KR102056402B1 - System for generating and detecting droplets and the method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액적 생성 및 검출 시스템, 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 채널 내부에서 액적을 생성하는 동시에 액적의 상태 정보를 검출하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a droplet generation and detection system, and a method thereof, and more particularly to a technique for generating droplets within a channel and simultaneously detecting the state information of the droplets.
일반적으로 유체 액적을 생성하는 종래 기술은 크게 두 가지로 구분된다. 첫째는, 두 종류의 유체를 다공성막의 양 쪽에 위치시킨 후, 압력을 가하여 하나의 유체를 막을 통과시켜 다른 유체의 내부로 주입하는 방법(membrane emulsification)이다. 두 번째는, 직선상의 채널에서 하나의 유체가 흐를 때, 다른 유체(쉬스 흐름(sheath flow))를 주입하여 유체 흐름에 의한 힘을 이용한 방법이다. In general, the prior art for generating fluid droplets are largely divided into two. First, two kinds of fluids are placed on both sides of the porous membrane, and then pressure is applied to pass one fluid through the membrane and into the other fluid (membrane emulsification). Second, when one fluid flows in a straight channel, another fluid (sheath flow) is injected to use the force of the fluid flow.
다만, 상기 쉬스 흐름을 이용한 방법은 액적의 양에 비해서 비교적 많은 유체 샘플이 낭비된다는 단점이 존재한다. However, there is a disadvantage in that the method using the sheath flow wastes a relatively large amount of fluid samples compared to the amount of droplets.
전술한 방법 외에, 기존의 전기수력학적 제팅 및 프린팅을 이용하여 액적을 생성하는 종래 기술은 액적이나 제팅의 크기를 조절하는 방법으로, 전기장을 인가하는 동시에 유동량을 조절하는 방법을 사용한다. 이는 액적을 생성하기 위하여 전기장을 이용하면서도 유동이 필요하기 때문에 쉬스 흐름을 이용한 방법과 같이 어느정도 유체가 낭비되는 측면이 존재한다. 또한, 기존의 전기수력학적 제팅 및 프린팅을 이용한 종래 기술은 비교적 매우 높은 전기장의 세기가 필요하므로, 안정적으로 액적을 생성하는 과정과, 향후 생성된 액적의 결과물을 컨트롤하는 과정에서 한계가 존재한다. In addition to the above-described method, the conventional technique of generating droplets using conventional electrohydrodynamic jetting and printing uses a method of adjusting the flow amount while applying an electric field as a method of adjusting the size of the droplet or jetting. Since there is a need for flow while using an electric field to generate droplets, there is a side in which some fluid is wasted, such as a method using a sheath flow. In addition, the conventional technique using the conventional electro-hydraulic jetting and printing requires a relatively very high electric field strength, there is a limit in the process of generating droplets stably, and in the process of controlling the result of the droplets generated in the future.
또한, 일반적으로 유체 액적을 검출하는 종래 기술은 쿨터 카운터를 이용하여 전해질에 부유한 미지의 미립자들의 크기, 모양, 농도 및 표면 전하량의 물리적인 특성들을 측정한다. 다만, 채널 내부에서 액적들이 생성되는 경우, 액적의 크기 및 개수를 측정하기 위해서는 사용자가 광학 현미경을 이용하여 직접 채널 내부의 상황을 지속적으로 관찰해야 한다는 불편함이 있다. 또한, 액적들이 생성되는 속도가 빠른 경우, 액적들을 정확히 관찰하기 위해서는 광학 현미경과 더불어 고속 카메라와 같은 부가적인 장비들이 필요하다.In addition, the prior art, which generally detects fluid droplets, uses a coulter counter to measure the physical properties of the size, shape, concentration and amount of surface charge of unknown particulates suspended in an electrolyte. However, when the droplets are generated in the channel, in order to measure the size and number of the droplets, the user needs to continuously observe the situation inside the channel directly using an optical microscope. In addition, when the droplets are generated at a high speed, additional equipment, such as a high speed camera, is required in addition to an optical microscope to accurately observe the droplets.
나아가, 기존에는 유체 액적을 생성하고, 검출하는 위한 기술에 대한 연구가 미비하다. 육안으로 측정하기 어려운 크기와 빠른 속도로 생성되는 액적을 생성과 동시에 측정하기가 현실적으로 매우 어렵기 때문이다. 기존에는 액적을 생성과 동시에 측정 및 검출하기 위해서는, 부가적인 장비를 사용하였으며, 생성 이후에 액적을 측정하는 방법 또한 광학적, 화학적 특정 반응을 이용한 간접적인 방법만이 활용되었다.Further, there is a lack of research on techniques for generating and detecting fluid droplets. This is because droplets that are difficult to measure with the naked eye and rapidly generated are difficult to measure at the same time. In the past, additional equipment was used to measure and detect droplets simultaneously with generating droplets. In addition, only indirect methods using optical and chemical reactions were used to measure droplets after the formation.
본 발명의 목적은 액적을 생성하는 동시에 검출 및 관찰할 수 있는 일체형 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.It is an object of the present invention to provide an integrated system and method which can simultaneously detect and observe droplets.
또한, 본 발명의 목적은 전기장을 이용하여 채널 내부에서 액적을 생성하며, 채널 내부에서 액적이 생성되는 과정에서 지속적으로 변화하는 전기 신호를 측정하여 액적의 크기 및 생성주기를 포함하는 상태 정보를 간접적으로 검출하는 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.In addition, an object of the present invention is to generate a droplet inside the channel using an electric field, and indirectly obtains state information including the droplet size and generation period by measuring an electrical signal that is continuously changing during the droplet generation in the channel. To provide a system and method for detecting the same.
본 발명의 일 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템은 채널의 양측에 위치하는 서로 다른 두 유체가 접촉하는 계면에 전기장을 인가하여 채널 내부에서 액적을 생성하는 액적 생성부 및 상기 채널 내부에 전류 신호를 감지하여 액적의 상태 정보를 검출하는 액적 검출부를 포함한다.The droplet generation and detection system according to an embodiment of the present invention is a droplet generation unit for generating droplets in a channel by applying an electric field to an interface between two different fluids located on both sides of the channel and a current signal inside the channel. And a droplet detector for detecting the state information of the droplet.
상기 액적 생성부는 서로 다른 두 종류의 유체가 각기 포함된 연속상(continuous phase)의 제1 저장소 및 분산상(dispersion phase)의 제2 저장소와 연결되는 채널 입구의 유체 계면에 전기장을 인가하고, 전기장의 세기에 따라 서로 다른 크기의 액적을 생성할 수 있다.The droplet generating unit applies an electric field to a fluid interface at a channel inlet connected to a first reservoir in a continuous phase and a second reservoir in a disperse phase, each containing two different types of fluids. Depending on the intensity, droplets of different sizes can be created.
