KR102033385B1

KR102033385B1 - Micro Particle Concentrator of Pneumatically Driven

Info

Publication number: KR102033385B1
Application number: KR1020180042412A
Authority: KR
Inventors: 정옥찬
Original assignee: 인제대학교 산학협력단
Priority date: 2018-04-11
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2019-10-18

Abstract

A pneumatically actuated fine particle concentrator is capable of concentrating particles of various sizes by a pneumatically actuated method, collecting and concentrating a plurality of target particles and cells by filtering only particles in a working fluid. In addition, unlike existing passive and active collection principles, the pneumatically actuated fine particle concentrator has no passive fine structure, and thus has little stress caused by an actuation method, thereby providing an effect of enabling industrially wide range of applications.

Description

공압 구동 방식의 미세 입자 농축기{Micro Particle Concentrator of Pneumatically Driven}Pneumatically Driven Micro Particle Concentrator of Pneumatically Driven

본 발명은 미세 입자 농축기에 관한 것으로서, 특히 공압 구동 방식으로 다양한 크기의 입자를 농축하고, 작동 유체 내 입자만을 걸러내어 복수의 타겟 입자 및 세포를 포집 및 농축할 수 있는 공압 구동 방식의 미세 입자 농축기에 관한 것이다.The present invention relates to a fine particle concentrator, in particular, a pneumatically driven fine particle concentrator capable of concentrating particles of various sizes by a pneumatically driven method, and collecting and concentrating a plurality of target particles and cells by filtering only particles in a working fluid. It is about.

생물학 및 세포 연구를 위한 세포와 미세 입자를 포획하는 장치는 미세 유체공학 및 BioMEMS 기술의 발달과 더불어 다양한 미세 유체 플랫폼을 이용하여 발전해왔다.Devices for capturing cells and microparticles for biological and cellular research have evolved using a variety of microfluidic platforms with advances in microfluidics and BioMEMS technology.

세포 및 미세 입자를 포획하는 방식은 크게 수동 방식과 능동 방식으로 구분된다. 수동형 포획 방식은 컵 모양 구조, 이중 홈 구조, 미세 챔버 어레이, 미세 장애물 등과 같은 미세 구조물과 미세 구조물로 유입된 유체 내 입자의 운동과의 관계를 활용하여 입자를 포획하는 기술이다.The way of capturing cells and fine particles is largely divided into passive and active methods. Passive capture is a technique for capturing particles by utilizing the relationship between the microstructures such as cup-like structure, double groove structure, microchamber array, micro-obstacles and the like in the fluid flow into the microstructure.

능동형 포획 방식은 초음파, 광학 집계, 자력 등과 같이 외부 물리적 자극을 포획 대상인 입자에 인가하여 포획하는 방식이다.The active capture method is a method of capturing by applying an external physical stimulus such as ultrasound, optical aggregation, magnetic force, etc. to the particles to be captured.

이러한 수동형 포획 방식과 능동형 포획 방식은 구동 방식에 따른 장단점이 있는데, 가장 큰 단점이 처리 속도가 느리다는 단점이 있다.The passive capture method and the active capture method have advantages and disadvantages according to the driving method. The biggest disadvantage is that the processing speed is slow.

특히, 전기 및 자기장을 이용한 포획 방법은 세포 및 입자를 포획하는 동안 포획 대상이 구동 방식에 기인한 전기 및 자기적 자극뿐만 아니라 열이 발생하는 단점이 있다. 이러한 경우, 온도에 민감한 유체 또는 살아 있는 세포의 포획일 경우 그 활용 범위가 매우 제한될 수 있는 단점이 있다.In particular, the capturing method using electric and magnetic fields has a disadvantage in that heat is generated as well as electric and magnetic stimulation due to the driving method of the capturing object while capturing cells and particles. In this case, there is a drawback that the use range of the temperature-sensitive fluid or the capture of living cells can be very limited.

한국 등록특허번호 제10-0768443호("발명의 명칭: 다이아프램식 컨트롤 밸브")Korean Patent No. 10-0768443 ("Invention name: Diaphragm Control Valve")

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 공압 구동 방식으로 다양한 크기의 입자를 농축하고, 작동 유체 내 입자만을 걸러내어 복수의 타겟 입자 및 세포를 포집 및 농축할 수 있는 공압 구동 방식의 미세 입자 농축기를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve this problem, the present invention concentrates particles of various sizes by a pneumatic drive method, and fine particles concentrator of the pneumatic drive method that can trap and concentrate a plurality of target particles and cells by filtering only particles in the working fluid The purpose is to provide.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 공압 구동 방식의 미세 입자 농축기는,Pneumatic drive fine particle concentrator according to a feature of the present invention for achieving the above object,

외부의 압축 공기를 인가하기 위한 시브 밸브 챔버;A sieve valve chamber for applying external compressed air;

외부 압력에 의해 일부분이 변형이 가능한 밸브막;A valve membrane which is partially deformable by external pressure;

상부층에 상기 시브 밸브 챔버에 연결되어 입자가 포함된 유체가 유입되는 상부 채널이 형성되고, 하부층에 상기 상부 채널의 끝단에 연통된 하부 연결 채널과, 상기 하부 연결 채널의 양쪽으로 입자가 걸러진 유체가 흐르는 제1 연결채널과, 걸러진 입자가 흐르는 제2 연결채널이 형성되고, 상기 제1 연결채널과 상기 제2 연결채널을 연결하는 반구형 유체 챔버를 포함하며,An upper channel is formed in the upper layer to be connected to the sieve valve chamber and the fluid containing particles is introduced therein, and a lower connection channel communicated to the end of the upper channel in the lower layer, and the fluid is filtered through both of the lower connection channels. And a hemispherical fluid chamber configured to flow through the first connection channel and a second connection channel through which the filtered particles flow, and to connect the first connection channel and the second connection channel.

상기 시브 밸브 챔버의 압축 공기의 압력에 의해 상기 밸브막의 일부분이 변형되어 상기 반구형 유체 챔버의 형상으로 변형되면서 상기 상부 채널의 출구면이 좁아지고 상기 상부 채널을 통해 유입된 유체에서 상기 입자가 차단되면서 유체를 배출하는 것을 특징으로 한다.As the part of the valve membrane is deformed by the pressure of the compressed air of the sieve valve chamber to deform into the shape of the hemispherical fluid chamber, the outlet surface of the upper channel is narrowed and the particles are blocked in the fluid introduced through the upper channel. It is characterized by discharging the fluid.

전술한 구성에 의하여, 본 발명은 공압 구동 방식으로 다양한 크기의 입자를 농축하고, 작동 유체 내 입자만을 걸러내어 복수의 타겟 입자 및 세포를 포집 및 농축할 수 있는 효과가 있다.According to the above-described configuration, the present invention has the effect of concentrating particles of various sizes by a pneumatic drive method, and collecting and concentrating a plurality of target particles and cells by filtering only particles in a working fluid.

