KR20080073934A

KR20080073934A - 밸브 충전물 및 이를 구비한 밸브 유닛

Info

Publication number: KR20080073934A
Application number: KR1020070012799A
Authority: KR
Inventors: 박종면; 이범석
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2008-08-12
Also published as: US8281815B2; EP1967267B1; US20080187474A1; EP1967267A1

Abstract

본 발명은, 상전이 물질(phase transition material); 및, 캐리어 오일과 상기 캐리어 오일에 분산된 다수의 미세 발열입자를 포함하는, 상기 상전이 물질에 혼합되는 발열 유체;를 포함하며, 외부에서 공급된 에너지를 흡수하여 상기 미세 발열입자가 발열하고 그 열에 의해 상기 상전이 물질이 용융되어 유동 가능한 상태가 되고, 외부에서 에너지 공급이 없으면 상기 상전이 물질이 응고되어 유동 불가능한 상태가 되는 것을 특징으로 하는 밸브 충전물과, 이를 구비한 밸브 유닛을 제공한다.

Description

밸브 충전물 및 이를 구비한 밸브 유닛{Valve filler and Valve unit with the same}

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸브 유닛을 도시한 사시도로서, 도 1a는 채널이 폐쇄된 상태, 도 1b는 채널이 개방된 상태를 도시한 도면이다.

도 2a는 본 발명의 밸브 충전물에 포함되는 발열 유체의 자기력선속밀도에 대한 밸브 유닛의 반응 시간의 경향성을 나타내는 그래프이고, 도 2b는 본 발명의 밸브 충전물에 포함되는 파라핀 왁스의 녹는점에 대한 밸브 유닛의 반응 시간의 경향성을 나타내는 그래프이며, 도 2c는 본 발명의 밸브 충전물에 포함된 발열 유체의 체적비(volume ratio)에 대한 밸브 유닛의 반응 시간의 경향성을 나타내는 그래프이다.

도 3은 본 발명의 밸브 충전물에 포함되는 발열 유체의 자기력선속밀도와 파라핀 왁스의 녹는점이 고정된 경우에, 밸브 충전물에 포함된 발열 유체의 체적비(volume ratio)에 대한 밸브 유닛의 반응 시간의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 4는 본 발명의 밸브 충전물에 조사되는 레이저빔의 출력에 대한 밸브 유닛의 반응 시간의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 밸브 유닛을 도시한 사시도 로서, 도 5a는 채널이 개방된 상태, 도 5b는 채널이 폐쇄된 상태를 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 밸브 유닛을 도시한 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 ...밸브 유닛 11 ...기판

12, 13 ...상부, 하부 플레이트 14 ...채널

15, 16 ...제1, 제2 드레인 17 ...주입홀

18 ...밸브 갭(valve gap) 20 ...레이저 광원

본 발명은 미세유체공학(microfluidics)에서 유체의 흐름을 제어하기 위한 밸브 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체가 흐르는 채널(channel)을 폐쇄하기 위한 밸브 충전물과, 이를 구비한 밸브 유닛에 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 채널(micro-channel)이 형성되어 있으며, 유체가 흐르지 못하도록 상기 미세 채널을 폐쇄하였다가 적시에 개방하거나, 상기 미세 채널을 개방하였다가 적시에 폐쇄하는 밸브 유닛이 마련될 수 있다.

2004년 발행된 Anal. Chem. Vol. 76의 1824~1831 페이지에 공지된 반응 기판 과, 동일 문헌의 3740~3748 페이지에 공지된 반응 기판은 미세 채널을 폐쇄하기 위한 밸브 충전물이 파라핀 왁스만으로 이루어져 있으며, 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 반응 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 문제점을 해결하기 위한 것으로, 에너지 공급에 의해 용융되는 반응 시간이 빠른 새로운 유형의 밸브 충전물과 이를 구비한 밸브 유닛을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 상전이 물질(phase transition material); 및, 캐리어 오일과 상기 캐리어 오일에 분산된 다수의 미세 발열입자를 포함하는, 상기 상전이 물질에 혼합되는 발열 유체;를 포함하며, 외부에서 공급된 에너지를 흡수하여 상기 미세 발열입자가 발열하고 그 열에 의해 상기 상전이 물질이 용융되어 유동 가능한 상태가 되고, 외부에서 에너지 공급이 없으면 상기 상전이 물질이 응고되어 유동 불가능한 상태가 되는 것을 특징으로 하는 밸브 충전물과, 이를 구비한 밸브 유닛을 제공한다.

