KR20090042230A - 미세유동 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 말단 출구경로(5) 및 이 말단 출구(5)를 상기 매니폴드(1)의 말단부(11)에 연결하기 위한 관통공(6)을 구비하는 매니폴드 배열(1)를 포함하는 미세유동장치에 관한 것이다. 관통공(6) 및 출구경로(5)는 함께 유출구를 형성한다. 관통공의 형상은 매니폴드의 예상되는 정렬상태의 변화에 무관하게 항상 매니폴드의 말단부에 중첩되는 형상이다. 매니폴드의 단면은 대체로 장방형인 것이 바람직하다.
미세유동장치(Microfluidic Devices), 매니폴드(manifold), 관통공
Description
본 발명은 미세유동장치에 관한 것이다.
미세유동장치에서, 하나 이상의 미세유동장치에 연결되는 공통의 공급덕트 또는 복귀덕트를 구비해야 할 필요성이 많다. 공통의 덕트 및 평행한 장치가 단일층 내에 조립되는 경우, 이 조립체는 막다른 단부(dead ends) 및 저유속 영역을 회피하도록 설계될 수 있다. 그러나, 보다 복잡한 배열로서 다층의 덕트가 필요한 경우에는 막다른 단부를 회피하는 것이 불가능하다.
막다른 단부 및 유사한 저유속 영역이 존재로 인해 작동유체가 초기에 충전될 때 공기 또는 기타의 기체가 미세유동장치 내에 포획될 수 있다. 이들 영역 내에서 유동이 부족하다는 것은 상기 포획된 공기가 장치 내에 유입되는 유체에 의해 만족스럽게 쓸려내려가지 않는다는 것을 의미한다. 이러한 공기 포획은 미세유동장치의 성능에 악영향을 줄 수 있다.
유사하게, 미세유동장치의 사용 전 또는 사용 중에 그 세정이 필요한 경우에는 적절한 세정액을 이용하여 세류(flush)시켜 줄 수 있다. 막다른 단부 및 유사한 저유속 영역은 세정액의 유속이 저유속이므로 만족스러운 세정이 이루어지지 않고, 세정작업 중에 공기가 포획되면 그 영역은 전혀 세정되지 않는다.
또한 세정 후, 미세유동장치 내에 작동유체를 재충전시킬 때에도 문제가 발생한다. 모든 잔류하는 세정액은 작동유체의 흐름에 의해 세류시켜주어야 한다. 특히 이 미세유동장치가 제약공정이나 식품제조공정에 이용되는 경우에는 장치 내의 모든 세정액이 배출될 때까지 오염된 작동유체는 폐기시켜야 한다. 저유속 영역이 존재하면 배출시간이 대폭 연장되고, 그 결과 작동유체의 폐기량이 증대한다.
도 1은 참조번호 10으로 표시된 미세유동장치 내에 매니폴드 덕트(1)가 형성되어 있고, 미세유동장치의 중간 고체층을 통해 추가의 층 내의 복수의 처리장치(도시생략)까지 유도되는 다수의 관통공(2)을 구비하는 배열의 개략도이다. 이 구성에 의해 작동유체는 처리장치의 평행하게 배치되는 다수의 유입경로(3)에 공급된다. 기계적 제약을 통해 관통공이 매니폴드 덕트(1)의 연부에 중첩하지 않도록 구성하는 것이 가능하다. 이들 관통공(2) 및 매니폴드 덕트(1)의 사이의 한계가 있는 정렬공차로 인해 매니폴드 덕트는 마지막 관통공(2)을 초과하는 부위까지 연장해야 하므로 막다른 단부(4)가 형성된다.
일 실시태양에서 본 발명은 유입구, 길이방향을 따라 이격배치된 다수의 처리 유출구, 및 적어도 하나의 상폐단부를 포함하는 미세유동장치에 있어서, 상기 상폐단부 또는 각 상폐단부는 매니폴드를 퍼지할 수 있는 유출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치로 구성된다.
유입구는 도 1에 도시된 바와 같이 폐쇄단부의 대향단부에 위치하는 것이 통례이지만, 형태적인 제약 및 기타의 제약이 있는 경우 매니폴드의 양단부의 사이에 배치된다. 이 경우에는 두개의 폐쇄단부가 존재하게 된다.
바람직한 실시예에서, 상기 유출구 또는 각 유출구는 처리 유출구를 통과하는 유량의 5% 내지 15%에 대응하는 유량을 허용하는 치수이고, 특히 약 10%의 유출구 유량을 허용하는 치수인 것이 바람직하다.
매니폴드는 단면이 대체로 장방형일 수 있고, 상기 유출구 또는 각 유출구도 대체로 장방형일 수 있다. 매니폴드의 단면적에 대한 상기 유출구 또는 각 유출구의 치수는 상기 매니폴드 및 상기 유출구 또는 각 유출구의 형성을 위한 제조공정으로부터 발생하는 비정렬보다 크도록 선택할 수 있다. 이것은 항상 적절한 중첩이 발생하는 것을 의미한다. 특히 매니폴드가 플루오로폴리머 기재 또는 실리콘 기재 내에 형성될 때, 상기 매니폴드 및 상기 유출구 또는 각 유출구는 에칭에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 대안으로서, 유출구 및 매니폴드는 몰드성형 또는 엠보싱 성형에 의해 형성될 수 있다.
다른 구성에서, 상기 유출구 또는 각 유출구는 폐쇄단부에 중첩되는 처리 유출구에 의해 구성될 수 있다.
