專利名稱：閥單元,具有該閥單元的反應(yīng)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(yīng)裝置以及在通道中形成閥的方法 相關(guān)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(chǎn)4又局申 請的韓國專利申請Nos.10-2006-0077127和10-2006-0092926的優(yōu)先權(quán)，在 此以引用的方式將其公開的內(nèi)容全部包括在內(nèi)。技術(shù)領(lǐng)域根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法涉及一種閥單元(valve unit)，該閥單元用于關(guān) 閉流體的流路并適時(shí)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(yīng)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(guān)閉流體的流3各。
背景技術(shù)：
在用于生化反應(yīng)如溶菌反應(yīng)或聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)的基體(即芯片實(shí)驗(yàn) 室(lab-on-a-chip))中形成構(gòu)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(guān)閉所述樣i通道以使流體無法流動，并可以適時(shí)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(yīng)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(yīng)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(guān)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(yīng)的基體最小化和集成。同時(shí)，石 蠟的熔化過程需要很長的加熱時(shí)間，并且很難精確地控制開啟所述通道的 時(shí)間點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的示例性實(shí)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(yīng)裝置，以及一種在通道中形成閥的 方法。本發(fā)明的示例性實(shí)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(yīng)裝置，以及一種在 通道中形成閥的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種閥單元，其包括構(gòu)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(qū)域和具有第二尺寸("D2")的第二區(qū)域，其中DKD2， 該第二區(qū)域位于該第 一 區(qū)域的一側(cè)，該第 一 區(qū)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(qū)域而形成在該流體通道的第一區(qū)域中， 且所述閥由可相變閥材灃+(phase changeable valve material)制成。在本發(fā)明的一個(gè)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(qū)域，D1<D3,所述第三區(qū)域位于所述第一區(qū)域的另一側(cè)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種反應(yīng)裝置，該反應(yīng)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(jié)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(gòu)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(guān)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(qū)域和具有第二尺寸("D2")的第二區(qū)域，其中Dl <D2, 該第二區(qū)域位于該第一區(qū)域的一側(cè)，該第一區(qū)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(qū)域而形成在該流體通道的第一區(qū)域中， 且所述閥由可相變閥材料制成。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種在通道中形成閥的方法，該方法 包括提供構(gòu)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(qū)域和具有第二尺寸("D2")的第二區(qū)域， 其中DKD2，該第二區(qū)域位于該第一區(qū)域的一側(cè)，該第一區(qū)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(qū)域中?？赏ㄟ^ 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(qū)域。 該流體通道的部分還可包括具有第三尺寸("D3，，)的第三區(qū)域，D1<D3, 所述第三區(qū)域位于所述第一區(qū)域的另 一側(cè)。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(jié)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(gòu)成所述流體通道中的第一、第二和第三區(qū) 域，其中所述第二孔中的至少一個(gè)距第一孔的距離為G從而形成第一區(qū)域。 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)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(gè)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(gè)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(dāng)?shù)谝粚拥牡谝粶喜酆偷诙拥牡诙喜坌纬伤隽黧w通道 時(shí)，所述第二孔中的至少一個(gè)以使得其距所述第一層的第一孔的距離為G 的方式設(shè)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(jié)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(qū)域和具有第二尺寸("D2，，)的第二區(qū)域， 其中D1〈D2，該第二區(qū)域位于該第一區(qū)域的一側(cè)，該第一區(qū)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(qū)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(qū) 域。所述可相變閥材料可包括相變材料和多個(gè)孩i細(xì)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(fā)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(fā)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(fā)出的激光的波長可以為750 - 1300nm。 所述纟效細(xì)加熱顆粒可以分散在疏水載體油中。 所述孩i細(xì)加熱顆?？梢园F石茲材料。所述孩i細(xì)加熱顆?？蔀榫酆衔?、量子點(diǎn)(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(qū)域可具有200 ~ 500jim的長度。