KR100666500B1

KR100666500B1 - Serpentine laminating chaotic micromixer

Info

Publication number: KR100666500B1
Application number: KR1020050016023A
Authority: KR
Inventors: 김동성; 권태헌; 안종혁; 이세환
Original assignee: 학교법인 포항공과대학교; 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2007-01-09
Also published as: KR20060094659A

Abstract

본 발명에 따른 마이크로 믹서는, 유입채널과 유출채널 사이에서 이들과 연결되면서 연이어 배치되어 상기 주입된 유체를 혼합시키는 제1 혼합유닛과 제2 혼합유닛을 구비하는 혼합부를 포함한다.The micromixer according to the present invention includes a mixing unit including a first mixing unit and a second mixing unit which are disposed in series and connected to each other between the inflow channel and the outflow channel to mix the injected fluid.

상기 제1 혼합유닛은, 유입채널로부터 분지(分枝)되어 유입채널 진행방향에 대한 제1 측편을 향해 연장되는 적어도 한 쌍의 1차 분할채널과, 상기 1차 분할채널과 서로 다른 층으로 배치되면서 상기 1차 분할채널의 각 끝단과 연통되는 1차 합류채널을 포함하며, 상기 제2 혼합유닛은, 1차 합류채널로부터 분지(分枝)되어 상기 제1 측편과 반대방향인 제2 측편을 향해 연장되는 적어도 한 쌍의 2차 분할채널과, 상기 2차 분할채널과 서로 다른 층으로 배치되면서 상기 2차 분할채널의 각 끝단과 연통되는 2차 합류채널을 포함하고, 상기 2차 합류채널은 상기 유출채널로 이어진다. 제1 혼합유닛과 제2 혼합유닛은 전체적으로 3차원 나선형 유로를 형성하게 되어, 상기 주입된 유체를 이를 통하여 이송하면서 분할 및 재배열의 카오스 혼합 메커니즘과 카오스 이류의 카오스 혼합 메커니즘을 결합하여 혼합시킨다.The first mixing unit comprises at least a pair of primary split channels branched from the inlet channel and extending toward the first side in the inflow channel advancing direction, and arranged in different layers from the primary split channel. And a primary confluence channel communicating with each end of the primary split channel, wherein the second mixing unit is branched from the primary confluence channel to open a second side piece opposite to the first side piece. At least one pair of secondary splitting channels extending toward the second splitting channel and a second joining channel disposed on a different layer from the secondary splitting channel and communicating with each end of the secondary splitting channel; It leads to the outlet channel. The first mixing unit and the second mixing unit form a three-dimensional spiral flow passage as a whole, and combine and mix the chaotic mixing mechanism of the chaotic mixing and the chaotic mixing mechanism of the split and rearrangement while transferring the injected fluid therethrough.

마이크로 믹서, 혼합유닛, 분할채널, 합류채널, 카오스, 3차원 나선형 유로 Micro mixer, mixing unit, split channel, confluence channel, chaos, three-dimensional spiral flow path

Description

나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서{SERPENTINE LAMINATING CHAOTIC MICROMIXER}Spiral Lamination Chaos Micro Mixer {SERPENTINE LAMINATING CHAOTIC MICROMIXER}

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서의 개념을 설명하기 위해 도시한 사시도이고, 도 1b는 도 1a에 표시된 위치에서 일어나는 단면에서의 혼합 거동을 나타내는 모식도이다. FIG. 1A is a perspective view illustrating the concept of a micro mixer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a schematic diagram showing mixing behavior in a cross section occurring at a position indicated in FIG. 1A.

도 2a 및 도 2b는 각각 동일한 특성 길이 및 유동 조건 하에 T-형상의 마이크로 믹서에 두 유체가 유입될 경우 일어나는 혼합 양상에 대한 수치해석 결과, 및 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서에 두 유체가 유입될 경우 일어나는 혼합 양상에 대한 수치해석 결과를 보여주는 도면들이다.2A and 2B show numerical results of mixing behaviors when two fluids enter a T-shaped micromixer under the same characteristic length and flow conditions, respectively, and two fluids in a micromixer according to an embodiment of the present invention. Figures show the results of the numerical analysis on the mixing behavior that occurs when the inflow.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 각각 레이놀드 수 (Reynolds number)가 0.28, 2.8, 및 27.99일 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서의 1차 병합채널의 단면에서 이루어지는 혼합 거동에 대한 수치해석 결과를 나타내는 도면들이다.3A, 3B and 3C illustrate the mixing behavior of cross sections of the first merge channel of the micromixer according to an embodiment of the present invention when the Reynolds number is 0.28, 2.8, and 27.99, respectively. Figures showing the numerical results.

도 4a 내지 도 4k는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서의 제조방법, 특히 사출 성형 등의 대량 생산을 통한 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정 순서도로서, 각 단계에서의 단면도와 평면도를 함께 도시하였다.Figures 4a to 4k is a process flow chart sequentially showing a manufacturing method of a micromixer, in particular, a mass production method such as injection molding according to an embodiment of the present invention, shown in cross-sectional view and a plan view at each step together .

도 5는 분할채널이 3개 이상인 혼합유닛이 연속적으로 배열되어 이루어진 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 믹서를 도시한 부분 평면도이다.5 is a partial plan view showing a micromixer according to another embodiment of the present invention in which mixing units having three or more split channels are continuously arranged.

도 6은 혼합유닛의 기하학적 형상의 변화가 있는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 믹서를 도시한 부분 평면도이다.6 is a partial plan view of a micromixer according to another embodiment of the present invention in which the geometry of the mixing unit is varied.

도 7a는 실제로 제작된 T-형상 마이크로 믹서를 이용하여 수행한 혼합 실험 결과를 나타내는 사진이고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서를 이용하여 수행한 혼합 실험 결과를 나타내는 사진이다.Figure 7a is a photograph showing the results of the mixing experiment performed using the actually manufactured T-shaped micro mixer, Figure 7b is a photograph showing the results of the mixing experiment performed using a micro mixer according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 마이크로 믹서(micromixer) 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 F-자 형상의 혼합 유닛을 연속적으로 배열하여 분할/재결합 및 카오스 이류를 유발함으로써 보다 높은 수준으로 유체의 카오스 혼합(chaotic mixing)을 유도할 수 있는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a micromixer and a method of manufacturing the same, and more particularly, to the chaotic mixing of fluid to a higher level by arranging the F-shaped mixing units continuously to cause splitting / recombination and chaotic advection. The present invention relates to a spiral lamination chaotic micromixer capable of inducing chaotic mixing and a method of manufacturing the same.

현재 분석기술의 소형화에 따라 많은 시료와 시약을 작은 단위로 처리, 분석이 가능한 초소형 장치에 대한 연구 및 개발이 진행되고 있으며, 바이오 칩, 랩온어칩(Lab-on-a-chip) 및 마이크로 통합 분석시스템(Micro-Total-Analysis-System) 등의 기술이 이러한 범주에 속한다. 바이오 칩, 랩온어칩(Lab-on-a-chip) 및 마이크로 통합 분석시스템(Micro-Total-Analysis-System) 등의 초소형 장치는 분석에 필요한 모든 과정들이 하나의 작은 칩 위에서 수행될 수 있도록, 여러 개의 채널이나 미세 구조물들을 포함한다. 이 때 이러한 초소형 장치에서 분석 혹은 (생)화학 반응을 위해 마이크로 채널에 의해 운반되는 시료와 시약 등의 효과적인 혼합은 필수적이라 할 수 있다. With the miniaturization of analytical technology, research and development of micro devices that can process and analyze many samples and reagents in small units are being conducted.Integration of biochips, lab-on-a-chip, and microcomputers Technologies such as an analysis system (Micro-Total-Analysis-System) fall into this category. Micro devices such as biochips, lab-on-a-chip and micro-total-analysis-systems ensure that all the processes required for analysis can be performed on one small chip. It contains several channels or microstructures. At this time, it is essential to effectively mix the sample and reagent carried by the microchannel for the analysis or (bio) chemical reaction in such a micro device.

기존의 대규모 시스템의 경우, 유체 내에서 프로펠러를 돌리거나, 자기 구슬(magnetic bead) 등의 움직이는 파트를 유체 내에 도입할 경우 레이놀드(Reynolds) 수가 충분히 큼으로 난류(turbulent flow)를 유발하는 것이 가능하여, 유체의 혼합을 얻을 수 있었다. 하지만 미세 유체공학 시스템의 경우, 레이놀드 수가 크게 줄어들어 층류(laminar flow) 외에 난류가 형성되지 않으므로, 확산(diffusion)에 의한 혼합 밖에 기대할 수 없게 되어 결과적으로 균일한 유체의 혼합물을 얻기가 힘들어진다. In existing large-scale systems, it is possible to induce turbulent flow with a large enough Reynolds number if the propeller is turned in the fluid or moving parts such as magnetic beads are introduced into the fluid. Thus, a mixture of fluids was obtained. In microfluidic systems, however, the Reynolds number is greatly reduced and turbulent flows are formed in addition to the laminar flow, which can only be expected by mixing by diffusion, resulting in difficulty in obtaining a uniform mixture of fluids.

이에 대규모 시스템의 혼합 성능을 기대하여 마이크로 채널 내부에 움직이는 파트를 도입함으로써 능동 혼합(active mixing) 방법을 통해 혼합 성능의 향상을 가져오기도 하지만, 이 경우 마이크로 채널 내부의 미세 소량 유체의 누출 가능성과 함께 제조가 어려워 제조 원가가 비싸게 되며, 사용, 세척 및 다른 마이크로 장치들과의 통합에 상당한 어려움이 따르게 된다. In this case, the moving parts are introduced inside the micro channel in anticipation of the mixing performance of a large-scale system, and the active mixing method improves the mixing performance. Difficult to manufacture results in expensive manufacturing costs and significant difficulties in use, cleaning and integration with other micro devices.

