KR100668335B1

KR100668335B1 - 자성 왁스 플러그를 구비한 마이크로 밸브 및 자성 왁스를이용한 유동 제어 방법

Info

Publication number: KR100668335B1
Application number: KR1020050027829A
Authority: KR
Inventors: 오광욱; 남궁각; 박진성
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-04-02
Filing date: 2005-04-02
Publication date: 2007-01-12
Also published as: US20060219308A1; US20120168016A1; US20090071542A1; US20110079289A1; US8167265B2; US7874305B2; US8403292B2; KR20060105234A; US7478792B2

Abstract

자성 왁스 플러그를 구비한 마이크로 밸브 및 자성 왁스를 이용한 유동 제어 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 마이크로 밸브는, 미세 유동 구조; 상기 미세 유동 구조의 소정 구간에 구비되는 것으로, 고체 상으로 존재하고 소정 온도보다 높은 온도에서 용융되어 자기장에 따라 이동함으로써 상기 유체의 이동을 조절하는 자성 왁스 플러그; 밸브의 모드 전환 시에 상기 자성 왁스 플러그가 용융되도록 가열하는 발열부; 및 용융된 상기 자성 왁스 플러그가 도달할 위치에 선택적으로 자기장을 인가하는 자기장 인가부;를 포함한다.

마이크로 밸브, 자성유체, 왁스, 상 전이 밸브

Description

자성 왁스 플러그를 구비한 마이크로 밸브 및 자성 왁스를 이용한 유동 제어 방법{Microvalve having ferromagnetic wax plug and flux control method using ferromagnetic wax}

도1a 및 도1b는 종래의 상 전이 밸브의 일 예를 도시한 개략도이다.

도2a 및 도2b는 종래의 상 전이 밸브의 또 다른 예를 도시한 개략도이다.

도3은 본 발명에 따른 마이크로 밸브를 포함하는 마이크로 칩의 일 실시예를 도시한 개략도이다.

도4는 본 발명에 따른 마이크로 밸브의 제1실시예를 도시한 개략도이다.

도5a 내지 도5f는 상기 도4에 도시된 마이크로 밸브의 작동에 따른 과도 상태를 도시한 개략도이다.

도6은 본 발명에 따른 마이크로 밸브의 변형 예를 도시한 개략도이다.

도7은 본 발명에 따른 마이크로 밸브의 제2실시예를 도시한 개략도이다.

도8은 마이크로 밸브의 성능 시험 장치 구성을 도시한 개략도이다.

도9는 자성 왁스의 조성에 따른 용융 온도를 보이는 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

110: 마이크로 칩 112: 마이크로 밸브

200: 기판 210: 입구부

220: 출구부 250: 벤트부

300: 발열부 401,401': 자기장 인가부

500: 자성 왁스 플러그 501,501': 고체 자성 왁스 플러그

502,502': 용융 자성 왁스 플러그

본 발명은 마이크로 밸브 및 미세 유동 구조를 갖는 마이크로 칩에 관한 것으로, 상세하게는 미세 유동 구조에 구비되는 양 안정성(bi-stable)의 상 전이(phase change)식 마이크로 밸브 및 상기 마이크로 밸브 구조를 포함하는 마이크로 칩에 관한 것이다.

일반적으로 밸브는 배관에 연결하여 유체의 유량이나 압력을 제어하는 장치를 일컫는다. 최근에는 미세 유동 구조와 관련하여 마이크로 밸브 및 그 장치 등이 주목받고 있다. 이러한 현상은 특히 마이크로 화학분석시스템(μTAS)를 포함하는 생화학분야에서 현저하게 일어나고 있다. 신약개발과 연관된 μTAS, 임상진단시스템, DNA 등의 생체의학 연구분야는 물론 잉크젯 인쇄분야에서도 마이크로 밸브에 관한 관심도가 높다.

MEMS기술발전과 맥을 같이 하고 있는 마이크로 밸브, 소위 MEMS밸브는 기본적으로 기체, 액체를 포함하는 유체의 흐름을 허용하고, 제한하고, 차단하는 기능을 갖는 중요한 소자로서 마이크로 펌프와 더불어 미세 유동 구조의 핵심적 위치에 있다. 미세가공기술에 의해 제작되는 마이크로 밸브는 구동방식, 용도 등에 따라 구조가 매우 다양하고 수μm에서부터 약 1mm까지 다양한 크기를 갖는다.