所述反應(yīng)裝置還包括旋轉(zhuǎn)所述基體的回轉(zhuǎn)構(gòu)件，可以通過旋轉(zhuǎn)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(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，本發(fā)明的上述和 其它特征與優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)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(dāng)激光輻射純石蠟和含有^:細(xì)加熱顆粒的石蠟時(shí)，達(dá)到熔點(diǎn)所需時(shí)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(jù)本發(fā)明另 一種實(shí)施方案，按順序說明閥單元制造方法的視圖；圖7A - 7C為根據(jù)本發(fā)明另 一種實(shí)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(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案的反應(yīng)裝置的透視圖； 圖IO為沿著圖9X-X方向的反應(yīng)裝置的剖視圖； 圖11為沿著圖9X1-XI方向的反應(yīng)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(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案，局部說明反應(yīng)裝置的平 面圖和剖視圖；以及圖15A和15B為根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案，局部說明反應(yīng)裝置的平面圖和剖視圖。具體實(shí)施方案下文中，將參考所述附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。圖i為根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)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(jù)本發(fā)明一種示例性實(shí)施方案的閥單元20包括構(gòu)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(qū)域、具有第二尺寸("D2，，)的第二 區(qū)域、具有第三尺寸("D3")的第三區(qū)域，所述閥是通過填充所述第一區(qū)域， 在所述流體通道16的第一區(qū)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(qū)域和第 三區(qū)域位于所述第一區(qū)域的兩側(cè)，且所述第一區(qū)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(gòu)成。所述第一層12和所述第二層11結(jié)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(jié)合在一起。所述第一層12和第二層11均可具有溝槽，當(dāng)所述第一和第 二層12、 11結(jié)合在一起形成基體時(shí)，所述溝槽構(gòu)成所述流體通道16?？捎伤龅谝粚?2中的第一孔25和第二層11中的一對第二孔21和 23構(gòu)成所述第一、第二和第三區(qū)域。所述第二孔21、 23中的至少一個(gè)距所 述第一孔25的距離為G(G1或G2)從而形成第一區(qū)域。所述距離G小于D2 和D3的尺寸。所述第一區(qū)域的距離G在200-500 iam的范圍內(nèi)。D2和D3 均在l-3mm的范圍內(nèi)。有時(shí)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(qū)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?？稍谝胨鲩y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(shí)，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?？梢允褂霉ぞ呷缫埔汗?注入閥材料V。 所述閥材料V在室溫下硬化成固態(tài)，在約70°C或更高的高溫下熔化成可流 動的狀態(tài)。所述閥材料V沿著通道16擴(kuò)散，并保留在所述具有Gl或G2 的第一區(qū)域中。所有剩余的閥材料流向所述第二孔21和23并擴(kuò)散，其中 內(nèi)部尺寸D2大于第一區(qū)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(qū)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(guān)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(shí)施方案中，深度D2在10-100mm的范圍內(nèi)。所述閥材料V包含固態(tài)或高粘度態(tài)(不必是固態(tài))的相變材料和均勻分 散在所述相變材料中的多個(gè)微細(xì)加熱顆粒P 。所述相變材料例如可以是蠟。 當(dāng)加熱所述蠟時(shí)，蠟熔化成液態(tài)，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(huán)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(xì)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(dāng)用電磁波如激光束輻射時(shí)，所述微細(xì)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(xì)加熱顆粒釋放熱量。所述微細(xì)加 熱顆粒P均勻地分散在所述蠟中。在這方面，所述微細(xì)加熱顆粒P可以具 有包含金屬成分的核和疏水的表面結(jié)構(gòu)。例如，所述孩i細(xì)加熱顆粒P可具 有這樣的分子結(jié)構(gòu)，其包括由Fe形成的核和多個(gè)結(jié)合到Fe核表面的表面 活性劑。一般地，所述微細(xì)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(jié)構(gòu)的微細(xì)加熱顆粒均勻地分散?？梢酝ㄟ^ 將含有分散微細(xì)加熱顆粒的載體油與蠟混合來制造閥材料V。所述微細(xì)加 熱顆粒P的形態(tài)并不局限為聚合物顆粒，還可以是量子點(diǎn)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(dāng)激光輻射純石蠟和含有微細(xì)加熱顆粒的石蠟時(shí)，達(dá)到熔 點(diǎn)所需時(shí)間的曲線圖，所述顆粒通過激光輻射加熱。參考圖4，實(shí)線顯示了純石蠟(100%)的溫度；虛線顯示了含有50%雜 質(zhì)(微細(xì)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(xì)加熱顆粒)和石蠟以1: 1的比例混合；而雙點(diǎn)劃線顯示了含有 20%雜質(zhì)(微細(xì)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(xì)加熱顆粒)和石蠟以1: 4的比例混合。在試驗(yàn)中使用 波長為808nm的激光。石蠟的熔點(diǎn)約為68 ~ 74°C。參考圖4,激光輻射后 20秒或更長的時(shí)間，純石蠟達(dá)到熔點(diǎn)(參見(ii))。另 一方面，含有50%雜質(zhì)(微 細(xì)加熱顆粒)的石蠟和含有20%雜質(zhì)(微細(xì)加熱顆粒)的石蠟通過激光輻射迅 速加熱，并且在約5秒時(shí)達(dá)到熔點(diǎn)(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(dāng)輻射 脈沖激光時(shí)，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(dāng)輻射連續(xù)波激光時(shí)，可以使用能輻射輸出功率至少為10mW 的連續(xù)波激光的激光源作為激光源30。