이와 달리 마이크로 채널 내부에 정적인 여러 미세 구조를 도입함으로써 유체가 섞일 수 있게 유도하는 수동 혼합(passive mixing) 방법도 있다. 이 경우 위의 능동 혼합 방법보다 혼합 성능은 떨어질 수 있으나, 능동 혼합 방법의 많은 문제점들을 해결할 수 있으며 특히 제조 원가가 크게 떨어지고, 다른 마이크로 장치들과의 통합을 용이하게 하는 장점을 가질 수 있다. 이러한 요구에 발맞추어 여러 가지 수동 혼합 방법을 이용한 마이크로 믹서들이 보고되고 있다. 하지만 기존 기술의 수동 혼합 방법들의 경우, 마이크로 채널 내부에 많은 장애물들을 설치하여 큰 압력 손실을 유발하게 되는 단점을 안고 있으며 게다가 점점 복잡한 장애물들을 세우게 되어 제조 공정을 어렵게 만들고 제조 원가를 상승시키는 단점을 가지고 있다. Alternatively, there is a passive mixing method that introduces several static microstructures inside the microchannel to induce fluid mixing. In this case, although the mixing performance may be lower than the active mixing method, many problems of the active mixing method may be solved, and in particular, manufacturing costs may be greatly reduced, and may have advantages of facilitating integration with other micro devices. In response to these needs, micromixers using various manual mixing methods have been reported. However, the passive mixing method of the conventional technology has the disadvantage of causing a large pressure loss by installing a lot of obstacles inside the micro channel, and also has the disadvantage of making the manufacturing process difficult and increasing the manufacturing cost by setting up more and more complicated obstacles. have.

이에 Branebjerg 등은 "Fast mixing by lamination"에서 MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) 공정을 통해 실리콘 기판을 식각하여 마이크로 채널과 함께 마이크로 채널 내부에 "분리 벽"을 도입함으로써 분할 및 재배열을 통해 유체 유동을 적층(lamination)하여 카오스 혼합을 유도하였다. 또한 Schonfeld 등은 "An optimized split-and-recombine micro-mixer with uniform 'chaotic' mixing"에서 분할 및 재배열을 통한 카오스 혼합을 위해서는 채널 내부에 분리 벽이 도입되어야 함을 강조하였으며, 이를 보이기 위해 밀링 공정을 통해 제작된 채널에 레이저로 가공한 스테인리스 스틸 분리 벽을 도입하여 카오스 혼합을 이루어낸 바 있다. Branebjerg et al. Etched a silicon substrate through a micro-electro-mechanical systems (MEMS) process in "fast mixing by lamination," and introduced a "separation wall" inside the microchannel along with the microchannel. The flow was laminated to induce chaotic mixing. Schonfeld et al. Also stressed that in an "An optimized split-and-recombine micro-mixer with uniform 'chaotic' mixing", a split wall must be introduced into the channel for chaotic mixing through splitting and rearrangement. Chaotic mixing was achieved by introducing laser-processed stainless steel separation walls into the channel fabricated through the process.

하지만 이렇게 분리 벽을 도입하여 카오스 혼합을 유도하는 마이크로 믹서의 경우, 분리 벽이 충분한 강도를 가지고 있지 못할 경우나 일정량 이상의 유량을 사용할 경우 파손의 위험이 따른다. 또한 "분리 벽"이 마이크로 채널 내부에 삽입되어야 하기 때문에 분리 벽을 독립하여 제작한 후 작은 마이크로 채널에 끼워 넣어야 하는 어려움이 생긴다. 만약 분리 벽을 마이크로 채널과 같이 제작하려면 Branebjerg 등이 사용한 실리콘 기판 식각 공정을 통해야만 하며 이 경우 사출 성형 등의 대량 생산 방법으로는 제작의 한계가 있다. However, in the case of the micromixer which introduces the chaotic mixing by introducing the dividing wall, there is a risk of breakage when the dividing wall does not have sufficient strength or when a certain amount of flow rate is used. In addition, since the "separation wall" has to be inserted into the microchannel, it is difficult to manufacture the separation wall independently and insert it into the small microchannel. If the separation wall is to be manufactured together with the micro channel, it is necessary to use the silicon substrate etching process used by Branebjerg et al. In this case, there are limitations in the mass production method such as injection molding.

또한 Schwesinger 등은 "A modular microfluid system with an integrated micromixer"에서 두 장의 실리콘 기판을 식각하여 각 실리콘 기판 표면에 포크 형상의 혼합 유닛을 식각하여 패터닝하고, 식각된 두 장의 실리콘 기판을 접합하여, 포크 형상의 혼합 유닛을 교대로 배열함으로써, 분할 및 재배열을 통한 혼합을 얻은 바 있다. 하지만 이 경우, 포크 형상의 혼합 유닛이 가지는 형상의 특징에 의해 두 개의 채널로 분할된 두 유체 유동이 가지는 유동 진로 길이가 차이가 나게 되어, 자칫 혼합이 전혀 일어나지 않은 부분(unmixed dead volume)을 생기게 할 수 있는 단점이 있다. In addition, Schwesinger et al., Etching two silicon substrates in an "A modular microfluid system with an integrated micromixer", etching and patterning a fork-shaped mixing unit on each silicon substrate surface, and bonding the two etched silicon substrates to each other. By alternately arranging mixing units of, mixing through division and rearrangement has been obtained. However, in this case, the flow path length of the two fluid flows divided into two channels is different due to the shape of the fork-shaped mixing unit, which results in an unmixed dead volume. There are drawbacks to this.

게다가 위에서 설명한 바와 같이 Schonfeld 등은 마이크로 채널 내부에 분리 벽이 없을 경우 분할 및 재배열을 통한 적층(lamination)이 잘 일어나지 않는다고 발표하였으나, Schwesinger 등의 연구의 경우 실리콘으로 제작된 마이크로 채널들을 사용하여 실험이 이루어졌기 때문에 마이크로 채널 내부에서 일어나는 혼합 양상을 파악할 수 없어, 분할 및 재배열이 잘 일어나고 있는지 파악할 수 없었다. Furthermore, as described above, Schonfeld et al. Reported that lamination through splitting and rearrangement does not occur well when there is no separation wall inside the microchannel. However, in the case of Schwesinger et al., Experiments using microchannels made of silicon are performed. Because of this, it was not possible to grasp the mixing behavior occurring inside the microchannels, and was unable to determine whether partitioning and rearrangement were occurring well.

또한 일반적으로 MEMS 공정을 통해 제작되는 마이크로 채널의 경우 두께가 얇고 너비가 넓어 두께 방향의 분할 및 재배열을 통한 적층 방식이 가장 효과적인 혼합 방법이 되나, Schwesinger 등의 연구의 경우 실리콘 기판의 이방성 식각(anisotropic bulk etching)을 통해 제작된 마이크로 채널의 특징상 채널의 단면이 삼각형이 되어 두께 방향 적층의 효과를 제대로 볼 수 없는 단점이 있었다.In general, the microchannel fabricated by MEMS process is thin and wide, so that the stacking method through division and rearrangement in the thickness direction is the most effective mixing method.However, in the case of Schwesinger et al., Anisotropic etching of silicon substrate ( Due to the characteristics of the microchannel fabricated through anisotropic bulk etching), the cross section of the channel became a triangle, so that the effect of lamination in the thickness direction could not be seen properly.

이에 수동 혼합 방법을 택하면서 분리 벽을 도입하지 않아 사출 성형 등의 대량 생산 방법을 통해 쉽게 제작이 가능하며, 분리 벽 없이도 분할 및 재배열을 통한 적층 방식의 카오스 혼합을 보다 효과적으로 유도할 수 있는 마이크로 믹서의 개발이 요구된다.The manual mixing method does not introduce a separation wall, so it is easy to manufacture through mass production methods such as injection molding, and micros that can effectively induce stacking chaos mixing through division and rearrangement without a separation wall. Development of a mixer is required.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 그 목적은 분리 벽을 도입하지 않아 사출 성형 등의 대량 생산 방법을 통해 쉽게 제작이 가능하며, 채널의 효과적인 디자인을 통해 카오스 이류를 일으켜 분리 벽 없이도 분할 및 재배열을 통한 두께 방향 적층 방식의 카오스 혼합을 보다 효과적으로 유도할 수 있는 마이크로 믹서를 제공하는 것이다. The present invention was devised to solve the above problems, the object of which is that it can be easily produced through mass production methods such as injection molding without introducing a separation wall, and cause chaotic advection through the effective design of the channel The present invention provides a micromixer capable of more effectively inducing chaotic mixing in the thickness direction through splitting and rearranging without a separating wall.

즉 두 가지 카오스 혼합 메커니즘을 효과적으로 결합하여 보다 높은 수준의 새로운 카오스 혼합 메커니즘을 적용한 마이크로 믹서를 제공하는 것을 목적으로 한다.That is, an object of the present invention is to provide a micromixer that effectively combines two chaotic mixing mechanisms and applies a new level of new chaotic mixing mechanism.

아울러 마이크로 믹서의 형태가 간단하여 대량 생산 방식으로 제작이 용이하여 가격 경쟁력이 있으면서, 보다 높은 수준의 카오스 혼합을 얻을 수 있는 마이크로 믹서를 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, it is an object of the present invention to provide a micromixer having a simple form of the micromixer, which is easy to be manufactured in a mass production method, and has a high level of chaos mixing while being competitive in price.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서는, 서로 다른 유체가 각각 주입되는 적어도 한 쌍의 주입구를 구비하며 주입된 유체가 합류되어 지나는 유입채널과, 상기 주입된 유체가 혼합되어 유출되는 유출채널과, 상기 유입채널과 유출채널 사이에서 이들과 연결되면서 연이어 배치되어 상기 주입된 유체를 혼합시키는 제1 혼합유닛과 제2 혼합유닛을 구비하는 혼합부를 포함한다.In order to achieve the above object, a micromixer according to an embodiment of the present invention includes at least one pair of inlets through which different fluids are injected, and an inflow channel through which the injected fluids are joined, and the injected fluid And an outlet channel to be mixed and discharged, and a mixing unit having a first mixing unit and a second mixing unit which are disposed in series and connected to each other between the inflow channel and the outflow channel to mix the injected fluid.

