閥單元,具有該閥單元的反應裝置以及在通道中形成閥的方法

專利名稱：閥單元,具有該閥單元的反應裝置以及在通道中形成閥的方法
閥單元，具有該閥單元的反應裝置以及在通道中形成閥的方法 相關專利申請的交叉引用本申請要求2006年8月16日和2006年9月25日在韓國知識產4又局申 請的韓國專利申請Nos.10-2006-0077127和10-2006-0092926的優先權，在 此以引用的方式將其公開的內容全部包括在內。技術領域根據本發明的裝置和方法涉及一種閥單元(valve unit)，該閥單元用于關 閉流體的流路并適時地開啟所述流路以使流體沿著通道流動； 一種具有該 閥單元的反應裝置；以及一種形成閥的方法，所述閥用于在通道中開啟和 關閉流體的流3各。
背景技術：
在用于生化反應如溶菌反應或聚合酶鏈反應(PCR)的基體(即芯片實驗 室(lab-on-a-chip))中形成構成流體流路的微通道。在基體中可以配備一種閥 單元，該閥單元可以關閉所述樣i通道以使流體無法流動，并可以適時開啟 所述微通道從而使得流體流動。2004年Anal. Chem. Vol. 76，第1824-1831頁中介紹的用于生化反應的 基體和同 一期刊第3740 - 3748頁中介紹的另 一種用于生化反應的基體都配 備有僅由石蠟形成的閥，并且都配備有用于熔化所述石蠟的加熱部件。但 是，關閉所述微通道需要大量的石蠟，而且熔化所述大量的石蠟需要大型 的加熱部件，這使得很難使用于生化反應的基體最小化和集成。同時，石 蠟的熔化過程需要很長的加熱時間，并且很難精確地控制開啟所述通道的 時間點。發明內容本發明的示例性實施方案提供了一種具有小型閥(其用于開啟閉合的通 道)的閥單元、 一種具有該閥單元的反應裝置，以及一種在通道中形成閥的 方法。本發明的示例性實施方案還提供了 一種閥單元(其中通過電^f茲波如激光 束的輻射來開啟閉合的通道)、 一種具有該閥單元的反應裝置，以及一種在 通道中形成閥的方法。根據本發明的一個方面，提供一種閥單元，其包括構成流體流路的流 體通道和閥，所述流體通道具有以下部分，所述部分包括具有第一尺寸("D1")的第一區域和具有第二尺寸("D2")的第二區域，其中DKD2， 該第二區域位于該第 一 區域的一側，該第 一 區域沿著該流體通道方向具有 距離G,所述閥是通過填充該第一區域而形成在該流體通道的第一區域中， 且所述閥由可相變閥材灃+(phase changeable valve material)制成。在本發明的一個方面中，流體通道的所述部分還包括具有第三尺寸 ("D3，，)的第三區域，D1<D3,所述第三區域位于所述第一區域的另一側。根據本發明的另一個方面，提供了一種反應裝置，該反應裝置包括 由第一層和第二層形成的基體，該第一層和第二層結合在一起從而形成所 述基體；在該基體中形成的流體通道，所述通道構成了流體的流路；形成 在所述通道中用于接收流體的流體室；以及關閉和開啟所述通道的閥單元， 其中，所述閥單元包括 一部分流體通道和閥，所述部分包括具有第一尺 寸("D1")的第一區域和具有第二尺寸("D2")的第二區域，其中Dl <D2, 該第二區域位于該第一區域的一側，該第一區域沿著該流體通道方向具有 距離G,所述閥是通過填充該第一區域而形成在該流體通道的第一區域中， 且所述閥由可相變閥材料制成。根據本發明的另一個方面，提供一種在通道中形成閥的方法，該方法 包括提供構成流體流路的流體通道，所述通道具有以下部分，所述部分 包括具有第一尺寸("D1")的第一區域和具有第二尺寸("D2")的第二區域， 其中DKD2，該第二區域位于該第一區域的一側，該第一區域沿著該流體 通道方向具有距離G;以及將可相變閥材料引入到該第一區域中。可通過 將該閥材料注入到第 一層的第 一孔中來將所述閥材料？ 1入到該第 一 區域。 該流體通道的部分還可包括具有第三尺寸("D3，，)的第三區域，D1<D3, 所述第三區域位于所述第一區域的另 一側。所述流體通道可形成在基體中，所述基體由第一層和第二層形成，該 第一層和第二層結合在一起從而形成所述基體；其中由所述第一層中的第 一孔和第二層中的一對第二孔構成所述流體通道中的第一、第二和第三區 域，其中所述第二孔中的至少一個距第一孔的距離為G從而形成第一區域。 根據本發明的另一個方面，提供了一種在通道中形成閥的方法，所述方法包括提供在一個表面上具有第一溝槽的第一層，在所述第一溝槽中，所 述第一層具有第一孔；提供在一個表面上具有第二溝槽的第二層，所述第 二溝槽同第一層的第一溝槽一起形成流體通道，所述第二溝槽具有一對第二孔，其中，當第一層的第一溝槽和第二層的第二溝槽形成所述流體通道 時，所述第二孔中的至少一個以使得其距所述第一層的第一孔的距離為G 的方式設置；在所述一對第二孔之間的溝槽上引入閥材料；以及使所述第 一層結合到所述第二層，從而形成具有以下部分的流體通道，所述部分包 括具有第一尺寸("D1")的第一區域和具有第二尺寸("D2，，)的第二區域， 其中D1〈D2，該第二區域位于該第一區域的一側，該第一區域沿著該流體 通道方向具有距離G，其中所述閥材料位于所述第一區域中。