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제안 방법
- 가함으로써 채널 내부에 전기장을 형성하였다. 2, 4, 6, 10, 20, 30 V/cm로 전압을 변화 시켜 가면서 마이크로 PIV 시스템을 이용해 채널 내부 속 도장 변화를 측정하였다.
- 이것을 수치해석 결과와 비교하였으나, 사용한 형광 입자의 전하 특성을 고려하지 못하였다. Devasenathipathy와 Santiago®1 는 PTV(particle tracking velocimetry)를 사용하여 EOF의 유동 특성을 파악하였다. 그들은 음전하를 가진 형광 입자를 사용하고 측정한 입자 속도에서 전기영동에 기인한 속도를 빼주었다.
- 본 연구에서는 PDMS(poly-dimethyl-siloxane) 재질과 유리 재질의 두 종류의 마이크로 채널을 사용하였다. PDMS 마이크로 채널은 photoresist인 SU-8 재료에 대해 포항가속기연구소의 LIGA 공정을 이용하여 단면이 직사각형 형태인 구조물을 먼저 만들고 그 위에 PDMS를 부어 제작하였다. 유체 출입을 위한 구멍을 뚫고, PDMS로 코팅한 커버글라스와 표면 산화 (surface oxidation) 방법을 이용하여 접합시켰다.
- 그리고, 평평한 유리와 열을 가하여 접합(thermal bonding)하였다. 채널 높이는 50 ㎛, 바닥의 폭은 200 nm, 길이는 2 cm이다.
- 나타내도록 하였다. 또한, LOC재질로 많이 쓰이고 있는 PDMS와 유리 재질로 만든 두 가지 종류의 마이크로 채널에 대해 EOF 실험을 수행하였다. 마이크로 PIV속도장 측정기법을 사용하여 EOF 유동 구조를 가시화하고, 전기장의 세기와 추적입자의 표면 전하 특성을 변화시키면서 마이크로 채널 내부 유동 특성 변화를 실험적으로 해석하였다.
- 또한, LOC재질로 많이 쓰이고 있는 PDMS와 유리 재질로 만든 두 가지 종류의 마이크로 채널에 대해 EOF 실험을 수행하였다. 마이크로 PIV속도장 측정기법을 사용하여 EOF 유동 구조를 가시화하고, 전기장의 세기와 추적입자의 표면 전하 특성을 변화시키면서 마이크로 채널 내부 유동 특성 변화를 실험적으로 해석하였다.
- 백금 전극을 마이크로 채널 양 끝에 설치하고, 직류전압을 가함으로써 채널 내부에 전기장을 형성하였다. 2, 4, 6, 10, 20, 30 V/cm로 전압을 변화 시켜 가면서 마이크로 PIV 시스템을 이용해 채널 내부 속 도장 변화를 측정하였다.
- 본 연구에서는 마이크로 채널 내부 EOF 유동 특성을 마이크로 PIV 시스템을 이용하여 연구하였다. 연구 결과를 정리하면 다음과 같다.
- 본 연구에서는 전하 특성이 중성인 형광 입자를 추적 입자로 사용하여, 측정한 입자 속도가 EOF 속도를 바로 나타내도록 하였다. 또한, LOC재질로 많이 쓰이고 있는 PDMS와 유리 재질로 만든 두 가지 종류의 마이크로 채널에 대해 EOF 실험을 수행하였다.
- 사용한 추적 입자의 표면이 지니고 있는 전하 특성에 따른 영향을 알아보기 위하여 PDMS 마이크로 채널 내부에 앞에서 설명한 두 종류의 입자를 주입하고 전기장을 가하였다. 이때, 전기적으로 중성인 입자는 EOF 흐름을 따라 양극에서 음극방향으로 이동하는 반면, 음전하를 띤 입자는 전기영동 효과로 인하여 거꾸로 양극 방향으로 이동하였다.
- 유리 마이크로 채널은 사용하기 전에 황산과 과산화수소를 3:1 비율로 섞어 만든 piranha 용액과 DI(de- ionized) water로 두 번 번갈아 가면서 세척하여 균일한 표면 조건을 유지하도록 하였다.
- 유리 재질의 마이크로 채널은 BOE(buffered oxide etch) 용액으로 등방 식각(isotropic etching)하여 채널 형상을 만들고 유체 출입을 위한 구멍을 뚫었다. 그리고, 평평한 유리와 열을 가하여 접합(thermal bonding)하였다.
- 채널 높이는 66 pm, 폭은 100 fim, 길이는 3 cm이다. 유체가 한 방향으로 흐르게 됨에 따라 채널 내부에 형성되는 압력차를 무시할 정도로 줄이기 위하여, 채널 입구와 출구에 1 cm X 1 cm 크기의 큰 저장부를 설치하였다.
