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KR20110053323A - 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩 - Google Patents

플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩 Download PDF

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Publication number
KR20110053323A
KR20110053323A KR1020110042975A KR20110042975A KR20110053323A KR 20110053323 A KR20110053323 A KR 20110053323A KR 1020110042975 A KR1020110042975 A KR 1020110042975A KR 20110042975 A KR20110042975 A KR 20110042975A KR 20110053323 A KR20110053323 A KR 20110053323A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
substrate
flexible film
power supply
film substrate
Prior art date
Application number
KR1020110042975A
Other languages
English (en)
Inventor
박제균
황현두
이도현
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020110042975A priority Critical patent/KR20110053323A/ko
Publication of KR20110053323A publication Critical patent/KR20110053323A/ko

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Abstract

본 발명은 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 미세유체유로 내부에 불균일한 전기장이 형성되도록 하여 전기동역학적 원리에 의해 미세 입자 등을 구동할 수 있도록 하고, 필름의 휘어지는 특성을 이용하여 상기 미세유체유로 내부의 전기장을 조절할 수 있는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩을 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩은 전압을 인가하는 전원 장치와, 상기 전원 장치의 일단과 전기적으로 연결되며 상기 전원 장치로부터 구동 전압을 인가받는 제 1전극과, 상기 제 1전극에 부착되는 제 1기판과, 상기 제 1전극과 대향되며 상기 전원 장치의 타단과 전기적으로 연결되고 상기 전원 장치로부터 기준 전압을 인가받는 제 2전극과, 상기 제 1기판과 대향되며 상기 제 2전극에 부착되는 제 2기판과, 상기 제 1전극 및 제 2전극의 사이에 형성되며 샘플이 위치하는 미세유체유로를 포함하고, 상기 제 1기판 및 제 2기판은 휘어질 수 있는 재질로 형성되는 필름 기판이고, 상기 제 1기판 및 제 2기판이 휘어지면 상기 제 1기판에 부착된 제 1전극 및 상기 제 2기판에 부착된 제 2전극도 휘어지는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩을 개시한다.

Description

플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩{Tunable Microfluidic Chip for Particle Focusing and Sorting Using Flexible Film Substrate}
본 발명은 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩에 관한 것으로서, 미세유체유로 내부에 불균일한 전기장이 형성되도록 하여 전기동역학적 원리에 의해 미세 입자 등을 구동할 수 있도록 하고, 상기 미세유체유로 내부의 전기장을 조절할 수 있는 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩에 관한 것이다.
나노 기술의 발전과 함께 미세 가공 기술을 이용하여 미소 물질 검출 및 구동을 위한 미세 전자 소자를 제작하고 생물, 화학, 의료 분야에서 응용하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
이러한 미세 전자 소자에서는 미소 입자나 단백질, 세포, 박테리아 등을 정밀하게 구동하거나 분리하기 위하여 전기영동(electrophoresis), 유전영동(dielectrophoresis), 전기삼투(AC electro-osmosis) 등의 전기동역학(electrokinetics)의 원리를 주로 이용할 수 있다.
상기 유전영동이란, 불균일한 전기장 내에서 유전체가 전자기 유도 현상에 의해 분극화(polarization)되고, 이것에 의해 힘을 받아 움직이는 현상이다. 상기 유전영동의 성질은 유체의 종류, 미세입자 및 분자의 종류, 교류전압 신호의 주파수 등에 따라 달라질 수 있다. 이러한 유전영동을 기반으로 하여 미세입자를 정렬/이송하기 위해 원형전극을 제작하여 미세입자를 3차원적으로 정렬/이송할 수 있는 방법(J. Microelectromech. Syst. 14;480, 2005)이 발표된 바 있다.
하지만, 상기와 같은 방법을 이용할 경우, 복잡한 구조의 미세전극을 패터닝(patterning)하기 위해서 비싸고 복잡한 공정과정이 동반되어야 한다는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같은 방법은 복잡한 구조와 고비용의 소자 특성상 휴대용 유세포분석기의 개발에는 부적합하다는 문제점이 있다.
또한, 대상 물질 또는 응용 분야가 달라지는 경우, 전극 간격 및 전기장을 유동적으로 조절하여 전기동역학적인 물질의 구동 특성을 조절할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 미세유체유로 내부에 불균일한 전기장이 형성되도록 하여 전기동역학적 원리에 의해 미세 입자 등을 구동할 수 있도록 하고, 필름의 휘어지는 특성을 이용하여 상기 미세유체유로 내부의 전기장을 조절할 수 있는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩은 전압을 인가하는 전원 장치와, 상기 전원 장치의 일단과 전기적으로 연결되며, 상기 전원 장치로부터 구동 전압을 인가받는 제 1전극과, 상기 제 1전극에 부착되는 제 1기판과, 상기 제 1전극과 대향되며, 상기 전원 장치의 타단과 전기적으로 연결되고, 상기 전원 장치로부터 기준 전압을 인가받는 제 2전극과, 상기 제 1기판과 대향되며, 상기 제 2전극에 부착되는 제 2기판과, 상기 제 1전극 및 제 2전극의 사이에 형성되며, 샘플이 위치하는 미세유체유로를 포함하고, 상기 제 1기판 및 제 2기판은 휘어질 수 있는 재질로 형성되는 필름 기판이고, 상기 제 1기판 및 제 2기판이 휘어지면 상기 제 1기판에 부착된 제 1전극 및 상기 제 2기판에 부착된 제 2전극도 휘어질 수 있다.
상기 전원 장치는 직류 전압원 또는 교류 전압원일 수 있다.
상기 제 1전극은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 ITO 중 하나로 형성될 수 있다.
상기 제 2전극은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 ITO 중 하나로 형성될 수 있다.
상기 제 1기판 및 제 2기판은 폴리에스테르 수지 또는 폴리에틸렌 수지로 형성되는 필름 기판일 수 있다.
상기 미세유체유로 내에 위치하는 샘플은 고분자성 미세입자, 금속 나노입자, 반도체 나노입자, 단백질, DNA, 세포, 분자가 결합된 미세입자, 기타 생체입자 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 제 1전극 및 제 2전극에 전압이 인가되면 상기 미세유체유로에는 전기장이 형성될 수 있다.
상기 전기장에 노출되는 샘플은 전기동역학적 원리에 의해 특정 방향으로 이동하고, 상기 전기동역학적 원리는 전기영동, 유전영동 및 전기삼투 중 하나일 수 있다.
상기 제 1전극 및 제 2전극 사이의 거리가 멀어지면 상기 미세유체유로 내의 전기장의 세기가 약해지고, 상기 제 1전극 및 제 2전극 사이의 거리가 가까워지면 상기 미세유체유로 내의 전기장의 세기가 강해질 수 있다.
