KR101391736B1 - Microfluidic valve, manufacturing process of the microfluidic valve and microfluidic device comprising the microfluidic valve - Google Patents
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Abstract
미세유동 밸브 및 그 제조 방법, 그리고 상기 미세유동 밸브를 포함하는 미세유동 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 미세유동 밸브는, 본 발명에 따른 미세유동 밸브는, 서로 마주보게 접합된 두 개의 기판을 포함하는 플랫폼; 상기 두 기판 사이에 유체가 흐를 수 있도록 제1 깊이로 형성된 채널; 상기 채널의 적어도 일부 구간에 배치되고, 상기 제1 깊이보다 얕은 제2 깊이로 형성된 밸브 간극; 및 상기 밸브 간극을 메우도록 배치되고, 상온에서 고체 상태를 띠는 상전이 물질에 전자기파를 흡수하여 상기 상전이 물질을 용융시킬 정도의 열을 방출하는 다수의 발열 입자가 혼합된 밸브 물질로 이루어진, 밸브 플러그를 포함한다.A microfluidic valve, a method of manufacturing the same, and a microfluidic device including the microfluidic valve are disclosed. The microfluidic valve according to the present invention is characterized in that the microfluidic valve according to the present invention comprises: a platform including two substrates facing each other; A channel formed at a first depth to allow fluid flow between the two substrates; A valve gap disposed in at least a portion of the channel and formed at a second depth shallower than the first depth; And a valve material which is disposed to fill the valve gap and contains a plurality of exothermic particles that absorb heat from the phase transition material absorbing electromagnetic waves to heat the phase transition material to a temperature sufficient to melt the phase transition material, .
미세유동 밸브, 미세유동 장치, 랩온어디스크, Micro flow valve, microfluidic device, lab-on-a-disk,
Description
본 발명은 미세유동 밸브에 관한 것으로, 더 상세하게는 플랫폼 내의 구조물을 따라 흐르는 유체의 흐름을 통제하기 위한 미세유동 밸브와 상기 미세유동 밸브의 제조 방법, 그리고 상기 미세유동 밸브를 포함하는 미세유동 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a micro-flow valve, and more particularly, to a micro-flow valve for controlling the flow of fluid flowing along a structure in a platform, a method of manufacturing the micro-flow valve, .
일반적으로 작은 부피의 유체를 조작하여 생물학적 또는 화학적인 반응을 수행하는 장치를 미세유동 장치라 한다. 미세유동 장치는 칩, 디스크 등 다양한 형상의 플랫폼 내에 배치된 미세유동 구조물을 포함하고, 미세유동 구조물은 유체를 가두어 둘 수 있는 챔버와, 유체가 흐를 수 있는 채널 및 유체의 흐름을 조절할 수 있는 밸브를 포함하고, 이들의 다양한 조합에 의해 만들어질 수 있다.Generally, an apparatus that performs biological or chemical reactions by manipulating a small volume of fluid is called a microfluidic device. The microfluidic device includes a microfluidic structure disposed in a platform of various shapes such as a chip, a disk, and the microfluidic structure includes a chamber in which a fluid can be confined, a channel through which the fluid can flow, and a valve And can be made by various combinations thereof.
소형의 칩(chip) 내에서 생화학적 반응을 포함한 실험을 수행할 수 있도록, 칩 형태의 플랫폼에 미세유동 구조물을 배치하고 여러 단계의 유체 처리 및 조작을 수행할 수 있도록 제작된 장치를 랩온어칩(lab-on-a chip)이라 한다. 미세유동 구조물 내에서 유체를 이송하기 위해서는 구동 압력이 필요한데, 구동 압력으로서 모세관압이 이용되기도 하고, 별도의 펌프에 의한 압력이 이용되기도 한다. 최근에는 디스크 형상의 플랫폼에 미세유동 구조물을 배치하고 원심력을 이용하여 유체를 이동시키며 일련의 작업을 수행하는 디스크형 미세유동장치들이 제안되고 있다. 이를 일컬어 랩씨디(Lab CD) 또는 랩온어디스크(Lab-on a disk)라 하기도 한다. In order to carry out experiments including biochemical reactions in a small chip, a device designed to arrange a microfluidic structure on a chip-type platform and to perform fluid processing and manipulation in various stages is called a lab-on-a- (lab-on-a-chip). In order to transfer the fluid in the microfluidic structure, a driving pressure is required. Capillary pressure is used as a driving pressure, and pressure by a separate pump is used. In recent years, disk type microfluidic devices have been proposed in which a microfluidic structure is disposed on a disk-shaped platform, a fluid is moved by centrifugal force, and a series of operations are performed. It is also called Lab CD or Lab-on a disk.
랩온어칩 또는 랩온어디스크 등의 미세유동 장치에서 복잡한 작업을 수행하기 위해서는 여러 부분에 배치되어 유체의 흐름을 개별적으로 제어할 수 있는 다수의 미세유동 밸브가 요구된다. 아울러, 미세유동 장치를 양산하기 위해서는 챔버, 채널 등의 다른 구조물과 함께 상기 미세유동 밸브를 효율적으로 제조할 수 있는 제조 방법이 요구된다. In order to perform complicated operations in a microfluidic device such as a lab-on-a-chip or a lab-on-a-disk, a plurality of microfluidic valves are required which can be arranged in various portions to individually control the flow of the fluid. In addition, in order to mass-produce a microfluidic device, a manufacturing method capable of efficiently manufacturing the microfluidic valve together with other structures such as a chamber and a channel is required.
한편, 상온에서 고체이고 고온에서 용융되는 상전이 물질을 이용하여 유체의 흐름을 제어하는 밸브가 제안되고 있다. 2004년 발행된 Anal. Chem. Vol. 76의 1824~1831 페이지에 게재된 생화학 반응용 기판과, 동일 문헌의 3740~3748 페이지에 게재된 생화학 반응용 기판은 파라핀 왁스만으로 이루어진 밸브를 구비하며, 상기 파라핀 왁스를 용융시키기 위한 가열 수단을 구비한다. 그런데, 여기에 구비된 밸브는 미세 채널을 폐쇄하기 위하여 상당히 많은 양의 파라핀 왁스가 소요되고, 상기 많은 양의 파라핀 왁스를 용융시키기 위하여 큰 가열 수단을 구비하여야 하므로 생화학 반응용 기판을 소형화 및 집적화하기 어렵다. 또한, 파라핀 왁스의 용융까지 가열 시간이 많이 소요되고, 채널 개방 시점을 정밀하게 제어하기가 어렵다. On the other hand, a valve for controlling the flow of fluid using a phase transition material which is solid at normal temperature and melted at a high temperature has been proposed. Anal. Chem. Vol. 76, pp. 1824 to 1831 and biochemical reaction substrates on pages 3740 to 3748 of the same document are provided with valves made of only paraffin wax and equipped with heating means for melting the paraffin wax do. However, since the valve provided therein requires a considerably large amount of paraffin wax to close the microchannel and a large heating means to melt the large amount of paraffin wax, the size and integration of the substrate for biochemical reaction it's difficult. In addition, heating time is long until melting of paraffin wax, and it is difficult to precisely control the channel opening time.