본 발명은 기존의 수동형 및 능동형 포집 원리와 다르게 입자 포집의 구동 방식이 수동형 미세 구조가 없으며, 구동 방식에 따른 스트레스가 적어 산업적으로 광범위한 응용이 가능한 효과가 있다.Unlike the conventional passive and active capture principles, the present invention has no passive microstructure in the drive method of particle capture, and there is an effect that enables a wide range of industrial applications due to less stress caused by the drive method.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공압 구동 방식의 미세 입자 농축기의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공압 구동 방식의 미세 입자 농축기를 층 구조로 분해한 모습을 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자 농축기의 외부 유체 및 외부 압축공기 인가를 위한 공압 연결 층을 위에서 본 모습을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자 농축기의 3차원 미세 유체 채널 네트워크 층을 상부층과 하부층의 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 미세 유체 채널 네트워크 층의 상부층과 하부층이 투명재질로 인하여 겹쳐져 보이는 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자 농축기의 시브 밸브 및 유체 채널 네트워크의 구조를 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 유입된 작동유체 내 미세 입자의 농축 원리 및 배출 과정을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 Replica 몰딩 기법을 응용한 반구형 유체 챔버 구조 및 3차원 미세 유체 채널 네트워크 층을 제조하는 공정을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 유체 배출구와 입자 배출구의 유량을 측정한 결과를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 비드 농축 원리를 검증한 시험 결과를 나타낸 도면이다.1 is a perspective view showing the configuration of a fine particle concentrator of the pneumatic drive method according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view showing a state in which the pneumatic drive type fine particle concentrator according to an embodiment of the present invention is decomposed into a layer structure.
3 is a view showing the appearance of the pneumatic connection layer for applying the external fluid and the external compressed air of the fine particle concentrator according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are views showing the upper and lower layers of the three-dimensional microfluidic channel network layer of the microparticle concentrator according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view showing the top layer and the bottom layer of the three-dimensional microfluidic channel network layer overlapping due to transparent materials according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing the structure of the sieve valve and the fluid channel network of the fine particle concentrator according to an embodiment of the present invention.
8 and 9 are views showing the principle of concentration and discharge process of the fine particles in the introduced working fluid according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a view illustrating a process of manufacturing a hemispherical fluid chamber structure and a three-dimensional microfluidic channel network layer using a replica molding technique according to an exemplary embodiment of the present invention.
11 is a view showing the results of measuring the flow rate of the fluid outlet and the particle outlet according to an embodiment of the present invention.
12 is a view showing a test result of verifying the bead concentration principle according to an embodiment of the present invention.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공압 구동 방식의 미세 입자 농축기의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공압 구동 방식의 미세 입자 농축기를 층 구조로 분해한 모습을 나타낸 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자 농축기의 외부 유체 및 외부 압축공기 인가를 위한 공압 연결 층을 위에서 본 모습을 나타낸 도면이다.1 is a perspective view showing the configuration of a fine particle concentrator of the pneumatic drive method according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view showing the decomposition of the fine particle concentrator of the pneumatic drive method according to an embodiment of the present invention into a layer structure 3 is an exploded perspective view, and FIG. 3 is a view illustrating a pneumatic connection layer for applying external fluid and external compressed air of a fine particle concentrator according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 공압 구동 방식의 미세 입자 농축기(100)는 외부 유체 및 외부 압축공기 인가를 위한 공압 연결 층(Fluid/Pneumatic Supply Layer)(110), 밸브막(Valve Diaphragm Layer)(120), 3차원 미세 유체 채널 네트워크 층(3-Dimensional Channel Network Layer)(130) 및 추가적인 실링을 위한 PDMS 층(140)을 포함한다. 이러한 4개의 층은 폴리디메치실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 재질로 이루어져 있다.Pneumatically driven fine particle concentrator 100 according to an embodiment of the present invention is a pneumatic connection layer (Fluid / Pneumatic Supply Layer) 110, a valve membrane (Valve Diaphragm Layer) 120 for the application of external fluid and external compressed air ), A 3-Dimensional Channel Network Layer 130 and a PDMS layer 140 for additional sealing. These four layers are made of polydimethylsiloxane (PDMS) material.

외부 유체 및 외부 압축공기 인가를 위한 공압 연결 층(110)은 3개의 유체 채널을 제어하기 위하여 입자의 농축(Vs)과 유체(Vf) 및 입자(Vp) 흐름을 제어하기 위한 3개의 공압 밸브(111, 112, 113)와, 각각의 공압밸브(111, 112, 113)를 구동하기 위한 3개의 공압 연결구(Pneumatic Port)(111a, 112a, 113a)와, 입자와 유체를 주입하는 유입구(Inlet Port)(115)와, 유체를 배출하는 유체 배출구(Outlet Port1, Qf)(116) 및 입자를 배출하는 입자 배출구(Outlet Port2, Qp)(117)를 포함한다.The pneumatic connection layer 110 for external fluid and external compressed air application comprises three pneumatic valves for controlling the concentration (Vs) of the particles and the flow of the fluid (Vf) and particles (Vp) to control the three fluid channels. 111, 112, 113, three pneumatic ports 111a, 112a, 113a for driving the respective pneumatic valves 111, 112, 113, and inlet ports for injecting particles and fluids. 115), and fluid outlets (Outlet Ports 1 and Qf) 116 for discharging the fluid and particle outlets (Outlet Ports 2 and Qp) 117 for discharging the particles.

공압 밸브는 유체(Vf)의 흐름을 제어하기 위한 유체 밸브(111)와, 입자(Vp)의 흐름을 제어하기 위한 입자 밸브(112)와, 작동 유체 내 입자만을 걸러내어 농축(Vs)하는 시브 밸브(Sieve Valve, Vs)(113)를 포함한다.The pneumatic valve includes a fluid valve 111 for controlling the flow of the fluid Vf, a particle valve 112 for controlling the flow of the particle Vp, and a sieve for filtering and concentrating (Vs) only particles in the working fluid. A valve (Sieve Valve, Vs) 113 is included.

공압 연결구는 유체 밸브(111)에 연결되어 유체 밸브(111)를 구동하기 위한 유체 공압 연결구(111a)와, 입자 밸브(112)에 연결되어 입자 밸브(112)를 구동하기 위한 입자 공압 연결구(112a)와, 시브 밸브(113)에 연결되어 시브 밸브(113)를 구동하기 위한 입자농축 공압 연결구(113a)를 포함한다.The pneumatic connector is connected to the fluid valve 111, the fluid pneumatic connector 111a for driving the fluid valve 111, and the particle pneumatic connector 112a for connecting to the particle valve 112 to drive the particle valve 112 And a particle concentration pneumatic connector 113a connected to the sieve valve 113 to drive the sieve valve 113.

