluid reduction unit, or a fluid acceleration unit and a fluid reduction unit together.
  • FIG. 2A to 2C are views illustrating a microfluidic device including a fluid receiving part, a fluid reaction part, and a flow path according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A shows that the fluid accommodating part 100 and the fluid reaction part 200 are connected through one flow path 300, and the fluid accelerating portion including the hydrophilic line 410 is included in the flow path 300.
  • It is a view showing a microfluidic device equipped with 400.
  • the fluid receiving unit 100 and the fluid reaction unit 200 are connected through a single flow path 300, and the flow path 300 includes a fluid deceleration unit including a plurality of island patterns 510 ( 500) is a diagram showing a microfluidic device.
  • Figure 2c is a fluid receiving unit 100 and the fluid reaction unit 200 is connected through a single flow path 300, the flow path 300, the fluid accelerator 400 including a hydrophilic line 410 ) And a microfluidic device equipped with a fluid deceleration unit 500 including a plurality of island patterns 510.
  • the microfluidic device includes two or more flow paths, and the flow paths may have different fluid movement speeds.
  • the microfluidic device may include two or more of each of the fluid receiving portion, the fluid reaction portion, and the flow path.
  • one fluid reaction unit may be connected to two fluid receiving units by two flow paths.
  • two fluid reaction units may be connected to each other by one flow path, and each of the two fluid reaction units may be connected to one fluid reception unit by two flow paths.
  • the plurality of flow paths may include a flow path not provided with the fluid accelerator or the fluid deceleration unit. That is, the microfluidic device may include a flow path provided with a fluid acceleration unit, a flow path provided with a fluid reduction unit, a flow path without a fluid acceleration unit or a fluid reduction unit.
  • FIG. 3A and 3B are diagrams illustrating a microfluidic device including two or more fluid receiving parts and fluid reaction parts according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A shows that one fluid accommodating part 110 and a fluid reaction part 200 are connected through a flow passage 310, and the other fluid accommodating part 120 and the fluid reaction part 200 are flow passages.
  • It is a diagram showing a microfluidic device connected through 320.
  • FIG. 3B shows that one fluid accommodating part 100 is connected to two fluid reaction parts 210 and 220 by two fluid passages 310 and 320, and the two fluids are supplied by one fluid passage 330.
  • the reactors 210 and 220 are diagrams showing microfluidic devices connected to each other.
  • the fluid accelerator may mean a region including the hydrophilic line in the flow path
  • the fluid deceleration unit may mean a region including the hydrophobic island pattern in the flow path.
  • a fluid movement speed may be increased in the fluid accelerator provided on the microfluidic device. That is, the fluid moving in the flow path may have an increased movement speed in the fluid accelerator.
  • the hydrophilic line included in the fluid accelerator includes a hydrophilic material
  • the contact angle of the fluid when a fluid is positioned on the hydrophilic line, the contact angle of the fluid may be reduced. Specifically, the contact angle of the fluid on the paper is about 46 °, but the contact angle of the fluid on the surface coated with the hydrophilic material silver nanoparticles is reduced to about 18 °, so that the fluid can move better on the surface coated with the silver nanoparticles. . That is, as the contact angle of the fluid is reduced on the fluid accelerator provided with the hydrophilic line, the speed of movement of the fluid in the fluid accelerator can be increased.
  • the fluid movement speed in the fluid reduction unit provided on the microfluidic device may be reduced. That is, the fluid moving in the flow path may have a moving speed reduced in the fluid reduction unit.
  • the hydrophobic island pattern included in the fluid reduction part includes a hydrophobic material, and when a fluid is positioned on the hydrophobic island pattern, the contact angle of the fluid may be increased. Specifically, the contact angle of the fluid on the paper is about 46 °, but as the contact angle of the fluid on the side coated with the hydrophobic material polytetrafluoroethylene is increased to about 120 °, the fluid is on the side coated with polytetrafluoroethylene. Mobility can be reduced. That is, as the contact angle of the fluid increases on the fluid deceleration unit provided with the hydrophobic island pattern, the movement speed of the fluid in the fluid deceleration unit may be reduced.
  • the hydrophilic line may include one or more metals selected from the group consisting of gold, platinum, silver, aluminum and copper.
  • the hydrophilic line may include one or more metal nanoparticles selected from the group consisting of gold nanoparticles, platinum nanoparticles, silver nanoparticles, aluminum nanoparticles, and copper nanoparticles.
  • the portion of the fluid accelerator including the hydrophilic line including at least one metal selected from the group consisting of gold, platinum, silver, aluminum, and copper may have a greater surface energy than a portion without the hydrophilic line. .
  • the contact angle of the fluid on the fluid accelerator having a large surface energy can be reduced, whereby the speed of movement of the fluid in the fluid accelerator can be increased.
  • the diameter of the metal nanoparticles may be 10 nm or more and 1,000 nm or less. Using the metal nanoparticles having a diameter of 10 nm or more and 1,000 nm or less, it is possible to increase the surface energy of the fluid accelerator portion provided with the hydrophilic line.
  • the hydrophobic island pattern includes at least one selected from the group consisting of fluorine-containing polymers, polystyrene, ethylene vinyl acetate copolymer, polycarbonate, polymethyl (meth) acrylate, and carbon nanotubes.
  • the fluorine-containing polymer may be a so-called Teflon polytetrafluoroethylene
  • the carbon nanotube may be a single-walled carbon nanotube, a double-walled carbon nanotube, a multi-walled carbon nanotube, or a multi-walled carbon nanotube. have.
  • the fluorine-containing polymer, polystyrene, ethylene vinyl acetate copolymer, polycarbonate, polymethyl methacrylate and the hydrophobic island pattern comprising at least one member selected from the group consisting of carbon nanotubes, the fluid reduction part is provided
  • the surface energy may be small compared to a portion without a hydrophobic island pattern.
  • the contact angle of the fluid may be increased on the fluid deceleration unit having a small surface energy, whereby the movement speed of the fluid in the fluid deceleration unit may be reduced.
  • the flow path including the fluid accelerator portion essentially includes the hydrophilic line, and may optionally include the hydrophobic island pattern.
  • the flow path including the fluid reduction portion essentially includes the hydrophobic island pattern, and may optionally include the hydrophilic line.
  • the hydrophobic island pattern is selectively included in the flow path including the fluid accelerator, or the hydrophilic line is selectively included in the flow path including the fluid deceleration unit, the movement speed of the fluid moving in the flow path can be more precisely controlled. Can be.
  • two or more flow paths included in the microfluidic device may have different fluid movement speeds.
  • the fluid movement speed of the flow path 310 equipped with the fluid accelerator 400 including the hydrophilic line 410 may be greater than the fluid movement speed of the flow path 320 without the fluid accelerator. . That is, the movement speed of the fluid in the flow path 310 provided with the fluid accelerator 400 may be faster than the movement speed of the fluid in the flow path 320 without the fluid accelerator.
  • the fluid moving speed of the flow path 310 provided with the fluid reduction unit 500 including the hydrophobic island pattern 510 is the fluid of the flow path 330 provided with the fluid accelerator 400. It may be less than the speed of movement. That is, the moving speed of the fluid in the flow path 310 provided with the fluid reduction unit 500 may be slower than the moving speed of the fluid in the flow path 330 provided with the fluid accelerator 400.
  • the fluid accelerator may adjust the movement speed of the fluid by adjusting at least one of the length and line width of the hydrophilic line.
  • the line width of the hydrophilic line increases, the movement speed of the movement of the fluid in the fluid accelerator can be increased.
  • an area in which the hydrophilic line and the fluid contact each other may increase.
  • the moving speed of the fluid in the fluid accelerator including the hydrophilic line may be increased.
  • a section of the fluid accelerator that accelerates the movement speed of the fluid increases, so that the fluid can be moved to a desired point more quickly.
  • the fluid accelerator including the hydrophilic line is provided in the entire length direction of the flow path, the fluid movement speed in the flow path can be effectively increased.
  • the hydrophilic line means a line continuously connected from one point to another, and may have a shape of a straight line, a jagged pattern, a curved line, or a wave pattern.
  • FIG. 4 is a view showing a flow path including a fluid accelerator according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 4 is a view showing a flow path 300 equipped with a fluid accelerator 400 including a hydrophilic line 410.
  • the fluid accelerator may include a plurality of hydrophilic lines.
  • the fluid accelerator 400 may include a plurality of hydrophilic lines 410 having the same line width.
  • the fluid accelerator may include a plurality of hydrophilic lines having different line widths, and may also include a plurality of hydrophilic lines having different lengths.
  • the line width of the hydrophilic line may be changed along the longitudinal direction of the flow path.
  • the hydrophilic line may have a shape in which the line width of the hydrophilic line is increased or decreased along the length direction of the flow path.
  • the fluid accelerator may include a hydrophilic line and a hydrophilic dot.
  • the hydrophilic line and the hydrophilic dot may be alternately provided along the length direction of the flow path.
  • the shape, line width, length, etc. of the hydrophilic line may be adjusted to variously control the movement speed of the fluid in the fluid accelerator.
  • the ratio of the width of the flow path to the line width of the hydrophilic line may be 1: 0.005 to 1: 1. Specifically, the ratio of the width of the flow path to the line width of the hydrophilic line may be 1: 0.05 to 1: 0.95.
