CN101126465B - 阀单元,具有该阀单元的反应装置以及在通道中形成阀的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种阀单元，具有该阀单元的反应装置和通过向通道中注入阀材料来形成阀的方法。所述阀单元包括构成流体流路的流体通道以及阀，所述流体通道具有以下部分，所述部分包括具有第一尺寸(“D1”)的第一区域和具有第二尺寸(“D2”)的第二区域，其中D1＜D2，该第二区域位于该第一区域的一侧，该第一区域沿着该流体通道方向具有距离G；所述阀通过填充该第一区域形成在该流体通道的第一区域中，其由可相变阀材料制成。

Description

阀单元,具有该阀单元的反应装置以及在通道中形成阀的方法
相关专利申请的交叉引用 
本申请要求2006年8月16日和2006年9月25日在韩国知识产权局申请的韩国专利申请Nos.10-2006-0077127和10-2006-0092926的优先权，在此以引用的方式将其公开的内容全部包括在内。 
技术领域
根据本发明的装置和方法涉及一种阀单元(valve unit)，该阀单元用于关闭流体的流路并适时地开启所述流路以使流体沿着通道流动；一种具有该阀单元的反应装置；以及一种形成阀的方法，所述阀用于在通道中开启和关闭流体的流路。
背景技术
在用于生化反应如溶菌反应或聚合酶链反应(PCR)的基体(即芯片实验室(lab-on-a-chip))中形成构成流体流路的微通道。在基体中可以配备一种阀单元，该阀单元可以关闭所述微通道以使流体无法流动，并可以适时开启所述微通道从而使得流体流动。
2004年Anal.Chem.Vol.76，第1824-1831页中介绍的用于生化反应的基体和同一期刊第3740-3748页中介绍的另一种用于生化反应的基体都配备有仅由石蜡形成的阀，并且都配备有用于熔化所述石蜡的加热部件。但是，关闭所述微通道需要大量的石蜡，而且熔化所述大量的石蜡需要大型的加热部件，这使得很难使用于生化反应的基体最小化和集成。同时，石蜡的熔化过程需要很长的加热时间，并且很难精确地控制开启所述通道的时间点。
发明内容
本发明的示例性实施方案提供了一种具有小型阀(其用于开启闭合的通道)的阀单元、一种具有该阀单元的反应装置，以及一种在通道中形成阀的 方法。
本发明的示例性实施方案还提供了一种阀单元(其中通过电磁波如激光束的辐射来开启闭合的通道)、一种具有该阀单元的反应装置，以及一种在通道中形成阀的方法。
根据本发明的一个方面，提供一种阀单元，其包括构成流体流路的流体通道和阀，所述流体通道具有以下部分，所述部分包括具有第一尺寸(“D1”)的第一区域和具有第二尺寸(“D2”)的第二区域，其中D1＜D2，该第二区域位于该第一区域的一侧，该第一区域沿着该流体通道方向具有距离G，所述阀是通过填充该第一区域而形成在该流体通道的第一区域中，且所述阀由可相变阀材料(phase changeable valve material)制成。
在本发明的一个方面中，流体通道的所述部分还包括具有第三尺寸(“D3”)的第三区域，D1＜D3，所述第三区域位于所述第一区域的另一侧。
根据本发明的另一个方面，提供了一种反应装置，该反应装置包括：由第一层和第二层形成的基体，该第一层和第二层结合在一起从而形成所述基体；在该基体中形成的流体通道，所述通道构成了流体的流路；形成在所述通道中用于接收流体的流体室；以及关闭和开启所述通道的阀单元，其中，所述阀单元包括：一部分流体通道和阀，所述部分包括具有第一尺寸(“D1”)的第一区域和具有第二尺寸(“D2”)的第二区域，其中D1＜D2，该第二区域位于该第一区域的一侧，该第一区域沿着该流体通道方向具有距离G，所述阀是通过填充该第一区域而形成在该流体通道的第一区域中，且所述阀由可相变阀材料制成。
根据本发明的另一个方面，提供一种在通道中形成阀的方法，该方法包括：提供构成流体流路的流体通道，所述通道具有以下部分，所述部分包括具有第一尺寸(“D1”)的第一区域和具有第二尺寸(“D2”)的第二区域，其中D1＜D2，该第二区域位于该第一区域的一侧，该第一区域沿着该流体通道方向具有距离G；以及将可相变阀材料引入到该第一区域中。可通过将该阀材料注入到第一层的第一孔中来将所述阀材料引入到该第一区域。该流体通道的部分还可包括具有第三尺寸(“D3”)的第三区域，D1＜D3，所述第三区域位于所述第一区域的另一侧。