본 발명은 플랫폼 내의 구조물을 따라 흐르는 유체의 흐름을 통제하는 동작을 외부의 전자기파 에너지원에 의해 신속하고 정확하게 수행하는 미세유동 밸브 및 이를 포함하는 미세유동 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a micro flow valve that performs an operation of controlling the flow of a fluid flowing along a structure in a platform by an external electromagnetic wave energy source quickly and accurately, and a micro flow device including the same.
또한, 본 발명은 상기 미세유동 밸브의 신뢰성을 높이면서도 효율적으로 제조하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. 특히, 본 발명은 상기 미세유동 밸브가 적용된 미세유동 장치를 제조할 때 상기 미세유동 밸브의 제조를 위한 공정이 다른 구성요소에 미칠 수 있는 영향을 최소화하는 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. It is another object of the present invention to provide a method of efficiently manufacturing the micro flow valve with enhanced reliability. In particular, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a microfluidic device employing the microfluidic valve, which minimizes the influence of the process for manufacturing the microfluidic valve on other components.
본 발명에 따른 미세유동 밸브는, 서로 마주보게 접합된 두 개의 기판을 포함하는 플랫폼; 상기 두 기판 사이에 유체가 흐를 수 있도록 제1 깊이로 형성된 채널; 상기 채널의 적어도 일부 구간에 배치되고, 상기 제1 깊이보다 얕은 제2 깊이로 형성된 밸브 간극; 및 상기 밸브 간극을 메우도록 배치되고, 상온에서 고체 상태를 띠는 상전이 물질에 전자기파를 흡수하여 상기 상전이 물질을 용융시킬 정도의 열을 방출하는 다수의 발열 입자가 혼합된 밸브 물질로 이루어진, 밸브 플러그를 포함한다.A microfluidic valve according to the present invention comprises: a platform comprising two substrates facing each other; A channel formed at a first depth to allow fluid flow between the two substrates; A valve gap disposed in at least a portion of the channel and formed at a second depth shallower than the first depth; And a valve material which is disposed to fill the valve gap and contains a plurality of exothermic particles that absorb heat from the phase transition material absorbing electromagnetic waves to heat the phase transition material to a temperature sufficient to melt the phase transition material, .
상기 두 개의 기판은 적어도 상기 채널 외곽을 포함하는 부분이 서로 접합될 수 있다. 상기 두 개의 기판 중 적어도 어느 하나는 상기 채널 외곽을 따라 형성된 돌출 패턴을 가지고, 상기 돌출 패턴의 표면이 마주보는 기판의 표면과 접합될 수도 있다. The two substrates may be bonded to each other at least at a portion including the channel periphery. At least one of the two substrates may have a protruding pattern formed along the outer periphery of the channel, and the surface of the protruding pattern may be bonded to a surface of the opposing substrate.
한편, 상기 미세유동 밸브는 상기 채널에 인접하게 배치되어 상기 밸브 플러그를 형성할 밸브 물질을 수용하고 용융된 상기 밸브 물질이 이동할 수 있도록 상기 밸브 간극과 연결된 밸브 물질 챔버를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 두 개의 기판은 적어도 상기 채널 및 상기 밸브 물질 챔버의 외곽을 포함하는 부분이 서로 접합될 수 있다. 상기 두 개의 기판 중 적어도 어느 하나는 상기 채널 및 상기 밸브 물질 챔버의 외곽을 따라 형성된 돌출 패턴을 가지고, 상기 돌출 패턴의 표면이 마주보는 기판의 표면과 접합될 수도 있다.The micro flow valve may further include a valve material chamber disposed adjacent to the channel to receive the valve material for forming the valve plug and connected to the valve gap so that the molten valve material can move. In this case, the two substrates may be bonded to each other at least at the portion including the channel and the outer portion of the valve material chamber. At least one of the two substrates may have a protruding pattern formed along an outer periphery of the channel and the valve material chamber, and a surface of the protruding pattern may be bonded to a surface of a substrate facing the protruding pattern.
상기 상전이 물질은 왁스(wax), 겔(gel), 또는 열가소성 수지일 수 있다. 상기 왁스는 파라핀 왁스(paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(microcrystalline wax), 합성 왁스(synthetic wax), 및 천연 왁스(natural wax)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. 상기 겔은 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates) 및, 폴리비닐아미드(polyvinylamides)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. 상기 열가소성 수지는 COC(cyclic olefin copolymer), PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), PS(polystyrene), POM(polyoxymethylene), PFA(perfluoralkoxy), PVC(polyvinylchloride), PP(polypropylene), PET(polyethylene terephthalate), PEEK(polyetheretherketone), PA(polyamide), PSU(polysulfone), 및 PVDF(polyvinylidene fluoride)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.The phase change material may be a wax, a gel, or a thermoplastic resin. The wax may be at least one selected from the group consisting of paraffin wax, microcrystalline wax, synthetic wax, and natural wax. The gel may be at least one selected from the group consisting of polyacrylamide, polyacrylates, polymethacrylates, and polyvinylamides. The thermoplastic resin may be selected from the group consisting of cyclic olefin copolymer (COC), polymethylmethacrylate (PMMA), polycarbonate (PS), polystyrene (PS), polyoxymethylene (POM), perfluoralkoxy (PFA), polyvinylchloride ), Polyetheretherketone (PEEK), polyamide (PA), polysulfone (PSU), and polyvinylidene fluoride (PVDF).
상기 발열 입자는 금속 산화물 입자일 수 있다. 상기 금속 산화물은 Al2O3, TiO2, Ta2O3, Fe2O3, Fe3O4 및, HfO2 로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 상기 미세 발열입자는 중합체 입자, 퀀텀 도트(quantum dot), 또는 자성비드(magnetic bead)일 수도 있다. The exothermic particles may be metal oxide particles. The metal oxide may be at least one selected from the group consisting of Al 2 O 3 , TiO 2 , Ta 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4, and HfO 2 . The micro heating particles may be polymer particles, a quantum dot, or a magnetic bead.
본 발명에 따른 미세유동 밸브의 제조 방법은, 서로 마주보는 두면 사이에 제1 깊이의 채널과 상기 채널의 적어도 일부 구간에 상기 제1 깊이보다 얕은 제2 깊이의 밸브 간극이 형성되도록 하는 입체 구조물을 갖는 상부 및 하부 기판을 마련하는 단계 (a); 상기 하부 기판의 상기 밸브 간극에 대응되는 위치에 용융된 밸브 물질을 배치하고 응고시키는 단계 (b); 상기 상부 기판과 상기 하부 기판을 서로 접합하여 플랫폼을 형성하는 단계 (c); 상기 플랫폼 외부로부터 상기 밸브 물질에 전자기파를 조사하여 상기 밸브 물질을 용융시켜 상기 밸브 간극을 메우게 한 후 다시 응고시켜 밸브 플러그를 형성하는 단계 (d)를 포함한다. 여기서 상기 밸브 물질은 상온에서 고체 상태를 띠는 상전이 물질에 전자기파를 흡수하여 상기 상전이 물질을 용융시킬 정도의 열을 방출하는 다수의 발열 입자가 혼합된 것일 수 있다. A method of manufacturing a micro flow valve according to the present invention is a method of manufacturing a micro flow valve comprising a three-dimensional structure in which a valve gap of a first depth is formed between two opposing surfaces and a valve gap of a second depth shallower than at least the first depth, (A) providing an upper and a lower substrate having a substrate; (B) placing and melting the molten valve material at a position corresponding to the valve gap of the lower substrate; (C) forming a platform by bonding the upper substrate and the lower substrate to each other; (D) irradiating electromagnetic waves to the valve material from the outside of the platform to melt the valve material to fill the valve gap and then solidify again to form a valve plug. The valve material may be a mixture of a plurality of exothermic particles which absorb heat by absorbing electromagnetic waves in the solid phase transition material at room temperature and emit heat to melt the phase transition material.