整個(gè)第一層12或者至少所述第一孔25的周圍部分應(yīng)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(shí)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(shí)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(guān)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(dāng)激光L從激光源30向主閥27和輔助閥28輻射 時(shí)，閥27和28因農(nóng)i細(xì)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(jù)本發(fā)明另 一種實(shí)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(xì)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(dāng)所述第一層和第二層結(jié)合形成基體時(shí)，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(jié)合，從而使得所述第二孔中的至少一 個(gè)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(nèi)部尺寸D1的第 一 區(qū)域上形成閥， 具有內(nèi)部尺寸D2的第二區(qū)域和具有內(nèi)部尺寸D3的第三區(qū)域分別位于所述 第一區(qū)域的兩側(cè)。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(gòu)成了該第一、第二和第三區(qū)域。所述閥材料V在所述第一區(qū)域 G中硬化從而形成閥27。圖7A - 7C為根據(jù)本發(fā)明另 一種實(shí)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(gòu)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(qū)域、 具有第二尺寸("D2，，)的第二區(qū)域以及具有第三尺寸("D3，，)的第三區(qū)域， 所述閥通過填充所述第一區(qū)域，形成在所述流體通道16的第一區(qū)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(qū)域和第三區(qū)域分別位于所述第一區(qū)域的兩側(cè)，且所述第一區(qū)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(gòu)成。當(dāng)所述第一和第二層12、 11結(jié)合在一起形成基體時(shí)，所述第一層 12和第二層11均具有構(gòu)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(gòu)成所述第一、第二和第三區(qū)域。所述第二孔21、 23 中的至少一個(gè)距所述第一孔25的距離為G從而形成所述第一區(qū)域。所述距
離G小于尺寸D2和D3。所述第一區(qū)域的距離G在200-500 fa m的范圍內(nèi)。 所述第二孔21和23形成流體通道16。參考圖7B，根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案的閥單元20在所述第一孔25 的兩側(cè)上可包括具有尺寸Dl的閥27和28。此外，參考圖7C,根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案的閥單元20包括具有第 一尺寸D1的第一區(qū)域、具有第二尺寸D2的第二區(qū)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(qū)域上。所述第二尺寸D2大于所述第一尺寸Dl,所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域^:此相鄰。所述第一區(qū)域 和第二區(qū)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(qū)域(參考圖7A)。圖8A和8B為根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)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(gè)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(gè)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(gè)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(jié)合導(dǎo)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(qū)域、具有 第二尺寸("D2，，)的第二區(qū)域，以及具有第三尺寸("D3，，)的第三區(qū)域，其 中Dl 〈D2且D1 <D3，所述第二區(qū)域和第三區(qū)域分別位于所述第一區(qū)域的 兩側(cè)，所述第一區(qū)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(qū)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(qū)域從而形成閥。圖9為根據(jù)本發(fā)明另一種代表性實(shí)施方案的反應(yīng)裝置的透視圖，圖10 為根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)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(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案、沿著圖9X1-XI方向的閥單元的剖視圖。
參考圖9,根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案的反應(yīng)裝置100包括圓形的基體 110,使基體110旋轉(zhuǎn)的主軸電動機(jī)160，和向基體110輻射激光束的激光 源150?；w110配備有多個(gè)反應(yīng)單元115,其包括流體進(jìn)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(yīng)單元，但是基體110也可以配備有一個(gè)反應(yīng)單元、三個(gè)反應(yīng)單元或更 多。
可以在室121、 123和125中發(fā)生和觀察流體組分的分離、濃縮和提純 的反應(yīng)，PCR反應(yīng)，溶菌反應(yīng)等。第一個(gè)室121、第二個(gè)室123和第三個(gè)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(jié)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(jī)160是使基體110旋轉(zhuǎn)的部件實(shí)例。通過流體進(jìn)入孔117流入基體110 的流體通過基體110旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力向基體110的圓周輸送。
反應(yīng)裝置100包括關(guān)閉和適時(shí)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(guān)閉和適時(shí)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(yīng)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(shí)，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(guān)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(yīng)對象的流體。進(jìn)行了 一些試驗(yàn)來觀察本發(fā)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(yàn)結(jié)果的平面圖，圖13A和13B為按順序說明操作 圖11閥單元試驗(yàn)結(jié)果的平面圖。參考圖12A,對應(yīng)于第一閥隙Gl的主閥141的長度為238pm，對應(yīng)于 第二閥隙G2的輔助閥142的長度為342pm。