  • the ratio of the width of the flow path and the line width of the hydrophilic line it is possible to control an area of a portion where the hydrophilic line is not provided in the fluid accelerator. Specifically, by reducing the area of the portion where the hydrophilic line is not provided on the fluid accelerator, the speed of movement of the fluid in the fluid accelerator can be further increased.
  • the hydrophobic island pattern may have a shape made of a circle, a polygon, or a curve. Specifically, the hydrophobic island pattern may have an oval shape, a hemispherical shape, etc. in addition to a circular shape. In addition, the hydrophobic island pattern may have a shape in which at least one side of the polygon is curved, in addition to polygons such as triangles, squares, pentagons, and hexagons.
  • the shape of the hydrophobic island pattern described above is merely an example for description and does not limit the shape of the hydrophobic island pattern.
  • the fluid deceleration unit may adjust the moving speed of the fluid by adjusting at least one of the number of the plurality of hydrophobic island patterns, the separation distance, and the diameter of the island pattern.
  • FIG. 5 is a view showing a flow path including a fluid reduction unit according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 5 is a view showing a flow path 300 provided with a fluid reduction unit 400 including a hydrophobic island pattern 410.
  • the fluid reduction unit when the hydrophobic island pattern included in the fluid reduction unit is circular, the fluid reduction unit may include a plurality of hydrophobic island patterns having the same diameter, and a plurality of hydrophobic islands having different diameters from each other. It may include a pattern.
  • the distance between the plurality of hydrophobic island patterns 410 included in the island pattern is controlled to control the distribution of the hydrophobic island pattern 410 per unit area of the fluid reduction unit. can do.
  • the number of hydrophobic island patterns included in the fluid reduction unit may be controlled to control the speed of fluid movement in the fluid reduction unit. Specifically, as the separation distance and the number of the plurality of hydrophobic island patterns are reduced, the fluid movement speed in the fluid reduction unit may be reduced.
  • the number of hydrophobic island patterns, the separation distance, and the diameter of the pattern may be adjusted to variously control the fluid movement speed in the fluid reduction unit.
  • the ratio of the width of the flow path and the diameter of the hydrophobic island pattern may be 1: 0.05 to 1: 0.2.
  • the ratio of the width of the flow path to the diameter of the hydrophobic island pattern may be 1: 0.05 to 1: 0.2.
  • the ratio of the width of the flow path and the longest width having the longest length among the widths of the hydrophobic island pattern in the direction perpendicular to the length direction of the flow path is 1: 0.05 to 1: 0.2.
  • the fluid accelerator may further include a plurality of hydrophobic island patterns
  • the fluid decelerator may further include a hydrophilic line.
  • the hydrophilic line included in the fluid accelerator is provided along the length direction of the flow path
  • the hydrophobic island pattern may be provided on both sides of the hydrophilic line along the width direction of the flow path.
  • the hydrophilic line may be provided along the length direction of the flow path between the plurality of island patterns spaced apart.
  • the movement speed of the fluid in the fluid accelerator and the fluid decelerator can be more precisely adjusted.
  • the fluid receiving portion may be connected to all of the two or more flow paths, or may be connected to each of the flow paths independently.
  • one flow path connected to one fluid receiving portion may be divided into several branches to be connected to a plurality of fluid reaction units.
  • the plurality of fluid reaction units may be independently connected to one fluid receiving unit and a plurality of flow paths.
  • Figure 6a is a view showing that a plurality of flow paths are all connected to the fluid receiving portion according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6b is a plurality of flow paths to the fluid receiving portion according to an embodiment of the present invention are each independently connected It is the figure shown.
  • FIG. 6A is a view showing that the flow paths 310 and 320 connected to the two fluid reaction units 210 and 220 are connected to one fluid receiving unit 100 in a combined state.
  • FIG. 6B is a view showing that the flow paths 310 and 320 respectively connected to the two fluid reaction units 210 and 220 are independently connected to one fluid receiving unit 100.
  • the fluid reaction unit may be connected to all of the two or more flow paths, or may be connected to each of the flow paths independently.
  • one flow path connected to one fluid reaction unit may be divided into several branches to be connected to a plurality of fluid receiving units.
  • the plurality of fluid accommodating parts may be independently connected to one fluid reaction part and a plurality of flow paths.
  • the microfluidic device may include various types of flow paths, and thus has the advantage of easily performing a complex chemical reaction.
  • the fluid movement speed in the fluid accelerator is not provided with the hydrophilic line It can be increased up to about 15 times.
  • the fluid movement speed in the fluid deceleration unit is reduced by about 2 times compared to the portion where the hydrophobic island pattern is not provided. I can do it.
  • the moving speed of fluids moving on one microfluidic device different by about 30 times.
  • the fluid movement speed in the fluid acceleration section is increased by about 15 times, and the fluid movement speed in the fluid reduction section is reduced by about 2 times.
  • the microfluidic device by controlling the difference in the movement speed of the fluids on the microfluidic device to be about 30 times, the microfluidic device can perform a chemical reaction more precisely, and various chemical reactions You can easily proceed.
  • the microfluidic device comprises a cellulose substrate coated with a water repellent agent; Polymer substrates; And it may be provided on a substrate selected from the group consisting of silicon-based glass.
  • the cellulose substrate may be paper, and paper coated with silica nanoparticles may be used as the substrate.
  • a polyethylene film, polypropylene film, polystyrene film, polyethylene terephthalate film, polyvinyl chloride film, or the like can be used as the polymer substrate.
  • the material used as the water repellent may be a conventional material used when water-repellent coating the film in the art.
  • the water repellent it may be used to include one or more selected from the group consisting of silica nanoparticles, alumina, potassium carbonate, and plastic clay.
  • the hydrophilic line and the hydrophobic island pattern may be provided on the microfluidic device by an inkjet printing process, a silk screen process or a dispensing process.
  • the printer used in the inkjet printing process may use a conventional printer for printing ink in the art. Specifically, a printer using a piezo electric head may be used as a printer used in the inkjet printing process.
  • an ink containing a hydrophilic material and an ink containing a hydrophobic material may be prepared, and the ink may be printed or applied to form a hydrophilic line and a hydrophobic island pattern on the microfluidic device.
  • the ink may be printed with an inkjet printer, and a hydrophilic line and a hydrophobic island pattern may be drawn using a pen filled with the ink.
  • a hydrophilic line and a hydrophobic island pattern may be provided on the microfluidic device through a simple method, so that the microfluidic device can be easily manufactured.
  • a drawing of a hydrophilic line or hydrophobic island pattern of a desired shape may be created using a program such as Photoshop or CAD, and the hydrophilic line or hydrophobic island pattern may be printed using the created drawing. .
  • the microfluidic device can be reused. Specifically, after performing a chemical reaction on the microfluidic device, the fluid remaining on the microfluidic device may be removed, and the microfluidic device may be reused by dipping the microfluidic device in silicone oil.
  • the microfluidic device may have a stacked structure.
  • the fluid passage portion, the fluid reaction portion, and the microchannel film provided with the flow path may be laminated on the substrate film provided with the hydrophilic line or a plurality of hydrophobic island patterns.
  • the microfluidic film may be laminated on the base film so that a hydrophilic line or a plurality of hydrophobic island patterns provided on the substrate are located in the flow path of the microfluidic film.
  • the microchannel film may be laminated on the base film, and a cover film may be laminated on the microchannel film. As the cover film is laminated on the microchannel film, impurities such as dust may be prevented from entering the fluid moving in the channel.
  • the cover film may be provided with one or more holes, and the one or more holes may be provided at a position of the cover film corresponding to the position of the fluid receiving portion or the fluid reaction portion formed in the microchannel film.
  • the base film, the microchannel film, and the cover film may all be paper-based films, and the surface thereof may be coated with a water repellent agent.
  • FIG. 7 is a view schematically showing the configuration of a microfluidic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 includes a microfluidic channel provided in the microfluidic device, the base film 600 provided with the hydrophilic line 410, the fluid receiving unit 100 and the fluid reaction unit 200, and the flow path 300.
  • the film 700 is a view showing a cover film 800 having a hole at a position corresponding to the position of the fluid accommodating part 100 provided in the microchannel film 700.
  • the microchannel film 700 may be stacked on the base film 600 such that the hydrophilic line 410 is located in the channel 300 provided in the microchannel film 700.
  • the cover film 800 is the micro-channel film (so that the fluid-receiving section 100 provided in the micro-channel film 700 and the holes provided in the cover film 800 are positioned to correspond to each other. 700).
  • A4 paper (Epson), plastic adhesive film (Printec), and ink containing silver nanoparticles (DGP 40LT-15C, Advance Nano Products) were prepared as substrates.
  • Poly [4,5-difluoro-2,2-bis (trifluoromethyl) -1,3-dioxole-co-tetrafluoroethylene] (Sigma-Aldrich) and fluorinert solution (Sigma-Aldrich), called Teflon
  • Teflon ink having a Teflon content of 0.5 wt% was prepared.
  • a part of the plastic adhesive film was etched to form a fluid receiving portion, a fluid reaction portion, and a flow path, and the plastic adhesive film was attached on A4 paper. Thereafter, an ink containing the silver nanoparticles was printed on the flow path to prepare a microfluidic chip equipped with a hydrophilic line.