입자 포집 영역(114)은 입자가 쌓여 농축되는 영역을 나타낸 것으로서 시브 밸브(113)에 근접되어 있는 형태이다.The particle collecting region 114 is a region in which particles are accumulated and concentrated, and is close to the sieve valve 113.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자 농축기의 3차원 미세 유체 채널 네트워크 층을 상부층과 하부층의 모습을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 미세 유체 채널 네트워크 층의 상부층과 하부층이 투명재질로 인하여 겹쳐져 보이는 모습을 나타낸 도면이다.4 and 5 are views showing the upper and lower layers of the three-dimensional microfluidic channel network layer of the microparticle concentrator according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is a three-dimensional microfluidic channel according to an embodiment of the present invention The upper layer and the lower layer of the network layer is a view showing the appearance of overlapping due to the transparent material.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 미세 유체 채널 네트워크 층(130)은 2개의 SU-8 몰드 구조를 활용하여 유체/입자 주입과 유체 및 입자를 각각 배출하기 위하여 3차원 연결 구조를 제공한다.The three-dimensional microfluidic channel network layer 130 according to an embodiment of the present invention utilizes two SU-8 mold structures to provide a three-dimensional connection structure for fluid / particle injection and discharge of fluid and particles, respectively.

3차원 미세 유체 채널 네트워크 층(130)의 상부층(130a)은 유입구(Inlet Port)(115)에 하부 방향으로 연통된 유입구 포트(131)와, 상기 유입구 포트(131)로부터 수평 방향으로 연통되어 입자가 포함된 유체(Qfp)가 유입되는 상부 채널(uCin)(132), 상기 상부 채널(132)의 일측 끝단에 유동 챔버(133)가 형성된다.The upper layer 130a of the three-dimensional microfluidic channel network layer 130 is connected to the inlet port 115 in a downward direction and the inlet port 131 communicates in a horizontal direction from the inlet port 131 particles The upper channel (uCin) 132 to which the fluid (Qfp) containing the flow, the flow chamber 133 is formed at one end of the upper channel (132).

3차원 미세 유체 채널 네트워크 층(130)의 하부층(130b)은 상부층(130a)의 유동 챔버(133)에 하부 방향으로 연통된 하부 연결 채널(134a)과, 상기 하부 연결 채널(134a)의 양쪽으로 제1 연결채널(uCf)(134b)과 제2 연결채널(uCp)(134c)이 형성되고, 상기 제1 연결채널(134b)의 일측 끝단에 제1 연결챔버(135a)가 형성되며, 상기 제2 연결채널(134c)의 일측 끝단에 제2 연결챔버(135b)가 형성된다.The lower layer 130b of the three-dimensional microfluidic channel network layer 130 is connected to both the lower connecting channel 134a and the lower connecting channel 134a which communicates downwardly to the flow chamber 133 of the upper layer 130a. A first connection channel (uCf) 134b and a second connection channel (uCp) 134c are formed, and a first connection chamber 135a is formed at one end of the first connection channel 134b. The second connection chamber 135b is formed at one end of the second connection channel 134c.

3차원 미세 유체 채널 네트워크 층(130)의 상부층(130a)은 상기 제1 연결챔버(135a)에서 상부 방향으로 연통되어 제1 상부챔버(136a)가 형성되고, 상기 제2 연결챔버(135b)에서 상부 방향으로 연통되어 제2 상부챔버(136b)가 형성되고, 상기 제1 상부챔버(136a)에서 수평 방향으로 일정한 길이로 연통된 유체 이동경로(137)가 형성되며, 상기 제2 상부챔버(136b)에서 수평 방향으로 일정한 길이로 연통된 입자 이동경로(138)가 형성된다.The upper layer 130a of the 3D microfluidic channel network layer 130 communicates upwardly from the first connection chamber 135a to form a first upper chamber 136a, and at the second connection chamber 135b. A second upper chamber 136b is formed in communication with the upper direction, and a fluid movement path 137 is formed in communication with a predetermined length in the horizontal direction from the first upper chamber 136a, and the second upper chamber 136b is formed. The particle movement path 138 is formed in communication with a constant length in the horizontal direction.

유체 이동경로(137)는 일측 지점에 유체 밸브 챔버(137a)가 형성되고, 입자 이동경로(138)는 일측 지점에 입자 밸브 챔버(138a)가 형성된다.The fluid movement path 137 has a fluid valve chamber 137a formed at one side, and the particle movement path 138 has a particle valve chamber 138a formed at one side.

유체 이동경로(137)의 일측 끝단에는 유체 배출구(116)가 연결되는 유체 배출구 포트(139a)가 형성되고, 입자 이동경로(138)의 일측 끝단에는 입자 배출구(117)가 연결되는 입자 배출구 포트(139b)가 형성된다.A fluid outlet port 139a is formed at one end of the fluid movement path 137, and a fluid outlet port 139a is connected to the fluid outlet 116, and a particle outlet port is connected to a particle outlet 117 at one end of the particle movement path 138. 139b) is formed.

유체 배출구 포트(139a)는 상부 방향으로 연통되어 외부 유체 및 외부 압축공기 인가를 위한 공압 연결 층(110)에 형성된 유체 배출구(116)에 연결되고, 입자 배출구 포트(139b)는 상부 방향으로 연통되어 외부 유체 및 외부 압축공기 인가를 위한 공압 연결 층(110)에 형성된 입자 배출구(117)에 연결된다.The fluid outlet port 139a communicates in an upward direction and is connected to a fluid outlet 116 formed in the pneumatic connection layer 110 for applying external fluid and external compressed air, and the particle outlet port 139b communicates in an upward direction. It is connected to a particle outlet 117 formed in the pneumatic connection layer 110 for the application of external fluid and external compressed air.

도 6에 도시된 바와 같이, 3차원 미세 유체 채널 네트워크 층(130)의 상부층(130a)과 하부층(130b)이 투명재질로 인하여 겹쳐져서 보이는 형태이지만 실제적으로 상부층(130a)과 하부층(130b)에 별도로 챔버와 경로가 형성되어 있다.As shown in FIG. 6, the upper layer 130a and the lower layer 130b of the three-dimensional microfluidic channel network layer 130 are overlapped due to the transparent material, but are actually formed on the upper layer 130a and the lower layer 130b. Separate chambers and paths are formed.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 미세 입자 농축기의 시브 밸브 및 유체 채널 네트워크의 구조를 나타낸 도면이다.7 is a view showing the structure of the sieve valve and the fluid channel network of the fine particle concentrator according to an embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 시브 밸브(Sieve Valve Vs)(113)는 외부의 압축 공기를 인가하기 위한 시브 밸브 챔버(Valve Chamber)(113b)와, 변형이 가능한 밸브막(Valve Diaphragm)(120)과, 반구형 유체 챔버(Half-Spherical Dome Shape Fluid Chamber)(122)로 구성된다.As shown in FIG. 7, the sieve valve Vs 113 includes a sieve valve 113b for applying external compressed air and a valve diaphragm 120 that may be deformed. ), And a half-spherical dome shape fluid chamber 122.