可將能量施 加到所述第一或第二層上，從而熔化所述閥材料，其隨后填充所述第一區 域。所述可相變閥材料可包括相變材料和多個孩i細加熱顆粒(a plurality of minute heating particles)。所述裝置和閥單元可具有外部能源來加熱所述閥材料，從而改變其粘 度或相。所述外部能源可為發射激光的激光源。 所述激光源可以包括激光二極管。自所述激光源發出的激光可以是具有至少lmJ/脈沖的脈沖電磁波。波(continuous wave electromagnetic wave)。自所述激光源發出的激光的波長可以為750 - 1300nm。 所述纟效細加熱顆粒可以分散在疏水載體油中。 所述孩i細加熱顆粒可以包含鐵石茲材料。所述孩i細加熱顆粒可為聚合物、量子點(quantum dot)和^茲J朱(magnetic bead)中至少一種的形式。所述》茲珠可以包括選自Fe、 Ni、 Cr及其氧化物中 的至少一種。所述相變材料可為選自蠟、凝膠和熱塑性樹脂中的至少 一種。
所述蠟可為選自石蠟、微晶蠟、合成蠟和天然蠟中的至少一種。 所述凝膠可為選自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚曱基丙烯酸酯和聚乙 烯基酰胺中的至少一種。所述熱塑性樹脂可為選自COC、 PMMA、 PC、 PS、 POM、 PFA、 PVC、 PP 、 PET 、 PEEK 、 PA 、 PSU和PVDF中的至少 一種。其中形成閥的閥隙(valve gape)或所述第一 區域可具有200 ~ 500jim的長度。所述反應裝置還包括旋轉所述基體的回轉構件，可以通過旋轉所述基 體引起的離心力來輸送(pumped)所述流體。


通過參照附圖詳細地描述本發明的示例性實施方案，本發明的上述和 其它特征與優點將變得更清楚，其中圖1為根據本發明一種實施方案的閥單元的透視圖；圖2為沿圖1II-II方向的閥單元的剖視圖；圖3A和3B為說明制造圖2閥單元過程的^L圖；圖4為說明當激光輻射純石蠟和含有^:細加熱顆粒的石蠟時，達到熔點所需時間的曲線圖，所述顆粒通過激光輻射加熱；圖5A和5B為按順序說明操作圖2閥單元的剖視圖；圖6A - 6D為根據本發明另 一種實施方案，按順序說明閥單元制造方法的視圖；圖7A - 7C為根據本發明另 一種實施方案的閥單元的剖視圖； 圖8A和8B為說明制造圖7A閥單元方法的視圖； 圖9為根據本發明另一種實施方案的反應裝置的透視圖； 圖IO為沿著圖9X-X方向的反應裝置的剖視圖； 圖11為沿著圖9X1-XI方向的反應裝置的剖視圖； 圖12A和12B為按順序說明操作圖10閥單元的平面圖； 圖13A和13B為按順序說明操作圖11閥單元的平面圖； 圖14A和14B為根據本發明另一種實施方案，局部說明反應裝置的平 面圖和剖視圖；以及圖15A和15B為根據本發明另一種實施方案，局部說明反應裝置的平面圖和剖視圖。具體實施方案下文中，將參考所述附圖詳細說明本發明。圖i為根據本發明一種實施方案的閥單元的透視圖，圖2為沿圖in-n 方向的閥單元的剖視圖。參考圖l和2，根據本發明一種示例性實施方案的閥單元20包括構成 流體流路的流體通道16以及閥27、 28，所述流體通道具有以下部分，所述 部分包括具有第一尺寸("D1")的第一區域、具有第二尺寸("D2，，)的第二 區域、具有第三尺寸("D3")的第三區域，所述閥是通過填充所述第一區域， 在所述流體通道16的第一區域中形成的。所述閥27、 28由可相變閥材料 制成，其可含有生熱顆粒。所述尺寸D1小于D2和D3。所述第二區域和第 三區域位于所述第一區域的兩側，且所述第一區域沿著所述流體通道16的 方向具有距離Gl(或G2)。所述流體通道16可形成在基體10中，所述基體由第一層12和第二層 11構成。所述第一層12和所述第二層11結合在一起形成基體10。可通過 陽極接合、超聲焊接、雙面膠帶(未示出)等等將所述第一層12和第二層11 結合在一起。所述第一層12和第二層11均可具有溝槽，當所述第一和第 二層12、 11結合在一起形成基體時，所述溝槽構成所述流體通道16。可由所述第一層12中的第一孔25和第二層11中的一對第二孔21和 23構成所述第一、第二和第三區域。所述第二孔21、 23中的至少一個距所 述第一孔25的距離為G(G1或G2)從而形成第一區域。所述距離G小于D2 和D3的尺寸。所述第一區域的距離G在200-500 iam的范圍內。D2和D3 均在l-3mm的范圍內。有時可將所述距離G稱之為"閥隙"。所述第二孔 21和23形成流體通道16。具有所述第一尺寸Dl的第一區域形成在一對第 二孔21和23與第一孔25之間。所述第一孔21可為通孔，所述閥材料可通過其引入或注入從而形成閥 27、 28。可在引入所述閥材料或者形成所述閥之后，用蓋(cover)或覆蓋層(lid layer)(未示出)覆蓋所述通孔。如將在下文討論的一樣，取決于所述溫度， 所述閥材料改變其相或粘度。圖3A和3B為按順序說明在圖2通道中形成閥的方法的剖視圖。在下