상기 액적 생성부는 상기 채널 내부에 형성된 상기 유체 계면에 전기 신호를 인가하고, 상기 채널의 폭, 높이, 모양에 따라 발생되는 계면장력보다 전기장에 의한 압력을 크게 인가하여 상기 채널 내부에서 액적을 생성할 수 있다.The droplet generating unit applies an electrical signal to the fluid interface formed in the channel, and generates a droplet inside the channel by applying a pressure by an electric field greater than an interface tension generated according to the width, height, and shape of the channel. Can be.
상기 액적 생성부는 계면장력에 비해 낮은 전기장을 인가하는 경우, 상기 채널 내부에서 비교적 크기가 큰 액적이 생성되고, 계면장력에 비해 높은 전기장을 인가하는 경우, 상기 채널 내부에서 비교적 크기가 작은 액적이 생성될 수 있다.The droplet generating unit generates a relatively large droplet inside the channel when applying an electric field lower than an interfacial tension, and generates a relatively small droplet within the channel when applying an electric field higher than an interfacial tension. Can be.
상기 액적 검출부는 액적이 생성되는 동안, 상기 제1 저장소 및 상기 제2 저장소에 포함된 전극으로부터 상기 채널 내부의 전류값 변화를 측정할 수 있다.The droplet detector may measure a current value change in the channel from the electrodes included in the first reservoir and the second reservoir while the droplet is generated.
상기 액적 검출부는 전류값 변화량으로부터 상기 채널 내부에서 생성되는 액적의 크기와 생성주기를 산출하며, 상기 산출된 액적의 크기 및 생성주기를 포함하는 상기 액적의 상태 정보를 검출할 수 있다.The droplet detector may calculate the size and generation period of the droplet generated inside the channel from the amount of change in the current value, and detect the state information of the droplet including the calculated size and generation period.
본 발명의 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템은 서로 다른 두 유체가 접촉하는 계면에 전기장을 인가하는 제1 저장소 및 제2 저장소, 상기 제1 저장소 및 상기 제2 저장소 각각에 연결되며, 상기 인가되는 전기장에 의해 내부에서 액적을 생성하는 채널 및 채널 내부에 전류 신호를 감지하여 액적의 상태 정보를 검출하는 검출부를 포함한다.The droplet generation and detection system according to an embodiment of the present invention is connected to each of the first reservoir and the second reservoir, the first reservoir and the second reservoir for applying an electric field to an interface where two different fluids contact each other, And a channel for generating droplets therein by the electric field, and a detector for detecting current information in the channels.
상기 액적은 상기 인가되는 전기장에 의한 압력이 계면장력보다 커지는 경우, 상기 채널 내부에서 계면의 위치가 실시간으로 변하여 생성될 수 있다.The droplet may be generated by changing the position of the interface in real time inside the channel when the pressure by the applied electric field is greater than the interfacial tension.
상기 검출부는 상기 채널 내부에서 액적이 생성되는 동안, 상기 제1 저장소 및 상기 제2 저장소에 포함된 전극으로부터 상기 채널 내부의 전류값 변화를 측정하고, 전류값 변화량으로부터 액적의 크기 및 생성주기를 포함하는 상기 액적의 상태 정보를 검출할 수 있다.The detection unit measures a change in the current value in the channel from the electrodes included in the first reservoir and the second reservoir during the generation of the drop in the channel, and includes the size and generation period of the drop from the change in the current value. The state information of the droplet can be detected.
본 발명의 일 실시예에 따른 액적의 생성 및 검출을 통합한 일체형 시스템의 동작 방법에 있어서, 채널의 양측에 위치하는 서로 다른 두 유체가 접촉하는 계면에 전기장을 인가하여 채널 내부에서 액적을 생성하는 단계 및 상기 채널 내부에 전류 신호를 감지하여 액적의 상태 정보를 검출하는 단계를 포함한다.In a method of operating an integrated system incorporating the generation and detection of droplets according to an embodiment of the present invention, a droplet is generated inside a channel by applying an electric field to an interface between two different fluids located at both sides of the channel. And detecting state information of the droplet by sensing a current signal inside the channel.
상기 액적을 생성하는 단계는 서로 다른 두 종류의 유체가 각기 포함된 연속상(continuous phase)의 제1 저장소 및 분산상(dispersion phase)의 제2 저장소와 연결되는 채널 입구의 유체 계면에 전기장을 인가하는 단계 및 상기 채널에 인가되는 전기장의 세기에 따라 서로 다른 크기의 액적을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.The droplet generation may include applying an electric field to a fluid interface at a channel inlet connected to a first reservoir in a continuous phase and a second reservoir in a dispersion phase, each containing two different types of fluid. And generating droplets of different sizes according to the intensity of the electric field applied to the channel.
상기 유체 계면에 전기장을 인가하는 단계는 상기 채널의 폭, 높이, 모양에 따라 발생되는 계면장력보다 전기장에 의한 압력을 크게 인가할 수 있다.In the applying of the electric field to the fluid interface, the pressure by the electric field may be greater than the interface tension generated according to the width, height, and shape of the channel.
상기 서로 다른 크기의 액적을 생성하는 단계는 계면장력에 비해 낮은 전기장이 인가되는 경우, 상기 채널 내부에서 비교적 크기가 큰 액적을 생성하고, 계면장력에 비해 높은 전기장이 인가되는 경우, 상기 채널 내부에서 비교적 크기가 작은 액적을 생성할 수 있다.Generating droplets of different sizes may generate droplets having a relatively large size when the electric field is lower than the interfacial tension, and may generate relatively large droplets within the channel. It is possible to produce relatively small droplets.
상기 액적을 검출하는 단계는 액적이 생성되는 동안, 연속상(continuous phase)의 제1 저장소 및 분산상(dispersion phase)의 제2 저장소에 포함된 전극으로부터 상기 채널 내부의 전류값 변화를 측정하는 단계 및 전류값의 변화량으로부터 상기 채널 내부에서 액적의 크기 및 생성주기를 산출하며, 상기 산출된 액적의 크기 및 생성주기를 포함하는 상기 액적의 상태 정보를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.Detecting the droplet may include measuring a change in current value inside the channel from an electrode included in a first reservoir of a continuous phase and a second reservoir of a dispersion phase while the droplet is generated; Computing the size and generation period of the droplet in the channel from the amount of change in the current value, it may include detecting the state information of the droplet including the calculated size and generation period of the droplet.