所述流体通道可形成在基体中，所述基体由第一层和第二层形成，该第一层和第二层结合在一起从而形成所述基体；其中由所述第一层中的第 一孔和第二层中的一对第二孔构成所述流体通道中的第一、第二和第三区域，其中所述第二孔中的至少一个距第一孔的距离为G从而形成第一区域。根据本发明的另一个方面，提供了一种在通道中形成阀的方法，所述方法包括：提供在一个表面上具有第一沟槽的第一层，在所述第一沟槽中，所述第一层具有第一孔；提供在一个表面上具有第二沟槽的第二层，所述第二沟槽同第一层的第一沟槽一起形成流体通道，所述第二沟槽具有一对第二孔，其中，当第一层的第一沟槽和第二层的第二沟槽形成所述流体通道时，所述第二孔中的至少一个以使得其距所述第一层的第一孔的距离为G的方式设置；在所述一对第二孔之间的沟槽上引入阀材料；以及使所述第一层结合到所述第二层，从而形成具有以下部分的流体通道，所述部分包括具有第一尺寸(“D1”)的第一区域和具有第二尺寸(“D2”)的第二区域，其中D1＜D2，该第二区域位于该第一区域的一侧，该第一区域沿着该流体通道方向具有距离G，其中所述阀材料位于所述第一区域中。可将能量施加到所述第一或第二层上，从而熔化所述阀材料，其随后填充所述第一区域。
所述可相变阀材料可包括相变材料和多个微细加热颗粒(a plurality ofminute heating particles)。
所述装置和阀单元可具有外部能源来加热所述阀材料，从而改变其粘度或相。
所述外部能源可为发射激光的激光源。
所述激光源可以包括激光二极管。
自所述激光源发出的激光可以是具有至少1mJ/脉冲的脉冲电磁波。
自所述激光源发出的激光可以是输出功率至少为10mV的连续波电磁波(continuous wave electromagnetic wave)。
自所述激光源发出的激光的波长可以为750～1300nm。
所述微细加热颗粒可以分散在疏水载体油中。
所述微细加热颗粒可以包含铁磁材料。
所述微细加热颗粒可为聚合物、量子点(quantum dot)和磁珠(magneticbead)中至少一种的形式。所述磁珠可以包括选自Fe、Ni、Cr及其氧化物中的至少一种。
所述相变材料可为选自蜡、凝胶和热塑性树脂中的至少一种。
所述蜡可为选自石蜡、微晶蜡、合成蜡和天然蜡中的至少一种。
所述凝胶可为选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯和聚乙烯基酰胺中的至少一种。
所述热塑性树脂可为选自COC、PMMA、PC、PS、POM、PFA、PVC、PP、PET、PEEK、PA、PSU和PVDF中的至少一种。
其中形成阀的阀隙(valve gape)或所述第一区域可具有200～500μm的长度。
所述反应装置还包括旋转所述基体的回转构件，可以通过旋转所述基体引起的离心力来输送(pumped)所述流体。
附图说明
通过参照附图详细地描述本发明的示例性实施方案，本发明的上述和其它特征与优点将变得更清楚，其中：
图1为根据本发明一种实施方案的阀单元的透视图；
图2为沿图1II-II方向的阀单元的剖视图；
图3A和3B为说明制造图2阀单元过程的视图；
图4为说明当激光辐射纯石蜡和含有微细加热颗粒的石蜡时，达到熔点所需时间的曲线图，所述颗粒通过激光辐射加热；
图5A和5B为按顺序说明操作图2阀单元的剖视图；
图6A-6D为根据本发明另一种实施方案，按顺序说明阀单元制造方法的视图；
图7A-7C为根据本发明另一种实施方案的阀单元的剖视图；
图8A和8B为说明制造图7A阀单元方法的视图；
图9为根据本发明另一种实施方案的反应装置的透视图；
图10为沿着图9X-X方向的反应装置的剖视图；
图11为沿着图9XI-XI方向的反应装置的剖视图；
图12A和12B为按顺序说明操作图10阀单元的平面图；
图13A和13B为按顺序说明操作图11阀单元的平面图；
图14A和14B为根据本发明另一种实施方案，局部说明反应装置的平面图和剖视图；以及
图15A和15B为根据本发明另一种实施方案，局部说明反应装置的平面图和剖视图。
下文中，将参考所述附图详细说明本发明。
图1为根据本发明一种实施方案的阀单元的透视图，图2为沿图1II-II方向的阀单元的剖视图。
参考图1和2，根据本发明一种示例性实施方案的阀单元20包括构成流体流路的流体通道16以及阀27、28，所述流体通道具有以下部分，所述部分包括具有第一尺寸(“D1”)的第一区域、具有第二尺寸(“D2”)的第二区域、具有第三尺寸(“D3”)的第三区域，所述阀是通过填充所述第一区域，在所述流体通道16的第一区域中形成的。所述阀27、28由可相变阀材料制成，其可含有生热颗粒。所述尺寸D1小于D2和D3。所述第二区域和第三区域位于所述第一区域的两侧，且所述第一区域沿着所述流体通道16的方向具有距离G1(或G2)。
所述流体通道16可形成在基体10中，所述基体由第一层12和第二层11构成。所述第一层12和所述第二层11结合在一起形成基体10。可通过阳极接合、超声焊接、双面胶带(未示出)等等将所述第一层12和第二层11结合在一起。所述第一层12和第二层11均可具有沟槽，当所述第一和第二层12、11结合在一起形成基体时，所述沟槽构成所述流体通道16。
