KR20040036387A - Micro mixer and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마이크로 혼합기 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명에서는 마이크로 채널 내에 구조물을 설치하여 유체의 흐름을 방해하여두 용액 사이의 계면을 증가시키고, 교류의 전기장을 인가하여 채널 내에서의 유체의 흐름을 변화시켜 혼합효율이 증대될 수 있는 마이크로 혼합기 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a micromixer and a method of manufacturing the same, and more particularly, in the present invention, by installing a structure in the microchannel to block the flow of the fluid to increase the interface between the two solutions, by applying an electric field of alternating current in the channel The present invention relates to a micromixer and a method of manufacturing the same, by which the flow rate of the fluid can be changed to increase the mixing efficiency.
일반적으로, 서로 다른 액상의 물질을 혼합하기 위해서는 용기에 넣고, 섞거나(Stirring) 교반(Agitation)을 수행하여야 한다.In general, in order to mix different liquid substances, it is necessary to put them in a container, stir or perform agitation.
그러나, 마이크로(Micro) 단위의 용기내에서는 섞거나 교반을 수행하여도 혼합되지 않아, 확산(Diffusion)의 원리를 이용하여 혼합한다.However, the mixture is not mixed in the container of the micro unit even if the mixing or agitation is performed, it is mixed using the principle of diffusion (Diffusion).
그러므로, 마이크로 단위로 혼합하는 장치에서는 혼합(Mixing)의 효과를 증진시키기 위하여 반응 확률, 즉 서로 다른 물질의 계면을 증가시키는 것을 향상시키는 방법이 필요하다.Therefore, in a micro-mixing apparatus, a method of improving the reaction probability, that is, increasing the interface of different materials, is required to enhance the effect of mixing.
반응 확률을 향상시키기 위하여 종래에는 수중방전충격(Electrohyrodynamic Convection)을 이용하여 유체를 회전시키거나, 유체를 분리하여 다시 합치는 방법을 사용하였다.In order to improve the reaction probability, conventionally, a method of rotating a fluid by using an electrohyrodynamic convection, or separating and rejoining a fluid has been used.
그러나 이러한 방법은 3차원 구조로 되어 있어 구조가 복잡하고, 제작이 어렵거나 효과적인 혼합 효과가 발생하지 않는다는 단점을 갖고 있다.However, this method has a three-dimensional structure has a disadvantage that the structure is complex, difficult to manufacture or effective mixing effect does not occur.
이렇게 유체를 분리하여 다시 합치는 방법은 유체를 마이크로 채널 안에서 회전시키는 방법이 사용되었으며, 분석하기 위한 샘플과 시약을 혼합하는 경우, 샘플과 시약의 접촉 계면을 증가시킬 수 있다는 장점을 가지고 있으나 유체소자의 채널 설계가 어렵고 제작이 용이하지 않다는 단점을 갖고 있다.The method of separating and rejoining the fluid is a method of rotating the fluid in a microchannel, and when the sample and the reagent are mixed for analysis, the contact interface between the sample and the reagent can be increased. Channel design is difficult and not easy to manufacture.