상기 제 1전극 및 제 2전극 사이에 위치하여 상기 제 1전극 및 제 2전극을 이격시키는 미세 구조물을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩은 전압을 인가하는 전원 장치와, 상기 전원 장치의 일단과 전기적으로 연결되며, 상기 전원 장치로부터 구동 전압을 인가받는 제 1전극과, 상기 제 1전극에 부착되는 제 1기판과, 상기 제 1전극과 대향되며, 상기 전원 장치의 타단과 전기적으로 연결되고, 상기 전원 장치로부터 기준 전압을 인가받는 제 2전극과, 상기 제 1기판과 대향되며, 상기 제 2전극에 부착되는 제 2기판과, 상기 제 1전극 및 제 2전극의 사이에 형성되며, 샘플이 위치하는 미세유체유로와, 상기 제 1전극 및 제 2전극을 이격시키는 미세 구조물과, 상기 제 1기판 및 제 2기판의 형상을 변형하는 기판 조절 장치를 포함하며, 상기 제 1기판 및 제 2기판은 휘어질 수 있는 재질로 형성되는 필름 기판이고, 상기 제 1기판 및 제 2기판이 상기 기판 조절 장치에 의해 휘어지면 상기 제 1기판에 부착된 제 1전극 및 상기 제 2기판에 부착된 제 2전극도 휘어질 수 있다.
상기 미세유체유로에는 상기 샘플을 주입 및 채취할 수 있도록 샘플 주입용 구멍을 더 포함할 수 있다
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩은 전압을 인가하는 전원 장치와, 상기 전원 장치의 일단과 전기적으로 연결되며, 상기 전원 장치로부터 구동 전압을 인가받는 제 1전극과, 상기 제 1전극에 부착되는 제 1기판과, 상기 제 1전극과 대향되며, 상기 전원 장치의 타단과 전기적으로 연결되고, 상기 전원 장치로부터 기준 전압을 인가받는 제 2전극과, 상기 제 1기판과 대향되며, 상기 제 2전극에 부착되는 제 2기판과, 상기 제 1전극 및 제 2전극의 사이에 형성되며, 샘플이 위치하는 미세유체유로를 포함하며, 상기 제 1기판은 휘어질 수 있는 재질로 형성되는 필름 기판이고, 상기 제 1기판이 휘어지면 상기 제 1기판에 부착된 제 1전극도 휘어질 수 있다.
상기 전원 장치는 직류 전압원 또는 교류 전압원일 수 있다.
상기 제 1전극은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 ITO 중 하나로 형성될 수 있다.
상기 제 2전극은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 ITO 중 하나로 형성될 수 있다.
상기 제 1기판은 폴리에스테르 수지 또는 폴리에틸렌 수지로 형성되는 필름 기판일 수 있다.
상기 제 2기판은 유리, 실리콘 및 플라스틱 중 하나의 재질로 형성될 수 있다.
상기 미세유체유로 내에 위치하는 샘플은 고분자성 미세입자, 금속 나노입자, 반도체 나노입자, 단백질, DNA, 세포, 분자가 결합된 미세입자, 기타 생체입자 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 제 1전극 및 제 2전극에 전압이 인가되면 상기 미세유체유로에는 전기장이 형성될 수 있다.
상기 전기장에 노출되는 샘플은 전기동역학적 원리에 의해 특정 방향으로 이동하고, 상기 전기동역학적 원리는 전기영동, 유전영동 및 전기삼투 중 하나일 수 있다.
상기 제 1전극 및 제 2전극 사이의 거리가 멀어지면 상기 미세유체유로 내의 전기장의 세기가 약해지고, 상기 제 1전극 및 제 2전극 사이의 거리가 가까워지면 상기 미세유체유로 내의 전기장의 세기가 강해질 수 있다.
상기 제 1전극 및 제 2전극 사이에 위치하여 상기 제 1전극 및 제 2전극을 이격시키는 미세 구조물을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩은 전압을 인가하는 전원 장치와, 상기 전원 장치의 일단과 전기적으로 연결되며, 상기 전원 장치로부터 구동 전압을 인가받는 제 1전극과, 상기 제 1전극에 부착되는 제 1기판과, 상기 제 1전극과 대향되며, 상기 전원 장치의 타단과 전기적으로 연결되고, 상기 전원 장치로부터 기준 전압을 인가받는 제 2전극과, 상기 제 1기판과 대향되며, 상기 제 2전극에 부착되는 제 2기판과, 상기 제 1전극 및 제 2전극의 사이에 형성되며, 샘플이 위치하는 미세유체유로를 포함하며, 상기 제 2기판은 휘어질 수 있는 재질로 형성되는 필름 기판이고, 상기 제 2기판이 휘어지면 상기 제 2기판에 부착된 제 2전극도 휘어질 수 있다.
상기 전원 장치는 직류 전압원 또는 교류 전압원일 수 있다.
상기 제 1전극은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 ITO 중 하나로 형성될 수 있다.
상기 제 2전극은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 ITO 중 하나로 형성될 수 있다.
상기 제 1기판은 유리, 실리콘 및 플라스틱 중 하나의 재질로 형성될 수 있다.
상기 제 2기판은 폴리에스테르 수지 또는 폴리에틸렌 수지로 형성되는 필름 기판일 수 있다.
상기 미세유체유로 내에 위치하는 샘플은 고분자성 미세입자, 금속 나노입자, 반도체 나노입자, 단백질, DNA, 세포, 분자가 결합된 미세입자, 기타 생체입자 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 제 1전극 및 제 2전극에 전압이 인가되면 상기 미세유체유로에는 전기장이 형성될 수 있다.
상기 전기장에 노출되는 샘플은 전기동역학적 원리에 의해 특정 방향으로 이동하고, 상기 전기동역학적 원리는 전기영동, 유전영동 및 전기삼투 중 하나일 수 있다.
상기 제 1전극 및 제 2전극 사이의 거리가 멀어지면 상기 미세유체유로 내의 전기장의 세기가 약해지고, 상기 제 1전극 및 제 2전극 사이의 거리가 가까워지면 상기 미세유체유로 내의 전기장의 세기가 강해질 수 있다.
상기 제 1전극 및 제 2전극 사이에 위치하여 상기 제 1전극 및 제 2전극을 이격시키는 미세 구조물을 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩에 의하면, 복잡한 미세공정과정 없이 필름으로 형성된 미세 채널 내부에 불균일한 전기장이 형성되도록 함으로써 전기동역학적 원리에 의하여 미세 입자가 정렬되거나 분리될 수 있도록 하는 효과가 있다. 이에 따라 소자 제작에 드는 시간이 획기적으로 단축될 수 있으며, 비용도 대폭 절감되는 효과가 있다.
또한, 단순한 소자 구조로 인하여 휴대용 소자를 개발하기 위한 집적화에 유리한 장점이 있다.
뿐만 아니라, 미세 전극 구조를 제작할 필요가 없으며, 복잡한 구동을 요구하지 않기 때문에 미세입자 정렬 및 분리를 위한 휴대용 장치로써 채용가능한 효과가 있다.