상기 단계 (a)에서, 상면에 상기 채널 및 상기 밸브 간극을 형성하는 입체 구조물이 형성된 하부 기판과, 적어도 상기 입체 구조물을 포함하는 영역을 덮는 상부 기판을 마련할 수 있다. 또한, 상기 단계 (a)에서, 상면에 상기 채널, 상기 밸브 간극 및 상기 밸브 간극과 연결된 밸브 물질 챔버를 형성하는 입체 구조물이 형성된 하부 기판과, 적어도 상기 입체 구조물을 포함하는 영역을 덮는 상부 기판을 마련하고, 상기 단계 (b)에서, 상기 밸브 물질 챔버 내에 밸브 물질을 배치하고, 상기 단계 (d)에서, 상기 용융된 밸브 물질이 상기 밸브 간극으로 이동하여 상기 밸브 간극을 메우도록 할 수도 있다.In the step (a), a lower substrate having an upper surface formed with a three-dimensional structure for forming the channel and the valve gap, and an upper substrate covering at least an area including the three-dimensional structure may be provided. In addition, in the step (a), a lower substrate having a three-dimensional structure on an upper surface thereof and forming a valve material chamber connected to the valve gap and the valve gap, and an upper substrate covering at least an area including the three- And in step (b), a valve material is disposed in the valve material chamber, and in step (d), the molten valve material moves to the valve gap to fill the valve gap.
상기 상부 및 하부 기판 접합의 신뢰성을 높이기 위한 첫 번째 방안으로, 상기 단계 (a)에서, 상기 입체 구조물의 외곽을 따라 형성된 돌출 패턴을 더 포함하는 하부 기판과, 적어도 상기 입체 구조물과 상기 돌출 패턴을 포함하는 영역을 덮는 상부 기판을 마련하고, 상기 단계 (c)에서, 상기 하부 기판의 돌출 패턴 표면에 접착제를 도포하고 상기 상부 기판으로 상기 하부 기판을 덮어 접착할 수 있다. 두 번째 방안으로는, 상기 단계 (a)에서, 상기 입체 구조물의 외곽을 따라 형성된 돌출 패턴을 더 포함하는 하부 기판과, 적어도 상기 입체 구조물과 상기 돌출 패턴을 포함하는 영역을 덮는 상부 기판을 마련하고, 상기 단계 (c)에서, 상기 상부 기판에 상기 돌출 패턴에 대응되는 형태로 접착제를 도포하고 상기 상부 기판으로 상기 하부 기판을 덮어 접착할 수도 있다. 이 경우, 상기 단계 (c)에서 잉크젯 프린팅 방법을 이용하여 접착제를 도포할 수 있다.A method for improving the reliability of the upper and lower substrate bonding, the method comprising: a lower substrate further including a protrusion pattern formed along an outer periphery of the three-dimensional structure in the step (a) (C), an adhesive is applied to the protruding pattern surface of the lower substrate, and the lower substrate is covered with the upper substrate and adhered to the upper substrate. As a second method, in the step (a), a lower substrate further including a protruding pattern formed along an outer periphery of the three-dimensional structure, and an upper substrate covering at least the region including the three-dimensional structure and the protruding pattern are provided In the step (c), an adhesive may be applied to the upper substrate in a shape corresponding to the protruding pattern, and the upper substrate may be covered with the upper substrate. In this case, the adhesive may be applied using the inkjet printing method in the step (c).
한편, 밸브 물질 챔버를 구비한 형태의 미세유동 밸브의 제조에 있어서는, 상기 단계 (d)에서, 상기 밸브 물질 챔버 내의 밸브 물질 중 일부가 기화될 때까지 전자기파를 조사하고, 기화된 증기의 압력에 의해 용융된 밸브 물질을 상기 밸브 간극으로 이동시킬 수 있다. On the other hand, in the production of a microfluidic valve with a valve material chamber, in step (d), electromagnetic waves are irradiated until a part of the valve material in the valve material chamber is vaporized, To move the molten valve material to the valve clearance.
본 발명에 따른 미세유동 장치는, 서로 마주보게 접합된 두 개의 기판을 포함하는 플랫폼; 및 상기 플랫폼 내에 배치되고 미세유체의 조작을 위한 챔버, 채널 및 미세유동 밸브를 포함하는 미세유동 구조물을 포함하고, 상기 미세유동 밸브는, 상기 두 기판 사이에 유체가 흐를 수 있도록 제1 깊이로 형성된 채널; 상기 채널의 적어도 일부 구간에 배치되고, 상기 제1 깊이보다 얕은 제2 깊이로 형성된 밸브 간극; 및 상기 밸브 간극을 메우도록 배치되고, 상온에서 고체 상태를 띠는 상전이 물질에 전자기파를 흡수하여 상기 상전이 물질을 용융시킬 정도의 열을 방출하는 다수의 발열 입자가 혼합된 밸브 물질로 이루어진, 밸브 플러그를 포함한다.A microfluidic device according to the present invention comprises: a platform comprising two substrates facing each other; And a microfluidic structure disposed within the platform and including a chamber, a channel, and a microfluidic valve for manipulation of microfluid, the microfluidic valve comprising: a microfluidic structure formed in a first depth to allow fluid flow between the two substrates; channel; A valve gap disposed in at least a portion of the channel and formed at a second depth shallower than the first depth; And a valve material which is disposed to fill the valve gap and contains a plurality of exothermic particles that absorb heat from the phase transition material absorbing electromagnetic waves to heat the phase transition material to a temperature sufficient to melt the phase transition material, .
상기 두 개의 기판은 적어도 상기 미세유동 구조물의 외곽을 포함하는 부분이 서로 접합된 것일 수 있다. 나아가, 상기 두 개의 기판 중 적어도 어느 하나는 상기 미세유동 구조물의 외곽을 따라 형성된 돌출 패턴을 가지고, 상기 돌출 패턴의 표면이 마주보는 기판의 표면과 접합된 것일 수 있다. The two substrates may be at least a portion including an outer periphery of the microfluidic structure. Further, at least one of the two substrates may have a protruding pattern formed along the outer periphery of the microfluidic structure, and the surface of the protruding pattern may be bonded to the surface of the opposing substrate.