다양한 종류의 마이크로 밸브들 중에서 상 전이 밸브가 연구되고 있다. 상 전이 밸브는 미세 유동 구조 내에 구비되어 고체 상으로 존재하면서 소정의 모드로 유체의 흐름을 조절하고, 어느 한 모드에서 다른 모드로 전환될 때에는 액체 상으로 상 전이되어 변위 또는 변형을 일으키는 유형의 밸브를 말한다. 이러한 상 전이 밸브는 미국특허 제 6679279호 및 미국특허공개공보 제2004/0219732호 등에서 제시된 바 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하면서 종래의 상 전이 밸브에 관해 설명한다.

도1a 및 도1b는 종래의 상 전이 밸브의 일 예를 도시한 개략도이다. 도1a는 채널이 닫힌 닫힘 모드를, 도1b는 채널이 열린 열림 모드를 도시한다. 기판(20) 내에 마이크로 채널(21)이 형성되어 있고, 상기 채널(21)의 일측에는 우물(22)이 형성되어 있다. 상기 우물(22)의 상류측 채널(21) 내에는 고체왁스 플러그(40)가 구비된다. 고체왁스란 상온에서 고체상태이고 가열됨에 따라 유동성이 커지는 재료로서 파라핀 왁스 등이 이에 속한다.

상기 고체왁스 플러그(40) 주위에는 선택적으로 발열 가능한 발열부(30)가 구비된다. 상기 도1a에 도시된 상태에서 상기 발열부(30)로부터 열이 발생하면, 상기 고체왁스 플러그(40)가 용융된다. 용융된 왁스(40')는 유체의 압력에 의해 상기 우물(22)에 흘러들어가 다시 응고된다. 그런데, 이러한 종래의 상 전이 밸브(101)는 밸브의 모드 전환이 비가역적이어서 밸브가 한 번 열리고 나면 재사용이 불가능 한 단점이 있다.

도2a 및 도2b는 종래의 상 전이 밸브의 또다른 예를 도시한 개략도이다. 상기 도면에 도시된 유형의 상 전이 밸브(102)는 입구부(23), 출구부(24), 및 벤트(vent)부(25)가 만나는 'Y'자형 연결부를 가지고, 상기 Y자형 연결부로부터 벤트부로 이어지는 부분에는 발열부(30)를 갖는다. 도2a에 도시된 바와 같이 밸브(102)가 열린 모드일 때는, 고체왁스 플러그(42)가 상기 Y자형 연결부 내에 위치하고, 도2b에 도시된 바와 같이 밸브(102)가 닫힌 모드일 때는, 상기 고체왁스 플러그(42')가 벤트부(25) 내로 변위되어 위치한다.

모드 전환 시에는 상기 발열부(30)를 이용하여 상기 고체왁스 플러그(42)를 용융시키고, 상기 벤트부(25)의 일 측에 압축공기(air pressure) 및 진공(vacuum) 챔버(또는 펌프)를 선택적으로 연결하여 용융된 왁스를 이동시킨다. 따라서, 이러한 유형의 밸브(102)는 밸브의 구동을 위해 또 다른 밸브를 통해 고압 또는 진공의 챔버(또는 펌프)와 연결되어야 하는 단점이 있다.

마이크로 단위의 소형화가 용이하고, 재사용이 가능한 미세 유동 구조를 제공하기 위해서는 상기한 종래의 상 전이 밸브들(101,102)이 가지는 단점들의 개선이 요구된다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 단점들을 개선하기 위하여 제안된 것으로, 가역적인 모드 전환을 통해 재사용이 가능하도록 한 마이크로 밸브를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 마이크로 밸브가 적용된 미세 유동 구조를 갖는 마이크로 칩을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 자성 왁스 플러그를 구비한 마이크로 밸브는,

입구부와 출구부를 갖는 미세 유동 구조; 상기 입구부와 출구부가 만나는 소정 구간에 구비되는 것으로, 고체 상으로 존재하고 소정 온도보다 높은 온도에서 용융되어 자기장에 따라 가역적으로 이동함으로써 상기 유체의 이동을 조절하는 자성 왁스 플러그; 상기 소정 구간에 대응되게 구비되고, 밸브의 모드 전환 시에 상기 자성 왁스 플러그가 용융되도록 가열하는 발열부; 및 용융된 상기 자성 왁스 플러그가 도달할 위치에 선택적으로 자기장을 인가하는 자기장 인가부;를 포함한다.