그리고, 필름을 특정 모양으로 휘어질 수 있도록 함으로써 전기장을 자유 자재로 조절할 수 있고, 다양한 종류의 입자를 적용시킬 수 있을 뿐만 아니라, 원하는 대로 전기동역학적인 힘의 크기를 조절함으로써 미세입자의 정렬 및 분리 효율을 조절할 수 있는 효과가 있다.
이와 같이 하여, 본 발명은 전기동역학적인 원리를 이용하여 다양한 의학적, 생물학적, 화학장 실험을 칩 위에서 수행하는 랩온어칩 분야와 세포의 정렬 및 분석을 이용한 유세포분석기에 응용할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩의 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩의 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제 3실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩의 개략도이다.
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩을 제작하기 위한 공정도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 3실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩 내부에 형성되는 전기장의 변화를 나타내는 시뮬레이션 결과를 나타내는 도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩의 개략도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 1실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩(100)은 전원 장치(110), 제 1전극(120), 제 2전극(130), 제 1기판(140), 제 2기판(150), 미세유체유로(160), 샘플(170) 및 미세 구조물(180)을 포함할 수 있다.
상기 전원 장치(110)는 본 발명의 제 1실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩(100)에 전압을 인가한다.
상기 전원 장치(110)로는 교류 전압원 또는 직류 전압원이 사용될 수 있으며, 교류 전압원을 사용하는 경우, 주파수, 전압 크기, 신호의 모양 및 오프셋(offset) 전압 등을 조절할 수 있다.
상기 제 1전극(120)은 상기 전원 장치(110)의 일단과 전기적으로 연결되며, 상기 전원 장치로부터 구동 전압을 인가받는다.
상기 제 1전극(120)은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 ITO(Indium Tin Oxide) 중 하나로 형성될 수 있으나, 상기 제 1전극(120)을 통하여 소자 내부를 관찰할 수 있도록 하기 위해서는 투명한 전도성 물질인 ITO 또는 얇은 금 박막으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제 2전극(130)은 상기 전원 장치(110)의 타단과 전기적으로 연결되며, 상기 전원 장치로부터 기준 전압을 인가받는다.
물론, 상기 제 2전극(130)은 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 제 1전극(120)과 대향되도록 배치된다.
상기 제 2전극(130)은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 ITO(Indium Tin Oxide) 중 하나로 형성될 수 있으나, 상기 제 2전극(130)을 통하여 소자 내부를 관찰할 수 있도록 하기 위해서는 투명한 전도성 물질인 ITO 또는 얇은 금 박막으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제 1기판(140)은 상기 제 1전극(120)의 하면에 부착될 수 있다.
상기 제 1기판(140)은 휘어질 수 있도록 형성되는 필름 기판이며, 이에 따라 폴리에스테르(polyester) 수지 또는 폴리에틸렌(polyethylene) 수지로 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제 1기판(140)이 휘어지는 경우, 상기 제 1기판(140)에 부착된 상기 제 1전극(120) 또한 상기 제 1기판(140)처럼 휘어질 수 있게 된다. 상기 제 1기판(140)은 도 1a에 도시된 바와 같이 아래쪽으로 볼록한 형상이 되도록 휘어지거나 또는 도 1b에 도시된 바와 같이 위쪽으로 볼록한 형상으로 휘어질 수도 있다.
상기 제 2기판(150)은 상기 제 2전극(130)의 상면에 부착될 수 있다.
물론, 상기 제 2기판(150)은 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 제 1기판(140)과 대향되도록 배치된다.
상기 제 2기판(150)은 휘어질 수 있도록 형성되는 필름 기판이며, 이에 따라 폴리에스테르(polyester) 수지 또는 폴리에틸렌(polyethylene) 수지로 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제 2기판(150)이 휘어지는 경우, 상기 제 2기판(150)에 부착된 상기 제 2전극(130) 또한 상기 제 2기판(150)처럼 휘어질 수 있게 된다. 상기 제 2기판(150)은 도 1a에 도시된 바와 같이 위쪽으로 볼록한 형상이 되도록 휘어지거나 또는 도 1b에 도시된 바와 같이 아래쪽으로 볼록한 형상으로 휘어질 수도 있다.
본 발명의 제 1실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩(100)은 상기 제 1기판(140) 및 제 2기판(150)의 형상을 변형하기 위해 기판 조절 장치(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 기판 조절 장치(미도시)는 상기 제 1기판(140) 및 제 2기판(150)이 휘어질 수 있도록 상기 제 1기판(140) 및 제 2기판(150)의 형상을 변형할 수 있는 장치이면 어떠한 장치라도 상관 없으며, 여기서 상기 기판 조절 장치(미도시)의 종류나 형상 또는 개수를 한정하는 것은 아니다.
상기 미세유체유로(160)는 상기 제 1전극(120) 및 제 2전극(130)의 사이에 형성되며, 샘플(170)이 위치하게 된다.
상기 샘플(170)이란 고분자성 미세입자, 금속 나노 입자, 반도체 나노 입자, 단백질, DNA 등의 생체분자, 분자가 결합된 미세입자 등 다양한 물질들을 포함하는 말이다.
특히 상기 샘플(170)은 이러한 물질들이 증류수, 세포 배양용 배지, PBS 버퍼 등 다양한 액체 방울 속에 존재하도록 제조된 것으로서, 상기 미세유체유로(160) 내에 존재하는 액체 방울 내부에서 상기 물질들의 이동이 일어나게 된다.
한편, 상기 전원 장치(110)로부터 상기 제 1전극(120) 및 제 2전극(130)에 전압을 인가하였을 때, 상기 제 1전극(120) 및 제 2전극(130) 사이에 형성되는 미세유체유로(160)에는 전기장이 형성되며, 상기 전기장에 노출되는 샘플(170)은 전기동역학적(electrokinetic) 원리에 의해 이동된다. 여기서 상기 샘플(170)의 이동 방향은 상기 샘플(170)과 상기 전원 장치(110)로부터 인간된 전압 신호의 특성에 의해 결정된다.
상기 전기동역학적 원리로는 전기영동, 유전영동, 전기삼투를 들 수 있다.
상기 전기영동(electrophoresis)이란, 전기장 내에서 양의 전하 및 음의 전하를 지닌 미세 입자들이 쿨롱 힘(Coulomb force)에 의하여 힘을 받아 움직이는 현상이다. 즉, 양의 전하를 지닌 입자는 음의 전극으로 이동하게 되고, 음의 전하를 지닌 입자는 양의 전극으로 이동하게 된다. 전기영동에 의한 입자의 이동 특성은 전하량, 입자의 크기, 매질의 전기적, 화학적, 물리적 특성 또는 전기장의 세기 등에 따라 달라질 수 있다.