한편, 상기 채널에 인접하게 배치되어 상기 밸브 플러그를 형성할 밸브 물질을 수용하고 용융된 상기 밸브 물질이 이동할 수 있도록 상기 밸브 간극과 연결된 밸브 물질 챔버를 더 포함할 수 있다. The apparatus may further include a valve material chamber disposed adjacent to the channel for receiving the valve material to form the valve plug and connected to the valve gap so that the molten valve material can move.
상기 플랫폼은 회전 가능한 디스크 형상을 가지고, 상기 플랫폼의 회전에 따른 원심력에 의해 상기 미세유동 구조물 내에서 유체를 이송하는 것일 수 있다. The platform may have a rotatable disk shape and transfer fluid within the microfluidic structure by centrifugal force as the platform rotates.
본 발명에 따르면, 플랫폼 내의 구조물을 따라 흐르는 유체의 흐름을 통제하 는 동작을 외부의 전자기파 에너지원에 의해 신속하고 정확하게 수행하는 미세유동 밸브 및 이를 포함하는 미세유동 장치를 제공하는 효과가 있다. According to the present invention, it is possible to provide a micro-flow valve that performs an operation of controlling the flow of a fluid flowing along a structure in a platform by an external electromagnetic wave energy source quickly and accurately, and a micro-flow device including the same.
또한, 본 발명은 상기 미세유동 밸브의 신뢰성을 높이면서도 효율적으로 제조하는 방법을 제공한다. 특히, 본 발명은 상기 미세유동 밸브가 적용된 미세유동 장치를 제조할 때 플랫폼을 전체적으로 가열하는 공정을 배제함으로써 상기 미세유동 밸브의 제조를 위한 공정이 다른 구성요소에 미칠 수 있는 영향을 최소화하는 효과가 있다. In addition, the present invention provides a method of efficiently manufacturing the micro flow valve with enhanced reliability. Particularly, the present invention eliminates the entire process of heating the platform when manufacturing the microfluidic device to which the microfluidic valve is applied, thereby minimizing the effect that the process for manufacturing the microfluidic valve may have on other components have.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 미세유동 밸브의 한 실시예를 보이고, 도 2는 상기 도 1에 도시된 실시예의 단면을 보인다. 상기 도면들은 플랫폼(100) 내에서 미세유체를 조작하여 생물학적 또는 화학적 반응을 수행할 수 있는 미세유동 장치에 채용될 수 있는 미세유동 밸브(10)의 한 예를 보인다. 상기 플랫폼(100)은 직사각형의 칩(chip) 형태에서부터 디스크(disk) 형태, 부채꼴 형태 또는 사다리꼴 형태 등 다양한 형태로 제공될 수 있다. 상기 미세유동 밸브(10)의 채널(20) 양측은 이와 같은 플랫폼(100) 내에 배치된 챔버나 다른 채널 등의 구조물과 연결될 수 있다(도 9 참고). FIG. 1 shows an embodiment of a micro-valve according to the present invention, and FIG. 2 shows a cross section of the embodiment shown in FIG. The figures show an example of a
상기 플랫폼(100)은 성형이 용이하고, 그 표면이 생물학적으로 비활성인 아크릴(PMMA), PDMS, PC 등의 플라스틱 소재로 만들어질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 화학적, 생물학적 안정성과 광학적 투명성 그리고 기계적 가공에 적합한 소재이면 충분하다. 상기 플랫폼(100)은 두 개의 기판(110, 120)으로 이루어질 수 있다. 상부 기판(110)과 하부 기판(120)이 서로 마주보는 면에 챔버(미도시)나 채널(20) 등에 해당하는 입체 구조물(예를 들면, 음각으로 형성된 입체 구조물)을 만들고 이들을 접합함으로써 상기 플랫폼(100) 내부에 유체가 저장되거나 흐를 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 상기 두 기판(110, 120)의 접합은 접착제 또는 양면 접착테이프를 이용한 접착이나 솔벤트 본딩(solvent bonding) 초음파 용접, 레이저 용접 등 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. The
본 실시예에 따르면, 미세유동 밸브(10)는 제1 깊이(D1)의 채널(20)과 상기 채널(20)의 일부 구간에 배치되고, 상기 제1 깊이(D1)보다 앝은 제2 깊이(D2)를 갖는 밸브 간극(G)을 포함한다. 상기 밸브 간극(G)은 상기 채널(20)의 바닥으로부터 융기된 밸브 간극 형성부(21)의 상면과 상기 플랫폼(100)의 상부 기판(120)의 저면에 의해 정의된다. 상기 밸브 간극(G)의 깊이(D2)는 추후 상술할 밸브 물질이 용융되었을 때 모세관현상에 의해 상기 밸브 간극(G)을 메울 수 있을 정도의 크기일 수 있다. 상기 제2 깊이(D2)의 구체적인 값은 용융된 밸브 물질과 상기 상부 및 하부 기판(110, 120) 사이의 접촉각 등 여러 가지 요소를 고려하여 정해질 수 있다. 하나의 예로서, 상기 채널(20)의 깊이(D1)가 1mm 일 때, 상기 밸브 간극(G)의 깊이(D2)는 0.1mm일 수 있다.According to the present embodiment, the
상기 밸브 간극(G) 내에는 상기 밸브 간극(G)을 통한 유체의 흐름을 차단하는 밸브 플러그(33)가 배치된다. 상기 밸브 플러그(33)는 상기 미세유동 밸브(10)의 제조 과정 중에 상기 밸브 간극(G) 내에 배치된 밸브 물질이 상기 플랫폼(100) 외부로부터 조사된 전자기파의 에너지에 의해 용융된 후 다시 응고되는 과정에서 상기 밸브 간극(G)을 폭 방향으로 가로질러 메우게 된다. A valve plug (33) for blocking the flow of the fluid through the valve gap (G) is disposed in the valve gap (G). The
상기 밸브 플러그(33)를 이루는 밸브 물질은 상온에서 고체 상태를 띠는 상전이 물질에 전자기파를 흡수하여 상기 상전이 물질을 용융시킬 정도의 열을 방출하는 다수의 발열 입자가 혼합된 것이다. 상기 상전이 물질은 왁스(wax)일 수 있다. 상기 왁스는 가열되면 용융하여 액체 상태로 변한다. 상기 왁스로는, 예컨대 파라핀 왁스(paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(microcrystalline wax), 합성 왁스(synthetic wax), 또는 천연 왁스(natural wax) 등이 채용될 수 있다. The valve material constituting the
한편, 상기 상전이 물질은 겔(gel) 또는 열가소성 수지일 수도 있다. 상기 겔로는, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates), 또는 폴리비닐아미드(polyvinylamides) 등이 채용될 수 있다. 또한, 상기 열가소성 수지로는, COC(cyclic olefin copolymer), PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), PS(polystyrene), POM(polyoxymethylene), PFA(perfluoralkoxy), PVC(polyvinylchloride), PP(polypropylene), PET(polyethylene terephthalate), PEEK(polyetheretherketone), PA(polyamide), PSU(polysulfone), 및 PVDF(polyvinylidene fluoride) 등이 채용될 수 있다. Meanwhile, the phase change material may be a gel or a thermoplastic resin. As the gel, polyacrylamide, polyacrylates, polymethacrylates, polyvinylamides, or the like may be employed. Examples of the thermoplastic resin include thermoplastic resins such as cyclic olefin copolymer (COC), polymethylmethacrylate (PMMA), polycarbonate, polystyrene (PS), polyoxymethylene (POM), perfluoralkoxy (PFA), polyvinylchloride Polyethylene terephthalate (PET), polyetheretherketone (PEEK), polyamide (PA), polysulfone (PSU), and polyvinylidene fluoride (PVDF).
