KR100763924B1 - 밸브 유닛, 이를 구비한 반응 장치 및, 채널에 밸브를형성하는 방법 - Google Patents

밸브 유닛, 이를 구비한 반응 장치 및, 채널에 밸브를형성하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100763924B1
KR100763924B1 KR1020060092926A KR20060092926A KR100763924B1 KR 100763924 B1 KR100763924 B1 KR 100763924B1 KR 1020060092926 A KR1020060092926 A KR 1020060092926A KR 20060092926 A KR20060092926 A KR 20060092926A KR 100763924 B1 KR100763924 B1 KR 100763924B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
valve
channel
valve material
pair
injection hole
Prior art date
Application number
KR1020060092926A
Other languages
English (en)
Inventor
박종면
이정건
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to US11/770,762 priority Critical patent/US8464760B2/en
Priority to EP20070113909 priority patent/EP1889661A1/en
Priority to JP2007206912A priority patent/JP5171153B2/ja
Priority to CN2007101410893A priority patent/CN101126465B/zh
Application granted granted Critical
Publication of KR100763924B1 publication Critical patent/KR100763924B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/00029—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor provided with flat sample substrates, e.g. slides
    • G01N35/00069—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor provided with flat sample substrates, e.g. slides whereby the sample substrate is of the bio-disk type, i.e. having the format of an optical disk
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0636—Integrated biosensor, microarrays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/00029—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor provided with flat sample substrates, e.g. slides
    • G01N2035/00099—Characterised by type of test elements
    • G01N2035/00158—Elements containing microarrays, i.e. "biochip"

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Temperature-Responsive Valves (AREA)

Abstract

본 발명은, 유체의 유로를 형성하는 채널(channel) 상에 서로 이격되게 마련되고, 상기 채널보다 깊게 파여진 한 쌍의 밸브 물질 챔버; 상온에서 고체 상태인 상전이 물질 및, 상기 상전이 물질에 분산된, 외부로부터의 전자기파 조사에 의한 전자기파 에너지를 흡수하여 발열하는 다수의 미세 발열입자를 포함하여 이루어진 밸브 물질을 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 사이의 채널 상에 주입하기 위한 밸브 물질 주입홀; 상기 밸브 물질 주입홀을 통해 주입된 밸브 물질이 채널 상에서 경화(硬化)되어 채널을 폐쇄하는 밸브; 및, 상기 밸브에 전자기파를 조사하기 위한 외부 에너지원;을 구비하고, 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 중에 적어도 하나는 상기 밸브 물질 주입홀과 겹쳐지지 않게 밸브갭(valve gap)만큼 이격되어, 상기 밸브 물질 주입홀을 통해 주입된 밸브 물질 중 일부가 상기 밸브갭에 남아 밸브를 형성하고, 나머지는 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버에 수용되도록 구성된 것을 특징으로 하는 밸브 유닛과, 이를 구비한 반응 장치를 제공한다. 또한, 채널 상에 밸브 물질을 주입하여 밸브를 형성하는 방법을 제공한다.