상기 유전영동이란(DEP; dielectrophoresis), 불균일한 전기장 내에서, 유전체가 전자기 유도현상에 의해 전기 쌍극자(electric dipole)를 띄고, 이것에 의해 힘을 받아 움직이는 현상이다. 이러한 입자의 이동은 입자와 입자 주변의 액체 간의 유전율(permittivity) 차이에 의해 그 방향이 결정되고, 입자의 크기(반지름의 세제곱에 비례) 및 전기장 구배(전기장 제곱의 구배에 비례)의 크기가 그 이동 속도에 영향을 미치게 된다.
상기 유전영동에는 전기장이 약한 방향으로 미세 입자들이 움직이는 음(negative)의 유전영동과 전기장이 강한 방향으로 미세 입자들이 움직이는 양(positive)의 유전영동이 있다. 이러한 유전영동의 성질은 유체의 종류, 미세입자 및 분자의 종류, 교류전압 신호의 주파수 등에 의해 달라질 수 있다.
상기 전기삼투에는 교류 전기삼투(ACEO; AC electro-osmosis), 유도전하 전기삼투(ICEO; induced-charge electro-osmosis), 패러데이 짝진 전기삼투(FCEO; Faradaically-coupled electro-osmosis) 등이 있다.
상기 교류 전기삼투(ACEO; AC electro-osmosis)란, 불균일한 전기장 내에서, 유체 내부의 이온들이 전극 표면과 액체 계면에 얇은 전기 이중층(electric double layer)을 형성하게 되고, 전압에 의해 형성된 정접 전기장(tangential electric field)의 영향으로 전극 표면을 따라 유체가 이동하는 현상이다.
이러한 전기삼투 현상은 전기장이 센 방향으로 유동을 일으켜 물질들의 빠른 농축을 유도한다. 상기 전기삼투에 의한 농축 특성은 교류전압 신호의 주파수 및 물질 또는 매질의 종류, 크기, 전하량 등 다양한 물리적, 화학적 특성에 의존한다.
상기 유도전하 전기삼투(ICEO; induced-charge electro-osmosis)란, 전기장 내 미세입자에 유도된 전하에 의해 미세입자 표면에서 발생하는 전기삼투 유동으로서, 전극표면에 가까이 위치한 미세입자들을 벽면으로 밀어 조립시키는 특성이 있다. 이러한 현상으로 인해 미세입자들이 자가 조립(self-assembly)하여 결정구조(crystal structure)를 지닌 응집체(aggregate)를 이루게 될 수 있다.
상기 패러데이 짝진 전기삼투(FCEO; Faradaically-coupled electro-osmosis)란, 낮은 주파수 영역에서 전극에서의 패러데이 반응을 무시할 수 없게 되어, 전극 표면에 발생하는 수평성분의 전기장에 의해 발생하는 전기삼투 유동으로서, 전극에 가까이 위치한 미세입자 아래쪽에서 입자들을 위로 떠올리게 되는 상승유동을 발생시키는 특성이 있다.
상기 미세 구조물(180)는 상기 제 1전극(120) 및 제 2전극(130) 사이를 이격시킴으로서, 상기 제 1전극(120) 및 제 2전극(130) 사이에 상기 미세유체유로(160)가 형성될 수 있도록 한다.
상기 미세 구조물(180)은 일반적으로 스페이서(spacer)라고 불리기도 하며, 상기 미세 구조물(180)로는 SU-8 등의 감광성 물질(photoresist) 또는 PDMS(polydimethylsiloxane) 등의 중합체를 이용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제 1실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩(100)은 제 1기판(140) 및 제 2기판(150)이 휘어짐에 따라 상기 제 1기판(140)에 부착된 제 1전극(120)과 상기 제 2기판(150)에 부착된 제 2전극(130) 역시 휘어질 수 있게 된다.
이에 따라 상기 제 1전극(120) 및 제 2전극(130) 사이에 형성되는 미세유체유로(160)의 높이, 즉 상기 제 1전극(120)과 제 2전극(130) 사이의 거리를 다양하게 조절할 수 있게 된다.
보다 자세하게, 도 1a에 도시된 바와 같이 상기 제 1전극(120) 및 제 2전극(130) 사이의 거리가 멀어지도록 상기 제 1기판(140) 및 제 2기판(150)을 휘면, 상기 미세유체유로(160)의 높이가 높아지게 되며, 상기 미세유체유로(160) 내에 형성되는 전기장의 세기가 약해진다.
또한, 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 제 1전극(120) 및 제 2전극(130) 사이의 거리가 가까워지도록 상기 제 1기판(140) 및 제 2기판(150)을 휘면, 상기 미세유체유로(160)의 높이가 낮아지게 되며, 상기 미세유체유로(160) 내에 형성되는 전기장의 세기는 강해진다.
이 때 상기 미세구조물(180)의 높이가 일정하다면 상기 미세유체유로(160)는 제 1실시예를 나타낸 도 1a 및 도 1b와 같이 가운데 부분이 휘어지게 되고, 도 1a와 같은 경우에는 가운데 부분의 전기장 세기가 다른 부분보다 약하게 형성되며, 도 1b와 같은 경우에는 가운데 부분의 전기장 세기가 다른 부분보다 강하게 형성된다.
상기와 같이 하여, 상기 미세유체유로(160) 내에 형성되는 전기장의 세기를 조절할 수 있으며, 이로 인해 상기 미세유체유로(160) 내에 위치하는 샘플(170)의 정렬 및 분리 특성을 조절할 수 있게된다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩의 개략도이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 2실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩(200)은 전원 장치(210), 제 1전극(220), 제 2전극(230), 제 1기판(240), 제 2기판(250), 미세유체유로(260), 샘플(270) 및 미세 구조물(280)을 포함할 수 있다.
상기 전원 장치(210)는 본 발명의 제 2실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩(200)에 전압을 인가한다.
상기 전원 장치(210)로는 교류 전압원 또는 직류 전압원이 사용될 수 있으며, 교류 전압원을 사용하는 경우, 주파수, 전압 크기, 신호의 모양 및 오프셋(offset) 전압 등을 조절할 수 있다.
상기 제 1전극(220)은 상기 전원 장치(210)의 일단과 전기적으로 연결되며, 상기 전원 장치로부터 구동 전압을 인가받는다.
상기 제 1전극(220)은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 ITO(Indium Tin Oxide) 중 하나로 형성될 수 있으나, 상기 제 1전극(220)을 통하여 소자 내부를 관찰할 수 있도록 하기 위해서는 투명한 전도성 물질인 ITO 또는 얇은 금 박막으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제 2전극(230)은 상기 전원 장치(210)의 타단과 전기적으로 연결되며, 상기 전원 장치로부터 기준 전압을 인가받는다.
물론, 상기 제 2전극(230)은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 제 1전극(220)과 대향되도록 배치된다.
상기 제 2전극(230)은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 ITO(Indium Tin Oxide) 중 하나로 형성될 수 있으나, 상기 제 2전극(230)을 통하여 소자 내부를 관찰할 수 있도록 하기 위해서는 투명한 전도성 물질인 ITO 또는 얇은 금 박막으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제 1기판(240)은 상기 제 1전극(220)의 하면에 부착될 수 있다.