상기 발열 입자는 상기 밸브 간극(G) 내에서 자유롭게 이동할 수 있게 1 nm 내지 100 ㎛ 의 직경을 가질 수 있다. 상기 발열 입자는 예컨대 레이저 조사와 같은 방법으로 전자기파 에너지가 공급되면 온도가 급격히 상승하여 발열하는 성질을 가지며, 왁스에 고르게 분산되는 성질을 갖는다. 이러한 성질을 갖도록 상기 발열 입자는 금속 성분을 포함하는 코어(core)와, 소수성(疏水性) 표면 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 발열 입자는 Fe로 이루어진 코어와, 상기 Fe에 결합되어 Fe를 감싸는 복수의 계면활성성분(surfactant)을 구비한 입자 구조를 가질 수 있다. The heat generating particles may have a diameter of 1 nm to 100 탆 so as to be freely movable in the valve gap G. [ The exothermic particles have a property of rapidly raising the temperature to generate heat when supplied with electromagnetic wave energy by a method such as laser irradiation, and have a property of being evenly dispersed in the wax. The heat generating particles may have a core including a metal component and a hydrophobic surface structure. For example, the heat generating particles may have a particle structure comprising a core made of Fe and a plurality of surfactants bonded to the Fe to enclose the Fe.
통상적으로, 상기 발열 입자들은 캐리어 오일(carrrier oil)에 분산된 상태로 보관된다. 소수성 표면구조를 갖는 상기 발열 입자가 고르게 분산될 수 있도록 캐리어 오일도 소수성인 것이 바람직하다. 용융된 상전이 물질에 상기 발열 입자들이 분산된 캐리어 오일을 부어 혼합함으로써 상기 밸브 물질을 제조할 수 있다. Generally, the heat generating particles are stored in a dispersed state in a carrier oil. It is preferable that the carrier oil is also hydrophobic so that the heat generating particles having a hydrophobic surface structure can be evenly dispersed. The valve material can be manufactured by pouring and mixing carrier oil in which the heat generating particles are dispersed in the molten phase transition material.
상기 발열 입자는 특정한 재료로 한정되는 것은 아니며, 퀀텀 도트(quantum dot) 또는 자성비드(magnetic bead)의 형태도 가능하다. 또한, 상기 발열 입자는 예컨대, Al2O3, TiO2, Ta2O3, Fe2O3, Fe3O4 또는, HfO2 와 같은 금속 산화물 입자일 수 있다. The heat generating particle is not limited to a specific material, but may be in the form of a quantum dot or a magnetic bead. The exothermic particles may be metal oxide particles such as Al 2 O 3 , TiO 2 , Ta 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4, or HfO 2 .
플랫폼(100)을 이루는 상기 상부 기판(120)과 하부 기판(110)은 서로 마주보는 면 중 일부분이 접합된 접합부(115)를 갖는다. 상기 접합부(115)는 전술한 상기 채널(20) 내의 유체가 누출되지 않도록 상기 채널(20)의 외곽을 포함한다. 상기 접합부(115)는 상기 채널(20)의 외곽을 따라 띠 형태로 형성될 수 있다. 상기 접합부(115)는 상기 두 기판(110, 120)을 접합하는 방법에 따라 여러 가지 방법에 의해서 전술한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 접착제를 이용하는 경우, 상기 상부 기판(120)의 저면 또는 상기 하부 기판(110)의 상면 중 어느 한 쪽에 잉크젯 프린 팅 등의 패터닝 방법을 이용하여 전술한 형태로 접착제를 도포하고 상기 두 기판(110, 120)을 포개어 접합할 수도 있다. The
한편, 상기 접합부(115)는 상기 채널(20)의 외곽을 둘러싸도록 형성된 돌출 패턴(미도시)을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 하부 기판(110) 상면에 상기 채널(20)을 정의하는 음각 구조물을 형성하고, 그 외곽을 포함하는 띠 형태의 부분이 나머지 부분보다 높게 돌출된 돌출 패턴(미도시)을 마련하고 상기 돌출 패턴의 표면이 상기 상부 기판(120)이 저면과 접합되도록 할 수 있다. 이러한 실시 형태의 특징은 이하의 도 7 내지 도 9에 대한 설명에 의해 더 명확해질 수 있을 것이다. The joint 115 may include a protruding pattern (not shown) formed to surround the outer circumference of the
전술한 미세유동 밸브(10)는 열림 밸브(normally closed valve)이다. 즉, 작동 전에는 상기 밸브 간극(G)을 막아 상기 채널(20)을 통한 유체의 흐름을 차단하고, 작동 후에는 상기 밸브 간극(G)을 개방하여 유체가 통과할 수 있도록 한다. 상기 미세유동 밸브(10)의 작동을 위해서는 상기 밸브 플러그(33)의 형성에 사용된 것과 동일한 전자기파 에너지원(미도시)을 이용할 수 있다. 상기 밸브 플러그(33)에 예컨대, 레이저 빔과 같은 전자기파를 조사하면 상기 밸브 플러그(33) 내에 분산되어 있는 발열 입자들이 그 에너지를 흡수하여 급격히 발열하고, 그 열에 의해 상기 상전이 물질이 용융되어 상기 밸브 플러그(33)를 이루던 밸브 물질이 유동성을 갖게 되고, 이때 상기 채널(20)의 일 측에 압력이 가해지면 용융된 밸브 물질이 상기 밸브 간극(G) 바깥의 깊이가 더 깊은 부분으로 이동한다. 그 결과 상기 채널(20)을 통해 유체가 흐를 수 있게 된다. The aforementioned
전술한 미세유동 밸브(10)의 반응 시간을 측정한 실험의 결과는 다음과 같 다. 실험을 위한 테스트 칩에서 작동 유체의 압력은 46kPa로 유지하였다. 압력 유지를 위해 시린지 펌프(Havard PHD2000, USA)와 압력 센서(MPX 5500DP, Freescale semiconductor Inc., AZ, USA)를 사용하였다. 상기 전자기파 에너지원(미도시)으로는 방출파장이 808nm이고, 출력이 1.5W인 레이저 광원을 사용하였다. 미세유동 밸브(10)의 반응 시간에 관한 데이터는 고속촬영 장치(Fastcam-1024, Photron, CA, USA)의 결과물 분석을 통해 얻었다. 상기 밸브 물질로는 발열 입자로서 평균 직경 10nm의 자성 비드가 캐리어 오일에 분산된 이른바 자성유체(ferrofluid)와 파라핀 왁스를 1 대 1의 비율로 혼합한, 즉 자성 유체의 부피비가 50%인 이른바 자성 왁스를 사용하였다. 대체로 자성유체의 부피비(volume fraction)가 커지면 반응 시간이 짧아지는 추이를 보인다. 그러나, 이와 별개로 자성유체의 부피비가 70% 이상으로 커지면 밸브 플러그의 최대 허용압력(maximum hold-up pressure)이 낮아지는 경향이 있다. 따라서, 상기 미세유동 밸브(10)에서 밸브 플러그(33)에 포함될 자성유체의 부피비는 반응 시간에 대한 요구와 최대 허용압력에 대한 요구의 절충을 통해 정해질 수 있다. The results of the experiment for measuring the reaction time of the