다른 방법으로, 복잡한 유로상에 전기장을 인가하여 마이크로 채널 안에서유체를 회전시켜 혼합하였는데, 이 경우 혼합 효과가 우수하지 않고, 그 구성이 복잡하여 제작이 용이하지 않는 문제점이 있었다.Alternatively, the fluid was rotated and mixed in the microchannel by applying an electric field on a complicated flow path. In this case, the mixing effect was not excellent, and the configuration thereof was complicated, and thus the production was not easy.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 마이크로 채널 내에 구조물을 설치하여 유체의 흐름을 방해하여 두 용액 사이의 계면을 증가시키고, 교류의 전기장을 인가하여 채널 내에서의 유체의 흐름을 변화시켜 혼합효율이 증대될 수 있는 마이크로 혼합기 및 그의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems described above, by installing a structure in the micro-channel to interfere with the flow of the fluid to increase the interface between the two solutions, applying an electric field of alternating fluid in the channel It is an object of the present invention to provide a micromixer and a method of manufacturing the same that can increase the mixing efficiency by changing the flow of.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 상호 이격되어 요홈으로 형성된 적어도 둘 이상의 입구(Inlet)와, 상기 입구에 각각 연결되는 홈으로 형성된 보조(Auxiliary) 마이크로 채널과, 상기 보조 마이크로 채널에 일측이 연결되는 홈으로 형성되며 홈의 표면에 구조물이 형성된 주(Main) 마이크로 채널과, 상기 주 마이크로 채널의 타측에 연결되는 요홈으로 형성된 출구(Outlet)를 구비하는 하부기판과;According to a preferred aspect of the present invention, at least two or more inlets formed from grooves spaced apart from each other, and auxiliary micro channels formed from grooves connected to the inlets, respectively, A lower substrate having a main micro channel formed with a groove connected to one side of the auxiliary micro channel and having a structure formed on a surface of the groove, and an outlet formed with a groove connected to the other side of the main micro channel; ;
상기 하부 기판의 입구와 출구에 각각 대응되는 위치에 입구와 출구 관통홀들이 형성되어 있으며, 상기 입구와 출구 관통홀들이 하부 기판의 입구와 출구가 각각 대응되면서 상기 하부기판과 본딩되어 있는 상부기판으로 구성된 마이크로 혼합기가 제공된다.Inlet and outlet through-holes are formed at positions corresponding to the inlet and outlet of the lower substrate, respectively, and the inlet and outlet through-holes are bonded to the lower substrate while the inlet and outlet of the lower substrate correspond to each other. A configured micromixer is provided.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 사진식각공정을 수행하여 하부기판에 적어도 둘 이상의 입구 요홈들, 상기 입구 요홈들을 연결하는 보조 마이크로 채널용 홈, 상기 보조 마이크로 채널용 홈과 연결되며, 구조물을 갖는 주 마이크로 채널용 홈과, 상기 주 마이크로 채널용 홈과 연결된 출구 요홈을 형성하는 단계와;A preferred aspect for achieving the object of the present invention is, at least two or more inlet grooves on the lower substrate by performing a photolithography process, a groove for the auxiliary microchannel connecting the inlet grooves, the auxiliary microchannel Forming a main micro channel groove having a structure, the outlet groove connected to the main micro channel groove;
상기 하부 기판의 입구 요홈들과 출구 요홈에 대응되도록 상부 기판에 사진식각공정을 수행하여 입구와 출구 관통홀들을 형성하는 단계와;Forming inlet and outlet through-holes by performing a photolithography process on the upper substrate so as to correspond to the inlet and outlet grooves of the lower substrate;
상기 상부기판의 입구 요홈들 및 출구 요홈과 하부기판의 입구 및 출구 관통홀들을 각각 대응시켜 본딩하는 단계로 구성된 마이크로 혼합기의 제조방법이 제공된다.There is provided a method for manufacturing a micro mixer, which comprises bonding the inlet grooves and the outlet grooves of the upper substrate and the inlet and outlet through-holes of the lower substrate, respectively.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 혼합기의 개략적인 하부기판 평면 구성도이다.1 is a schematic plan view of a lower substrate of a micromixer according to the present invention.
도 2a와 2b는 본 발명에 따른 마이크로 혼합기의 주 마이크로 채널에 형성된 제 1 구조물의 형상을 도시한 도면이다.2a and 2b show the shape of the first structure formed in the main microchannel of the micromixer according to the invention.
도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 마이크로 혼합기의 주 마이크로 채널에 형성된 제 2 구조물의 형상을 도시한 도면이다.3a to 3c show the shape of the second structure formed in the main microchannel of the micromixer according to the invention.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 혼합기의 주 마이크로 채널에 형성된 제 3 구조물의 형상을 도시한 도면이다.Figure 4 shows the shape of a third structure formed in the main microchannel of the micromixer according to the invention.