본 미세유동장치는 다수의 매니폴드를 포함하고, 상기 유출구들은 상기 유출구들을 통과하는 처리액의 재순환을 위한 재순환 경로에 연결되어 있거나 또는 연결될 수 있다. 이것은 본 미세유동장치가 처리 상태일 때에만 적합하다.
전술한 배열 중의 임의의 하나의 배열에서, 적어도 하나의 유출구는 관련된 밸브를 구비할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명은 전술한 또는 후술되는 특징들의 임의의 조합을 포함한다.
본 발명은 다양한 실시태양으로 구현될 수 있으며, 이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조한 특정의 실시태양에 대해 설명한다.
도 1은 다수의 관통공을 구비하는 배열의 개략도;
도 2는 유출구를 구비하는 미세유동장치의 매니폴드의 개략도;
도 3은 상기 유출구의 형상 및 치수를 보시하는 도면; 및
도 4는 도 2와 유사한 타 실시예도이다.
2는 도 1의 것과 동일한 매니폴드 배열을 도시한 것이지만, 이 매니폴드는 말단 출구경로(5), 및 말단 출구경로(5)를 매니폴드(11)의 말단부(11)에 연결하기 위한 관통공(6)을 더 구비한다. 상기 관통공(6) 및 출구경로(5)는 공동으로 유출구를 형성한다. 관통공의 형상은 매니폴드의 정렬에 대한 관통공의 예상되는 변화에 무관하게 매니폴드의 말단부에 항상 중첩하는 형상이다. 따라서, 매니폴드가 대체로 장방형 단면을 가지는 경우, 관통공(6)도 대체로 장방형의 단면을 가지는 것이 바람직할 수 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 관통공(6)의 길이(L) 및 폭(W)은 관통공(6)과 매니폴드(1)의 수평방향 비정렬 범위 및 수직방향 비정렬 범위보다 크도록 선택되어야 한다.
말단 출구경로(5)의 치수는 이 경로를 통한 유체의 요구되는 흐름을 결정하 도록 선택된다. 이것은 통상 단일의 처리경로(3)를 통한 흐름에 대해 작은 비율(예, 10%)이 되도록 선택된다. 경우에 따라 예를 들면 단일의 매니폴드(1)에 100개의 처리경로(3)가 연결된 경우, 총 흐름의 0.1%는 말단 출구경로를 통과한다. 공기가 장치로부터 배기되는 경우, 말단 출구경로(5)를 통한 공기류는 액체에 비해 점성이 매우 낮으므로 극히 빠른 속도로 유동하고, 세정액이 장치로부터 배출되는 경우, 총유량의 통상 0.1%는 유동계 내의 데드스팟(dead spots)을 충분히 회피하여 급속하게 배출된다. 장치가 세정액에 의해 세류되는 반대의 경우에도 유사한 논거가 적용된다. 그 결과 말단 출구경로를 통해 처리액의 0.1%가 유실됨으로써 복잡한 배출밸브를 추가하지 않고도 완전자동 배출식 미세유동장치가 형성된다. 그러나, 처리액이 극히 높은 값인 경우에는 밸브를 사용하여 말단 출구경로를 통한 유량을 제어할 수 있고, 실제로 적절한 처리 중의 유출액은 공급원으로 재순환시킬 수 있다.
말단 출구경로를 통한 유량의 유실을 방지하는 추가 실시예에서 말단 출구경로는 실제의 장치경로일 수 있다. 이것은 장치의 세부적인 설계에 의해 관통공이 매니폴드의 연부에 중첩할 수 있는 경우에 가능하다.
이와 같은 배열은 도 4에 도시되어 있다. 말단 출구경로는 실제 장치의 경로에 의해 대체된다. 관통공(7)은 전술한 바와 같이 모든 매니폴드 비정렬 조건 하에서 매니폴드의 말단부에 중첩한다.
전술한 모든 배열에서, 매니폴드(1)의 단부는 유체 내의 정체 부분을 형성하는 각이 진 부분을 제거하기 위해 라운딩 가공되는 것이 유리하다.
Claims (8)
- 유입구, 길이방향을 따라 이격배치된 다수의 처리 유출구, 및 적어도 하나의 상폐단부를 포함하는 미세유동장치에 있어서, 상기 상폐단부 또는 각 상폐단부는 매니폴드를 퍼지할 수 있는 유출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유출구 또는 각 유출구는 처리 유출구를 통과하는 유량의 5% 내지 15%에 대응하는 유량을 허용하는 치수인 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 매니폴드의 단면은 대체로 장방형이고, 상기 유출구 또는 각 유출구는 대체로 장방형인 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 유출구 또는 각 유출구는 상기 매니폴드 및 상기 유출구 또는 각 유출구의 형성을 위한 제조공정으로부터 발생하는 비정렬보다 큰 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 매니폴드는 실리콘 플루오로폴리머 기재 내에 형성되고, 상기 매니폴드 및 상기 유출구 또는 각 유출구는 에칭, 몰드성형 또는 엠보 싱 성형에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유출구 또는 각 유출구는 상기 폐쇄단부에 중첩하는 처리 유출구에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 한 항에 있어서, 다수의 매니폴드를 포함하고, 상기 유출구들은 상기 유출구들을 통과하는 처리액의 재순환을 위한 재순환 경로에 연결되어 있거나 또는 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 한 항에 있어서, 적어도 하나의 유출구에 관련된 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
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