본 발명의 실시예에 따르면, 소량의 유체들을 이용하여 액적을 생성하고, 생성되는 액적에 의해 발생하는 전기 신호를 분석하여 액적의 크기 및 생성주기의 물리적인 특징들을 검출 및 관찰할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, droplets may be generated using a small amount of fluids, and electrical signals generated by the generated droplets may be analyzed to detect and observe physical characteristics of the droplet size and generation cycle.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 전기장을 이용하여 유체의 흐름없이 채널 내부에서 액적을 생성하며, 채널 내부를 가시화시킬 필요없이 생성 과정에서 지속적으로 변화하는 전기 신호를 측정하여 액적의 크기 및 생성주기의 상태 정보를 간접적으로 검출할 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the droplet is generated inside the channel without the flow of the fluid using an electric field, and the size and generation of the droplet by measuring the electrical signal that is continuously changing during the generation process without the need to visualize the channel inside The state information of the cycle can be indirectly detected.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 시각적인 데이터 없이도 전기적인 신호만을 이용하여 생성되는 액적들의 크기 및 생성 주기의 상태 정보를 정교하게 측정할 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, it is possible to precisely measure the size information and the state information of the generation period of the droplets generated using only an electrical signal without visual data.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 유동 제어장치, 광학 현미경, 고속 카메라와 같은 시각화 장치 없이도, 채널 내부에서 원하는 크기의 액적을 생성하는 동시에 액적 내부에 미립자들을 포함시켜 이동시키거나 미지의 미립자들을 센싱하는 쿨터 카운터 플랫폼으로 활용할 수 있다.Further, according to an embodiment of the present invention, even without a visualization device such as a flow control device, an optical microscope, or a high speed camera, droplets of a desired size can be generated inside the channel while the particles are contained within the droplets to move or move unknown particles. It can be used as a cooler counter platform for sensing.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템의 세부 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템의 개략도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액적 생성에 따른 전기 신호의 변화를 그래프로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기장의 세기에 따라 변화하는 액적의 크기 및 전류값에 대한 이미지 및 그래프를 도시한 것이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 액적 생성 가능 범위를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액적의 크기를 비교한 결과 그래프를 도시한 것이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 방법의 흐름도를 도시한 것이다.1 is a block diagram showing a detailed configuration of a droplet generation and detection system according to an embodiment of the present invention.
2 shows a schematic diagram of a droplet generation and detection system according to an embodiment of the invention.
3 is a graph showing a change in the electrical signal according to the droplet generation according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates an image and a graph of droplet sizes and current values that change according to the intensity of an electric field according to an exemplary embodiment of the present invention.
5A and 5B illustrate a droplet generation range in accordance with an embodiment of the present invention.
6 is a graph illustrating a result of comparing droplet sizes according to an embodiment of the present invention.
7 to 9 show a flowchart of a droplet generation and detection method according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the embodiments. Also, like reference numerals in the drawings denote like elements.
본 발명의 실시예들은 채널 내부에 전기장을 인가하여 유체의 흐름없이 액적을 생성하며, 액적을 생성하는 동시에 액적을 관찰하는 액적 생성 및 검출 일체형 시스템을 그 요지로 한다. Embodiments of the present invention are directed to a droplet generation and detection integrated system that applies an electric field inside a channel to produce droplets without the flow of fluid, and generates droplets while simultaneously observing the droplets.
이를 위해, 본 발명의 실시예들은, 전기장을 이용하여 5μL 이하의 소량의 유체들로도 액적을 생성할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 액적이 생성되면서 나타나는 전기 신호를 실시간으로 분석하여 액적의 크기 및 생성주기의 물리적인 특징을 검출할 수 있다. 이는 기존에 유동생성장치 및 현미경의 장비를 동시에 사용하여 액적을 생성하는 즉시 검출하는 플랫폼에서 벗어나, 계면에 전기장을 작용시키며, 채널 내부에 흐르는 전류를 측정하여 소량의 유체와 간략한 플랫폼만으로도 액적을 생성하고, 검출 및 측정할 수 있다. To this end, embodiments of the present invention can generate droplets even with small amounts of fluids of 5 μL or less using an electric field. In addition, embodiments of the present invention can detect the physical characteristics of the droplet size and the generation cycle by analyzing the electrical signal appearing while the droplet is generated in real time. It uses a flow generator and microscope equipment simultaneously to escape from the platform that detects droplets immediately upon generating droplets, applies an electric field to the interface, and creates droplets with only a small amount of fluid and a simple platform by measuring the current flowing inside the channel. Can be detected and measured.
이하에서는, 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 대해 보다 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 1 to 9.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템의 세부 구성을 블록도로 도시한 것이다.1 is a block diagram showing a detailed configuration of a droplet generation and detection system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템은 채널 내부에서 액적을 생성하는 동시에 액적의 상태 정보를 검출한다.Referring to FIG. 1, a droplet generation and detection system according to an embodiment of the present invention generates droplets within a channel and simultaneously detects state information of droplets.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템(100)은 액적 생성부(110) 및 액적 검출부(120)를 포함한다.To this end, the droplet generation and
액적 생성부(110)는 채널의 양측에 위치하는 서로 다른 두 유체가 접촉하는 계면에 전기장을 인가하여 채널 내부에서 액적을 생성한다. The
구체적으로, 액적 생성부(110)는 서로 다른 두 종류의 유체가 각기 포함된 연속상(continuous phase)의 제1 저장소 및 분산상(dispersion phase)의 제2 저장소와 연결되는 채널 입구의 유체 계면에 전기장을 인가하고, 전기장의 세기에 따라 서로 다른 크기의 액적을 생성할 수 있다. Specifically, the
예를 들면, 채널을 기준으로 양쪽에 연속상(continuous phase)의 제1 저장소와 분산상(dispersion phase)의 제2 저장소가 각기 위치할 수 있으며, 채널은 제1 저장소 및 제2 저장소에 각기 연결된 형태일 수 있다. 또한, 제1 저장소 및 제2 저장소 각각에는 서로 다른 종류의 유체가 포함될 수 있으며, 채널 내부에는 서로 다른 두 종류의 유체가 흐를 수 있다. For example, the first reservoir of the continuous phase and the second reservoir of the disperse phase may be located on both sides of the channel, and the channel may be connected to the first reservoir and the second reservoir, respectively. Can be. In addition, different types of fluids may be included in each of the first and second reservoirs, and two different types of fluids may flow in the channel.
제1 저장소 및 제2 저장소 각각에 연결된 채널 내부에서 서로 다른 두 종류의 유체에 의해 계면이 형성되는 경우, 액적 생성부(110)는 채널 내부에 형성된 유체 계면에 전기 신호를 인가할 수 있다. 이 때, 계면은 전기장에 의한 압력으로 인해 전기장 방향으로 이동하려는 힘과, 계면장력으로 인해 원래의 모양을 유지하려는 힘을 동시에 받게 된다. 전기장에 의한 압력이 계면장력보다 커지는 경우에 채널 내부에서 계면의 위치 및 형상이 실시간으로 변하며 액적이 생성되는 현상이 나타날 수 있다.When the interface is formed by two different types of fluids in a channel connected to each of the first reservoir and the second reservoir, the
이로 인해, 액적 생성부(110)는 채널 입구의 폭, 높이, 모양에 따라 발생되는 계면장력보다 큰 전기장을 인가하여 채널 내부에서 액적을 생성할 수 있다. 이 때, 액적 생성부(110)는 계면장력에 비해 낮은 전기장을 인가하는 경우, 채널 내부에서 비교적 크기가 큰 액적이 생성되고, 계면장력에 비해 높은 전기장을 인가하는 경우, 채널 내부에서 비교적 크기가 작은 액적이 생성될 수 있다.As a result, the
실시예에 따라서, 액적을 생성하는 상기 두 종류의 유체 즉, 액적 원료 물질 각각은 아세톤, 클로로폼 또는 에스테르류 용액에 융해된 약물, 단백질, 치료용 물질(therapeutic material)을 포함하는 고분자 물질 또는 생분해성 고분자 물질일 수 있으며, 약물, 단백질, 치료용 물질의 분비(release) 속도 조절을 위해 생분해성 고분자 물질의 분해 속도를 촉진 또는 감쇠시키는 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 다만, 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 유체의 물질 종류는 변경되어 적용 가능하므로, 전술한 바에 한정되지 않는다.According to an embodiment, the two kinds of fluids that produce the droplets, i.e., the droplet raw materials, each may be a polymer or biodegradable material comprising a drug, protein, therapeutic material dissolved in acetone, chloroform or ester solution. It may be a sex polymer material, and may further include an additive for promoting or attenuating the degradation rate of the biodegradable polymer material for controlling the release rate of drugs, proteins, and therapeutic substances. However, according to the embodiment to which the present invention is applied, the material type of the fluid is changed and applicable, and thus is not limited to the above.
