KR100583582B1 - 모듈화된 유체회로와 전기회로의 동시접속을 위한미소유체통합벤치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체회로와 전기회로의 동시 접속이 이루어지는 통합벤치로서, 유체가 유입 또는 배출되는 입구 및 출구를 구비하는 유체회로판, 상기 유체회로판에 형성되고 유체접점에 의하여 상기 입구 및 출구와 연결하는 유체회로를 구성하는 다수의 분절된 유로, 상기 유체회로판 위에 밀착 결합되어 상기 유로를 소통하는 유체의 누출을 차단하는 격판, 상기 격판을 관통하고 분절된 상기 유로의 단부에 각각 대응되게 배치되어 유체의 유동을 격판을 통과하는 방향으로 유도하는 복수개의 유체접점, 상기 격판 위에 결합되고 전기회로가 인쇄된 전기기판, 상기 전기기판을 수직으로 관통하고 서로 다른 유로의 단부에 대응하는 2개 이상의 상기 유체접점을 외부로 노출시키는 복수개의 격자, 및 상기 격자 위에 실장되고 2개 이상의 상기 유체접점을 연통시키며 상기 전기회로와 전기적으로 접속되는 유체전기소자를 포함한다. 이 미소유체통합벤치는 미소유체와 전기회로에 장착된 복수개의 유체전기소자간의 접속이 신속하고 정확하게 이루어지는 특징이 있다.

Description

모듈화된 유체회로와 전기회로의 동시접속을 위한 미소유체통합벤치{MICROELECTROFLUIDIC BENCHES FOR MODULAR FLUIDIC AND ELECTRICAL INTERCONNECTIONS}

도 1은 본 발명 미소유체통합벤치의 일 실시예에 따른 분리사시도를 나타낸 것이고,

도 2는 도 1에 도시된 미소유체통합벤치의 결합상태를 나타낸 것이고,

도 3은 도 2에 도시된 미소유체통합벤치의 단면을 나타낸 것이고,

도 4는 도 1에 도시된 유체회로판의 다른 실시예를 나타낸 것이고,

도 5는 도 2에 도시된 유체전기소자의 배면 사시도를 나타낸 것이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 유체회로판 11 : 유로

20 : 격판 21 : 유체접점

30 : 전기기판 31 : 격자

32 : 전기접점 40 : 유체전기소자

본 발명은 다수의 유체전기소자가 안착되는 통합벤치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유체전기소자에 모듈화된 유체 및 전기를 동시에 접속시킬 수 있는 미소유체통합벤치에 관한 것이다.

근래 들어 유전자공학 및 생화학분야의 중요성이 크게 대두되면서 이에 따른 주변기술도 개발되고 있다. 그 중에 하나로 분석기기를 들 수 있는데, 생화학분야의 분석기기는 액상의 물질을 주로 시료대상으로 함으로 내부에 장착된 유체전기소자와 액상 시료간의 접촉을 위한 특별한 구조가 필요하다.

유체전기소자와 유체의 접속구조에 관한 종래 기술로는 미국특허 제6,273,478호와 제6,536,477호가 있다.

미국특허 제6,273,478호에는 미소유체소자에 시료주입을 위한 유체 커넥터에 관한 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이 특허는 커넥터로 튜브를 사용하기 때문에 링과 카트리지 등의 별도 구조가 필요하고 접속 부위의 시료 소모가 많다는 단점이 있다.

미국특허 제6,536,477호에는 미소유체통합시스템을 구성하기 위한 유체모듈과 미소유체커플러에 관한 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이 특허는 상하 층간의 결합수단이 없어 각 층에 형성된 유로와 구멍간의 정렬이 어렵다는 단점이 있다.

유체전기소자를 접속하는 또 다른 방법으로 Anodic bonding을 통하여 실리콘으로 만들어진 유로보드와 유리덮개를 가진 유체전기소자 간의 접속이 시도되었다. 그러나, Anodic bonding은 유리와 실리콘의 접합에만 사용가능하고 접속시 고온고압이 발생되므로 생화학 분야에는 응용되기 어렵다. 그리고, 그 외에 소개된 방법은 기계적인 구조물을 이용한 억지끼움 방식이므로 제작상 오차발생의 우려가 높고 재료선택의 한계가 있다.