  • a microfluidic chip having a plurality of hydrophobic island patterns was prepared by attaching the plastic adhesive film on which the fluid accommodating portion, the fluid reaction portion, and the flow path were formed on the A4 paper, and printing the Teflon ink on the flow path. .
  • Eight substrates having flow paths having a width of 3 mm are prepared, and hydrophilic lines having widths of 0.15 mm, 0.22 mm, 0.44 mm, 0.94 mm, 1.31 mm, 1.75 mm, and 2.82 mm in the flow paths formed on the substrate, respectively.
  • the ink containing the silver nanoparticles was printed so that 7 microfluidic devices were prepared.
  • one microfluidic device without a hydrophilic line was manufactured.
  • Figure 8 is a view showing the fluid movement speed according to the width of the hydrophilic line provided on the flow path according to an embodiment of the present invention. Specifically, Figure 8 is a view showing the measurement of the fluid movement speed on the eight microfluidic devices.
  • the width of the hydrophilic line is increased, the movement speed of the fluid is increased.
  • the fluid movement speed on the microfluidic device equipped with a hydrophilic line having a width of 2.82 mm is increased by about 15 times compared to the fluid movement speed on the microfluidic device without a hydrophilic line.
  • Figure 9 is a view showing a flow velocity of a fluid according to a distribution of a hydrophobic island pattern provided on a flow path according to an embodiment of the present invention. Specifically, Figure 9 is a view showing the measurement of the fluid movement speed on the four microfluidic devices.
  • FIG. 10 is a fluid flow rate in a microfluidic device equipped with a hydrophilic line, a microfluidic device equipped with a hydrophobic island pattern, and a microfluidic device without a hydrophilic line and a hydrophobic island pattern according to an embodiment of the present invention. It is a drawing. Specifically, FIG.
  • microfluidic device 10 is a microfluidic device having a hydrophilic line having a width of 0.9 mm printed on an ink path containing the silver nanoparticles on a flow path having a width of 3 mm, on a flow path having a width of 3 mm
  • the fluid on the microfluidic device equipped with a hydrophilic line has the longest moving distance during the same movement time
  • the fluid on the microfluidic device equipped with a hydrophobic island pattern has two different microfluidic fluids. It can be seen that it takes more time to arrive at the same distance than the fluid on the device.
  • FIG. 11A is a view showing a microfluidic device in which one fluid receiving part and four fluid reaction parts are formed according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 11 is a view showing a microfluidic device in which the flow path connected to the fluid receiving section is divided into four flow paths, and each of the four flow paths is connected to the fluid reaction section.
  • a microfluidic device capable of detecting glucose was prepared as follows. As shown in FIG. 11, a part of the plastic adhesive film is etched so that a flow path connected to the fluid receiving portion 100 is connected to four fluid reaction units 210, 220, 230, and 240, and the fluid receiving portion 100, The fluid reaction units 210, 220, 230, and 240 were formed. The plastic adhesive film was attached on the substrate, and as shown in FIG. 11, ink containing silver nanoparticles was printed on three flow paths to manufacture a microfluidic device equipped with a hydrophilic line. Referring to FIG.
  • the four flow paths on the microfluidic device have the same width, and the flow path connected to the first reaction unit 210 is not provided with a hydrophilic line, and the flow path connected to the second reaction unit 220 is 200.
  • a hydrophilic line having a width of ⁇ m is provided, and a flow path connected to the third reaction unit 230 is provided with a hydrophilic line having a width of 900 ⁇ m, and a flow path connected to the fourth reaction unit 240 has a width of 2,000 ⁇ m.
  • the branch is equipped with a hydrophilic line.
  • a 3 mM concentration glucose solution containing ⁇ -D-Glucose (Sigma-Aldrich Co.) was prepared.
  • a detection reagent was prepared by mixing potassium iodide (Sigma-Aldrich) and glucose oxidase (G2133-50KU, Sigma-Aldrich) extracted from black mold in a weight ratio of 1: 1. 3 uL of the detection reagent was added to the four fluid reaction sections, incubated at room temperature for 10 minutes, and then 70 uL of the glucose solution was supplied to the fluid receiving section.
  • glucose oxidase contained in the detection reagent supplied to the fluid reaction portion reacts with glucose contained in the glucose solution to react with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) Is generated.
  • the generated hydrogen peroxide oxidizes the iodine ions contained in the detection reagent to iodine, and a dark red color may be expressed in the reaction part by the generated iodine.
  • FIG. 11B is a diagram showing that glucose is detected on a microfluidic device according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 11C to 11D show the results of a glucose detection reaction in a microfluidic device according to an embodiment of the present invention It is a drawing.
  • FIG. 11B is an image obtained by scanning the microfluidic device after 140 seconds and the microfluidic device after 480 seconds by using a scanner (TX129, Epson Co., Ltd.) after the glucose solution is supplied to the fluid receiving portion.
  • a scanner TX129, Epson Co., Ltd.
  • the color is expressed in the third fluid reaction unit 230 and the fourth fluid reaction unit 240 at a time of 140 seconds after supplying the glucose solution to the fluid receiving unit, and 480 seconds. After the last, it can be seen that the color is expressed in all four fluid reaction units.
  • 11C shows the time when the glucose solution supplied to the fluid receiving part reaches each fluid reaction part, and is expressed in four fluid reaction parts at a time of 140 seconds after the glucose solution is supplied to the fluid receiving part. It is a diagram showing the average luminance of color. The average luminosity of the color expressed in the fluid reaction section was measured using the Image J program for the image scanned by the scanner.
  • the glucose solution first reaches the fourth fluid reaction unit 240 connected to a flow path provided with a hydrophilic line having a width of 2,000 ⁇ m, and the fourth fluid reaction unit 240 is the glucose solution
  • the average luminance of the color expressed at a time of 140 seconds after being supplied to the fluid receiving portion is the largest.
  • the width of the hydrophilic line provided in the flow path increases, the time for the glucose solution to reach the fluid reaction part is reduced, and the color expressed at the time when the glucose solution is supplied to the fluid receiving part is 140 seconds. It can be seen that the average luminosity increases.
  • Figure 11d is a view showing the results of measuring the average light intensity in the four fluid reaction units over time after the glucose solution is supplied to the fluid receiving portion.
  • FIG. 11D it can be confirmed that as the glucose solution was supplied to the fluid receiving portion, for 240 seconds, as the width of the hydrophilic line provided in the flow path increased, the average luminance of the color expressed in the fluid reaction portion increased.
  • the third fluid reaction unit 230 connected to the flow path provided with a hydrophilic line having a width of 900 ⁇ m is provided with a hydrophilic line having a width of 2,000 ⁇ m. It can be seen that the average luminance of the color expressed is greater than the fourth fluid reaction unit 240 connected to the flow path.

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 미세유체 장치로서, 유체 수용부; 유체 반응부; 및 상기 유체 수용부 및 상기 유체 반응부 중 적어도 하나와 연결된 1 이상의 유로;를 포함하고, 상기 유로 중 적어도 하나는 친수성 라인을 포함하는 유체 가속부 및 서로 이격된 복수의 소수성 섬 패턴을 포함하는 유체 감속부 중 적어도 하나를 포함하는 미세유체 장치를 제공한다.

Description

미세유체 장치
본 발명은 미세유체 장치에 관한 것이다.
실험실에서 전문 인력이 정밀 기기와 장비를 사용하면서 장시간의 반복된 작업이 필요한 반응을 다루는 화학실험실 단위의 작업을 손바닥 크기의 단일 기판 위에 마이크로 리터 양의 액체시료를 정량적으로 분리, 수송, 합성, 축출 등의 대부분의 화학반응을 정확하고 신속하게, 그리고 프로그램에 따라 자동 처리하고, 더불어 반응 결과물의 특성을 감지 및 검사까지 할 수 있도록 하나의 칩에 축소한 화학반응기(chemical reactor)를 포함한 소자를 “칩 위의 실험실(Lab-on-a-chip)”, micrototal analysis system(m-TAS), “마이크로유체 칩(microfluidic chip)” 또는 “미세유체 칩”이라 한다
미세유체 칩은 무기 화학반응을 기반으로 한 다양한 화합물을 얻는 것뿐만 아니라 세포반응 등을 통한 생체 세포 반응체 분석이나 면역 효소 항원-항체반응을 기초로 한 DNA에 분석과 질병 진단 및 치료 등 다목적으로 유용하게 활용될 것으로 전망되는, 마치 컴퓨터의 CPU와 같은 유체화학의 축소 집약된 반응기(chemical, biological, and clinical reactors)이다.
최근 20년 전부터, 수많은 종류들의 미세유체 칩이 개발되어왔고, 일반적으로 사용하는 구동하는 힘의 종류에 따라, 공압식, 초음파식, 계면 장력식, 전압 구동식, 자기력 구동식, 전기유동식 유체칩 등으로 분류되며, 또는 기판에 따라 유리칩, PDMS을 포함한 플라스틱칩, 실리콘칩, PCB칩, 종이칩 등으로 구분한다. 최근엔, 연속 유체를 운반하는 복잡한 파이프와 구동하는 공압식 펌프 등이 생략된 구조의 단순함과 제어의 편리함 때문에 전압 구동식이 연구개발과 상용화 제품에 중심이 되고 있다.