본 발명의 일 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템(100)의 액적 생성부(110)는 기존의 쉬스 흐름 대신에 서로 다른 유체가 맞닿아 있는 계면에 전기장을 인가하여 전기적인 압력에 의해 액적을 생성할 수 있다. 보다 구체적으로, 서로 다른 두 유체가 흐르는 채널 내부에서, 계면이 전기장에 의해 움직임을 나타내면, 채널 입구의 서로 다른 폭, 높이, 모양에 의해서 계면의 움직임을 방해하는 계면장력이 형성될 수 있다. 이 때, 전기장에 의한 압력과 계면장력이 서로 경쟁하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 생성부(110)는 계면장력 보다 강한 전기장을 인가하여 채널 내부에서 액적을 생성할 수 있다. 이는 지속적인 유동이 필요한 기존의 쉬스 흐름과는 다르게 전기장을 이용하는 방법이며, 서로 다른 두 유체가 정지한 상태에서도 계면이 전기장에 의한 움직임이 가능하므로, 기존의 쉬스 흐름을 이용한 액적 생성 방식과 비교하여 매우 적은 양의 유체로도 액적을 생성할 수 있다. The
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템(100)의 액적 검출부(120)는 채널 내부에 전류 신호를 감지하여 액적의 상태 정보를 검출한다. Referring back to FIG. 1, the
구체적으로, 액적 생성부(110)에 의해 채널 내부에서 액적이 생성되는 동안, 액적 검출부(120)는 연속상(continuous phase)의 제1 저장소 및 분산상(dispersion phase)의 제2 저장소 각각에 포함된 전극으로부터 채널 내부의 전류값 변화를 측정할 수 있다. Specifically, while droplets are generated in the channel by the
예를 들어 서로 다른 두 유체가 서로 다른 전기 전도도를 갖는 경우, 액적이 생성되기 위해 계면의 위치가 변하는 과정에서 채널 내부의 유체 구성비가 변화하고, 이로 인해 전체 채널의 전기저항이 실시간으로 변화하게 된다. For example, if two different fluids have different electrical conductivities, the fluid composition inside the channel changes as the position of the interface changes to generate droplets, which causes the electrical resistance of the entire channel to change in real time. .
본 발명의 일 실시예에 따른 액적 검출부(120)는 전기장으로 인해 계면의 위치가 실시간으로 변하면서 변동되는 채널 내부의 전기저항을 분석하여 각 시점에서 채널 내부의 유체 구성비를 산출할 수 있으며, 산출된 구성비를 이용하여 채널 내부에서 계면의 위치를 역을 산출할 수 있다. The
이에, 액적 검출부(120)는 채널 전체에 흐르는 전류값 변화량으로부터 채널 내부에서 생성되는 액적의 위치, 크기, 개수 및 생성주기를 산출하며, 산출된 액적의 위치, 크기, 개수 및 생성주기 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 액적의 상태 정보를 검출할 수 있다. Accordingly, the
본 발명의 일 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템(100)은 전기장을 이용하여 액적을 생성하므로, 액적이 생성되는 과정에서 채널 내부에 전류가 흐르게 된다. 계면을 형성하고 있는 두 종류의 유체가 서로 다른 전기 전도도를 갖는 경우, 채널 내부에 흐르는 전류는 채널 내부를 구성하고 있는 유체들의 유체 구성비에 의해 영향을 받으며, 계면이 지속적으로 움직이면서 액적이 생성되는 과정에서 채널 내부에 흐르는 전류의 양도 계속적으로 변화할 수 있다. The droplet generation and
이 때, 액적 검출부(120)는 지속적으로 변화하는 전류량을 측정하며, 채널 내부에서 생성되는 액적의 크기와 개수를 전기적인 신호로 감지할 수 있다. 이로 인해 액적 검출부(120)는 시각적인 데이터 없이도, 전기적인 신호를 이용하여 생성되는 액적의 위치, 크기, 개수 및 생성 주기 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 상태 정보를 정교하게 검출 및 측정할 수 있다. In this case, the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템의 개략도를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액적 생성에 따른 전기 신호의 변화를 그래프로 도시한 것이다. Figure 2 shows a schematic diagram of a droplet generation and detection system according to an embodiment of the present invention, Figure 3 shows a change in the electrical signal according to the droplet generation in accordance with an embodiment of the present invention graphically.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템(200)은 서로 다른 두 유체가 접촉하는 계면에 전기장을 인가하는 제1 저장소(210) 및 제2 저장소(220)와 액적을 생성하는 채널(230)을 포함한다.Referring to FIG. 2, the droplet generation and
제1 저장소(210) 및 제2 저장소(220)는 서로 다른 두 유체가 접촉하는 계면에 전기장을 인가한다. 이 때, 제1 저장소(210)는 연속상(continuous phase)이고, 제2 저장소(220)는 분산상(dispersion phase)일 수 있으며, 제1 저장소 및 제2 저장소 각각에는 서로 다른 종류의 유체가 포함될 수 있다.The
실시예에 따라서, 액적을 생성하는 상기 두 종류의 유체 즉, 액적 원료 물질 각각은 아세톤, 클로로폼 또는 에스테르류 용액에 융해된 약물, 단백질, 치료용 물질(therapeutic material)을 포함하는 고분자 물질 또는 생분해성 고분자 물질일 수 있으며, 약물, 단백질, 치료용 물질의 분비(release) 속도 조절을 위해 생분해성 고분자 물질의 분해 속도를 촉진 또는 감쇠시키는 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 다만, 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 유체의 물질 종류는 변경되어 적용 가능하므로, 전술한 바에 한정되지 않는다.According to an embodiment, the two kinds of fluids that produce the droplets, i.e., the droplet raw materials, each may be a polymer or biodegradable material comprising a drug, protein, therapeutic material dissolved in acetone, chloroform or ester solution. It may be a sex polymer material, and may further include an additive for promoting or attenuating the degradation rate of the biodegradable polymer material for controlling the release rate of drugs, proteins, and therapeutic substances. However, according to the embodiment to which the present invention is applied, the material type of the fluid is changed and applicable, and thus is not limited to the above.