상기 제 1기판(240)은 휘어질 수 있도록 형성되는 필름 기판이며, 이에 따라 폴리에스테르(polyester) 수지 또는 폴리에틸렌(polyethylene) 수지로 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제 1기판(240)이 휘어지는 경우, 상기 제 1기판(240)에 부착된 상기 제 1전극(220) 또한 상기 제 1기판(240)처럼 휘어질 수 있게 된다. 상기 제 1기판(240)은 도 2a에 도시된 바와 같이 아래쪽으로 볼록한 형상이 되도록 휘어지거나 또는 도 2b에 도시된 바와 같이 위쪽으로 볼록한 형상으로 휘어질 수도 있다.
상기 제 2기판(250)은 상기 제 2전극(230)의 상면에 부착될 수 있다.
물론, 상기 제 2기판(250)은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 제 1기판(240)과 대향되도록 배치된다.
본 실시 예에서는 상기 제 1실시예의 경우와 달리 상기 제 2기판(250)이 휘어지지 않는다. 상기 제 2기판(250)이 휘어질 필요성이 없는 경우 유리 또는 실리콘으로 형성되거나 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 같은 플라스틱으로 형성될 수 있다.
즉, 휘어질 수 있는 상기 제 1기판(240)과 달리 상기 제 2기판(250)은 유리, 실리콘, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등에 의해 형성됨으로써 휘어지지 않는다. 이에 따라 상기 제 2기판(250)에 부착된 제 2전극(230)도 휘어지지 않게 된다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩(200)은 상기 제 1기판(240)의 형상을 변형하기 위해 기판 조절 장치(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 기판 조절 장치(미도시)는 상기 제 1기판(240)이 휘어질 수 있도록 상기 제 1기판의 형상을 변형할 수 있는 장치이면 어떠한 장치라도 상관 없으며, 여기서 상기 기판 조절 장치(미도시)의 종류나 형상 또는 개수를 한정하는 것은 아니다.
상기 미세유체유로(260)는 상기 제 1전극(220) 및 제 2전극(230)의 사이에 형성되며, 샘플(270)이 위치하게 된다.
상기 샘플(270)이란 고분자성 미세입자, 금속 나노 입자, 반도체 나노 입자, 단백질, DNA 등의 생체분자, 분자가 결합된 미세입자 등 다양한 물질들을 포함하는 말이다.
특히 상기 샘플(270)은 이러한 물질들이 증류수, 세포 배양용 배지, PBS 버퍼 등 다양한 액체 방울 속에 존재하도록 제조된 것으로서, 상기 미세유체유로(260) 내에 존재하는 액체 방울 내부에서 상기 물질들의 이동이 일어나게 된다.
한편, 상기 전원 장치(210)로부터 상기 제 1전극(220) 및 제 2전극(230)에 전압을 인가하였을 때, 상기 제 1전극(220) 및 제 2전극(230) 사이에 형성되는 미세유체유로(260)에는 전기장이 형성되며, 상기 전기장에 노출되는 샘플(270)은 전기동역학적(electrokinetic) 원리에 의해 이동된다. 여기서 상기 샘플(270)의 이동 방향은 상기 샘플(270)과 상기 전원 장치(210)로부터 인간된 전압 신호의 특성에 의해 결정된다.
상기 전기동역학적(electrokinetic) 원리에 관해서는 상술한바 있으므로, 여기서는 설명을 생략한다.
상기 미세 구조물(280)는 상기 제 1전극(220) 및 제 2전극(230) 사이를 이격시킴으로서, 상기 제 1전극(220) 및 제 2전극(230) 사이에 상기 미세유체유로(260)가 형성될 수 있도록 한다.
상기 미세 구조물(280)은 일반적으로 스페이서(spacer)라고 불리기도 하며, 상기 미세 구조물(280)로는 SU-8 등의 감광성 물질(photoresist) 또는 PDMS(polydimethylsiloxane) 등의 중합체를 이용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제 2실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩(200)은 제 1기판(240)이 휘어짐에 따라 상기 제 1기판(240)에 부착된 제 1전극(220) 역시 휘어질 수 있게 된다.
이에 따라 상기 제 1전극(220) 및 제 2전극(230) 사이에 형성되는 미세유체유로(260)의 높이, 즉 상기 제 1전극(220)과 제 2전극(230) 사이의 거리를 다양하게 조절할 수 있게 된다.
보다 자세하게, 도 2a에 도시된 바와 같이 상기 제 1전극(220) 및 제 2전극(230) 사이의 거리가 멀어지도록 상기 제 1기판(240)을 휘면, 상기 미세유체유로(260)의 높이가 높아지게 되며, 상기 미세유체유로(260) 내에 형성되는 전기장의 세기가 약해진다.
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 제 1전극(220) 및 제 2전극(230) 사이의 거리가 가까워지도록 상기 제 1기판(240)을 휘면, 상기 미세유체유로(260)의 높이가 낮아지게 되며, 상기 미세유체유로(260) 내에 형성되는 전기장의 세기는 강해진다.
이 때 상기 미세구조물(280)의 높이가 일정하다면 상기 미세유체유로(260)는 제 2실시예를 나타낸 도 2a 및 도 2b와 같이 가운데 부분이 휘어지게 되고, 도 2a와 같은 경우에는 가운데 부분의 전기장 세기가 다른 부분보다 약하게 형성되며, 도 2b와 같은 경우에는 가운데 부분의 전기장 세기가 다른 부분보다 강하게 형성된다.
상기와 같이 하여, 상기 미세유체유로(260) 내에 형성되는 전기장의 세기를 조절할 수 있으며, 이로 인해 상기 미세유체유로(260) 내에 위치하는 샘플(270)의 정렬 및 분리 특성을 조절할 수 있게 된다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제 3실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩의 개략도이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 3실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩(300)은 전원 장치(310), 제 1전극(320), 제 2전극(330), 제 1기판(340), 제 2기판(350), 미세유체유로(360), 샘플(370) 및 미세 구조물(380)을 포함할 수 있다.
상기 전원 장치(310)는 본 발명의 제 3실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩(300)에 전압을 인가한다.
상기 전원 장치(310)로는 교류 전압원 또는 직류 전압원이 사용될 수 있으며, 교류 전압원을 사용하는 경우, 주파수, 전압 크기, 신호의 모양 및 오프셋(offset) 전압 등을 조절할 수 있다.
상기 제 1전극(320)은 상기 전원 장치(310)의 일단과 전기적으로 연결되며, 상기 전원 장치로부터 구동 전압을 인가받는다.
상기 제 1전극(320)은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 ITO(Indium Tin Oxide) 중 하나로 형성될 수 있으나, 상기 제 1전극(320)을 통하여 소자 내부를 관찰할 수 있도록 하기 위해서는 투명한 전도성 물질인 ITO 또는 얇은 금 박막으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제 2전극(330)은 상기 전원 장치(310)의 타단과 전기적으로 연결되며, 상기 전원 장치로부터 기준 전압을 인가받는다.