文，將參考圖3A和3B說明在所述通道16中形成閥的方法。參考圖3A,通過所述第一孔(有時，稱之為"閥材料注入孔，，)25將熔 化的閥材料V注入到通道16中。可以使用工具如移液管5注入閥材料V。 所述閥材料V在室溫下硬化成固態，在約70°C或更高的高溫下熔化成可流 動的狀態。所述閥材料V沿著通道16擴散，并保留在所述具有Gl或G2 的第一區域中。所有剩余的閥材料流向所述第二孔21和23并擴散，其中 內部尺寸D2大于第一區域的Dl。參考圖3B，注入到基體10中的閥材料V在所述第一區域G1和G2中 硬化，從而分別成為閥27和28。所述閥27可用作主閥，所述閥28可用作 關閉所述通道16的輔助閥28。所述距離Gl和G2具有200-500 |J m的長度， 從而使得所述閥27和28能夠承受流體的壓力從而阻止流體的泄漏。在一 種示例性實施方案中，深度D2在10-100mm的范圍內。所述閥材料V包含固態或高粘度態(不必是固態)的相變材料和均勻分 散在所述相變材料中的多個微細加熱顆粒P 。所述相變材料例如可以是蠟。 當加熱所述蠟時，蠟熔化成液態，其體積膨脹。石蠟、微晶蠟、合成蠟、 天然蠟等都可以用作所述蠟。所述相變材料可以為凝膠或熱塑性樹脂。聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、 聚曱基丙烯酸酯、聚乙烯基酰胺等可以用作所述凝膠。作為選擇，環狀烯 烴共聚物(COC)、聚曱基丙烯酸曱酯(丙烯酸類)(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚 苯乙烯(PS)、聚縮醛工程聚合物(POM)、全氟烷氧基(perfluoroalkoxyPFA)、 聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚對苯二曱酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮 (PEEK)、聚酰胺(PA)、聚砜(PSU)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等可以用作所述熱 塑性樹脂。所述微細加熱顆粒P的直徑為幾十至幾百納米，以便其自由地通過所 述通道16。當用電磁波如激光束輻射時，所述微細加熱顆粒P的溫度因電 磁波的輻射能而迅速升高，并且所述微細加熱顆粒釋放熱量。所述微細加 熱顆粒P均勻地分散在所述蠟中。在這方面，所述微細加熱顆粒P可以具 有包含金屬成分的核和疏水的表面結構。例如，所述孩i細加熱顆粒P可具 有這樣的分子結構，其包括由Fe形成的核和多個結合到Fe核表面的表面 活性劑。一般地，所述微細加熱顆粒P保持分散在載體油中。所述載體油可以
是疏水的，以使具有疏水表面結構的微細加熱顆粒均勻地分散。可以通過 將含有分散微細加熱顆粒的載體油與蠟混合來制造閥材料V。所述微細加 熱顆粒P的形態并不局限為聚合物顆粒，還可以是量子點或磁珠。所述磁珠可以包括鐵i"茲材料，如Fe、 Ni、 Cr或其氧化物。圖4為說明當激光輻射純石蠟和含有微細加熱顆粒的石蠟時，達到熔 點所需時間的曲線圖，所述顆粒通過激光輻射加熱。參考圖4，實線顯示了純石蠟(100%)的溫度；虛線顯示了含有50%雜 質(微細加熱顆粒)的石蠟的溫度，其中載體油(其含有平均直徑為10nm的、 分散的微細加熱顆粒)和石蠟以1: 1的比例混合；而雙點劃線顯示了含有 20%雜質(微細加熱顆粒)的石蠟的溫度，其中載體油(其含有平均直徑為 10nm的、分散的微細加熱顆粒)和石蠟以1: 4的比例混合。在試驗中使用 波長為808nm的激光。石蠟的熔點約為68 ~ 74°C。參考圖4,激光輻射后 20秒或更長的時間，純石蠟達到熔點(參見(ii))。另 一方面，含有50%雜質(微 細加熱顆粒)的石蠟和含有20%雜質(微細加熱顆粒)的石蠟通過激光輻射迅 速加熱，并且在約5秒時達到熔點(參見(i))。再參考圖1，閥單元20還包括激光源，其為用于向成對閥27和28輻 射電^f茲波的示例性外部能源。所述激光源30可以包括激光二極管。當輻射 脈沖激光時，可以使用能輻射能量至少為lmJ/脈沖的脈沖激光的激光源作 為激光源30，當輻射連續波激光時，可以使用能輻射輸出功率至少為10mW 的連續波激光的激光源作為激光源30。整個第一層12或者至少所述第一孔25的周圍部分應該是透明的，以 便使來自基體IO上的激光源30輻射的激光能透射到主閥27和輔助閥28。 因此，所述第一層12(有時稱之為"上板，，)可以由玻璃或透明塑料形成。所 述第二層ll(有時稱之為"下板")可以由與上板12相同的材料形成，或者 可以由硅(Si)形成，其具有極好的熱交換性能。圖5A和5B為按順序說明操作圖2閥單元的剖視圖。參考圖5A，關閉通道16的主閥27阻擋了從通道16上游位置流過來的 流體F,從而不會沿著通道16的下游方向流動。輔助閥28阻擋了未^皮主閥 27阻擋的流體F的流動。當激光L從激光源30向主閥27和輔助閥28輻射 時，閥27和28因農i細加熱顆粒P的加熱而迅速熔化，并且石皮壞了閥27和 28。參考圖5B,通道16開啟從而允許流體F沿著通道16的下游方向流動。