Description

밸브 유닛, 이를 구비한 반응 장치 및, 채널에 밸브를 형성하는 방법{Valve unit, reaction apparatus with the same, and valve forming method in channel}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸브 유닛을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1을 II-II을 따라 절개하여 도시한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 채널에 밸브가 형성되는 과정을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 순수 파라핀 왁스와, 레이저 조사에 의해 발열하는 미세 발열입자가 포함된 파라핀 왁스에 레이저를 조사할 때 녹는점 도달시간을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸브 유닛의 작동을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 밸브 유닛을 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반응 장치를 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7을 VIII-VIII을 따라 절개하여 도시한 단면도로서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 밸브 유닛을 도시한 도면이다.
도 9는 도 7을 IX-IX을 따라 절개하여 도시한 단면도로서, 본 발명의 제4 실시예에 따른 밸브 유닛을 도시한 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 밸브 유닛의 작동 시험 결과를 순차적으로 도시한 평면도이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 밸브 유닛의 작도 시험 결과를 순차적으로 도시한 평면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 ...기판 11... 하부 플레이트
12 ...상부 플레이트 13 ...양면 접착 테이프
16 ...채널 20 ...밸브 유닛
21, 23 ...밸브 물질 챔버 25 ...밸브 물질 주입홀
27, 28 ...밸브 30 ...레이저 광원
100 ...반응 장치 117 ...유체 유입홀
121, 123, 125 ...챔버 131, 133 ...밸브 물질 주입홀
150 ...레이저 광원 160 ...스핀들 모터
본 발명은 유체의 유동을 차단하였다가 적시에 채널을 따라 흐를 수 있게 개방하는 밸브 유닛과, 이를 구비한 반응장치와, 유체의 유동을 개방 가능하게 차단하는 밸브를 채널에 형성하는 방법에 관한 것이다.
예컨대, Lysis 반응, PCR 반응(Polymerase chain reaction)과 같은 생화학 반응에 사용되는 기판(다르게 말하면, 랩온어칩(lab-on-a-chip)) 등에는 유체의 유로를 형성하는 미세 채널이 형성되어 있으며, 유체가 흐르지 못하도록 상기 미세 채널을 차단하였다가 적시에 상기 미세 채널을 개방하여 유체의 유동시키는 밸브 유닛이 마련될 수 있다.
2004년 발행된 Anal. Chem. Vol. 76의 1824~1831 페이지에 공지된 생화학 반응용 기판과, 동일 문헌의 3740~3748 페이지에 공지된 생화학 반응용 기판은 파라핀 왁스만으로 이루어진 밸브를 구비하며, 상기 파라핀 왁스를 용융시키기 위한 가열 수단을 구비한다. 그런데, 미세 채널을 폐쇄하기 위하여 상당히 많은 양의 파라핀 왁스가 소요되고, 상기 많은 양의 파라핀 왁스를 용융시키기 위하여 큰 가열 수단을 구비하여야 하므로 생화학 반응용 기판을 소형화 및 집적화하기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 파라핀 왁스의 용융까지 가열 시간이 많이 소요되고, 채널 개방 시점의 정밀한 제어가 어렵다는 문제점도 있다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 채널을 개방 가능하게 폐쇄하는 밸브의 크기를 종래보다 소형화할 수 있는 밸브 유닛, 이를 구비한 반응 장치, 및 채널에 밸브를 형성하는 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 레이저와 같은 전자기파의 조사에 의해 폐쇄된 채널이 개방될 수 있는 밸브 유닛, 이를 구비한 반응 장치, 및 채널에 밸브를 형성하는 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 유체의 유로를 형성하는 채널(channel) 상에 서로 이격되게 마련되고, 상기 채널보다 깊게 파여진 한 쌍의 밸브 물질 챔버; 상온에서 고체 상태인 상전이 물질 및, 상기 상전이 물질에 분산된, 외부로부터의 전자기파 조사에 의한 전자기파 에너지를 흡수하여 발열하는 다수의 미세 발열입자를 포함하여 이루어진 밸브 물질을 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 사이의 채널 상에 주입하기 위한 밸브 물질 주입홀; 상기 밸브 물질 주입홀을 통해 주입된 밸브 물질이 채널 상에서 경화(硬化)되어 채널을 폐쇄하는 밸브; 및, 상기 밸브에 전자기파를 조사하기 위한 외부 에너지원;을 구비하고, 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 중에 적어도 하나는 상기 밸브 물질 주입홀과 겹쳐지지 않게 밸브갭(valve gap)만큼 이격되어, 상기 밸브 물질 주입홀을 통해 주입된 밸브 물질 중 일부가 상기 밸브갭에 남아 밸브를 형성하고, 나머지는 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버에 수용되도록 구성된 것을 특징으로 하는 밸브 유닛을 제공한다.
또한 본 발명은, 유체의 유로를 형성하는 채널(channel) 및, 상기 유체를 수용하기 위해 상기 채널 상에 형성된 유체 챔버(fluid chamber)를 구비한 기판과, 상기한 밸브 유닛을 구비한 반응 장치를 제공한다.
또한 본 발명은, 유체의 유로를 형성하는 채널(channel) 상에 서로 이격되게 마련되고, 상기 채널보다 깊게 파여진 한 쌍의 밸브 물질 챔버 및, 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 사이의 채널과 통하고, 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 중에서 적어도 하나와는 겹쳐지지 않게 밸브갭(valve gap)만큼 이격된 밸브 물질 주입홀을 구비하는 단계; 상온에서 고체 상태인 상전이 물질 및, 상기 상전이 물질에 분산된, 외부로부터의 전자기파 조사에 의한 전자기파 에너지를 흡수하여 발열하는 다수의 미세 발열입자를 포함하여 이루어진, 유동 가능한 밸브 물질을 상기 밸브 물질 주입홀을 통해 주입하여, 상기 밸브 물질의 일부를 상기 밸브갭에 남기고, 나머지를 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버에 수용시키는 단계; 및, 상기 밸브갭에 남겨진 밸브 물질을 경화(硬化)시켜 상기 채널을 폐쇄하는 밸브를 형성하는 단계;를 포함한 것을 특징으로 하는 채널에 밸브를 형성하는 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 외부 에너지원은 레이저를 조사하는 레이저 광원을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 레이저 광원은 레이저 다이오드(Laser Diode)를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 레이저 광원에서 조사되는 레이저는 적어도 1 mJ/pulse 의 에너지를 갖는 펄스 전자기파일 수 있다.
