KR101347373B1 - 밸브를 갖는 미세 유동 장치, 및 미세 유동 장치의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 미세 유동 장치는 복수의 챔버들을 갖고 회전 가능하게 형성된 판상의 플랫폼, 및 상기 챔버들의 연통을 통제하는 밸브를 포함하고, 상기 밸브는 상기 밸브는 탄성을 갖는 탄성 구동부와 상기 탄성 구동부에 접하도록 설치되어 상기 탄성 구동부를 이동시키는 가압부재를 포함한다.

Description

밸브를 갖는 미세 유동 장치, 및 미세 유동 장치의 제조방법{MICROFLUIDIC DEVICE HAVIMG VALVE, AND FABRICATING MEHTOD THEREOF}

본 발명은 밸브를 갖는 미세 유동 장치, 및 미세 유동 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

미세 유동 장치는 소량의 유체를 수용하는 복수의 챔버와, 챔버들 사이의 유체 흐름을 제어하는 밸브와, 유체를 제공받아 지정된 기능을 수행하는 여러 가지 기능성 유닛을 포함한다.

최근 미세공정 및 미세유체공학 기술의 발달과 더불어, 미세유체의 유량 및 방향을 제어하는 미세유체 제어 기술의 개발 및 응용이 가속화되고 있다. 이러한 미세 유체 제어 기술에 의해, 혈액과 같은 생물학적 유체(biological fluid) 시료를 작은 미세 칩 상에서 자동으로 이동, 혼합, 반응 시킴으로써, 시료 내에 미량으로 존재하는 대상 물질을 높은 감도로 검출할 수 있다.

이에 따라, 이러한 기술은 바이오칩 또는 랩 온어 칩 (lab-on-a-chip)기술 분야에서의 핵심적인 기술로서 자리매김하고 있다. 특히, 최근 주목받고 있는 랩 온어 디스크 (lab-on-a-disc) 장치는 디스크 모양의 회전 가능한 기판 상에 다수의 챔버와 채널을 집적시켜, 모터의 회전에 의한 원심력으로 시료 및 반응물을 이동시키고 혼합시켜, 빠르고 간편하게 표적 물질 검출이 가능하도록 한 현장 진단용 장치이다.

미세 유체의 제어를 위해서는 미세유체유로를 개폐하기 위한 밸브 모듈의 개발이 가장 중요한데, 다양한 방식으로 미세유체유로 내에서 시료의 이동을 제어하기 위한 기술들이 보고된 바 있다. 대표적인 예로써, 다층으로 이루어진 미세유체 칩에서 공압식 또는 유압식으로 한쪽 채널에 압력을 조절하여 반대편 채널의 개폐를 조절하는 방식이 있다. 또한 온도변화에 따라 수축 또는 팽창하는 온도 감응성 고분자가 고정 설치되어 온도 감응성 고분자의 수축 또는 팽창에 따라 미세유체가 흐르는 통로를 개폐하는 원리를 이용한 방법도 있다. 뿐만 아니라 온도변화에 의해 부피가 팽창 또는 수축하는 매질의 부피 변화에 의해 탄성체 막이 탄성 변형을 일으켜 미세유체유로를 개폐하는 방식도 있다.

하지만 이러한 기존의 미세 밸브들은 큰 소모 전력 및 소형화에서의 제한 때문에, 랩 온어 디스크 장치와 같은 휴대용 기기 등에서는 사용되기 어렵다. 최근에는 상기 랩 온어 디스크 장치에서의 더욱 정확한 유체 및 반응 제어를 위해 열에 의해 상전이(phase transition)를 일으키는 물질을 이용하여 빛 조사를 통한 광열효과를 통해 밸브의 개폐를 조절할 수 있는 미세유체 제어 기술이 개발 및 상용화된 바 있다. 하지만 이러한 상전이 물질을 이용한 밸브도 온도에 민감하다는 특성 때문에 PCR(polymerase chain reaction)과 같은 온도 변화가 심한 반응을 수행하기 힘들뿐 아니라, 제조과정이 복잡하고, 강한 레이저 광원 및 정확한 기계적, 광학적 정렬 장치가 필수적이며, 내구성이 떨어진다는 단점이 있다.

본 발명은 개폐가 용이하고 소형화를 달성할 수 있는 밸브를 갖는 미세 유동 장치 및 미세 유동 장치의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 미세 유동 장치는 복수의 챔버들을 갖고 회전 가능하게 형성된 판상의 플랫폼, 및 상기 챔버들의 연통을 통제하는 밸브를 포함하고, 상기 밸브는 상기 밸브는 탄성을 갖는 탄성 구동부와 상기 탄성 구동부에 접하도록 설치되어 상기 탄성 구동부를 이동시키는 가압부재를 포함한다.