다만, 전압구동을 이용한 미세유체 칩의 경우, 미세유체 칩 상에서의 유체의 이동을 조절하기 위하여, 미세유체 칩 상에 전극이 형성되고, 상기 전극에 전압을 공급하는 별도의 전압 공급장치가 필요하다. 이에, 미세유체 칩의 제조가 다소 복잡하며, 유체의 이동을 조절하기 위하여 전압을 조절해야 되는 불편이 있다.
따라서, 간편한 방법으로 미세유체 칩 상의 유체의 이동속도를 자유롭게 조절하고, 다양한 반응을 수행할 수 있는 미세유체 장치가 필요한 실정이다.
본 발명은 유체의 이동 속도를 조절할 수 있는 미세유체 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 미세유체 장치로서, 유체 수용부; 유체 반응부; 및 상기 유체 수용부 및 상기 유체 반응부 중 적어도 하나와 연결된 1 이상의 유로;를 포함하고, 상기 유로 중 적어도 하나는 친수성 라인을 포함하는 유체 가속부 및 서로 이격된 복수의 소수성 섬 패턴을 포함하는 유체 감속부 중 적어도 하나를 포함하는 미세유체 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세유체 장치는 유체 가속부 및/또는 유체 감속부를 포함하고 있어, 미세유체 장치 상의 유체의 이동 속도를 용이하게 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 친수성 라인의 형상, 선폭, 길이 등을 조절하여, 상기 유체 가속부에서의 유체 이동 속도를 다양하게 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 소수성 섬 패턴의 개수, 이격 거리, 및 패턴의 직경 등을 조절하여, 상기 유체 감속부에서의 유체 이동 속도를 다양하게 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 미세유체 장치 상에서 이동하는 유체 들의 이동 속도를 약 30배 정도 차이날 수 있게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세유체 장치는 극소량의 반응물 또는 시료만으로 간편하게 다양한 화학반응을 수행할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 주변에서 쉽게 구할 수 있는 종이, 필름, 유리를 등을 기재로 사용할 수 있어, 저비용으로 간단하게 미세유체 장치를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유로의 폭에 따른 유체 이동 속도를 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 수용부, 유체 반응부 및 유로를 포함하는 미세유체 장치를 나타낸 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 수용부와 유체 반응부가 각각 2 이상 포함된 미세유체 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 가속부를 포함하는 유로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 감속부를 포함하는 유로를 나타낸 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 수용부에 복수의 유로가 모두 연결된 것을 나타낸 도면이고, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 수용부에 복수의 유로가 각각 독립적으로 연결된 것을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기재 상에 구비되는 친수성 라인의 폭에 따른 유체의 이동 속도를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기재 상에 구비되는 소수성 섬 패턴의 분포에 따른 유체의 이동 속도를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 친수성 라인이 구비된 미세유체 장치, 소수성 섬 패턴이 구비된 미세유체 장치와 친수성 라인 및 소수성 섬 패턴이 구비되지 않은 미세유체 장치에서의 유체 이동 속도를 나타낸 도면이다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 1개의 유체 수용부와 4개의 반응부가 형성된 미세유체 장치를 나타낸 도면이고, 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 장치 상에서 글루코스가 검출되는 것을 나타낸 도면이고, 도 11c 내지 도 11d는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 장치에서의 글루코스 검출 반응의 결과를 나타낸 도면이다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 소자를 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예는 미세유체 장치로서, 유체 수용부; 유체 반응부; 및 상기 유체 수용부 및 상기 유체 반응부 중 적어도 하나와 연결된 1 이상의 유로;를 포함하고, 상기 유로 중 적어도 하나는 친수성 라인을 포함하는 유체 가속부 및 서로 이격된 복수의 소수성 섬 패턴을 포함하는 유체 감속부 중 적어도 하나를 포함하는 미세유체 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세유체 장치의 유로는 유체 가속부 및/또는 유체 감속부를 포함하고 있어, 미세유체 장치 상의 유체의 이동 속도를 용이하게 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미체유체 장치는 미세유체 장치 상의 유체를 이동시키기 위한 별도의 전원 공급장치를 구비하지 않을 수 있다. 구체적으로, 상기 미세유체 장치는 별도의 전원 공급 없이 상기 미세유체 장치 상의 유체의 이동 속도를 조절할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세유체 장치는 별도의 전원 공급장치를 구비할 필요가 없어, 미세유체 장치의 제조 비용을 효과적으로 절감할 수 있고, 휴대가 용이한 장점이 있다. 또한, 유체의 이동속도가 상이한 복수의 유로가 상기 미세유체 장치에 구비됨에 따라, 상기 미세유체 장치 상에서 다양한 화학실험, 검출, 검사 등을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유체 수용부를 통해 유체가 상기 미체유체 장치로 공급될 수 있다. 또한, 상기 유체 반응부에서는 상기 유체 수용부로 공급되는 유체의 화학반응이 수행될 수 있다. 상기 미세유체 장치는 유체 반응부를 포함함으로써, 상기 미세유체 장치 상에서 다양한 화학반응을 수행할 수 있다. 상기 유체 반응부는 시료를 포함할 수 있고, 상기 유체 반응부에서 수행되는 유체의 화학반응에 따라 상기 유체 반응부에 포함되는 시료의 종류는 상이할 수 있다. 구체적으로, 유체에 포함되는 특정 물질을 검출하는 경우, 상기 유체 반응부는 센서부가 될 수 있으며, 상기 유체 반응부에는 유체에 포함되는 특정 물질을 검출할 수 있는 시료가 포함될 수 있다.
유체는 미세유체 장치 상에서 합성반응, 산화반응, 환원반응, 분해반응, 치환반응, 침전반응, 검출반응 또는 산-염기반응을 할 수 있다. 구체적으로, 상기 미세유체 장치 상에서 수행될 수 있는 화학반응으로, 고분자 또는 DNA를 합성하는 화학합성 반응, 그래핀(graphene) 또는 클레이(clay)의 표면을 개질하는 표면개질 반응, 양자점(quantum dot) 또는 은 나노입자를 환원하는 이온환원(ionic reduction) 반응, 글루코스 검출 반응 등이 미세유체 장치 상에서 수행될 수 있다. 다만, 전술한 화학반응의 종류는 설명을 위한 예시일 뿐 화학반응의 종류를 한정하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세유체 장치는 극소량의 반응물 또는 시료만으로 간편하게 다양한 화학반응을 수행할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유로의 폭에 따른 유체 이동 속도를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 1은 유체 가속부 및 유체 감속부가 구비되지 않은 유로에서, 유로의 폭에 따른 유체 이동 속도를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유로의 폭은 50 ㎛ 이상 10,000 ㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 유로의 폭은 150 ㎛ 이상 4,000 ㎛ 이하, 500 ㎛ 이상 3,000 ㎛ 이하일 수 있다.
상기 유로는 마이크로 크기의 폭을 가지는 미세유로로, 상기 유로와 연결된 유체 수용부에 유체가 공급되는 경우, 모세관 현상에 의해 상기 유체 수용부에 수용된 유체는 상기 유로 내에서 이동할 수 있다. 구체적으로, 상기 유로의 벽과 유체 간에 모세관 힘(capillary force)이 작용하여, 상기 유로 내에서 유체가 이동할 수 있다.