상기 제1 혼합유닛은, 상기 유입채널로부터 분지(分枝)되어 상기 유입채널 진행방향에 대한 제1 측편을 향해 연장되면서 상기 합류된 유체가 재분할되어 지나는 적어도 한 쌍의 1차 분할채널과, 상기 1차 분할채널과 서로 다른 층으로 배치되면서 상기 1차 분할채널의 각 끝단과 연통되어 분할된 유체가 합류되어 지나는 1차 합류채널을 포함한다.The first mixing unit comprises: at least a pair of primary split channels branched from the inlet channel and extending toward the first side with respect to the inflow channel traveling direction, through which the joined fluid is repartitioned; And a primary confluence channel disposed in a different layer from the primary partition channel and in which fluids divided in communication with each end of the primary partition channel join.

상기 제2 혼합유닛은, 상기 1차 합류채널로부터 분지(分枝)되어 상기 제1 측편과 반대방향인 제2 측편을 향해 연장되면서 상기 합류된 유체가 재분할되어 지나는 적어도 한 쌍의 2차 분할채널과, 상기 2차 분할채널과 서로 다른 층으로 배치되면서 상기 2차 분할채널의 각 끝단과 연통되어 분할된 유체가 합류되어 지나는 2차 합류채널을 포함한다.The second mixing unit includes at least one pair of secondary split channels branched from the primary confluence channel and extending toward the second side piece in a direction opposite to the first side piece, through which the joined fluid is subdivided. And a secondary confluence channel disposed in a different layer from the secondary partition channel and in which fluids divided in communication with each end of the secondary partition channel join.

그리고 상기 2차 합류채널은 상기 유출채널로 이어지면서 혼합된 유체를 배출한다. 이 때 제1 혼합유닛과 제2 혼합유닛은 전체적으로 3차원 나선형 유로를 형성하도록 배열되어 상기 주입된 유체를 이를 통하여 이송하며 분할 및 재배열의 카오스 혼합 메커니즘과 카오스 이류의 카오스 혼합 메커니즘을 결합하여 혼합시킨다.The secondary confluence channel then leads to the outlet channel to discharge the mixed fluid. At this time, the first mixing unit and the second mixing unit are arranged to form a three-dimensional spiral flow passage as a whole to transfer the injected fluid therethrough, combining and mixing the chaotic mixing mechanism of the chaotic mixing and the chaotic mixing mechanism of the chaotic advection. .

1차 분할채널과 2차 분할채널은 각각, 상기 유입채널과 나란한 방향으로 이어지는 주채널과, 상기 제1 측편을 향해 상기 주채널의 진행방향에 대하여 실질적으로 직각 방향으로 꺾어져 형성되는 분지채널을 포함한다.The primary split channel and the secondary split channel each include a main channel extending in a direction parallel to the inflow channel, and a branch channel formed to be bent in a direction substantially perpendicular to the direction of travel of the main channel toward the first side. Include.

또한 상기 제1 혼합유닛의 1차 분할채널은 상기 제2 혼합유닛의 2차 분할채널과 서로 다른 층으로 형성되고, 상기 제1 혼합유닛의 1차 합류채널은 상기 제2 혼합유닛의 2차 합류채널과 서로 다른 층으로 형성되며, 상기 제1 혼합유닛의 1차 합류채널은 상기 제2 혼합유닛의 2차 분할채널과 같은 층에 형성될 수 있다.In addition, the primary splitting channel of the first mixing unit is formed in a different layer from the secondary splitting channel of the second mixing unit, and the primary joining channel of the first mixing unit is the secondary confluence of the second mixing unit. The first mixing channel of the first mixing unit may be formed in the same layer as the second division channel of the second mixing unit.

상기 1차 및 2차 분할채널과 상기 1차 및 2차 합류채널은, 상기 각 분할채널을 통하여 분할된 유체가 상기 각 합류채널을 통해 재결합 지점까지 이송되는 동안 각각 실질적으로 동일한 거리만큼 이동하도록 형성되는 것이 바람직하다.The primary and secondary division channels and the primary and secondary confluence channels are each formed to move substantially the same distance while the fluid divided through the respective division channels is transferred through the respective confluence channels to the recombination point. It is preferable to be.

상기 혼합부는 연이어 배치되는 제1 혼합유닛과 제2 혼합유닛이 교번하여 다수 반복되어 구비될 수 있다.The mixing unit may be provided by alternately repeating the first mixing unit and the second mixing unit which are arranged in succession.

한편, 상기 혼합유닛의 합류채널에는 협착부가 형성될 수 있으며, 상기 협착부는 상기 혼합유닛의 합류채널이 상기 분할채널과 만나는 지점에 형성될 수 있고, 상기 합류채널과 만나는 상기 분할채널의 끝단에 협착부가 형성될 수도 있다.Meanwhile, a constriction portion may be formed in the confluence channel of the mixing unit, and the constriction portion may be formed at a point where the confluence channel of the mixing unit meets the split channel, and a constriction portion at an end of the split channel that meets the confluence channel. May be formed.

본 발명에 따른 마이크로 믹서를 제조하는 방법은, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 마이크로 믹서를 제조기 위하여, 상기 제1 혼합유닛 형상 홈을 포함하는 제1 판을 제조하는 단계와, 상기 제2 혼합유닛 형상 홈을 포함하는 제2 판을 제조하는 단계, 및 상기 제1 판과 제2 판을 맞대어 접합하는 단계를 포함한다.The method for manufacturing a micromixer according to the present invention includes the steps of: manufacturing a first plate including the first mixing unit shape groove and manufacturing the second mixing unit shape in order to manufacture a micromixer having the configuration as described above. Manufacturing a second plate comprising a groove, and joining the first plate and the second plate to each other.

상기 제1 판과 제2 판을 맞대어 접합하는 단계는, 열 접합(thermal bonding), 본드물질을 통한 접합, 박판 접합(lamination), 초음파 접합 중에서 선택되는 어느 하나의 공정으로 이루어질 수 있다.The step of bonding the first plate and the second plate to each other may be performed by any one process selected from thermal bonding, bonding through a bond material, lamination, and ultrasonic bonding.

상기 각 판을 제조하는 단계는, 상기 혼합유닛 형상의 금형 인서트를 형성하는 과정과, 상기 금형 인서트에 폴리머를 몰딩하는 과정, 및 상기 몰딩한 폴리머를 취출하는 과정을 포함한다.The manufacturing of each plate includes forming a mold insert having a shape of the mixing unit, molding a polymer on the mold insert, and taking out the molded polymer.

이 때, 상기 금형 인서트를 형성하는 과정은, 기판에 감광재를 도포하여 혼합유닛 공간을 사진 식각 공정을 통해 형성하고, 상기 기판상의 혼합유닛 공간에 금속을 형성한 다음, 상기 기판으로부터 감광재를 제거하여 금형 인서트를 형성할 수 있으며, 전기도금(electroplating) 또는 전주(electroforming) 공정을 거쳐 상기 혼합유닛 공간에 금속을 형성할 수 있다.At this time, the process of forming the mold insert, the photosensitive material is applied to the substrate to form a mixing unit space through a photolithography process, a metal is formed in the mixing unit space on the substrate, and then the photosensitive material is removed from the substrate. The mold insert may be removed to form a metal insert, and a metal may be formed in the mixing unit space through an electroplating or electroforming process.

한편, 상기 폴리머를 몰딩하는 과정은, 사출 성형, 핫 엠보싱(hot embossing), UV-몰딩, 주조 중에서 선택되는 어느 하나의 공정으로 이루어질 수 있으며, 상기 폴리머는 COC (cyclic olefin copolymer), PMMA (polymethylmethacrylate), PS (polystyrene), PC (polycarbonate), PDMS (polydimethylsiloxane), Teflon (Polytetrafluoroethylene), PVC (polyvinylchloride) 등의 (열)가소성 혹은 (열 또는 UV)경화성 폴리머 수지를 포함하여 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나가 사용될 수 있다.Meanwhile, the process of molding the polymer may be performed by any one process selected from injection molding, hot embossing, UV-molding, and casting, and the polymer may be a cyclic olefin copolymer (COC) or polymethylmethacrylate (PMMA). ), PS (polystyrene), PC (polycarbonate), PDMS (polydimethylsiloxane), Teflon (Polytetrafluoroethylene), PVC (polyvinylchloride), such as a (thermo) plastic or (thermal or UV) curable polymer resin selected from the group consisting of One can be used.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the embodiments of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known technologies or configurations may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in an embodiment of the present invention, which may vary according to intention or custom of a user or an operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.

본 발명에서 제시된 마이크로 믹서의 이론적 근거 및 수치해석 결과와 이에 근거하여 제작된 마이크로 믹서를 통해 구현된 카오스 혼합에 대해 설명하고자 한다. The theoretical basis and numerical results of the micromixer presented in the present invention and chaotic mixing implemented through the micromixer manufactured based on the present invention will be described.

우선 도 1a 및 도 1b를 통해 본 발명에서 제안된 마이크로 믹서의 구조와 혼합의 기본 개념을 설명한다. 도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서의 개념을 설명하기 위해 도시한 사시도이고, 도 1b는 도 1a에 표시된 위치에서 일어나는 단면에서의 혼합 거동을 나타내는 모식도이다.First, the basic concept of the structure and mixing of the micromixer proposed in the present invention will be described with reference to FIGS. 1A and 1B. FIG. 1A is a perspective view illustrating the concept of a micro mixer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a schematic diagram showing mixing behavior in a cross section occurring at a position indicated in FIG. 1A.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서(10)는 서로 다른 유체가 유입되는 한 쌍의 주입구(12a, 12b)를 구비하며 주입된 유체가 합류되어 지나는 유입채널(12)과, 주입된 유체가 혼합되어 유출되는 유출채널(13), 및 유입채널(12)과 유출채널(13) 사이에 형성되어 이들을 연결하면서 상기 주입된 유체를 혼합시키는 혼합부(15)로 구성된다. 상기 혼합부(15)는 연이어 배치되는 제1 혼합유닛(20)과 제2 혼합유닛(30)을 포함한다.The micro mixer 10 according to an embodiment of the present invention includes a pair of inlets 12a and 12b through which different fluids are introduced, and an inlet channel 12 through which the injected fluids are joined and the injected fluid Outlet channel 13 is mixed and discharged, and the mixing section 15 is formed between the inlet channel 12 and the outlet channel 13 to connect the injected fluid while connecting them. The mixing unit 15 includes a first mixing unit 20 and a second mixing unit 30 which are arranged successively.