바람직하게는, 상기 레이저 광원에서 조사되는 레이저는 적어도 10 mW 의 출력을 갖는 연속파동 전자기파일 수 있다.
바람직하게는, 상기 레이저 광원에서 조사되는 레이저는 750 내지 1300 ㎚ 의 파장을 가질 수 있다.
바람직하게는, 상기 미세 발열입자는 소수성(疏水性) 캐리어 오일에 분산되어 있을 수 있다.
바람직하게는, 상기 미세 발열입자는 중합체, 퀀텀 도트(quantum dot), 및 자성비드(magnetic bead)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 입 자 형태를 가질 수 있다.
바람직하게는, 상기 자성비드는 Fe, Ni, Cr 및, 이들의 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 성분으로 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 상전이 물질은 왁스, 겔, 열가소성 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
바람직하게는, 상기 왁스는, 파라핀 왁스(paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(microcrystalline wax), 합성 왁스(synthetic wax), 및 천연 왁스(natural wax)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
바람직하게는, 상기 겔은, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates) 및, 폴리비닐아미드(polyvinylamides)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
바람직하게는, 상기 열가소성 수지는, COC, PMMA, PC, PS, POM, PFA, PVC, PP, PET, PEEK, PA, PSU 및, PVDF로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
바람직하게는, 상기 밸브 물질 챔버의 깊이는 1 내지 3 mm 일 수 있다.
바람직하게는, 상기 밸브갭은 200 내지 400 ㎛ 일 수 있다.
한편, 상기 반응 장치의 밸브 물질 챔버와 유체 챔버는 일체로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 기판은 서로 본딩(bonding)된 상부 및 하부 플레이트를 구비하고, 상기 상부 플레이트에는 상기 밸브 물질 주입홀이 형성되고, 상기 하부 플레이트에는 상기 밸브 물질 챔버 및 유체 챔버가 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 상부 플레이트와 하부 플레이트는 양면 접착 테이프를 매개로 하여 서로 본딩되고, 상기 양면 접착 테이프의 상측면에 상기 채널이 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 반응 장치는 상기 기판을 회전시키는 회전수단을 더 구비하고, 상기 기판의 회전에 의한 원심력에 의해 상기 유체가 펌핑(pumping)되도록 구성될 수 있다.
또한 본 발명은, 유체의 유로를 형성하는 채널(channel) 상에 서로 이격되게 마련되고, 상기 채널보다 깊게 파여진 한 쌍의 밸브 물질 챔버; 상온에서 고체 상태이나 전자기파 에너지를 흡수하면 용융되는 상전이 물질을 포함하여 이루어진 밸브 물질을 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 사이의 채널 상에 주입하기 위한 밸브 물질 주입홀; 상기 밸브 물질 주입홀을 통해 주입된 밸브 물질이 채널 상에서 경화(硬化)되어 채널을 폐쇄하는 밸브; 및, 상기 밸브에 전자기파를 조사하여 상기 밸브 물질을 용융시키기 위한 외부 에너지원;을 구비하고, 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 중에 적어도 하나는 상기 밸브 물질 주입홀과 겹쳐지지 않게 밸브갭(valve gap)만큼 이격되어, 상기 밸브 물질 주입홀을 통해 주입된 밸브 물질 중 일부가 상기 밸브갭에 남아 밸브를 형성하고, 나머지는 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버에 수용되도록 구성된 것을 특징으로 하는 밸브 유닛과, 이를 구비한 반응 장치를 제공한다.
또한 본 발명은, 유체의 유로를 형성하는 채널(channel) 상에 서로 이격되게 마련되고, 상기 채널보다 깊게 파여진 한 쌍의 밸브 물질 챔버 및, 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 사이의 채널과 통하고, 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 중에서 적어도 하나와는 겹쳐지지 않게 밸브갭(valve gap)만큼 이격된 밸브 물질 주입홀을 구비하는 단계; 상온에서 고체 상태이나 전자기파 에너지를 흡수하면 용융되는 상전이 물질을 포함하여 이루어진 밸브 물질을 상기 밸브 물질 주입홀을 통해 주입하여, 상기 밸브 물질의 일부를 상기 밸브갭에 남기고, 나머지를 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버에 수용시키는 단계; 및, 상기 밸브갭에 남겨진 밸브 물질을 경화(硬化)시켜 상기 채널을 폐쇄하는 밸브를 형성하는 단계;를 포함한 것을 특징으로 하는 채널에 밸브를 형성하는 방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 밸브 유닛과, 이를 구비한 반응 장치와, 채널에 밸브를 형성하는 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸브 유닛을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1을 II-II을 따라 절개하여 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸브 유닛(20)은 유체의 유로를 형성하는 채널(channel, 16) 상에서 서로 이격되게 마련되고, 상기 채널(16)보다 깊게 파여진 한 쌍의 밸브 물질 챔버(21, 23)와, 용융된 밸브 물질(V(m), 도 3a 참조)을 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버(21, 23) 사이의 채널(16) 상에 주입하기 위한 밸브 물질 주입홀(25)과, 상기 밸브 물질(V(m))이 채널 상에서 경화(硬化)되어 형성된 한 쌍의 밸브(27, 28)와, 상기 한 쌍의 밸브(27, 28)에 전 자기파를 조사하기 위한 외부 에너지원의 일 예로서, 레이저 광원(30)을 포함한다.
상기 채널(16)과, 밸브 물질 챔버(21, 23)와, 밸브 물질 주입홀(25)은, 소위 랩온어칩(lab-on-a chip)이라 불리는 생화학 유체의 반응 장치의 기판(10)에 형성될 수 있다. 상기 기판(10)은 서로 본딩(bonding)된 하부 및 상부 플레이트(11, 12)를 구비한다. 도 1에 도시된 실시예에서는 하부 플레이트(11)와 상부 플레이트(12)가 양면 접착 테이프(13)에 의해 본딩된다. 그러나, 본딩 방법은 이에 한하지 않으며 초음파 융착 등 다른 방법에 의해 한 쌍의 플레이트(11, 12)가 본딩될 수도 있다.
