휴대용 면역진단 시스템을 구현하기 위하여 설계된 공기주입기로 구동되는 랩온어칩 내의 유체 유동을 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 해석하고, 문제점을 보완할 수 있는 구조로 랩온어칩을 재설계하였다. 공기주입기에서 흘러나오는 공기를 이용해 완충액 저장고 내에 있는 완충액을 토출시킬 때 다량의 기포가 발생함을 시뮬레이션 결과를 통해 알 수 있었다. 완충액 저장고의 내부에 계단형 구조를 삽입함으로서 완충액 이송 시 형성되는 기포를 상당히 억제할 수 있었다. 또한 계단형 구조는 유선을 역행 방지판 쪽으로 분산시켜 역행 방지판의 효율을 높일 것이다.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.18
no.5
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pp.461-467
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2012
An experimental study was carried out to measure frictional pressure drop in flow boiling to deionized water in a microchannel having a hydraulic diameter of $500{\mu}m$. Tests were performed in the ranges of heat fluxes from 100 to $400kW/m^2$, vapor qualities from 0 to 0.2 and mass fluxes of 200, 400 and $600kg/m^2s$. The frictional pressure drop during flow boiling is predicted by using two models; the homogeneous model that assumes equal phase velocity and the separate flow model that allows a slip velocity between two phases. From the experimental results, it is found that the two phase multiplier decreases with an increase in mass flux. Measured data of pressure drop are compared to a few available correlations proposed for macroscale and mini/microscale. The homogeneous model well predicted frictional pressure drop within MAE of 29.4 % for the test conditions considered in this work.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.2
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pp.214-221
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2012
Recently, the biochip which is a prime representation of NT, IT, BT, as an example of convergence technology, has been frequently mentioned. With the recent rapid advance in biotechnology, these compact devices, such as lab-on-a-chip or u-TAS, have been developed, and more research is needed. These compact devices typically use the micro-channel in order to shed or detach and mix a variety of materials. Specially, in micro-fluidic systems, a mixer is necessary to produce a mixture because only laminar flow occurs at a low-Reynolds number. To solve this problem, HVM a micromixer that induces a horizontal and vertical multi-mixing flow motion, is proposed. The mixing performance was analyzed and verified by optimizing the shape through the CFD analysis and evaluating the structural analysis and the soundness with material properties that are obtained through the basic experiment.
Kim, Dong Eok;Park, Su Cheong;Yu, Dong In;Kim, Moo Hwan;Ahn, Ho Seon;Myung, Byung-Soo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.6
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pp.383-389
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2016
Based on a surface design with rectangular cavities and channels, we investigated the effects of gravity and capillary pressure on pool-boiling Critical Heat Flux (CHF). The microcavity structures could prevent liquid flow by the capillary pressure effect. In addition, the microchannel structures contributed to induce one-dimensional liquid flow on the boiling surface. The relationship between the CHF and capillary flow was clearly established. The driving potentials for the liquid supply into a boiling surface can be generated by the gravitational head and capillary pressure. Through an analysis of pool boiling and visualization data, we reveal that the liquid supplement to maintain the nucleate boiling condition on a boiling surface is closely related to the gravitational pressure head and capillary pressure effect.
In this study, we present simple microfluidic approach for the synthesis of monodisperse microcapsules by using droplet-based system. We generate double emulsion through single step in the microfluidic device having single junction while conventional approaches are limited in surface treatment for the generation of double emulsion. First, we have injected disperse fluid containing FC-77 oil and photocurable ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (ETPTA) and water containing 3 wt% poly(vinyl alcohol) (PVA) as continuous phase into microfluidic device. Under the condition, we easily generate double emulsion with high monodispersity by using flow focusing. The double emulsion droplets are transformed into microcapsules under the UV irradiation via photopolymerization. In addition, we control thickness of double emulsion's shell by controlling flow rate of ETPTA. We also show that the size of double emulsions can be controlled by manipulation of flow rate of continuous phase. Furthermore, we synthesize microcapsules encapsulating various materials for the application of drug delivery systems.
The prediction of pressure drop for a droplet flow in a confined micro channel is presented using FE-FTM (Finite Element - Front Tracking Method). A single droplet is passing through 5:1:5 contraction - straight narrow channel - expansion flow domain. The pressure drop is investigated especially when the droplet flows in the straight narrow channel. We explore the effects of droplet size, capillary number (Ca), viscosity ratio ($\chi$) between droplet and medium, and fluid elasticity represented by the Oldroyd-B constitutive model on the excess pressure drop (${\Delta}p^+$) against single phase flow. The tightly fitted droplets in the narrow channel are mainly considered in the range of $0.001{\leq}Ca{\leq}1$ and $0.01{\leq}{\chi}{\leq}100$. In Newtonian droplet/Newtonian medium, two characteristic features are observed. First, an approximate relation ${\Delta}p^+{\sim}{\chi}$ observed for ${\chi}{\geq}1$. The excess pressure drop necessary for droplet flow is roughly proportional to $\chi$. Second, ${\Delta}p^+$ seems inversely proportional to Ca, which is represented as ${\Delta}p^+{\sim}Ca^m$ with negative m irrespective of $\chi$. In addition, we observe that the film thickness (${\delta}_f$) between droplet interface and channel wall decreases with decreasing Ca, showing ${\delta}_f{\sim}Ca^n$ Can with positive n independent of $\chi$. Consequently, the excess pressure drop (${\Delta}p^+$) is strongly dependent on the film thickness (${\delta}_f$). The droplets larger than the channel width show enhancement of ${\Delta}p^+$, whereas the smaller droplets show no significant change in ${\Delta}p^+$. Also, the droplet deformation in the narrow channel is affected by the flow history of the contraction flow at the entrance region, but rather surprisingly ${\Delta}p^+$ is not affected by this flow history. Instead, ${\Delta}p^+$ is more dependent on ${\delta}_f$ irrespective of the droplet shape. As for the effect of fluid elasticity, an increase in ${\delta}_f$ induced by the normal stress difference in viscoelastic medium results in a drastic reduction of ${\Delta}p^+$.