可由所述第一层12中的第一孔25和第二层11中的一对第二孔21和23构成所述第一、第二和第三区域。所述第二孔21、23中的至少一个距所述第一孔25的距离为G(G1或G2)从而形成第一区域。所述距离G小于D2和D3的尺寸。所述第一区域的距离G在200-500μm的范围内。D2和D3均在1-3mm的范围内。有时可将所述距离G称之为“阀隙”。所述第二孔21和23形成流体通道16。具有所述第一尺寸D1的第一区域形成在一对第二孔21和23与第一孔25之间。
所述第一孔25可为通孔，所述阀材料可通过其引入或注入从而形成阀27、28。可在引入所述阀材料或者形成所述阀之后，用盖(cover)或覆盖层(lidlayer)(未示出)覆盖所述通孔。如将在下文讨论的一样，取决于所述温度，所述阀材料改变其相或粘度。
图3A和3B为按顺序说明在图2通道中形成阀的方法的剖视图。在下 文，将参考图3A和3B说明在所述通道16中形成阀的方法。
参考图3A，通过所述第一孔(有时，称之为“阀材料注入孔”)25将熔化的阀材料V注入到通道16中。可以使用工具如移液管5注入阀材料V。所述阀材料V在室温下硬化成固态，在约70℃或更高的高温下熔化成可流动的状态。所述阀材料V沿着通道16扩散，并保留在所述具有G1或G2的第一区域中。所有剩余的阀材料流向所述第二孔21和23并扩散，其中第二尺寸D2大于第一区域的D1。
参考图3B，注入到基体10中的阀材料V在所述具有G1和G2的第一区域中硬化，从而分别成为阀27和28。所述阀27可用作主阀，所述阀28可用作关闭所述通道16的辅助阀28。所述距离G1和G2具有200-500μm的长度，从而使得所述阀27和28能够承受流体的压力从而阻止流体的泄漏。在一种示例性实施方案中，第二尺寸D2在10-100mm的范围内。
所述阀材料V包含固态或高粘度态(不必是固态)的相变材料和均匀分散在所述相变材料中的多个微细加热颗粒P。所述相变材料例如可以是蜡。当加热所述蜡时，蜡熔化成液态，其体积膨胀。石蜡、微晶蜡、合成蜡、天然蜡等都可以用作所述蜡。
所述相变材料可以为凝胶或热塑性树脂。聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯基酰胺等可以用作所述凝胶。作为选择，环状烯烃共聚物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(丙烯酸类)(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚缩醛工程聚合物(POM)、全氟烷氧基(perfluoroalkoxy PFA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、聚砜(PSU)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等可以用作所述热塑性树脂。
所述微细加热颗粒P的直径为几十至几百纳米，以便其自由地通过所述通道16。当用电磁波如激光束辐射时，所述微细加热颗粒P的温度因电磁波的辐射能而迅速升高，并且所述微细加热颗粒释放热量。所述微细加热颗粒P均匀地分散在所述蜡中。在这方面，所述微细加热颗粒P可以具有包含金属成分的核和疏水的表面结构。例如，所述微细加热颗粒P可具有这样的分子结构，其包括由Fe形成的核和多个结合到Fe核表面的表面活性剂。
一般地，所述微细加热颗粒P保持分散在载体油中。所述载体油可以是疏水的，以使具有疏水表面结构的微细加热颗粒均匀地分散。可以通过将含有分散微细加热颗粒的载体油与蜡混合来制造阀材料V。所述微细加热颗粒P的形态并不局限为聚合物颗粒，还可以是量子点或磁珠。所述磁珠可以包括铁磁材料，如Fe、Ni、Cr或其氧化物。
图4为说明当激光辐射纯石蜡和含有微细加热颗粒的石蜡时，达到熔点所需时间的曲线图，所述颗粒通过激光辐射加热。
参考图4，实线显示了纯石蜡(100％)的温度；虚线显示了含有50％杂质(微细加热颗粒)的石蜡的温度，其中载体油(其含有平均直径为10nm的、分散的微细加热颗粒)和石蜡以1∶1的比例混合；而双点划线显示了含有20％杂质(微细加热颗粒)的石蜡的温度，其中载体油(其含有平均直径为10nm的、分散的微细加热颗粒)和石蜡以1∶4的比例混合。在试验中使用波长为808nm的激光。石蜡的熔点约为68～74℃。参考图4，激光辐射后20秒或更长的时间，纯石蜡达到熔点(参见(ii))。另一方面，含有50％杂质(微细加热颗粒)的石蜡和含有20％杂质(微细加热颗粒)的石蜡通过激光辐射迅速加热，并且在约5秒时达到熔点(参见(i))。