본 발명의 시브 밸브(113)는 일반적으로 동일한 평면 상에 제작되는 일반적인 공압 밸브와 다르게 상부층(130a)과 하부층(130b)으로 나누어 구성된다.The sieve valve 113 of the present invention is generally divided into an upper layer 130a and a lower layer 130b unlike a general pneumatic valve manufactured on the same plane.

시브 밸브(113)는 상부층(130a)에 입자가 포함된 유체(Qfp)가 유입되는 상부 채널(uCin)(132)과, 하부층(130b)에 2개의 연결채널(Interconnection Channel) 즉, 농축 과정에서 미세 입자가 걸러진 유체(Qf)가 흐르는 제1 연결채널(uCf)(134b) 및 농축된 입자(Qp)가 흐르는 제2 연결채널(uCp)(134c)로 구성된다.The sieve valve 113 includes an upper channel (uCin) 132 through which the fluid Qfp containing particles enters the upper layer 130a, and two interconnection channels, that is, a concentration process, in the lower layer 130b. The first connection channel uCf 134b through which the fluid Qf filtered fine particles flows, and the second connection channel uCp 134c through which the concentrated particles Qp flow.

시브 밸브(113)의 제1 연결채널(134b)과 제2 연결채널(134c)은 반구형 유체 챔버(122)의 제조 과정에서 동시에 제조하여 공정의 효율성을 높인다.The first connection channel 134b and the second connection channel 134c of the sheave valve 113 are simultaneously manufactured during the manufacturing process of the hemispherical fluid chamber 122 to increase the efficiency of the process.

도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 유입된 작동유체 내 미세 입자의 농축 원리 및 배출 과정을 나타낸 도면이다.8 and 9 are views showing the principle of concentration and discharge process of the fine particles in the introduced working fluid according to an embodiment of the present invention.

도 8은 유체 밸브(111), 입자 밸브(112), 시브 밸브(113)를 이용하여 유입된 유체(Qfp) 내 입자를 농축하고 작동 유체를 배출하는 과정을 나타내고, 도 9는 농축된 입자를 배출하는 과정을 나타낸다.FIG. 8 illustrates a process of concentrating particles in the introduced fluid Qfp by using the fluid valve 111, the particle valve 112, and the sieve valve 113 and discharging the working fluid, and FIG. 9 shows the concentrated particles. Indicates the process of discharging.

입자농축 공압 연결구(113a)를 통해 시브 밸브(113)에 외부의 압축 공기를 인가하면, 시브 밸브 챔버(113b)의 압축 공기 압력에 의해 밸브막(120)의 일부분이 변형되며, 이로 인하여 반구형 유체 챔버(122)의 경사면에 형성된 상부 채널(uCin)(132)의 출구면이 좁아지게 된다.When external compressed air is applied to the sieve valve 113 through the particle concentration pneumatic connector 113a, a part of the valve membrane 120 is deformed by the compressed air pressure of the sieve valve chamber 113b, thereby causing a hemispherical fluid. The exit surface of the upper channel (uCin) 132 formed on the inclined surface of the chamber 122 is narrowed.

즉, 미세 입자는 차단하지만 유체는 배출될 수 있는 시브면(Sieve Surface)(114a)에 의해서 입자만 걸러지게 된다.That is, only particles are filtered by a sieve surface 114a that blocks fine particles but may discharge fluid.

미세 입자 농축기(100)는 미세 입자의 크기에 따라 시브 밸브(113)에 인가하는 압력을 조절하여 밸브막(120)의 변형을 유도하게 되며, 다양한 크기의 입자를 농축할 수 있다. 즉, 미세 입자 농축기(100)는 미세 입자의 크기에 따라 상기 시브 밸브 챔버(113b)에 인가하는 압력을 조절하여 상기 밸브막(120)의 변형 정도를 제어할 수 있다.The fine particle concentrator 100 may induce deformation of the valve membrane 120 by adjusting the pressure applied to the sieve valve 113 according to the size of the fine particles, and may concentrate particles of various sizes. That is, the fine particle concentrator 100 may control the deformation degree of the valve membrane 120 by adjusting the pressure applied to the sieve valve chamber 113b according to the size of the fine particles.

반구형 유체 챔버(122)의 곡면은 밸브막(120)의 변형된 형태와 유사하기 때문에 낮은 압력에서 효율적으로 막힘 정도를 제어할 수 있다.Since the curved surface of the hemispherical fluid chamber 122 is similar to the modified form of the valve membrane 120, the degree of clogging can be efficiently controlled at low pressure.

도 8에 도시된 바와 같이, 입자 농축을 위한 시브 밸브(Vs)(113)는 온시키고, 동시에 입자 밸브(112)를 온하고, 유체 밸브(111)를 오프시켜 농축된 입자(Qp)가 흐르는 제2 연결채널(uCp)(134c)을 차단하며, 농축 과정에서 미세 입자가 걸러진 유체(Qf)만 흐르는 제1 연결채널(uCf)(134b)을 개방하여 입자를 농축하는 작업을 수행한다.As shown in FIG. 8, the sieve valve (Vs) 113 for particle concentration is turned on, and at the same time, the particle valve 112 is turned on, and the fluid valve 111 is turned off so that the concentrated particles Qp flow. The second connection channel (uCp) 134c is blocked, and the concentration of particles is performed by opening the first connection channel (uCf) 134b through which only the fluid Qf filtered fine particles are concentrated.

이때, 시브면(Sieve Surface)(114a)에는 입자가 쌓여 농축되고, 유체는 제1 연결채널(uCp)(134b)을 통해 배출된다.At this time, particles are accumulated and concentrated on the sieve surface 114a and the fluid is discharged through the first connection channel uCp 134b.