도 1을 참고하면, 상기 유로의 폭이 160 ㎛ 이상 1,000 ㎛ 이하에서는 유체의 이동 속도가 급격하게 증가되고, 1,000 ㎛ 이상 2,500 ㎛ 이하에서는 유체의 이동 속도가 미세하게 증가되고 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유로의 폭을 조절하여, 유로 내의 유체 이동 속도를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유로는 상기 유체 수용부와 상기 유체 반응부를 연결할 수 있다. 구체적으로, 상기 유로는 하나의 유체 수용부와 하나의 유체 반응부를 연결할 수 있고, 하나의 유체 수용부와 복수의 유체 반응부를 연결하거나, 복수의 유체 수용부와 하나의 유체 반응부를 연결할 수 있다. 구체적으로, 하나의 유체 수용부와 하나의 유체 반응부가 유로에 의해 연결되고, 상기 하나의 유체 반응부와 다른 하나의 유체 반응부가 다른 유로에 의해 연결되는 경우, 상기 유체 수용부에 수용된 유체는 상기 하나의 유체 반응부에서 첫번째 반응이 진행될 수 있고, 이후, 다른 하나의 유체 반응부로 이동하여 두번째 반응이 진행될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유로를 이용하여 상기 미세유체 장치 상에 구비되는 유체 수용부, 유체 반응부를 다양하게 연결함으로써, 스텝 반응, 다발적 반응 등의 복잡한 반응을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유체 가속부 및 유체 감속부는 상기 유로의 일부 또는 전부에 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 유로 전부에 유체 가속부 또는 유체 감속부가 구비될 수 있으며, 상기 유로의 일부에 유체 가속부가 구비되고 다른 일부에 유체 감속부가 구비될 수 있다. 즉, 상기 유로는 유체 가속부를 포함하거나, 유체 감속부를 포함하거나, 유체 가속부와 유체 감속부를 함께 포함할 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 수용부, 유체 반응부 및 유로를 포함하는 미세유체 장치를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 2a는, 유체 수용부(100)와 유체 반응부(200)가 하나의 유로(300)를 통해 연결되어 있고, 상기 유로(300)에는 친수성 라인(410)을 포함하는 유체 가속부(400)가 구비된 미세유체 장치를 나타낸 도면이다. 도 2b는, 유체 수용부(100)와 유체 반응부(200)가 하나의 유로(300)를 통해 연결되어 있고, 상기 유로(300)에는 복수의 섬 패턴(510)을 포함하는 유체 감속부(500)가 구비된 미세유체 장치를 나타낸 도면이다. 또한, 도 2c는 유체 수용부(100)와 유체 반응부(200)가 하나의 유로(300)를 통해 연결되어 있고, 상기 유로(300)에는 친수성 라인(410)을 포함하는 유체 가속부(400)와 복수의 섬 패턴(510)을 포함하는 유체 감속부(500)가 함께 구비된 미세유체 장치를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세유체 장치는 2 이상의 유로를 포함하고, 상기 유로는 서로 상이한 유체 이동 속도를 가질 수 있다. 상기 미세유체 장치는 상기 유체 수용부, 상기 유체 반응부 및 유로 각각을 2 이상 포함할 수 있다. 구체적으로, 두개의 유로에 의해 하나의 유체 반응부가 두개의 유체 수용부와 각각 연결될 수 있다. 또한, 하나의 유로에 의해 두개의 유체 반응부가 서로 연결됨과 동시에, 두개의 유로에 의해 상기 두개의 유체 반응부 각각은 하나의 유체 수용부와 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세유체 장치에 복수의 유로가 포함되는 경우, 상기 복수의 유로는 상기 유체 가속부 또는 유체 감속부가 구비되지 않은 유로를 포함할 수 있다. 즉, 상기 미세유체 장치는 유체 가속부가 구비된 유로, 유체 감속부가 구비된 유로, 유체 가속부 또는 유체 감속부가 구비되지 않은 유로를 포함할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 수용부와 유체 반응부가 각각 2 이상 포함된 미세유체 장치를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 3a는 하나의 유체 수용부(110)와 유체 반응부(200)가 유로(310)를 통해 연결되고, 다른 하나의 유체 수용부(120)와 상기 유체 반응부(200)가 유로(320)를 통해 연결된 미세유체 장치를 나타낸 도면이다. 또한, 도 3b는 두개의 유로(310, 320)에 의해 하나의 유체 수용부(100)가 두개의 유체 반응부(210, 220)와 연결되고, 하나의 유로(330)에 의해 상기 두개의 유체 반응기(210, 220)가 서로 연결된 미세유체 장치를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유체 가속부는 유로에서 상기 친수성 라인을 포함하는 영역을 의미할 수 있고, 상기 유체 감속부는 유로에서 상기 소수성 섬 패턴을 포함하는 영역을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세유체 장치 상에 구비된 상기 유체 가속부에서 유체 이동 속도가 증가될 수 있다. 즉, 상기 유로내에서 이동하는 유체는 유체 가속부에서 이동 속도가 증가될 수 있다. 상기 유체 가속부에 포함되는 친수성 라인은 친수성 물질을 포함하고 있어, 상기 친수성 라인 상에 유체가 위치하는 경우, 유체의 접촉각이 감소될 수 있다. 구체적으로, 종이 상에서 유체의 접촉각은 약 46°이나, 친수성 물질인 은 나노입자로 코팅된 면에서 유체의 접촉각은 약 18°정도로 감소되어 유체는 은 나노입자로 코팅된 면에서 보다 잘 이동할 수 있다. 즉, 상기 친수성 라인이 구비된 상기 유체 가속부 상에서 유체의 접촉각이 감소됨에 따라, 상기 유체 가속부에서 유체의 이동 속도가 증가될 수 있다.
반면, 상기 미세유체 장치 상에 구비된 상기 유체 감속부에서 유체 이동 속도는 감소될 수 있다. 즉, 상기 유로내에서 이동하는 유체는 유체 감속부에서 이동 속도가 감소될 수 있다. 상기 유체 감속부에 포함되는 소수성 섬 패턴은 소수성 물질을 포함하고 있어, 상기 소수성 섬 패턴 상에 유체가 위치하는 경우, 유체의 접촉각이 증가될 수 있다. 구체적으로, 종이 상에서 유체의 접촉각은 약 46°이나, 소수성 물질인 폴리테트라플루오르에틸렌으로 코팅된 면에서의 유체의 접촉각은 약 120°정도로 증가됨에 따라, 유체는 폴리테트라플루오르에틸렌으로 코팅된 면에서 이동도가 감소될 수 있다. 즉, 상기 소수성 섬 패턴이 구비된 상기 유체 감속부 상에서 유체의 접촉각이 증가됨에 따라, 상기 유체 감속부에서 유체의 이동 속도가 감소될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 친수성 라인은 금, 백금, 은, 알루미늄 및 구리로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 친수성 라인은 금 나노입자, 백금 나노입자, 은 나노입자, 알루미늄 나노입자 및 구리 나노입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 나노입자를 포함할 수 있다.
상기 금, 백금, 은, 알루미늄 및 구리로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 상기 친수성 라인이 구비된 상기 유체 가속부 부분은 친수성 라인이 구비되지 않은 부분에 비해 표면 에너지가 클 수 있다. 표면 에너지가 큰 상기 유체 가속부 상에서 유체의 접촉각은 감소될 수 있으며, 이에 의해 유체 가속부에서 유체의 이동 속도가 증가될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 나노입자의 직경은 10 nm 이상 1,000 nm 이하일 수 있다. 직경이 10 nm 이상 1,000 nm 이하인 상기 금속 나노입자를 사용하여, 상기 친수성 라인이 구비된 유체 가속부 부분의 표면 에너지를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 소수성 섬 패턴은 불소 함유 폴리머, 폴리스티렌, 에틸렌비닐아세테이트 코폴리머, 폴리카보네이트, 폴리메틸(메트)아크릴레이트 및 탄소나노튜브로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 불소 함유 폴리머는 소위 테프론으로 명칭되는 폴리테트라플루오르에틸렌일 수 있고, 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 또는 다발형 탄소나노튜브일 수 있다.
상기 불소 함유 폴리머, 폴리스틸렌, 에틸렌비닐아세테이트코폴리머, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트 및 탄소나노튜브로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 상기 소수성 섬 패턴이 구비된 상기 유체 감속부 부분은 소수성 섬 패턴이 구비되지 않은 부분에 비해 표면 에너지가 작을 수 있다. 표면 에너지가 작은 상기 유체 감속부 상에서 유체의 접촉각은 증가될 수 있으며, 이에 의해 유체 감속부에서 유체의 이동 속도가 감소될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유체 가속부를 포함하는 유로는 상기 친수성 라인을 필수적으로 포함하고 있고, 선택적으로 상기 소수성 섬 패턴을 포함할 수 있다. 또한, 상기 유체 감속부를 포함하는 유로는 상기 소수성 섬 패턴을 필수적으로 포함하고 있고, 선택적으로 상기 친수성 라인을 포함할 수 있다. 상기 유체 가속부를 포함하는 유로에 선택적으로 상기 소수성 섬 패턴이 포함되거나, 상기 유체 감속부를 포함하는 유로에 선택적으로 상기 친수성 라인이 포함됨에 따라, 유로에서 이동하는 유체의 이동 속도를 보다 정밀하게 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세유체 장치에 포함되는 2 이상의 유로는 서로 상이한 유체 이동 속도를 가질 수 있다. 도 3a를 참고하면, 친수성 라인(410)을 포함하는 유체 가속부(400)가 구비된 유로(310)의 유체 이동 속도는 유체 가속부가 구비되지 않은 유로(320)의 유체 이동 속도보다 클 수 있다. 즉, 상기 유체 가속부(400)가 구비된 유로(310)에서의 유체의 이동 속도는 유체 가속부가 구비되지 않은 유로(320)에서의 유체의 이동 속도보다 빠를 수 있다.