본 발명에 따른 자성 왁스 부재를 이용한 마이크로 칩은,

기판에 형성된 미세 구조를 이용하여 소량의 유체시료로 화학 반응 시험을 수행할 수 있도록 하는 마이크로 칩으로서, 미세한 경로를 통해 유체시료가 이동하도록 형성된 미세 유동 구조; 및 상기 미세 유동 구조의 소정 구간에 구비되는 것으로, 고체 상으로 존재하고 소정 온도보다 높은 온도에서 용융되어 자기장에 따라 가역적으로 이동함으로써 상기 유체시료의 이동을 조절하는 자성 왁스 부재;를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 자성 왁스 부재를 이용한 마이크로 칩 유니트는,

기판에 형성된 미세 구조를 이용하여 소량의 유체시료로 화학 반응 시험을 수행할 수 있도록 하는 마이크로 칩과, 상기 마이크로 칩을 수용하고 구동하는 구 동 장치부로 이루어진 마이크로 칩 유니트로서,

상기 마이크로 칩은, 미세한 경로를 통해 유체시료가 이동하도록 형성된 미세 유동 구조; 및 상기 미세 유동 구조의 소정 구간에 구비되는 것으로, 고체 상으로 존재하고 소정 온도보다 높은 온도에서 용융되어 자기장에 따라 가역적으로 이동함으로써 상기 유체시료의 이동을 조절하는 자성 왁스 부재; 를 포함하고,

상기 구동 장치부는, 상기 미세 유동 구조의 소정 구간에 대응되게 구비되고, 상기 자성 왁스 부재가 용융되도록 가열하는 발열부; 및 용융된 상기 자성 왁스 부재가 도달할 위치에 선택적으로 자기장을 인가하는 자기장 인가부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 마이크로 밸브 및 마이크로 칩 유니트에 적용되는 유동 제어 방법은, 소정의 미세 유동 구조 내에 배치된 고체왁스에 열을 가하여 용융시키고, 용융된 상태에서 이를 이동시켜 상기 미세 유동 구조 내의 유체 흐름을 제어하는 유동 제어 방법으로서,

자성유체가 고체왁스와 균질 혼합된 자성 왁스를 마련하고 상기 자성 왁스를 상기 미세 유동 구조 내의 소정 구간에 배치하는 단계; 및 상기 소정 구간에 열을 가하여 상기 자성 왁스를 용융시키고, 용융된 자성 왁스가 도달할 위치에 자기장을 인가하여 상기 자성 왁스를 이동시킴으로써 유체의 흐름을 조절하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따른 자성 왁스 플러그를 구비한 마이크로 밸브는, 미세 유동 구조를 구비하고 그 미세 유동 구조 내에서 기체 또는 액체 등의 유동을 제어하여 어 떤 작업을 수행하는 다양한 분야에 적용될 수 있다. 특히, 생물학 또는 생화학 실험실의 구성요소들을 미세화하여 하나의 칩에 구현하는 랩온어칩(lab on a chip)에 적용되어, DNA 추출기술, DNA 증폭기술, DNA 검출기술, 세포 분리 실험기술, 세포 파괴기술, 세포독성 실험기술, HCS(High Contents Screening) 기술, 단일 생체분자 검출기술(single molecule detection) 등의 발전에 기여할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 자성 왁스 부재를 이용한 마이크로 칩 및 마이크로 칩 유니트와 그 유동 제어 방법은 마이크로 밸브 뿐만아니라, 마이크로 펌프 등의 액츄에이터(actuator)에도 활용될 수 있을 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 범주에 속하는 부분 또는 부재를 나타낸다.

도3은 본 발명에 따른 마이크로 밸브를 포함하는 마이크로 칩의 일 실시예를 도시한 개략도이다. 본 실시예에 따른 마이크로 칩(110)은 기판(200)에 형성된 소정의 미세 유동 구조를 갖는다. 상기 미세 유동 구조는 마이크로 채널들(210,220,250)과 마이크로 챔버(230) 등으로 이루어 질 수 있다. 일단에 시료 주입구(211)를 갖는 입구부(210)와 상기 마이크로 챔버(230)로 이어지는 출구부(220) 및 벤트(vent)부(250)는 'Y'자형 또는 'T'자형 연결부에 의해 서로 연결되어 있다. 상기 'Y'자형 연결부 내에는 자성 왁스 부재(500)가 구비되고, 상기 'Y'자형 연결부 주변에는 상기 자성 왁스 부재(500)를 가열하여 용융시킬 수 있는 발열부(300)가 구비된다.