상기 가압부재는 회전에 의하여 상하로 이동하는 막대 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 가압부재에는 상기 가압부재를 지지하는 지지 너트가 겹합 설치될 수 있다.

상기 가압부재는 상단에 홈이 형성된 나사로 이루어질 수 있으며, 상기 가압부재는 외면에 나사산이 형성된 기둥부와 기둥부의 상단에 연결 형성된 헤드부를 갖고, 상기 헤드부에는 상기 헤드부를 가로지르는 영구자석막대가 삽입 설치될 수 있다.

상기 가압부재는 볼트로 이루어질 수 있으며, 상기 플랫폼은 제1 기판과 상기 제1 기판에 대향 배치된 제2 기판을 포함하고, 상기 지지 너트는 상기 제1 기판 내부에 삽입 설치될 수 있다.

상기 가압부재는 상기 제1 기판에 부분적으로 삽입 설치될 수 있으며, 상기 탄성 구동부는 상기 제1 기판과 일체로 형성될 수 있다.

상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에는 상기 챔버들을 연결하는 유로가 형성되고, 상기 밸브가 상기 유로를 개폐하며, 상기 탄성 구동부는 상기 유로와 접하도록 설치될 수 있다.

상기 제2 기판에는 상기 탄성 구동부의 하부에서 상기 탄성 구동부를 향하여 돌출된 밸브 돌기가 형성될 수 있으며, 상기 유로의 높이는 상기 가압부재의 이동범위보다 낮게 형성될 수 있다.

상기 탄성 구동부는 실리콘, 폴리부타디엔, 부틸, 폴리이소프렌, 클로로프렌을 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 탄성 구동부는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 미세 유동 장치의 제조 방법은 틀 상에 액상의 고분자물질을 주입하고 경화시켜 하부 구동층을 형성하는 하부 구동층 형성단계와, 상기 하부 구동층 상에 가압부재와 상기 가압부재에 체결된 지지 너트를 위치시키는 가압부재 설치단계와, 상기 하부 구동층 상에 지지 너트를 감싸도록 액상의 고분자 물질을 주입하고 경화시켜 상부 지지층을 형성하는 상부 지지층 형성단계와, 상기 상부 지지층 및 상기 하부 구동층을 상기 틀에서 분리시키는 분리단계, 및 상기 상부 지지층 및 상기 하부 구동층을 기판에 접합하는 접합단계를 포함한다.

상기 하부 구동층 형성단계에서 상기 틀 상에 유로 및 채널형성을 위한 몰드를 설치한 상태에서 상기 고분자 물질을 주입할 수 있으며, 상기 접합단계에서 상기 기판에는 유로가 형성될 수 있다.

상기 접합단계에서 상기 기판에는 상기 가압부재의 하부에 위치하며 상기 가압부재를 향하여 돌출된 밸브 돌기가 형성될 수 있으며, 상기 고분자물질은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)로 이루어질 수 있다.

상기 하부 구동층 형성단계에서는 상기 고분자 물질을 50℃ 내지 90℃에서 15분내지 30분 동안 경화시킬 수 있으며, 상기 상부 지지층 형성단계에서는 상기 고분자 물질을 50℃ 내지 90℃에서 60분 이상 경화시킬 수 있다.

상기 접합단계에서 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 형성된 유로의 높이는 상기 가압부재의 이동범위보다 낮게 형성될 수 있다.