채널(230)은 제1 저장소(210) 및 제2 저장소(220) 각각에 연결되며, 인가되는 전기장에 의해 내부에서 액적을 생성한다. 상기 액적은 인가되는 전기장에 의한 압력이 계면장력보다 커지는 경우, 채널 내부에서 유체 계면(241)의 위치가 실시간으로 변하여 생성될 수 있다. The
도 2를 참조하면, 서로 다른 두 유체가 흐르는 채널 내부(230)에서, 유체 계면(241)이 전기장(Electric field)에 의해 움직임을 나타내면, 채널 입구(240)의 서로 다른 높이 H, 너비 W, 길이 L, 모양에 의해서 유체 계면(241)의 움직임을 방해하는 계면장력이 형성될 수 있다. 이 때, 본 발명의 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템(200)은 제1 저장소(210) 및 제2 저장소(220)를 통해 채널 내부(230)로 계면장력보다 큰 전기장을 인가하여 액적을 생성할 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템(200)은 채널 내부(230)에서 유체의 흐름이 없는 정적인 상태에서도 액적을 생성할 수 있다. Referring to FIG. 2, in a
나아가, 본 발명의 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템(200)은 채널 내부에 전류 신호를 감지하여 액적의 상태 정보를 검출하는 검출부(미도시)를 더 포함한다. Furthermore, the droplet generation and
채널 내부(230)에서 액적이 생성되는 동안, 상기 검출부는 제1 저장소(210) 및 제2 저장소(220)에 포함된 전극으로부터 채널 내부의 전류값 변화를 측정할 수 있다. 예를 들면, 채널 내부(230)에 흐르는 전기장(Electric field)에 의해 액적이 생성되면, 채널 내부(230)의 전류값이 변화할 수 있으며, 상기 검출부는 도 3에 도시된 바와 같이 채널 내부(230)의 변동되는 전류 신호를 감지할 수 있다. While the droplets are generated in the
도 3을 참조하면, 분산상(dispersion phase)인 제2 저장소(220)의 전기전도도가 연속상(continuous phase)인 제1 저장소(210)의 전기전도도 보다 높다고 가정한다면, 액적이 생성되는 과정 즉, 계면(241)이 채널 내부(230)로 이동하는 과정에서 전류값이 증가(310)하고, 액적이 생성된 후 계면(241)이 원위치로 돌아가는 과정에서 전류값이 감소(320)할 수 있다.Referring to FIG. 3, assuming that the electrical conductivity of the
이에, 상기 검출부는 액적이 생성되는 과정 동안 전술한 바와 같은 변동되는 전기 신호를 감지하고, 전류값 변화량의 진폭으로부터 계면(241)이 채널 내부(230)에서 이동한 거리 즉, 액적의 크기를 검출하고, 전류값 변화량의 피크 수로부터 생성된 액적의 개수 및 생성주기를 검출할 수 있다. Accordingly, the detection unit detects a fluctuating electric signal as described above during the process of generating the droplet, and detects the distance that the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기장의 세기에 따라 변화하는 액적의 크기 및 전류값에 대한 이미지 및 그래프를 도시한 것이다. 4 illustrates an image and a graph of droplet sizes and current values that change according to the intensity of an electric field according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템에 의해, 채널 내부에서 생성되는 액적은 채널 내부에 작용하는 전기장의 세기에 따라 변화할 수 있다. With the droplet generation and detection system according to an embodiment of the present invention, the droplets generated inside the channel may vary depending on the strength of the electric field acting inside the channel.
도 4를 참조하면, 전기장의 세기가 40V인 경우, 계면에 작용하는 전기장에 의한 압력이 계면장력을 압도하지 못하여 계면이 채널 내부에서 느리게 이동하는 것을 확인할 수 있으며, 결과적으로 크기가 큰 액적이 생성될 수 있다. Referring to FIG. 4, when the intensity of the electric field is 40 V, it can be seen that the pressure caused by the electric field acting on the interface does not overwhelm the interface tension, so that the interface moves slowly inside the channel. As a result, a large droplet is generated. Can be.
반면에, 전기장의 세기가 70V인 경우, 계면에 작용하는 전기장에 의한 압력이 계면장력을 압도하여 계면이 채널 내부에서 비교적 빠른 속도로 움직이는 것을 확인할 수 있으며, 결과적으로 크기가 비교적 작은 액적이 생성될 수 있다. On the other hand, when the strength of the electric field is 70V, it can be seen that the pressure caused by the electric field acting on the interface overwhelms the interfacial tension, so that the interface moves at a relatively high speed within the channel. Can be.
또한 도 4에 도시된 바와 같이, 40V, 70V의 각 전기장 세기에서 채널 내부에 흐르는 전류값은 계면의 움직임이 있는 경우에 끊임없이 변화할 수 있다. 예를 들면, 전기장의 세기가 40V인 경우, 큰 액적이 생성되므로, 전류값이 나타내는 피크의 진폭값이 전기장의 세기가 70V인 경우보다 큰 것을 알 수 있다. 또한, 전기장의 세기가 70V인 경우, 같은 시간 동안에 생성되는 액적의 수가 전기장의 세기가 40V인 경우보다 더 많으므로 같은 시간(1초) 동안 더 많은 전류값의 피크 수를 나타내는 것을 알 수 있다. In addition, as shown in FIG. 4, the current value flowing in the channel at each of the electric field strengths of 40 V and 70 V may constantly change when there is movement of the interface. For example, when the intensity of the electric field is 40 V, since a large droplet is generated, it can be seen that the amplitude value of the peak indicated by the current value is larger than the case where the intensity of the electric field is 70 V. In addition, when the electric field intensity is 70V, it can be seen that the number of droplets generated during the same time is more than that when the electric field intensity is 40V, thus indicating the peak number of more current values during the same time (1 second).
이로 인해, 전류값이 액적의 위치, 크기, 개수 및 생성주기 중 적어도 어느 하나 이상과 직접적인 관계가 있는 것을 알 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템은 채널 내부에서 감지되는 전류 신호(전류값)를 이용하여 생성되는 액적의 위치, 크기, 개수 및 생성주기 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 상태 정보를 검출할 수 있다. As a result, it can be seen that the current value is directly related to at least one or more of the position, size, number, and generation period of the droplets. The droplet generation and detection system according to an embodiment of the present invention provides a current sensed in the channel. By using the signal (current value), state information including at least one of the position, size, number, and generation period of the droplets generated may be detected.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 액적 생성 가능 범위를 도시한 것이다.5A and 5B illustrate a droplet generation range in accordance with an embodiment of the present invention.