圖6A - 6D為根據本發明另 一種實施方案，按順序說明閥單元制造方法的視圖。參考圖6A，提供由第一層12和第二層11形成的基體10。所述第一層 12具有以下形狀的第一孔25，所述形狀具有較寬的開口 25a和細頸25b。 所述第一孔25可用作閥材料注入孔。所述第二層11具有成對第二孔21和 23。當所述第一層和第二層結合形成基體時，其均具有形成流體通道的溝 槽。所述第一和第二層以以下方式結合，從而使得所述第二孔中的至少一 個距所述第一孔的距離為G。參考圖6B,將閥材料V引入到所述第一孔25中，之后將覆蓋層14施 加到所述第一層12上(圖6C)，從而密封所述第一孔25。所述覆蓋層14可 由透明材料形成。參考圖6D，將熱量施加到所述基體上從而熔化所迷閥材料。熔化的閥 材料將流入到所述流體通道中并在具有內部尺寸D1的第 一 區域上形成閥， 具有內部尺寸D2的第二區域和具有內部尺寸D3的第三區域分別位于所述 第一區域的兩側。所述第一層12中第一孔25和所述第二層11中第二孔21、 23的排列構成了該第一、第二和第三區域。所述閥材料V在所述第一區域 G中硬化從而形成閥27。圖7A - 7C為根據本發明另 一種實施方案的閥單元的剖視圖。參考圖7A，閥單元20包括流體通道16和閥27，所述流體通道構成流 體的流路并具有以下部分，所述部分含有具有第一尺寸("D1")的第一區域、 具有第二尺寸("D2，，)的第二區域以及具有第三尺寸("D3，，)的第三區域， 所述閥通過填充所述第一區域，形成在所述流體通道16的第一區域中。所 述閥27由可相變閥材料制成，其可含有生熱顆粒。尺寸D1小于D2和D3。 所述第二區域和第三區域分別位于所述第一區域的兩側，且所述第一區域 沿著流體通道16的方向具有距離G。所述流體通道16可形成在基體10中，所述基體由第一層12和第二層 ll構成。當所述第一和第二層12、 11結合在一起形成基體時，所述第一層 12和第二層11均具有構成所述流體通道16的溝槽。可由形成在所述第一層12中的第一孔25和形成在所述第二層11中的 一對第二孔21和23構成所述第一、第二和第三區域。所述第二孔21、 23 中的至少一個距所述第一孔25的距離為G從而形成所述第一區域。所述距
離G小于尺寸D2和D3。所述第一區域的距離G在200-500 fa m的范圍內。 所述第二孔21和23形成流體通道16。參考圖7B，根據本發明另一種實施方案的閥單元20在所述第一孔25 的兩側上可包括具有尺寸Dl的閥27和28。此外，參考圖7C,根據本發明另一種實施方案的閥單元20包括具有第 一尺寸D1的第一區域、具有第二尺寸D2的第二區域以及具有距離G的閥 27,所述閥由可相變閥材料形成在所述第一區域上。所述第二尺寸D2大于所述第一尺寸Dl,所述第一區域和所述第二區域^:此相鄰。所述第一區域 和第二區域由成對第二孔21和23形成。所述成對第二孔21和23形成流 體通道16，并形成在所述基體10的第二層11中。所述閥單元20不包括所 述第 一孔25和通過第 一孔25形成的第三區域(參考圖7A)。圖8A和8B為根據本發明一種實施方案，按順序說明在圖7A通道中 形成閥的方法的剖視圖。參考圖8A，提供在一個表面上具有第二溝槽(未示 出)的第二層ll，所述第二層11具有成對第二孔21和23。作為選擇，可在 溝槽上形成凸起。在這種情況下，可將溝槽看作為孔21、 23。提供在其一 個表面上具有第一溝槽(未示出)的第一層12。在所述第一溝槽中，所述第一 層具有第一孔25。將閥材料V施加到第二層11的第二孔21和23之間的溝 槽上(或者溝槽的凸起部分上)。參考圖8B，將所述第一層12以以下方式覆蓋在所述第二層11之上， 從而使得第二孔21、23中的至少一個距第一層12的第一孔25的距離為G。 第一層12與第二層11的結合導致形成具有流體通道16的基體，所述流體 通道具有以下部分，所述部分含有具有第一尺寸("D1")的第一區域、具有 第二尺寸("D2，，)的第二區域，以及具有第三尺寸("D3，，)的第三區域，其 中Dl 〈D2且D1 <D3，所述第二區域和第三區域分別位于所述第一區域的 兩側，所述第一區域沿著所述流體通道具有長度G。所述閥材料V位于所 述第一區域中。然后，將來自例如外部能源如電磁能源的能量施加到所述第 一 或第二 層，從而熔化所述閥材料。所述熔化的閥材料填充所述第一區域從而形成閥。圖9為根據本發明另一種代表性實施方案的反應裝置的透視圖，圖10 為根據本發明另一種實施方案、沿著圖9X-X方向的閥單元的剖視圖，以