Lab-on-a-chip technology is attracting great interest because the miniaturization of reaction systems offers practical advantages over classical bench-top chemical systems. Rapid mixing of the fluids flowing through a microchannel is very important for various applications of microfluidic systems. In addition, highly sensitive on-chip detection techniques are essential for the in situ monitoring of chemical reactions because the detection volume in a channel is extremely small. Recently, a confocal surface enhanced Raman spectroscopic (SERS) technique, for the highly sensitive biological analysis in a microfluidic sensor, has been developed in our research group. Here, a highly precise quantitative measurement can be obtained if continuous flow and homogeneous mixing condition between analytes and silver nano-colloids are maintained. Recently, we also reported a new analytical method of DNA hybridization involving a PDMS microfluidic sensor using fluorescence energy transfer (FRET). This method overcomes many of the drawbacks of microarray chips, such as long hybridization times and inconvenient immobilization procedures. In this paper, our recent applications of the confocal Raman/fluorescence microscopic technology to a highly sensitive lab-on-a-chip detection will be reviewed.
Munir, Ahsan;Zhu, Zanzan;Wang, Jianlong;Zhou, H. Susan
Smart Structures and Systems
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v.12
no.1
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pp.1-22
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2013
Magnetic nanoparticle based bioseparation in microfluidics is a multiphysics phenomenon that involves interplay of various parameters. The ability to understand the dynamics of these parameters is a prerequisite for designing and developing more efficient magnetic cell/bio-particle separation systems. Therefore, in this work proof-of-concept experiments are combined with advanced numerical simulation to design and optimize the capturing process of magnetic nanoparticles responsible for efficient microfluidic bioseparation. A low cost generic microfluidic platform was developed using a novel micromolding method that can be done without a clean room techniques and at much lower cost and time. Parametric analysis using both experiments and theoretical predictions were performed. It was found that flow rate and magnetic field strength greatly influence the transport of magnetic nanoparticles in the microchannel and control the capturing efficiency. The results from mathematical model agree very well with experiments. The model further demonstrated that a 12% increase in capturing efficiency can be achieved by introducing of iron-grooved bar in the microfluidic setup that resulted in increase in magnetic field gradient. The numerical simulations were helpful in testing and optimizing key design parameters. Overall, this work demonstrated that a simple low cost experimental proof-of-concept setup can be synchronized with advanced numerical simulation not only to enhance the functional performance of magneto-fluidic capturing systems but also to efficiently design and develop microfluidic bioseparation systems for biomedical applications.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.6
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pp.774-782
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2004
This article presents a numerical and experimental investigation for the single-phase forced laminar convective heat transfer through arrays of micro-channels in micro heat exchangers to be used for cooling power-intensive semiconductor packages, especially the stacked multi-chip modules. In the numerical analysis, a parametric study was carried out for the parameters affecting the efficiency of heat transfer in the flow of coolants through parallel rectangular micro-channels. In the experimental study, the cooling performance of the micro heat exchanger was tested on prototypes of stacked multi-chip modules with difference channel dimensions. The simulation results and the experiment data were acceptably accordant within a wide range of design variations, suggesting the numerical procedure as a useful method for designing the cooling mechanism in stacked multi-chip packages and similar electronic applications.
Kim, Min-Su;Cho, Seung-Il;Lee, Kook-Nyung;Kim, Yong-Kweon
Proceedings of the KIEE Conference
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2003.10a
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pp.286-289
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2003
We investigated the influence of the properties of substrate material on the separation efficiency in microchip electrophoresis. We fabricated the various microchips and studied separation efficiency in microchannels composed of a single material such as quartz, glass, polydimethylsiloxane (PDMS), and polymethylmetha crylate (PMMA), as well as hybrid micro channels composed of different materials. New fabrication process for glass chip was suggested and some treatment is added to improve fabrication process in other chip. Separation efficiency was compared by measuring migration times and bandwidths of EOF and analytes in each microchip. The efficiency is the function of migration time, which is affected by the electroosmotic flow (EOF), and bandwidth of an analyte. EOF is highly dependent upon the characteristics of a microchannel wall surface. Migration time was more reproducible in silica chips than that of PDMS chip and more band broadening was observed in the microchip composed of hybrid material due to non-uniformity of surface charge density at the walls of the channel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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