상기 미세유동 밸브(10)의 밸브 플러그에 레이저 빔을 조사하기 시작한 때로부터 상기 밸브 플러그가 용융되어 채널이 열릴 때까지의 반응 시간은 0.012초였다. 종래의 왁스 밸브의 반응 시간이 2 내지 10 초였던 점에 비교하면 월등히 빠른 반응임을 알 수 있다. The reaction time from when the laser beam was started to irradiate the valve plug of the
도 3은 본 발명에 따른 미세유동 밸브의 다른 실시예를 보이고, 도 4는 상기 도 3에 도시된 실시예의 단면을 보인다. 본 실시예에 따른 미세유동 밸브(11)는 밸 브 플러그(34)를 이루게 될 밸브 물질을 저장하는 밸브 물질 챔버(22)를 더 포함할 수 있다. 상기 밸브 물질 챔버(22)는 상기 밸브 간극(G)에 인접하게 배치되고, 상기 밸브 간극(G)과 연결된다. 미세유동 밸브(11)의 제조 과정에서 상기 밸브 물질 챔버(22)에 채워진 상기 밸브 물질은 상기 플랫폼(100) 외부의 전자기파 에너지원(미도시)에 의해 용융된 상태로 상기 밸브 간극(G) 내로 이동하여 다시 응고되면서 밸브 플러그(34)를 형성한다. 이 경우, 상기 접합부(115)는 챔버(20)와 상기 밸브 물질 챔버(22)의 외곽을 따라 형성되는 것이 바람직하다. FIG. 3 shows another embodiment of the micro flow valve according to the present invention, and FIG. 4 shows a cross section of the embodiment shown in FIG. The
본 실시예에 따른 미세유동 밸브(11)는 상기 도 1의 실시예에 따른 미세유동 밸브(10)와 마찬가지로 열림 밸브(normally closed valve)로 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 닫힘 밸브(normally open valve)로 이용될 수도 있다. 닫힘 밸브로 이용될 경우에 상기 미세유동 밸브(11)는 상기 밸브 간극(G)이 개방되고, 밸브 물질이 상기 밸브 물질 챔버(22)에 충전된 상태로 제공될 수 있다. 상기 채널(20)을 통한 유체의 흐름을 막고자 할 때, 상기 밸브 물질 챔버(22) 내의 밸브 물질에 전자기파 에너지를 가하여 용융시킨다. 상기 밸브 물질의 부피 팽창에 따른 압력으로 인해 용융된 밸브 물질이 상기 밸브 간극(G)으로 이동하여 유체의 흐름을 막는다. 이때 상기 밸브 물질 챔버(22) 내의 밸브 물질에 가해지는 에너지의 양은 밸브 물질 중 일부가 기화되어 그 부피가 급격히 팽창할 수 있을 정도일 수 있다. The
이하에서는 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 미세유동 밸브의 제조 방법을 설명한다. 아래의 미세유동 밸브의 제조 방법은 본 발명에 따른 미세유동 밸브를 포함하는 미세유동 장치의 제조에도 적용될 수 있다. Hereinafter, a method of manufacturing a micro-valve according to the present invention will be described with reference to embodiments. The following method of manufacturing the micro flow valve can be applied to the manufacture of the micro flow device including the micro flow valve according to the present invention.
도 5a 내지 도 5c는 상기 도 1의 실시예에 따른 미세유동 밸브의 제조 과정을 보인다. 먼저 하부 기판(110)과 상부 기판(120)을 마련한다. 하부 기판(110)의 상면에는 상기 채널(20)과 상기 밸브 간극 형성부(21)를 제공하는 입체 구조물이 마련한다. 상기 입체 구조물은 도면에 도시된 바와 같이 음각 구조물일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것이 아니라 전술한 채널(20)과 밸브 간극 형성부(21)의 폭과 깊이를 정의할 수 있는 구조물이면 충분하다. 상기와 같은 입체 구조물을 갖는 하부 기판(120)은 평판 형태의 기판을 식각 또는 절삭하여 마련할 수도 있고, 금형을 이용하여 성형할 수도 있다. 상기 상부 기판(120)은 평판 형태의 기판을 그대로 채용할 수 있다. 상기 상부 기판(120)은 전자기파에 대한 투과율이 높은 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 광학적으로 투명한 기판을 채용할 수 있다. 상기 상부 기판(120)은 적어도 상기 밸브 간극 형성부(21)와 마주보는 영역에 구멍을 가지지 않도록 한다. 상기 상부 기판(120)에서 구멍을 배제함으로써 상기 상부 기판(120)의 성형을 용이하게 하고, 구멍을 통해 유체의 누출이나 압력 손실을 방지할 수 있다.FIGS. 5A to 5C show a manufacturing process of the micro-valve according to the embodiment of FIG. First, a
그런 다음, 상기 밸브 간극 형성부(21) 위에 소정 양의 용융된 밸브 물질(31)을 분배한다. 이때 상기 밸브 물질(31)의 양은 전술한 밸브 간극의 깊이와 폭, 그리고 요구되는 내압을 고려하여 정해질 수 있다. 밸브 물질(31) 분배 작업을 상온에서 수행할 수 있으며, 분배된 액체 상태의 밸브 물질(31)은 응고된다. Then, a predetermined amount of the melted
다음으로, 상기 상부 기판(120)과 상기 하부 기판(110)을 접합한다. 접합 방법은 전술한 바와 같이 접착제 또는 양면 접착테이프를 이용한 접착이나 솔벤트 본딩(solvent bonding) 초음파 용접, 레이저 용접 등 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 여기서는 접착제를 이용한 방법을 예로 들어 설명한다. 상기 채널(20)의 외곽을 포함하는 접합부(115)에 접착제를 도포한다. 이때 접착제를 도포하는 면은 상기 하부 기판(110)의 상면일 수도 있고 상기 상부 기판(120)의 저면일 수도 있다. 접착제를 도포한 후에는 상기 두 기판(110, 120)을 포개고 밀착시켜 접착함으로써 플랫폼(100)을 형성한다. Next, the
그런 다음, 상기 플랫폼(100) 외부에 마련된 전자기파 에너지원(50)을 이용하여 밸브 간극을 포함하는 영역(50A)에 전자기파를 조사한다. 상기 전자기파 에너지원(50)은 예컨대 레이저 광원일 수 있다. 그 경우 적어도 하나의 레이저 다이오드(laser diode)를 포함할 수 있다. 상기 레이저 광원에서 조사되는 레이저는 상기 플랫폼(100) 내의 구조물 및 상기 밸브 물질을 변성시키지 않을 정도의 에너지를 가지는 것으로서, 적어도 1 mJ/pulse 이상의 출력을 가지는 펄스 레이저일 수 있고, 이와 달리 적어도 14 mW 이상의 출력을 갖는 연속파동 레이저일 수도 있다. 상기 레이저 광원에서 조사되는 레이저는 400 내지 1300 ㎚ 의 파장을 갖는 것일 수 있다. Then, an electromagnetic wave is irradiated to the