及圖11為根據本發明另一種實施方案、沿著圖9X1-XI方向的閥單元的剖視圖。
參考圖9,根據本發明另一種實施方案的反應裝置100包括圓形的基體 110,使基體110旋轉的主軸電動機160，和向基體110輻射激光束的激光 源150。基體110配備有多個反應單元115,其包括流體進入孔117(流體從 這里流入)，用于接收流體的室121、 123和125,和用于連接室121、 123 和125的通道116(參見圖10和11)。盡管圖9說明的基體110配備有一對 反應單元，但是基體110也可以配備有一個反應單元、三個反應單元或更 多。
可以在室121、 123和125中發生和觀察流體組分的分離、濃縮和提純 的反應，PCR反應，溶菌反應等。第一個室121、第二個室123和第三個室 125從中心部分至基體110的圓周以直線排列。基體110包括相互結合的下 板和上板111和112，和在下板111中形成的室121、 123和125。主軸電動 機160是使基體110旋轉的部件實例。通過流體進入孔117流入基體110 的流體通過基體110旋轉產生的離心力向基體110的圓周輸送。
反應裝置100包括關閉和適時開啟通道116部分(其在圖11所示的第一 和第二室121和123之間)的閥單元120A(參見圖IO)和關閉和適時開啟通道 116部分(其在圖11所示的第二和第三室123和125之間)的閥單元120B(參 見圖11)。
參考圖10，所述閥單元120A包括第一和第二室121和123、第一閥材 料注入孔131、 一對閥141和142和激光源150。形成的第一閥材料注入孔 131穿過上板112，從而使得它與一對室121和123之間的一部分通道116 連接。 一對閥141和142由在通道116中硬化的閥材料V(參見圖3A)形成。 激光源150向一對閥141和142輻射激光束。
將第一注入孔("第一閥材料注入孔")131安置，使得其不與第一和第 二室121和123重疊。第一室122與第一閥材料注入孔131圓周表面的間 隔為第一閥隙Gl，第二室123與第一閥材料注入孔131圓周表面的間隔為 第二閥隙G2。通過所述第一閥材料注入孔131注入的熔化的閥材料V(參見 圖3A)的一部分保留在第一和第二閥隙Gl和G2中并石更化，/人而分別形成 主閥141和輔助閥142。
第一和第二室121和123可接收剩余的閥材料以及作為反應對象的流體。參考圖11,所述閥單元120B包括第二和第三室123和125、第二閥材 料注入孔133、閥143和激光源150。形成的第二閥材料注入孔133穿過上 板112，從而使得它與一對室123和125之間的一部分通道116連接。閥143 由在通道116中硬化的、熔化的閥材料V(參見圖3A)形成。激光源150向 閥143輻射激光。必要時，如圖9中虛線所示，激光源150可以從第一閥 材料注入孔131移動到第二閥材料注入孔133。作為選4奪，激光源150可以 固定在第一閥材料注入孔131的上面，可以使用光路改變部件(包括例如至 少一面鏡子)使激光向第二閥材料注入孔133輻射。將第二閥材料注入孔133安置得與第二室123重疊但不與第三室125 重疊。第二閥材料注入孔133的圓周表面與第三室125的間隔為閥隙G。 通過第二閥材料注入孔133注入的熔化的閥材料V (參見圖3A)的一部分保 留在閥隙G中并硬化，從而形成關閉通道116的閥143。所述第二和第三室 123和125可以接收剩余的閥材料以及作為反應對象的流體。進行了 一些試驗來觀察本發明閥單元的操作。圖12A和12B為按順序 說明操作圖10閥單元試驗結果的平面圖，圖13A和13B為按順序說明操作 圖11閥單元試驗結果的平面圖。參考圖12A,對應于第一閥隙Gl的主閥141的長度為238pm，對應于 第二閥隙G2的輔助閥142的長度為342pm。構成閥141和142的閥材料 V(參見圖3A)為含有50%雜質(微細加熱顆粒)的石蠟，其中載體油與石蠟以 1: 1的比例混合，所述載體油含有平均直徑為10nm的、分散的微細加熱 顆粒。由于第一和第二室121和123之間的一部分通道116 #皮閥141和142 關閉，盡管基體110以3600rpm的旋轉速度旋轉60秒，但是第一室121中 接收的流體F也不會漏到第二室123中。參考圖12B,當激光束向第一閥材料注入孔131輻射1秒鐘且基體110 以3000rpm的旋轉速度旋轉5秒鐘時，閥141和142熔化從而開啟了第一 和第二室121和123之間的一部分通道116,因此流體F從第一室121流向 第二室123。參考圖13A，對應于圖11閥隙G的閥143的長度為375pm。構成閥143 的閥材料V(參見圖3A)為含有50%雜質(微細加熱顆粒)的石蠟，其中載體 油與石蠟以1: 1的比例混合，所述載體油含有平均直徑為10nm的分散的