보다 상세하게는, 도 5a는 전기장의 세기(voltage)와 채널 크기(channel dimension)에 따른 액적 생성 가능 범위를 도시한 것이고, 도 5b는 채널 크기(channel dimension)와 전기적 웨버수(electrical weber number)에 따른 액적 생성 가능 범위를 도시한 것이다. More specifically, FIG. 5A shows the droplet generation possible range according to the electric field voltage and channel dimension, and FIG. 5B shows the channel dimension and the electric weber number. It shows the droplet generation possible range according to.
도 5a 및 도 5b의 그래프에서 ‘O’로 나타난 dripping은 액적이 깔끔하게 생성되는 범위를 나타내고, ‘X’는 계면장력이 전기장에 의한 압력보다 강해 액적이 생성되지 않는 범위를 나타내며, ‘△’는 전기장에 의한 압력이 계면장력보다 훨씬 강해 액적이 제팅 형식으로 불안정하게 생성되는 범위를 나타낸다.In the graphs of FIGS. 5A and 5B, the dripping represented by 'O' represents a range in which the droplets are neatly generated, 'X' represents a range in which the droplets are not generated because the interfacial tension is stronger than the pressure caused by the electric field, and '△' The pressure caused by the electric field is much stronger than the interfacial tension, indicating the range in which droplets are unstable in the form of jetting.
도 5a를 참조하면, 서로 다른 크기를 갖는 채널 내부에서, 전기장의 세기를 변화시켜주는 경우, 액적이 생성되는 범위는 나타낸다. 이 때, y축은 채널의 종횡비에 해당하는 L / DH (DH = 2WH / (W + H)) 값을 나타내고, x축은 채널에 인가되는 전기장의 세기를 나타낸다. Referring to FIG. 5A, within the channels having different sizes, when the intensity of the electric field is changed, a range in which droplets are generated is shown. At this time, the y-axis represents the L / DH (DH = 2WH / (W + H)) value corresponding to the aspect ratio of the channel, the x-axis represents the strength of the electric field applied to the channel.
도 5b를 참조하면, 전기장에 의한 압력과 계면장력의 비율을 나타내는 전기적 웨버수에 따라 액적이 생성되는 범위를 나타낸다. 전기적 웨버수가 1보다 작은 경우, 계면장력의 크기가 전기장에 의한 전기적 압력의 크기보다 강해 액적이 생성되지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 전기적 웨버수가 1을 넘는 경우, 계면에 작용하는 전기적 압력의 크기가 계면장력의 크기보다 강해져 액적이 효율적으로 생성되는 것을 알 수 있다. 반면에, 전기적 웨버수가 10 이상의 경우에는 전기적 압력의 크기가 너무 강해 액적이 제팅 형식으로 불안정적으로 생성되는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 5B, a range in which droplets are generated is generated according to the number of electrical webs representing the ratio of pressure and interfacial tension due to an electric field. If the number of electrical webs is less than 1, it can be seen that the magnitude of the interfacial tension is stronger than the magnitude of the electrical pressure caused by the electric field, so that no droplets are generated. In addition, when the number of electrical webs exceeds 1, it can be seen that the magnitude of the electrical pressure acting on the interface is stronger than the magnitude of the interfacial tension, so that the droplets are efficiently generated. On the other hand, when the number of electrical webs is 10 or more, the magnitude of the electrical pressure is so strong that the droplets are unstable in jetting form.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템은 도 5a 및 도 5b에서 ‘O’로 나타난 액적 생성 가능 범위에서 액적을 효율적으로 생성할 수 있다. That is, the droplet generation and detection system according to an embodiment of the present invention can efficiently generate droplets within the droplet generation possible range indicated by 'O' in FIGS. 5A and 5B.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액적의 크기를 비교한 결과 그래프를 도시한 것이다.6 is a graph illustrating a result of comparing droplet sizes according to an embodiment of the present invention.
보다 상세하게는, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템을 통해, 도 4에서 측정한 전류값 변화폭을 이용하여 산출한 액적의 크기와 광학 현미경으로 직접 채널 내부에서 액적이 생성되는 과정을 관찰하여 측정한 액적의 크기를 비교한 결과 그래프를 도시한 것이다. In more detail, FIG. 6 illustrates the generation of droplets directly within a channel with an optical microscope and the size of the droplets calculated using the current value variation measured in FIG. 4 through the droplet generation and detection system according to an embodiment of the present invention. The graph shows the result of comparing the size of the droplets measured by observing the process.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템이 도 5a 및 도 5b에서 액적 생성 범위에 해당하는 40V 내지 80V의 전기장 세기를 채널에 인가하는 경우, 전기장의 세기가 증가할수록 생성되는 액적의 크기가 작아지는 것을 알 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 전기신호를 이용하여 산출한 액적의 크기(electrically measured radius)가 광학적으로 직접 측정한 크기(optically measured radius)와 거의 유사하다는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 6, when the droplet generation and detection system according to an embodiment of the present invention applies an electric field strength of 40 V to 80 V corresponding to the droplet generation range in FIGS. 5A and 5B to the channel, the intensity of the electric field increases. It can be seen that the size of the generated droplets is reduced. In addition, as shown in FIG. 6, it can be seen that the droplets (electrically measured radius) calculated using the electrical signal are almost similar to the optically measured radius.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 방법의 흐름도를 도시한 것이다.7 to 9 show a flowchart of a droplet generation and detection method according to an embodiment of the present invention.
도 7 내지 도 9에 도시된 방법은 도 1의 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 생성 및 검출 시스템에 의해 수행된다.7-9 are performed by a droplet generation and detection system according to one embodiment of the invention of FIG.
도 7을 참조하면, 단계 710에서, 채널의 양측에 위치하는 서로 다른 두 유체가 접촉하는 계면에 전기장을 인가하여 채널 내부에서 액적을 생성한다.Referring to FIG. 7, in
도 8을 참조하면, 단계 710은 단계 711 및 단계 712를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, step 710 may include
단계 711에서, 서로 다른 두 종류의 유체가 각기 포함된 연속상(continuous phase)의 제1 저장소 및 분산상(dispersion phase)의 제2 저장소와 연결되는 채널 입구의 유체 계면에 전기장을 인가할 수 있다. In
단계 711은 채널의 폭, 높이, 모양에 따라 발생되는 계면장력보다 전기장에 의한 압력을 크게 인가하는 단계일 수 있다. 이 때, 계면은 전기장에 의한 압력으로 인해 전기장 방향으로 이동하려는 힘과, 계면장력으로 인해 원래의 모양을 유지하려는 힘을 동시에 받게 된다. 전기장에 의한 압력이 계면장력보다 커지는 경우에 채널 내부에서 계면의 위치 및 형상이 실시간으로 변하며 액적이 생성되는 현상이 나타날 수 있다.Step 711 may be a step of applying a pressure by the electric field greater than the interface tension generated according to the width, height, shape of the channel. At this time, the interface is subjected to the force to move in the direction of the electric field due to the pressure by the electric field, and at the same time to maintain the original shape due to the interface tension. When the pressure caused by the electric field is greater than the interfacial tension, the position and shape of the interface may change in real time inside the channel, and a phenomenon may occur in which droplets are generated.
