Microfluidic systems can provide methods for precise manipulation of microparticle, for example, separation, focusing and ordering of microbeads and cells. Majority of microparticle manipulation techniques use external force field such as dielectrophoresis, acoustic wave, magnetic field, which typically lead to low throughput and complicated devices fabrication and operation. Inertial microfluidics can provide high-throughput micro-particle manipulation without sheath flow or external field. However inertial microfluidic phenomena are studied only with rectangular cross-section channels. We studied inertial focusing and ordering in non-rectangular cross-section channels for better understanding mechanism of inertial focusing. We measured fo-cusing positions in triangular and semi-circular cross-section channels with varying Reynolds number. We observed broken symmetry, from rectangular cross-section, leads to two or three focusing positions. These results can be directly utilized to control particle focusing and self-assembly in inertial microfluidic systems.
미세유체 시스템은 마이크로 사이즈의 입자를 우리가 원하는 목적에 맞게 조작을 가능케 한다. 예를 들면 마이크로 사이즈의 입자와 세포 등의 분리, 집중, 정렬 등을 가능하게 한다. 현재 존재하고 있는 대다수의 미세입자의 조작기술들은 dielectrophoresis, acoustic wave, magnetic field와 같은 외력장을 이용하여, 이는 미세유체채널과 외력장을 조절하는 장비와의 정교한 정렬 및 복합한 공정을 요구하며, 그 처리량 또한 낮다. 이에 반해, 관성미세유체 시스템은 sheath flow나 외력장의 인가 없이도 높은 속도로 많은 미세입자들의 조작이 가능하다. 본 Thesis에서는 비직사각형 단면을 가지는 미세유체채널에서의 관성 집중 및 정렬 현상을 살펴보았다. 이를 위하여 반원 및 삼각형 (내각이 각각 54.7°, 45°)의 단면을 가지는 미세유체채널에서 유량을 변화시켜 넓은 파티클 레이놀즈 수의 범위에 대해 실험을 진행하며 마이크로 사이즈를 입자의 집중 및 정렬시키고 그 메커니즘을 기존에 원형 및 사각형, 직사각형에서 이뤄진 실험들을 참고하여 분석하였다. 이를 통해 반원 및 삼각형 단면을 가지는 미세유체채널에서 2개 혹은 3개의 집중점이 형성되는 것을 확인 및 분석하였고, 본 연구는 다양한 단면구조 (원형, 정사각형, 직사각형, 반원, 삼각형, 사다리꼴, 다각형 등)를 가지는 채널들을 연결하여 원하는 개수의 집중점을 가지는 미세유체시스템을 설계하거나, 미세유체시스템에서 작용하는 힘들과 입자 집중 및 정렬과 관련한 연구를 진행할 수 있는 응용분야을 제시하였다.