상기 하부 플레이트(11)에는 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버(21, 23)가 형성되어 있고, 상기 상부 플레이트(12)에는 상기 밸브 물질 주입홀(25)이 형성되어 있다. 상기 양면 접착 테이프(13)의 상측면에 상기 채널(16)이 형성되고, 밸브 물질 챔버(21, 23)에 대응되는 홀(hole)이 형성된다. 상기 채널(16)은 폭(W)이 대략 1mm, 깊이(D1)가 대략 0.1mm 정도의 마이크로 채널로 형성된다. 한편, 상부 플레이트(12)와 하부 플레이트(11)가 양면 접착 테이프를 매개로 하지 않고 본딩되는 경우에는 상부 플레이트(12) 또는 하부 플레이트(11)에 채널이 형성될 수 있다.
상기 밸브 물질 주입홀(25)은 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버(21, 23) 사이의 채널(16)과 통하도록 상부 플레이트(12)를 관통하여 형성되고, 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버(21, 23)와 일부분도 겹쳐지지 않게 위치한다. 채널(16) 상에서 유체 흐름의 상류측에 마련된 제1 밸브 물질 챔버(21)와 밸브 물질 주입홀(25)의 내주면 경계는 제1 밸브갭(G1A) 만큼 이격되어 있고, 채널(16) 상에서 유체 흐름의 하류측 에 마련된 제2 밸브 물질 챔버(23)와 밸브 물질 주입홀(25)의 내주면 경계는 제2 밸브갭(G1B) 만큼 이격되어 있다.
상기 밸브 물질 주입홀(25)을 통하여 용융된 밸브 물질(V(m), 도 3a 참조)이 주입되어 채널(16)을 폐쇄하는 한 쌍의 밸브(27, 28)가 형성된다. 도 3a 및 도 3b는 도 2의 채널에 밸브가 형성되는 과정을 순차적으로 도시한 단면도로서, 이하에서 이 도면들을 참조하여 채널(16)에 밸브(27, 28)를 형성하는 방법을 설명한다.
도 3a를 참조하면, 먼저 상기 밸브 물질 주입홀(15)을 통하여 채널(16)에 용융된 밸브 물질(V(m))을 주입한다. 상기 밸브 물질(V(m)의 주입에는 피펫(5)과 같은 도구가 이용될 수 있다. 상기 밸브 물질(V(m))은 상온에서는 경화(硬化)되어 고체 상태가 되며, 대략 섭씨 70도 이상의 고온에서는 용융되어 유동 가능한 상태로 존재한다. 상기 밸브 물질(V(m))은 채널(16)을 따라 확산된다. 상기 밸브 물질 주입홀(25)의 위치에서 채널(16)의 상류 측으로 확산된 밸브 물질(V(m))의 일부는 제 1 밸브갭(G1A)에 남겨지고, 나머지는 제1 밸브 물질 챔버(21)로 흘러가 수용된다. 상기 밸브 물질 주입홀(25)의 위치에서 채널(16)의 하류 측으로 확산된 밸브 물질(V(m))의 일부는 제2 밸브갭(G1B)에 남겨지고, 나머지는 제2 밸브 물질 챔버(23)로 흘러가 수용된다.
도 3b를 참조하면, 기판(10) 내부로 주입된 밸브 물질(V(m), 도 3a 참조)은 상온에서 방치되면 경화되어 고체 상태의 밸브 물질(V(h))로 변한다. 상기 제1 밸브갭(G1A)과 제2 밸브갭(G1B)에 남겨져서 경화된 밸브 물질(V(h))이 채널(16)을 폐쇄하는 주밸브(27)와 보조 밸브(28)가 된다. 상기 밸브들(27, 28)이 각각 유체의 압력을 견디고 누출을 방지할 수 있도록 상기 밸브갭들(G1A, GaB)은 각각 200 내지 400 ㎛ 의 길이를 갖는다. 상기 밸브 물질 챔버들(21, 23)은 밸브갭(G1A, G1B)에 남겨지지 않은 밸브 물질(V(h))이 아래로 가라앉아 채널(16)을 통한 유체의 유동을 방해하지 않도록 채널(16)의 깊이(D1)보다 충분히 깊게 파여져 있으며, 바람직한 실시예에서 그 깊이(D2)는 1 내지 3 mm 일 수 있다.
한편, 상기 밸브 물질(V(m) 또는 V(h))은 고체 상태인 상전이 물질과, 상기 상전이 물질에 고르게 분산된 다수의 미세 발열입자를 포함하여 이루어진다. 상기 상전이 물질은 왁스(wax)일 수 있다. 상기 왁스는 가열되면 용융하여 액체 상태로 변하며, 부피 팽창한다. 상기 왁스로는, 예컨대 파라핀 왁스(paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(microcrystalline wax), 합성 왁스(synthetic wax), 또는 천연 왁스(natural wax) 등이 채용될 수 있다.
한편, 상기 상전이 물질은 겔(gel) 또는 열가소성 수지일 수도 있다. 상기 겔로는, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates), 또는 폴리비닐아미드(polyvinylamides) 등이 채용될 수 있다. 또한, 상기 열가소성 수지로는, COC, PMMA, PC, PS, POM, PFA, PVC, PP, PET, PEEK, PA, PSU, 또는 PVDF 등이 채용될 수 있다.
상기 미세 발열입자는 대략 0.1 mm 정도의 깊이(D1)를 갖는 채널(16)을 자유롭게 통과할 수 있게 수십 내지 수백 나노미터(nm)의 직경을 갖는다. 상기 미세 발열입자는 예컨데 레이저와 같은 전자기파가 조사되면 그 복사 에너지에 의해 온도가 급격히 상승하여 발열하는 성질을 가지며, 왁스에 고르게 분산되는 성질을 갖는 다. 이러한 성질을 갖도록 상기 미세 발열입자는 금속 성분을 포함하는 코어(core)와, 소수성(疏水性) 표면 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 미세 발열입자는 Fe로 이루어진 코어와, 상기 Fe에 결합되어 Fe를 감싸는 복수의 계면활성성분(surfactant)을 구비한 분자구조를 가질 수 있다.
통상적으로, 상기 미세 발열입자들은 캐리어 오일(carrrier oil)에 분산된 상태로 보관된다. 소수성 표면구조를 갖는 상기 미세 발열입자가 고르게 분산될 수 있도록 캐리어 오일도 소수성인 것이 바람직하다. 왁스에 상기 미세 발열입자들이 분산된 캐리어 오일을 부어 혼합함으로써 밸브 충전물(M)을 제조할 수 있다. 상기 미세 발열입자의 입자 형태는 상기 예로써 든 중합체(polymer) 형태에 한정되는 것은 아니며, 퀀텀 도트(quantum dot) 또는 자성비드(magnetic bead)의 형태도 가능하다. 상기 자성비드는 Fe, Ni, Cr, 또는 이들의 산화물과 같은 강자성 물질를 성분으로 포함할 수도 있다.
도 4는 순수 파라핀 왁스와, 레이저 조사에 의해 발열하는 미세 발열입자가 포함된 파라핀 왁스에 레이저를 조사할 때 녹는점 도달시간을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 실선으로 도시된 그래프가 순수(100%) 파라핀 왁스의 온도 그래프이고, 점선으로 도시된 그래프가 평균 직경 10 nm 의 미세 발열입자가 분산된 캐리어 오일과 파라핀 왁스가 1 대 1 비율로 혼합된 50% 불순물(미세 발열입자) 파라핀 왁스의 온도 그래프이며, 이점 쇄선으로 도시된 그래프는 평균 직경 10 nm 의 미세 발열입자가 분산된 캐리어 오일과 파라핀 왁스가 1 대 4 비율로 혼합된 20% 불순물(미세 발열입자) 파라핀 왁스의 온도 그래프이다. 808 ㎚ 의 파장을 갖는 레이저가 실험에 사용되었다. 파라핀 왁스의 녹는점은 대략 섭씨 68 내지 74도이다. 도 5를 참조하면, 순수 파라핀 왁스는 레이저 조사 후 20초 이상이 경과되어야 녹는점에 도달한다((ii) 참조). 반면에, 50% 불순물(미세 발열입자) 파라핀 왁스 및 20% 불순물(미세 발열입자) 파라핀 왁스는 레이저 조사 후 급속히 가열되어 대략 5초 만에 녹는점에 도달하는 것을 확인할 수 있다((i) 참조).