이러한 마이크로 칩은 그 자체만으로 제공될 수 있고, 상기 마이크로 칩을 수용하고 이를 구동하는 구동 장치부와 함께 마이크로 칩 유니트로서 제공될 수도 있다.

상기 미세 유동 구조는 적어도 하나의 차원이 수 내지 수백 마이크로 미터의 크기를 갖는 구조로서 기체, 액체 등의 유체가 유통될 수 있는 채널, 챔버, 관 또는 이들의 조합으로 형성된 구조를 말하며, 밸브 또는 펌프 등의 액츄에이터를 포함할 수 있다. 미세 유동 구조는 일 예로서, 상기 도3에 도시된 바와 같이, 입구부, 출구부 및 벤트부가 한 점에서 서로 연결된 'Y'자형 또는 'T'자형 연결부를 가질 수 있으며, 이 외에도 다양한 형태를 가질 수 있다.

상기 자성 왁스는 자성유체와 고체왁스의 균질 혼합물로서 상온에서 고체 상으로 존재하고, 고온에서 유동성을 갖는 액체 상으로 존재하며 자성을 띠어 자기장을 따라 유동하는 재료를 말한다. 상기 자성유체는 강자성(ferromagnetic property)을 띤 자성 입자와 상기 자성 입자의 표면을 둘러싸는 서팩턴트(surfactant) 및 캐리어(carrier)로 조성된 재료이다. 이때, 상기 캐리어는 일반적인 고체왁스와의 균질 혼합을 위해 탄화수소 계열인 것이 바람직하다. 상기 고체왁스는 탄화수소 계열로서 상온에서 고체 상으로 존재하고, 고온에서 유동성을 갖는 것으로 충분하며 일반적인 파라핀 왁스(paraffin wax)가 이에 해당될 수 있다.

자성유체와 파라핀 왁스가 혼합된 자성 왁스의 성질에 관하여는 <Markus Zahn, "Magnetic fluid and nanoparticle applications to nanotechnology", J. Nanoparticle Research 3:73-78, 2001> 에 'paraffin-based ferrofluid'라 하여 간략하게 언급된 바 있다.

상기 발열부(300)는 상기 기판(200)에 설치되고 외부로부터 전기에너지를 공급받아 발열하는 저항 발열체일 수 있다. 또한, 반드시 기판(200)에 설치되어야 하는 것은 아니고, 상기 마이크로 칩(110)을 수용하고 이를 구동하는 구동 장치부(미도시)에 설치되어 상기 자성 왁스 부재(500) 주변으로 열을 전달시킬 수도 있다.

상기 발열부(300)에 의해 용융된 자성 왁스 부재(500)는 선택된 위치에 자기장 인가부(미도시)로부터 인가된 자기장에 의해서 이동한다. 이동한 상기 용융 자성 왁스 부재는 다시 응고되고 이로써 새로운 모드를 이루면서 상기 미세 유동 구조 내의 유동을 조절한다.

상기 자기장 인가부(미도시)는 마이크로 칩의 적어도 두 위치에 대하여 선택적으로 작용하는 솔레노이드부일 수 있고, 이 경우 상기 솔레노이드부들은 상기 마이크로 칩 자체에 설치되거나 상기 마이크로 칩을 수용하고 구동하는 구동 장치부에 설치될 수 있다. 또한 상기 자기장 인가부는 상기 마이크로 칩 외부에서 이동하며 영향을 미치는 적어도 하나의 영구자석일 수 있고, 이러한 영구자석 역시 상기 구동 장치부에 이동 가능하게 구비될 수 있음은 물론이다.