孩i細加熱顆粒。由于第二和第三室123和125之間的一部分通道116 #1閥 143關閉，盡管基體110以3600rpm的旋轉速度旋轉60秒，第二室123中 接收的流體F也不會漏進第三室125中。參考圖13B，當激光束向第二閥材料注入孔133輻射1秒鐘且基體110 以3000rpm的旋轉速度旋轉5秒鐘時，閥143熔化從而開啟第二和第三室 123和125之間的一部分通道116，因此流體F從第二室123流向第三室125。盡管未說明，但通過試驗可以觀察到當含有》茲珠的流體沿通道流動， 或者當利用密度不同分離的混合流體沿通道流動時，可以使用本發明的閥 單元。圖14A和14B為局部顯示根據本發明另一種實施方案的反應裝置的平 面圖和剖視圖，圖15A和15B為局部顯示根據本發明又一種實施方案的反 應裝置的平面圖和剖視圖。參考圖14A和14B，本實施方案的反應裝置200也包括具有上板203 和下板202的基體201，所述板203和202如圖9所示的發應裝置那樣彼此 結合。此外，所述反應裝置200包括一對可以接收流體的室205和206、在 室205和206之間形成流路的流體通道210。所述反應裝置200包括三個閥 單元220A、 220B和220C,其用于順序地開啟流體通道210上的流體的流 路。所述閥單元220A、 220B和220C中的每一個均具有與圖6D所示閥單 元相同的結構。更詳細地，所述閥單元220A 、 220B和220C中的每一個均 包括第一區域、設置在所述第一區域兩側的第二區域和第三區域。此外， 所述閥單元220A、 220B和220C包括第一孔222、 223和224(閥材料注入 其中)、形成流體通道210的第二孔226和227，以及用于關閉所述第一孔 222、 223和224(所述閥材料填充到其中)的覆蓋層211。所述閥單元220A、 220B和220C的閥231 、 232和233形成在所述第一 區域上。參考圖15A和15B,根據本發明另一種實施方案的反應裝置250也包 括具有上板253和下板232的基體251，所述板如圖9所示的發應裝置100 那樣彼此結合。此外，所述反應裝置250包括一對接收流體的室255和256、 在室255和256之間形成流路的流體通道260。所述反應裝置250包括三個 閥單元270A、 270B和270C，其用于順序地開啟流體通道260上的流體的 流路。所述閥單元270A、 270B和270C中的每一個均包括與圖7C所示閥 單元相同的結構。更詳細地，所述閥單元270A、 270B和270C中的每一個
均包括第一區域、設置在所述第一區域兩側的一對第二區域。所述閥單元270A、 270B和270C的閥281、 282和283形成在所述第一區域上，所述流 體通道260由所述第二孔226和227(其形成在下板252中)形成。根據本發明，由于氣泵、加熱板等不包括在基體中，因而很容易最小 化和集成用于生化反應的基體。而且，由于利用電^f茲波如激光的輻射開啟通道，所以通道可以迅速開 啟并且很容易精確控制通道開啟的時間點。因此，可以快速地進行流體反 應。在參考示例性的實施方案特別地顯示和公開本發明的同時，本領域技 術人員應理解在不背離權利要求書所界定的本發明的實質和范圍的情況 下，在形式和細節上還可以作出多種改變。
權利要求
1.一種閥單元，包括構成流體流路的流體通道，所述流體通道具有以下部分，所述部分包括具有第一尺寸(“D1”)的第一區域和具有第二尺寸(“D2”)的第二區域，其中D1＜D2，該第二區域位于該第一區域的一側，該第一區域沿著該流體通道方向具有距離G，以及通過填充該第一區域形成在該流體通道第一區域中的閥，其由可相變閥材料制成。
2、 權利要求1的闊單元，其中流體通道的所述部分還包括具有第三尺 寸("D3")的第三區域，D1<D3,并且所述第三區域位于所述第一區域的 另一側。
3、 權利要求1的閥單元，其中所述可相變閥材料包括相變材料和多個 孩i細加熱顆粒。
4、 權利要求l的閥單元，其還包括向所述閥輻射電磁波的外部能源。
5、 權利要求4的閥單元，其中所述外部能源包括輻射激光束的激光源。
6、 權利要求5的閥單元，其中所述激光源包括激光二極管。
7、 權利要求5的閥單元，其中從所述激光源輻射的激光束為能量至少 為1 m J/脈沖的脈沖電；茲波。
8、 權利要求5的閥單元，其中從所述激光源輻射的激光束是輸出功率 至少為10mW的連續波電石茲波。
9、 權利要求5的閥單元，其中從激光源輻射的激光束的波長為750-1300nm。
10、 權利要求3的閥單元，其中所述微細加熱顆粒分散在疏水載體油中。
11、 權利要求3的閥單元，其中所述微細加熱顆粒為聚合物顆粒、量子 點以及》茲珠中至少 一種的形式。