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 상기 레이저 광원(30)은 레이저 다이오드(Laser Diode)를 구비할 수 있다. 펄스 레이저를 조사하는 경우 적어도 1 mJ/pulse 의 에너지를 갖는 펄스 레이저를, 연속파동 레이저를 조사하는 경우 적어도 10 mW 의 출력을 갖는 연속파동 레이저를 조사할 수 있는 레이저 광원이라면 레이저 광원(30)으로 채용될 수 있다.
기판(10) 상측에서 레이저 광원(30)으로부터 조사된 레이저가 주(主)밸브(27)와 보조 밸브(28)에 투사(透射)될 수 있도록 상부 플레이트(12)의 전부, 또는 적어도 밸브 물질 주입홀(25) 주변부는 투명하여야 한다. 따라서, 상부 플레이트(30)는 유리 또는 투명 플라스틱으로 된 것이 바람직하다. 상기 하부 플레이트(11)는 상부 플레이트(12)와 동일한 재질로 이루어질 수 있고, 열전달 성능이 우수한 실리콘(Si) 등의 재질로 이루어질 수도 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸브 유닛의 작동을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 5a를 참조하면, 채널(16)의 상류 측에 유입된 유체(F)는 채널(16)을 폐쇄 하는 주밸브(27)에 막혀 채널(16)의 하류 측으로 진행하지 못한다. 보조 밸브(28)는 상기 주밸브(27)에서 차단되지 않고 누출될 수도 있는 유체(F)를 재차 차단하는 기능을 수행한다. 상기 레이저 광원(30)으로부터 레이저(L)가 주밸브(27) 및 보조 밸브(28)에 조사되면 상기 밸브(27, 28)를 구성하는 경화된 밸브 물질(V(h))이 미세 발열입자의 발열에 의해 급속히 용융되고, 유체(F)의 압력에 의해 밸브(27, 28)는 파괴된다. 도 5b를 참조하면, 상기 용융된 밸브 물질은 유체(F)의 압력에 밀려 제2 밸브 물질 챔버(23)에 수용되고, 채널(16)이 개방되어 유체(F)가 채널(16)의 하류측으로 유동한다. 상기 레이저(L)의 조사가 중단되면 제2 밸브 물질 챔버(23)에 수용된 밸브 물질은 급속히 경화(硬化)한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 밸브 유닛을 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 밸브 유닛(60)은, 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸브 유닛(20, 도 1 및 도 2 참조)과 마찬가지로, 유체의 유로를 형성하는 채널(46) 상에서 서로 이격되게 마련되고, 상기 채널(46)보다 깊게 파여진 한 쌍의 밸브 물질 챔버(51, 53)와, 용융된 밸브 물질(V(m), 도 3a 참조)을 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버(51, 53) 사이의 채널(46) 상에 주입하기 위한 밸브 물질 주입홀(55)과, 상기 밸브 물질(V(m))이 채널 상에서 경화(硬化)되어 형성된 밸브(57)와, 상기 밸브(57)에 레이저(laser)를 조사하기 위한 레이저 광원(60)을 포함한다. 상기 채널(46)과, 밸브 물질 챔버(51, 53)와, 밸브 물질 주입홀(55)은, 서로 본딩(bonding)된 하부 및 상부 플레이트(41, 42)를 구비하여 이루어진 기판(40)에 형성된다.
상기 밸브 물질 주입홀(55)은 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버(51, 53) 사이의 채널(46)과 통하도록 상부 플레이트(42)를 관통하여 형성된다. 상기 밸브 물질 주입홀(55)은 채널(46) 상에서 유체 흐름의 상류측에 마련된 제1 밸브 물질 챔버(51)와는 겹쳐지지 않게 위치하며, 상기 밸브 물질 주입홀(55)의 내주면 경계는 밸브갭(G2) 만큼 이격되어 있다. 한편, 상기 밸브 물질 주입홀(55)은 채널(46) 상에서 유체 흐름의 하류측에 마련된 제2 밸브 물질 챔버(53)와는 겹쳐지게 위치한다.
상기 밸브 물질 주입홀(55)을 통하여 주입되는 용융된 밸브 물질(V(m), 도 3a 참조) 중 일부는 상기 밸브갭(G2)에 남아 경화되어 채널(46)을 폐쇄하는 밸브(57)를 형성하고, 나머지는 제1 밸브 물질 챔버(51)와 제2 밸브 물질 챔버(53)로 흘러가 경화(硬化)된다(V(h)). 본 발명의 제2 실시예에 따른 밸브 유닛(50)은 한 쌍의 밸브 물질 챔버(51, 53) 사이 간격을 제1 실시예에 따른 밸브 유닛(20, 도 1 및 도 2 참조)보다 줄일 수 있어, 기판(40)을 보다 더 집적화할 수 있다는 장점이 있다. 한편, 도면 참조번호 43은 하부 플레이트(41)와 상부 플레이트(42)를 본딩하기 위한 양면 접착 테이프이며, 상기 양면 접착 테이프(43)에 그루브(groove)를 형성하여 상기 채널(46)을 만들어낼 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반응 장치를 도시한 사시도이고, 도 8은 도 7을 VIII-VIII을 따라 절개하여 도시한 단면도로서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 밸브 유닛을 도시한 도면이며, 도 9는 도 7을 IX-IX을 따라 절개하여 도시한 단면도로서, 본 발명의 제4 실시예에 따른 밸브 유닛을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반응 장치(100)는 원반 형태의 기판(110)과 상기 기판(110)을 회전시키기 위한 스핀들 모터(160)와 상기 기판(110)을 향해 레이저를 조사하는 레이저 광원(150)을 구비한다. 상기 기판(110)에는 유체가 유입되는 유체 유입홀(117)과, 상기 유체가 수용될 수 있는 챔버(121, 123, 125)와, 상기 챔버(121, 123, 125)를 연결하는 채널(116, 도 8 및 도 9 참조)을 구비하여 이루어진 복수 개의 반응 유닛(115)이 마련된다. 도 7에 도시된 기판(110)에는 한 쌍의 반응 유닛(115)이 구비되어 있으나, 하나의 반응 유닛이나 3개 이상의 반응 유닛이 마련된 기판도 본 발명에 포함된다.
구체적으로, 상기 챔버(121, 123, 125)는 유체의 성분을 분리, 농축, 정제하는 반응, 또는 PCR 반응이나 lysis 반응 등이 진행되고 관찰될 수 있는 장소로서, 기판(110)의 중심부에서 외주부를 향하여 제1 챔버(121), 제2 챔버(123) 및, 제3 챔버(125)가 일렬로 위치한다. 상기 기판(110)은 서로 본딩된 하부 플레이트(111)와 상부 플레이트(112)를 구비하며, 상기 챔버들(121, 123, 125)은 상기 하부 플레이트(111)에 형성된다. 상기 스핀들 모터(160)는 기판(110)을 회전시키기 위한 회전수단의 일 예로서, 유체 유입홀(117)을 통해 기판(110) 내부로 유입된 유체는 기판(110)의 회전에 의한 원심력에 의해 기판(110)의 외주 방향으로 펌핑(pumping)된다.