바람직하게는, 상기 상전이 물질은 왁스, 겔, 또는 열가소성 수지로 이루어 진 군에서 선택된 하나일 수 있다.

바람직하게는, 상기 왁스는 녹는점이 50 내지 80℃ 인 파라핀 왁스일 수 있다.

바람직하게는, 상기 발열 유체는 77 내지 92 중량% 의 캐리어 오일과, 1 내지 5 중량%의 미세 발열입자를 포함하고, 상기 미세 발열입자는 강자성(强磁性) 물질일 수 있다.

바람직하게는, 상기 미세 발열입자는 미세 금속 산화물 입자일 수 있다.

바람직하게는, 상기 발열 유체의 자기력선속밀도는 125 내지 250 G(gauss)일 수 있다.

바람직하게는, 상기 발열 유체의 체적비는 밸브 충전물 전체 체적의 10 내지 70 체적% 일 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 50 체적% 일 수 있다.

한편, 상기 밸브 유닛은 상기 밸브 충전물에 에너지를 공급하기 위한 외부 에너지원을 구비하며, 바람직하게는 상기 외부 에너지원은 전자기파를 조사할 수 있다.

바람직하게는, 상기 외부 에너지원은 레이저빔을 조사하는 레이저 광원을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 레이저 광원에서 조사되는 레이저빔은 적어도 10 mW 의 출력을 갖는 연속파동 레이저빔일 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 출력이 1.5 내지 2.0 W 일 수 있다.

바람직하게는, 상기 밸브 충전물은 상기 채널에서 응고되어 상기 채널을 폐 쇄하고, 상기 외부 에너지원에서 공급된 에너지를 흡수하고 용융되어 상기 채널을 개방하도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 밸브 충전물은 채널에 유입 가능하게 채널 주변에 마련되고, 상기 외부 에너지원에서 공급된 에너지를 흡수하고 용융되어 상기 채널에 유입되고, 상기 채널에서 응고되어 상기 채널을 폐쇄하도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 채널을 폐쇄하는 밸브 충전물은 상기 외부 에너지원에서 공급된 에너지를 흡수하고 용융되어 상기 채널을 다시 개방하도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 밸브 유닛은 상기 채널 상에 상기 용융된 밸브 충전물을 수용할 수 있는 드레인(drain)을 더 구비할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 밸브 충전물과 이를 구비한 밸브 유닛을 상세하게 설명한다.

도 1a를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸브 유닛(10)은 유체의 유로가 형성되는 채널(channel, 14)과, 상기 채널(14)을 폐쇄하기 위한 밸브 충전물(V)과, 상기 밸브 충전물(V)에 에너지를 공급하기 위한 외부 에너지원의 일 예로서, 레이저 광원(20)을 포함한다. 상기 채널(14)은 기판(11)에 형성되며, 폭(W)이 대략 1mm, 깊이(D)가 대략 0.1mm 정도의 마이크로 채널로 형성된다. 상기 기판(11)은 서로 본딩(bonding)된 상부 및 하부 플레이트(12, 13)를 구비한다. 상기 상부 플레이트(12)와 하부 플레이트(13)는 양면 접착 테이프(미도시)에 의해 본딩될 수도 있고, 초음파 융착 등 다른 방법에 의해 본딩될 수도 있다.