단계 712에서, 채널에 인가되는 전기장의 세기에 따라 서로 다른 크기의 액적을 생성할 수 있다. In
이 때, 단계 712은 계면장력에 비해 낮은 전기장이 인가되는 경우, 채널 내부에서 비교적 크기가 큰 액적을 생성하고, 계면장력에 비해 높은 전기장이 인가되는 경우, 채널 내부에서 비교적 크기가 작은 액적을 생성하는 단계일 수 있다. At this time,
실시예에 따라서, 액적을 생성하는 상기 두 종류의 유체 즉, 액적 원료 물질 각각은 아세톤, 클로로폼 또는 에스테르류 용액에 융해된 약물, 단백질, 치료용 물질(therapeutic material)을 포함하는 고분자 물질 또는 생분해성 고분자 물질일 수 있으며, 약물, 단백질, 치료용 물질의 분비(release) 속도 조절을 위해 생분해성 고분자 물질의 분해 속도를 촉진 또는 감쇠시키는 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 다만, 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 유체의 물질 종류는 변경되어 적용 가능하므로, 전술한 바에 한정되지 않는다.According to an embodiment, the two types of fluids that produce the droplets, i.e., the droplet raw material, each may be a polymeric or biodegradable material comprising a drug, protein, therapeutic material dissolved in acetone, chloroform or ester solution. It may be a sex polymer material, and may further include an additive for promoting or attenuating the degradation rate of the biodegradable polymer material for controlling the release rate of drugs, proteins, and therapeutic substances. However, according to the embodiment to which the present invention is applied, the material type of the fluid is changed and applicable, and thus is not limited to the above.
단계 720에서, 채널 내부에 전류 신호를 감지하여 액적의 상태 정보를 검출한다. In
도 9를 참조하면, 단계 720은 단계 721 및 단계 722를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 9, step 720 may include
단계 721에서, 액적이 생성되는 동안, 연속상(continuous phase)의 제1 저장소 및 분산상(dispersion phase)의 제2 저장소에 포함된 전극으로부터 채널 내부의 전류값 변화를 측정할 수 있다. In
단계 722에서, 전류값의 변화량으로부터 채널 내부에서 액적의 크기 및 생성주기를 산출하며, 산출된 액적의 크기 및 생성주기를 포함하는 액적의 상태 정보를 검출할 수 있다. In
예를 들면, 단계 722는 전기장으로 인해 계면의 위치가 실시간으로 변하면서 변동되는 채널 내부의 전기저항을 분석하여 각 시점에서 채널 내부의 유체 구성비를 산출할 수 있으며, 산출된 구성비를 이용하여 채널 내부에서 계면의 위치를 역을 산출할 수 있다. For example, step 722 may calculate the fluid composition ratio inside the channel at each time point by analyzing the electrical resistance inside the channel that is changed as the position of the interface changes in real time due to the electric field, and using the calculated composition ratio Inversely, the position of the interface can be calculated.
전술한 바와 같은 과정으로, 단계 722는 채널 전체에 흐르는 전류값 변화량으로부터 채널 내부에서 생성되는 액적의 위치, 크기, 개수 및 생성주기를 산출하며, 산출된 액적의 위치, 크기, 개수 및 생성주기 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 액적의 상태 정보를 검출할 수 있다.In the process as described above,
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different manner than the described method, or other components. Or even if replaced or replaced by equivalents, an appropriate result can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims which follow.
100, 200: 액적 생성 및 검출 시스템
210: 제1 저장소(또는 연속상(continuous phase))
220: 제2 저장소(또는 분산상(dispersion phase))
230: 채널 또는 채널 내부
240: 채널 입구
241: 유체 계면100, 200: droplet generation and detection system
210: first reservoir (or continuous phase)
220: second reservoir (or dispersion phase)
230: channel or channel inside
240: channel entrance
241: fluid interface
Claims (14)
상기 채널 내부에 전류 신호를 감지하여 액적의 상태 정보를 검출하는 액적 검출부
를 포함하는 액적 생성 및 검출 시스템. A droplet generating unit generating droplets in the channel by applying an electric field to an interface between two different fluids positioned at both sides of the channel; And
Drop detection unit for detecting a current signal inside the channel to detect the state information of the droplet
Droplet generation and detection system comprising a.
상기 액적 생성부는
서로 다른 두 종류의 유체가 각기 포함된 연속상(continuous phase)의 제1 저장소 및 분산상(dispersion phase)의 제2 저장소와 연결되는 채널 입구의 유체 계면에 전기장을 인가하고, 전기장의 세기에 따라 서로 다른 크기의 액적을 생성하는 것을 특징으로 하는 액적 생성 및 검출 시스템.The method of claim 1,
The droplet generating unit
An electric field is applied to the fluid interface at the channel inlet connected to the first reservoir of the continuous phase and the second reservoir of the disperse phase, each containing two different types of fluids, and depending on the strength of the electric field, A droplet generation and detection system, characterized by generating droplets of different sizes.
상기 액적 생성부는
상기 채널 내부에 형성된 상기 유체 계면에 전기 신호를 인가하고, 상기 채널의 폭, 높이, 모양에 따라 발생되는 계면장력보다 전기장에 의한 압력을 크게 인가하여 상기 채널 내부에서 액적을 생성하는 액적 생성 및 검출 시스템.The method of claim 2,
The droplet generating unit
Droplet generation and detection for applying an electrical signal to the fluid interface formed inside the channel, and applying a pressure from an electric field to an interface tension generated according to the width, height, and shape of the channel to generate droplets in the channel. system.
상기 액적 생성부는
계면장력에 비해 낮은 전기장을 인가하는 경우, 상기 채널 내부에서 비교적 크기가 큰 액적이 생성되고, 계면장력에 비해 높은 전기장을 인가하는 경우, 상기 채널 내부에서 비교적 크기가 작은 액적이 생성되는 것을 특징으로 하는 액적 생성 및 검출 시스템.The method of claim 3,
The droplet generating unit
When applying an electric field lower than the interfacial tension, a relatively large droplet is generated inside the channel, when applying a high electric field compared to the interfacial tension, a relatively small droplet is generated inside the channel Droplet generation and detection system.
상기 액적 검출부는
액적이 생성되는 동안, 상기 제1 저장소 및 상기 제2 저장소에 포함된 전극으로부터 상기 채널 내부의 전류값 변화를 측정하는 액적 생성 및 검출 시스템.The method of claim 2,
The droplet detection unit
A droplet generation and detection system for measuring a change in current value inside the channel from an electrode included in the first reservoir and the second reservoir during droplet generation.
상기 액적 검출부는
전류값 변화량으로부터 상기 채널 내부에서 생성되는 액적의 크기와 생성주기를 산출하며, 상기 산출된 액적의 크기 및 생성주기를 포함하는 상기 액적의 상태 정보를 검출하는 액적 생성 및 검출 시스템.The method of claim 5,
The droplet detection unit
A droplet generation and detection system for calculating the size and generation period of the droplets generated inside the channel from the amount of change in the current value, and detecting the state information of the droplet including the calculated size and generation period.