상기 반응 장치(100)는 제1 챔버(121)와 제2 챔버(123) 사이의 채널(116)을 폐쇄하였다가 적시에 개방하기 위한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 밸브 유닛(120A, 도 8 참조)와, 제2 챔버(123)와 제3 챔버(125) 사이의 채널(116)을 폐쇄하였다가 적시에 개방하기 위한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 밸브 유닛(120B, 도 9 참조)을 구비한다. 도면 참조번호 113은 하부 플레이트(111)와 상부 플레이트(112)를 본딩하기 위한 양면 접착 테이프이며, 상기 양면 접착 테이프(113)에 그루브(groove)를 형성하여 상기 채널(116)을 만들어낼 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 밸브 유닛(120A)은 상기 제1 챔버(121) 및 제2 챔버(123)와, 상기 한 쌍의 챔버(121, 123) 사이의 채널(116)과 통하도록 상부 플레이트(112)를 관통하여 형성된 제1 밸브 물질 주입홀(131)과, 용융된 밸브 물질(V(m), 도 3a 참조)이 채널(116) 상에서 경화(硬化)되어 형성된 한 쌍의 밸브(141, 142)와, 상기 한 쌍의 밸브(141, 142)에 레이저(laser)를 조사하기 위한 레이저 광원(150)을 포함한다.
상기 제1 밸브 물질 주입홀(131)은 상기 제1 챔버(121) 및 제2 챔버(123)와 일부분도 겹쳐지지 않게 위치한다. 상기 제1 챔버(121)와 제1 밸브 물질 주입홀(131)의 내주면 경계는 제1 밸브갭(G3A) 만큼 이격되어 있고, 상기 제2 챔버(123)와 제1 밸브 물질 주입홀(131)의 내주면 경계는 제2 밸브갭(G3B) 만큼 이격되어 있다. 상기 제1 밸브 물질 주입홀(131)을 통하여 주입되는 용융된 밸브 물질(V(m), 도 3a 참조) 중 일부는 상기 제1 밸브갭(G3A)과 제2 밸브갭(G3B)에 남아 경화되어 각각 주밸브(141)와 보조 밸브(142)를 형성하고, 나머지는 제1 챔버(121)와 제2 챔버(123)로 흘러가 경화(硬化)된다(V(h)).
상기 제1 챔버(121)와 제2 챔버(123)는 상술한 바와 같이 반응 대상인 유체가 수용되는 장소일 뿐만 아니라, 밸브 물질이 수용되는 장소이기도 하다. 따라서, 상기 반응 장치(100)에서 유체를 수용하는 유체 챔버와 밸브 물질을 수용하는 밸브 물질 챔버가 일체로 형성되었다고 할 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 밸브 유닛(120B)은 상기 제2 챔버(123) 및 제3 챔버(125)와, 상기 한 쌍의 챔버(123, 125) 사이의 채널(116)과 통하도록 상부 플레이트(112)를 관통하여 형성된 제2 밸브 물질 주입홀(133)과, 용융된 밸브 물질(V(m), 도 3a 참조)이 채널(116) 상에서 경화(硬化)되어 형성된 밸브(143)와, 상기 밸브(143)에 레이저(laser)를 조사하기 위한 레이저 광원(150)을 포함한다. 도 7에 가상선으로 도시된 바와 같이 상기 레이저 광원(150)은 필요에 따라 제1 밸브 물질 주입홀(131) 상에서 제2 밸브 물질 주입홀(133) 상으로 이동시킬 수 있다. 또는, 상기 레이저 광원(150)을 제1 밸브 물질 주입홀(131) 상에 고정시켜 두고, 예컨대 하나 이상의 미러(mirror)를 포함하는 광로변경수단을 이용하여 제2 밸브 물질 주입홀(133) 주변으로 레이저를 조사할 수도 있다.
상기 제2 밸브 물질 주입홀(133)은 상기 제2 챔버(123)와는 겹쳐지게 위치하나, 상기 제3 챔버(125)와는 겹쳐지지 않게 위치한다. 상기 제2 밸브 물질 주입홀(133)의 내주면 경계는 제3 챔버(125)와 밸브갭(G4) 만큼 이격되어 있다. 상기 제2 밸브 물질 주입홀(133)을 통하여 주입되는 용융된 밸브 물질(V(m), 도 3a 참조) 중 일부는 상기 밸브갭(G4)에 남아 경화되어 채널(116)을 폐쇄하는 밸브(143)를 형성하고, 나머지는 제2 챔버(123)와 제3 챔버(125)로 흘러가 경화(硬化)된다(V(h)). 상기 제2 챔버(123)와 제3 챔버(125)는 상술한 바와 같이 반응 대상인 유체가 수용되는 장소일 뿐만 아니라, 밸브 물질이 수용되는 장소이기도 하다. 따라서, 상기 반응 장치(100)에서 유체를 수용하는 유체 챔버와 밸브 물질을 수용하 는 밸브 물질 챔버가 일체로 형성되었다고 할 수 있다.
본 발명의 발명자는 본 발명의 밸브 유닛의 작동 여부를 확인하기 위하여 시험을 실시하였는 바, 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 밸브 유닛의 작동 시험 결과를 순차적으로 도시한 평면도이고, 도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 밸브 유닛의 작도 시험 결과를 순차적으로 도시한 평면도이다.
도 10a를 참조하면, 도 8의 제1 밸브갭(G3A)에 대응되는 주밸브(141)의 길이는 238 ㎛ 이며, 제2 밸브갭(G3B)에 대응되는 보조 밸브(142)의 길이는 342 ㎛ 이다. 상기 밸브들(141, 142)를 형성하는 밸브 물질(V(h), 도 8 참조)은 평균 직경 10 nm 의 미세 발열입자가 분산된 캐리어 오일과 파라핀 왁스가 1 대 1 비율로 혼합된 50% 불순물(미세 발열입자) 파라핀 왁스이다. 상기 밸브들(141, 142)에 의해 제1 챔버(121)와 제2 챔버(123) 사이의 채널(116)이 폐쇄되어 3600 rpm 의 회전 속도로 60초 동안 상기 기판(110)을 회전시켰음에도 제1 챔버(121)에 수용된 유체(F)가 제2 챔버(123)로 누출되지 않았다.
도 10b를 참조하면, 상기 제1 밸브 물질 주입공(131) 주변에 레이저를 1초 동안 조사하고 3000 rpm 의 회전 속도로 5초 동안 상기 기판(110)을 회전시키면, 밸브(141, 142)의 용융으로 상기 제1 챔버(121)와 제2 챔버(123) 사이의 채널(116)이 개방되어 유체(F)가 제1 챔버(121)에서 제2 챔버(123)로 이동된다.
도 11a를 참조하면, 도 9의 밸브갭(G4)에 대응되는 밸브(143)의 길이는 375 ㎛ 이다. 상기 밸브(143)를 형성하는 밸브 물질(V(h), 도 9 참조)은 평균 직경 10 nm 의 미세 발열입자가 분산된 캐리어 오일과 파라핀 왁스가 1 대 1 비율로 혼합된 50% 불순물(미세 발열입자) 파라핀 왁스이다. 상기 밸브(143)에 의해 제2 챔버(123)와 제3 챔버(125) 사이의 채널(116)이 폐쇄되어 3600 rpm 의 회전 속도로 60초 동안 상기 기판(110)을 회전시켰음에도 제2 챔버(123)에 수용된 유체(F)가 제3 챔버(125)로 누출되지 않았다.
도 11b를 참조하면, 상기 제2 밸브 물질 주입공(133) 주변에 레이저를 1초 동안 조사하고 3000 rpm 의 회전 속도로 5초 동안 상기 기판(110)을 회전시키면, 밸브(143)의 용융으로 상기 제2 챔버(123)와 제3 챔버(125) 사이의 채널(116)이 개방되어 유체(F)가 제2 챔버(123)에서 제3 챔버(125)로 이동된다.
한편, 비록 도면에 도시되진 않았으나 본 발명의 밸브 유닛은 다수의 미세 자성입자(magnetic bead)가 포함된 유체를 채널을 따라 이동시키는 경우나, 혼합된 유체를 밀도차에 의해 분리하여 채널을 따라 이동시키는 경우에도 적용될 수 있음을 시험을 통해 확인할 수 있었다.
한편, 미세 발열입자를 포함하지 않고 상전이 물질로만 이루어진 밸브 물질에 전자기파를 조사하여 밸브 물질을 용융시킴으로써 채널을 개방하는 밸브 유닛과, 이를 구비한 반응 장치도 본 발명에 포함되며, 상전이 물질로만 이루어진 밸브 물질을 주입하여 채널에 밸브를 형성하는 방법도 본 발명에 포함된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
본 발명에 의하면 종래의 경우와 달리 에어 펌프 또는 가열판 등이 기판에 포함되지 않으므로, 생화학 반응용 기판의 소형화 및 집적화가 용이하다. 또한, 레이저와 같은 전자기파의 조사에 의해 채널 개방이 유발되므로, 신속한 채널 개방이 가능하며, 채널 개방 시점의 정밀한 제어가 용이하다. 이를 통해 신속한 유체 반응 작업을 수행할 수 있다.