12、 權利要求11的閥單元，其中所述磁珠包括選自Fe、 Ni、 Cr及其氧 化物中的至少一種。
13、 權利要求3的閥單元，其中所述相變材料為選自蠟、凝膠以及熱 塑性樹脂中的至少一種。
14、 權利要求13的閥單元，其中蠟為選自石蠟、微晶蠟、合成蠟以及 天然蠟中的至少一種。
15、 權利要求13的閥單元，其中所述凝膠為選自聚丙烯酰胺、聚丙烯 酸酯、聚曱基丙烯酸酯以及聚乙烯基酰胺中的至少一種。
16、 權利要求13的閥單元，其中所述熱塑性樹脂為選自環狀烯烴共聚 物(COC)、聚曱基丙烯酸曱酯(丙烯酸類)(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯 (PS)、聚縮醛工程聚合物(POM)、全氟烷氧基(PFA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙 烯(PP)、聚對苯二曱酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、聚 砜(PSU)、聚偏二氟乙烯(PVDF)中的至少一種。
17、 權利要求2的閥單元，其中距離G小于尺寸D2和D3。
18、 權利要求2的閥單元，其中所述第一區域具有200- 500nm的距離G。
19、 權利要求2的閥單元，其中所述流體通道形成在基體中，所述基 體由第一層和第二層形成，該第一層和第二層結合在一起從而形成所述基 體；其中由所述第 一層中的第 一孔和第二層中的一對第二孔構成所述流體 通道中的第一、第二和第三區域，其中所述第二孔中的至少一個距第一孔 的距離為G從而形成所述第一區域。
20、 權利要求19的閥單元，其中所述第二層中第二孔形成所述流體通道。
21、 一種反應裝置，包括由第一層和第二層形成的基體，該第一層和第二層結合在一起形成所 述基體；形成在所述基體中的流體通道，其構成流體的流路； 形成在通道中用于接收流體的流體室；以及 關閉和開啟所述流體通道的閥單元， 其中所述閥單元包括一部分流體通道，其包括具有第一尺寸("D1")的第一區域和具有第 二尺寸("D2")的第二區域，其中D1〈D2，該第二區域位于該第一區域的 一側，該第一區域沿著該流體通道方向具有距離G,以及通過填充該第 一 區域形成在該流體通道第 一 區域中的閥，其由可相變 閥材料制成。
22、 權利要求21的反應裝置，其中流體通道的所述部分還包括具有第 三尺寸("D3")的第三區域，D1<D3，所述第三區域位于所述第一區域的 另一側。
23、 權利要求22的反應裝置，其中由所述第一層中的第一孔和第二層 中的一對第二孔構成所述第一、第二和第三區域，其中所述第二孔中的至 少一個距第一孔的距離為G從而形成所述第一區域。
24、 權利要求21的反應裝置，其中所述可相變閥材料包括相變材料和 多個孩i細加熱顆粒。
25、 權利要求21的反應裝置，其還包括向所述閥輻射電磁波的外部能源。
26、 權利要求25的反應裝置，其中所述外部能源包括輻射激光束的激 光源。
27、 權利要求26的反應裝置，其中所述激光源包括激光二極管。
28、 權利要求26的反應裝置，其中從所述激光源輻射的激光束為能量 至少為lmJ/脈沖的脈沖電磁波。
29、 權利要求26的反應裝置，其中從所述激光源輻射的激光束為輸出 功率至少為10mW的連續波電》茲波。
30、 權利要求26的反應裝置，其中從激光源輻射的激光束的波長為 750 ~ 1300nm。
31、 權利要求24的反應裝置，其中所述微細加熱顆粒分散在疏水載體 油中。
32、 權利要求24的反應裝置，其中所述微細加熱顆粒為聚合物顆粒、 量子點以及磁珠中至少一種的形式。
33、 權利要求32的反應裝置，其中所述磁珠包括選自Fe、 Ni、 Cr及其 氧化物中的至少一種。
34、 權利要求24的反應裝置，其中所述相變材料為選自蠟、凝膠以及 熱塑性樹脂中的至少一種。
35、 權利要求34的反應裝置，其中蠟為選自石蠟、微晶蠟、合成蠟以 及天然蠟中的至少一種。
36、 權利要求34的反應裝置，其中所述凝膠為選自聚丙烯酰胺、聚丙 烯酸酯、聚曱基丙烯酸酯以及聚乙烯基酰胺中的至少一種。
37、 權利要求34的反應裝置，其中所述熱塑性樹脂為選自環狀烯烴共 聚物(COC)、聚曱基丙烯酸曱酯(丙烯酸類)(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙 烯(PS)、聚縮醛工程聚合物(POM)、全氟烷氧基(PFA)、聚氯乙烯(PVC)、聚 丙烯(PP)、聚對苯二曱酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、 聚^l(PSU)、聚偏二氟乙烯(PVDF)中的至少一種。
38、 權利要求22的反應裝置，其中距離G小于尺寸D2和D3。
39、 權利要求22的反應裝置，其中所述第一區域具有200~ 500pm的 3巨離G。