본 실시예의 미세 유동 장치는 온도에 관계없이 개폐가 용이하고 소형화를 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 분석 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유동 장치의 평면도이다.
도 3은 도 2에서 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유동 장치에서 밸브가 닫힌 상태를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸브를 도구를 이용하여 작동시키는 과정을 도시한 단면도이다.
도 6a는 틀 상에 하부 구동층을 형성한 것을 도시한 단면도이고, 도 6b는 하부 구동층 상에 가압부재와 이송 너트를 설치한 상태를 도시한 단면도이며, 도 6c는 하부 구동층 상에 상부 지지층을 형성한 상태를 도시한 단면이며, 도 6d는 하부 구동층과 상부 지지층을 틀에서 이격시킨 상태를 도시한 도면이고, 도 6e는 하부 기판과 상부 기판을 결합시킨 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유동 장치를 나타낸 사진이다.
도 8a는 밸브가 닫혀진 상태를 도시한 사진이고, 도 8b는 하나의 밸브가 개방된 상태를 도시한 사진이며, 도 8c는 두개의 밸브가 개방된 상태를 도시한 사진이고, 도 8d는 세개의 밸브가 개방된 상태를 도시한 사진이다.
도 9은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가압부재와 이송 너트를 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 밸브를 도구를 이용하여 작동시키는 과정을 도시한 단면도이다.
도 11a는 본 발명의 제2 실시예의 변형예에 따라 틀 상에 하부 구동층을 형성한 것을 도시한 단면도이고, 도 11b는 하부 구동층 상에 가압부재와 이송 너트를 설치한 상태를 도시한 단면도이며, 도 11c는 하부 구동층 상에 상부 지지층을 형성한 상태를 도시한 단면이며, 도 11d는 하부 구동층과 상부 지지층을 틀에서 이격시킨 상태를 도시한 도면이고, 도 11e는 하부 기판과 상부 기판을 결합시킨 상태를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 몰드를 도시한 사시도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가압부재와 이송 너트를 도시한 사시도이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 밸브를 도구를 이용하여 작동시키는 과정을 도시한 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유동 장치를 적용한 분석 시스템의 개략도이다.

분석 시스템(20)은 회전 가능한 디스크 형상으로 이루어진 미세 유동장치(100)와 미세 유동장치(100)를 회전시키는 모터(26), 미세 유동장치(100)에 레이저를 조사하는 레이저 조사부(23), 분석을 위해 미세 유동장치(100)에 빛을 조사하는 광원(27) 및 미세 유동장치(100)를 통과한 빛을 분석하는 분광기(28)를 포함한다.

광원(27)과 분광기(28)를 이용하여 시약에 의하여 변한 시료의 색상에 따른 성분을 검출한다. 여기서, 분석 대상 물질의 색상에 따라 분광기(28)에는 각기 다른 파장이 나타나며 검출된 파장에 의하여 분석 대상 물질을 검출할 수 있다. 또한, 분석 대상 물질의 농도가 높으면 흡광도도 이에 비례하여 증가하는 바, 분광기(28)에서 측정된 흡광도를 바탕으로 분석 물질의 농도를 검출할 수 있다.

또한, 분석 시스템(20)은 감시를 위한 카메라(24)와 스트로브 라이트(25)를 더 포함할 수 있다. 분석 시스템(20)은 모터(26)와 레이저 조사부(23) 및 카메라(24)를 제어하는 제어부(21)를 포함한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유동 장치의 평면도이고, 도 3은 도 2에서 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라 본 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 제1 실시예의 미세 유동 장치(100)는 회전 가능한 디스크 형상의 플랫폼(130)과 플랫폼(130) 내부에 형성되며 유체를 수용하는 복수개의 챔버들(112, 114)과 및 챔버들(112, 114)을 연결하는 유로(116), 및 챔버들(112, 114)의 연통을 통제하는 밸브(140)를 포함한다.

플랫폼(130)은 회전 중심을 가지며, 예를 들어 회전 가능한 원판 형상으로 이루어질 수 있다. 플랫폼(130)은 복수의 판, 제1 기판(132)과 제2 기판(131)으로 구성된다. 제1 기판(132) 또는 제2 기판(131)의 내면에는 음각 형상의 유체를 수용하는 챔버(112, 114)와, 챔버(112, 114)를 연결하는 유로(116)가 형성된다.

제1 기판(132)과 제2 기판(131)은 접착제를 이용한 접착, 초음파 융착, 레이저 융착 등 다양한 방법으로 접합되어 미세 유동 장치(100)를 구성한다. 제1 기판(132)은 탄성을 갖는 폴리머 소재로 이루어지는바, 실리콘, 폴리부타디엔, 부틸, 폴리이소프렌, 클로로프렌을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 특히 제1 기판(132)은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어질 수 있다. 제2 기판(131)은 다양한 폴리머 소재로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어 폴리스타이렌(polystyrene, PS), 폴리디메틸실록산(poly(dimethylsiloxane), PMDS), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리카보네이트(polycarbonates), 폴리실릭 올레핀(polycyclic olefins), 폴리이미드(polyimides), 및 폴리우레탄(polyurethanes) 등으로 제조될 수 있다.

여기서 제1 기판(132)이 상판이 되고 제2 기판(131)이 하판이 된다. 또한, 플랫폼(130)은 화학적 및 생물학적 안정성과 광학적 투명성을 가지는 소재로 이루어질 수 있다.