또한, 도 3b를 참고하면, 소수성 섬 패턴(510)을 포함하는 유체 감속부(500)가 구비된 유로(310)의 유체 이동 속도는 유체 가속부(400)가 구비된 유로(330)의 유체 이동 속도보다 작을 수 있다. 즉, 상기 유체 감속부(500)가 구비된 유로(310)에서의 유체의 이동 속도는 유체 가속부(400)가 구비된 유로(330)에서의 유체의 이동 속도보다 느릴 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유로에 포함되는 유체 가속부 및 유체 감속부가 구비되는 위치를 다양하게 설정함으로써, 상기 유로 내에서 이동하는 유체의 이동 속도를 보다 효과적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유체 가속부는 상기 친수성 라인의 길이, 및 선폭 중 적어도 하나를 조절하여 유체의 이동 속도를 조절할 수 있다. 상기 친수성 라인의 선폭이 커짐에 따라, 상기 유체 가속부에서 유체의 이동의 이동 속도가 증가될 수 있다. 상기 친수성 라인의 폭이 커짐에 따라, 상기 친수성 라인과 유체가 맞닿는 면적이 증가될 수 있다. 이에 의해 상기 친수성 라인을 포함하는 상기 유체 가속부에서 유체의 이동 속도가 증가될 수 있다. 또한, 상기 친수성 라인의 길이가 길어짐에 따라, 유체의 이동 속도가 가속되는 유체 가속부의 구간이 증가되어, 원하는 지점에 유체를 보다 빨리 이동시킬 수 있다. 구체적으로, 유로의 길이 방향 전체에 대하여, 상기 친수성 라인을 포함하는 상기 유체 가속부가 구비됨에 따라, 상기 유로에서의 유체 이동 속도가 효과적으로 증가될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 친수성 라인은 일 지점으로부터 다른 지점까지 연속적으로 연결된 라인을 의미하며, 직선, 톱니무늬, 곡선 또는 물결무늬의 형상을 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 가속부를 포함하는 유로를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 4는 친수성 라인(410)을 포함하는 유체 가속부(400)가 구비된 유로(300)를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유체 가속부는 복수의 친수성 라인을 포함할 수 있다. 도 4를 참고하면, 상기 유체 가속부(400)는 선폭이 동일한 복수의 친수성 라인(410)을 포함할 수 있다. 또한, 유체 가속부는 선폭이 상이한 친수성 라인을 복수개 포함할 수 있으며, 길이가 상이한 친수성 라인을 복수개 포함할 수도 있다. 또한, 상기 친수성 라인의 선폭은 상기 유로의 길이 방향을 따라 변화될 수 있다. 구체적으로, 상기 친수성 라인은 상기 유로의 길이 방향을 따라 상기 친수성 라인의 선폭이 증가되거나 감소되는 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 유체 가속부는 친수성 라인 및 친수성 닷을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 친수성 라인 및 친수성 닷이 유로의 길이 방향을 따라 교대로 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 친수성 라인의 형상, 선폭, 길이 등을 조절하여, 상기 유체 가속부에서 유체의 이동 속도를 다양하게 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유로의 폭과 상기 친수성 라인의 선폭의 비는 1:0.005 내지 1:1일 수 있다. 구체적으로, 상기 유로의 폭과 상기 친수성 라인의 선폭의 비는 1:0.05 내지 1:0.95일 수 있다. 상기 유로의 폭과 상기 친수성 라인의 선폭의 비를 조절하여, 상기 유체 가속부에서 상기 친수성 라인이 구비되지 않은 부분의 면적을 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 유체 가속부 상에서 상기 친수성 라인이 구비되지 않은 부분의 면적을 감소시켜, 상기 유체 가속부에서 유체의 이동 속도를 보다 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소수성 섬 패턴은 원형, 다각형 또는 곡선으로 이루어진 형상일 수 있다. 구체적으로, 상기 소수성 섬 패턴은 원형 이외에 타원형, 반구형 등의 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 소수성 섬 패턴은 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형 이외에, 다각형의 한 변 이상이 곡선으로 이루어진 형상을 가질 수도 있다. 다만, 전술한 소수성 섬 패턴의 형상은 설명을 위한 예시일 뿐 소수성 섬 패턴의 형상을 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유체 감속부는 상기 복수의 소수성 섬 패턴의 개수, 이격 거리, 및 섬 패턴의 직경 중 적어도 하나를 조절하여 유체의 이동 속도를 조절할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 감속부를 포함하는 유로를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 5는 소수성 섬 패턴(410)을 포함하는 유체 감속부(400)가 구비된 유로(300)를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유체 감속부에 포함되는 소수성 섬 패턴이 원형인 경우, 상기 유체 감속부는 직경이 동일한 복수개의 소수성 섬 패턴을 포함할 수 있고, 직경이 서로 상이한 복수개의 소수성 섬 패턴을 포함할 수 있다. 또한, 도 5를 참고하면, 상기 섬 패턴에 포함되는 복수개의 상기 소수성 섬 패턴(410) 상호 간의 이격되어 있는 거리를 조절하여, 상기 유체 감속부의 단위 면적 당 소수성 섬 패턴(410)의 분포를 제어할 수 있다. 또한, 상기 유체 감속부에 포함되는 소수성 섬 패턴의 개수를 조절하여, 상기 유체 감속부에서의 유체 이동 속도를 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 복수의 소수성 섬 패턴의 이격 거리 및 개수가 감소됨에 따라, 상기 유체 감속부에서의 유체 이동 속도가 감소될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 소수성 섬 패턴의 개수, 이격 거리, 및 패턴의 직경 등을 조절하여, 상기 유체 감속부에서의 유체 이동 속도를 다양하게 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유로의 폭과 상기 소수성 섬 패턴의 직경의 비는 1:0.05 내지 1:0.2일 수 있다. 구체적으로, 상기 소수성 섬 패턴이 원형인 경우, 상기 유로의 폭과 상기 소수성 섬 패턴의 직경의 비는 1:0.05 내지 1:0.2일 수 있다. 반면, 상기 소수성 섬 패턴이 원형이 아닌 경우, 상기 유로의 폭과, 상기 유로의 길이 방향에 수직한 방향의 상기 소수성 섬 패턴의 폭 중에서 가장 긴 길이를 가지는 장폭의 비가 1:0.05 내지 1:0.2일 수 있다.
상기 유로의 폭과 상기 소수성 섬 패턴의 직경의 비를 1:0.05 내지 1:0.2로 조절함으로써, 상기 유체가 상기 소수성 섬 패턴이 형성된 부분을 지나가지 못하는 것을 방지할 수 있으며, 상기 유체 감속부상에서의 유체 이동 속도를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유체 가속부는 복수의 소수성 섬 패턴을 더 포함할 수 있고, 상기 유체 감속부는 친수성 라인을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 유체 가속부에 포함되는 상기 친수성 라인이 상기 유로의 길이 방향을 따라 구비되는 경우, 상기 유로의 폭 방향을 따라 상기 친수성 라인의 양 옆에 상기 소수성 섬 패턴이 구비될 수 있다. 또한, 상기 유체 감속부에 포함되는 복수의 소수성 섬 패턴이 서로 이격되어 구비되는 경우, 상기 복수의 섬 패턴이 이격되어 있는 사이로 유로의 길이 방향을 따라 상기 친수성 라인이 구비될 수 있다.
상기 유체 가속부에 복수의 소수성 섬 패턴이 더 포함되거나, 상기 유체 감속부에 친수성 라인이 더 포함됨에 따라, 상기 유체 가속부 및 유체 감속부에서의 유체의 이동 속도를 보다 정밀하게 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유체 수용부는 상기 2 이상의 유로와 모두 연결되거나, 각각의 상기 유로와 독립적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 하나의 유체 수용부에 연결된 하나의 유로가 여러 갈래로 갈라져 복수의 유체 반응부와 연결될 수 있다. 또한, 복수의 유체 반응부는 각각 독립적으로 하나의 유체 수용부와 복수의 유로에 의해 연결될 수 있다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 수용부에 복수의 유로가 모두 연결된 것을 나타낸 도면이고, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 수용부에 복수의 유로가 각각 독립적으로 연결된 것을 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 6a는 두개의 유체 반응부(210, 220)에 각각 연결된 유로(310, 320)가 합쳐진 상태로 하나의 유체 수용부(100)와 연결된 것을 나타낸 도면이다. 또한, 도 6b는 두개의 유체 반응부(210, 220)에 각각 연결된 유로(310, 320)가 독립적으로 하나의 유체 수용부(100)와 연결된 것을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유체 반응부는 상기 2 이상의 유로와 모두 연결되거나, 각각의 상기 유로와 독립적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 하나의 유체 반응부에 연결된 하나의 유로가 여러 갈래로 갈라져 복수의 유체 수용부와 연결될 수 있다. 또한, 복수의 유체 수용부는 각각 독립적으로 하나의 유체 반응부와 복수의 유로에 의해 연결될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세유체 장치는 다양한 형태의 유로를 포함할 수 있어, 복잡한 화학반응을 용이하게 수행할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유체 가속부에 포함되는 상기 친수성 라인의 선폭, 개수, 형상, 길이 등을 조절하여, 상기 유체 가속부에서의 유체 이동 속도를 상기 친수성 라인이 구비되지 않은 부분 대비 약 15배 정도까지 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 복수의 소수성 섬 패턴의 형상, 면적, 개수, 이격 거리, 및 직경 등을 조절하여, 상기 유체 감속부에서의 유체 이동 속도를 상기 소수성 섬 패턴이 구비되지 않은 부분 대비 약 2배 정도 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 미세유체 장치 상에서 이동하는 유체 들의 이동 속도를 약 30배 정도 차이날 수 있게 할 수 있다. 구체적으로, 유체 가속부가 형성된 하나의 유로와 유체 감속부가 형성된 다른 하나의 유로의 경우, 유체 가속부에서의 유체 이동 속도를 약 15배 증가시키고, 유체 감속부에서의 유체 이동 속도를 약 2배 감소시킴으로써, 하나의 미세유체 장치 상에서 상기 유체들의 이동 속도 차이가 약 30배가 되도록 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세유체 장치 상에서 상기 유체들의 이동 속도 차이를 약 30배가 되도록 제어함으로써, 상기 상기 미세유체 장치는 화학반응을 보다 정밀하게 수행할 수 있으며, 다양한 화학반응을 용이하게 진행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세유체 장치는 발수제로 코팅된 셀룰로오스 기재; 폴리머 기재; 및 실리콘 기반의 글라스로 이루어진 군에서 선택된 기재 상에 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 셀룰로오스 기재는 종이일 수 있으며, 실리카 나노입자로 코팅된 종이를 상기 기재로 사용할 수 있다. 또한, 폴리머 기재로 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리스티렌 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리염화비닐 필름 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 발수제로 사용되는 물질은 당업계에서 필름을 발수 코팅할 때 사용되는 통상적인 물질을 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 발수제로, 실리카 나노입자, 알루미나, 탄산 칼륨 및 소성 점토(plastic clay)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 사용할 수 있다.