도 5는 본 발명의 마이크로 혼합기의 개략적인 결합 사시도이다.5 is a schematic combined perspective view of the micromixer of the present invention.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로 혼합기의 개략적인 하부기판 평면 구성도이다.6 is a schematic plan view of a lower substrate of the micromixer according to the first embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로 혼합기의 개략적인 하부기판 평면 구성도이다.7 is a schematic plan view of a lower substrate of the micromixer according to the second embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 마이크로 혼합기의 제조 공정을 도시한 플로우챠트이다.8 is a flowchart illustrating a manufacturing process of the micromixer according to the present invention.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 마이크로 혼합기의 개략적인 하부기판 평면 구성도이다.9 is a schematic plan view of the lower substrate of the micromixer according to the third embodiment of the present invention.
도 10은 마이크로 펌프가 형성되어 있는 상태를 도 9의 A-A'선으로 절단하여 도시한 도면이다.FIG. 10 is a view illustrating a state in which a micropump is formed, cut along the line AA ′ of FIG. 9.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 하부 기판 110,120 : 입구(Inlet)100: lower substrate 110, 120: inlet
130 : 보조 마이크로 채널 140 : 주 마이크로 채널130: secondary micro channel 140: primary micro channel
140a : 확대 마이크로 채널 영역 141 : 돌출부140a: enlarged micro channel region 141: protrusion
143 : 독립적인 돌출부 144a : 요홈143: independent protrusion 144a: groove
147 : 톱니형상 돌출부 150 : 출구(Outlet)147: Serrated protrusion 150: Outlet
161,162,171,172,175,176 : 전극 181,182 : 보조 출구161,162,171,172,175,176: electrode 181,182: auxiliary outlet
183,184 : 마이크로 채널 185,186 : 보조 입구183,184: Micro Channel 185,186: Auxiliary Entrance
200 : 상부기판 210,220 : 관통홀200: upper substrate 210,220: through hole
300 : 마이크로 펌프 310 : 엑츄에이터300: micro pump 310: actuator
320 : 마이크로 밸브 330 : 중공부320: microvalve 330: hollow part
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 혼합기의 개략적인 하부기판 평면 구성도로써, 하부기판(100)상에 상호 이격되어 요홈으로 형성된 제 1과 2 입구(Inlet)(110,120)와; 상기 제 1과 2 입구(110,120)에 각각 연결되는 홈으로, 하부기판(100)의 상부에 형성된 보조(Auxiliary) 마이크로 채널(130)과; 상기 보조 마이크로 채널(130)에 일측이 연결되는 홈으로 상기 하부기판(100)의 상부에 형성되며, 홈의 표면에 구조물이 형성된 주(Main) 마이크로 채널(140)과; 상기 주 마이크로 채널(140)의 타측에 연결되는 요홈으로 상기 하부기판(100)의 상부에 형성된 출구(Outlet)(150)로 구성된다.1 is a schematic plan view of a lower substrate of a micro mixer according to the present invention, and includes first and second inlets 110 and 120 spaced apart from each other on a lower substrate 100; An auxiliary microchannel 130 formed at an upper portion of the lower substrate 100 as a groove connected to the first and second inlets 110 and 120, respectively; A main micro channel 140 formed at an upper portion of the lower substrate 100 as a groove connected to one side of the auxiliary micro channel 130, and having a structure formed on a surface of the groove; The groove is connected to the other side of the main micro channel 140 is composed of an outlet (Outlet) (150) formed on the upper portion of the lower substrate (100).
이렇게 구성된 본 발명의 마이크로 혼합기는 제 1 입구(110)에 샘플용액이주입되고, 제 2 입구(120)에 시약용액이 주입되면, 상기 보조 마이크로 채널(130)에서 혼합되어 상기 주 마이크로 채널(140)로 진행하게 된다.When the sample solution is injected into the first inlet 110 and the reagent solution is injected into the second inlet 120, the micro mixer of the present invention configured as described above is mixed in the auxiliary micro channel 130 to be mixed with the main micro channel 140. To proceed.