- 측정 영역의 크기 (field of view)는 332 |xm x 265㎛이며, 뒤집어 설치되어 평평한 채널 밑바닥으로부터 10 |im 높이에서 속도장을 측정하였다. 측정된 속도 장의 공간분해능은 128 x64 pixels이었다.
대상 데이터
- 이들 형광 입자를 여기시키기 위해 Nd:YAG 레이저 (532 nm)를 사용하였으며, 570 nm 고 대역 필터를 사용하여 레이저 빔에 의한 산란광은 필터링하고 형광 영상만을 획득하였다. 또한 미세입자로부터 형광된 빛의 강도는 산란광에 비해 상대적으로 적기 때문에 해상도가 1280 X 1024 pixels인 12 bit cooled CCD 카메라를 사용하여 입자 영상을 획득하였다.
- 확대된 입자 영상을 얻기 위하여 인버트 형식의 현미 경과 40배 대물렌즈를 사용하였다. 본 실험 에서는 추적입자로 직경이 1 jxm이고, 표면 전하 특성이 중성인 붉은색 형광 폴리머 구형 입자를 사용하였다. 이 입자들은 540 nm 파장의 빛에 여기하고, 560 nm 파장에서 최대 형광 빛을 방출하는 형광염료를 라텍스(latex)로 encapsulation 한 것이다.
- 본 연구에서는 PDMS(poly-dimethyl-siloxane) 재질과 유리 재질의 두 종류의 마이크로 채널을 사용하였다. PDMS 마이크로 채널은 photoresist인 SU-8 재료에 대해 포항가속기연구소의 LIGA 공정을 이용하여 단면이 직사각형 형태인 구조물을 먼저 만들고 그 위에 PDMS를 부어 제작하였다.
- 입자의 표면 전하 특성의 영향을 살펴보기:. 위하여 직경이 약 820 nm이고 음전하를 띤 붉은색 형광 폴리허 구형 입자를 사용하였다. 이 입자들은 542 nm 파장의 빛에 여기하고, 612 nm 파장에서 최대 형광 빛을 방출한다.
- 이 입자들은 542 nm 파장의 빛에 여기하고, 612 nm 파장에서 최대 형광 빛을 방출한다. 이들 형광 입자를 여기시키기 위해 Nd:YAG 레이저 (532 nm)를 사용하였으며, 570 nm 고 대역 필터를 사용하여 레이저 빔에 의한 산란광은 필터링하고 형광 영상만을 획득하였다. 또한 미세입자로부터 형광된 빛의 강도는 산란광에 비해 상대적으로 적기 때문에 해상도가 1280 X 1024 pixels인 12 bit cooled CCD 카메라를 사용하여 입자 영상을 획득하였다.
- 작동 유체로는 DI water를 사용한 40 mM Tris 용액 (pH=9.16)을 사용하였다.
- 그리고, 평평한 유리와 열을 가하여 접합(thermal bonding)하였다. 채널 높이는 50 ㎛, 바닥의 폭은 200 nm, 길이는 2 cm이다. 그런데, 등방 식각을 이용하여 채널을 만들었기 때문에 단면 형상이 D자 모양이었다.
- 레이저 빔으로 채널 시험 부 전체를 직접 조명하고 초점 깊이 (depth of focus)가 작은 렌즈로 측정 단면을 정하였는데, 초점 위치를 바꾸어 가면서 확인했을 때 초점의 깊이는 약 10 |im 이었다. 확대된 입자 영상을 얻기 위하여 인버트 형식의 현미 경과 40배 대물렌즈를 사용하였다. 본 실험 에서는 추적입자로 직경이 1 jxm이고, 표면 전하 특성이 중성인 붉은색 형광 폴리머 구형 입자를 사용하였다.
데이터처리
- 속도 장은 상호상관 PIV 방식으로 구하였는데, 50% overlapping 방식으로 계산되어졌다. 10장의 순간 속도 장을 연속적으로 얻고 이들을 앙상블 통계 처리하여 평균속도장을 구하였다.
이론/모형
- 측정된 속도 장의 공간분해능은 128 x64 pixels이었다. 속도 장은 상호상관 PIV 방식으로 구하였는데, 50% overlapping 방식으로 계산되어졌다. 10장의 순간 속도 장을 연속적으로 얻고 이들을 앙상블 통계 처리하여 평균속도장을 구하였다.
- PDMS 마이크로 채널은 photoresist인 SU-8 재료에 대해 포항가속기연구소의 LIGA 공정을 이용하여 단면이 직사각형 형태인 구조물을 먼저 만들고 그 위에 PDMS를 부어 제작하였다. 유체 출입을 위한 구멍을 뚫고, PDMS로 코팅한 커버글라스와 표면 산화 (surface oxidation) 방법을 이용하여 접합시켰다. 채널 높이는 66 pm, 폭은 100 fim, 길이는 3 cm이다.
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