제1 혼합유닛(20)은, 상기 유입채널(12)로부터 분지(分枝)되는 한 쌍의 1차 분할채널(210, 220)과, 이 1차 분할채널(210, 220)의 각 끝단과 연통되는 1차 합류채널(230)을 포함한다. 1차 분할채널(210, 220)은 상기 유입채널(12) 진행방향에 대한 제1 측편을 향해 연장되면서 상기 유입채널(12)에서 합류된 유체가 재분할되어 지나게 된다. 1차 합류채널(230)은 상기 1차 분할채널(210, 220)과는 서로 다른 층으로 배치되면서 상기 1차 분할채널(210, 220)에서 분할된 유체가 합류되어 지나게 된다.The first mixing unit 20 includes a pair of primary split channels 210 and 220 branched from the inflow channel 12, and ends of the primary split channels 210 and 220; It includes a primary joining channel 230 in communication. The primary split channels 210 and 220 extend toward the first side with respect to the flow direction of the inflow channel 12, and the fluid joined in the inflow channel 12 passes through the repartition. The first confluence channel 230 is disposed in a different layer from the first division channels 210 and 220, and the fluid divided in the first division channels 210 and 220 joins and passes.

제2 혼합유닛(30)은, 상기 1차 합류채널(230)로부터 분지(分枝)되는 한 쌍의 2차 분할채널(310, 320)과, 이 2차 분할채널(310, 320)의 각 끝단과 연통되는 2차 합류채널(330)을 포함한다. 2차 분할채널(310, 320)은 상기 제1 측편과는 반대방향인 제2 측편을 향해 연장되면서 상기 1차 합류채널(230)에서 합류된 유체가 재분할되어 지나게 된다. 2차 합류채널(330)은 상기 2차 분할채널(310, 320)과는 서로 다른 층으로 배치되면서 상기 2차 분할채널(310, 320)에서 분할된 유체가 합류되어 지나게 된다.The second mixing unit 30 includes a pair of secondary split channels 310 and 320 branched from the primary confluence channel 230 and each of the secondary split channels 310 and 320. And a secondary confluence channel 330 in communication with the end. The secondary split channels 310 and 320 extend toward the second side opposite to the first side, and the fluid joined in the primary confluence channel 230 is re-divided. The secondary confluence channel 330 is disposed in a different layer from the secondary partition channels 310 and 320, and the fluid divided in the secondary partition channels 310 and 320 joins and passes.

본 실시예에서 1차 분할채널(210, 220)은 상기 유입채널(12)의 진행방향에 대하여 좌측편을 향하도록 형성되고 있으며, 2차 분할채널(310, 320)은 상기 유입채널(12)의 진행방향에 대하여 우측편을 향하도록 형성되고 있다. 이 때, 상기 1차 분할채널(210, 220)은 상기 유입채널(12)의 진행방향에 대하여 실질적으로 직각인 방향으로 꺾여져 형성되며, 2차 분할채널(310, 320) 또한 상기 유입채널(12)의 진행방향에 대하여 실질적으로 직각인 방향으로 꺾여져 형성된다. 그러나 본 발명은 이에 국한되지 않으며, 상기 1차 분할채널(210, 220)이 우측편을 향하고, 2차 분할채널(310, 320)이 좌측편을 향하도록 형성되는 것도 가능하다.In the present exemplary embodiment, the primary divided channels 210 and 220 are formed to face the left side with respect to the advancing direction of the inflow channel 12, and the secondary divided channels 310 and 320 are the inflow channel 12. It is formed to face the right side with respect to the traveling direction of. At this time, the primary divided channels 210 and 220 are bent in a direction substantially perpendicular to the traveling direction of the inflow channel 12, and the secondary divided channels 310 and 320 are also formed in the inflow channel ( It is formed by bending in a direction substantially perpendicular to the traveling direction of 12). However, the present invention is not limited thereto, and the primary split channels 210 and 220 may face the right side, and the secondary split channels 310 and 320 may face the left side.

1차 분할채널(210, 220)은 상기 유입채널(12)과 나란한 방향으로 이어지는 주채널과, 상기 제1 측편을 향해 상기 주채널의 진행방향에 대하여 실질적으로 직각 방향으로 꺾어져 형성되는 분지채널로 구분할 수 있다. 한 쌍의 분지채널을 구비함으로써 본 실시예의 분할채널은 F-자 형상을 갖게 된다. 분할채널의 개수가 늘어나는 경우에 상기 주채널은 길이가 더 길어지고 분지채널은 개수가 더 늘어난다. 마찬가지로 2차 분할채널(310, 320)도 상기 유입채널(12)과 나란한 방향으로 이어 지는 주채널과, 상기 제2 측편을 향해 상기 주채널의 진행방향에 대하여 실질적으로 직각 방향으로 꺾어져 형성되는 분지채널로 구분할 수 있다.The primary splitting channels 210 and 220 are main channels extending in parallel with the inflow channel 12 and branch channels formed to be bent in a direction substantially perpendicular to the traveling direction of the main channel toward the first side. Can be divided into By providing a pair of branching channels, the splitting channel of this embodiment has an F-shape. When the number of split channels increases, the main channel has a longer length, and the number of branch channels increases. Similarly, the secondary divided channels 310 and 320 are also formed to be bent in a direction substantially perpendicular to the direction in which the main channel continues in parallel with the inflow channel 12 and the main channel toward the second side. It can be divided into branch channels.

상기 혼합부(15)는 연이어 배치되는 제1 혼합유닛(20)과 제2 혼합유닛(30)의 구조가 교번하여 다수 반복되어 구비될 수 있다. 도 1a에서 보는 바와 같이, 본 실시예에서는 유출채널(13)에 이르기까지 제1 혼합유닛(20)과 제2 혼합유닛(30)의 구조가 2번씩 반복되어 형성되고 있다. 이 때, 최종 합류채널(510)은 유출채널(13)과 연결되면서 균질하게 혼합된 유체를 유출하게 된다.The mixing unit 15 may be provided with a plurality of repeated alternating structures of the first mixing unit 20 and the second mixing unit 30 arranged in succession. As shown in Figure 1a, in this embodiment, the structure of the first mixing unit 20 and the second mixing unit 30 is repeated twice until the outflow channel (13). At this time, the final confluence channel 510 is connected to the outlet channel 13 to flow out the homogeneously mixed fluid.

한편, 연이어 배치되는 혼합유닛에서 분할채널과 합류채널은 층을 서로 바꾸어가며 형성된다. 즉 제1 혼합유닛(20)의 1차 분할채널(210, 220)은 제2 혼합유닛(30)의 2차 분할채널(310, 320)과 서로 다른 층으로 형성되고, 제1 혼합유닛(20)의 1차 합류채널(230)은 제2 혼합유닛(30)의 2차 합류채널(330)과 서로 다른 층으로 형성된다. 그리고 상기 1차 합류채널(230)은 2차 분할채널(310, 320)과 같은 층에 형성되며 서로 연결되고, 다시 상기 2차 합류채널(330)은 상기 1차 분할채널(210, 220)과 같은 층에 형성된다. 이와 같이 구비되는 제1 혼합유닛(20)과 제2 혼합유닛(30)에 의하여 3차원 나선형 유로를 형성하게 되며, 주입된 서로 다른 유체는 이를 통하여 이송되면서 분할 및 재배열의 카오스 혼합 메커니즘과 카오스 이류(chaotic advection)의 카오스 혼합 메커니즘이 결합되어 균질하게 혼합될 수 있다.On the other hand, in the mixing unit arranged in succession, the split channel and the confluence channel are formed by changing the layers. That is, the primary splitting channels 210 and 220 of the first mixing unit 20 are formed in different layers from the secondary splitting channels 310 and 320 of the second mixing unit 30 and the first mixing unit 20. The primary confluence channel 230 of) is formed in a different layer from the secondary confluence channel 330 of the second mixing unit 30. The first confluence channel 230 is formed on the same layer as the second division channels 310 and 320 and connected to each other, and the second confluence channel 330 is connected to the first division channels 210 and 220. Is formed on the same layer. The three-dimensional spiral flow path is formed by the first mixing unit 20 and the second mixing unit 30 provided as described above, and the injected different fluids are transferred through the chaotic mixing mechanism and the chaotic advection of splitting and rearranging. The chaotic mixing mechanism of the chaotic advection can be combined and mixed homogeneously.

이 때, 상기 1차, 2차 분할채널(210, 220, 310, 320)과 1차, 2차 합류채널(230, 330)은, 각 분할채널을 통하여 분할된 유체가 상기 각 합류채널을 통해 재결합 지점까지 이송되는 동안 각각 실질적으로 동일한 거리만큼 이동하도록 형성된 다.At this time, the primary, secondary split channels (210, 220, 310, 320) and the primary, secondary confluence channels (230, 330), the fluid divided through the respective divided channels through the respective confluence channels Each of them is formed to travel substantially the same distance during transport to the recombination point.

그리고 상기 1차 합류채널(230)과 이로부터 분지되는 2차 분할채널(310, 320)의 시점에는 확장부(312)를 형성하여 유체의 유동을 원활하게 할 수 있다.In addition, the expansion part 312 may be formed at the time points of the primary confluence channel 230 and the secondary division channels 310 and 320 branched therefrom to facilitate fluid flow.

이상과 같은 마이크로 채널 내부의 유체들의 유동 구동을 위해서 마이크로 채널 재료의 선택을 통해 압력을 이용한 압력 구동 유동 또는 전기장을 통한 전기 삼투 유동 등 어떠한 유체 유동 구동원도 적용 가능하다.Any fluid flow drive source, such as pressure driven flow using pressure or electric osmotic flow through an electric field, may be applied through the selection of the microchannel material for the flow drive of the fluids inside the microchannel as described above.

이하에서는 도 1b를 참조하여 주입된 유체가 분할되는 과정을 설명한다.Hereinafter, a process of dividing the injected fluid will be described with reference to FIG. 1B.

