A magnetically actuated micropump for controlling liquid samples in microfluidic devices is presented. The pump is fabricated using soft lithographic technique with poly dimethylsiloxane(PDMS). The micropump is composed of diffuser, nozzle and micro chamber. The diaphragm of microchamber includes a NdFeB magnet, and the pump is actuated by a permanent magnet of a magnetic stirrer.
With respect to design of micropump, pumps with various dimensions (neck width, length, and divergence angle of diffuser element) were tested. And effect of elastomeric property of diaphragms was investigated by differing PDMS mixing ratios.
The magnetically actuated micropump induces reciprocating fluid flow. Frequency and back pressure dependency of pumping performance were examined. And various fluids were utilized as working fluids to investigate the relation between pump performance and viscosity. Unlike the other actuating methods, magnetic actuation by permanent magnet makes the diaphragm distorted. Therefore the pump rate changes depending on rotating direction of the external magnet. Finally, durability of PDMS diaphragm was tested. The initial pump performance lasted for enough time for microfluidic application, although swelling of PDMS occurred slowly.
본 연구에서는 자기력에 의해 구동되는 미세유체펌프의 제작 방법을 모색하고 그 유체 전달 특성을 분석하였다. 이 펌프는 밸브가 없는 디퓨저 노즐 타입으로서 소프트 리소그래피를 이용하여 poly dimethylsiloxane(PDMS)으로 제작하였다. 펌프의 다이아프램에 NdFeB 자석을 고정하여서 외부 자기력에 의해 다이아프램이 수직운동을 하도록 설계하였으며, 외부 자력원으로는 교반기가 이용되었다.
먼저 다양한 디자인(목 너비, 길이, 발산각을 변화시킴)의 미세펌프를 제작한 후 각각의 경우 유속을 측정함으로써, 디퓨저의 구조적인 특성이 펌프 특성에 미치는 영향를 실험적으로 분석하였다. 그리고 PDMS의 배합비율을 다르게 해서 다이아프램의 기계적 탄성력에 따른 펌프 특성의 변화를 관찰하였다.
주파수와 후방압력에 따른 펌프 효과를 살펴보면, 주파수가 증가할수록 스트로크 부피와 한 스트로크 당 전달된 유체의 양은 감소하나, 펌프 효율은 일정함을 보였다. 그리고 후방압력의 증가에 따라 유속은 선형적으로 감소했다. 펌프 유체로는 메탄올과 에탄올, 이소프로필알콜을 사용하여 유속을 측정하였는데, 점도가 증가함에 따라 펌프 유속이 감소함을 확인할 수 있었다.
그리고 교반기의 자석 회전과 미세유체펌프 내의 유체 순흐름 간의 상대적인 방향성에 의한 펌프 특성에 관해 고찰하였다.
마지막으로 메탄올에 의한 PDMS의 팽창으로 다이아프램의 기계적 특성 변화가 생기는 지를 살펴보기 위해 장시간 연속적으로 구동시킨 결과, 초기 유속이 20분 이상 지속됨이 확인되었다.