플랫폼(130)은 복수의 영역으로 구분되며, 각 영역마다 독립적으로 작동하는 미세 유동 구조물(110)이 마련될 수 있다. 이에 따라 플랫폼(130)에는 복수개의 미세 유동 구조물(110)이 마련되어 하나의 플랫폼(130)을 이용하여 복수개의 시료를 분석할 수 있다.

미세 유동 구조물(110)은 시료주입 챔버(112)와 분석 챔버(114)를 포함한다. 각 챔버들(112, 114)은 유로(116)를 통해서 연결되며 유로(116)에는 유로(116)를 개폐하는 밸브(140)가 연결 설치되어 있다. 다만 본 발명이 이제 제한되는 것은 아니며, 챔버들은 유로 없이 직접 연결될 수도 있다.

시료주입 챔버(112)는 플랫폼(130)의 회전 중심에서 가장 가깝게 위치하는 챔버이다. 분석 챔버(114)는 시료주입 챔버(112)보다 플랫폼의 회전 중심에서 더 멀리 배치된다. 시료주입 챔버(112)에는 분석 대상인 시료가 주입되고, 분석 챔버(114)에는 시료의 분석을 위한 시약이 주입된다.

플랫폼(130)이 회전하면 원심력에 의하여 시료주입 챔버(112)에 저장된 시료가 분석 챔버(114)로 이동할 수 있다.

시료주입 챔버(112)와 분석 챔버(114) 사이에 설치된 밸브(140)가 시료의 이동을 통제하는 바, 밸브(140)는 가압부재(141)와 가압부재(141)에 의하여 상하로 이동하며 탄성을 갖는 탄성 구동부(145)를 포함한다. 가압부재(141)는 나사산이 형성된 막대부(141b)와 막대부(141b)의 상단에 형성된 헤드부(141a)를 갖는다. 헤드부(141a)는 막대부(141b)보다 더 큰 횡단면을 갖도록 형성되고, 상면에 스크류 드라이버 등의 공구가 결합될 수 있도록 홈(141c)이 형성되어 있다. 본 실시예에 따른 가압부재(141)는 나사로 이루어질 수 있다.

밸브(140)는 제1 기판(132)에 삽입 설치된 지지 너트(142)를 더 포함하는바, 가압부재(141)는 지지 너트(142)와 결합 설치되며, 가압부재(141)도 제1 기판(132)에 부분적으로 삽입 설치된다. 탄성 구동부(145)는 가압부재(141)와 유로(116) 사이에 위치하며 제1 기판(132)과 일체로 형성될 수 있다.

따라서 본 실시예에 따른 탄성 구동부(145)는 탄성을 갖는 폴리머 소재로 이루어지는바, 실리콘, 폴리부타디엔, 부틸, 폴리이소프렌, 클로로프렌을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 특히 탄성 구동부(145)는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어질 수 있다.

한편, 제2 기판(131)에는 탄성 구동부(145)를 향하여 돌출된 밸브 돌기(134)가 형성된다. 밸브 돌기(134)는 유로(116) 내에 형성되며, 밸브(140)가 폐쇄될 때, 탄성 구동부(145)와 맞닿는다.

도 4에 도시된 바와 같이, 공구(137)를 이용하여 가압부재(141)를 일 방향으로 회전시키면 가압부재(141)가 하부로 이동하여 탄성 구동부(145)를 하부로 가압하여 밀어내며, 이에 따라 탄성 구동부(145)는 유로(116)를 가로막아 차단할 수 있다.

이때, 가압부재(141)가 높이방향으로 이동하는 가압부재(141)의 이동범위는 유로(116)의 높이보다 더 크도록 설정되어 가압부재(141)가 유로(116)를 안정적으로 폐쇄할 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 공구(137)를 이용하여 가압부재(141)를 반대방향으로 회전시키면 가압부재(141)가 상부로 이동하여 탄성 구동부(145)에 대한 가압력이 제거된다. 이때, 탄성 구동부(145)가 탄성에 의하여 상부로 이동하며 유로(116)는 다시 개방된다.

상기한 바와 같이 본 실시예에 따르면 어떠한 전력의 소모 없이도 밸브(140)를 개폐할 수 있다.

본 실시예에 따른 미세 유동 장치의 제조 방법은 틀(120) 상에 액상의 고분자 물질로 이루어진 하부 구동층(132a)을 형성하여 경화시키는 하부 구동층 형성단계와, 하부 구동층(132a) 상에 가압부재(141)와 가압부재(141)에 체결된 지지 너트(142)를 위치시키는 가압부재 설치단계와, 하부 구동층(132a) 상에 지지 너트(142)를 감싸도록 액상의 고분자 물질로 이루어진 상부 지지층(132b)을 형성하여 경화시키는 상부 지지층 형성단계와, 하부 구동층(132a)을 틀(120)에서 분리시키는 분리단계, 및 하부 구동층(132a)을 기판에 접합하는 접합단계를 포함한다.