한 쌍의 주입구(12a, 12b)를 통해 주입되어 유입채널(12)에서 합류된 유체 유동은 제1 혼합유닛(20)을 만나게 될 경우 1차 분할채널(210, 220)을 통해 두 유동으로 분할되며, 1차 합류채널(230)에서 다시 결합한다. 즉 주입구(12a, 12b)를 통해 각각 주입된 제1 유체(17)와 제2 유체(18)는 도 1a의 A구간에서 도 1b의 A와 같이 만나게 되며, 1차 분할채널(210, 220)에서 분할되어 각각 도 1b의 B, C와 같이 분할된다. 분할된 두 유체(17, 18)는 1차 합류채널(230)에서 본 실시예에 따른 제1 혼합유닛(20)의 배열 방식 때문에 두께 방향으로 결합하게 되어 재결합 양상은 도 1b의 D와 같은 적층이 이루어진다. 이러한 혼합 메커니즘에 의해 도 1a의 D, G, J, K에서 두께 방향의 적층이 이루어져 유체의 경계 면을 기하급수적으로 늘려 카오스 혼합을 유도하게 된다. The fluid flow injected through the pair of inlets 12a and 12b and joined in the inflow channel 12 is divided into two flows through the primary split channels 210 and 220 when it meets the first mixing unit 20. The first joining channel 230 is combined again. That is, the first fluid 17 and the second fluid 18 injected through the injection holes 12a and 12b respectively meet as A of FIG. 1B in the section A of FIG. 1A, and the primary split channels 210 and 220. Are divided as shown in B and C of FIG. The divided two fluids 17 and 18 are combined in the thickness direction due to the arrangement of the first mixing unit 20 according to the present embodiment in the primary confluence channel 230. This is done. By the mixing mechanism, lamination in the thickness direction is performed in D, G, J, and K of FIG. 1A to exponentially increase the interface of the fluid to induce chaotic mixing.

이 때, Schonfeld 등의 연구에서 보여지듯이 재결합 구간에서 분리 벽이 존재하지 않을 경우 도 1b의 이상적인 적층은 기대하기 어렵지만, 본 실시예에 따른 마이크로 믹서(10)는 전체적인 마이크로 채널의 유동 진로가 3차원 나선형 형상(3- dimensional serpentine)을 띄고 있기 때문에, 유체 유동이 마이크로 믹서(10)의 유출채널(13) 방향으로 진행할 때 카오스 이류(chaotic advection)를 유도하게 되어 각 합류채널(230, 330)에서 회전 운동량을 야기하게 되며, 결과적으로 도 1b에서 보인 이상적인 적층을 이루어 낼 수 있게 된다.At this time, as shown in the Schonfeld et al. Studies, if there is no separation wall in the recombination section, the ideal stacking of FIG. 1B is difficult to expect, but the micromixer 10 according to the present embodiment has a three-dimensional flow path of the entire microchannel. Since it has a three-dimensional serpentine, when the fluid flow proceeds toward the outlet channel 13 of the micromixer 10, chaotic advection is induced in each of the confluence channels 230 and 330. This results in rotational momentum, resulting in the ideal stacking shown in FIG.

따라서 본 실시예에 따른 마이크로 믹서(10)는 분리 벽이 없이도 이상적인 적층을 유도하게 되어, 두 유체간의 경계 면을 기하 급수적으로 늘려 보다 효과적인 카오스 혼합을 야기하게 된다. 특히 분리 벽이 존재하지 않아 사출 성형 등의 대량 생산 방법을 통해 저렴한 가격에 제조가 가능해지는 장점을 가지고 있다. 또한 일반적인 MEMS 공정을 통해 제작되는 일반적인 사각 단면을 가지는 마이크로 채널들이 가지는 특징인, 채널의 너비가 두께보다 상당히 큰 형상에 대해, 본 실시예에 따른 마이크로 믹서(10)는 얇은 방향인 두께 방향으로 적층을 유도하여 유체의 확산 길이를 보다 효과적으로 줄이는 큰 장점을 가진다. 마지막으로 본 실시예에 따른 마이크로 믹서(10)의 연속적으로 배열된 제1, 제2 혼합유닛(20, 30)은 유입되어 분할된 유동의 유동 진로 길이를 동일하게 하여 혼합이 전혀 일어나지 않는 부분을 없앨 수 있는 장점 또한 가지고 있다. Therefore, the micromixer 10 according to the present embodiment induces an ideal lamination even without a separation wall, thereby increasing the interface between the two fluids exponentially, leading to more effective chaos mixing. In particular, since there is no separation wall, it can be manufactured at a low price through a mass production method such as injection molding. In addition, the micro mixer 10 according to the present embodiment is laminated in a thin direction in a thickness direction for a shape in which the width of the channel is considerably larger than the thickness, which is characteristic of micro channels having a general rectangular cross section manufactured through a general MEMS process. This has the great advantage of reducing the diffusion length of the fluid more effectively. Finally, the continuously arranged first and second mixing units 20 and 30 of the micro mixer 10 according to the present embodiment have the same flow path lengths of the flows flowed in and divided so that the mixing does not occur at all. It also has the advantage of being eliminated.

다음으로, 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 마이크로 믹서(10)의 효과적인 카오스 혼합을 증명하기 위하여 수행된 CFD (Computational Fluid Dynamics) 수치해석 결과를 설명한다.Next, with reference to FIG. 2, the results of numerical computation of CFD (Computational Fluid Dynamics) performed to prove effective chaotic mixing of the micromixer 10 according to the present invention.

도 2a에서 보여지듯이, T-형상의 마이크로 믹서(40)의 두 주입구(41, 42)로 제1 유체(45)와 제2 유체(46)가 유입될 경우 T-자 합류점(T-junction)(48)에서 두 유체(45, 46)가 만나 경계면, 즉 혼합 구간(49)이 형성되는 것을 확인할 수 있으며, T-형상의 마이크로 믹서(40)의 출구(43)에서 알 수 있듯이 혼합이 거의 전무한 상태로 빠져 나오는 것을 볼 수 있다. As shown in FIG. 2A, the T-junction point occurs when the first fluid 45 and the second fluid 46 flow into the two inlets 41 and 42 of the T-shaped micro mixer 40. It can be seen from (48) that the two fluids 45, 46 meet and form an interface, i.e., a mixing section 49, and the mixing is almost as shown at the outlet 43 of the T-shaped micromixer 40. You can see it coming out in its complete state.

하지만 도 2b에서 동일한 조건에서 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서(50)에 대해 수행된 CFD 수치해석 결과에서 보여지듯이, 마이크로 믹서(50)의 주입구(51, 52)를 통해 유입된 제1 유체(45)와 제2 유체(46)는 T-자 합류점(48)에서 두 유체간의 경계면, 즉 혼합 구간(49)이 형성되어 채널 하류로 갈수록 빠른 속도로 혼합되어 출구(53)에서는 거의 대부분이 혼합된 것을 볼 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 마이크로 믹서(50)를 이용하면 도 2a와 같이 마이크로 채널 내부에서 얻기 힘든 혼합을 효과적인 카오스 혼합을 통해 얻을 수 있음을 알 수 있다. However, as shown in the CFD numerical analysis results performed on the micromixer 50 according to the embodiment of the present invention under the same conditions in FIG. 2B, the first inflows through the inlets 51 and 52 of the micromixer 50 are shown. The fluid 45 and the second fluid 46 form an interface between the two fluids at the T-shaped confluence point 48, that is, a mixing section 49, so that they are mixed at a higher rate toward the downstream of the channel, which is almost always at the outlet 53. You can see this mixed. Therefore, when using the micro mixer 50 according to the present embodiment, it can be seen that effective chaotic mixing can be obtained in the microchannel as shown in FIG. 2A.

도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서의 3차원 나선형 구조적 형상에 따라 유발되는 카오스 이류가 이상적인 유체 유동의 적층에 긍정적인 효과를 주고 있음을 설명한다. Referring to Figure 3 it will be described that the chaotic advection caused by the three-dimensional spiral structural shape of the micromixer according to an embodiment of the present invention has a positive effect on the stacking of the ideal fluid flow.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 각각 레이놀드 수 (Reynolds number)가 0.28, 2.8, 및 27.99일 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서의 1차 합류채널의 단면에서 이루어지는 혼합 거동에 대한 수치해석 결과를 나타내는 도면들이다.3A, 3B and 3C show the mixing behavior of the cross section of the first confluence channel of the micromixer according to an embodiment of the present invention when the Reynolds number is 0.28, 2.8 and 27.99, respectively. Figures showing the numerical results.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서(50)의 주입구(51, 52)를 통해 유입된 제1 유체(45)와 제2 유체(46)가 마이크로 믹서(50)의 하류 방향으로 흘러갈 때, 1차 합류채널(55)의 단면에서의 혼합 거동을 파악하게 되면, F-자 형상의 분할채널을 갖는 혼합유닛이 연속적으로 배열된 마이크로 믹서(50)의 "주기성"에 의해 2차, 3차, … 합류채널에서의 혼합 양상을 예측하는 것이 가능하다. When the first fluid 45 and the second fluid 46 introduced through the inlets 51 and 52 of the micromixer 50 according to an embodiment of the present invention flows in the downstream direction of the micromixer 50. When the mixing behavior in the cross-section of the primary confluence channel 55 is grasped, the second, third, and third portions may be changed by the "periodicity" of the micromixer 50 in which the mixing units having the F-shaped split channel are continuously arranged. Car,… It is possible to predict the mixing behavior in the confluence channel.

도 3a에서 보여지듯이 레이놀드수가 작을 경우, 관성력의 영향을 받는 카오스 이류의 회전 운동량이 작게 되고, 분할 및 재결합의 혼합 메커니즘만이 주요하게 작용하게 되어 이상적인 적층은 이루어지지 않는 것을 알 수 있다. 하지만 레이놀드 수가 증가할수록 도 3b 및 도 3c에서 보여지는 바와 같이 카오스 이류의 회전 운동량이 주요해지면서 분할 및 재배열의 카오스 혼합 메커니즘과 결합되어 분리 벽 없이도 이상적인 적층에 다가가는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 3A, when the Reynolds number is small, it can be seen that the rotational momentum of the chaotic advection affected by the inertia force becomes small, and only the mixing mechanism of the splitting and recombination plays a major role and thus the ideal lamination is not achieved. However, as the Reynolds number increases, as shown in Figs. 3b and 3c, the rotational momentum of the chaotic advection becomes important, which is combined with the chaotic mixing mechanism of splitting and rearranging, thereby achieving an ideal stack without a separating wall.