도4는 본 발명에 따른 마이크로 밸브의 제1실시예를 도시한 개략도이다. 제1실시예에 따른 마이크로 밸브(112)는, 입구부(210)와 출구부(220) 및 벤트부(250)가 한 지점에서 만나는 'Y'자형 연결부를 갖는다. 상기 'Y'자형 연결부 또는 벤트부(250) 내에는 선택적으로 자성 왁스 부재(500)가 위치하고, 그 주변에는 상기 자성 왁스 부재(500)를 용융시킬 수 있는 발열부(300)가 구비된다. 상기 발열부(300)는 스위치를 구비하여 밸브의 모드 전환 시에만 선택적으로 발열할 수 있다.

또한, 상기 마이크로 밸브(112)는 용융된 자성 왁스 부재를 이동시킬 수 있도록 상기 'Y'자형 연결부 및 벤트부(250)에 선택적으로 자기장을 인가하는 자기장 인가부(401,401')를 구비한다. 상기 자기장 인가부는 상기 두 지점 사이를 이동할 수 있는 영구자석일 수 있고, 상기 두 지점에 각각 구비되어 선택적으로 자기장을 인가하는 솔레노이드부일 수도 있다.

이하에서는 본 실시예에 따른 마이크로 밸브의 작동 과정을 설명함으로써 그 구성상의 특징 및 자성 왁스를 이용한 유동 제어방법을 상세히 설명한다. 도5a 내지 도5f는 상기 도4에 도시된 마이크로 밸브의 모드 전환 과정을 도시한 개략도이다. 상기 제1실시예에 따른 마이크로 밸브(112)는 상기 입구부(210)와 출구부(220)를 통한 유동을 차단하는 닫힘 모드와, 유동을 허용하는 열림 모드를 갖는다.

상기 도5a는 닫힘 모드를 나타낸다. 상온에서 고체 상의 자성 왁스 플러그(501)가 상기 'Y'자형 연결부의 중심을 막고 있다. 도5b 내지 도5d는 닫함 모드로부터 열림 모드로 전환하는 과정을 보여준다. 먼저 도5b에 도시된 바와 같이, 자기장 인가부(401')를 벤트부(250) 측에 위치시킨다. 다음 도5c에 도시된 바와 같이, 발열부(300)를 작동시켜 상기 자성 왁스 플러그를 가열한다. 용융되어 유동성이 생긴 용융 자성 왁스(502)는 자기장 인가부(401')를 따라 의해 상기 벤트부(250) 측으로 이동한다. 그 다음, 상기 발열부(300)의 작동을 멈추고 냉각시키면 도5d에 도시된 바와 같이 자성 왁스가 다시 응고되어 벤트부(250) 내에 자성 왁스 플러그(501')가 위치하게 되고, 이로써 열림 모드를 이루어 입구부(210)와 출구부(220) 사이의 유동을 허용하게 된다.

도5e 내지 도5f는 열림 모드에서 닫힘 모드로 전환하는 과정을 보여준다. 먼저 도5e에 도시된 바와 같이, 자기장 인가부(401)를 상기 'Y'자형 연결부의 중심부에 위치시킨다. 다음 상기 도5f에 도시된 바와 같이 상기 발열부(300)를 작동시켜 상기 자성 왁스 플러그를 용융시킨다. 용융 자성 왁스(502')는 상기 자기장 인가부(401)을 따라 'Y'자형 연결부로 이동한다. 그 다음, 상기 발열부(300)의 작동을 멈추고 냉각시키면 상기 도5a에 도시된 닫힘 모드로 다시 돌아간다.

상기 발열부에 의한 자성 왁스 플러그의 용융과 자기장 인가부에 의한 자기장 인가의 시간적인 순서는, 용융된 자성 왁스의 불필요한 유동을 방지하기 위해 자기장 인가가 앞서는 것이 바람직하다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 그 반대의 순서도 가능하고 동시에 수행되는 것도 가능하다.

도6은 본 발명에 따른 마이크로 밸브의 변형 예를 도시한 개략도이다. 본 변형 예는 입구부(210), 출구부(220) 및 벤트부(250)로 이루어진 미세 유동 구조내에 고체왁스 플러그(42)를 구비하고, 상기 고체왁스 플러그(42)를 용융시킬 수 있는 발열부(300)를 구비한다. 상기 벤트부(250) 내에는 상기 고체왁스 플러그(42)와 인접하게 자성유체(450)를 주입하고, 상기 자성유체(450)를 이동시킬 수 있는 자기장 인가부(400)를 구비하여 상기 고체왁스 플러그(42)가 용융되었을 때 상기 자성유체(450)를 이동시켜 상기 고체왁스 플러그(42)의 위치를 변화시키도록 한다.