상기 실리카 나노입자로 코팅된 종이, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 유리 등을 기재로 사용함으로써, 상기 기재 상에 형성된 유로에서 유체가 이동하는 경우에도 유체가 상기 기재에 흡수되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 친수성 라인 및 상기 소수성 섬 패턴은 잉크젯 프린팅 공정, 실크 스크린 공정 또는 디스펜싱 공정에 의해 상기 미세유체 장치 상에 구비될 수 있다. 상기 잉크젯 프린팅 공정에 사용되는 프린터는 당업계에서 잉크를 인쇄하는 통상적인 프린터를 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 잉크젯 프린팅 공정에 사용되는 프린터로 압전 헤드(piezo electric head)를 사용하는 프린터를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 친수성 물질을 포함하는 잉크 및 소수성 물질을 포함하는 잉크를 제조하고, 상기 잉크를 인쇄 또는 도포하여 상기 미세유체 장치 상에 친수성 라인 및 소수성 섬 패턴을 형성할 수 있다. 구체적으로, 잉크젯 프린터로 상기 잉크를 인쇄할 수 있고, 상기 잉크가 충전된 펜을 사용하여 친수성 라인 및 소수성 섬 패턴을 그릴 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 간단한 방식을 통해 상기 미세유체 장치 상에 친수성 라인 및 소수성 섬 패턴이 구비될 수 있어, 미세유체 장치를 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 포토샵 또는 CAD 등과 같은 프로그램을 이용하여 원하는 모양의 친수성 라인 또는 소수성 섬 패턴의 도면을 작성하고, 작성된 도면을 이용하여 상기 친수성 라인 또는 소수성 섬 패턴을 인쇄할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세유체 장치는 재사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 미세유체 장치 상에서 화학반응을 수행 후에 미세유체 장치 상에 잔존하고 있는 유체를 제거하고, 미세유체 장치를 실리콘 오일에 담그는 방식으로 미세유체 장치를 재사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세유체 장치는 적층 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 친수성 라인 또는 복수의 소수성 섬 패턴이 구비된 기재 필름 상에 상기 유체 수용부, 유체 반응부 및 유로가 구비된 미세유로 필름이 적층될 수 있다. 상기 기재 상에 구비된 친수성 라인 또는 복수의 소수성 섬 패턴이 상기 미세유로 필름의 유로 내에 위치되도록, 상기 미세유로 필름이 상기 기재 필름 상에 적층될 수 있다. 또한, 상기 기재 필름 상에 상기 미세유로 필름이 적층되고, 상기 미세유로 필름 상에 커버 필름이 적층될 수 있다. 상기 미세유로 필름 상에 상기 커버 필름이 적층됨에 따라, 상기 유로 내에 이동하는 유체에 먼지 등의 불순물이 들어가는 것을 방지할 수 있다. 상기 커버 필름에는 1 이상의 홀이 구비될 수 있으며, 상기 1 이상의 홀은 상기 미세유로 필름에 형성된 상기 유체 수용부 또는 유체 반응부의 위치와 대응되는 상기 커버 필름의 위치에 구비될 수 있다. 또한, 상기 기재 필름, 미세유로 필름, 커버 필름은 모두 종이 기반의 필름일 수 있고, 그 표면은 발수제로 코팅된 것일 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 7은 미세유체 장치에 포함되는, 친수성 라인(410)이 구비된 기재 필름(600), 유체 수용부(100)와 유체 반응부(200) 및 유로(300)가 구비된 미세유로 필름(700), 상기 미세유로 필름(700)에 구비된 상기 유체 수용부(100)의 위치와 대응되는 위치에 홀이 구비된 커버 필름(800)을 나타낸 도면이다. 상기 친수성 라인(410)이 상기 미세유로 필름(700)에 구비된 유로(300) 내에 위치되도록, 상기 기재 필름(600) 상에 상기 미세유로 필름(700)이 적층될 수 있다. 또한, 상기 미세유로 필름(700)에 구비된 상기 유체 수용부(100)와 상기 커버 필름(800)에 구비된 홀이 서로 대응되는 위치에 있도록, 상기 커버 필름(800)이 상기 미세유로 필름(700) 상에 적층될 수 있다.
[부호의 설명]
100, 110, 120: 유체 수용부
200, 210, 220, 230, 240: 유체 반응부
300, 310, 320, 330: 유로
400: 유체 가속부
410: 친수성 라인
500: 유체 감속부
510: 소수성 패턴
600: 기재 필름
700: 미세유로 필름
800: 커버 필름
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
미세유체 장치의 제조
기재로 A4 종이(Epson 社), 플라스틱 접착 필름(Printec 社), 은 나노입자를 포함하는 잉크(DGP 40LT-15C, Advance Nano Products 社)를 준비하였다. 또한, 테프론으로 불리는 Poly[4,5-difluoro-2,2-bis(trifluoromethyl)-1,3-dioxole-co-tetrafluoroethylene](Sigma-Aldrich 社)와 fluorinert 용액(Sigma-Aldrich 社)을 혼합하여, 테프론의 함량이 0.5 wt%인 테프론 잉크를 준비하였다.
상기 플라스틱 접착 필름의 일부를 식각하여 유체 수용부, 유체 반응부 및 유로를 형성하고, 상기 플라스틱 접착 필름을 A4 종이 상에 부착하였다. 이후, 상기 은 나노입자를 포함하는 잉크를 상기 유로 상에 인쇄하여 친수성 라인이 구비된 미세유체 칩을 제조하였다.
또한, 유체 수용부, 유체 반응부 및 유로가 형성된 상기 플라스틱 접착 필름을 상기 A4 종이 상에 부착하고, 상기 테프론 잉크를 상기 유로 상에 인쇄하여 복수의 소수성 섬 패턴이 구비된 미세유체 칩을 제조하였다.
미세유체 장치 상의 유체 이동 속도 측정
친수성 라인 상의 유체 이동 속도 측정
3 mm의 폭을 가지는 유로가 형성된 기재를 8개 준비하고, 상기 기재 상에 형성된 유로에 각각 0.15 mm, 0.22 mm, 0.44 mm, 0.94 mm, 1.31 mm, 1.75 mm, 2.82 mm의 폭을 가지는 친수성 라인이 형성되도록 상기 은 나노입자를 포함하는 잉크를 인쇄하여, 7개의 미세유체 장치를 제조하였다. 또한, 친수성 라인이 구비되지 않은 1개의 미세유체 장치를 제조하였다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유로 상에 구비되는 친수성 라인의 폭에 따른 유체 이동 속도를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 8은 상기 8개의 미세유체 장치 상의 유체 이동 속도를 측정하여 나타낸 도면이다.
도 8을 참고하면, 친수성 라인의 폭이 증가됨에 따라, 유체의 이동 속도가 증가되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 2.82 mm의 폭을 가지는 친수성 라인이 구비된 미세유체 장치 상의 유체 이동 속도가 친수성 라인이 구비되지 않은 미세유체 장치 상의 유체 이동 속도보다 약 15배 정도 증가된 것을 확인할 수 있다.
소수성 라인 상의 유체 이동 속도 측정
3 mm의 폭을 가지는 유로가 형성된 기재를 4개 준비하고, 도 5와 같이, 상기 기재 상의 길이 5 mm x 폭 3 mm의 면적에 소수성 섬 패턴이 4개, 6개, 8개 형성되도록 상기 테프론 잉크를 인쇄하여, 3개의 미세유체 장치를 제조하였다. 또한, 소수성 섬 패턴이 구비되지 않은 1개의 미세유체 장치를 제조하였다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유로 상에 구비되는 소수성 섬 패턴의 분포에 따른 유체의 이동 속도를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 9는 상기 4개의 미세유체 장치 상의 유체 이동 속도를 측정하여 나타낸 도면이다.
도 9를 참고하면, 동일한 면적에서 소수성 섬 패턴의 분포가 증가될수록, 유체의 이동 속도가 감소되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 소수성 섬 패턴이 6개 형성된 미세유체 장치의 유체 이동 속도가 소수성 섬 패턴이 구비되지 않은 미세유체 장치 상의 유체 이동 속도보다 약 2배 정도 감소된 것을 확인할 수 있다. 반면, 소수성 섬 패턴이 8개 형성된 미세유체 장치의 경우, 높은 소수성 섬 패턴의 분포로 인하여 유체가 유로 내에서 이동되지 못하는 것을 확인할 수 있었다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 친수성 라인이 구비된 미세유체 장치, 소수성 섬 패턴이 구비된 미세유체 장치와 친수성 라인 및 소수성 섬 패턴이 구비되지 않은 미세유체 장치에서의 유체 이동 속도를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 10은 3 mm의 폭을 가지는 유로 상에 상기 은 나노입자를 포함하는 잉크가 인쇄되어 0.9 mm의 폭을 가지는 친수성 라인이 구비된 미세유체 장치, 3 mm의 폭을 가지는 유로 상에 길이 10 mm x 폭 3 mm의 면적마다 6개의 소수성 섬 패턴이 구비된 미세유체 장치와, 친수성 라인 및 소수성 섬 패턴이 구비되지 않은 미처리(pristine) 미세유체 장치에서의 유체의 이동 시간 대비 이동 거리를 나타낸 도면이다.