도 9에 도시된 바와 같이, 입자 농축을 위한 시브 밸브(Vs)(113)는 오프시키고, 동시에 입자 밸브(112)를 오프하고, 유체 밸브(111)를 온시켜 농축 과정에서 미세 입자가 걸러진 유체(Qf)만 흐르는 제1 연결채널(uCf)(134b)를 차단하며, 농축된 입자(Qp)가 흐르는 제2 연결채널(uCp)(134c)이 개방되어 시브면(114a)에 농축된 입자(Qp)를 제2 연결채널(uCp)(134c)을 통해 외부로 배출한다.As shown in FIG. 9, the sieve valve (Vs) 113 for particle concentration is turned off, and at the same time, the particle valve 112 is turned off, and the fluid valve 111 is turned on so that the fine particles are filtered in the concentration process. Blocking the first connection channel (uCf) (134b) flowing only (Qf), the second connection channel (uCp) (134c) through which the concentrated particles (Qp) flows to open the particles (concentrated on the sieve surface 114a) Qp) is discharged to the outside through the second connection channel (uCp) 134c.

이와 같이, 유체/입자 혼합물이 유입구(115)를 통하여 미세 유체 채널인 상부 채널(uCin)(132)로 유입되고, 입자농축 공압 연결구(113a)를 통해 시브 밸브(113)에 압력을 인가하여 시브 밸브(113)를 구동하며, 오직 유체만 흘려 보내는 유체 밸브(111)를 오프, 입자 밸브(112)를 온시켜서 유체 내 입자를 시브면(114a)에 농축한다. 농축된 입자의 배출은 일정 시간 동안 입자를 시브면(114a)에 농축한 후, 농축 과정과 반대로 시브 밸브(113)를 오프, 유체 밸브(111)를 온, 입자 밸브(112)를 오프시켜 입자를 제2 연결채널(uCp)(134c)를 통해 외부로 배출한다.As such, the fluid / particle mixture is introduced into the upper channel (uCin) 132, which is a microfluidic channel through the inlet 115, and the sieve valve 113 is applied to the sieve valve 113 through the particle concentration pneumatic connector 113a. The valve 113 is driven, and the fluid valve 111, which only flows the fluid, is turned off, and the particle valve 112 is turned on to concentrate particles in the fluid on the sieve surface 114a. Discharge of the concentrated particles concentrates the particles on the sieve surface 114a for a predetermined time, and then turns off the sieve valve 113, turns on the fluid valve 111, and turns off the particle valve 112, in contrast to the concentration process. Is discharged to the outside through the second connection channel (uCp) (134c).

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 Replica 몰딩 기법을 응용한 반구형 유체 챔버 구조 및 3차원 미세 유체 채널 네트워크 층을 제조하는 공정을 나타낸 도면이다.FIG. 10 is a view illustrating a process of manufacturing a hemispherical fluid chamber structure and a three-dimensional microfluidic channel network layer using a replica molding technique according to an exemplary embodiment of the present invention.

반구형 유체 챔버(122)의 구조 및 3차원 미세 유체 채널 네트워크 층(130)을 2개의 SU-8 몰드를 이용하여 제조한다.The structure of the hemispherical fluid chamber 122 and the three-dimensional microfluidic channel network layer 130 are fabricated using two SU-8 molds.

도 10의 (a)는 반구형 유체 챔버(122)의 제작을 위해서 SU-8 몰드에 액체 PDMS를 80㎛ 두께로 도포한 후, 90℃에서 30분간 경화시킨다.10 (a) shows that the liquid PDMS is applied to the SU-8 mold to a thickness of 80 μm for the hemispherical fluid chamber 122, and then cured at 90 ° C. for 30 minutes.

도 10의 (b)는 경화된 PDMS를 가로 및 세로, 각각 18mm의 글라스 기판에 상압 플라즈마를 이용하여 본딩한다.10 (b) bonds the cured PDMS to a glass substrate of 18 mm in width and length, respectively, using atmospheric pressure plasma.

도 10의 (c)는 3차원 미세 유체 채널 네트워크 층 제작을 위한 SU-8 몰드에 액체 PDMS를 0.3mL 도포한 후, (b)단계에서 제작한 부품을 정렬한다.10 (c) shows that 0.3 mL of liquid PDMS is applied to the SU-8 mold for fabricating the three-dimensional microfluidic channel network layer, and then the parts manufactured in (b) are aligned.

도 10의 (d)는 정렬한 (c)단계의 부품을 125℃, 30분간 경화시키고, 이때 닫힌 공간인 에어 캐비티의 내부 공기가 팽창하게 되어 PDMS 막이 부풀어 오르게 되는데 PDMS 막의 변형의 역상이 액상 PDMS에 복제된다.(D) of FIG. 10 shows that the parts of step (c) are cured at 125 ° C. for 30 minutes. At this time, the air inside the air cavity, which is a closed space, expands, causing the PDMS membrane to swell. Is duplicated.

도 10의 (d)는 3차원 미세 유체 채널 네트워크 층(130)의 하부층 제작을 위한 SU-8 몰드 구조와 맞닿게 되어 관통형 구조가 형성되어 유체/입자 혼합물의 주입으로부터 배출까지의 채널이 확보된다.10 (d) is in contact with the SU-8 mold structure for fabricating the lower layer of the three-dimensional microfluidic channel network layer 130 to form a through structure to secure the channel from the injection to the discharge of the fluid / particle mixture do.

도 10의 (e)는 액상 PDMS를 경화한 후 두 개의 구조를 분리해낸다.10 (e) separates two structures after curing the liquid PDMS.

도 10의 (f)는 반구형 유체 챔버(122)의 구조 및 3차원 미세 유체 채널 네트워크 층(130)의 완료된 구조이다.FIG. 10F shows the structure of the hemispherical fluid chamber 122 and the completed structure of the three-dimensional microfluidic channel network layer 130.

나머지 3개의 PDMS 층(110, 120, 140)의 제조 방법은 다음과 같다.Method for manufacturing the remaining three PDMS layer (110, 120, 140) is as follows.

외부 유체 및 외부 압축공기 인가를 위한 공압 연결 층(110)은 SU-8 몰드에 10mL의 액상 PDMS를 도포 및 경화하여 제조한다.The pneumatic connection layer 110 for applying external fluid and external compressed air is made by applying and curing 10 mL of liquid PDMS to a SU-8 mold.

밸브막(120)은 4인치 실리콘 와이퍼 상에 80㎛ 두께로 액상 PDMS를 도포 및 경화하여 제조한다.The valve membrane 120 is manufactured by applying and curing liquid PDMS to a thickness of 80 μm on a 4-inch silicon wiper.

추가적인 실링을 위한 PDMS 층(140)은 4인치 실리콘 와이퍼 상에 10mL의 액상 PDMS를 도포 및 경화하여 제조한다.PDMS layer 140 for additional sealing is made by applying and curing 10 mL of liquid PDMS on a 4 inch silicon wiper.