再参考图1，阀单元20还包括激光源，其为用于向成对阀27和28辐射电磁波的示例性外部能源。所述激光源30可以包括激光二极管。当辐射脉冲激光时，可以使用能辐射能量至少为1mJ/脉冲的脉冲激光的激光源作为激光源30，当辐射连续波激光时，可以使用能辐射输出功率至少为10mW的连续波激光的激光源作为激光源30。
整个第一层12或者至少所述第一孔25的周围部分应该是透明的，以便使来自基体10上的激光源30辐射的激光能透射到主阀27和辅助阀28。因此，所述第一层12(有时称之为“上板”)可以由玻璃或透明塑料形成。所述第二层11(有时称之为“下板”)可以由与上板12相同的材料形成，或者可以由硅(Si)形成，其具有极好的热交换性能。
图5A和5B为按顺序说明操作图2阀单元的剖视图。
参考图5A，关闭通道16的主阀27阻挡了从通道16上游位置流过来的流体F，从而不会沿着通道16的下游方向流动。辅助阀28阻挡了未被主阀27阻挡的流体F的流动。当激光L从激光源30向主阀27和辅助阀28辐射时，阀27和28因微细加热颗粒P的加热而迅速熔化，并且破坏了阀27和28。参考图5B，通道16开启从而允许流体F沿着通道16的下游方向流动。
图6A-6D为根据本发明另一种实施方案，按顺序说明阀单元制造方法的视图。
参考图6A，提供由第一层12和第二层11形成的基体10。所述第一层12具有以下形状的第一孔25，所述形状具有较宽的开口25a和细颈25b。所述第一孔25可用作阀材料注入孔。所述第二层11具有成对第二孔21和23。当所述第一层和第二层结合形成基体时，其均具有形成流体通道的沟槽。所述第一和第二层以以下方式结合，从而使得所述第二孔中的至少一个距所述第一孔的距离为G。
参考图6B，将阀材料V引入到所述第一孔25中，之后将覆盖层14施加到所述第一层12上(图6C)，从而密封所述第一孔25。所述覆盖层14可由透明材料形成。
参考图6D，将热量施加到所述基体上从而熔化所述阀材料。熔化的阀材料将流入到所述流体通道中并在具有内部尺寸D1的第一区域上形成阀，具有内部尺寸D2的第二区域和具有内部尺寸D3的第三区域分别位于所述第一区域的两侧。所述第一层12中第一孔25和所述第二层11中第二孔21、23的排列构成了该第一、第二和第三区域。所述阀材料V在所述具有G的第一区域中硬化从而形成阀27。
图7A-7C为根据本发明另一种实施方案的阀单元的剖视图。
参考图7A，阀单元20包括流体通道16和阀27，所述流体通道构成流体的流路并具有以下部分，所述部分含有具有第一尺寸(“D1”)的第一区域、具有第二尺寸(“D2”)的第二区域以及具有第三尺寸(“D3”)的第三区域，所述阀通过填充所述第一区域，形成在所述流体通道16的第一区域中。所述阀27由可相变阀材料制成，其可含有生热颗粒。尺寸D1小于D2和D3。所述第二区域和第三区域分别位于所述第一区域的两侧，且所述第一区域沿着流体通道16的方向具有距离G。
所述流体通道16可形成在基体10中，所述基体由第一层12和第二层11构成。当所述第一和第二层12、11结合在一起形成基体时，所述第一层12和第二层11均具有构成所述流体通道16的沟槽。
可由形成在所述第一层12中的第一孔25和形成在所述第二层11中的一对第二孔21和23构成所述第一、第二和第三区域。所述第二孔21、23中的至少一个距所述第一孔25的距离为G从而形成所述第一区域。所述距 离G小于尺寸D2和D3。所述第一区域的距离G在200-500μm的范围内。所述第二孔21和23形成流体通道16。
参考图7B，根据本发明另一种实施方案的阀单元20在所述第一孔25的两侧上可包括具有尺寸D1的阀27和28。
此外，参考图7C，根据本发明另一种实施方案的阀单元20包括具有第一尺寸D1的第一区域、具有第二尺寸D2的第二区域以及具有距离G的阀27，所述阀由可相变阀材料形成在所述第一区域上。所述第二尺寸D2大于所述第一尺寸D1，所述第一区域和所述第二区域彼此相邻。所述第一区域和第二区域由成对第二孔21和23形成。所述成对第二孔21和23形成流体通道16，并形成在所述基体10的第二层11中。所述阀单元20不包括所述第一孔25和通过第一孔25形成的第三区域(参考图7A)。
图8A和8B为根据本发明一种实施方案，按顺序说明在图7A通道中形成阀的方法的剖视图。参考图8A，提供在一个表面上具有第二沟槽(未示出)的第二层11，所述第二层11具有成对第二孔21和23。作为选择，可在沟槽上形成凸起。在这种情况下，可将沟槽看作为孔21、23。提供在其一个表面上具有第一沟槽(未示出)的第一层12。在所述第一沟槽中，所述第一层具有第一孔25。将阀材料V施加到第二层11的第二孔21和23之间的沟槽上(或者沟槽的凸起部分上)。