40、 權利要求22的反應裝置，其中第二層中的第二孔形成所述流體通道。
41、 權利要求22的反應裝置，其中第一層中的第一孔用于將所述閥材 料引入道所述閥單元中。
42、 權利要求21的反應裝置，還包括使基體旋轉的旋轉部件，其中通 過旋轉基體產生的離心力泵送流體。
43、 一種在通道中形成閥的方法，該方法包括提供構成流體流路的流體通道，所述通道具有以下部分，所述部分包 括具有第一尺寸("D1")的第一區域和具有第二尺寸("D2，，)的第二區域， 其中DKD2，該第二區域位于該第一區域的一側，該第一區域沿著該流體 通道方向具有距離G;以及將可相變閥材料引入到該第一區域中。
44、 權利要求43的方法，其中流體通道的所述部分還包括具有第三尺 寸("D3")的第三區域，D1<D3，所述第三區域位于所述第一區域的另一側。
45、 權利要求43的方法，其中所述流體通道形成在基體中，所述基體 由第一層和第二層形成，該第一層和第二層結合在一起從而形成所述基體； 其中由所述第 一層中的第 一孔和第二層中的一對第二孔構成所述流體通道 中的第一、第二和第三區域，其中所述第二孔中的至少一個距第一孔的距 離為G從而形成所述第一區域。
46、 權利要求45的方法，其中通過將所述閥材料注入到第一層,的第一 孔中來將所述閥材料引入到所述第 一 區域中。
47、 權利要求43的方法，其中所述可相變閥材料包括相變材料和多個微細加熱顆粒。
48、 權利要求47的方法，其中所述^f鼓細加熱顆粒分散在疏水載體油中。
49、 權利要求47的方法，其中所述微細加熱顆粒為聚合物顆粒、量子 點以及》茲珠中至少 一種的形式。
50、 權利要求49的方法，其中所述磁珠包括選自Fe、 Ni、 Cr及其氧化 物中的至少一種。
51、 權利要求47的方法，其中所述相變材料為選自蠟、凝膠以及熱塑 性樹脂中的至少一種。
52、 權利要求51的方法，其中蠟為選自石蠟、微晶蠟、合成蠟以及天 然蠟中的至少一種。
53、 權利要求51的方法，其中所述凝膠為選自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸 酯、聚曱基丙烯酸酯以及聚乙烯基酰胺中的至少一種。
54、 權利要求51的方法，其中所述熱塑性樹脂為選自環狀烯烴共聚物 (COC)、聚曱基丙晞酸曱酯(丙烯酸類)(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯 (PS)、聚縮醛工程聚合物(POM)、全氟烷氧基(PFA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙 烯(PP)、聚對苯二曱酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、聚 砜(PSU)、聚偏二氟乙烯(PVDF)中的至少一種。
55、 權利要求44的方法，其中所述第一區域具有200~ 500}im的距離G。
56、 一種在通道中形成閥的方法，所述方法包括 提供在一個表面上具有第一溝槽的第一層，在所述第一溝槽中，所述第一層具有第一孔；提供在一個表面上具有第二溝槽的第二層，所述第二溝槽同第 一層的 第一溝槽一起形成流體通道，所述第二溝槽具有一對第二孔，其中，當第一層的第一溝槽和第二層的第二溝槽形成所述流體通道時，所述第二孔中 的至少一個以使得其距所述第一層的第一孔的距離為G的方式設置； 在所述的 一 對第二孔之間的溝槽上引入閥材料；以及 使所述第一層與所述第二層結合，從而形成具有以下部分的流體通道， 所述部分包括具有第一尺寸("D1")的第一區域和具有第二尺寸("D2，，) 的第二區域，其中DKD2，該第二區域位于該第一區域的一側，該第一區 域沿著該流體通道方向具有距離G,其中所述閥材料位于所述第一區域中。
57、 權利要求56的方法，其中流體通道的所述部分還包括具有第三尺 寸("D3，，)的第三區域，D1<D3，所述第三區域位于所述第一區域的另一側。
58、 權利要求56的方法，其中還包括將能量施加到所述第一或第二層 上，并且使得所述閥材料填充所述第一區域。
全文摘要
提供一種閥單元，具有該閥單元的反應裝置和通過向通道中注入閥材料來形成閥的方法。所述閥單元包括構成流體流路的流體通道以及閥，所述流體通道具有以下部分，所述部分包括具有第一尺寸(“D1”)的第一區域和具有第二尺寸(“D2”)的第二區域，其中D1＜D2，該第二區域位于該第一區域的一側，該第一區域沿著該流體通道方向具有距離G；所述閥通過填充該第一區域形成在該流體通道的第一區域中，其由可相變閥材料制成。
文檔編號G01N33/48GK101126465SQ200710141089
公開日2008年2月20日 申請日期2007年8月16日 優先權日2006年8月16日
發明者樸種勉, 李延健 申請人:三星電子株式會社