Fluidicam RHEO의 주요 구성은 아래 그림에서 보듯이, 표준용액과 시료가 담긴 Syringe 및 두 유체의 유속(Flow Rate)을 제어하는 두 개의 Syringe Pump, 시료가 흘러가는 Microfluidic Chip과 Heating Plate, 그리고 두 유체의 점도 차이로 인해 발생하는 계면을 측정하는 Camera로 구성되어 있다.
핵심적인 부분만을 살펴보면 아래 그림과 같다. 미지의 시료와 점도를 알고 있는 표준용액(뉴턴유체)은 Syringe Pump를 이용하여 제어된 유속으로 "Y자" 형태의 Microfluidic Chip내로 주사된다. 이 때 두 유체가 만나 형성되는 Laminar Co-flow(層流/竝流)의 Image는 내장된 Optical System에 의해 얻어지고 두 유체간의 계면이 측정된다. 계면의 위치는 시료와 표준용액의 점도 및 유속의 비(比)와 관계가 있으며, Shear Rate와 온도의 함수관계에서 미지 시료의 점도가 계산된다.
여기서 W와 WR은 각각 미지 시료와 표준용액의 계면 폭이고, η와 ηR은 각각의 점도이고 Q와 QR은 두 유체의 유속이다. 상기 수식에서 Shear Rate는 Flow Rate와 Channel Gap에 의해 결정되며, 이를 자세히 살펴보면 아래와 같다.여기서 h는 Channel Gap이며 Chip Type에 따라 50μm와 150μm 두 가지가 있다. 따라서 각 유체에 의해 형성된 계면은 Camera에서 측정하고, Flow Rate는 소프트웨어에서 제어하고, 표준용액의 점도 ηR는 알고 있으므로 미지 시료의 점도 η를 측정할 수 있다.
각 유체가 흘러 중간에서 만날 때, 두 유체가 섞이지 않는 것은 두 유체간의 확산속도보다 유속이 충분히 빠르기 때문이며 만약 극단적으로 두 유체간에 화학반응(Polymerization, Oxidation...)이 일어나거나 빠르게 확산되는 경우에는, 반응이나 확산이 일어나지 않는 다른 뉴턴유체를 표준용액으로 사용할 수 있다.
characteristic -----------------------------------------------------------------
Fluidicam RHEO 가 제공하는 주된 장점들을 살펴보자. 우선 1% 이내의 탁월한 Accuracy와 Reproducibility를 제공하며, 광범위한 Shear Rate 범위(100 s-1 ~ 180,000 s-1)와 광범위한 점도 측정범위(0.1 ~ 200,000cP)에 적용할 수 있다. 또한 4°C ~ 80°C 영역에서 전자동으로 온도를 제어하고 온도에 따른 빠른 Screening이 가능하며, 1 Point 분석 시 100μL 이하의 매우 적은 양은 시료가 소요되고, "분석 중"에는 유체의 흐름 및 계면상태를 Video로 확인하고 "분석 후"에는 분석결과 Image를 시각적으로 확인/평가하여 신뢰도 높은 정확한 결과를 얻을 수 있다.
무엇보다 Microfluidic Chip내에 Sensor가 없어 별도의 Calibration이 필요 없고, Chip내에 Clogging이 발생해도 이 Chip이 "Disposable"하므로 적은 비용으로 쉽게 교체하면 된다.
specifications -----------------------------------------------------------------