도 6a에 도시된 바와 같이 하부 구동층 형성단계는 틀(120) 상에 액체 상태의 고분자 물질을 주입한 후, 설정된 시간만큼 경화시켜서 하부 구동층(132a)을 형성한다. 이때, 하부 구동층(132a)은 탄성 구동층을 이루는 부분이므로 탄성을 갖는 소재로 이루어진다. 본 실시예에 따른 하부 구동층(132a)은 상기한 바와 같이 폴리디메틸실록산 등으로 이루어질 수 있다.

고분자 물질이 폴리디메틸실록산으로 이루어질 경우, 고분자 물질을 50℃ 내지 90℃에서 15분 내지 30분 동안 경화시킨다.

도 6b에 도시된 바와 같이, 가압부재 설치단계는 하부 구동층(132a) 상에 나사로 이루어진 가압부재(141)와 가압부재(141)에 체결된 지지 너트(142)를 위치시킨다. 본 실시예에 따른 가압부재(141)는 상기에서 예시한 나사 이외에도 탄성구동부(145)를 가압할 수 있는 다양한 종류의 가압부재가 적용될 수 있다.

도 6c에 도시된 바와 같이, 상부 지지층 형성단계는 하부 구동층(132a) 상에 지지 너트(142)를 감싸는 상부 지지층(132b)을 형성하는 바, 상부 지지층(132b)은 하부 구동층(132a)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 상부 지지층(132b)은 하부 구동층(132a)과 상이한 물질로 이루어질 수 있다.

상부 지지층(132b)을 이루는 고분자 물질이 폴리디메틸실록산으로 이루어질 경우, 고분자 물질을 50℃ 내지 90℃에서 15분 내지 60분 이상 경화시킨다. 상부 지지층(132b)의 경우, 오래 경화될수록 지지 너트를 안정적으로 지지 고정할 수 있는바, 경화시간의 상한은 설정할 필요가 없다. 상부 지지층(132b)과 하부 구동층(132a)이 결합하여 제1 기판(132)이 된다.

한편, 분리단계는 도 6d에 도시된 바와 같이, 틀(120)에서 제1 기판(132)을 분리한다.

또한, 접합단계는 제1 기판(132)을 유로(116) 및 챔버(112, 114)가 형성된 제2 기판(131)에 접합한다. 제1 기판(132)과 제2 기판(131)은 접착제를 이용한 접착, 초음파 융착, 레이저 융착 등 다양한 방법으로 접합될 수 있다. 접합단계에서는 제1 기판(132)에 시료주입 챔버(112)와 연결된 시료주입 홀(118)과 분석 챔버(114)와 연결된 배출 홀(117)을 형성한다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 유동 장치를 나타낸 사진이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따르면 플랫폼에 가압부재와 탄성 구동부로 이루어진 밸브를 갖는 미세 유동 장치를 얻을 수 있다.

도 8a는 밸브가 닫혀진 상태를 도시한 사진이고, 도 8b는 하나의 밸브가 개방된 상태를 도시한 사진이며, 도 8c는 두개의 밸브가 개방된 상태를 도시한 사진이고, 도 8d는 세개의 밸브가 개방된 상태를 도시한 사진이다.

도 8a에 도시된 바와 같이 밸브가 닫힌 상태에서는 시료가 이동하지 못하는 것을 알 수 있다. 한편, 도 8b에 도시된 바와 같이 하나의 밸브가 개방된 경우에는 개방된 유로를 통해서 시료가 이동하는 것을 알 수 있으며, 도 8c에 도시된 바와 같이 두개의 밸브가 개방된 경우에는 개방된 유로를 통해서 시료가 이동하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 8d에 도시된 바와 같이 세개의 밸브가 개방된 경우에는 개방된 유로를 통해서 시료가 이동하는 것을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 본 실시예에 따르면 가압부재와 탄성 구동부를 이용하여 유로를 안정적으로 개방하거나 폐쇄할 수 있다. 또한, 밸브가 열에 의한 영향이나, 화학 물질에 의한 영향을 받지 아니하므로 화학적으로 반응성이 큰 시약이 반응열이 큰 시약을 이용할 수 있다. 또한, 밸브의 개방과 폐쇄에 전력의 소모가 필요 없으며, 미세 유동 장치를 소형화할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가압부재와 이송 너트를 도시한 사시도이고, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 밸브를 도구를 이용하여 작동시키는 과정을 도시한 단면도이다.

