일반기술

자성유체를 이용한 구동기 및 그 구동기의 제작방법

■ 발명의 개요 본 발명은 멤스 기술을 이용하며 의료응용 분야에도 적용가능한 마이크로 펌프에 관련한 것으로서, 특히 기계요소인 밸브를 대신하여 자성유체를 펌핑원으로 적용하므로서 디바이스의 제작비 절감 효과와 초소형 기계 적용시 재료의 한정성을 극복할 수 있는 자성유체를 이용한 구동기 및 이 구동기의 제작방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 자성유체를 이용하여 마이크로 펌프를 구동시킴에 따라 큰 구동력을 가지게 되며 저전압 대변형, 고속 응답성 등의 특징을 보인다. 특히, 정밀한 유체의 제어에 활용시 파급효과가 크다.■ 발명의 배경 1.상용화된 기존의 마이크로 펌프(인슐린 펌프등)는 전자기력에 의해 소형 모터를 가동시키는 구조이므로 모터 제작 기술상의 한계에 의해 수 ㎕/min의 토출량 구현에는 어려움이 많다. 2. 미세 제작 기술(Micromachining Technology)에 의해 제작된 마이크로 펌프의 경우 열공압형과 정6전 구동형으로 대표되는데 이 마이크로 펌프의 경우 구동을 위한 인가 전압이 매우 높거나(약 80V) 구동 주파수가 매우 낮다.(수 Hz정도) 3. 앞서 언급한 1, 2에 의해 크기는 매우 작으며, 액체 토출량이 정밀하면서도 전력 소모가 적은 마이크로 펌프의 개발은 인슐린 펌프, DNA Chip, 혈액 검사 등 에 적용할 수 있으며 현재 기술적 한계에 부딪치고 있는 마이크로 펌프 개발에서 기술적 우위를 차지할 수 있다.■ 발명의 특징 본 발명에서는 높은 부가가치를 가진 MEMS의 의료 응용 분야중 Lab on a chip의 핵심 기술이 되는 Micro pump 적용을 목적으로 기존의 Actuator의 구동 방식과 다른 자성 유체를 이용한 구동기 개발과 이를 이용한 Valveless 연동 구동 Micro pump를 발명하고자 한다. 자성 유체는 인가된 자기장에 따라 액체에서 액상과 Gel이 혼합된 상태로 천이하게 되므로, 유체 자체의 Elastic Modulus를 갖게 되므로, 이는 곧 유체 제어 시스템에서 벨브와 같은 역할을 할 수 있다. 아울러, 이러한 성질을 이용하여 연동형 펌프를 제작하게 된다면 기존의 MEMS 제작 기술로 제작된 타 연구 성과물이 벨브제작을 위해 들인 공정 단계가 대폭 줄어들게 되고, 벨브의 이력에 의해 발생하는 신뢰성 문제등에서 이점이 있다. 또한, 연동형 구조이므로 유체 이송시 양방향 제어가 가능하므로, Feedback System 제작에 용이하다. 새로운 구동기 개발을 위해 본 과제에서 사용하고자 하는 자성 유체(MF:Magnetic Fluid or Ferrofluid)란 강자성 미립자를 매질(물 또는 기름)속에 균일하게 분산시킨 콜로이드(Colloid) 용액이다. 이 콜로이드는 액상중에서 응집, 침강하지 않도록 강자성 초미립자에 계면활성제를 흡착시킨 후 분산시켜 제조하며, 완전히 안정되어 중력이나 자계 기울기에 의해서도 침강이나 응집되지 않아 단상의 유체와 거시적으로 유사한 성질을 갖는다. 따라서 인가된 전압에 의해 부피가 변하는 압전 물질이나 자기장이나 전기장에 따라 점도가 변하는 전기유변 또는 자기유변 유체와는 달리 자성 유체는 인가된 자기장에 의해 유체 자체의 형상이 변형되는 특성을 가지고 있다.■ 시장성자성유체는 최근 스마트 물질로 일컬어지는 압전체와 더불어 가장 주목받는 물질중 하나이면서도 아직 마이크로 규모에서 이용한 예는 거의 없다. 따라서, 본 기술을 이용할 경우 기술적 우위확보를 통한 새로운 시장 창출에 큰 도움을 줄 수 있다.