다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전자기파 에너지원(50)으로는 마이크로웨이브, 적외선, 가시광선, 자외선 및 X-선 등 다양한 파장의 전자기파 중에서 선택된 소정 파장대의 전자기파를 조사할 수 있는 장치를 적용할 수 있다. 또한, 이러한 전자기파를 근거리의 표적에 집중적으로 조사할 수 있는 장치이면 더 바람직하다. 상기 전자기파 에너지원(50)의 파장은 상기 밸브 물질에 포함된 발열 입자에 의해 흡수가 잘 되는 범위인 것이 바람직하다. 따라서, 상기 전자기파 에너지 원(50)에서 전자기파를 발생시키는 소자는 발열 입자의 소재 및 표면 조건에 따라 적절히 선택될 수 있다. However, the present invention is not limited thereto. As the electromagnetic
상기 전자기파 에너지원(50)을 이용하여 상기 밸브 물질(31)을 밸브 간극 내에서 용융시키면 용융된 밸브 물질이 상기 밸브 간극 형성부(21)와 상기 상부 기판(110) 사이에서 모세관 현상에 의해 상기 밸브 간극을 폭 방향으로 가로질러 메우고, 더 이상의 에너지가 가해지지 않으면 다시 응고되며 유체의 흐름을 막을 수 있는 밸브 플러그(33)가 형성된다. 다만, 상기 밸브 물질(31)이 밸브 플러그(33)를 형성하도록 하기 위하여, 상기 밸브 간극을 포함하는 영역(50A)에 국소적으로 열을 가하는 방법은 전술한 한 가지 방법에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 열판과 같은 열원을 상기 밸브 간극을 포함하는 영역(50A)에 국소적으로 접촉시켜 열전도에 의해 상기 밸브 물질(31) 및 상기 밸브 간극을 가열할 수도 있다.When the
도 6a 내지 도 6c는 상기 도 3의 실시예에 따른 미세유동 밸브의 제조 과정을 보인다. 전술한 실시예와 마찬가지로 먼저 상부 기판(120)과 하부 기판(110)을 마련한다. 하부 기판(110)을 마련할 때는 전술한 채널(20) 및 밸브 간극 형성부(21) 외에 밸브 물질 챔버(22)를 정의하는 입체 구조물을 더 가지도록 한다. 상기 밸브 물질 챔버(22) 역시 음각 구조물에 의해 제공될 수 있다. 다음으로, 소정 양의 용융된 밸브 물질(32)을 상기 밸브 물질 챔버(22) 내에 분배한다. 이 과정 역시 상온에서 이루어질 수 있다. 6A to 6C show a manufacturing process of the micro-valve according to the embodiment of FIG. The
그런 다음, 상부 기판(120)과 하부 기판(110)을 접합하여 플랫폼(100)을 형성한다. 이때 상기 두 기판(110, 120)이 접합되는 접합부(115)는 적어도 상기 채 널(20) 및 상기 밸브 물질 챔버(22)의 외곽을 포함하도록 한다. 상기 미세유동 밸브(11)를 닫힘 밸브로서 채용하는 경우에는 이것으로 공정을 마칠 수 있다. Then, the
상기 미세유동 밸브(11)를 열림 밸브로서 채용하는 경우에는 접합 공정을 마친 다음, 상기 플랫폼(100) 외부의 전자기파 에너지원(50)을 이용하여 상기 밸브 물질 챔버(22)를 포함하는 영역(50A)에 전자기파를 조사한다. 상기 밸브 물질 챔버(22) 내의 밸브 물질이 용융되어 상기 밸브 간극 형성부(21)와 상기 상부 기판(120)의 사이, 즉 밸브 간극으로 이동하도록 한다. 이때, 상기 밸브 물질 챔버(22) 내부에서 상기 밸브 물질(32) 중 일부가 기화될 때까지 에너지를 가하여 급격한 부피 팽창에 따른 압력에 의해 용융된 밸브 물질이 상기 밸브 물질 챔버(22) 밖으로 빠져나가도록 할 수도 있다. 밸브 간극을 메운 밸브 물질은 에너지 공급이 중단되면 다시 응고되면서 밸브 플러그(34)를 형성한다. 이 경우 역시, 상기 밸브 물질(32)이 밸브 플러그(34)를 형성하도록 하기 위하여, 상기 밸브 간극을 포함하는 영역(50A)에 국소적으로 열을 가하는 방법은 전술한 한 가지 방법에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 열판과 같은 열원을 상기 밸브 간극을 포함하는 영역(50A)에 국소적으로 접촉시켜 열전도에 의해 상기 밸브 물질(32) 및 상기 밸브 간극을 가열할 수도 있다. When the
도 7은 본 발명에 따른 미세유동 밸브의 제조 과정 중 상부 기판과 하부 기판을 접합하는 방법의 한 예를 보인다. 상부 기판(120)과 하부 기판(110)을 접합할 때 그 접합부 내에 기포가 발생하면 유체의 누출이나 압력 손실이 일어나기 쉽고, 접합부가 다시 분리될 위험이 있다. 이를 방지하기 위한 것으로서, 상기 하부 기 판(110)을 마련할 때, 상기 채널(20) 및 밸브 물질 챔버(22)이 외곽을 포함하는 부분에 돌출 패턴(115P)을 형성할 수 있다. 상기 돌출 패턴(115P)은 상기 하부 기판(110)의 나머지 부분보다 높게 형성되고, 평평한 표면을 가지도록 한다. 상기 돌출 패턴(115P)은 상기 채널(20) 및 상기 밸브 물질 챔버(22)의 외곽을 따라 띠 형태로 형성될 수 있다. 상기 돌출 패턴(115P)의 높이는 전술한 입체 패턴과 함께 상기 채널(20)의 폭과 깊이를 정의한다. FIG. 7 illustrates an example of a method of joining an upper substrate and a lower substrate during a manufacturing process of a micro-valve according to the present invention. When the
이때, 상부 기판(120)은 평판 형태의 기판을 그대로 채용하거나, 그 저면(120R)에 상기 하부 기판(110)의 돌출 패턴(115P)에 대응되는 또 하나의 돌출 패턴(미도시)을 갖도록 할 수도 있다. At this time, the
상부 기판(120)과 하부 기판(110)을 마련한 다음에는 상기 돌출 패턴(115P)의 표면에 접착제(115A)를 도포할 수 있다. 이때 접착제(115A)로는 액체 상태인 것을 사용할 수 있고, 잉크젯 프린팅 방법 등의 패터닝 방법을 이용하여 접착제를 상기 돌출 패턴(115P)의 표면에만 선택적으로 도포할 수 있다. After the
도 8은 본 발명에 따른 미세유동 밸브의 제조 과정 중 상부 기판과 하부 기판을 접합하는 방법의 다른 예를 보인다. 전술한 도 7의 실시예와 마찬가지로 돌출 패턴(115P)이 형성된 하부 기판(110)과 평판 형태의 상부 기판(120)을 마련한다. 그런 다음, 접착제(115A)를 상기 상부 기판(120)의 저면(120R)에 상기 돌출 패턴(115P)에 대응되는 형태로 도포한다. 8 shows another example of a method of joining an upper substrate and a lower substrate during a manufacturing process of a micro flow valve according to the present invention. The
이 경우 역시, 접착제(115A)로는 액체 상태인 것을 사용할 수 있고, 잉크젯 프린팅 방법 등의 패터닝 방법을 이용하여 접착제를 도포할 수 있다. 잉크젯 프린 팅 시에는 토출되는 액상 접착제 액적의 부피를 1pl 내지 100㎕로 할 수 있다. 또한 상기 접착제(115A)는 예컨대 UV경화성 접착제일 수 있다. 이 경우, 접착제를 도포한 후 상기 두 기판(110, 120) 포개어 밀착시키면서 접합부에 자외선을 조사한다. 이때 상기 두 기판(110, 120)을 밀착시키는 방향으로 힘을 가하면, 압력이 상기 돌출 패턴(115P)의 표면과 상기 상부 기판 저면(120R)의 그에 대응되는 부분에 집중되어 접합의 신뢰성이 향상된다. 한편, 접착제의 종류에 따라 또는 접합 방법의 종류에 따라 접합부에 가하는 에너지의 종류를 달리할 수 있다. In this case as well, the adhesive 115A may be in a liquid state, and the adhesive may be applied using a patterning method such as an inkjet printing method. In inkjet printing, the volume of the discharged liquid adhesive droplet may be 1 to 100 μl. The adhesive 115A may be, for example, an UV curable adhesive. In this case, after the adhesive is applied, the two