물론, 상기 제 2전극(330)은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 제 1전극(320)과 대향되도록 배치된다.
상기 제 2전극(330)은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 ITO(Indium Tin Oxide) 중 하나로 형성될 수 있으나, 상기 제 2전극(330)을 통하여 소자 내부를 관찰할 수 있도록 하기 위해서는 투명한 전도성 물질인 ITO 또는 얇은 금 박막으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제 1기판(340)은 상기 제 1전극(320)의 하면에 부착될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 제 1실시예 및 제 2실시예의 경우와 달리 상기 제 1기판(340)이 휘어지지 않는다. 상기 제 1기판(340)이 휘어질 필요성이 없는 경우 유리 또는 실리콘으로 형성되거나 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 같은 플라스틱으로 형성될 수 있다.
즉, 휘어질 수 있는 제 2기판(350)과 달리 상기 제 1기판(340)은 유리, 실리콘, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등에 의해 형성됨으로써 휘어지지 않는다. 이에 따라 상기 제 1기판(340)에 부착된 제 1전극(320)도 휘어지지 않게 된다.
상기 제 2기판(350)은 상기 제 2전극(330)의 상면에 부착될 수 있다.
물론, 상기 제 2기판(350)은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 제 1기판(340)과 대향되도록 배치된다.
상기 제 2기판(350)은 휘어질 수 있도록 형성되는 필름 기판이며, 이에 따라 폴리에스테르(polyester) 수지 또는 폴리에틸렌(polyethylene) 수지로 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제 2기판(350)이 휘어지는 경우, 상기 제 2기판(350)에 부착된 상기 제 2전극(330) 또한 상기 제 2기판(350) 처럼 휘어질 수 있게 된다. 상기 제 2기판(350)은 도 3a에 도시된 바와 같이 위쪽으로 볼록한 형상이 되도록 휘어지거나 또는 도 3b에 도시된 바와 같이 아래쪽으로 볼록한 형상으로 휘어질 수도 있다.
본 발명의 제 3실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩(300)은 상기 제 2기판(350)의 형상을 변형하기 위해 기판 조절 장치(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 기판 조절 장치(미도시)는 상기 제 2기판(350)이 휘어질 수 있도록 상기 제 2기판(350)의 형상을 변형할 수 있는 장치이면 어떠한 장치라도 상관 없으며, 여기서 상기 기판 조절 장치(미도시)의 종류나 형상 또는 개수를 한정하는 것은 아니다.
상기 미세유체유로(360)는 상기 제 1전극(320) 및 제 2전극(330)의 사이에 형성되며, 샘플(370)이 위치하게 된다.
상기 샘플(370)이란 고분자성 미세입자, 금속 나노 입자, 반도체 나노 입자, 단백질, DNA 등의 생체분자, 분자가 결합된 미세입자 등 다양한 물질들을 포함하는 말이다.
특히 상기 샘플(370)은 이러한 물질들이 증류수, 세포 배양용 배지, PBS 버퍼 등 다양한 액체 방울 속에 존재하도록 제조된 것으로서, 상기 미세유체유로(360) 내에 존재하는 액체 방울 내부에서 상기 물질들의 이동이 일어나게 된다.
한편, 상기 전원 장치(310)로부터 상기 제 1전극(320) 및 제 2전극(330)에 전압을 인가하였을 때, 상기 제 1전극(320) 및 제 2전극(330) 사이에 형성되는 미세유체유로(360)에는 전기장이 형성되며, 상기 전기장에 노출되는 샘플(370)은 전기동역학적(electrokinetic) 원리에 의해 이동된다. 여기서 상기 샘플(370)의 이동 방향은 상기 샘플(370)과 상기 전원 장치(310)로부터 인간된 전압 신호의 특성에 의해 결정된다.
상기 전기동역학적(electrokinetic) 원리에 관해서는 상술한바 있으므로, 여기서는 설명을 생략한다.
상기 미세 구조물(380)는 상기 제 1전극(320) 및 제 2전극(330) 사이를 이격시킴으로서, 상기 제 1전극(320) 및 제 2전극(330) 사이에 상기 미세유체유로(360)가 형성될 수 있도록 한다.
상기 미세 구조물(380)은 일반적으로 스페이서(spacer)라고 불리기도 하며, 상기 미세 구조물(380)로는 SU-8 등의 감광성 물질(photoresist) 또는 PDMS(polydimethylsiloxane) 등의 중합체를 이용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제 3실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩(300)은 제 2기판(350)이 휘어짐에 따라 상기 제 2기판(350)에 부착된 제 2전극(330) 역시 휘어질 수 있게 된다.
이에 따라 상기 제 1전극(320) 및 제 2전극(330) 사이에 형성되는 미세유체유로(360)의 높이, 즉 상기 제 1전극(320)과 제 2전극(330) 사이의 거리를 다양하게 조절할 수 있게 된다.
보다 자세하게, 도 3a에 도시된 바와 같이 상기 제 1전극(320) 및 제 2전극(330) 사이의 거리가 멀어지도록 상기 제 2기판(350)을 휘면, 상기 미세유체유로(360)의 높이가 높아지게 되며, 상기 미세유체유로(360) 내에 형성되는 전기장의 세기가 약해진다.
또한, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 제 1전극(320) 및 제 2전극(330) 사이의 거리가 가까워지도록 상기 제 2기판(350)을 휘면, 상기 미세유체유로(360)의 높이가 낮아지게 되며, 상기 미세유체유로(360) 내에 형성되는 전기장의 세기는 강해진다.
이 때 상기 미세구조물(380)의 높이가 일정하다면 상기 미세유체유로(360)는 제 3실시예를 나타낸 도 3a 및 도 3b와 같이 가운데 부분이 휘어지게 되고, 도 3a와 같은 경우에는 가운데 부분의 전기장 세기가 다른 부분보다 약하게 형성되며, 도 3b와 같은 경우에는 가운데 부분의 전기장 세기가 다른 부분보다 강하게 형성된다.
상기와 같이 하여, 상기 미세유체유로(360) 내에 형성되는 전기장의 세기를 조절할 수 있으며, 이로 인해 상기 미세유체유로(360) 내에 위치하는 샘플(370)의 정렬 및 분리 특성을 조절할 수 있게된다.
도 4a및 도4b는 본 발명에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩을 제작하기 위한 공정도이다.
다만, 본 발명에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩을 제작하는 방법은 도 4a 및 도 4b의 설명에서 제시된 방법 뿐만 아니라, 다양한 방법에 의해 이루어질 수 있다.
도 4a는 감광성 물질을 이용한 방법으로서, UV 리소그라피(lithography)를 이용하여 두 장의 필름 사이에 미세유체유로를 형성하는 방법이다.