모든 공정의 경화 조건은 핫 플레이트(Hot Plate)를 이용하여 90℃에서 30분간 경화시켰다. 도 2에 도시된 4개의 PDMS 층의 구성품이 제작이 완료되면, 상압 플라즈마를 이용하여 순차적으로 본딩하여 미세 입자 농축기를 완성한다.Curing conditions of all processes were cured for 30 minutes at 90 ℃ using a hot plate (Hot Plate). When the components of the four PDMS layers shown in FIG. 2 are manufactured, the fine particle concentrator is completed by sequentially bonding using atmospheric pressure plasma.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 유체 배출구와 입자 배출구의 유량을 측정한 결과를 나타낸 도면이다.11 is a view showing the results of measuring the flow rate of the fluid outlet and the particle outlet according to an embodiment of the present invention.

도 11은 하기의 [표 1]과 같이 밸브를 동작하였을 경우, 미세 입자 농축기(100)의 유체 배출구(116)와 입자 배출구(117)에서 유량 센서를 이용하여 유량을 측정한 결과이다.11 is a result of measuring the flow rate using a flow sensor at the fluid outlet 116 and the particle outlet 117 of the fine particle concentrator 100 when the valve is operated as shown in Table 1 below.

유체 밸브(111), 입자 밸브(112), 시브 밸브(113)에 각각 외부의 압축 공기를 인가하고, 유체에 입자가 혼합되어 있을 경우, 유량 센서의 동작이 어렵기 때문에 순수한 물을 사용하여 시험을 수행하였다.When external compressed air is applied to the fluid valve 111, the particle valve 112, and the sieve valve 113, respectively, and the particles are mixed in the fluid, the flow sensor is difficult to operate, so the test is performed using pure water. Was performed.

샘플 로딩을 위한 상태 a state인 경우, 모든 밸브를 오프한 상태(4 Signal)이기 때문에 유체 배출구(116)와 입자 배출구(117)에서 유량이 측정된다.In the state a state for sample loading, since all valves are off (4 signal), the flow rate is measured at the fluid outlet 116 and the particle outlet 117.

미세 입자 농축을 위한 시브 밸브(Vs)(113)를 작동할 경우(1 Signal과 b state), 밸브막(120)의 변형으로 입자가 포함된 유체가 유입되는 상부 채널(132)의 유체 통로가 줄어들기 때문에 유량이 다소 줄어들게 된다. 이러한 상태에서 입자 배출을 위한 입자 밸브(Vp)(112)에 공압을 인가하는 경우(2 Signal), 입자 배출을 위한 통로인 제2 연결채널(134c)을 차단하고, 유체 배출을 위한 통로인 제1 연결채널(134b)을 개방하여 Qf만 측정되며, Qp인 경우 0에 근접한 결과를 얻게 된다(c state). 이와 반대의 경우, 입자 배출을 위한 통로인 제2 연결채널(134c)을 개방하고, 유체 배출을 위한 통로인 제1 연결채널(134b)을 차단하여 Qf가 0에 근접하며, Qp만 측정되는 결과를 얻게 된다(d state).When the sieve valve (Vs) 113 for fine particle concentration is operated (1 signal and b state), the fluid passage of the upper channel 132 through which the fluid containing particles flows due to the deformation of the valve membrane 120 As it decreases, the flow rate decreases somewhat. In this state, when pneumatic pressure is applied to the particle valve (Vp) 112 for particle discharge (2 Signal), the second connection channel 134c, which is a passage for discharging particles, is blocked, and a passage for discharging fluid is provided. Only Qf is measured by opening one connection channel 134b, and in the case of Qp, the result is close to zero (c state). On the contrary, Qf is close to 0 by opening the second connection channel 134c, which is a passage for particle discharge, and blocking the first connection channel 134b, which is a passage for fluid discharge, and only Qp is measured. (D state)

본 실험을 통하여 유체 밸브(111), 입자 밸브(112), 시브 밸브(113)가 성공적으로 제작되었음을 확인할 수 있다.Through this experiment, it can be confirmed that the fluid valve 111, the particle valve 112, and the sieve valve 113 have been successfully manufactured.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 비드 농축 원리를 검증한 시험 결과를 나타낸 도면이다.12 is a view showing a test result of verifying the bead concentration principle according to an embodiment of the present invention.

도 8 및 도 9에서 제시된 농축 원리는 증명하기 위해 전술한 [표 2]의 구동 조건과 같이 실험을 하였다.The concentration principle shown in FIGS. 8 and 9 was tested as shown in the driving conditions of Table 2 above.

본 실험은 직경이 24㎛인 폴리스틸렌 비드를 입자로 사용하였다. 초기 유체를 흘려주어 내부에 존재하는 유체 채널을 젖은 상태로 만든 후, 유체 배출구(116)와 입자 배출구(117)에 1 미터의 튜브를 연결했다.This experiment used polystyrene beads with a diameter of 24 μm as particles. After the initial fluid was flown to make the fluid channel existing therein wet, a 1 meter tube was connected to the fluid outlet 116 and the particle outlet 117.

80cm의 물의 수두차를 이용하여 비드가 혼합된 유체를 미세 입자 농축기(100)의 내부로 주입한다.A bead-mixed fluid is injected into the fine particle concentrator 100 using the water head difference of 80 cm.

도 12의 (a), (b), (c)는 시브 밸브(113)의 구동 및 입자와 분리된 유체만을 배출하도록 유체 밸브(111)를 온 오프, 입자 밸브(112)를 온시켜 유체가 흐르고 입자가 입자 포집 패널(114)에 농축된다.(A), (b), (c) of FIG. 12 show that the fluid valve 111 is turned on and the particle valve 112 is turned on so that the fluid of the sieve valve 113 is discharged and only the fluid separated from the particle is discharged. Flow and the particles are concentrated in the particle collection panel 114.

도 12의 (d)는 농축 후 유체 밸브(111)를 온, 입자 밸브(112)를 오프시켜 농축된 입자를 제2 연결채널(134c)를 통해 외부로 배출하게 된다.12 (d) turns on the fluid valve 111 after the concentration and turns off the particle valve 112 to discharge the concentrated particles to the outside through the second connection channel 134c.

3개의 밸브(유체 밸브(111), 입자 밸브(112), 시브 밸브(113))에 인가하는 압력은 각각 18kPa이다.The pressures applied to the three valves (fluid valve 111, particle valve 112, sheave valve 113) are 18 kPa, respectively.

하기의 [표 2]는 미세 입자 농축기(100)의 효능 시험을 위하여 다양한 크기를 갖는 입자 농축 시험 결과이다.Table 2 below shows particle concentration test results having various sizes for the efficacy test of the fine particle concentrator 100.