도 10을 참고하면, 친수성 라인이 구비된 미세유체 장치 상의 유체가 동일한 이동 시간 동안에 유체의 이동 거리가 가장 긴 것을 확인할 수 있고, 소수성 섬 패턴이 구비된 미세유체 장치 상의 유체는 다른 2개의 미세유체 장치 상의 유체보다 같은 거리에 도착하는데 보다 많은 시간이 소요되는 것을 확인할 수 있다.
미세유체 장치를 이용한 글루코스 검출 반응
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 1개의 유체 수용부와 4개의 유체 반응부가 형성된 미세유체 장치를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 11은 유체 수용부와 연결된 유로는 4개의 유로로 나누어지고, 4개의 유로 각각이 유체 반응부와 연결되어 있는 미세유체 장치를 나타낸 도면이다.
글루코스를 검출할 수 있는 미세유체 장치를 하기와 같이 제조하였다. 도 11에서와 같이, 상기 유체 수용부(100)에 연결된 유로가 4개의 유체 반응부(210, 220, 230, 240)와 연결되도록 상기 플라스틱 접착 필름의 일부를 식각하여 유체 수용부(100), 유체 반응부(210, 220, 230, 240), 유로를 형성하였다. 상기 플라스틱 접착 필름을 기재 상에 부착하고, 도 11에서와 같이, 3개의 유로에는 은 나노입자를 포함하는 잉크를 인쇄하여 친수성 라인이 구비된 미세유체 장치를 제조하였다. 도 11을 참고하면, 상기 미세유체 장치 상의 4개의 유로는 동일한 폭을 가지며, 제1 반응부(210)와 연결된 유로에는 친수성 라인이 구비되지 않고, 제2 반응부(220)와 연결된 유로에는 200 ㎛의 폭을 가지는 친수성 라인이 구비되고, 제3 반응부(230)와 연결된 유로에는 900 ㎛의 폭을 가지는 친수성 라인이 구비되고, 제4 반응부(240)와 연결된 유로에는 2,000 ㎛의 폭을 가지는 친수성 라인이 구비된다.
시료로 α-D-Glucose(Sigma-Aldrich 社)를 포함하는 3 mM 농도의 글루코스 용액을 준비하였다. 또한, 아이오딘화칼륨(Sigma-Aldrich 社)와 검정곰팡이로부터 추출된 글루코스 산화효소(G2133-50KU, Sigma-Aldrich 社)를 1:1의 중량비로 혼합하여 검출 시약을 준비하였다. 3 uL의 상기 검출 시약을 상기 4개의 유체 반응부에 넣고 실온에서 10 분 동안 배양한 후, 70 uL의 상기 글루코스 용액을 상기 유체 수용부에 공급하였다.
유체 수용부에 공급된 상기 글루코스 용액이 유체 반응부에 도달하면, 유체 반응부에 공급된 상기 검출 시약에 포함된 글루코스 산화효소와 글루코스 용액에 포함된 글루코스가 반응하여, 과산화수소(H2O2)가 발생된다. 발생된 과산화수소는 상기 검출 시약에 포함된 요오드 이온을 요오드로 산화시키고, 생성되는 요오드에 의해 반응부에서 검붉은 색이 발현될 수 있다.
도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 장치 상에서 글루코스가 검출되는 것을 나타낸 도면이고, 도 11c 내지 도 11d는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 장치에서의 글루코스 검출 반응의 결과를 나타낸 도면이다.
구체적으로, 도 11b는 유체 수용부에 글루코스 용액을 긍급한 후 140초가 지난 미세유체 장치 및 480초가 지난 미세유체 장치를 스캐너(TX129, Epson 社)를 사용하여 스캐닝한 이미지이다.
도 11b를 참고하면, 상기 글루코스 용액을 유체 수용부에 공급한 지 140초되는 시간에, 제3 유체 반응부(230) 및 제4 유체 반응부(240)에서 색상이 발현되는 것이 보이며, 480초가 지난 뒤에는 4개의 유체 반응부 모두에서 색상이 발현되는 것을 확인할 수 있다.
도 11c는 유체 수용부에 공급된 상기 글루코스 용액이 각각의 유체 반응부에 도달하는 시간을 나타내고 있으며, 상기 글루코스 용액이 유체 수용부에 공급된 지 140초되는 시간에 4개의 유체 반응부에서 발현되는 색상의 평균 광도를 나타낸 도면이다. 유체 반응부에서 발현되는 색상의 평균 광도는 상기 스캐너에 의해 스캐닝된 이미지를 Image J 프로그램을 이용하여 측정하였다.
도 11c를 참고하면, 2,000 ㎛의 폭을 가지는 친수성 라인이 구비된 유로와 연결된 제4 유체 반응부(240)에 상기 글루코스 용액이 가장 먼저 도달하고, 제4 유체 반응부(240)는 상기 글루코스 용액이 유체 수용부에 공급된 지 140초되는 시간에 발현되는 색상의 평균 광도가 가장 큰 것을 확인할 수 있다. 또한, 유로에 구비된 친수성 라인의 폭이 커짐에 따라, 상기 글루코스 용액이 유체 반응부에 도달하는 시간이 감소되고, 상기 글루코스 용액이 유체 수용부에 공급된 지 140초되는 시간에 발현되는 색상의 평균 광도가 커지는 것을 확인할 수 있다.
도 11d는 상기 글루코스 용액이 유체 수용부로 공급된 이후 시간에 따른 4개의 유체 반응부에서의 평균 광도를 측정한 결과를 나타낸 도면이다. 도 11d를 참고하면, 상기 글루코스 용액이 유체 수용부로 공급된 후 240초 동안, 유로에 구비된 친수성 라인의 폭에 커짐에 따라, 유체 반응부에서 발현되는 색상의 평균 광도가 커지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 글루코스 용액이 유체 수용부로 공급되고 360초가 지난 경우에는 900 ㎛의 폭을 가지는 친수성 라인이 구비된 유로와 연결된 제3 유체 반응부(230)가 2,000 ㎛의 폭을 가지는 친수성 라인이 구비된 유로와 연결된 제4 유체 반응부(240)보다 발현되는 색상의 평균 광도가 큰 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유로에 형성되는 친수성 라인의 폭을 조절하여, 유로에서의 유체 이동 속도를 조절할 수 있고, 유체 이동 속도를 조절하여 유체 반응부에서 반응이 진행되는 시간, 정도 등을 효과적으로 제어할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (14)

  1. 미세유체 장치로서,
    유체 수용부; 유체 반응부; 및 상기 유체 수용부 및 상기 유체 반응부 중 적어도 하나와 연결된 1 이상의 유로;를 포함하고,
    상기 유로 중 적어도 하나는 친수성 라인을 포함하는 유체 가속부 및 서로 이격된 복수의 소수성 섬 패턴을 포함하는 유체 감속부 중 적어도 하나를 포함하는 미세유체 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 미세유체 장치는 2 이상의 유로를 포함하고,
    상기 유로는 서로 상이한 유체 이동 속도를 가지는 것인 미세유체 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체 가속부는 상기 친수성 라인의 길이, 및 선폭 중 적어도 하나를 조절하여 유체의 이동 속도를 조절하는 것인 미세유체 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유로의 폭과 상기 친수성 라인의 선폭의 비는 1:0.005 내지 1:1인 것인 미세유체 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체 감속부는 상기 복수의 소수성 섬 패턴의 개수, 이격 거리, 및 섬 패턴의 직경 중 적어도 하나를 조절하여 유체의 이동 속도를 조절하는 것인 미세유체 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 유로의 폭과 상기 소수성 섬 패턴의 직경의 비는 1:0.05 내지 1:0.2인 것인 미세유체 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체 가속부는 복수의 소수성 섬 패턴을 더 포함하는 것인 미세유체 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체 감속부는 친수성 라인을 더 포함하는 것인 미세유체 장치.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 유체 수용부는 상기 2 이상의 유로와 모두 연결되거나, 각각의 상기 유로와 독립적으로 연결된 것인 미세유체 장치.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 유체 반응부는 상기 2 이상의 유로와 모두 연결되거나, 각각의 상기 유로와 독립적으로 연결된 것인 미세유체 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 친수성 라인은 금, 백금, 은, 알루미늄 및 구리로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 것인 미세유체 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 소수성 섬 패턴은 불소 함유 폴리머, 폴리스티렌, 에틸렌비닐아세테이트 코폴리머, 폴리카보네이트, 폴리메틸(메트)아크릴레이트 및 탄소나노튜브로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 미세유체 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 유로의 폭은 50 ㎛ 이상 10,000 ㎛ 이하인 것인 미세유체 장치.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 미세유체 장치는 발수제로 코팅된 셀룰로오스 기재; 폴리머 기재; 및 실리콘 기반의 글라스로 이루어진 군에서 선택된 기재 상에 구비된 것인 미세유체 장치.
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