参考图8B，将所述第一层12以以下方式覆盖在所述第二层11之上，从而使得第二孔21、23中的至少一个距第一层12的第一孔25的距离为G。第一层12与第二层11的结合导致形成具有流体通道16的基体，所述流体通道具有以下部分，所述部分含有具有第一尺寸(“D1”)的第一区域、具有第二尺寸(“D2”)的第二区域，以及具有第三尺寸(“D3”)的第三区域，其中D1＜D2且D1＜D3，所述第二区域和第三区域分别位于所述第一区域的两侧，所述第一区域沿着所述流体通道具有距离G。所述阀材料V位于所述第一区域中。
然后，将来自例如外部能源如电磁能源的能量施加到所述第一或第二层，从而熔化所述阀材料。所述熔化的阀材料填充所述第一区域从而形成阀。
图9为根据本发明另一种代表性实施方案的反应装置的透视图，图10为根据本发明另一种实施方案、沿着图9X-X方向的阀单元的剖视图，以及图11为根据本发明另一种实施方案、沿着图9XI-XI方向的阀单元的剖视图。
参考图9，根据本发明另一种实施方案的反应装置100包括圆形的基体110，使基体110旋转的主轴电动机160，和向基体110辐射激光束的激光源150。基体110配备有多个反应单元115，其包括流体进入孔117(流体从这里流入)，用于接收流体的室121、123和125，和用于连接室121、123和125的通道116(参见图10和11)。尽管图9说明的基体110配备有一对反应单元，但是基体110也可以配备有一个反应单元、三个反应单元或更多。
可以在室121、123和125中发生和观察流体组分的分离、浓缩和提纯的反应，PCR反应，溶菌反应等。第一个室121、第二个室123和第三个室125从中心部分至基体110的圆周以直线排列。基体110包括相互结合的下板和上板111和112，和在下板111中形成的室121、123和125。主轴电动机160是使基体110旋转的部件实例。通过流体进入孔117流入基体110的流体通过基体110旋转产生的离心力向基体110的圆周输送。
反应装置100包括关闭和适时开启通道116部分(其在图11所示的第一和第二室121和123之间)的阀单元120A(参见图10)和关闭和适时开启通道116部分(其在图11所示的第二和第三室123和125之间)的阀单元120B(参见图11)。
参考图10，所述阀单元120A包括第一和第二室121和123、第一阀材料注入孔131、一对阀141和142和激光源150。形成的第一阀材料注入孔131穿过上板112，从而使得它与一对室121和123之间的一部分通道116连接。一对阀141和142由在通道116中硬化的阀材料V(参见图3A)形成。激光源150向一对阀141和142辐射激光束。
将第一注入孔(“第一阀材料注入孔”)131安置，使得其不与第一和第二室121和123重叠。第一室122与第一阀材料注入孔131圆周表面的间隔为第一阀隙G1，第二室123与第一阀材料注入孔131圆周表面的间隔为第二阀隙G2。通过所述第一阀材料注入孔131注入的熔化的阀材料V(参见图3A)的一部分保留在第一和第二阀隙G1和G2中并硬化，从而分别形成主阀141和辅助阀142。
第一和第二室121和123可接收剩余的阀材料以及作为反应对象的流 体。
参考图11，所述阀单元120B包括第二和第三室123和125、第二阀材料注入孔133、阀143和激光源150。形成的第二阀材料注入孔133穿过上板112，从而使得它与一对室123和125之间的一部分通道116连接。阀143由在通道116中硬化的、熔化的阀材料V(参见图3A)形成。激光源150向阀143辐射激光。必要时，如图9中虚线所示，激光源150可以从第一阀材料注入孔131移动到第二阀材料注入孔133。作为选择，激光源150可以固定在第一阀材料注入孔131的上面，可以使用光路改变部件(包括例如至少一面镜子)使激光向第二阀材料注入孔133辐射。
将第二阀材料注入孔133安置得与第二室123重叠但不与第三室125重叠。第二阀材料注入孔133的圆周表面与第三室125的间隔为阀隙G。通过第二阀材料注入孔133注入的熔化的阀材料V(参见图3A)的一部分保留在阀隙G中并硬化，从而形成关闭通道116的阀143。所述第二和第三室123和125可以接收剩余的阀材料以及作为反应对象的流体。
进行了一些试验来观察本发明阀单元的操作。图12A和12B为按顺序说明操作图10阀单元试验结果的平面图，图13A和13B为按顺序说明操作图11阀单元试验结果的平面图。