즉 본 실시예에 따른 마이크로 믹서(50) 내부에서는 레이놀드 수가 작은 구간에서는 분할 및 재배열의 카오스 혼합 메커니즘이 주요한 역할을 하지만, 레이놀드 수가 커질수록 분할 및 재배열의 카오스 혼합 메커니즘에 카오스 이류의 혼합 메커니즘이 더하여져 보다 높은 수준의 카오스 혼합이 야기된다.In other words, in the micro mixer 50 according to the present embodiment, the chaotic mixing mechanism of splitting and rearranging plays a major role in the low Reynolds section, but the chaotic mixing mechanism of the chaotic mixing mechanism of splitting and rearranging increases as the Reynolds number increases. This adds up to a higher level of chaos mixing.

한편, 도 4a 내지 도 4k는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서의 제조방법, 특히 사출 성형 등의 대량 생산을 통한 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정 순서도로서, 각 단계에서의 단면도와 평면도를 함께 도시하였다.On the other hand, Figures 4a to 4k is a process flow chart sequentially showing a method of manufacturing a micromixer, in particular, a mass production method such as injection molding according to an embodiment of the present invention, with a cross-sectional view and a plan view at each step Shown.

먼저, 도 4a 내지 도 4e는 본 실시예에 따른 마이크로 믹서의 상판 제조 과정을 순차적으로 보여준다. First, FIGS. 4A to 4E sequentially illustrate a top plate manufacturing process of the micromixer according to the present embodiment.

우선 기판(60), 예를 들어, 니켈 금속 기판을 표면 세척 공정을 통해 세척한 후, 도 4a와 같이 감광재(62), 일례로 SU-8 등을 도포하여 마이크로 채널 및 F-자 형상 혼합유닛 공간(63)을 일반적인 자외선 사진 식각 공정 등을 통해 형성한다. First, the substrate 60, for example, a nickel metal substrate is washed through a surface cleaning process, and then a photosensitive material 62, for example, SU-8, is applied as shown in FIG. 4A to mix the microchannel and the F-shaped mixture. The unit space 63 is formed through a general ultraviolet photolithography process or the like.

다음으로, 도 4b와 같이 전기 도금(electroplating) 혹은 전주(electroforming) 등의 과정을 통해 기판에 마이크로 채널 및 F-자 형상 혼합유닛 공간(63)에 니켈, 구리 등의 금속(65)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 4B, metals 65 such as nickel and copper are formed in the microchannel and F-shaped mixing unit space 63 on the substrate through electroplating or electroforming. .

다음으로, 도 4c와 같이 형성되어 있는 SU-8 등의 감광재(62)를 식각 등의 공정을 통해 없애면, 본 실시예에 따른 마이크로 믹서의 상판 제조를 위한 금형 인서트(66)를 형성할 수 있다. Next, if the photosensitive material 62 such as SU-8 formed as shown in FIG. 4C is removed through an etching process, a mold insert 66 for manufacturing a top plate of the micromixer according to the present embodiment may be formed. have.

이제 도 4d와 같이 사출 성형, 핫 엠보싱(hot embossing), UV-몰딩, 주조 등의 대량 생산 방법을 통해 폴리머(67)를 몰딩한다. 이 때, 폴리머(67)는 (열)가소성 또는 (열, UV)경화성 폴리머 수지가 적용될 수 있으며, 일례로 COC (cyclic olefin copolymer), PMMA (polymethylmethacrylate), PS (polystyrene), PC (polycarbonate), PDMS (polydimethylsiloxane), Teflon (Polytetrafluoroethylene), PVC (polyvinylchloride) 등의 폴리머(67)를 몰딩할 수 있다. The polymer 67 is now molded via mass production methods such as injection molding, hot embossing, UV-molding, casting, as shown in FIG. 4D. In this case, the polymer 67 may be a (thermo) plastic or (thermal, UV) curable polymer resin, for example, a cyclic olefin copolymer (COC), PMMA (polymethylmethacrylate), PS (polystyrene), PC (polycarbonate), Polymer 67 such as polydimethylsiloxane (PDMS), polytetrafluoroethylene (Teflon), and polyvinylchloride (PVC) may be molded.

이제 몰딩한 폴리머(67)를 취출하면, 도 4e에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 마이크로 믹서의 상판(68)을 얻을 수 있다. Now, when the molded polymer 67 is taken out, as shown in Fig. 4E, the top plate 68 of the micromixer according to the present embodiment can be obtained.

도 4f 내지 도 4j는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서의 하판 제조 과정을 순차적으로 보여준다. 4F to 4J sequentially illustrate a lower plate manufacturing process of the micromixer according to the exemplary embodiment of the present invention.

우선 기판(70), 예를 들어, 니켈 금속 기판을 표면 세척 공정을 통해 세척한 후, 도 4f와 같이 SU-8 등의 감광재(72)를 도포하여 마이크로 채널 및 F-자 형상 혼합유닛 공간(73)을 일반적인 자외선 사진 식각 공정 등을 통해 형성한다. First, the substrate 70, for example, a nickel metal substrate, is washed through a surface cleaning process, and then a photosensitive material 72 such as SU-8 is applied to the microchannel and F-shaped mixing unit space as shown in FIG. 4F. 73 is formed by a general ultraviolet photolithography process or the like.

다음으로, 도 4g와 같이 전기 도금(electroplating) 혹은 전주(electroforming) 등의 과정을 통해 기판에 마이크로 채널 및 F-자 형상 혼합유닛 공간(73)에 니켈, 구리 등의 금속(75)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 4G, metals 75 such as nickel and copper are formed in the microchannel and F-shaped mixing unit space 73 on the substrate through a process such as electroplating or electroforming. .

다음으로, 도 4h와 같이 형성되어 있는 SU-8 등의 감광재(72)를 식각 등의 공정을 통해 없애면, 본 실시예에 따른 마이크로 믹서의 하판 제조를 위한 금형 인서트(77)를 형성할 수 있다. Next, if the photosensitive material 72 such as SU-8 formed as shown in Figure 4h is removed through a process such as etching, the mold insert 77 for manufacturing the lower plate of the micromixer according to the present embodiment can be formed. have.

이제 도 4i와 같이 사출 성형, 핫 엠보싱(hot embossing), UV-몰딩, 주조 등의 대량 생산 방법을 통해 폴리머(77)를 몰딩한다. 이 때, 폴리머(77)는 (열)가소성 또는 (열, UV)경화성 폴리머 수지가 적용될 수 있으며, 일례로 COC (cyclic olefin copolymer), PMMA (polymethylmethacrylate), PS (polystyrene), PC (polycarbonate), PDMS (polydimethylsiloxane), Teflon (Polytetrafluoroethylene), PVC (polyvinylchloride) 등의 폴리머(77)를 몰딩할 수 있다. The polymer 77 is now molded through mass production methods such as injection molding, hot embossing, UV-molding, casting, as shown in FIG. 4I. At this time, the polymer 77 may be a (thermo) plastic or (thermal, UV) curable polymer resin, for example, COC (cyclic olefin copolymer), PMMA (polymethylmethacrylate), PS (polystyrene), PC (polycarbonate), Polymer 77 such as polydimethylsiloxane (PDMS), polytetrafluoroethylene (Teflon), and polyvinylchloride (PVC) may be molded.

이제 몰딩한 폴리머(77)를 취출하면, 도 4j에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 마이크로 믹서의 하판(78)을 얻을 수 있다. Now, when the molded polymer 77 is taken out, as shown in Fig. 4J, the bottom plate 78 of the micromixer according to the present embodiment can be obtained.

마지막으로 도 4k와 같이 열 접합(thermal bonding), 본드 물질을 통한 접합, 박판 접합(lamination), 초음파 접합 등의 접합 방법 등을 통해 본 실시예에 따른 마이크로 믹서의 제조를 위한 상판(68)과 하판(78)을 접합하면 마이크로 믹서(80)를 제작할 수 있다. Finally, as shown in FIG. 4K, the upper plate 68 for manufacturing the micromixer according to the present embodiment is performed through a bonding method such as thermal bonding, bonding through a bond material, lamination, ultrasonic bonding, and the like. When the lower board 78 is bonded, the micro mixer 80 can be manufactured.

즉, 도 4c와 도 4h에 도시된 과정을 통해 본 실시예에 따른 마이크로 믹서(80)의 제조를 위한 금형 인서트(66, 76)를 제작할 수 있으며, 도 4e와 도 4j에 도시된 과정을 통해 본 실시예에 다른 마이크로 믹서(80)의 제조를 위한 상판(68)과 하판(78)을 제작할 수 있다. 마지막으로 도 4k에 도시된 바와 같이 상판(68)과 하판(78)의 접합을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 믹서(80)를 제작할 수 있다.That is, the mold inserts 66 and 76 for manufacturing the micromixer 80 according to the present embodiment may be manufactured through the processes illustrated in FIGS. 4C and 4H, and the processes illustrated in FIGS. 4E and 4J may be manufactured. In the present embodiment, the upper plate 68 and the lower plate 78 for manufacturing the micro mixer 80 may be manufactured. Finally, as shown in FIG. 4K, a micro mixer 80 according to an embodiment of the present invention may be manufactured by bonding the upper plate 68 and the lower plate 78.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 믹서는 밀링 등의 정밀 성형 공정을 통해 폴리머에 직접 형성하는 것도 가능하다. 또한 몰딩 기법을 이용하지 않고 감광재를 이용하여 마이크로 믹서의 마이크로 채널 및 F-자 형상의 분할채널을 갖는 혼합유닛을 패터닝하여 제작하는 것도 가능하며, 혹은 실리콘 등의 기판을 직접 식각하여 제작하는 것도 가능하다. 마지막으로 감광재를 기판 위에 패터닝하여 패터닝된 감광재를 직접 금형 인서트로 사용하는 것도 가능하다.On the other hand, the micromixer according to the embodiment of the present invention may be formed directly on the polymer through a precision molding process such as milling. It is also possible to fabricate a mixing unit having a microchannel and an F-shaped split channel of a micro mixer by using a photosensitive material without using a molding technique, or to directly fabricate a substrate such as silicon by etching. It is possible. Finally, it is also possible to use the patterned photosensitive material directly as a mold insert by patterning the photosensitive material on a substrate.