Claims (46)

  1. 유체의 유로를 형성하는 채널(channel) 상에 서로 이격되게 마련되고, 상기 채널보다 깊게 파여진 한 쌍의 밸브 물질 챔버;
    상온에서 고체 상태인 상전이 물질 및, 상기 상전이 물질에 분산된, 외부로부터의 전자기파 조사에 의한 전자기파 에너지를 흡수하여 발열하는 다수의 미세 발열입자를 포함하여 이루어진 밸브 물질을 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 사이의 채널 상에 주입하기 위한 밸브 물질 주입홀;
    상기 밸브 물질 주입홀을 통해 주입된 밸브 물질이 채널 상에서 경화(硬化)되어 채널을 폐쇄하는 밸브; 및,
    상기 밸브에 전자기파를 조사하기 위한 외부 에너지원;을 구비하고,
    상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 중에 적어도 하나는 상기 밸브 물질 주입홀과 겹쳐지지 않게 밸브갭(valve gap)만큼 이격되어, 상기 밸브 물질 주입홀을 통해 주입된 밸브 물질 중 일부가 상기 밸브갭에 남아 밸브를 형성하고, 나머지는 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버에 수용되도록 구성된 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 외부 에너지원은 레이저를 조사하는 레이저 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 레이저 광원은 레이저 다이오드(Laser Diode)를 포함한 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 레이저 광원에서 조사되는 레이저는 적어도 1 mJ/pulse 의 에너지를 갖는 펄스 전자기파인 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 레이저 광원에서 조사되는 레이저는 적어도 10 mW 의 출력을 갖는 연속파동 전자기파인 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 레이저 광원에서 조사되는 레이저는 750 내지 1300 ㎚ 의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 미세 발열입자는 소수성(疏水性) 캐리어 오일에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 미세 발열입자는 중합체, 퀀텀 도트(quantum dot), 및 자성비드(magnetic bead)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 입자 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 자성비드는 Fe, Ni, Cr 및, 이들의 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 폐쇄밸브 유닛.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 상전이 물질은 왁스, 겔, 열가소성 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 왁스는, 파라핀 왁스(paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(microcrystalline wax), 합성 왁스(synthetic wax), 및 천연 왁스(natural wax)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 겔은, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates) 및, 폴리비닐아미드(polyvinylamides)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는, COC, PMMA, PC, PS, POM, PFA, PVC, PP, PET, PEEK, PA, PSU 및, PVDF로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 밸브 물질 챔버의 깊이는 1 내지 3 mm 인 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 밸브갭은 200 내지 400 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
  16. 유체의 유로를 형성하는 채널(channel) 및, 상기 유체를 수용하기 위해 상기 채널 상에 형성된 유체 챔버(fluid chamber)를 구비한 기판과, 상기 채널을 폐쇄하였다가 적시에 개방하기 위한 밸브 유닛을 구비한 반응 장치에 있어서, 상기 밸브 유닛은,
    상기 채널 상에 서로 이격되게 마련되고, 상기 채널보다 깊게 파여진 한 쌍의 밸브 물질 챔버; 상온에서 고체 상태인 상전이 물질 및, 상기 상전이 물질에 분산된, 외부로부터의 전자기파 조사에 의한 전자기파 에너지를 흡수하여 발열하는 다수의 미세 발열입자를 포함하여 이루어진 밸브 물질을 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 사이의 채널 상에 주입하기 위한 밸브 물질 주입홀; 상기 밸브 물질 주입홀을 통해 주입된 밸브 물질이 채널 상에서 경화(硬化)되어 채널을 폐쇄하는 밸브; 상기 밸브에 전자기파를 조사하기 위한 외부 에너지원;을 구비하고,
    상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 중에 적어도 하나는 상기 밸브 물질 주입홀과 겹쳐지지 않게 밸브갭(valve gap)만큼 이격되어, 상기 밸브 물질 주입홀을 통해 주입된 밸브 물질 중 일부가 상기 밸브갭에 남아 밸브를 형성하고, 나머지는 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버에 수용되도록 구성된 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 외부 에너지원은 레이저를 조사하는 레이저 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 레이저 광원은 레이저 다이오드(Laser Diode)를 포함한 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 레이저 광원에서 조사되는 레이저는 적어도 1 mJ/pulse 의 에너지를 갖는 펄스 전자기파인 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 레이저 광원에서 조사되는 레이저는 적어도 10 mW 의 출력을 갖는 연속파동 전자기파인 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  21. 제17 항에 있어서,
    상기 레이저 광원에서 조사되는 레이저는 750 내지 1300 ㎚ 의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  22. 제16 항에 있어서,
    상기 미세 발열입자는 소수성(疏水性) 캐리어 오일에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  23. 제16 항에 있어서,
    상기 미세 발열입자는 중합체, 퀀텀 도트(quantum dot), 및 자성비드(magnetic bead)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 입자 형태 를 갖는 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 자성비드는 Fe, Ni, Cr 및, 이들의 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  25. 제16 항에 있어서,
    상기 상전이 물질은 왁스, 겔, 열가소성 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  26. 제25 항에 있어서,
    상기 왁스는, 파라핀 왁스(paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(microcrystalline wax), 합성 왁스(synthetic wax), 및 천연 왁스(natural wax)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  27. 제25 항에 있어서,
    상기 겔은, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates) 및, 폴리비닐아미드(polyvinylamides)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특 징으로 하는 반응 장치.
  28. 제25 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는, COC, PMMA, PC, PS, POM, PFA, PVC, PP, PET, PEEK, PA, PSU 및, PVDF로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  29. 제16 항에 있어서,
    상기 밸브 물질 챔버의 깊이는 1 내지 3 mm 인 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  30. 제16 항에 있어서,
    상기 밸브갭은 200 내지 400 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  31. 제16 항에 있어서,
    상기 밸브 물질 챔버와 유체 챔버는 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  32. 제16 항에 있어서,
    상기 기판은 서로 본딩(bonding)된 상부 및 하부 플레이트를 구비하고, 상기 상부 플레이트에는 상기 밸브 물질 주입홀이 형성되고, 상기 하부 플레이트에는 상기 밸브 물질 챔버 및 유체 챔버가 형성된 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  33. 제32 항에 있어서,
    상기 상부 플레이트와 하부 플레이트는 양면 접착 테이프를 매개로 하여 서로 본딩되고, 상기 양면 접착 테이프의 상측면에 상기 채널이 형성된 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  34. 제16 항에 있어서,
    상기 기판을 회전시키는 회전수단을 더 구비하고, 상기 기판의 회전에 의한 원심력에 의해 상기 유체가 펌핑(pumping)되도록 구성된 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  35. 유체의 유로를 형성하는 채널(channel) 상에 서로 이격되게 마련되고, 상기 채널보다 깊게 파여진 한 쌍의 밸브 물질 챔버 및, 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 사이의 채널과 통하고, 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 중에서 적어도 하나와는 겹쳐지지 않게 밸브갭(valve gap)만큼 이격된 밸브 물질 주입홀을 구비하는 단계;
    상온에서 고체 상태인 상전이 물질 및, 상기 상전이 물질에 분산된, 외부로부터의 전자기파 조사에 의한 전자기파 에너지를 흡수하여 발열하는 다수의 미세 발열입자를 포함하여 이루어진, 유동 가능한 밸브 물질을 상기 밸브 물질 주입홀을 통해 주입하여, 상기 밸브 물질의 일부를 상기 밸브갭에 남기고, 나머지를 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버에 수용시키는 단계; 및,
    상기 밸브갭에 남겨진 밸브 물질을 경화(硬化)시켜 상기 채널을 폐쇄하는 밸브를 형성하는 단계;를 포함한 것을 특징으로 하는 채널에 밸브를 형성하는 방법.
  36. 제35 항에 있어서,
    상기 미세 발열입자는 소수성(疏水性) 캐리어 오일에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 채널에 밸브를 형성하는 방법.
  37. 제35 항에 있어서,
    상기 미세 발열입자는 중합체, 퀀텀 도트(quantum dot), 및 자성비드(magnetic bead)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 입자 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 채널에 밸브를 형성하는 방법.
  38. 제37 항에 있어서,
    상기 자성비드는 Fe, Ni, Cr 및, 이들의 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 채널에 밸브를 형성하는 방법.
  39. 제35 항에 있어서,
    상기 상전이 물질은 왁스, 겔, 열가소성 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 채널에 밸브를 형성하는 방법.
  40. 제39 항에 있어서,
    상기 왁스는, 파라핀 왁스(paraffin wax), 마이크로크리스탈린 왁스(microcrystalline wax), 합성 왁스(synthetic wax), 및 천연 왁스(natural wax)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 채널에 밸브를 형성하는 방법.
  41. 제39 항에 있어서,
    상기 겔은, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates) 및, 폴리비닐아미드(polyvinylamides)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 채널에 밸브를 형성하는 방법.
  42. 제39 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는, COC, PMMA, PC, PS, POM, PFA, PVC, PP, PET, PEEK, PA, PSU 및, PVDF로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 채널에 밸브를 형성하는 방법.
  43. 제35 항에 있어서,
    상기 밸브갭은 200 내지 400 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 채널에 밸브를 형성하는 방법.
  44. 유체의 유로를 형성하는 채널(channel) 상에 서로 이격되게 마련되고, 상기 채널보다 깊게 파여진 한 쌍의 밸브 물질 챔버;
    상온에서 고체 상태이나 전자기파 에너지를 흡수하면 용융되는 상전이 물질을 포함하여 이루어진 밸브 물질을 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 사이의 채널 상에 주입하기 위한 밸브 물질 주입홀;
    상기 밸브 물질 주입홀을 통해 주입된 밸브 물질이 채널 상에서 경화(硬化)되어 채널을 폐쇄하는 밸브; 및,
    상기 밸브에 전자기파를 조사하여 상기 밸브 물질을 용융시키기 위한 외부 에너지원;을 구비하고,
    상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 중에 적어도 하나는 상기 밸브 물질 주입홀과 겹쳐지지 않게 밸브갭(valve gap)만큼 이격되어, 상기 밸브 물질 주입홀을 통해 주입된 밸브 물질 중 일부가 상기 밸브갭에 남아 밸브를 형성하고, 나머지는 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버에 수용되도록 구성된 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
  45. 유체의 유로를 형성하는 채널(channel) 및, 상기 유체를 수용하기 위해 상기 채널 상에 형성된 유체 챔버(fluid chamber)를 구비한 기판과, 상기 채널을 폐쇄하 였다가 적시에 개방하기 위한 밸브 유닛을 구비한 반응 장치에 있어서, 상기 밸브 유닛은,
    상기 채널 상에 서로 이격되게 마련되고, 상기 채널보다 깊게 파여진 한 쌍의 밸브 물질 챔버; 상온에서 고체 상태이나 전자기파 에너지를 흡수하면 용융되는 상전이 물질을 포함하여 이루어진 밸브 물질을 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 사이의 채널 상에 주입하기 위한 밸브 물질 주입홀; 상기 밸브 물질 주입홀을 통해 주입된 밸브 물질이 채널 상에서 경화(硬化)되어 채널을 폐쇄하는 밸브; 및, 상기 밸브에 전자기파를 조사하여 상기 밸브 물질을 용융시키기 위한 외부 에너지원;을 구비하고,
    상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 중에 적어도 하나는 상기 밸브 물질 주입홀과 겹쳐지지 않게 밸브갭(valve gap)만큼 이격되어, 상기 밸브 물질 주입홀을 통해 주입된 밸브 물질 중 일부가 상기 밸브갭에 남아 밸브를 형성하고, 나머지는 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버에 수용되도록 구성된 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  46. 유체의 유로를 형성하는 채널(channel) 상에 서로 이격되게 마련되고, 상기 채널보다 깊게 파여진 한 쌍의 밸브 물질 챔버 및, 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 사이의 채널과 통하고, 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버 중에서 적어도 하나와는 겹쳐지지 않게 밸브갭(valve gap)만큼 이격된 밸브 물질 주입홀을 구비하는 단계;
    상온에서 고체 상태이나 전자기파 에너지를 흡수하면 용융되는 상전이 물질을 포함하여 이루어진 밸브 물질을 상기 밸브 물질 주입홀을 통해 주입하여, 상기 밸브 물질의 일부를 상기 밸브갭에 남기고, 나머지를 상기 한 쌍의 밸브 물질 챔버에 수용시키는 단계; 및,
    상기 밸브갭에 남겨진 밸브 물질을 경화(硬化)시켜 상기 채널을 폐쇄하는 밸브를 형성하는 단계;를 포함한 것을 특징으로 하는 채널에 밸브를 형성하는 방법.
KR1020060092926A 2006-08-16 2006-09-25 밸브 유닛, 이를 구비한 반응 장치 및, 채널에 밸브를형성하는 방법 KR100763924B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/770,762 US8464760B2 (en) 2006-08-16 2007-06-29 Valve unit, reaction apparatus with the same, and method of forming valve in channel
EP20070113909 EP1889661A1 (en) 2006-08-16 2007-08-07 Valve unit, reaction apparatus with the same, and method of forming valve in channel
JP2007206912A JP5171153B2 (ja) 2006-08-16 2007-08-08 バルブユニット、これを備えた反応装置、及びチャンネルにバルブを形成する方法
CN2007101410893A CN101126465B (zh) 2006-08-16 2007-08-16 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