이 때, 주 마이크로 채널(140)에는 구조물이 형성되어 있어, 샘플용액과 시약용액의 흐름을 방해하여 샘플용액과 시약용액 사이의 계면이 증가되어, 원활하게 혼합된 혼합용액을 출구(150)에서는 추출할 수 있다.At this time, a structure is formed in the main microchannel 140, and the interface between the sample solution and the reagent solution is increased by obstructing the flow of the sample solution and the reagent solution. Can be extracted.
도 2a와 2b는 본 발명에 따른 마이크로 혼합기의 주 마이크로 채널에 형성된 제 1 구조물의 형상을 도시한 도면으로써, 먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 주 마이크로 채널(140)의 내부 표면에 상호 이격된 복수의 돌출부(141)들이 형성되어 있다.Figures 2a and 2b show the shape of the first structure formed in the main microchannel of the micromixer according to the present invention. First, as shown in Figure 2a, mutually spaced apart from the inner surface of the main microchannel 140. The plurality of protrusions 141 are formed.
그리고, 돌출부(141)들은 마이크로 채널의 내부 표면의 일면과 반대면에 엇갈리게 형성될 수도 있다.(도 2b)In addition, the protrusions 141 may be alternately formed on one surface and the opposite surface of the inner surface of the microchannel (FIG. 2B).
도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 마이크로 혼합기의 주 마이크로 채널에 형성된 제 2 구조물의 형상을 도시한 도면으로써, 도 3a에서는 전술된 도 2a의 복수의 돌출부(141)들이 상호 마주보며 등간격으로 이격되어 형성되거나 또는 상호 엇갈리게 마주보며 등간격으로 이격되어 형성되어 있으며, 상기 마주보는 돌출부(141)들의 사이에 독립적인 돌출부(143)들이 더 형성되어 있다.3A to 3C illustrate the shape of the second structure formed in the main microchannel of the micromixer according to the present invention. In FIG. 3A, the plurality of protrusions 141 of FIG. 2A described above are spaced at equal intervals from each other. They are formed or are spaced apart at equal intervals to face each other, and the independent protrusions 143 are further formed between the opposite protrusions 141.
또한, 도 3b에서는 도 3a의 독립적인 돌출부(143)에 요홈(144a)이 형성되어 있어, 진행되는 유체가 돌아나갈 수 있도록 하여 혼합되는 용액사이의 계면을 더 증가시킬 수 있게 된다.In addition, in FIG. 3B, the recess 144a is formed in the independent protrusion 143 of FIG. 3A, so that the fluid flowing therethrough can further increase the interface between the mixed solutions.
그리고, 도 3c에서는 전술된 도 2b의 복수의 돌출부(141)들로부터 이격되어있는 독립적인 돌출부(143)가 더 형성되어 있다.In addition, in FIG. 3C, an independent protrusion 143 spaced apart from the plurality of protrusions 141 of FIG. 2B is further formed.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 혼합기의 주 마이크로 채널에 형성된 제 3 구조물의 형상을 도시한 도면으로써, 마이크로 채널(140)의 내부 양측 표면에 상호 이격된 복수의 톱니 형상 돌출부(147)들을 형성하여, 혼합되는 용액사이의 계면을 증가시킬 수 있게 된다.4 is a view showing the shape of the third structure formed in the main microchannel of the micromixer according to the present invention, by forming a plurality of tooth-shaped protrusions 147 spaced apart from each other on both inner surfaces of the microchannel 140 As a result, the interface between the solutions to be mixed can be increased.
도 5는 본 발명의 마이크로 혼합기의 개략적인 결합 사시도로써, 한 쌍의 관통홀(210,220)이 형성된 상부기판(200)을 하부기판(100)에 본딩시키되, 상기 하부기판(100)에 형성된 제 1과 2 입구(110,120)와 상기 관통홀(210,220)이 각각 연통되도록 본딩한다.5 is a schematic coupling perspective view of the micromixer of the present invention, wherein the upper substrate 200 having a pair of through holes 210 and 220 is bonded to the lower substrate 100, but is formed on the lower substrate 100. And 2 inlets 110 and 120 and the through-holes 210 and 220 are bonded to communicate with each other.
여기서, 상부기판(200)과 하부기판(100)을 본딩하는 것은,Here, bonding the upper substrate 200 and the lower substrate 100,
1) 상부기판(200)과 하부기판(100)의 본딩 표면을 플라즈마 처리하고, 접착시켜 고온의 챔버에서 열처리하여 본딩하는 직접 본딩(Direct bonding),1) direct bonding for bonding the bonding surfaces of the upper substrate 200 and the lower substrate 100 by plasma treatment, bonding them, and bonding them by heat treatment in a high-temperature chamber;
2) 상부기판(200)과 하부기판(100)을 접착시키고, 전기장을 인가하여 본딩하는 양극 본딩(Anodic bonding),2) Anodic bonding for bonding the upper substrate 200 and the lower substrate 100, and bonding by applying an electric field,
3) 솔더(Solder)를 녹여 상부기판(200)과 하부기판(100)을 본딩하는 융합 본딩(Fusion bonding),3) Fusion bonding for melting the solder to bond the upper substrate 200 and the lower substrate 100,
4) 에폭시와 같은 접착제(Adhesive)를 이용하여 상부기판(200)과 하부기판(100)을 본딩하는 인터레이어 본딩(Inter layer bonding) 중 어느 하나를 이용하여 본딩한다.4) Bonding is performed using any one of an interlayer bonding bonding the upper substrate 200 and the lower substrate 100 using an adhesive such as epoxy.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로 혼합기의 개략적인 하부기판평면 구성도로써, 표면에 구조물이 형성된 주 마이크로 채널(140)은 보조 마이크로 채널(130)과 출구(150)에 연결된 채널의 폭(d1)보다 큰 폭(d2)을 갖는 확대 마이크로 채널 영역(140a)을 더 구비하며, 상기 확대 마이크로 채널 영역(140a) 양측의 기판(100)에는 '-'전극(161)과 '+'전극(162)이 형성되어 있다.6 is a schematic bottom substrate plan view of a micromixer according to a first embodiment of the present invention, in which a main microchannel 140 having a structure formed on a surface thereof is connected to an auxiliary microchannel 130 and an outlet 150. And further comprising an enlarged micro channel region 140a having a width d 2 greater than the width d 1. The substrate 100 on both sides of the enlarged micro channel region 140a has a '-' electrode 161 and A '+' electrode 162 is formed.
제 1과 2 입구(110,120)로 각각 주입된 두 용액은 채널 폭이 작은 주 마이크로 채널(140)을 통과하면서 구조물에 의해 혼합되고, 상기 확대 마이크로 채널 영역(140a)을 통과하면서 전기장에 의해 용액에서 발생되는 와류로 혼합 효율을 증가시킬 수 있게된다.The two solutions injected into the first and second inlets 110 and 120, respectively, are mixed by the structure through the main microchannel 140 having a small channel width, and are separated from the solution by an electric field while passing through the enlarged micro channel region 140a. The vortex generated can increase the mixing efficiency.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로 혼합기의 개략적인 하부기판 평면 구성도로써, 도 1에 도시된 하부기판(100)의 주 마이크로 채널(140) 일측에 일정간격으로 배열된 복수의 -전극단자(172)들을 형성하고, 상기 주 마이크로 채널(140) 타측에 상기 복수의 -전극단자(172)들과 엇갈리게 배열된 +전극단자(176)들을 형성한다.FIG. 7 is a schematic plan view of the lower substrate of the micromixer according to the second embodiment of the present invention, and a plurality of arranged at regular intervals on one side of the main microchannel 140 of the lower substrate 100 shown in FIG. 1. Electrode terminals 172 are formed, and + electrode terminals 176 that are alternately arranged with the plurality of -electrode terminals 172 are formed on the other side of the main microchannel 140.
상기 복수의 -전극단자(172)들과 +전극단자(176)들은 하부기판(100)에 형성된 벌크(Bulk)형 -, + 전극단자(171,175)에 각각 연결되어 있다.The plurality of -electrode terminals 172 and the + electrode terminals 176 are connected to the bulk type − and + electrode terminals 171 and 175 formed on the lower substrate 100, respectively.