본 실시예에 따르면, 분할채널이 3개 이상인 상판 혼합유닛(111)과 하판 혼합유닛(112)을 연속적으로 배열하여, 분할채널이 3개 이상인 혼합유닛이 연속적으로 배열되어 이루어진 마이크로 믹서(110)를 제조할 수 있다According to the present embodiment, the micro-mixer 110 is formed by continuously arranging the upper mixing unit 111 and the lower mixing unit 112 having three or more split channels, and the mixing unit having three or more split channels is continuously arranged. Can be manufactured

도 6은 혼합 유닛의 기하학적 형상의 변화가 있는 본 발명의 또 다른 실시예 에 따른 마이크로 믹서를 도시한 부분 평면도이다.6 is a partial plan view of a micromixer according to another embodiment of the invention in which the geometry of the mixing unit is varied.

도 6에서 보는 바와 같이, 재배열 구간의 채널 형상을 적절히 조절하여 기하학적으로 변형된 상판 혼합유닛(121)과 하판 혼합유닛(122)을 연속적으로 배열하여 보다 이상적인 적층을 유도할 수 있는 마이크로 믹서(120)를 제조할 수 있다.As shown in Figure 6, by adjusting the channel shape of the rearrangement section appropriately, the micro-mixer that can induce a more ideal stacking by continuously arranging the top mixing unit 121 and the lower mixing unit 122 geometrically modified ( 120) can be prepared.

즉 혼합유닛(121, 122)의 합류채널(124, 127)에 협착부(124a, 127a)를 형성할 수 있으며, 이러한 협착부(124a, 127a)는 상기 혼합유닛(121, 122)의 합류채널(124, 127)이 분할채널(123)과 만나는 지점에 형성할 수 있다. 이 때, 상기 합류채널(127)과 만나는 분할채널(123)의 끝단에도 협착부(123a)를 형성할 수 있다.That is, the constriction portions 124a and 127a may be formed in the confluence channels 124 and 127 of the mixing units 121 and 122, and the constriction portions 124a and 127a may be the confluence channels 124 of the mixing units 121 and 122. , 127 may be formed at the point where the split channel 123 meets. At this time, the constriction part 123a may be formed at the end of the split channel 123 that meets the confluence channel 127.

마지막으로 도 5와 도 6에 도시된 기하학적 변형을 동시에 가지는 마이크로 믹서를 제조하는 것도 가능하다. Finally, it is also possible to manufacture a micro mixer having the geometrical variations shown in FIGS. 5 and 6 simultaneously.

[실험예]Experimental Example

이제 위에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 믹서와 그 제조 방법에 근거하여 구현된 마이크로 믹서를 이용한 혼합 실험 결과들을 설명한다.Now, the results of mixing experiments using the micromixer implemented based on the micromixer according to the embodiment of the present invention described above and a manufacturing method thereof will be described.

도 7a는 실제로 제작된 T-형상 마이크로 믹서를 이용하여 수행한 혼합 실험 결과를 나타내는 사진이고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예, 특히 도 1에 도시한 바와 같은 마이크로 믹서를 이용하여 수행한 혼합 실험 결과를 나타내는 사진이다.Figure 7a is a photograph showing the results of the mixing experiment performed using a T-shaped micro mixer actually manufactured, Figure 7b is an embodiment of the present invention, in particular mixing performed using a micro mixer as shown in Figure 1 It is a photograph showing an experimental result.

T-형상 마이크로 믹서(130)와 본 실시예에 따른 마이크로 믹서(150)의 주입구들로는 0.3mol/L의 농도를 가지며 99% 에틸 알코올에 녹아있는 페놀프탈레인 용액(141)과 NaOH 용액(142)이 각각 유입되었다. 두 유체는 섞이기 이전에 무색이었다가 섞인 후 빨간색으로 색이 변해간다. 실제로 도 7a에서 볼 수 있듯이 주입구 근처에서 무색이었다가 T-자 합류점에서 처음으로 형성된 두 유체의 경계면(145)에서 빨간색으로 색이 변한 것을 확인할 수 있었다. Inlet ports of the T-shaped micro mixer 130 and the micro mixer 150 according to the present embodiment are 0.3 mol / L and phenolphthalein solution 141 and NaOH solution 142 dissolved in 99% ethyl alcohol, respectively. Inflowed. The two fluids are colorless before mixing and then turn red after mixing. In fact, as shown in FIG. 7A, it was confirmed that the color was changed to red at the interface 145 of the two fluids that were colorless near the inlet and formed for the first time at the T-shaped confluence point.

하지만 도 7b에서 보여지듯이 본 실시예에 따른 마이크로 믹서(150)의 주입구 근처에서는 T-형상 마이크로 믹서와 같이 경계면(145)이 형성되어 출구(153)에서는 거의 완전한 혼합이 이루어졌음을 확인할 수 있었다. 실제로 도 2a와 도 2b에서 수치해석으로 보인 바와 같이, 도 7b의 실험 결과로부터 T-형상 마이크로 믹서(130)보다 본 실시예에 따른 마이크로 믹서(150)의 혼합 성능이 월등히 향상된 것을 확인할 수 있다. 이로써 본 발명에 따른 마이크로 믹서를 통해 보다 높은 수준의 카오스 혼합을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.However, as shown in FIG. 7B, an interface 145 is formed near the inlet of the micro mixer 150 according to the present embodiment like the T-shaped micro mixer, and thus, it is confirmed that almost complete mixing is performed at the outlet 153. In fact, as shown in the numerical analysis in Figures 2a and 2b, it can be seen from the experimental results of Figure 7b that the mixing performance of the micro mixer 150 according to the present embodiment is significantly improved than the T-shaped micro mixer 130. This confirms that a higher level of chaos mixing can be obtained through the micromixer according to the present invention.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서에 의하면, F-자 형상 혼합유닛을 연속적으로 간단히 배열하여 형성되는 마이크로 믹서를 통해 유체간의 경계면을 기하급수적으로 증가시키는 카오스 혼합을 유도할 수 있어, 혼합 성능이 크게 떨어지는 마이크로 채널 내부의 혼합 성능을 현저히 상승시킬 수 있다. As described above, according to the helical lamination chaos micromixer according to the present invention, through the micromixer formed by simply arranging the F-shaped mixing unit continuously, it is possible to induce chaotic mixing which increases the interface between the fluids exponentially. As a result, the mixing performance in the microchannel, which is significantly degraded, can be significantly increased.

특히 본 발명에서 제시된 마이크로 믹서는 분할/재배열과 카오스 이류의 두 가지 카오스 혼합 메커니즘이 효과적으로 결합시킴으로써 현재까지 제시된 기존의 카오스 믹서들보다 월등한 혼합 성능을 얻어내는 것뿐 아니라 전 영역의 레이놀드 수에 대해 사용이 가능해진다. In particular, the micromixer presented in the present invention effectively combines the two chaotic mixing mechanisms of split / rearrangement and chaotic second type to achieve superior mixing performance as compared to the conventional chaotic mixers presented to date, as well as to the entire Reynolds number. It becomes possible to use.

또한 일반적인 MEMS공정을 통해 제작되는 일반적인 사각 단면을 가지는 마이크로 채널들이 가지는 특징인, 채널의 너비가 두께보다 상당히 큰 형상에 대해, 마이크로 믹서는 얇은 방향인 두께 방향으로 적층을 유도하여 유체의 확산 길이를 보다 효과적으로 줄여 보다 높은 수준의 카오스 혼합을 유도하는 장점을 가진다. In addition, the micromixer, which is characterized by microchannels having a generally rectangular cross section manufactured by a general MEMS process, has a width larger than the thickness of the channel, and the micromixer induces the diffusion length of the fluid by inducing the stacking in the thinner direction. It has the advantage of more effectively reducing higher levels of chaotic mixing.

마지막으로 마이크로 채널 내부에 분리 벽 없이 단지 F-자 형상 혼합유닛만으로 보다 높은 수준의 카오스 혼합을 유도할 수 있어, 압력 손실을 크게 줄일 뿐 아니라, 사출 성형 등의 대량 생산 등을 통해 쉽게 제조할 수 있는 장점 또한 가지고 있다.Finally, only F-shaped mixing units can induce higher levels of chaos mixing without a separating wall inside the microchannel, which greatly reduces pressure losses and facilitates mass production, such as injection molding. It also has advantages.

특히 본 발명에서 제시된 마이크로 믹서는 다른 기능을 수행하는 다른 구조와 함께 바이오 칩 등의 초소형 장치 제조 공정에 도입하는 것이 용이할 것이다.In particular, the micromixer presented in the present invention may be easily introduced into a microdevice manufacturing process such as a biochip together with other structures performing other functions.

Claims

서로 다른 유체가 각각 주입되는 적어도 한 쌍의 주입구를 구비하며 주입된 유체가 합류되어 지나는 유입채널;An inlet channel having at least one pair of inlets through which different fluids are respectively injected and through which the injected fluids are joined;

상기 주입된 유체가 혼합되어 유출되는 유출채널;An outlet channel through which the injected fluid is mixed and discharged;

상기 유입채널과 유출채널 사이에서 이들과 연결되면서 연이어 배치되어 3차원 나선형 유로를 형성하면서 상기 주입된 유체를 혼합시키는 제1 혼합유닛과 제2 혼합유닛을 구비하는 혼합부A mixing unit including a first mixing unit and a second mixing unit for mixing the injected fluid while being arranged in series and connected to each other between the inflow channel and the outflow channel to form a three-dimensional spiral flow path.

를 포함하고,Including,

상기 제1 혼합유닛은, 상기 유입채널로부터 분지(分枝)되어 상기 유입채널 내 유체 진행방향에 대한 제1 측편을 향해 연장되면서 상기 합류된 유체가 재분할되어 지나는 적어도 한 쌍의 1차 분할채널과, 상기 1차 분할채널과 서로 다른 층으로 배치되면서 상기 1차 분할채널의 각 끝단과 연통되어 분할된 유체가 합류되어 지나는 1차 합류채널을 포함하며,The first mixing unit may include at least a pair of primary split channels branched from the inflow channel and extending toward the first side with respect to the direction of fluid flow in the inflow channel, through which the joined fluid is repartitioned; And a primary confluence channel disposed in a different layer from the primary partition channel and communicating with each end of the primary partition channel to allow the divided fluid to join.