상기 제1 저장소 및 상기 제2 저장소 각각에 연결되며, 상기 인가되는 전기장에 의해 내부에서 액적을 생성하는 채널; 및
채널 내부에 전류 신호를 감지하여 액적의 상태 정보를 검출하는 검출부
를 포함하는 액적 생성 및 검출 시스템.A first reservoir and a second reservoir for applying an electric field to an interface between two different fluids;
A channel connected to each of the first reservoir and the second reservoir, the channel generating droplets therein by the applied electric field; And
Detecting a current signal inside the channel to detect the state information of the droplets
Droplet generation and detection system comprising a.
상기 액적은
상기 인가되는 전기장에 의한 압력이 계면장력보다 커지는 경우, 상기 채널 내부에서 계면의 위치가 실시간으로 변하여 생성되는 액적 생성 및 검출 시스템.The method of claim 7, wherein
The droplet is
And the pressure generated by the applied electric field is greater than the interfacial tension, whereby the position of the interfacial inside the channel is changed in real time.
상기 검출부는
상기 채널 내부에서 액적이 생성되는 동안, 상기 제1 저장소 및 상기 제2 저장소에 포함된 전극으로부터 상기 채널 내부의 전류값 변화를 측정하고, 전류값 변화량으로부터 액적의 크기 및 생성주기를 포함하는 상기 액적의 상태 정보를 검출하는 액적 생성 및 검출 시스템.The method of claim 7, wherein
The detection unit
While the droplets are generated inside the channel, the change of the current value inside the channel is measured from the electrodes included in the first reservoir and the second reservoir, and the liquid includes the droplet size and the generation period from the change in the current value. Droplet generation and detection system for detecting enemy status information.
채널의 양측에 위치하는 서로 다른 두 유체가 접촉하는 계면에 전기장을 인가하여 채널 내부에서 액적을 생성하는 단계; 및
상기 채널 내부에 전류 신호를 감지하여 액적의 상태 정보를 검출하는 단계
를 포함하는 액적 생성 및 검출 방법.In a method of operation of an integrated system incorporating the generation and detection of droplets,
Generating droplets inside the channel by applying an electric field to an interface between two different fluids positioned at both sides of the channel; And
Detecting a current signal inside the channel to detect state information of the droplet;
Droplet generation and detection method comprising a.
상기 액적을 생성하는 단계는
서로 다른 두 종류의 유체가 각기 포함된 연속상(continuous phase)의 제1 저장소 및 분산상(dispersion phase)의 제2 저장소와 연결되는 채널 입구의 유체 계면에 전기장을 인가하는 단계; 및
상기 채널에 인가되는 전기장의 세기에 따라 서로 다른 크기의 액적을 생성하는 단계
를 포함하는 액적 생성 및 검출 방법.The method of claim 10,
Generating the droplets
Applying an electric field to the fluid interface at the channel inlet, wherein the two different fluids are respectively connected to the first reservoir of the continuous phase and the second reservoir of the dispersion phase; And
Generating droplets of different sizes according to the strength of the electric field applied to the channel;
Droplet generation and detection method comprising a.
상기 유체 계면에 전기장을 인가하는 단계는
상기 채널의 폭, 높이, 모양에 따라 발생되는 계면장력보다 전기장에 의한 압력을 크게 인가하는 액적 생성 및 검출 방법.The method of claim 11,
Applying an electric field to the fluid interface
Droplet generation and detection method for applying a pressure by the electric field greater than the interfacial tension generated according to the width, height, shape of the channel.
상기 서로 다른 크기의 액적을 생성하는 단계는
계면장력에 비해 낮은 전기장이 인가되는 경우, 상기 채널 내부에서 비교적 크기가 큰 액적을 생성하고, 계면장력에 비해 높은 전기장이 인가되는 경우, 상기 채널 내부에서 비교적 크기가 작은 액적을 생성하는 것을 특징으로 하는 액적 생성 및 검출 방법.The method of claim 11,
Creating droplets of different sizes
When a low electric field is applied compared to the interfacial tension, a relatively large droplet is generated inside the channel, and when a high electric field is applied compared to the interfacial tension, a relatively small droplet is generated inside the channel. Droplet generation and detection method.
상기 액적을 검출하는 단계는
액적이 생성되는 동안, 연속상(continuous phase)의 제1 저장소 및 분산상(dispersion phase)의 제2 저장소에 포함된 전극으로부터 상기 채널 내부의 전류값 변화를 측정하는 단계; 및
전류값의 변화량으로부터 상기 채널 내부에서 액적의 크기 및 생성주기를 산출하며, 상기 산출된 액적의 크기 및 생성주기를 포함하는 상기 액적의 상태 정보를 검출하는 단계
를 포함하는 액적 생성 및 검출 방법.The method of claim 10,
Detecting the droplets
Measuring the current value change inside the channel from an electrode included in the first reservoir of the continuous phase and the second reservoir of the dispersion phase while the droplets are being generated; And
Calculating a droplet size and a generation period within the channel from a change amount of a current value, and detecting state information of the droplet including the calculated droplet size and generation period
Droplet generation and detection method comprising a.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180095301A KR102056402B1 (en) | 2018-08-16 | 2018-08-16 | System for generating and detecting droplets and the method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180095301A KR102056402B1 (en) | 2018-08-16 | 2018-08-16 | System for generating and detecting droplets and the method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102056402B1 true KR102056402B1 (en) | 2019-12-16 |
Family
ID=69051982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180095301A KR102056402B1 (en) | 2018-08-16 | 2018-08-16 | System for generating and detecting droplets and the method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102056402B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220079727A (en) | 2020-12-04 | 2022-06-14 | 성균관대학교산학협력단 | Appratus for measureing cell concentration |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005270894A (en) | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Japan Science & Technology Agency | Droplet generation method and device |
| JP2008515667A (en) | 2004-10-04 | 2008-05-15 | コダック グラフィック コミュニケーションズ カナダ カンパニー | Apparatus and method for identifying non-conductive fluid droplets |
-
2018
- 2018-08-16 KR KR1020180095301A patent/KR102056402B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005270894A (en) | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Japan Science & Technology Agency | Droplet generation method and device |
| JP2008515667A (en) | 2004-10-04 | 2008-05-15 | コダック グラフィック コミュニケーションズ カナダ カンパニー | Apparatus and method for identifying non-conductive fluid droplets |
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| Title |
|---|
| 이상준, 강지윤, 최원준, 곽노균. (2017). 전기장을 이용한 미소채널 내부 이멀젼 기반 이상유체 액적 생성 및 동시 모니터링 기술 개발. 대한기계학회 춘추학술대회, 114-117.* |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220079727A (en) | 2020-12-04 | 2022-06-14 | 성균관대학교산학협력단 | Appratus for measureing cell concentration |
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