도 9 및 도 10을 참조하여 설명하면, 제2 실시예의 미세 유동 장치는 회전 가능한 디스크 형상의 플랫폼(230)과 플랫폼(230) 내부에 형성되며 유체를 수용하는 복수개의 챔버들과 및 챔버들을 연결하는 유로(216), 및 챔버들의 연통을 통제하는 밸브(240)를 포함한다.

플랫폼(230)은 회전 중심을 가지며, 예를 들어 회전 가능한 원판 형상으로 이루어질 수 있다. 플랫폼(230)은 복수의 판, 제1 기판(232)과 제2 기판(231)으로 구성된다. 제1 기판(232) 또는 제2 기판(231)의 내면에는 음각 형상의 유체를 수용하는 챔버와, 챔버를 연결하는 유로(216)가 형성된다.

유로(216)에 설치된 밸브(240)가 시료의 이동을 통제하는 바, 밸브(240)는 가압부재(241)와 가압부재(241)에 의하여 상하로 이동하며 탄성을 갖는 탄성 구동부(245)를 포함한다. 가압부재(241)는 나사산이 형성된 막대부(241b)와 막대부(241b)의 상단에 형성된 헤드부(241a)를 갖는다. 헤드부(241a)는 막대부(241b)보다 더 큰 횡단면을 갖도록 형성되고, 헤드부(241a)에는 헤드부(241a)의 직경방향으로 이어져 형성되어 헤드부(241a)의 상면을 가로지르는 영구자석막대(241c)가 설치된다. 영구자석막대(241c)는 헤드부(241a)에 삽입 설치되며, 헤드부(241a)의 상면에서 두께 방향으로 삽입 설치되어 있다.

밸브(240)는 제1 기판(232)에 삽입 설치된 지지 너트(242)를 더 포함하는바, 가압부재(241)는 지지 너트(242)와 결합 설치되며, 가압부재(241)도 제1 기판(232)에 부분적으로 삽입 설치된다. 탄성 구동부(245)는 가압부재(241)와 유로(216) 사이에 위치하며 제1 기판(232)과 일체로 형성될 수 있다.

따라서 본 실시예에 따른 탄성 구동부(245)는 탄성을 갖는 폴리머 소재로 이루어지는바, 실리콘, 폴리부타디엔, 부틸, 폴리이소프렌, 클로로프렌을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 특히 탄성 구동부(245)는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어질 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 헤드부(241a)의 위에 영구자석 등 자성을 갖는 공구(237)를 위치시킨 상태에서 공구를 회전시키면, 영구자석막대(241c)가 자성에 의하여 함께 회전하므로 가압부재를 회전시킬 수 있다. 가압부재(241)가 일 방향으로 회전하면 가압부재(241)가 하부로 이동하여 탄성 구동부(245)를 하부로 가압하여 밀어내며, 이에 따라 탄성 구동부(245)는 유로(216)를 가로막아 차단할 수 있다.

본 실시예에 따른 미세 유동 장치의 제조 방법은 틀(220) 상에 액상의 고분자 물질로 이루어진 하부 구동층(232a)을 형성하여 경화시키는 하부 구동층 형성단계와, 하부 구동층(232a) 상에 가압부재(241)와 가압부재(241)에 체결된 지지 너트(242)를 위치시키는 가압부재 설치단계와, 하부 구동층(232a) 상에 지지 너트(242)를 감싸도록 액상의 고분자 물질로 이루어진 상부 지지층(232b)을 형성하여 경화시키는 상부 지지층 형성단계와, 하부 구동층(232a)을 틀(220)에서 분리시키는 분리단계, 및 하부 구동층(232a)을 기판에 접합하는 접합단계를 포함한다.

도 11a에 도시된 바와 같이 하부 구동층 형성단계는 틀(220) 상에 몰드(221)를 설치한 상태에서 액체 상태의 고분자 물질을 부어 설정된 시간만큼 경화시켜서 하부 구동층(232a)을 형성한다. 이때, 하부 구동층(232a)은 탄성 구동층을 이루는 부분이므로 탄성을 갖는 소재로 이루어진다. 본 실시예에 따른 하부 구동층(232a)은 상기한 바와 같이 폴리디메틸실록산 등으로 이루어질 수 있다.

고분자 물질이 폴리디메틸실록산으로 이루어질 경우, 고분자 물질을 50℃ 내지 90℃에서 15분 내지 30분 동안 경화시킨다.