먼저, 기판(Glass) 상에 PDMS와 같이 기체가 통과할 수 있는 특성의 물질을 얇게 코팅한 후, NOA와 같은 감광성 물질(NOA prepolymer)을 올린 뒤 그 위에 특정 높이의 스페이서(Spacer)와 함께 필름 전극을 올린다. 이 때 웨이퍼(wafer) 위에 코팅된 물질은 기체가 잘 통과할 수 있어 이와 접촉한 감광성 물질은 UV를 조사하여도 잘 굳지 않게 된다. 때문에, 특정 패턴의 마스크(mask)를 이용하여 UV 조사를 거친 후 상기 필름 전극을 상기 기판으로부터 떼어내면 특정 패턴의 구조물이 상기 필름 전극 상에 생성되고, 상기 기판과 접촉했던 면은 덜 굳은 상태로 유지된다.
다음으로, 상기 필름 전극 상에 UV를 조사하지 않은 부분을 잘 씻겨낸 후, 다른 필름 전극을 상기 구조물이 형성된 필름 전극 상에 붙인다. 이 때 상기 두 개의 필름 전극은 전도성을 지닌 부분이 서로 마주 보아야만 한다.
최종적으로 만들어진 소자에 마지막으로 UV를 조사하여 더 단단하게 접착이 이루어지도록 굳힌 후, 미세 입자를 포함한 샘플을 주입하고 전압을 인가한다.
상기와 같은 방법으로 소자를 제작하는 경우, 소자 제작에 걸리는 시간이 매우 단축되며, 비용도 매우 저렴해지고, 소자의 내구성이 좋아진다는 장점이 있게 된다.
도 4b는 PDMS와 같은 중합체를 이용한 방법으로써 마이크로 몰딩(micro molding)을 이용하여 두 장의 필름 사이에 미세유체유로를 형성시키는 방법이다.
먼저, 몰딩을 하기 위한 마스터(master)를 UV 리소그라피와 같은 방법을 이용하여 제작한다. 이 때 실리콘 기판 상에 SU-8과 같은 감광성 물질을 사용할 수 있다. 상기 마스터를 제작한 후, 굳지 않은 종합체를 붓고 그 위에 필름을 올린 후 위 아래로 강한 힘으로 눌러 상기 마스터와 상기 필름이 접하도록 한다. 그 상태로 상기 중합체를 굳힌 후 상기 필름을 떼어내면, 상기 필름의 전극 부분이 노출된 상태로 상기 중합체로 형성된 구조물이 형성된다. 그 위에 다른 필름 전극을 접착시키면, 최종적으로 소자를 완성할 수 있다.
이러한 방법으로 소자를 제작할 경우, 하나의 마스터로부터 똑같은 모양의 소자를 반복적으로 대량 생산할 수 있으며, 비용도 매우 저렴한 장점이 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 3실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩(300) 내부에 형성되는 전기장의 변화를 나타내는 시뮬레이션 결과를 나타내는 도이다.
여기서는 대표적으로 본 발명의 제 3실시예에 대해서만 시뮬레이션 결과를 나타내었으나, 제 1실시예 및 제 2실시예의 경우에는 상기 제 3실시예의 시뮬레이션 결과로부터 충분히 예측할 수 있는바, 설명을 생략하기로 한다.
상기 시뮬레이션 조건은 100 kHz의 10 V전압을 상기 제 1전극(320) 및 제 2전극(330) 사이에 인가하였고, 전기장이 형성되는 샘플은 증류수로 가정하였다.
도 5a는 상기 제 2기판(350)이 위쪽으로 볼록하게 휘어지면서, 미세유체유로(360) 가운데 부분이 다른 부분보다 더 높게 형성된 경우를 나타낸다.
시뮬레이션 결과에 따르면, 상기 미세유체유로(360)의 가운데 부분이 다른 부분보다 전기장의 세기가 약하게 형성되기 때문에, 음의 유전영동의 영향을 받는 미세입자(370a)는 상기 미세유체유로(360)의 가운데 부분으로 이동하게 되고, 양의 유전영동의 영향을 받는 미세입자(370b)는 그 반대 방향으로 이동하게 됨을 알 수 있었다.
도 5b는 상기 제 2기판(350)이 아래쪽으로 볼록하게 휘어지면서, 미세유체유로(360)의 가운데 부분이 다른 부분보다 더 낮게 형성된 경우를 나타낸다.
시뮬레이션 결과에 따르면, 상기 미세유체유로(360)의 가운데 부분이 다른 부분보다 전기장의 세기가 강하게 형성되기 때문에, 양의 유전영동의 영향을 받는 미세입자(370b)는 상기 미세유체유로(360)의 가운데 부분으로 이동하게 되고, 음의 유전영동의 영향을 받는 미세입자(370a)는 그 반대 방향으로 이동하게 됨을 알 수 있었다.
상기와 같은 미세입자의 정렬 및 분리 특성과 그 효율은 필름 기판이 휘어지는 정도를 외부적인 힘으로 조절함으로써 자유자재로 조절이 가능하다.