상기 제2 혼합유닛은, 상기 1차 합류채널로부터 분지(分枝)되어 상기 제1 측편과 반대방향인 제2 측편을 향해 연장되면서 상기 합류된 유체가 재분할되어 지나는 적어도 한 쌍의 2차 분할채널과, 상기 2차 분할채널과 서로 다른 층으로 배치되면서 상기 2차 분할채널의 각 끝단과 연통되어 분할된 유체가 합류되어 지나는 2차 합류채널을 포함하고,The second mixing unit includes at least one pair of secondary split channels branched from the primary confluence channel and extending toward the second side piece in a direction opposite to the first side piece, through which the joined fluid is subdivided. And a secondary confluence channel disposed in a different layer from the secondary partition channel and in which fluids divided in communication with each end of the secondary partition channel join.

상기 2차 합류채널은 상기 유출채널로 이어지면서, 상기 주입된 유체를 3차원 나선형 유로를 통하여 이송하며 분할 및 재배열과 카오스 이류의 카오스 혼합 메커니즘을 결합하여 혼합시키는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서.And said secondary confluence channel leads to said outlet channel, transferring said injected fluid through a three-dimensional spiral flow path and combining and mixing the split and rearrangement and chaotic mixing chaos mixing mechanism.

제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

상기 1차 분할채널은, 상기 유입채널과 나란한 방향으로 이어지는 주채널과, 상기 제1 측편을 향해 상기 주채널의 진행방향에 대하여 실질적으로 직각 방향으로 꺾어져 형성되는 분지채널을 포함하는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서.The primary split channel includes a main channel extending in a direction parallel to the inflow channel, and a spiral lamination chaos including a branch channel formed to be bent in a direction substantially perpendicular to a traveling direction of the main channel toward the first side. Micro mixer.

제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

상기 2차 분할채널은, 상기 유입채널과 나란한 방향으로 이어지는 주채널과, 상기 제2 측편을 향해 상기 주채널의 진행방향에 대하여 실질적으로 직각 방향으로 꺾어져 형성되는 분지채널을 포함하는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서.The secondary divided channel may include a main channel extending in a direction parallel to the inflow channel, and a branched channel formed to be branched in a direction substantially perpendicular to a direction in which the main channel extends toward the second side. Micro mixer.

제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

상기 혼합부는 연이어 배치되는 제1 혼합유닛과 제2 혼합유닛이 교번하여 다수 반복되어 구비되는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서.The mixing unit is a spiral lamination chaos micro mixer provided with a plurality of first and second mixing units arranged in succession alternately.

제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

상기 제1 혼합유닛의 1차 분할채널은 상기 제2 혼합유닛의 2차 분할채널과 서로 다른 층으로 형성되고, 상기 제1 혼합유닛의 1차 합류채널은 상기 제2 혼합유 닛의 2차 합류채널과 서로 다른 층으로 형성되는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서.The primary splitting channel of the first mixing unit is formed in a different layer from the secondary splitting channel of the second mixing unit, and the primary joining channel of the first mixing unit is the secondary confluence of the second mixing unit. Spiral lamination chaos micromixer formed with channels and different layers.

제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

상기 제1 혼합유닛의 1차 합류채널은 상기 제2 혼합유닛의 2차 분할채널과 같은 층에 형성되는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서.And the first confluence channel of the first mixing unit is formed in the same layer as the second division channel of the second mixing unit.

제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

상기 1차 및 2차 분할채널과 상기 1차 및 2차 합류채널은, 상기 각 분할채널을 통하여 분할된 유체가 상기 각 합류채널을 통해 재결합 지점까지 이송되는 동안 각각 동일한 거리만큼 이동하도록 형성되는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서.The primary and secondary split channels and the primary and secondary join channels are spirals that are formed to move by the same distance, respectively, while the fluid divided through the respective split channels is transported through the respective join channels to the recombination point. Lamination Chaos Micro Mixer.

제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

상기 혼합유닛의 합류채널에 협착부가 형성되는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서.Spiral lamination chaos micromixer having a constriction is formed in the confluence channel of the mixing unit.

제 8 항에 있어서,The method of claim 8,

상기 협착부는 상기 혼합유닛의 합류채널이 상기 분할채널과 만나는 지점에 형성되는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서.And the constriction portion is formed at a point where the confluence channel of the mixing unit meets the split channel.

제 9 항에 있어서,The method of claim 9,

상기 합류채널과 만나는 상기 분할채널의 끝단에 협착부가 형성되는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서.And a constriction is formed at an end of the split channel that meets the confluence channel.

제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 10,

압력 구동원을 적용하여 상기 주입되는 유체를 구동시키는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서.A spiral lamination chaos micromixer for applying a pressure driving source to drive the injected fluid.

전기 삼투 구동원을 적용하여 상기 주입되는 유체를 구동시키는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서.A spiral lamination chaos micromixer for applying an electroosmotic drive source to drive the injected fluid.

상기 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따르는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서를 제조하는 방법에 있어서,In the method for producing a spiral lamination chaos micromixer according to any one of claims 1 to 10,

상기 제1 혼합유닛의 형상을 갖는 홈을 포함하는 제1 판을 제조하는 단계;Manufacturing a first plate including a groove having a shape of the first mixing unit;

상기 제2 혼합유닛의 형상을 갖는 홈을 포함하는 제2 판을 제조하는 단계; 및Manufacturing a second plate including a groove having a shape of the second mixing unit; And

상기 제1 판과 제2 판을 맞대어 접합하는 단계를 포함하고,Bonding the first plate and the second plate to each other,

상기 각 판을 제조하는 단계는,The step of manufacturing each plate,

상기 혼합유닛의 형상을 갖는 금형 인서트를 형성하는 과정;Forming a mold insert having a shape of the mixing unit;

상기 금형 인서트에 폴리머를 몰딩하는 과정; 및Molding a polymer on the mold insert; And

상기 몰딩한 폴리머를 취출하는 과정Taking out the molded polymer

을 포함하는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서 제조방법.Spiral lamination chaos micromixer manufacturing method comprising a.

제 13 항에 있어서,The method of claim 13,

상기 제1 판과 제2 판을 맞대어 접합하는 단계는,Joining the first plate and the second plate against each other,

열 접합(thermal bonding), 본드물질을 통한 접합, 박판 접합(lamination), 초음파 접합 중에서 선택되는 어느 하나의 공정으로 이루어지는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서 제조방법.A method of manufacturing a spiral lamination chaos micromixer, comprising any one of thermal bonding, bonding through a bond material, lamination, and ultrasonic bonding.

삭제delete

제 13 항에 있어서,The method of claim 13,

상기 금형 인서트를 형성하는 과정은,Forming the mold insert,

기판에 감광재를 도포하여 혼합유닛 공간을 사진 식각 공정을 통해 형성하고, 상기 기판상의 혼합유닛 공간에 금속을 형성한 다음, 상기 기판으로부터 감광재를 제거하여 금형 인서트를 형성하는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서 제조방법.A spiral lamination chaos micromixer is formed by applying a photosensitive material to a substrate to form a mixing unit space through a photolithography process, forming a metal in the mixing unit space on the substrate, and then removing the photosensitive material from the substrate to form a mold insert. Manufacturing method.

제 16 항에 있어서,The method of claim 16,

상기 혼합유닛 공간에 금속을 형성하는 과정은,Forming a metal in the mixing unit space,

전기도금(electroplating) 또는 전주(electroforming) 공정을 거쳐 형성하는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서 제조방법.A method of manufacturing a spiral lamination chaos micromixer formed through an electroplating or electroforming process.

제 13 항에 있어서,The method of claim 13,

상기 폴리머를 몰딩하는 과정은,The process of molding the polymer,

사출 성형, 핫 엠보싱(hot embossing), UV-몰딩, 주조 중에서 선택되는 어느 하나의 공정으로 이루어지는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서 제조방법.A spiral lamination chaos micromixer manufacturing method comprising any one of injection molding, hot embossing, UV-molding and casting.

제 13 항에 있어서,The method of claim 13,

상기 폴리머는 가소성 또는 경화성 폴리머 수지로 이루어지는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서 제조방법.Said polymer is a spiral lamination chaos micromixer manufacturing method comprising a plastic or curable polymer resin.

제 13 항에 있어서,The method of claim 13,

상기 폴리머는 COC (cyclic olefin copolymer), PMMA (polymethylmethacrylate), PS (polystyrene), PC (polycarbonate), PDMS (polydimethylsiloxane), Teflon (Polytetrafluoroethylene), PVC (polyvinylchloride)를 포함하여 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서 제조방법.The polymer is any one selected from the group consisting of COC (cyclic olefin copolymer), PMMA (polymethylmethacrylate), PS (polystyrene), PC (polycarbonate), PDMS (polydimethylsiloxane), Teflon (Polytetrafluoroethylene), PVC (polyvinylchloride) Spiral Lamination Chaos Micro Mixer Manufacturing Method.

제 13 항에 있어서,The method of claim 13,

상기 금형 인서트를 형성하는 과정은,Forming the mold insert,

마이크로 밀링공정을 거쳐 형성하는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서 제조방법.Spiral lamination chaos micro mixer manufacturing method formed through a micro milling process.

제 13 항에 있어서,The method of claim 13,

상기 금형 인서트를 형성하는 과정은,Forming the mold insert,

상기 기판 위에 감광재를 패터닝하여 금형 인서트로 사용하는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서 제조방법.A spiral lamination chaos micromixer manufacturing method for patterning the photosensitive material on the substrate to use as a mold insert.

제 13 항에 있어서,The method of claim 13,

상기 각 판을 제조하는 단계는,The step of manufacturing each plate,

정밀 성형 공정을 통해 폴리머 또는 금속에 혼합유닛 패턴을 직접 형성하는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서 제조방법.Spiral lamination chaos micromixer manufacturing method for forming a mixed unit pattern directly on a polymer or metal through a precision molding process.

제 13 항에 있어서,The method of claim 13,

상기 각 판을 제조하는 단계는,The step of manufacturing each plate,

기판을 직접 식각하여 혼합유닛 패턴을 형성하는 나선형 라미네이션 카오스 마이크로 믹서 제조방법.Method for producing a spiral lamination chaos micro mixer by directly etching the substrate to form a mixing unit pattern.