도 12에 도시한 바와 같이 몰드(221)는 챔버 형성부(221a)와 유로 형성부(221b)를 갖는다. 이에 따라 하부 구동층(232a) 형성 과정에서 하부 구동층(232a)에는 음각의 챔버 및 유로(216)가 형성될 수 있다.

다만 상기한 몰드(221)의 구조는 예시적인 것으로서 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명에는 다양한 구조의 몰드가 적용될 수 있다.

도 11b에 도시된 바와 같이, 가압부재 설치단계는 하부 구동층(232a) 상에 가압부재(241)와 가압부재(241)에 체결된 지지 너트(242)를 위치시킨다.

본 제조 방법에서 가압부재(241)로서 헤드부(241a)에 영구자석막대(241c)가 설치된 구성을 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 탄성구동부(145)를 가압할 수 있는 다양한 종류의 가압부재가 적용될 수 있다.

도 11c에 도시된 바와 같이, 상부 지지층 형성단계는 하부 구동층(232a) 상에 지지 너트(242)를 감싸는 상부 지지층(232b)을 형성하는 바, 상부 지지층(232b)은 하부 구동층(232a)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 상부 지지층(232b)은 하부 구동층(232a)과 상이한 물질로 이루어질 수 있다.

상부 지지층(232b)을 이루는 고분자 물질이 폴리디메틸실록산으로 이루어질 경우, 고분자 물질을 50℃ 내지 90℃에서 15분 내지 60분 이상 경화시킨다. 상부 지지층(232b)의 경우, 오래 경화될수록 지지 너트를 안정적으로 지지 고정할 수 있는바, 경화시간의 상한은 설정할 필요가 없다. 상부 지지층(232b)과 하부 구동층(232a)이 결합하여 제1 기판(232)이 된다.

한편, 분리단계는 도 11d에 도시된 바와 같이, 틀(220)에서 제1 기판(232)을 분리한다.

또한, 접합단계는 제1 기판(232)을 제2 기판(231)에 접합한다. 제1 기판(232)과 제2 기판(231)은 접착제를 이용한 접착, 초음파 융착, 레이저 융착 등 다양한 방법으로 접합될 수 있다. 접합단계에서는 제1 기판(232)에 시료주입 홀(218)과 배출 홀(217)을 형성한다.

도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가압부재와 이송 너트를 도시한 사시도이고, 도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 밸브를 도구를 이용하여 작동시키는 과정을 도시한 단면도이다.

도 13 및 도 14를 참조하여 설명하면, 제3 실시예의 미세 유동 장치는 회전 가능한 디스크 형상의 플랫폼(330)과 플랫폼(330) 내부에 형성되며 유체를 수용하는 복수개의 챔버들과 및 챔버들을 연결하는 유로(316), 및 챔버들의 연통을 통제하는 밸브(340)를 포함한다.

플랫폼(330)은 회전 중심을 가지며, 예를 들어 회전 가능한 원판 형상으로 이루어질 수 있다. 플랫폼(330)은 복수의 판, 제1 기판(332)과 제2 기판(331)으로 구성된다. 제1 기판(332) 또는 제2 기판(331)의 내면에는 음각 형상의 유체를 수용하는 챔버와, 챔버를 연결하는 유로(316)가 형성된다.

유로(316)에 설치된 밸브(340)가 시료의 이동을 통제하는 바, 밸브(340)는 가압부재(341)와 가압부재(341)에 의하여 상하로 이동하며 탄성을 갖는 탄성 구동부(345)를 포함한다. 가압부재(341)는 나사산이 형성된 막대부(341b)와 막대부(341b)의 상단에 형성된 헤드부(341a)를 갖는다. 헤드부(341a)는 육각의 횡단면을 갖도록 형성되며 헤드부(341a)의 횡단면적은 막대부(341b)의 횡단면적보다 더 크게 형성된다. 본 실시예에 따른 가압부재(341)는 볼트로 이루어진다.

밸브(340)는 제1 기판(332)에 삽입 설치된 지지 너트(342)를 더 포함하는바, 가압부재(341)는 지지 너트(342)와 결합 설치되며, 가압부재(341)도 제1 기판(332)에 부분적으로 삽입 설치된다. 탄성 구동부(345)는 가압부재(341)와 유로(316) 사이에 위치하며 제1 기판(332)과 일체로 형성될 수 있다.

따라서 본 실시예에 따른 탄성 구동부(345)는 탄성을 갖는 폴리머 소재로 이루어지는바, 실리콘, 폴리부타디엔, 부틸, 폴리이소프렌, 클로로프렌을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 특히 탄성 구동부(345)는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어질 수 있다.