상기와 같이 상부 기판(120)의 저면에 접착제(115A)를 도포하는 방법은 접착제를 도포하는 과정에서 접착제가 채널(20)이 내로 들어가 유로를 좁히거나, 상기 하부 기판(110) 내의 챔버(미도시)에 미리 주입된 반응액 등과 섞이는 것을 방지해 준다. As described above, in the method of applying the adhesive 115A to the bottom surface of the
도 9는 본 발명에 따른 미세유동 장치의 실시예를 보인다. 본 실시예는 상기 플랫폼(100)이 디스크 형상을 가지고, 상기 플랫폼(100) 내에 다수의 미세유동 밸브(10)와 채널(20) 및 챔버(41, 42)를 포함하는 미세유동 구조물을 배치한 것이다. 상기 플랫폼(100)은 회전할 수 있고, 회전에 따른 원심력에 의해 상기 미세유동 구조물 내에서 유체가 이송된다. 9 shows an embodiment of a microfluidic device according to the present invention. The present embodiment is characterized in that the
상기 플랫폼(100)은 서로 접합된 상부 기판(120)과 하부 기판(110)으로 이루어진다. 상기 하부 기판(110)에는 챔버(41, 42), 채널(20) 및 밸브 간극 형성부(21)를 제공하는 입체 구조물이 마련되고, 상기 미세유동 구조물의 외곽을 따라 돌출 패턴(115P)이 마련될 수 있다. 상기 돌출 패턴(115P)은 띠 형태로 형성될 수 있으나, 그 폭이 항상 일정해야 하는 것도 아니고, 반드시 띠 형태를 가질 필요는 없다. The
다수의 챔버들(41, 42) 중 플랫폼(100)의 중심부에 가까운 것을 시료 챔버(41)라 할 때, 상기 상부 기판(120)에는 상기 시료 챔버(41)와 연결되는 시료 주입구(41A)가 마련될 수 있다. A
이러한 미세유동 장치를 제조함에 있어서는, 전술한 바와 같은 하부 기판(110)과 상부 기판(120)을 각각 마련하고, 하부 기판(120) 상의 밸브 간극 형성부(21) 에는 밸브 물질(31)을 분배하고, 반응 챔버(42) 에는 반응액을 주입한다. 그런 다음, 상기 상부 기판(120)과 상기 하부 기판(110)을 접합할 때, 전술한 도 8의 실시예와 마찬가지로 상기 상부 기판(120)의 저면에 상기 하부 기판(110)의 돌출 패턴(115P)에 대응되는 접착제 패턴을 형성한다. 그 후 상기 두 기판(110, 120)을 포개어 밀착시키면서 접합에 필요한 에너지를 가하면 전술한 플랫폼(100)이 만들어진다. 그런 다음, 상기 미세유동 밸브(10)에 전자기파를 조사하여 상기 밸브 물질(31)을 용융 및 응고시킴으로써 미세유동 장치를 제공할 수 있다. In order to manufacture such a microfluidic device, the
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다. While the preferred embodiments of the present invention have been described for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. Accordingly, the scope of protection of the present invention should be determined by the appended claims.
도 1은 본 발명에 따른 미세유동 밸브의 한 실시예를 보인다. 1 shows an embodiment of a micro-valve according to the present invention.
도 2는 상기 도 1에 도시된 실시예의 단면을 보인다. Figure 2 shows a cross-section of the embodiment shown in Figure 1 above.
도 3은 본 발명에 따른 미세유동 밸브의 다른 실시예를 보인다. 3 shows another embodiment of the micro-flow valve according to the present invention.
도 4는 상기 도 3에 도시된 실시예의 단면을 보인다. Figure 4 shows a cross-section of the embodiment shown in Figure 3 above.
도 5a 내지 도 5c는 상기 도 1의 실시예에 따른 미세유동 밸브의 제조 과정을 보인다. FIGS. 5A to 5C show a manufacturing process of the micro-valve according to the embodiment of FIG.
도 6a 내지 도 6c는 상기 도 3의 실시예에 따른 미세유동 밸브의 제조 과정을 보인다. 6A to 6C show a manufacturing process of the micro-valve according to the embodiment of FIG.
도 7은 본 발명에 따른 미세유동 밸브의 제조 과정 중 상부 기판과 하부 기판을 접합하는 방법의 한 예를 보인다. FIG. 7 illustrates an example of a method of joining an upper substrate and a lower substrate during a manufacturing process of a micro-valve according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 미세유동 밸브의 제조 과정 중 상부 기판과 하부 기판을 접합하는 방법의 다른 예를 보인다. 8 shows another example of a method of joining an upper substrate and a lower substrate during a manufacturing process of a micro flow valve according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 미세유동 장치의 실시예를 보인다. 9 shows an embodiment of a microfluidic device according to the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >Description of the Related Art
10, 11: 미세유동 밸브 유닛 20: 채널10, 11: Micro flow valve unit 20: Channel
21: 밸브 간극 형성부 22: 밸브 물질 챔버21: valve gap forming part 22: valve material chamber
31, 32: 밸브 물질 33, 34: 밸브 플러그31, 32:
41: 시료 챔버 42: 반응액 챔버41: sample chamber 42: reaction liquid chamber
50: 전자기파 에너지원 100: 플랫폼50: electromagnetic wave energy source 100: platform
110: 하부 기판 115: 접합부110: lower substrate 115:
120: 상부 기판 120: upper substrate
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