미세유체 응용을 위한 F-OEM 밸브 자동화
산업 공정에서 유체 밸브 자동화의 이점
미세유체 밸브는 소량의 유체 흐름을 제어하는 데 도움을 줍니다. 이러한 제어를 통해 미세유체 장치는 응용분야의 필요에 따라 더 높은 수준의 자동화를 통해 더욱 복잡해질 수 있습니다. 예를 들어, 분석 및 진단 장치에서 이 밸브들은 혈액, 화학물질, 완충제와 같은 중성 및 강력한 유체의 흐름을 조절합니다.
F-OEM으로 유체 자동화 및 밸브 관리 시작하기
아래 동영상은 F-OEM을 사용하여 구현할 수 있는 다양한 염색 용액의 빠르고 자동화된 순차적 유체 주입을 보여줍니다. 그림 2는 측정된 유량과 구현된 압력을 시간에 따른 함수로 보여줍니다.
모든 스위치 이벤트도 표시되어 있으며 유체 라인의 피크에 해당합니다. 스위치 이벤트 중에 적용된 압력은 전체 프로토콜 동안 500µL/min의 유체 유량을 유지하도록 자동으로 조절됩니다. 피크는 각각의 내부 부피로 인해 밸브 스위칭에 내재되어 있습니다.
500µL/min의 목표 유량은 전체 프로토콜 동안 일정하게 유지되며, 유체 시스템에 내재된 피크는 5초 미만이고 유체 스위치에 해당합니다. 피크가 없는 지점에서 예상 유량 평균, 표준 편차, 관련 정확도는 각각 500.5µL/min, ±1.5µL/min 및 0.3%입니다. F-OEM에 통합된 Fluigent 압력 컨트롤러를 통해 빠른 가압 및 감압이 가능합니다.
시료 준비부터 세포 분류까지
- 전기 로터리 밸브는 액체를 순차적으로 주입하거나 여러 경로로 액체를 분배하는 데 사용됩니다.
이 밸브들은 다수의 라벨을 처리하는 고정밀 형광 현미경에서 사용될 수 있습니다. 또 다른 예로는 분광학, 광도측정, 분리, 반응기를 포함하는 미세유체 기반 분석 장치들이 있습니다. 이러한 응용분야들은 일반적으로 정밀한 시료 준비와 사용되는 시약의 양을 최소화하면서 분석 시료에서 완충액으로 자동 전환하는 능력을 요구합니다. - 2/2 또는 3/2 웨이 밸브는 유체 분리를 수행하는 데 사용됩니다. 검출된 세포 또는 관심 있는 분석물이 포함된 시료를 주 흐름 경로에서 분리하여 추가 조사를 수행할 수 있는 세포 분류 응용분야에 유용합니다. 또한 분석 장비의 세척 및 폐기물 처리에도 널리 사용됩니다.
그림 3: 유체 밸브 자동화를 사용하는 응용분야 예시. 세포 분류(위) 및 시료 준비(아래).
미세유체 모듈을 어떻게 효율적으로 통합할까요?
구성 요소 통합 및 시장 출시 시간
유체 시스템 개발과 밸브 자동화 통합에는 유체 처리 구성 요소(압력 컨트롤러, 시린지 펌프 등), 유체 밸브, 통신과 자동화를 위한 관련 전자 장치 및 소프트웨어가 필요합니다. 유체 시스템의 정상적인 작동과 응용분야의 성공을 보장하기 위해서는 모든 유체 구성 요소 간의 원활한 조정이 필수적입니다. 인터페이스의 자동화와 생성은 비용과 시간이 많이 들고 리소스에 의존적일 수 있으며, 이는 궁극적으로 시장 출시 시간에 영향을 미치고 최종 시스템 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다.
F-OEM: 효율적인 프로토타이핑 및 통합을 위한 턴키 솔루션
Fluigent는 압력 소스, 압력 기반 흐름 컨트롤러, 미세유체학에 특화된 유체 전자 밸브로 구성된 턴키 유체 관리 시스템을 개발하여 제공합니다. Fluigent 시스템을 사용하는 사용자는 다음과 같은 이점을 누릴 수 있습니다.
- 밸브에는 다른 Fluigent 구성 요소와 통신하는 데 필요한 전자 장치가 포함되어 있어 개발 시간 단축 및 신뢰성 향상
- Fluigent의 OxyGEN 소프트웨어 및 SDK를 통해 빠른 프로토타이핑 및 통합 경험 가능
- 밸브 모듈이 F-OEM 압력 컨트롤러에 통합됨으로써 소형화 실현
아래 사용된 시스템은 다음과 같은 구성 요소로 이루어져 있습니다.
- 하위 구성 요소(통합 보드, OEM 압력 컨트롤러, 밸브 모듈)가 포함된 F-OEM
- Fluigent M-X: 회전식 다중 포트 OEM 미세유체 밸브
- Fluigent 2-X: 3포트/2웨이 양방향 OEM 미세유체 밸브
- FS 시리즈 유체 OEM 유량 센서
다음은 시료 준비, 멀티플렉싱, 피펫팅, 정렬 등의 응용분야에 사용될 수 있는 일반적인 유체 처리 설정입니다. 하나의 압력 컨트롤러가 특정 용액이 담긴 3개의 저장소에 압력을 가하며, 이후 M-X 및 2-X 밸브를 사용하여 차례로 주입 및 정렬됩니다.
그림 4: F-OEM 압력 컨트롤러, 2-X 및 M-X 밸브로 구성된 유체 밸브 자동화에 특화된 Fluigent의 미세유체 OEM 시스템
완전 자동화를 위한 Fluigent 소프트웨어
OxyGEN 소프트웨어를 이용한 신속한 테스트
프로토타입을 이용한 즉각적인 테스트를 시작하기 위해, Fluigent의 OxyGEN 소프트웨어가 유체 관리용으로 제공됩니다. 모든 구성 요소는 “실시간 제어” 탭을 사용하여 구동할 수 있으며, 유체 자동화를 시작하기 위해 “프로토콜 탭”에서 더 복잡한 프로토콜을 계산할 수 있습니다(그림 5).
일반적인 밸브 자동화에서는 시료 준비, 분류 혹은 여러 유체의 청소 등의 프로토콜이 순차적으로 주입되고, 주 유체 라인은 시료 수집이나 폐기물 처리를 위해 전환될 수 있습니다.
여기에서는 3개의 별도의 저장소로부터 3가지 염료 용액을 주입함으로써 일반적인 순차적 유체 주입 프로토콜을 시뮬레이션합니다.
그림 5는 OxyGEN에 적용된 프로토콜을 보여줍니다. 전체 실험 동안 구현된 유량은 500µL/min입니다. 다음과 같은 순서로 실험을 수행했습니다.
그림 5는 OxyGEN에 적용된 프로토콜을 보여줍니다. 전체 실험 동안 구현된 유량은 500µL/min입니다. 다음과 같은 순서로 실험을 수행했습니다.
- 모든 압력 재설정
- 500µL/min의 유량
- 2-X를 포지션 1에 설정(프로토콜 시작 시 정확한 포지션 보장)
- M-X를 포지션 1에 설정하고, 30초간 대기
- M-X를 포지션 2에 설정하고, 30초간 대기
- M-X를 포지션 3에 설정하고, 30초간 대기
- 2-X를 포지션 2에 설정
- 2-X를 포지션 1에 설정
- M-X를 포지션 1에 설정하고, 30초간 대기
- 압력을 0mbar로 설정
동영상에서 해당 프로토콜이 실행되는 모습을 볼 수 있습니다. 전체 프로세스 동안 프로토콜을 모니터링할 수 있습니다. 유량, 압력, 밸브 포지션에 대한 실시간 정보는 OxyGEN 소프트웨어의 실시간 제어 탭에서 확인할 수 있습니다.
Fluigent SDK를 통한 원활한 통합
프로토콜이 완전히 검증되면 사용자는 OxyGEN에서 사용할 수 있는 모든 기능을 통합하는 Fluigent SDK를 사용할 수 있습니다. 이를 통해 외부 응용분야에서 Fluigent 장치를 통합할 수 있는 기능을 제공합니다.
SDK는 LabVIEW, C++, C#.NET, Python, MATLAB을 포함한 여러 언어로 설계되었습니다. 다음은 OxyGEN 소프트웨어에서 위에 구현된 프로토콜의 Python 버전입니다.
당사의 유체 모듈은 밀리 및 미세유체 응용분야에서 유체 작업을 자동화할 수 있습니다.
위의 결과는 Fluigent의 M-X 및 2-X 밸브와 결합된 F-OEM의 기능을 보여줍니다. 이러한 장치들은 시료 준비, 세포 분류, 일반 액체 취급과 같은 밀리 및 미세유체 응용분야에 필요한 고성능 유체 자동화를 제공합니다.