시브 밸브(113)의 압력을 조절하여 3가지 다른 크기의 입자가 농축되는 압력 정보를 실험적으로 얻은 후, [표 2]와 같이 밸브 구동 조합으로 입자 농축 시험을 수행하였다.After adjusting the pressure of the sieve valve 113 to experimentally obtain pressure information in which particles of three different sizes are concentrated, a particle concentration test was performed by a valve driving combination as shown in [Table 2].

순수한 유체 166.2mL를 얻는 동안 농축된 입자와 유체 혼합물의 부피비로 농축비를 계산하였다.The concentration ratio was calculated from the volume ratio of the concentrated particles and fluid mixture while obtaining 166.2 mL of pure fluid.

입자의 크기가 24㎛인 경우, 농축비가 3.82%로 20분 동안 대략 26.2배 정도 농축되었다. 입자의 크기가 6배 줄어든 4㎛인 경우, 농축비가 4.38%로 47분 동안 대략 22.9배 정도 농축되었다.When the particle size was 24 mu m, the concentration ratio was 3.82%, which was approximately 26.2 times concentrated for 20 minutes. When the particle size was 4 μm, which was reduced by 6 times, the concentration ratio was 4.38%, which was approximately 22.9 times concentrated for 47 minutes.

실험 결과로부터 본 발명의 미세 입자 농축기(100)는 다양한 크기의 입자를 농축할 수 있으며, 입자의 크기가 작아질수록 시브 밸브(113)에 인가하는 압력 및 농축 시간이 커짐을 알 수 있다.From the experimental results, it can be seen that the fine particle concentrator 100 of the present invention can concentrate particles of various sizes, and as the size of the particles decreases, the pressure and concentration time applied to the sieve valve 113 increase.

미세 입자 농축기(100)는 4개 층(110, 120, 130, 140)이 투명한 재질로 겹쳐져 보여서 위에서 볼 때, 입자의 농축과 배출 과정이 보여진다.The fine particle concentrator 100 shows four layers 110, 120, 130, and 140 superimposed with a transparent material, so that the concentration and discharge process of the particles is shown.

외부 유체 및 외부 압축공기 인가를 위한 공압 연결 층(110)의 입자 포집 영역(114)은 상기 밸브막(120)을 압축 공기로 변형시켜 상기 상부 채널(132)의 출구면이 좁아져서 입자가 쌓여 농축되는 영역을 나타낸 것이다.The particle trapping region 114 of the pneumatic connection layer 110 for applying external fluid and external compressed air deforms the valve membrane 120 into compressed air so that the exit surface of the upper channel 132 is narrowed so that particles are accumulated. The concentration area is shown.

이상에서 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiments of the present invention are not only implemented through the apparatus and / or the method, but may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium on which the program is recorded, and the like. Such implementations can be readily implemented by those skilled in the art to which the present invention pertains based on the description of the above-described embodiments.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

100: 미세 입자 농축기
110: 외부 유체 및 외부 압축공기 인가를 위한 공압 연결 층
111: 유체 밸브
111a: 유체 공압 연결구
112: 입자 밸브
112a: 입자 공압 연결구
113: 시브 밸브
113a: 입자농축 공압 연결구
113b: 시브 밸브 챔버
114: 입자 포집 영역
114a: 시브면
115: 유입구
116: 유체 배출구
117: 입자 배출구
120: 밸브막
122: 반구형 유체 챔버
130: 3차원 미세 유체 채널 네트워크 층
130a: 상부층
130b: 하부층
131: 유입구 포트
132: 상부 채널
133: 유동 챔버
134a: 하부 연결 채널
134b: 제1 연결채널
134c: 제2 연결채널
135a: 제1 연결챔버
135b: 제2 연결챔버
136a: 제1 상부챔버
136b: 제2 상부챔버
137: 유체 이동경로
137a: 유체 밸브 챔버
138: 입자 이동경로
138a: 입자 밸브 챔버
139a: 유체 배출구 포트
139b: 입자 배출구 포트
140: PDMS 층100: fine particle thickener
110: Pneumatic connection layer for external fluid and external compressed air
111: fluid valve
111a: fluid pneumatic connections
112: particle valve
112a: particle pneumatic connectors
113: sheave valve
113a: Particle enriched pneumatic connectors
113b: sieve valve chamber
114: particle capture area
114a: sheave plane
115: inlet
116: fluid outlet
117: particle outlet
120: valve membrane
122: hemispherical fluid chamber
130: three-dimensional microfluidic channel network layer
130a: top layer
130b: bottom layer
131: inlet port
132: upper channel
133: flow chamber
134a: lower connection channel
134b: first connection channel
134c: second connection channel
135a: first connecting chamber
135b: second connecting chamber
136a: first upper chamber
136b: second upper chamber
137: fluid movement path
137a: fluid valve chamber
138: particle movement path
138a: particle valve chamber
139a: fluid outlet port
139b: particle outlet port
140: PDMS layer