参考图12A，对应于第一阀隙G1的主阀141的长度为238μm，对应于第二阀隙G2的辅助阀142的长度为342μm。构成阀141和142的阀材料V(参见图3A)为含有50％杂质(微细加热颗粒)的石蜡，其中载体油与石蜡以1∶1的比例混合，所述载体油含有平均直径为10nm的、分散的微细加热颗粒。由于第一和第二室121和123之间的一部分通道116被阀141和142关闭，尽管基体110以3600rpm的旋转速度旋转60秒，但是第一室121中接收的流体F也不会漏到第二室123中。
参考图12B，当激光束向第一阀材料注入孔131辐射1秒钟且基体110以3000rpm的旋转速度旋转5秒钟时，阀141和142熔化从而开启了第一和第二室121和123之间的一部分通道116，因此流体F从第一室121流向第二室123。
参考图13A，对应于图11阀隙G的阀143的长度为375μm。构成阀143的阀材料V(参见图3A)为含有50％杂质(微细加热颗粒)的石蜡，其中载体油与石蜡以1∶1的比例混合，所述载体油含有平均直径为10nm的分散的 微细加热颗粒。由于第二和第三室123和125之间的一部分通道116被阀143关闭，尽管基体110以3600rpm的旋转速度旋转60秒，第二室123中接收的流体F也不会漏进第三室125中。
参考图13B，当激光束向第二阀材料注入孔133辐射1秒钟且基体110以3000rpm的旋转速度旋转5秒钟时，阀143熔化从而开启第二和第三室123和125之间的一部分通道116，因此流体F从第二室123流向第三室125。
尽管未说明，但通过试验可以观察到当含有磁珠的流体沿通道流动，或者当利用密度不同分离的混合流体沿通道流动时，可以使用本发明的阀单元。
图14A和14B为局部显示根据本发明另一种实施方案的反应装置的平面图和剖视图，图15A和15B为局部显示根据本发明又一种实施方案的反应装置的平面图和剖视图。
参考图14A和14B，本实施方案的反应装置200也包括具有上板203和下板202的基体201，所述板203和202如图9所示的发应装置那样彼此结合。此外，所述反应装置200包括一对可以接收流体的室205和206、在室205和206之间形成流路的流体通道210。所述反应装置200包括三个阀单元220A、220B和220C，其用于顺序地开启流体通道210上的流体的流路。所述阀单元220A、220B和220C中的每一个均具有与图6D所示阀单元相同的结构。更详细地，所述阀单元220A、220B和220C中的每一个均包括第一区域、设置在所述第一区域两侧的第二区域和第三区域。此外，所述阀单元220A、220B和220C包括第一孔222、223和224(阀材料注入其中)、形成流体通道210的第二孔226和227，以及用于关闭所述第一孔222、223和224(所述阀材料填充到其中)的覆盖层211。所述阀单元220A、220B和220C的阀231、232和233形成在所述第一区域上。
参考图15A和15B，根据本发明另一种实施方案的反应装置250也包括具有上板253和下板232的基体251，所述板如图9所示的发应装置100那样彼此结合。此外，所述反应装置250包括一对接收流体的室255和256、在室255和256之间形成流路的流体通道260。所述反应装置250包括三个阀单元270A、270B和270C，其用于顺序地开启流体通道260上的流体的流路。所述阀单元270A、270B和270C中的每一个均包括与图7C所示阀单元相同的结构。更详细地，所述阀单元270A、270B和270C中的每一个 均包括第一区域、设置在所述第一区域两侧的一对第二区域。所述阀单元270A、270B和270C的阀281、282和283形成在所述第一区域上，所述流体通道260由所述第二孔226和227(其形成在下板252中)形成。
根据本发明，由于气泵、加热板等不包括在基体中，因而很容易最小化和集成用于生化反应的基体。
而且，由于利用电磁波如激光的辐射开启通道，所以通道可以迅速开启并且很容易精确控制通道开启的时间点。因此，可以快速地进行流体反应。
在参考示例性的实施方案特别地显示和公开本发明的同时，本领域技术人员应理解在不背离权利要求书所界定的本发明的实质和范围的情况下，在形式和细节上还可以作出多种改变。

Claims (58)

1.一种阀单元，包括：
构成流体流路的流体通道，所述流体通道具有以下部分，所述部分包括具有第一尺寸D1的第一区域和具有第二尺寸D2的第二区域，其中D1＜D2，该第二区域位于该第一区域的一侧，该第一区域沿着该流体通道方向具有距离G，以及
通过填充该第一区域形成在该流体通道第一区域中的阀，其由可相变阀材料制成。
2.权利要求1的阀单元，其中流体通道的所述部分还包括具有第三尺寸D3的第三区域，D1＜D3，并且所述第三区域位于所述第一区域的另一侧。
3.权利要求1的阀单元，其中所述可相变阀材料包括相变材料和多个微细加热颗粒。
4.权利要求1的阀单元，其还包括向所述阀辐射电磁波的外部能源。