構(gòu)成閥141和142的閥材料 V(參見圖3A)為含有50%雜質(zhì)(微細(xì)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(xì)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(guān)閉，盡管基體110以3600rpm的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)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(dāng)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(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)5秒鐘時(shí)，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(yīng)于圖11閥隙G的閥143的長度為375pm。構(gòu)成閥143 的閥材料V(參見圖3A)為含有50%雜質(zhì)(微細(xì)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(xì)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(guān)閉，盡管基體110以3600rpm的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)60秒，第二室123中 接收的流體F也不會漏進(jìn)第三室125中。參考圖13B，當(dāng)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(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)5秒鐘時(shí)，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(yàn)可以觀察到當(dāng)含有》茲珠的流體沿通道流動， 或者當(dāng)利用密度不同分離的混合流體沿通道流動時(shí)，可以使用本發(fā)明的閥 單元。圖14A和14B為局部顯示根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案的反應(yīng)裝置的平 面圖和剖視圖，圖15A和15B為局部顯示根據(jù)本發(fā)明又一種實(shí)施方案的反 應(yīng)裝置的平面圖和剖視圖。參考圖14A和14B，本實(shí)施方案的反應(yīng)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(fā)應(yīng)裝置那樣彼此 結(jié)合。此外，所述反應(yīng)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(yīng)裝置200包括三個(gè)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(gè)均具有與圖6D所示閥單 元相同的結(jié)構(gòu)。更詳細(xì)地，所述閥單元220A 、 220B和220C中的每一個(gè)均 包括第一區(qū)域、設(shè)置在所述第一區(qū)域兩側(cè)的第二區(qū)域和第三區(qū)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(guān)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(qū)域上。參考圖15A和15B,根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案的反應(yīng)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(fā)應(yīng)裝置100 那樣彼此結(jié)合。此外，所述反應(yīng)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(yīng)裝置250包括三個(gè) 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(gè)均包括與圖7C所示閥 單元相同的結(jié)構(gòu)。更詳細(xì)地，所述閥單元270A、 270B和270C中的每一個(gè)
均包括第一區(qū)域、設(shè)置在所述第一區(qū)域兩側(cè)的一對第二區(qū)域。所述閥單元270A、 270B和270C的閥281、 282和283形成在所述第一區(qū)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(jù)本發(fā)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(yīng)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(shí)間點(diǎn)。因此，可以快速地進(jìn)行流體反 應(yīng)。在參考示例性的實(shí)施方案特別地顯示和公開本發(fā)明的同時(shí)，本領(lǐng)域技 術(shù)人員應(yīng)理解在不背離權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況 下，在形式和細(xì)節(jié)上還可以作出多種改變。
權(quán)利要求
1.一種閥單元，包括構(gòu)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(qū)域和具有第二尺寸(“D2”)的第二區(qū)域，其中D1＜D2，該第二區(qū)域位于該第一區(qū)域的一側(cè)，該第一區(qū)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(qū)域形成在該流體通道第一區(qū)域中的閥，其由可相變閥材料制成。
2、 權(quán)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(qū)域，D1<D3,并且所述第三區(qū)域位于所述第一區(qū)域的 另一側(cè)。
3、 權(quán)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(gè) 孩i細(xì)加熱顆粒。
4、 權(quán)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(quán)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(quán)利要求5的閥單元，其中所述激光源包括激光二極管。
7、 權(quán)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(quán)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(xù)波電石茲波。
9、 權(quán)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(quán)利要求3的閥單元，其中所述微細(xì)加熱顆粒分散在疏水載體油中。
11、 權(quán)利要求3的閥單元，其中所述微細(xì)加熱顆粒為聚合物顆粒、量子 點(diǎn)以及》茲珠中至少 一種的形式。
12、 權(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)利要求13的閥單元，其中所述熱塑性樹脂為選自環(huán)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(quán)利要求2的閥單元，其中距離G小于尺寸D2和D3。
18、 權(quán)利要求2的閥單元，其中所述第一區(qū)域具有200- 500nm的距離G。
19、 權(quán)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(jié)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(gòu)成所述流體 通道中的第一、第二和第三區(qū)域，其中所述第二孔中的至少一個(gè)距第一孔 的距離為G從而形成所述第一區(qū)域。