Claims

외부의 압축 공기를 인가하기 위한 시브 밸브 챔버;
외부 압력에 의해 일부분이 변형이 가능한 밸브막;
상부층에 상기 시브 밸브 챔버에 연결되어 입자가 포함된 유체가 유입되는 상부 채널이 형성되고, 하부층에 상기 상부 채널의 끝단에 연통된 하부 연결 채널과, 상기 하부 연결 채널의 양쪽으로 입자가 걸러진 유체가 흐르는 제1 연결채널과, 걸러진 입자가 흐르는 제2 연결채널이 형성되고, 상기 제1 연결채널과 상기 제2 연결채널을 연결하는 반구형 유체 챔버를 포함하며,
상기 시브 밸브 챔버의 압축 공기의 압력에 의해 상기 밸브막의 일부분이 변형되어 상기 반구형 유체 챔버의 형상으로 변형되면서 상기 상부 채널의 출구면이 좁아지고 상기 상부 채널을 통해 유입된 유체에서 상기 입자가 차단되면서 유체를 배출하고,
상기 밸브막의 상부면에 형성된 외부 유체 및 외부 압축공기 인가를 위한 공압 연결 층을 포함하고, 상기 공압 연결 층은 상기 외부 유체 및 외부 압축공기 인가를 위한 공압 연결 층은 상기 시브 밸브 챔버에 포함되어 외부의 압축 공기를 인가하여 상기 밸브막을 압축 공기로 변형시켜 상기 상부 채널의 출구면이 좁아지도록 하는 시브 밸브;
입자와 유체를 주입하는 유입구;
유체를 배출하는 유체 배출구; 및
입자를 배출하는 입자 배출구를 포함하며, 상기 반구형 유체 챔버의 형상으로 변형되면서 상기 상부 채널의 출구면이 좁아져 입자가 쌓여 농축되는 입자 포집 영역이 상기 시브 밸브에 근접되어 있는 형태이며,
상기 상부층은 상기 유입구에 하부 방향으로 연통된 유입구 포트;
상기 유입구 포트로부터 수평 방향으로 연통된 상기 상부 채널;
상기 상부 채널의 일측 끝단에 형성된 유동 챔버;
상기 유동 챔버와 일정 거리 이격되어 상기 제1 연결채널에 하부 방향으로 연통된 유체 밸브 챔버;
상기 유동 챔버와 일정 거리 이격되어 상기 제2 연결채널에 하부 방향으로 연통된 입자 밸브 챔버;
상기 유체 밸브 챔버에 연결되고, 상부 방향으로 상기 유체 배출구와 연통된 유체 배출구 포트; 및
상기 입자 밸브 챔버에 연결되고, 상부 방향으로 상기 입자 배출구와 연통된 입자 배출구 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 공압 구동 방식의 미세 입자 농축기.A sieve valve chamber for applying external compressed air;
A valve membrane which is partially deformable by external pressure;
An upper channel is formed in the upper layer to be connected to the sieve valve chamber and the fluid containing particles is introduced therein, and a lower connection channel communicated to the end of the upper channel in the lower layer, and the fluid is filtered through both of the lower connection channels. And a hemispherical fluid chamber configured to flow through the first connection channel and a second connection channel through which the filtered particles flow, and to connect the first connection channel and the second connection channel.
As a part of the valve membrane is deformed by the pressure of the compressed air of the sieve valve chamber to deform into the shape of the hemispherical fluid chamber, the outlet surface of the upper channel is narrowed, and the particles are blocked in the fluid introduced through the upper channel. Drain the fluid,
And a pneumatic connection layer for applying external fluid and external compressed air formed on an upper surface of the valve membrane, wherein the pneumatic connection layer includes a pneumatic connection layer for applying the external fluid and external compressed air to the sieve valve chamber A sieve valve which deforms the valve membrane into compressed air by applying compressed air to narrow the outlet surface of the upper channel;
An inlet for injecting fluid with the particles;
A fluid outlet for discharging the fluid; And
And a particle outlet for discharging particles, wherein the particle collecting region in which the outlet surface of the upper channel is narrowed and the particles are accumulated and concentrated while being deformed into the shape of the hemispherical fluid chamber is adjacent to the sieve valve.
The upper layer includes an inlet port communicating in a lower direction with the inlet;
The upper channel communicating in a horizontal direction from the inlet port;
A flow chamber formed at one end of the upper channel;
A fluid valve chamber spaced apart from the flow chamber by a predetermined distance and in communication with the first connection channel in a downward direction;
A particle valve chamber spaced apart from the flow chamber by a predetermined distance and communicated with the second connection channel in a downward direction;
A fluid outlet port connected to the fluid valve chamber and in communication with the fluid outlet in an upward direction; And
And a particle outlet port connected to the particle valve chamber and in communication with the particle outlet in an upward direction.

제1항에 있어서,
상기 밸브막의 상부면에 형성된 외부 유체 및 외부 압축공기 인가를 위한 공압 연결 층을 포함하고, 상기 외부 유체 및 외부 압축공기 인가를 위한 공압 연결 층은 상기 시브 밸브 챔버에 대응되는 위치에 형성되어 외부의 압축 공기를 인가하여 상기 밸브막을 압축 공기로 변형시켜 상기 상부 채널의 출구면이 좁아지도록 하는 시브 밸브;
상기 제1 연결채널의 입자의 흐름을 제어하기 위한 유체 밸브; 및
상기 제2 연결채널의 유체의 흐름을 제어하기 위한 입자 밸브를 포함하며, 상기 시브 밸브를 온시키고, 상기 입자 밸브를 온하고, 상기 유체 밸브를 오프시켜 상기 제1 연결채널이 개방되며, 상기 제2 연결채널이 차단되어 유체는 흐르고 입자는 농축되는 것을 특징으로 하는 공압 구동 방식의 미세 입자 농축기.The method of claim 1,
And a pneumatic connecting layer for applying external fluid and external compressed air formed on an upper surface of the valve membrane, wherein the pneumatic connecting layer for applying external fluid and external compressed air is formed at a position corresponding to the sheave valve chamber and A sieve valve which applies compressed air to deform the valve membrane into compressed air to narrow the outlet surface of the upper channel;
A fluid valve for controlling the flow of particles in the first connecting channel; And
And a particle valve for controlling the flow of the fluid in the second connection channel, turning on the sieve valve, turning on the particle valve, and turning off the fluid valve to open the first connection channel. 2 Pneumatically driven fine particle concentrator, characterized in that the connection channel is blocked, the fluid flows and the particles are concentrated.

제1항에 있어서,
상기 밸브막의 상부면에 형성된 외부 유체 및 외부 압축공기 인가를 위한 공압 연결 층을 포함하고, 상기 외부 유체 및 외부 압축공기 인가를 위한 공압 연결 층은 상기 시브 밸브 챔버에 포함되어 외부의 압축 공기를 인가하여 상기 밸브막을 압축 공기로 변형시켜 상기 상부 채널의 출구면이 좁아지도록 하는 시브 밸브;
상기 제1 연결채널의 입자의 흐름을 제어하기 위한 유체 밸브; 및
상기 제2 연결채널의 유체의 흐름을 제어하기 위한 입자 밸브를 포함하며, 상기 시브 밸브를 오프시키고, 상기 입자 밸브를 오프시키고, 상기 유체 밸브를 온시켜 상기 제1 연결채널이 차단되며, 상기 제2 연결채널이 개방되어 농축된 입자가 상기 제2 연결채널을 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 공압 구동 방식의 미세 입자 농축기.The method of claim 1,
And a pneumatic connection layer for applying external fluid and external compressed air formed on an upper surface of the valve membrane, wherein the pneumatic connection layer for applying external fluid and external compressed air is included in the sieve valve chamber to apply external compressed air. A sieve valve which deforms the valve membrane into compressed air to narrow the outlet surface of the upper channel;
A fluid valve for controlling the flow of particles in the first connecting channel; And
And a particle valve for controlling the flow of fluid in the second connection channel, turning off the sieve valve, turning off the particle valve, and turning on the fluid valve to shut off the first connection channel. 2 is a pneumatically driven fine particle concentrator, characterized in that the connection channel is opened and the concentrated particles are discharged to the outside through the second connection channel.

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제1항에 있어서,
미세 입자의 크기에 따라 상기 시브 밸브 챔버에 인가하는 압력을 조절하여 상기 밸브막의 변형 정도를 제어하는 것을 특징으로 하는 공압 구동 방식의 미세 입자 농축기.The method of claim 1,
Pneumatically driven fine particle concentrator characterized in that to control the degree of deformation of the valve membrane by adjusting the pressure applied to the sieve valve chamber according to the size of the fine particles.