5.权利要求4的阀单元，其中所述外部能源包括辐射激光束的激光源。
6.权利要求5的阀单元，其中所述激光源包括激光二极管。
7.权利要求5的阀单元，其中从所述激光源辐射的激光束为能量至少为1mJ/脉冲的脉冲电磁波。
8.权利要求5的阀单元，其中从所述激光源辐射的激光束是输出功率至少为10mW的连续波电磁波。
9.权利要求5的阀单元，其中从激光源辐射的激光束的波长为750～1300nm。
10.权利要求3的阀单元，其中所述微细加热颗粒分散在疏水载体油中。
11.权利要求3的阀单元，其中所述微细加热颗粒为聚合物颗粒、量子点以及磁珠中至少一种的形式。
12.权利要求11的阀单元，其中所述磁珠包括选自Fe、Ni、Cr及其氧化物中的至少一种。
13.权利要求3的阀单元，其中所述相变材料为选自蜡、凝胶以及热塑性树脂中的至少一种。
14.权利要求13的阀单元，其中所述蜡为选自石蜡、微晶蜡、合成蜡以及天然蜡中的至少一种。
15.权利要求13的阀单元，其中所述凝胶为选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯以及聚乙烯基酰胺中的至少一种。
16.权利要求13的阀单元，其中所述热塑性树脂为选自环状烯烃共聚物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(丙烯酸类)(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚缩醛工程聚合物(POM)、全氟烷氧基(PFA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、聚砜(PSU)、聚偏二氟乙烯(PVDF)中的至少一种。
17.权利要求2的阀单元，其中距离G小于尺寸D2和D3。
18.权利要求2的阀单元，其中所述第一区域具有200～500μm的距离G。
19.权利要求2的阀单元，其中所述流体通道形成在基体中，所述基体由第一层和第二层形成，该第一层和第二层结合在一起从而形成所述基体；其中由所述第一层中的第一孔和第二层中的一对第二孔构成所述流体通道中的第一、第二和第三区域，其中所述第二孔中的至少一个距第一孔的距离为G从而形成所述第一区域。
20.权利要求19的阀单元，其中所述第二层中第二孔形成所述流体通道。
21.一种反应装置，包括：
由第一层和第二层形成的基体，该第一层和第二层结合在一起形成所述基体；
形成在所述基体中的流体通道，其构成流体的流路；
形成在通道中用于接收流体的流体室；以及
关闭和开启所述流体通道的阀单元，
其中所述阀单元包括：
一部分流体通道，其包括具有第一尺寸D1的第一区域和具有第二尺寸D2的第二区域，其中D1＜D2，该第二区域位于该第一区域的一侧，该第一区域沿着该流体通道方向具有距离G，以及
通过填充该第一区域形成在该流体通道第一区域中的阀，其由可相变阀材料制成。
22.权利要求21的反应装置，其中流体通道的所述部分还包括具有第三尺寸D3的第三区域，D1＜D3，所述第三区域位于所述第一区域的另一侧。
23.权利要求22的反应装置，其中由所述第一层中的第一孔和第二层中的一对第二孔构成所述第一、第二和第三区域，其中所述第二孔中的至少一个距第一孔的距离为G从而形成所述第一区域。
24.权利要求21的反应装置，其中所述可相变阀材料包括相变材料和多个微细加热颗粒。
25.权利要求21的反应装置，其还包括向所述阀辐射电磁波的外部能源。
26.权利要求25的反应装置，其中所述外部能源包括辐射激光束的激光源。
27.权利要求26的反应装置，其中所述激光源包括激光二极管。
28.权利要求26的反应装置，其中从所述激光源辐射的激光束为能量至少为1mJ/脉冲的脉冲电磁波。
29.权利要求26的反应装置，其中从所述激光源辐射的激光束为输出功率至少为10mW的连续波电磁波。
30.权利要求26的反应装置，其中从激光源辐射的激光束的波长为750～1300nm。
31.权利要求24的反应装置，其中所述微细加热颗粒分散在疏水载体油中。
32.权利要求24的反应装置，其中所述微细加热颗粒为聚合物颗粒、量子点以及磁珠中至少一种的形式。
33.权利要求32的反应装置，其中所述磁珠包括选自Fe、Ni、Cr及其氧化物中的至少一种。
34.权利要求24的反应装置，其中所述相变材料为选自蜡、凝胶以及热塑性树脂中的至少一种。
35.权利要求34的反应装置，其中所述蜡为选自石蜡、微晶蜡、合成蜡以及天然蜡中的至少一种。
36.权利要求34的反应装置，其中所述凝胶为选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯以及聚乙烯基酰胺中的至少一种。