20、 權(quán)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(yīng)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(jié)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(gòu)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(guān)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(qū)域和具有第 二尺寸("D2")的第二區(qū)域，其中D1〈D2，該第二區(qū)域位于該第一區(qū)域的 一側(cè)，該第一區(qū)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(qū)域形成在該流體通道第 一 區(qū)域中的閥，其由可相變 閥材料制成。
22、 權(quán)利要求21的反應(yīng)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(qū)域，D1<D3，所述第三區(qū)域位于所述第一區(qū)域的 另一側(cè)。
23、 權(quán)利要求22的反應(yīng)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(gòu)成所述第一、第二和第三區(qū)域，其中所述第二孔中的至 少一個(gè)距第一孔的距離為G從而形成所述第一區(qū)域。
24、 權(quán)利要求21的反應(yīng)裝置，其中所述可相變閥材料包括相變材料和 多個(gè)孩i細(xì)加熱顆粒。
25、 權(quán)利要求21的反應(yīng)裝置，其還包括向所述閥輻射電磁波的外部能源。
26、 權(quán)利要求25的反應(yīng)裝置，其中所述外部能源包括輻射激光束的激 光源。
27、 權(quán)利要求26的反應(yīng)裝置，其中所述激光源包括激光二極管。
28、 權(quán)利要求26的反應(yīng)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(quán)利要求26的反應(yīng)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(xù)波電》茲波。
30、 權(quán)利要求26的反應(yīng)裝置，其中從激光源輻射的激光束的波長為 750 ~ 1300nm。
31、 權(quán)利要求24的反應(yīng)裝置，其中所述微細(xì)加熱顆粒分散在疏水載體 油中。
32、 權(quán)利要求24的反應(yīng)裝置，其中所述微細(xì)加熱顆粒為聚合物顆粒、 量子點(diǎn)以及磁珠中至少一種的形式。
33、 權(quán)利要求32的反應(yīng)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(quán)利要求24的反應(yīng)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(quán)利要求34的反應(yīng)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(quán)利要求34的反應(yīng)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(quán)利要求34的反應(yīng)裝置，其中所述熱塑性樹脂為選自環(huán)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(quán)利要求22的反應(yīng)裝置，其中距離G小于尺寸D2和D3。
39、 權(quán)利要求22的反應(yīng)裝置，其中所述第一區(qū)域具有200~ 500pm的 3巨離G。
40、 權(quán)利要求22的反應(yīng)裝置，其中第二層中的第二孔形成所述流體通道。
41、 權(quán)利要求22的反應(yīng)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(quán)利要求21的反應(yīng)裝置，還包括使基體旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)部件，其中通 過旋轉(zhuǎn)基體產(chǎn)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(gòu)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(qū)域和具有第二尺寸("D2，，)的第二區(qū)域， 其中DKD2，該第二區(qū)域位于該第一區(qū)域的一側(cè)，該第一區(qū)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(qū)域中。
44、 權(quán)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(qū)域，D1<D3，所述第三區(qū)域位于所述第一區(qū)域的另一側(cè)。
45、 權(quán)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(jié)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(gòu)成所述流體通道 中的第一、第二和第三區(qū)域，其中所述第二孔中的至少一個(gè)距第一孔的距 離為G從而形成所述第一區(qū)域。
46、 權(quán)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(qū)域中。
47、 權(quán)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(gè)微細(xì)加熱顆粒。
48、 權(quán)利要求47的方法，其中所述^f鼓細(xì)加熱顆粒分散在疏水載體油中。
49、 權(quán)利要求47的方法，其中所述微細(xì)加熱顆粒為聚合物顆粒、量子 點(diǎn)以及》茲珠中至少 一種的形式。
50、 權(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)利要求51的方法，其中所述熱塑性樹脂為選自環(huán)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(quán)利要求44的方法，其中所述第一區(qū)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(gè)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(gè)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(dāng)?shù)谝粚拥牡谝粶喜酆偷诙拥牡诙喜坌纬伤隽黧w通道時(shí)，所述第二孔中 的至少一個(gè)以使得其距所述第一層的第一孔的距離為G的方式設(shè)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(jié)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(qū)域和具有第二尺寸("D2，，) 的第二區(qū)域，其中DKD2，該第二區(qū)域位于該第一區(qū)域的一側(cè)，該第一區(qū) 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(qū)域中。
57、 權(quán)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(qū)域，D1<D3，所述第三區(qū)域位于所述第一區(qū)域的另一側(cè)。
58、 權(quán)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(qū)域。
全文摘要
提供一種閥單元，具有該閥單元的反應(yīng)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(gòu)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(qū)域和具有第二尺寸(“D2”)的第二區(qū)域，其中D1＜D2，該第二區(qū)域位于該第一區(qū)域的一側(cè)，該第一區(qū)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(qū)域形成在該流體通道的第一區(qū)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(yōu)先權(quán)日2006年8月16日
發(fā)明者樸種勉, 李延健 申請人:三星電子株式會社