--표면에 구조물이 형성된 주 마이크로 채널(140)은 보조 마이크로 채널(130)과 출구(150)에 연결된 채널의 폭(d1)보다 큰 폭(d2)을 갖는 확대 마이크로 채널 영역(140a)을 더 구비하며, 상기 확대 마이크로 채널 영역(140a) 양측의 기판(100)에는 '-'전극(161)과 '+'전극(162)이 형성되어 있다.The main microchannel 140 having a structure formed on the surface thereof has an enlarged microchannel region 140a having a width d 2 greater than the width d 1 of the channel connected to the auxiliary microchannel 130 and the outlet 150. Further, a '-' electrode 161 and a '+' electrode 162 are formed on the substrate 100 at both sides of the enlarged micro channel region 140a.
제 1과 2 입구(110,120)로 각각 주입된 두 용액은 채널 폭이 작은 주 마이크로 채널(140)을 통과하면서 구조물에 의해 혼합되고, 상기 확대 마이크로 채널 영역(140a)을 통과하면서 전기장에 의해 발생되는 와류로 채널 내에서의 유체 흐름을 변화시켜 혼합 효율을 증가시킬 수 있다.The two solutions injected into the first and second inlets 110 and 120, respectively, are mixed by the structure while passing through the main microchannel 140 having a small channel width, and generated by the electric field while passing through the enlarged micro channel region 140a. The vortex can change the fluid flow in the channel to increase the mixing efficiency.
여기서, 상기 전극들은 하부 기판이 실리콘 기판인 경우, 하이 도핑(High doping)시켜 형성하는 것이 바람직하며, 다른 기판인 경우는 메탈을 증착시켜 형성하는 것이 바람직하다.Here, the electrodes are preferably formed by high doping when the lower substrate is a silicon substrate, and is preferably formed by depositing a metal.
도 8은 본 발명에 따른 마이크로 혼합기의 제조 공정을 도시한 플로우챠트로써, 사진식각공정을 수행하여 하부기판에 적어도 둘 이상의 입구 요홈들; 상기 입구 요홈들을 연결하는 보조 마이크로 채널용 홈; 상기 보조 마이크로 채널용 홈과 연결되며, 구조물을 갖는 주 마이크로 채널용 홈과; 상기 주 마이크로 채널용 홈과 연결된 출구 요홈을 형성한다.(S100)8 is a flowchart illustrating a manufacturing process of the micromixer according to the present invention, in which at least two inlet grooves are formed on the lower substrate by performing a photolithography process; An auxiliary microchannel groove connecting the inlet grooves; A main micro channel groove connected to the auxiliary micro channel groove and having a structure; An outlet recess connected to the main micro channel groove is formed (S100).
상기 보조 마이크로 채널용 홈과 주 마이크로 채널용 홈의 폭과 깊이는 10㎛ ~ 5㎜ 로 형성하는 것이 바람직하다.The width and depth of the auxiliary microchannel groove and the main microchannel groove are preferably 10 μm to 5 mm.
그리고, 상기 하부 기판의 입구 요홈들과 출구 요홈에 대응되도록 상부 기판에 사진식각공정을 수행하여 입구와 출구 관통홀들을 형성한다.(S200)In addition, an inlet and an outlet through-hole are formed by performing a photolithography process on the upper substrate so as to correspond to the inlet and outlet grooves of the lower substrate.
이 때, 상기 상부 및 하부 기판의 재질은 실리콘(Si), 글라스(Glass), 석영(Quartz)과 폴리머(Polymer) 중 선택된 어느 하나로 사용한다.In this case, the upper and lower substrates may be made of any one selected from silicon (Si), glass, quartz, and polymer.
여기서, 상기 사진식각공정은 상부 및 하부 기판에 포토레지스트층을 형성하고, 이 포토레지스트층의 패턴을 형성하여, 이 포토레지스트 패턴으로 마스킹하여습식식각(Wet etching)법, 건식식각(Dry etching)법, 초음파 가공법, 샌드 브라스터(Sand blaster)법과 레이저 가공법 중 선택된 하나로 수행한다.The photolithography process may include forming a photoresist layer on upper and lower substrates, forming a pattern of the photoresist layer, masking the photoresist pattern, and performing wet etching and dry etching. Method, ultrasonic processing, sand blaster method and laser processing method.
