[논문]음의 유전영동에 의한 가상 기둥 어레이를 이용한 연속적 입자 크기 분류기

장성환; 조영호

doi:10.3795/ksme-b.2008.32.11.824

Abstract ▼ AI-Helper

We present a continuous size-dependent particle separator using a negative dielectrophoretic (DEP) virtual pillar array. Two major problems in the previous size-dependent particle separators include the particle clogging in the mechanical sieving structures and the fixed range of separable particle ...

We present a continuous size-dependent particle separator using a negative dielectrophoretic (DEP) virtual pillar array. Two major problems in the previous size-dependent particle separators include the particle clogging in the mechanical sieving structures and the fixed range of separable particle sizes. The present particle separator uses the virtual pillar array generated by negative DEP force instead of the mechanical pillar array, thus eliminating the clogging problems. It is also possible to adjust the size of separable particles since the size of virtual pillars is a function of a particle diameter and applied voltage. At an applied voltage of 500 kHz $10\;V_{rms}$ (root mean sqaure voltage) sinusidal wave and a flow rate of $0.40\;{\mu}l\;min^{-1}$, we separate $5.7\;{\mu}m$-, $8.0\;{\mu}m$-, $10.5\;{\mu}m$-, and $11.9\;{\mu}m$-diameter polystyrene (PS) beads with separation purity of 95%, 92%, 50%, and 63%, respectively. The $10.5\;{\mu}m$- and $11.9\;{\mu}m$-diameter PS beads have relatively low separation purity of 50% and 63%. However, at an applied voltage of $8\;V_{rms}$, we separate $11.9\;{\mu}m$-diameter PS beads with separation purity over 99%. Therefore, the present particle separator achieves clog-free size-dependent particle separation, which is capable of size tuning of separable particles.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

최근 생화학, 의료분야에서 세포나 기능성 입자들과 같은 미소 생화학 입자의 분리가 요구되고 있다. 미소입자의 분리에는 입자의 밀도,⁽¹⁾ 크기,^(2-4) 표면 특성,⁽⁵⁾ 자성,⁽⁶⁾ 유전영동 특성^(7-9) 등 다양한 물질의 특성을 이용하는 방법들이 연구되고 있으나, 본 논문에서는 가장 단순하면서도 일반적인입자 분리에 적용할 수 있는 크기에 따른 입자 분리에 초점을 두고자 한다.
를 이용하여 분리하였다. 본 논문은 기계적 미소기둥 어레이를 대체할 방법으로 반발력을 가지는 음의 유전영동력을 가상 기둥을 형성하는 데 사용한다.
이 일어나 소자가 오동작할 수 있는 문제점을 가지고 있으며, 분리 입자들의 크기 범위를 능동적으로 조절하지 못하는 한계를 지닌다. 이에 본 논문에서는 음의 유전영동력에 의해 형성되는 가상 기둥어레이를 이용하는 입자 분류기를 제안하여, 입자의 막힘 현상을 해결하고, 분리 입자의 크기 범위를 조절하고자 한다.

제안 방법

본 논문에서는 음의 유전영동력에 의해 형성되는 가상 기둥 어레이를 이용하여, 크기에 따른 입자들의 분리 방법의 문제점인 입자의 막힘 현상을 해결함과 동시에, 인가전압의 조절을 통해 분리입자들의 크기 범위를 조절하였다.
점 전극 어레이(spot electrode array)는 바탕 전극(underlying electrode) 위에 덮힌 절연체(Si3N4)를 원형 전극 모양으로 선택 식각함으로써 제작하였다.
크기에 따른 입자 분류와 전압조절에 따른 입자 분류 성능을 검증하기 위하여, 지름 5.7±0.28 μm, 8.0±0.80 μm, 10.5±0.75 μm, 11.9±0.12 μm 의 polystyrene(PS) 입자들의 가상 기둥의 두께(de)와 분리위치(L)를 sheath flow 및 particle flow 를 고정한 조건에서 실효 값(RMS)이 다른 두 종류의 전압을 인가하며 측정하였다.

성능/효과

지름 5.7, 8.0, 10.5, 11.9 μm 입자들의 가상기둥의 크기(de)와 분리 위치(L)은 입자들의 지름이 커짐에 따라 증가하고 있으며 분리 위치(L)의 예측치가 실험의 표준편차를 포함한 오차범위와 크게 다르지 않음을 확인할 수 있었다.

후속연구

본 논문에서는 음의 유전영동력에 의해 형성되는 가상 기둥 어레이를 이용하여, 크기에 따른 입자들의 분리 방법의 문제점인 입자의 막힘 현상을 해결함과 동시에, 인가전압의 조절을 통해 분리입자들의 크기 범위를 조절하였다. 제안한 입자분류기는 생화학 분석을 위한 세포 및 기능성 입자들의 전처리 및 분리에 적용될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	미소 생화학 입자의 분리에 이용하는 특성은 어떤 것이 있는가?	최근 생화학, 의료분야에서 세포나 기능성 입자들과 같은 미소 생화학 입자의 분리가 요구되고 있다. 미소입자의 분리에는 입자의 밀도,(1) 크기,(2-4) 표면 특성,(5) 자성,(6) 유전영동 특성(7-9) 등 다양한 물질의 특성을 이용하는 방법들이 연구되고 있으나, 본 논문에서는 가장 단순하면서도 일반적인입자 분리에 적용할 수 있는 크기에 따른 입자 분리에 초점을 두고자 한다.
	기존의 크기에 따른 입자 분리 방법의 문제점은 무엇인가?	크기에 따른 입자 분리 방법에 관한 기존 연구들은 미소기둥 어레이(2,3)나 미소 분기유로(4) 등의 미소구조물을 이용하고 있어, 분리과정 중에 입자들이 미소구조물에 막히는 현상(clogging)(10,11)이 일어나 소자가 오동작할 수 있는 문제점을 가지고 있으며, 분리 입자들의 크기 범위를 능동적으로 조절하지 못하는 한계를 지닌다. 이에 본 논문에서는 음의 유전영동력에 의해 형성되는 가상 기둥어레이를 이용하는 입자 분류기를 제안하여, 입자의 막힘 현상을 해결하고, 분리 입자의 크기 범위를 조절하고자 한다.
	기존의 크기에 따른 입자 분리 방법의 한계는?	크기에 따른 입자 분리 방법에 관한 기존 연구들은 미소기둥 어레이(2,3)나 미소 분기유로(4) 등의 미소구조물을 이용하고 있어, 분리과정 중에 입자들이 미소구조물에 막히는 현상(clogging)(10,11)이 일어나 소자가 오동작할 수 있는 문제점을 가지고 있으며, 분리 입자들의 크기 범위를 능동적으로 조절하지 못하는 한계를 지닌다. 이에 본 논문에서는 음의 유전영동력에 의해 형성되는 가상 기둥어레이를 이용하는 입자 분류기를 제안하여, 입자의 막힘 현상을 해결하고, 분리 입자의 크기 범위를 조절하고자 한다.

참고문헌 (12)

Blattert, C., Jurischka, R., Schoth, A., Kerth, O., and Menz, W., 2003, "Separation of Blood in Microchannel Bends," Proceeding of the 25th Annual International Conference of IEEE EMBS, pp. 3388~3391
Huang, L. R., Cox, E. C., Austin, R. H., and Sturm, J. C., 2004, "Continuous Particle Separation Through Deterministic Lateral Displacement," Science, Vol. 304, pp. 987~990

상세보기
Zheng, S., Yung, R., Tai, Y. -C., and Kasdan, H., 2005, "Deterministic Lateral Displacement MEMS Device for Continuous Blood Cell Separation," Proceeding of International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, pp. 851~854
Takagi, J., Yamada, M., Yasuda, M., and Seki, M., 2005, “Continuous Particle Separation in a Microchannel Having Asymmetrically Arranged Multiple Branches,” Lab on a chip, Vol. 5, pp. 778~784

상세보기
Chang, W. C., Lee, L. P., and Liepmann, D., 2005, “Biomimetic Technique for Adhesion-Based Collection and Separation of Cells in a Microfluidic Channel,” Lab on a chip, Vol. 5, pp. 64~73

상세보기
Han, K. -H., and Frazier, A. B., 2004, "Continuous Magnetophoretic Separation of Blood Cells in Microdevice Format," Journal of Applied Physics, Vol. 96, No. 10, pp. 5797~5802

상세보기
Hughes, M. P., 2002, "Strategies for Dielectrophoretic Separation in Laboratory-on-a-chip systems," Electrophoresis, Vol. 23, No. 16, pp. 2569~2582

상세보기
Doh, I. and Cho, Y.-H., 2005, "A Continuous Cell Separation Chip Using Hydrodynamic Dielectrophoresis (DEP) Process," Sensors and Actuators, A, Vol.121, pp. 59~65

상세보기
Choi, S. and Park, J.-K, 2005, "Microfluidic System for Dielectrophoretic Separation Based on a Trapezoidal Electrode Array,” Lab on a Chip, Vol.5, pp. 1161~1167

상세보기
Mukhopadhyay, R., 2005, "When Microfluidic Devices Go Bad. How does Fouling Occur in Microfluidic Devices, and What can be Done About It?," Analytical Chemistry, Vol. 77, No. 21, pp. 429A~432A

상세보기
De Mello, A. J., 2006, “Research Highlights,” Lab on a chip, Vol. 6, pp. 16~18

상세보기
Roy, D. N., 1998, Applied Fluid Mechanics, Ellis Horwood Limited, chapter 10

이 논문을 인용한 문헌

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

음의 유전영동에 의한 가상 기둥 어레이를 이용한 연속적 입자 크기 분류기
A Continuous Particle-size Sorter Using Negative a Dielectrophoretic Virtual Pillar Array 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (12)

이 논문을 인용한 문헌

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

음의 유전영동에 의한 가상 기둥 어레이를 이용한 연속적 입자 크기 분류기 A Continuous Particle-size Sorter Using Negative a Dielectrophoretic Virtual Pillar Array 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (12)

이 논문을 인용한 문헌

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

음의 유전영동에 의한 가상 기둥 어레이를 이용한 연속적 입자 크기 분류기
A Continuous Particle-size Sorter Using Negative a Dielectrophoretic Virtual Pillar Array 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper