4. 세르펜타인 믹서 — 굽이가 섞는다 · Dr. Yoo's On-Demand mRNA Synthesiser, First Steps II

마이크로 규모에서 가장 반직관적인 사실입니다.

가는 관에서는 액체가 섞이지 않는다

레이놀즈 수가 작으면 흐름이 층류 가 됩니다. 두 액체를 나란히 흘려보내면 끝까지 나란히 갑니다. 섞이는 것은 오직 확산 뿐입니다.

그래서 마이크로믹서는 휘저어 섞지 않습니다. 대신 흐름을 접고 늘여서 확산해야 할 거리를 줄입니다.

섞임은 거리의 제곱에 비례합니다. 그래서 거리를 줄이는 것이 유일한 수단입니다.

Python Runs in your browser

# 레이놀즈 수와 확산 시간 — 마이크로 규모가 다른 이유
import numpy as np

rho, mu = 1000.0, 1.0e-3          # 물: kg/m^3, Pa·s
D = 1e-11                         # mRNA 정도 큰 분자의 확산계수 m^2/s

def Re(d_m, q_uL_min):
    q = q_uL_min * 1e-9 / 60      # m^3/s
    A = np.pi * (d_m / 2) ** 2
    v = q / A
    return rho * v * d_m / mu, v

for name, d_mm, q in (("모세관 (100 µL/min)", 1.0, 100),
                      ("믹서 (1000 µL/min)", 0.5, 1000),
                      ("배치 교반 (참고)",    8.0, 0)):
    if q == 0: continue
    r, v = Re(d_mm * 1e-3, q)
    print("%-22s Re = %7.1f · 유속 %.3f m/s" % (name, r, v))
print()
print("Re < 2000 이면 층류. 둘 다 층류다 — 휘저어 섞을 수 없다.")
print()
# 확산으로 섞이는 데 걸리는 시간: t ≈ L^2 / (2D)
for L_um in (500, 250, 50, 10):
    t = (L_um * 1e-6) ** 2 / (2 * D)
    print("확산 거리 %4d µm → %8.1f 초" % (L_um, t))
print()
print("→ 500 µm 를 확산으로 건너는 데 몇 초. 접어서 거리를 50 µm 로 줄이면 100분의 1.")

굽이 수와 유속을 밀어 보세요. 섞임이 얼마나 빨라지는지 층류 그림 위에서 보입니다.

Loading…

왜 PTFE 인가

🚫

안 붙는다

테플론입니다. mRNA 와 효소가 관 벽에 덜 흡착합니다. 손실이 줍니다

🧪

화학적으로 순하다

NaOH 로 세척해도 견딥니다. 세척·살균 절차를 자동화할 수 있습니다

🔍

투명하다

분광계가 관 밖에서 액체 경계를 볼 수 있습니다 — 5강

재료 선택이 곧 기능입니다. 논문이 “고분자 미세유체계의 비특이 흡착과 오염을 재료와 표면 개질로 줄일 수 있다” 고 적은 것이 이 뜻입니다.

🤔 Check yourself

마이크로 채널에서 “휘저어 섞기” 가 통하지 않는 까닭은?

🤔 Check yourself

세르펜타인 믹서가 하는 일을 한 줄로 옮기면?