마지막으로, 상기 상부기판의 입구 요홈들 및 출구 요홈과 하부기판의 입구 및 출구 관통홀들을 각각 대응시켜 본딩한다.(S300)Finally, the inlet grooves and the outlet grooves of the upper substrate and the inlet and outlet through-holes of the lower substrate are respectively bonded to each other (S300).
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 마이크로 혼합기의 개략적인 하부기판 평면 구성도로써, 제 1과 2 입구(Inlet)(110,120)에 각각 대응되고 이격된 하부기판(100)에는 제 1과 2 보조출구(181,182)가 각각 형성되어 있으며, 상기 제 1과 2 보조출구(181,182)는 마이크로 채널(183,184)에 의해 각각 제 1과 2 보조입구(185,186)에 연결되어 있다.FIG. 9 is a schematic plan view of the lower substrate of the micromixer according to the third embodiment of the present invention. The first and second inlets 110 and 120 respectively correspond to and spaced apart from the lower substrate 100. Second auxiliary outlets 181 and 182 are formed, respectively, and the first and second auxiliary outlets 181 and 182 are connected to the first and second auxiliary inlets 185 and 186 by microchannels 183 and 184, respectively.
여기서, 제 1과 2 보조입구(185,186)와 마이크로 채널(183,184)도 하부기판(100)에 형성되어 있다.Here, the first and second auxiliary inlets 185 and 186 and the micro channels 183 and 184 are also formed in the lower substrate 100.
도 10은 마이크로 펌프가 형성되어 있는 상태를 도 9의 A-A'선으로 절단하여 도시한 도면으로써, 상부기판(200)에는 하부기판(100)의 제 1과 2 보조입구(185,186) 및 제 1과 2 보조출구(181,182)와 각각 연통되는 관통홀들을 구비하고 있으며, 상기 제 1 보조출구(181)와 제 1 입구(110) 그리고, 제 2 보조출구(182)와 제 2 입구(120)로 이루어진 쌍들이 각각 연통되도록 상기 상부기판(200)의 상부에는 마이크로 펌프(300)(Micro pump)가 부착되어 있다.FIG. 10 is a view illustrating a state in which a micropump is formed by cutting along the line AA ′ of FIG. 9. The upper substrate 200 includes the first and second auxiliary inlets 185 and 186 of the lower substrate 100. Through holes communicating with the first and second auxiliary outlets 181 and 182, respectively, the first auxiliary outlet 181 and the first inlet 110, the second auxiliary outlet 182 and the second inlet 120 The micro pump 300 (Micro pump) is attached to the upper portion of the upper substrate 200 so that the pairs are formed in communication with each other.
여기서 상기 제 1 보조출구(181)와 제 1 입구(110)가 연통되도록 하나의 마이크로 펌프가 상부기판에 부착되며, 상기 제 2 보조출구(182)와 제 2 입구(120)에 연통되도록 다른 하나의 마이크로 펌프가 상부기판에 부착된다.Here, one micro-pump is attached to the upper substrate so that the first auxiliary outlet 181 and the first inlet 110 communicate with each other, and the other one communicates with the second auxiliary outlet 182 and the second inlet 120. Micro pump is attached to the upper substrate.
즉, 이들 쌍의 개수와 동일한 개수로 마이크로 펌프를 부착하고, 보조출구와 입구로 이루어진 쌍이 많을 경우, 잉크젯 헤드(Ink jet head)를 부착시킨다.That is, micropumps are attached in the same number as these pairs, and when there are many pairs of auxiliary outlets and inlets, ink jet heads are attached.
이러한 마이크로 펌프(300)는 시약 또는 샘플과 같은 유체가 제 1 보조입구(185)로 주입되면 제 1 보조출구(181)를 통하여 마이크로 펌프의 중공부(330)로 흘러 들어간다.The micro pump 300 flows into the hollow part 330 of the micro pump through the first auxiliary outlet 181 when a fluid such as a reagent or a sample is injected into the first auxiliary inlet 185.
