본 발명은 단일 채널 내에서 액적을 병합하여 구조를 단순화하고, 공간 효율성을 극대화하며, 액적 병합 과정이 간단하게 수행될 수 있는 액적 병합장치에 관한 것이다.

본 발명은 액적 병합장치에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 단일 채널 내에서 액적을 병합하여 구조를 단순화하고, 공간 효율성을 극대화하며, 액적 병합 과정이 간단하게 수행될 수 있는 액적 병합장치에 관한 것이다.

배경기술

랩온어칩(lab on a chip)이란 플라스틱·유리·규소(실리콘) 등의 소재를 사용해 미세 채널을 만들고, 이를 통해 극미량의 샘플이나 시료만으로 기존의 실험실에서 할 수 있는 실험이나 연구 과정을 신속하게 대체할 수 있는 실험용 미세유체칩을 의미한다.
랩온어칩은 마이크로플루이딕 칩(microfluidics chip)이라고도 한다. 특히, 질병 진단, 축산 또는 환경 등에서 적용이 확대되고 있다.
그에 따라, 랩온어칩 등에서 액적을 이용하여 샘플 및 시약을 조작하는 기술에 대한 관심이 증가하면서, 액적을 필요에 따라 분리 또는 병합하는 기술이 필수적이며 이를 위한 다양한 방법이 제시되고 있다.
특히, 2개의딸액적을하나의모액적으로병합하는방법으로, Y자형또는T자형채널이사용되는방법이소개된바 있다.
2개의 병합대상 딸액적이 Y자형 또는 T자형 채널의 합류점에서 합류하는 과정에서 하나로 병합되도록 할 수 있으나, 필수적으로 채널이 분지되는 구조를 요하므로 구조가 복잡하고 그 부피가 증가되는 단점이 있다.
또한, 액적의 유로를 크게 확장시키는 방법으로 유동하는 선행 액적의 속도를 저하시켜 액적을 분리하는 방법도 소개되었으나, 상대적으로 큰 액적 병합공간을 필요하고, 병합된 액적 간의 재병합을 막는 방법으로 계면 활성재 등을 사용해야 하므로, 병합방법이 복잡해질 수 있다.

문제점

본 발명은 단일 채널 내에서 액적을 병합하여 구조를 단순화하고, 공간 효율성을 극대화하며, 액적 병합 과정이 간단하게 수행될 수 있는 액적 병합장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

해결과제

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 미리 결정된 방향으로 유동하는 연속상 내에서 순차적으로 분산상 형태의 병합대상 딸액적이 공급되는 액적 공급채널, 상기 액적 공급채널의 출구와 연결되고, 상기 액적 공급채널보다 큰 폭을 갖으며, 상기 액적 공급채널에서 공급된 2개의 연속된 딸액적이 병합되는 액적 병합챔버 및, 상기 액적 공급채널을 통해 연속해서 공급되는 2개의 딸액적을 하나의 모액적으로 병합하기 위하여, 2개의 딸액적이 병합 과정, 분리 과정 및 재병합 과정이 순차적으로 수행하도록 상기 액적 병합챔버 내에서 경사진 상태로 배치되는 판형 구조물 형태의 액적 병합부재;를 포함하는 액적 병합장치.를 제공한다.
또한, 상기 액적 공급채널의 폭(Wo)은 20 μm 내지 200 μm의 크기일 수 있다.
이 경우, 상기 액적 공급채널 내에서 연속상의 유동속도는 0.1 m/s 내지 1.0 m/s일 수 있다.
여기서, 상기 연속상은 물이며, 상기 분산상은 헥사데케인(hexadecane)일 수 있다.
그리고, 상기 액적 공급채널과 상기 액적 병합챔버는 사각형 단면을 가질 수 있다.
또한, 상기 액적 공급채널과 상기 액적 병합챔버는 연속하여 배치되며, 상기 액적 공급채널과 상기 액적 병합챔버는 일체형으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 액적 병합부재는 상기 액적 병합챔버에서 대각선 방향으로 배치될 수 있다.
이 경우, 상기 액적 병합챔버의 폭은 상기 액적 공급채널의 폭(Wo)의 1.6배 내지 2.4배의 크기일 수 있다.
여기서, 상기 액적 병합챔버의 길이는 상기 액적 공급채널의 폭(Wo)의 9배 내지 13배의 크기일 수 있다.
그리고, 상기액적병합부재의두께(t)는상기액적공급채널의폭(Wo)의0.2배내지0.3배의크기로전영역에서일정할수있다.
또한, 상기 액적 병합부재의 길이(L)는 상기 액적 공급채널의 폭(Wo)보다 길 수 있다.
또한, 상기 액적 병합부재의 길이(L)는 상기 액적 공급채널의 폭(Wo)의 2.2배 내지 3.3배의 크기일 수 있다.
이 경우, 상기 액적 병합부재는 상기 액적 병합챔버 내에서 5도 내지 15도 경사지게 배치될 수 있다.
여기서, 상기 액적 병합챔버 내에 구비된 액적 병합부재의 입구단에서 상기 액적 병합챔버의 제1 내측면까지의 거리는 상기 액적 병합챔버의 제2 내측면까지의 거리의 1.6배 내지 6.4배의 크기일 수 있다.
그리고, 상기 액적 병합챔버에서 병합된 모액적이 반출되며, 상기 액적 병합챔버의 폭보다 작은 폭을 갖는 액적 반출채널을 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 유동하는 연속상 내에 병합될 2개의 분산상 딸액적이 순차적으로 공급되는 액적 공급부 및, 상기 액적 공급부에서 공급된 2개의 딸액적이 병합 과정, 분리 과정 및 재병합 과정이 순차적으로 수행되는 액적 병합부;를 포함하는 액적 병합장치를 제공한다.
또한,상기액적병합부는상기액적공급부보다폭이확장되며, 내부에경사지게배치된액적병합부재를구비할 수 있다.
또한, 상기 액적 병합부는 내부에 2개의 액적 병합유로를 구비하며, 2개의 상기 액적 병합유로는 상기 액적 병합부재에 의하여 구획될 수 있다.
이 경우, 상기 액적 병합부에서 2개의 딸액적의 병합 과정, 분리 과정 및 재병합 과정은 상기 액적 병합부로 진입한 2개의 딸액적이 병합되고, 상기 액적 병합부재의 입구단에 의하여 분리된 후 각각의 액적 병합유로를 빠져 나오면서 재결합되는 방법으로 수행될 수 있다.

효과

본 발명에 따른 액적 병합장치에 의하면, 미세한 하나의 유체 채널(액적 공급채널 내에 구비된 액적 병합부재를 이용해서 2개의 액적을 하나의 액적으로 병합하므로, 공간의 효율성을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액적 병합장치에 의하면, 액적 병합부재를 미세한 하나의 유체 채널의 폭이 확장되는 확장부 내에 배치하면 액적을 병합할 수 있으므로, 액적 병합을 위한 구성을 최소화할 수 있다.

본고는 서강대학교산학협력단 손기헌, 이우림, 이재원의 발표자료를 요약한 것이다.