37.权利要求34的反应装置，其中所述热塑性树脂为选自环状烯烃共聚物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(丙烯酸类)(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚缩醛工程聚合物(POM)、全氟烷氧基(PFA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、聚砜(PSU)、聚偏二氟乙烯(PVDF)中的至少一种。
38.权利要求22的反应装置，其中距离G小于尺寸D2和D3。
39.权利要求22的反应装置，其中所述第一区域具有200～500μm的距离G。
40.权利要求23的反应装置，其中第二层中的第二孔形成所述流体通道。
41.权利要求23的反应装置，其中第一层中的第一孔用于将所述阀材料引入道所述阀单元中。
42.权利要求21的反应装置，还包括使基体旋转的旋转部件，其中通过旋转基体产生的离心力泵送流体。
43.一种在通道中形成阀的方法，该方法包括：
提供构成流体流路的流体通道，所述通道具有以下部分，所述部分包括具有第一尺寸D1的第一区域和具有第二尺寸D2的第二区域，其中D1＜D2，该第二区域位于该第一区域的一侧，该第一区域沿着该流体通道方向具有距离G；以及
将可相变阀材料引入到该第一区域中。
44.权利要求43的方法，其中流体通道的所述部分还包括具有第三尺寸D3的第三区域，D1＜D3，所述第三区域位于所述第一区域的另一侧。
45.权利要求43的方法，其中所述流体通道形成在基体中，所述基体由第一层和第二层形成，该第一层和第二层结合在一起从而形成所述基体；其中由所述第一层中的第一孔和第二层中的一对第二孔构成所述流体通道中的第一、第二和第三区域，其中所述第二孔中的至少一个距第一孔的距离为G从而形成所述第一区域。
46.权利要求45的方法，其中通过将所述阀材料注入到第一层的第一孔中来将所述阀材料引入到所述第一区域中。
47.权利要求43的方法，其中所述可相变阀材料包括相变材料和多个微细加热颗粒。
48.权利要求47的方法，其中所述微细加热颗粒分散在疏水载体油中。
49.权利要求47的方法，其中所述微细加热颗粒为聚合物颗粒、量子点以及磁珠中至少一种的形式。
50.权利要求49的方法，其中所述磁珠包括选自Fe、Ni、Cr及其氧化物中的至少一种。
51.权利要求47的方法，其中所述相变材料为选自蜡、凝胶以及热塑性树脂中的至少一种。
52.权利要求51的方法，其中所述蜡为选自石蜡、微晶蜡、合成蜡以及天然蜡中的至少一种。
53.权利要求51的方法，其中所述凝胶为选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯以及聚乙烯基酰胺中的至少一种。
54.权利要求51的方法，其中所述热塑性树脂为选自环状烯烃共聚物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(丙烯酸类)(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚缩醛工程聚合物(POM)、全氟烷氧基(PFA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、聚砜(PSU)、聚偏二氟乙烯(PVDF)中的至少一种。
55.权利要求44的方法，其中所述第一区域具有200～500μm的距离G。
56.一种在通道中形成阀的方法，所述方法包括：
提供在一个表面上具有第一沟槽的第一层，在所述第一沟槽中，所述第一层具有第一孔；
提供在一个表面上具有第二沟槽的第二层，所述第二沟槽同第一层的第一沟槽一起形成流体通道，所述第二沟槽具有一对第二孔，其中，当第一层的第一沟槽和第二层的第二沟槽形成所述流体通道时，所述第二孔中的至少一个以使得其距所述第一层的第一孔的距离为G的方式设置；
在所述的一对第二孔之间的沟槽上引入阀材料；以及
使所述第一层与所述第二层结合，从而形成具有以下部分的流体通道，所述部分包括具有第一尺寸D1的第一区域和具有第二尺寸D的第二区域，其中D1＜D2，该第二区域位于该第一区域的一侧，该第一区域沿着该流体通道方向具有距离G，其中所述阀材料位于所述第一区域中。
57.权利要求56的方法，其中流体通道的所述部分还包括具有第三尺寸D3的第三区域，D1＜D3，所述第三区域位于所述第一区域的另一侧。
58.权利要求56的方法，其中还包括将能量施加到所述第一或第二层上，并且使得所述阀材料填充所述第一区域。
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