상기 마이크로 펌프(300)는 중공부(330)에 유체가 들어오면, 엑츄에이터(310)를 구동시켜 유체에 압력을 인가하면, 마이크로 밸브(320)는 열려 제 1 입구(110)로 유체가 빠져나간다.When the fluid enters the hollow part 330, the micro pump 300 drives the actuator 310 to apply pressure to the fluid, and the micro valve 320 opens to the first inlet 110. .
이런 동작을 마이크로 펌프(300)는 반복하여 시약 또는 샘플을 택일적으로(Alternatively) 입구에 주입할 수 있게 된다.This operation allows the micro pump 300 to repeatedly inject reagents or samples into the inlet alternatively.
즉, 시약이 주입되는 마이크로 펌프는 먼저 동작하여 입구로 시약을 흘려보내고, 그 후, 샘플이 주입되는 마이크로 펌프를 동작시켜 입구로 샘플을 흘려보내는 동작을 반복적으로 수행하면, 시약과 샘플은 마이크로 단위로 교대로 주입하게 됨으로, 혼합효과를 증대시킬 수 있게 된다.That is, the micropump into which the reagent is injected first operates to flow the reagent to the inlet, and then repeatedly operates the micropump into which the sample is injected to flow the sample to the inlet. By alternately injecting, it is possible to increase the mixing effect.
여기서, 하부기판(100)에 형성된 입구의 개수만큼 대응되는 보조입구와 보조출구 및 관통홀들이 형성되며, 마이크로 펌프도 하부기판에 형성된 입구에 상응되는 개수로 형성된다.Here, auxiliary inlets, auxiliary outlets and through holes corresponding to the number of inlets formed in the lower substrate 100 are formed, and the micro pump is also formed in a number corresponding to the inlets formed in the lower substrate.
이 때, 하부기판에 형성된 입구의 개수가 많을 경우에는 잉크젯 헤드(Ink jet head)를 이용할 수도 있다.In this case, when the number of inlets formed on the lower substrate is large, an ink jet head may be used.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이,As detailed above,
(1)기존의 발명은 3D구조로 되어 있어 유체의 설계 및 제작이 복잡하였으나 본 발명은 구조가 간단하여 제조가 용이한 효과가 있다.(1) The existing invention has a 3D structure, and the design and manufacture of the fluid is complicated, but the present invention has a simple structure and easy manufacturing.
(2) 마이크로 채널 내에 구조물을 설치하여 유체의 흐름을 층류(laminar flow)에서 난류(turbulence flow)의 효과를 줄 수 있어, 시약과 샘플의 흐름을 방해하여 두 용액 사이의 계면을 증가시키고, 교류의 전기장을 인가하여 채널 내에서의 유체의 흐름을 변화시켜 혼합효율이 증대될 수 있는 효과가 있다.(2) By installing the structure within the microchannel, the flow of fluid can have the effect of turbulence flow in the laminar flow, disrupting the flow of reagent and sample, increasing the interface between the two solutions, By applying the electric field of the change in the flow of the fluid in the channel has an effect that the mixing efficiency can be increased.
(3) 실리콘(Si), 글라스(Glass), 석영(Quartz)과 폴리머(Polymer) 등의 재료로 제조함으로써, 혼합물질의 선택폭이 넓어지는 효과가 있다.(3) By making it from materials such as silicon (Si), glass, quartz, and polymer, there is an effect of widening the choice of the mixture.
(4) 따라서, 본 발명은 바이오 기술 및 환경 기술 등의 분야에서 생체 및 환경 분석을 수행하는 마이크로 분석기에 적용할 수 있으며, 미세 유체 소자에도 적용할 수 있는 효과가 발생한다.(4) Therefore, the present invention can be applied to a microanalyzer that performs living body and environmental analysis in the fields of biotechnology and environmental technology, and also has an effect applicable to microfluidic devices.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.
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