도 14에 도시된 바와 같이, 헤드부(341a)에 렌치 등의 공구(337)를 결합시켜서 가압부재를 회전시킬 수 있다. 가압부재(341)가 일 방향으로 회전하면 가압부재(341)가 하부로 이동하여 탄성 구동부(345)를 하부로 가압하여 밀어내며, 이에 따라 탄성 구동부(345)는 유로(316)를 가로막아 차단할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

20: 분석 시스템 21: 제어부
23: 레이저 조사부 26: 모터
27: 광원 28: 분광기
100: 미세 유동 장치 110: 미세 유동 구조물
112: 시료주입 챔버 114: 분석 챔버
116. 216, 316: 유로 117, 217: 배출 홀
118, 218: 시료주입 홀 120, 220: 틀
130, 230, 330: 플랫폼 132, 232, 332: 제1 기판
131, 231, 331: 제2 기판 132a, 232a: 하부 구동층
132b, 232b: 상부 지지층 134: 밸브 돌기
137, 237, 337: 공구 140, 240, 340: 밸브
141, 241, 341: 가압부재 141a, 241a, 341a: 헤드부
141b, 241b, 341b: 막대부 141c: 홈
142, 242, 342: 지지 너트 145, 245, 345: 탄성 구동부
221: 몰드 221a: 챔버 형성부
221b: 유로 형성부 241c: 영구자석막대

Claims (24)

1. 복수의 챔버들을 갖고 회전 가능하게 형성된 판상의 플랫폼; 및
   상기 챔버들의 연통을 통제하는 밸브;
   를 포함하고,
   상기 밸브는 탄성을 갖는 탄성 구동부와 상기 탄성 구동부에 접하도록 설치되어 상기 탄성 구동부를 이동시키는 가압부재를 포함하며,
   상기 플랫폼은 제1 기판과 상기 제1 기판에 대향 배치된 제2 기판을 포함하고 상기 탄성 구동부는 상기 제1 기판과 일체로 형성된 미세 유동 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가압부재는 회전에 의하여 높이방향으로 이동하는 막대 형상으로 이루어진 미세 유동 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 가압부재에는 상기 가압부재를 지지하는 지지 너트가 결합 설치된 미세 유동 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 가압부재는 상단에 홈이 형성된 나사로 이루어진 미세 유동 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 가압부재는 외면에 나사산이 형성된 기둥부와 기둥부의 상단에 연결 형성된 헤드부를 갖고, 상기 헤드부에는 상기 헤드부를 가로지르는 영구자석막대가 삽입 설치된 미세 유동 장치.
6. 제3항에 있어서,
   상기 가압부재는 볼트로 이루어진 미세 유동 장치.
7. 제3항에 있어서,
   상기 지지 너트는 상기 제1 기판 내부에 삽입 설치된 미세 유동 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 가압부재는 상기 제1 기판에 부분적으로 삽입 설치된 미세 유동 장치.
9. 삭제
10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에는 상기 챔버들을 연결하는 유로가 형성되고, 상기 밸브가 상기 유로를 개폐하며, 상기 탄성 구동부는 상기 유로와 접하도록 설치된 미세 유동 장치.
11. 복수의 챔버들을 갖고 회전 가능하게 형성된 판상의 플랫폼; 및
    상기 챔버들의 연통을 통제하는 밸브;
    를 포함하고,
    상기 밸브는 탄성을 갖는 탄성 구동부와 상기 탄성 구동부에 접하도록 설치되어 상기 탄성 구동부를 이동시키는 가압부재를 포함하며, 상기 플랫폼은 제1 기판과 상기 제1 기판에 대향 배치된 제2 기판을 포함하고,
    상기 제2 기판에는 상기 탄성 구동부의 하부에서 상기 탄성 구동부를 향하여 돌출된 밸브 돌기가 형성된 미세 유동 장치.
12. 제10항에 있어서,
    상기 유로의 높이는 상기 가압부재의 이동범위보다 낮게 형성되는 미세 유동 장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 구동부는 실리콘, 폴리부타디엔, 부틸, 폴리이소프렌, 클로로프렌을 포함하는 물질로 이루어진 미세 유동 장치.
14. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 구동부는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어진 미세 유동 장치.
15. 제1 항에 있어서,
    상기 플랫폼에는 상기 플랫폼을 회전시키는 모터가 연결 설치된 미세 유동 장치.
16. 제15항에 있어서,
    상기 플랫폼에는 상기 플랫폼에 빛을 조사하는 광원과 상기 플랫폼을 통과한 빛을 분석하는 분광기가 연결 설치된 미세 유동 장치.
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제

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