In microfluidic devices, three-dimensional microstructures that can be applied to more diverse fields were fabricated by PDMS molding technique that is based on conventional soft lithography technology. Very thin patterned membrane was fabricated and integrated to bulk PDMS structures by bonding after oxidizing the surfaces of PDMS structures.
For the application where collection of fluid is necessary, fabrication of a larger chamber in micro systems was realized. The system cannot be made by conventional photolithography.
PDMS passive valve was also fabricated. Because the structure of valve is very simple, it is easy to fabricate. And the performance was tested by integrating the valve with electro magnetic actuation source. The flow rate was measured at the frequency of 0.1, 0.5, 1, 2, 3, 4 and 5 Hz. Although the passive valve could not give perfect one way flow, the performance was satisfactory.
PDMS는 수 마이크로 미터의 미세 패턴도 정확히 만들 수 있고, 다른 elastomer에 비해 다루기 쉽기 때문에 soft lithography에 많이 이용하는 물질이다. 하지만 대부분의 구조는 2차원으로 제한되어 있다. PDMS 미세유체구조를 좀 더 많은 분야에 응용하기 위해서는 3차원 미세유체구조의 제작이 필요하다.
본 연구에서는 PDMS를 이용한 3차원 미세유체구조를 제작하였다. 우선 PDMS를 이용하여 패턴이 형성된 박막을 만들었다. 이것은 2개의 2차원 구조를 연결시켜주는 역할을 한다. 이러한 패턴이 형성된 박막을 이용하여 3차원 미세유체구조를 제작하였다. 또한 기존의 photolithography로는 구현할 수 없는 0.3 ml 부피의 chamber를 가지고 있는 미세유체구조를 제작하였다. 패턴이 형성된 박막과 큰 chamber를 가지고 있는 미세유체구조의 제작은 PDMS 몰딩 기술을 이용하여 제작되었다. 기존의 방법은 패턴을 만들기 위한 형틀이 실리콘 웨이퍼와 감광제로 이루어져 있지만, PDMS 몰딩 기술에서는 형틀이 PDMS로 이루어진다. 따라서, photolithography 공정을 통해서만 패턴이 형성될 수 있는 기존의 방법보다는 좀 더 다양한 미세유체구조들을 제작할 수 있다.
또한 PDMS로 이루어진 passive valve를 제작하였고 이의 성능을 측정하기 위해 전자석으로 구동 되는 펌프를 제작하였다. 주파수를 바꿔가며 유체의 유량에 대한 결과를 분석하였다. 제작된 구조의 특성상 유체는 유체 주입구와 출구 양쪽에서 모두 들어오고 나가지만, 순 흐름은 주입구에서 출구 쪽으로 안정적인 흐름을 보여주었다. 또한, PDMS 마이크로 펌프로의 응용 가능성도 찾아볼 수 있었다.