한편, 대한민국 공개특허번호 제1999-85261호에는 유체모듈과 유체전기소자가 장착된 전기회로를 합체한 유체회로기판 조립체에 대한 발명이 개시되어 있다. 그러나, 이 공개특허는 유체전기소자와 유체 및 전기회로의 접속이 어떠한 방법으로 이루어지는 구체적으로 명시하고 있지 않다. 때문에, 이 공개특허로는 유체전기소자와 유체 및 전기회로의 접속이 완벽하게 이루어지는 통합벤치를 구성하기 어렵다. 따라서, 복수의 유체전기소자와 유체 및 전기회로의 접속이 동시에 보다 안정적으로 이루어지는 통합벤치가 요청된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 모듈화된 유체회로와 전기회로기판 및 유체전기소자가 간단하게 조립 결합되어 상호 접속되는 미소유체전기통합벤치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 한 실시예에 따르면 유체회로와 전기회로의 동시 접속이 이루어지는 통합벤치로서, 유체가 유입 또는 배출되는 입구 및 출구를 구비하는 유체회로 판, 상기 유체회로판에 형성되고 유체접점에 의하여 상기 입구 및 출구와 연결하는 유체회로를 구성하는 다수의 분절된 유로, 상기 유체회로판 위에 밀착 결합되어 상기 유로를 소통하는 유체의 누출을 차단하는 격판, 상기 격판을 관통하고 분절된 상기 유로의 단부에 각각 대응되게 배치되어 유체의 유동을 격판을 통과하는 방향으로 유도하는 복수개의 유체접점, 상기 격판 위에 결합되고 전기회로가 인쇄된 전기기판, 상기 전기기판을 수직으로 관통하고 서로 다른 유로의 단부에 대응하는 2개 이상의 상기 유체접점을 외부로 노출시키는 복수개의 격자, 및 상기 격자 위에 실장되고 2개 이상의 상기 유체접점을 연통시키며 상기 전기회로와 전기적으로 접속되는 유체전기소자를 포함하는 모듈화된 유체회로와 전기회로의 동시접속을 위한 미소유체전기통합벤치가 제공된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 미소유체통합벤치의 일 실시예에 따른 분리사시도를 나타낸 것이고, 도 2는 도 1에 도시된 미소유체통합벤치의 결합상태를 나타낸 것이고, 도 3은 도 2에 도시된 미소유체통합벤치의 단면을 나타낸 것이고, 도 4는 도 1에 도시된 유체회로판의 다른 실시예를 나타낸 것이고, 도 5는 도 2에 도시된 유체전기소자의 배면 사시도를 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 미소유체통합벤치는 유체회로판(10), 격판(20), 및 전기기판(30)으로 구성되어 있다.

유체회로판(10)은 유체의 흐름에 의해 만들어진 회로를 구성한다. 유체회로판(10)의 일 측에는 유체가 소통되는 복수개의 입구(12)와 출구(13)가 형성되어 있 다. 유체회로판(10)의 윗면에는 유체회로가 형성되어 있다. 본 발명에서는 유체회로가 다수의 분절된 유로(11)로 이루어져 있다. 따라서, 평상시에는 입구(12)로 유입된 유체가 모든 유로(11)를 거쳐 순환되지 않는다. 한편, 본 실시예에서는 유로(11)가 2열로 형성되어 각각의 입구(12) 및 출구(13)에 연결하는 2개의 유체회로를 이루고 있다. 이와 같이 유체회로판(10)의 2개의 유체회로를 구성하면 2종의 유체를 순환시킬 수 있다. 또한, 본 발명에서는 유체회로가 다수의 분절된 유로(11)에 의해 형성되므로 도 4에 도시된 바와 같이 하나의 유체회로판(10)에 서로 다른 형태의 유체회로를 구성시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 다양한 기능을 복합적으로 수행할 수 있는 유체회로를 제작할 수 있다.

유체회로판(10) 위에는 격판(20)이 결합된다. 격판(20)은 유로(11)을 이동하는 유체가 외부로 유출되는 것을 차단한다. 격판(20)에는 상하방향으로 돌출된 복수개의 유체접점(21)이 형성되어 있다. 복수개의 유체접점(21)은 유로(11)가 분절된 부분을 중심으로 독립된 개체군을 이룬다. 유체접점(21)은 유로(11)의 양 끝 지점에 결속되어 유로(11)를 소통하는 유체가 격판(20)의 외측방향으로 유동될 수 있도록 도와준다. 따라서, 격판(20)에 의해 이동이 차단된 유체는 유체접점(21)을 매개로 격판(20) 위쪽에서 새로운 유동을 형성할 수 있다.

격판(20) 위에는 전기기판(30)이 결합된다. 전기기판(30)은 유체회로판(10)과 구별된 다른 기능을 수행한다. 이를 위해 전기기판(30)에는 전기회로가 인쇄되어 있다. 전기기판(30)에는 이와 별도로 상하로 관통된 복수개의 격자(31)가 형성되어 있다. 격자(31)는 전기기판(30) 상하를 관통하는 사각형태로, 격판(20)의 유 체접점(21)을 포용할 수 있는 위치에 유체접점(21)이 형성하는 독립된 개체군의 수만큼 형성된다. 따라서, 격판(20) 위에 전기기판(30)이 결합되면 도 2에 도시된 바와 같이 격자(31) 내부에 각각의 개체군을 이루는 복수개의 유체접점(21)이 외부로 표출된다. 이때, 격자(31)에 수용되는 유체접점(21)은 전술한 바와 같이 서로 단속된 유로(11)에 대응되는 것이다. 따라서, 유로(11)를 소통하는 유체는 격자(31)와 격판(20) 형성하는 반 밀폐공간을 매개로 서로 다른 유체접점(21)으로 소통된다. 결국, 도 3에 도시된 바와 같이 유체회로판(10)에서 단속된 유로(11)는 유체접점(21)과 격자(31)에 의해 연속적으로 이어지는 하나의 유체회로를 구성하게 되는 것이다. 한편, 본 실시예에서는 각각의 유체회로를 구성하는 유로(11)의 분절지점이 모두 동일하여 하나의 격자(31)에서 서로 소통된다. 그러나, 이와 같은 구조는 각각의 유체회로에 2종의 유체가 유동되는 경우에는 사용할 수 없으므로, 각 유체회로를 구성하는 유로(11)의 분절지점을 달리하는 것도 바람직하다.

격자(31) 주위에는 전기회로와 연결된 복수개의 전기접점(32)이 마련되어 있다. 전기접점(32)은 격자(31) 주변에 설치되어 격자(31) 위에 장착되는 유체전기소자(40)와 전기회로를 연결한다.

유체전기소자(40)는 유체모듈과 전기회로의 신호를 동시에 받아 작동한다. 유체전기소자(40)로는 시료 및 시약을 주입하는 미소펌프, 시료와 시약들을 혼합하여주는 미소유체 혼합기, 생화학 물질분리소자, 생화학 물질 검출기, 밸브 등이 있다. 따라서, 유체전기소자(40)는 제품의 종류에 따라 각각의 기능을 갖는다. 즉 이들 유체전기소자(40)는 유체모듈을 통해 이동하는 유체를 전기회로를 통해 전달되는 전기신호에 따라 다른 방향으로 이동시키거나 유체의 물리량을 측정하는 등의 제어를 한다. 유체전기소자(40)의 밑면에는 도 5에 도시된 바와 같이 유체접점(21)과 결속되는 유체접점단자(41)와 전기접점단자(42)가 형성되어 있다. 이때, 유체접점단자(41)는 외형적으로는 각각의 유체접점(21)과 개별적으로 결속되지만 내부적으로는 서로 소통되어 있다. 따라서, 하나의 유체접점단자(41)에 결속된 복수개의 유체접점(21)은 서로 소통된다.

유체접점(21)을 통해 배출되는 유체는 유체전기소자(40)와 접속하게 된다. 이때, 유체는 유체전기소자(40)의 밑면에 연직방향으로 이동하므로 유체전기소자(40)와 유체의 접속이 확실하게 이루어진다. 따라서, 유체접점단자(41)는 전술한 바와 같이 분절된 유로(11)를 유동하는 유체의 흐름을 하나로 만들어준다.

본 실시예에서 유체접점(21)과 유체접점단자(41)는 접착제, 용융성 고분자 등과 같은 중간접속매개체에 의해 단단히 결합되고, 전기접점(32)과 전기접점단자(42)는 전도성 고분자와 같은 용융성 도체를 매개로 결속된다. 이와 같이 중간전도성 접속매체를 이용하면 접점과 단자간의 접속력이 증대되고, 충격에 의해 단락되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 유체접점(21)과 유체접점단자(41)의 단면형태를 다각형으로 변경할 수 있다. 이와 같이 유체접점(21) 및 유체접점단자(41)의 단면형태를 다각형으로 변경하면 단자의 가공이 용이해지는 장점이 있다.

전기기판(30)에는 전술한 바와 같이 여러 개의 격자(31)가 형성되어 있다. 각각의 격자(31)에는 독립된 기능을 갖는 유체전기소자(40)가 실장된다. 따라서, 본 발명은 실장되는 유체전기소자(40)의 수와 특성에 따라 여러 기능을 복합적으로 수행하게 할 수 있다.

아울러 본 발명에서는 유체전기소자(40)에 유체회로와 전기회로가 동시에 접속되면서도 서로 간섭하지 않는다. 따라서, 유체전기소자(40)의 기능이 보다 확실하게 달성될 수 있다. 또한, 본 발명은 서로 다른 유체전기소자를 연속적으로 구성하여 보다 복합적인 기능을 수행할 수 있는 시스템을 구현할 수 있다.

한편, 본 실시예에는 나타나 있지 않으나 유체회로판(10), 격판(20), 및 전기기판(30)의 상하면에 돌기와 이에 대응되는 홈을 형성시켜 상호간의 체결이 보다 확실하게 이루어지게 하는 것이 좋다. 아울러, 하나의 개체군을 형성하는 유체접점(21)을 하나의 접점으로 통합시키는 유체전기소자(40)의 유체접점단자(41)에 체결되도록 하는 것도 좋다.

본 발명은 모듈화된 유체회로와 유체전기소자 및 전기회로를 하나로 통합시켜 기능증대 및 소형화가 가능하다는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 미소유체통합벤치는 유체가 전기회로에서 발생하는 온도의 영향을 받지 않고 유체전기소자에 직접 접속하므로 보다 정확한 성능을 발휘할 수 있으며, 유체회로를 소통하는 유체의 흐름이 원활하게 이루어지는 장점이 있다.

이상에서 모듈화된 유체회로 및 전기회로의 동시 접속을 위한 미소유체통합벤치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (9)

1. 유체회로와 전기회로의 동시 접속이 이루어지는 통합벤치로서,

   유체가 유입 또는 배출되는 입구 및 출구를 구비하는 유체회로판,

   상기 유체회로판에 형성되고 유체접점에 의하여 상기 입구 및 출구와 연결하는 유체회로를 구성하는 다수의 분절된 유로,

   상기 유체회로판 위에 밀착 결합되어 상기 유로를 소통하는 유체의 누출을 차단하는 격판,

   상기 격판을 관통하고 분절된 상기 유로의 단부에 각각 대응되게 배치되어 유체의 유동을 격판을 통과하는 방향으로 유도하는 복수개의 유체접점,

   상기 격판 위에 결합되고 전기회로가 인쇄된 전기기판,

   상기 전기기판을 수직으로 관통하고 서로 다른 유로의 단부에 대응하는 2개 이상의 상기 유체접점을 외부로 노출시키는 복수개의 격자, 및

   상기 격자 위에 실장되고 2개 이상의 상기 유체접점을 연통시키며 상기 전기회로와 전기적으로 접속되는 유체전기소자를 포함하는 모듈화된 유체회로와 전기회로의 동시접속을 위한 미소유체전기통합벤치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 격자 주위에는 상기 전기회로와 상기 유체전기소자를 연결시키는 전기접점이 더 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 모듈화된 유체회로와 전기회로의 동 시접속을 위한 미소유체전기통합벤치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 유체전기소자의 밑면에는 상기 복수개의 유체접점과 결속되는 유체접점단자와,

   상기 전기접점과 소통되는 전기접점단자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 모듈화된 유체회로와 전기회로의 동시접속을 위한 미소유체전기통합벤치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 전기접점과 상기 전기접점단자는 중간전도성 접속매체를 매개로 접속되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 유체회로와 전기회로의 동시접속을 위한 미소유체전기통합벤치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 유체회로판, 격판, 및 전기기판의 상부면 및 하부면에는 상호 결속을 위한 돌기 및 홈이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 모듈화된 유체회로와 전기회로의 동시접속을 위한 미소유체전기통합벤치.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 입구, 출구, 및 유로는 서로 다른 유체가 소통될 수 있도록 다열로 형 성되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 유체회로와 전기회로의 동시접속을 위한 미소유체전기통합벤치.
7. 청구항 3에 있어서,

   상기 유체접점과 상기 유체접점단자는 표면처리 혹은 접착제에 의해 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 유체회로와 전기회로의 동시접속을 위한 미소유체전기통합벤치.
8. 청구항 3에 있어서,

   상기 유체접점과 상기 유체접점 단자는 단면이 원형 혹은 다각형인 것을 특징으로 하는 모듈화된 유체회로와 전기회로의 동시접속을 위한 미소유체전기통합벤치.
9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 유체접점은 상기 격판의 상부 및 하부방향으로 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 모듈화된 유체회로와 전기회로의 동시접속을 위한 미소유체전기통합벤치.

Images