도7은 본 발명에 따른 마이크로 밸브의 제2실시예를 도시한 개략도이다. 본 실시예에 따른 밸브는 직선상으로 배치된 입구부(230)와 출구부(240)를 가지고, 입구부(230)와 출구부(240)가 만나는 부분의 저면에 상기 입구부(230)로부터 경사지 게 형성된 우물부(232)를 갖는다. 닫힘 모드일 때는 상기 우물부(232)의 상류측인 입구부(230) 내에 자성 왁스 플러그(500)가 위치한다.

열림 모드로 전환할 때에는 발열부(300)를 작동시켜 상기 자성 왁스 플러그(500)를 용융시키면 용융 자성 왁스가 경사면을 따라 우물부(232)에 담겨지면서 상기 입구부(230)와 출구부(240) 사이의 유동을 허용한다. 반대로 열림 모드에서 닫힘 모드로 전환할 때에도 자기장을 인가하여 용융 자성 왁스가 상기 경사면을 따라 상류측으로 이동하도록 할 수 있다.

도8은 마이크로 밸브의 성능 시험 장치 구성을 도시한 개략도이다. 상기 도면에 도시된 장치로 본 발명에 따른 마이크로 밸브가 닫힘 모드일 때의 허용압력을 측정하였다. 자성유체와 파라핀 왁스를 1:2의 부피비로 혼합하였고, 상기 자성유체로는 미국 Ferrotech사의 APG E18, 138 Gauss를, 상기 파라핀 왁스로는 미국 Fluka사의 76232, sp 68-74℃를 사용하였다. 자성 왁스 플러그의 부피는 0.2㎕로 하였다. 이때, 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로 밸브의 최대 허용압력은 대략 50 Psi에 이름을 확인할 수 있었다.

도9는 자성 왁스의 조성에 따른 용융 온도를 보이는 그래프이다. 위의 실험에 사용된 자성 왁스 플러그와 같은 조성을 갖는 자성 왁스와 순수한 파라핀 왁스를 대상으로하여 온도변화에 따른 광학적 성질 변화를 측정함으로써 이들의 용융 온도를 비교하였다. 상기 그래프에서 어둡게 표시된 온도 영역에서 자성 왁스의 상 전이가 일어남을 알 수 있다. 다만, 자성 왁스의 상 전이 온도는 그래프에 표시된 영역에 한정되는 것이 아니고, 혼합된 고체왁스의 종류에 따라서 달라질 수 있다. 이점을 이용하여 유동을 조절하고자 하는 유체의 종류 및 사용되는 온도 조건에 따라 다양한 상 전이 온도를 갖는 자성 왁스를 제공할 수 있다.

이하, 자성 왁스를 이용한 유동 제어 방법에 관하여 설명한다.

소정의 미세 유동 구조 내에 배치된 고체왁스에 열을 가하여 용융시키고, 용융된 상태에서 이를 이동시켜 상기 미세 유동 구조 내의 유체 흐름을 제어하는 유동 제어 방법에 있어서, 본 발명에 따른 유동 제어 방법은, 먼저 자성유체가 고체왁스와 균질 혼합된 자성 왁스를 마련하고 상기 자성 왁스를 상기 미세 유동 구조 내의 소정 구간에 배치한다. 이는 본 발명에 따른 마이크로 밸브 또는 마이크로 칩 등의 제조 과정에서 이루어질 수 있다.

다음으로 미세 유동 구조 내의 유동을 조절하고자 할 때는, 상기 소정 구간에 열을 가하여 상기 자성 왁스를 용융시키고, 용융된 자성 왁스가 도달할 위치에 자기장을 인가하여 상기 자성 왁스를 이동시킨다. 자성 왁스를 용융시키는 것과 소정 위치에 자기장을 인가하는 것은 하나의 순서로 한정되는 것은 아니고, 둘 중 어느 하나의 과정이 앞서거나 동시에 수행될 수도 있다.

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.

상기한 본 발명에 의한 마이크로 밸브, 마이크로 칩, 마이크로 칩 유니트 및 미세 유동 제어 방법은 미세 유동의 조절을 위해 요구되는 장치 구성을 단순화하고, 가역적인 모드 전환을 통해 장치의 재사용이 가능하도록 하는 효과가 있다.