이상과 같이 본 발명에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
100: 본 발명의 제 1실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩
110: 전원 장치 120: 제 1전극
130: 제 2전극 140: 제 1기판
150: 제 2기판 160: 미세유체유로
170: 샘플 180: 미세 구조물
200: 본 본 발명의 제 2실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩
300: 본 본 발명의 제 3실시예에 따른 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩

Claims (34)

  1. 전압을 인가하는 전원 장치;
    상기 전원 장치의 일단과 전기적으로 연결되며, 상기 전원 장치로부터 구동 전압을 인가받는 제 1전극;
    상기 제 1전극에 부착되는 제 1기판;
    상기 제 1전극과 대향되며, 상기 전원 장치의 타단과 전기적으로 연결되고, 상기 전원 장치로부터 기준 전압을 인가받는 제 2전극;
    상기 제 1기판과 대향되며, 상기 제 2전극에 부착되는 제 2기판; 및
    상기 제 1전극 및 제 2전극의 사이에 형성되며, 샘플이 위치하는 미세유체유로;
    를 포함하고,
    상기 제 1기판 및 제 2기판은 휘어질 수 있는 재질로 형성되는 필름 기판이고, 상기 제 1기판 및 제 2기판이 휘어지면 상기 제 1기판에 부착된 제 1전극 및 상기 제 2기판에 부착된 제 2전극도 휘어지는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전원 장치는 직류 전압원 또는 교류 전압원인 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1전극은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 ITO 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2전극은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 ITO 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1기판 및 제 2기판은 폴리에스테르 수지 또는 폴리에틸렌 수지로 형성되는 필름 기판인 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 미세유체유로 내에 위치하는 샘플은 고분자성 미세입자, 금속 나노입자, 반도체 나노입자, 단백질, DNA, 세포, 분자가 결합된 미세입자, 기타 생체입자 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1전극 및 제 2전극에 전압이 인가되면 상기 미세유체유로에는 전기장이 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 전기장에 노출되는 샘플은 전기동역학적 원리에 의해 특정 방향으로 이동하고, 상기 전기동역학적 원리는 전기영동, 유전영동 및 전기삼투 중 하나인 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1전극 및 제 2전극 사이의 거리가 멀어지면 상기 미세유체유로 내의 전기장의 세기가 약해지고, 상기 제 1전극 및 제 2전극 사이의 거리가 가까워지면 상기 미세유체유로 내의 전기장의 세기가 강해지는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1전극 및 제 2전극 사이에 위치하여 상기 제 1전극 및 제 2전극을 이격시키는 미세 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  11. 전압을 인가하는 전원 장치;
    상기 전원 장치의 일단과 전기적으로 연결되며, 상기 전원 장치로부터 구동 전압을 인가받는 제 1전극;
    상기 제 1전극에 부착되는 제 1기판;
    상기 제 1전극과 대향되며, 상기 전원 장치의 타단과 전기적으로 연결되고, 상기 전원 장치로부터 기준 전압을 인가받는 제 2전극;
    상기 제 1기판과 대향되며, 상기 제 2전극에 부착되는 제 2기판;
    상기 제 1전극 및 제 2전극의 사이에 형성되며, 샘플이 위치하는 미세유체유로;
    상기 제 1전극 및 제 2전극 사이에 위치하여 상기 제 1전극 및 제 2전극을 이격시키는 미세 구조물; 및
    상기 제 1기판 및 제 2기판의 형상을 변형하는 기판 조절 장치;
    를 포함하며,
    상기 제 1기판 및 제 2기판은 휘어질 수 있는 재질로 형성되는 필름 기판이고, 상기 제 1기판 및 제 2기판이 상기 기판 조절 장치에 의해 휘어지면 상기 제 1기판에 부착된 제 1전극 및 상기 제 2기판에 부착된 제 2전극도 휘어지는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 미세유체유로에 상기 샘플을 주입 및 채취할 수 있도록 샘플 주입용 구멍을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  13. 전압을 인가하는 전원 장치;
    상기 전원 장치의 일단과 전기적으로 연결되며, 상기 전원 장치로부터 구동 전압을 인가받는 제 1전극;
    상기 제 1전극에 부착되는 제 1기판;
    상기 제 1전극과 대향되며, 상기 전원 장치의 타단과 전기적으로 연결되고, 상기 전원 장치로부터 기준 전압을 인가받는 제 2전극;
    상기 제 1기판과 대향되며, 상기 제 2전극에 부착되는 제 2기판; 및
    상기 제 1전극 및 제 2전극의 사이에 형성되며, 샘플이 위치하는 미세유체유로;
    를 포함하며,
    상기 제 1기판은 휘어질 수 있는 재질로 형성되는 필름 기판이고, 상기 제 1기판이 휘어지면 상기 제 1기판에 부착된 제 1전극도 휘어지는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 전원 장치는 직류 전압원 또는 교류 전압원인 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 1전극은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 ITO 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 2전극은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 ITO 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 1기판은 폴리에스테르 수지 또는 폴리에틸렌 수지로 형성되는 필름 기판인 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 2기판은 유리, 실리콘 및 플라스틱 중 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  19. 청구항 13에 있어서,
    상기 미세유체유로 내에 위치하는 샘플은 고분자성 미세입자, 금속 나노입자, 반도체 나노입자, 단백질, DNA, 세포, 분자가 결합된 미세입자, 기타 생체입자 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  20. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 1전극 및 제 2전극에 전압이 인가되면 상기 미세유체유로에는 전기장이 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 전기장에 노출되는 샘플은 전기동역학적 원리에 의해 특정 방향으로 이동하고, 상기 전기동역학적 원리는 전기영동, 유전영동 및 전기삼투 중 하나인 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  22. 청구항 20에 있어서,
    상기 제 1전극 및 제 2전극 사이의 거리가 멀어지면 상기 미세유체유로 내의 전기장의 세기가 약해지고, 상기 제 1전극 및 제 2전극 사이의 거리가 가까워지면 상기 미세유체유로 내의 전기장의 세기가 강해지는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  23. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 1전극 및 제 2전극 사이에 위치하여 상기 제 1전극 및 제 2전극을 이격시키는 미세 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  24. 전압을 인가하는 전원 장치;
    상기 전원 장치의 일단과 전기적으로 연결되며, 상기 전원 장치로부터 구동 전압을 인가받는 제 1전극;
    상기 제 1전극에 부착되는 제 1기판;
    상기 제 1전극과 대향되며, 상기 전원 장치의 타단과 전기적으로 연결되고, 상기 전원 장치로부터 기준 전압을 인가받는 제 2전극;
    상기 제 1기판과 대향되며, 상기 제 2전극에 부착되는 제 2기판; 및
    상기 제 1전극 및 제 2전극의 사이에 형성되며, 샘플이 위치하는 미세유체유로;
    를 포함하며,
    상기 제 2기판은 휘어질 수 있는 재질로 형성되는 필름 기판이고, 상기 제 2기판이 휘어지면 상기 제 2기판에 부착된 제 2전극도 휘어지는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 전원 장치는 직류 전압원 또는 교류 전압원인 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  26. 청구항 24에 있어서,
    상기 제 1전극은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 ITO 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  27. 청구항 24에 있어서,
    상기 제 2전극은 금, 은, 알루미늄, 구리, 백금 및 ITO 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  28. 청구항 24에 있어서,
    상기 제 1기판은 유리, 실리콘 및 플라스틱 중 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  29. 청구항 24에 있어서,
    상기 제 2기판은 폴리에스테르 수지 또는 폴리에틸렌 수지로 형성되는 필름 기판인 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  30. 청구항 24에 있어서,
    상기 미세유체유로 내에 위치하는 샘플은 고분자성 미세입자, 금속 나노입자, 반도체 나노입자, 단백질, DNA, 세포, 분자가 결합된 미세입자, 기타 생체입자 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  31. 청구항 24에 있어서,
    상기 제 1전극 및 제 2전극에 전압이 인가되면 상기 미세유체유로에는 전기장이 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  32. 청구항 31에 있어서,
    상기 전기장에 노출되는 샘플은 전기동역학적 원리에 의해 특정 방향으로 이동하고, 상기 전기동역학적 원리는 전기영동, 유전영동 및 전기삼투 중 하나인 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  33. 청구항 31에 있어서,
    상기 제 1전극 및 제 2전극 사이의 거리가 멀어지면 상기 미세유체유로 내의 전기장의 세기가 약해지고, 상기 제 1전극 및 제 2전극 사이의 거리가 가까워지면 상기 미세유체유로 내의 전기장의 세기가 강해지는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
  34. 청구항 24에 있어서,
    상기 제 1전극 및 제 2전극 사이에 위치하여 상기 제 1전극 및 제 2전극을 이격시키는 미세 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 필름 기판을 이용한 입자의 정렬 및 분리용 미세유체 칩.
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