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060077127 2006-08-16
KR20060077127 2006-08-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100763924B1 true KR100763924B1 (ko) 2007-10-05

Family

ID=39094557

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060092926A KR100763924B1 (ko) 2006-08-16 2006-09-25 밸브 유닛, 이를 구비한 반응 장치 및, 채널에 밸브를형성하는 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR100763924B1 (ko)
CN (1) CN101126465B (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100955481B1 (ko) 2008-05-14 2010-04-30 삼성전자주식회사 밸브 유닛, 이를 구비한 미세유동장치, 및 상기 밸브유닛의 제조방법
KR101578149B1 (ko) * 2009-01-29 2015-12-17 삼성전자주식회사 미세유체 제어용 밸브 유닛, 및 이의 제조방법

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010140128A1 (en) * 2009-06-03 2010-12-09 Koninklijke Philips Electronics N.V. Valve with material having modifiable degree of penetrability
EP3519005B1 (en) * 2016-10-03 2023-09-13 Terumo BCT, Inc. Centrifugal fluid separation device
CN108591610B (zh) * 2018-04-27 2024-04-23 湖南乐准智芯生物科技有限公司 一种微流控系统及微阀、控制方法
CN108843855B (zh) * 2018-08-31 2024-03-12 湖南乐准智芯生物科技有限公司 一种微流控系统及常闭微阀、控制方法
CN113441198B (zh) * 2021-05-31 2023-01-10 深圳市博德致远生物技术有限公司 一种微流控芯片制备方法
CN114768899B (zh) * 2022-03-28 2024-04-16 广州万德康科技有限公司 应用相变阀的微流控芯片以及体外诊断装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6375901B1 (en) 1998-06-29 2002-04-23 Agilent Technologies, Inc. Chemico-mechanical microvalve and devices comprising the same
US6536476B2 (en) 2001-01-22 2003-03-25 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Flow rate-controlling method and microvalve therefor

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10251722A1 (de) * 2002-11-06 2004-05-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Träger für eine Probenkammer, insbesondere zur Kryokonservierung biologischer Proben
US7152616B2 (en) * 2002-12-04 2006-12-26 Spinx, Inc. Devices and methods for programmable microscale manipulation of fluids
CN1313355C (zh) * 2005-06-09 2007-05-02 上海交通大学 一种具有单片气动凝胶微阀的微泵
KR100763922B1 (ko) * 2006-04-04 2007-10-05 삼성전자주식회사 밸브 유닛 및 이를 구비한 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6375901B1 (en) 1998-06-29 2002-04-23 Agilent Technologies, Inc. Chemico-mechanical microvalve and devices comprising the same
US6536476B2 (en) 2001-01-22 2003-03-25 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Flow rate-controlling method and microvalve therefor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100955481B1 (ko) 2008-05-14 2010-04-30 삼성전자주식회사 밸브 유닛, 이를 구비한 미세유동장치, 및 상기 밸브유닛의 제조방법
KR101578149B1 (ko) * 2009-01-29 2015-12-17 삼성전자주식회사 미세유체 제어용 밸브 유닛, 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN101126465B (zh) 2011-08-24
CN101126465A (zh) 2008-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100846501B1 (ko) 밸브 유닛 및 이를 구비한 유체 처리 장치
JP5539615B2 (ja) 弁閉鎖ユニット及びそれを備えた反応装置
KR101258434B1 (ko) 미세유동 시스템 및,이의 제조방법
KR100763924B1 (ko) 밸브 유닛, 이를 구비한 반응 장치 및, 채널에 밸브를형성하는 방법
JP5171153B2 (ja) バルブユニット、これを備えた反応装置、及びチャンネルにバルブを形成する方法
KR100763922B1 (ko) 밸브 유닛 및 이를 구비한 장치
US7998433B2 (en) Valve unit and apparatus having the same
JP5600180B2 (ja) バルブユニット、これを備えた微細流動装置及びバルブユニットの駆動方法
US7980272B2 (en) Microfluidic valve, method of manufacturing the same, and microfluidic device comprising the microfluidic valve
KR100919400B1 (ko) 미세유동장치 및 그 제조방법
KR20100087923A (ko) 미세유체 제어용 밸브 유닛, 및 이의 제조방법
KR100763923B1 (ko) 폐쇄밸브 유닛 및 이를 구비한 반응장치
KR101391736B1 (ko) 미세유동 밸브, 상기 미세유동 밸브의 제조 방법 및 상기미세유동 밸브를 포함하는 미세유동 장치
KR101473871B1 (ko) 미세유체 제어용 밸브 유닛의 제조방법, 미세유체 제어용밸브 유닛 및, 상기 밸브 유닛을 구비한 미세유동 장치
JP2009274067A (ja) 弁ユニット、これを備えた微細流動装置、及び該弁ユニットの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120830

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130829

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140828

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150828

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee