본 연구에서는 복수의 항원-항체 결합 반응을 동시에 검출할 수 있는 미세유체역학 기반의 바이오칩을 설계하고 구현하였다. 본 연구의 바이오칩은 항원-항체 결합 반응이 이루어지는 반응기가 단일 채널에 직렬로 연결된 구조를 가지며, 각각의 반응기에는 항체가 고정화된 마이크로비드가 채워진다. 마이크로비드의 누출을 방지하기 위해서 마이크로채널에 위어 구조를 형성하였으며, 이를 위해서 gray-scale photolithography를 이용하였다. 항원-항체 결합 반응 검출 실험을 위해 3종의 항체를 선정하였으며, 각각의 항체를 avidn-biotin 반응을 통해 마이크로비드에 고정화하였다. 그리고, 형광물질이 표지된 항원을 마이크로채널에 연속적으로 주입하여 항원-항체 결합 반응을 유발하였으며, 10분 이내에 반응이 완료되는 것을 확인하였다. 또한, 항원에 따른 해당 반응기에서의 형광강도 증가를 검출함으로써, 미세유체 어레이의 구현 가능성을 확인하였다. 본 연구에서 제안한 미세유체 바이오칩은 면역 반응의 동시 검출을 위해 소요되는 시료의 양을 줄이고 반응 속도를 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.
이온 농도 분극 현상은 전기투석, 전기화학 전지에서 일어나는 기초 이동 현상일 뿐만 아니라, 생체 물질 전처리용 농축 장치의 핵심 기작으로 활용된다. 외부 인가 전압에 의해 발생한 이온 농도 분극 현상은 분석 물질의 농축에 필요한 국소적으로 증폭된 전기장을 통해 물질의 농축을 가능케 한다. 그러나 기존의 농축 기작은 농축의 평형 지점이 불분명하며, 농축 플러그의 유체역학적 불안정성의 두가지 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는, 이온 농도 분극 기반의 농축 기작의 한계점을 해결하기 위해 막다른 미세유로와 양이온 교환막을 사용한 농축 방법을 연구하였다. 막다른 미세유로의 공간 제약적 구조를 통해 유체역학적 안정성을 확보할 수 있으며, 분석 물질의 농축 지점이 이온 공핍 영역의 충격 전단과 일치함을 수치적으로 확인하였다. 또한 농축 공정의 핵심 인자로써 인가 전압과 미세유로의 체적 전하 농도를 변화시켜가며, 농축 물질의 전기동역학적 거동을 연구하였다. 본 연구의 결과는 현장 진단 검사(point-of-care)와 같은 초단시간의 농축을 필요로 하는 미세유체역학 장치에 유효한 기작으로 사용될 수 있을 것이다.
A numerical analysis of thermal stress over temperature variations near the crystal-melt interface is carried out for a floating-zone growth of Cadmium Telluride (CdTe). Thermocapillary convection determines crystal-melt interfacial shape and signature of temperature in the crystal. Large temperature gradients near the crystal-melt interface yield excessive thermal stresses in a crystal, which affect the dislocations of the crystal. Based on the assumption that the crystal is elastic and isotropic, thermal stresses in a crystal are computed and the effects of operating conditions are investigated. The results show that the extreme thermal stresses are concentrated near the interface of a crystal and the radial and the tangential stresses are the dominant ones. Concentrated heating profile increases the stresses within the crystal, otherwise, the pulling rate decreases the stresses.
The flow rate is higher in ACEO micro-pumps with step electrodes than in micro-pumps with planar asymmetric electrodes. In the present study, numerical simulations were made of a ACEO micro-pump with step electrodes to investigate the effects of electrode design parameters on the pumping flow rate. The electrical charge at the electrodes, the fluid flow, and potential were solved, taking into account the finite size of ions, that is, the steric effect. This effect is recognized to be capable of quantifying the electrical charge more accurately in the electrical double layer subject to high voltages. Geometrical parameters such as heights, widths, and gaps of three-dimensional electrodes were optimized to enhance the pumping flow rate. Moreover, the effect of amplitude and frequency of AC was studied.
We have investigated fs-laser ablation as well as optoperforation threshold of PDMS (Polydimethylsiloxane) thin lid cover on ${\mu}$-channel with changing the flow medium from water to hemoglobin. The ablation threshold is found to be independent of both PDMS thin film thickness and flow medium, but the optoperforation threshold is dependent on the films thickness. The observation that the ablation process is well described with simple two-temperature model supposed that the cover lid PDMS of $\mu$-channel be processed with minimized thermal effects by fs-laser with low laser fluence.
Thermoplastic fusion bonding is widely used to seal polymer microfluidic devices and optimal bonding protocol is required to obtain a successful bonding, strong bonding force without channel deformation. Besides, UV modification of the PMMA (poly-methyl methacrylate) is commonly used for chemical or biological application before the bonding process. However, study of thermal bonding for the UV modified PMMA was not reported yet. Unlike pristine PMMA, the optimal bonding parameters of the UV modified PMMA were $103^{\circ}C$, 71 kPa, and 35 minutes. A very low aspect ratio micro channel (AR=1:100, $20{\mu}m$ depth and $2000{\mu}m$ width) was successfully bonded (over 95%, n>100). Moreover, thermal bonding of multi stack PMMA chips was successfully demonstrated in this study. The results may applicable to fabricate a complex 3 dimensional microchannel networks.
In the present study, a numerical investigation of an insert injection molding process was carried out for the development of thermoplastic microfluidic chip plates with metal electrodes. Insert injection molding technology enables efficient realization of a plastic-metal hybrid structure and various efforts have been undertaken to produce novel components in several application fields. The microfluidic chip with metal inserts was proposed as a representative example and its molding process was analyzed. The important characteristics of the filling stage, such as the effects of filling time and thickness of the part cavity, were characterized. Furthermore, the detailed distributions of pressure and temperature at the end of the filling stage were investigated, revealing the significance of metal insert temperature.
This study deals with the numerical investigation on two-dimensional lubrication characteristics of micro-dimple shapes fabricated on solid surfaces by using the commercial CFD code (Fluent V.6.3) to examine the influence of micro dimple depth and width on the reduction in friction under the sliding plate condition. In addition, single and multiple dimple arrays are simulated, all for a fixed area fraction of dimple on the surface. As a result, it is found that the existence of micro-dimpled surface makes it possible to substantially reduce the friction forces exerted on the surfaces, and such an optimum dimple depth would be present because the dimple depth larger than the optimum value did no longer affect the reduction in shear stresses, indicating that the reduction of friction is likely to be associated with inner flows of lubricant inside dimples. Moreover, it is observed that at the fixed area fraction, the friction reduction increases with the increase of dimple diameter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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