Claims

입구부와 출구부를 갖는 미세 유동 구조;

상기 입구부와 출구부가 만나는 소정 구간에 구비되는 것으로, 고체 상으로 존재하고 소정 온도보다 높은 온도에서 용융되어 자기장에 따라 가역적으로 이동함으로써 상기 유체의 이동을 조절하는 자성 왁스 플러그;

상기 소정 구간에 대응되게 구비되고, 상기 자성 왁스 플러그가 용융되도록 가열하는 발열부; 및

용융된 상기 자성 왁스 플러그가 도달할 위치에 선택적으로 자기장을 인가하는 자기장 인가부;를 포함하는 자성 왁스 플러그를 구비한 마이크로 밸브.
제1항에 있어서,

상기 미세 유동 구조는 입구부와 출구부 및 벤트(vent)부로 연결된 'Y'자형 연결부를 포함하고,

상기 자성 왁스 플러그는 상기 벤트부 및 상기 'Y'자형 연결부에 선택적으로 위치하고, 그 위치에 따라 상기 입구부와 출구부를 통한 유체시료의 소통을 허용 및 제한하는 것을 특징으로 하는 마이크로 밸브.
제1항에 있어서,

상기 미세 유동 구조는 입구부와 출구부 및 상기 입구부와 출구부가 만나는 부분의 저면에 상기 입구부 측으로부터 경사지게 형성된 우물부를 포함하고,

상기 자성 왁스 플러그는 상기 입구부 및 상기 우물부에 선택적으로 위치하고, 그 위치에 따라 상기 입구부와 출구부를 통한 유체시료의 소통을 허용 및 제한하는 것을 특징으로 하는 마이크로 밸브.
제1항에 있어서,

상기 자성 왁스 플러그는 자성유체(ferrofluid) 및 파라핀 왁스(paraffin wax)의 혼합물로 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 밸브.
제1항에 있어서,

상기 자성유체는 탄화수소를 베이스로 한 자성유체인 것을 특징으로 하는 마이크로 밸브.
제1항에 있어서,

상기 자기장 인가부는 이동 가능한 영구자석인 것을 특징으로 하는 마이크로 밸브.
제1항에 있어서,

상기 자성 왁스 플러그는 용융 상태에서 상기 미세유동 구조 내의 유체 시료 흐름에 서로 다른 영향을 미치는 적어도 두 위치로 선택적으로 이동하고,

상기 자기장 인가부는 상기 적어도 두 위치에 각각 구비되어 선택적으로 작동되는 솔레노이드부인 것을 특징으로 하는 마이크로 밸브.
기판에 형성된 미세 구조를 이용하여 소량의 유체시료로 화학 반응 시험을 수행할 수 있도록 하는 마이크로 칩에 있어서,

미세한 경로를 통해 유체시료가 이동하도록 형성된 미세 유동 구조; 및

상기 미세 유동 구조의 소정 구간에 구비되는 것으로, 고체 상으로 존재하고 소정 온도보다 높은 온도에서 용융되어 자기장에 따라 가역적으로 이동함으로써 상기 유체시료의 이동을 조절하는 자성 왁스 부재; 를 포함하는 자성 왁스를 이용한 마이크로 칩.
제8항에 있어서,

상기 미세 유동 구조의 소정 구간에 구비되어, 상기 소정 온도보다 높은 온도로 상기 자성 왁스 부재를 가열할 수 있는 발열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 칩.
제8항에 있어서,

상기 자성 왁스 부재는 용융 상태에서 상기 미세유동 구조 내의 유체 시료 흐름에 서로 다른 영향을 미치는 적어도 두 위치로 선택적으로 이동하고, 각 위치마다 구비되어 선택적으로 작동되는 솔레노이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 칩.
제8항에 있어서,

상기 미세 유동 구조는 입구부와 출구부 및 벤트(vent)부로 연결된 'Y'자형 연결부를 포함하고,

상기 자성 왁스 부재는 상기 벤트부 및 상기 'Y'자형 연결부에 선택적으로 위치하고, 그 위치에 따라 상기 입구부와 출구부를 통한 유체시료의 소통을 허용 및 제한하는 것을 특징으로 하는 마이크로 칩.
제8항에 있어서,

상기 미세 유동 구조는 입구부와 출구부 및 상기 입구부와 출구부가 만나는 부분의 저면에 상기 입구부 측으로부터 경사지게 형성된 우물부를 포함하고,

상기 자성 왁스 부재는 상기 입구부 및 상기 우물부에 선택적으로 위치하고, 그 위치에 따라 상기 입구부와 출구부를 통한 유체시료의 소통을 허용 및 제한하는 것을 특징으로 하는 마이크로 칩.
제8항에 있어서,

상기 자성 왁스 부재는 자성유체(ferrofluid) 및 파라핀 왁스(paraffin wax)의 혼합물로 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 칩.
제13항에 있어서,

상기 자성유체는 탄화수소를 베이스로 한 자성유체인 것을 특징으로 하는 마이크로 칩.
기판에 형성된 미세 구조를 이용하여 소량의 유체시료로 화학 반응 시험을 수행할 수 있도록 하는 마이크로 칩과, 상기 마이크로 칩을 수용하고 구동하는 구동 장치부로 이루어진 마이크로 칩 유니트에 있어서,

상기 마이크로 칩은,

미세한 경로를 통해 유체시료가 이동하도록 형성된 미세 유동 구조; 및

상기 미세 유동 구조의 소정 구간에 구비되는 것으로, 고체 상으로 존재하고 소정 온도보다 높은 온도에서 용융되어 자기장에 따라 가역적으로 이동함으로써 상기 유체시료의 이동을 조절하는 자성 왁스 부재; 를 포함하고,

상기 구동 장치부는,

상기 미세 유동 구조의 소정 구간에 대응되게 구비되고, 상기 자성 왁스 부재가 용융되도록 가열하는 발열부; 및

용융된 상기 자성 왁스 부재가 도달할 위치에 선택적으로 자기장을 인가하는 자기장 인가부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 왁스를 이용한 마이크로 칩 유니트.
제15항에 있어서,

상기 자성 왁스 부재는 용융 상태에서 상기 미세유동 구조 내의 유체 시료 흐름에 서로 다른 영향을 미치는 적어도 두 위치로 선택적으로 이동하고,

상기 자기장 인가부는 상기 적어도 두 위치에 각각 구비되어 선택적으로 작동되는 솔레노이드부인 것을 특징으로 하는 마이크로 칩 유니트.
제15항에 있어서,

상기 미세 유동 구조는 입구부와 출구부 및 벤트(vent)부로 연결된 'Y'자형 연결부를 포함하고,

상기 자성 왁스 부재는 상기 벤트부 및 상기 'Y'자형 연결부에 선택적으로 위치하고, 그 위치에 따라 상기 입구부와 출구부를 통한 유체시료의 소통을 허용 및 제한하는 것을 특징으로 하는 마이크로 칩 유니트.
제15항에 있어서,

상기 미세 유동 구조는 입구부와 출구부 및 상기 입구부와 출구부가 만나는 부분의 저면에 상기 입구부 측으로부터 경사지게 형성된 우물부를 포함하고,

상기 자성 왁스 부재는 상기 입구부 및 상기 우물부에 선택적으로 위치하고, 그 위치에 따라 상기 입구부와 출구부를 통한 유체시료의 소통을 허용 및 제한하는 것을 특징으로 하는 마이크로 칩 유니트.
제15항에 있어서,

상기 자성 왁스 부재는 자성유체(ferrofluid) 및 파라핀 왁스(paraffin wax) 의 혼합물로 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 칩 유니트.
제15항에 있어서,

상기 자성유체는 탄화수소를 베이스로 한 자성유체인 것을 특징으로 하는 마이크로 칩 유니트.
소정의 미세 유동 구조 내에 배치된 고체왁스에 열을 가하여 용융시키고, 용융된 상태에서 이를 이동시켜 상기 미세 유동 구조 내의 유체 흐름을 제어하는 유동 제어 방법에 있어서,

자성유체가 고체왁스와 균질 혼합된 자성 왁스를 마련하고 상기 자성 왁스를 상기 미세 유동 구조 내의 소정 구간에 배치하는 단계; 및

상기 소정 구간에 열을 가하여 상기 자성 왁스를 용융시키고, 용융된 자성 왁스가 도달할 위치에 자기장을 인가하여 상기 자성 왁스를 이동시킴으로써 유체의 흐름을 조절하는 단계;를 포함하는 자성 왁스를 이용한 유동 제어 방법.