상기 하부 플레이트(13)에는 용융된 밸브 충전물(V)을 수용할 수 있는 제1 및 제2 드레인(15, 16)이 형성되고, 상기 상부 플레이트(12)에는 밸브 충전물(V)을 채널(14) 상에 주입할 수 있도록 주입홀(17)이 형성되어 있다. 상기 주입홀(17)은 제1 드레인(15)과는 겹쳐지지 않고, 제2 드레인(16)과는 부분적으로 겹쳐지게 위치한다. 이로 인해 상기 채널(14)의 제1 드레인(15)과 주입홀(17) 사이에는 밸브 갭(valve gap, 18)이 형성된다.

상기 주입홀(17)을 통하여 채널(14)에 용융된 상태의 밸브 충전물(V)을 주입하면, 일부는 채널(14)을 따라 제1 드레인(15) 측으로 확산되어 밸브 갭(18)에 남겨지고 나머지는 제1 드레인(15) 또는 제2 드레인(16)으로 흘러가 수용된다. 상기 밸브 갭(18)에 남겨진 밸브 충전물(V)은 상온에서 응고되어 채널(14)을 폐쇄한다.

한편, 상기 레이저 광원(20)은 레이저 다이오드(LD; laser diode)를 구비하여, 밸브 갭(18)에 응고된 밸브 충전물(V)을 향해 레이저빔(L)을 조사할 수 있게 마련된다. 상기 레이저 광원(20)이 밸브 갭(18)에 응고된 밸브 충전물(V)을 향해 레이저빔(L)을 조사하면, 레이저빔(L)을 통해 공급된 외부 에너지에 의해 상기 밸브 충전물(V)이 유동 가능하게 용융되며, 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 용융된 밸브 충전물(V)이 제1 드레인(15) 또는 제2 드레인(16)으로 흘러들어 채널(14)이 개방된다. 적어도 10 mW 출력을 갖는 연속파동 레이저빔(L)이면 밸브 충전물(V)을 용융시킬 수 있다.

상기 밸브 충전물(V)은 상전이 물질(phase transition material)과 발열 유체를 혼합하여 제조된다. 상기 상전이 물질은 왁스(wax), 겔(gel), 또는 열가소성 수지일 수 있다. 왁스로는 예컨대, 파라핀 왁스(paraffin wax)가 채용될 수 있고, 겔로는 예컨대, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates), 또는 폴리비닐아미드(polyvinylamides) 등이 채용될 수 있으며, 열가소성 수지로는 예컨대, COC(cyclic olefin copolymer), PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), PS(polystyrene), POM(polyoxymethylene), PFA(perfluoralkoxy), PVC(polyvinylchloride), PP(polypropylene), PET(polyethylene terephthalate), PEEK(polyetheretherketone), PA(polyamide), PSU(polysulfone), 또는 PVDF(polyvinylidene fluoride) 등이 채용될 수 있다.

상기 발열 유체는 소수성(疏水性) 캐리어 오일과, 상기 캐리어 오일에 분산된 다수의 미세 발열입자를 포함한다. 상기 미세 발열입자는 대략 0.1 mm 정도의 깊이(D)를 갖는 채널(14)을 자유롭게 통과할 수 있도록 수십 내지 수백 나노미터(nm)의 직경을 갖는다. 상기 미세 발열입자는 예컨대, 레이저빔 조사 등과 같은 방법으로 에너지가 공급되면 그 에너지에 의해 온도가 급격히 상승하여 발열하는 성질을 갖는다. 상기 미세 발열입자는 강자성(强磁性)의 미세한 금속 산화물 입자일 수 있다.

페로테크사(Ferrotech Inc.)에 의해 배포된 페로플루드™(Ferrofluid™)라는 상품이 상기 발열 유체로 사용될 수 있다. 페로테크사에 의해 배포된 자료에 따르 면 상기 페로플루드™는 77 내지 92 중량% 의 캐리어 오일과, 1 내지 5 중량% 의 평균 입자 직경 10 nm의 산화철 입자들과, 6 내지 16 중량% 의 분산제(dispersant)와, 1 내지 2 중량% 의 첨가제(additive)로 이루어진다. 상기 산화철 입자가 미세 발열입자이다. 페로테크사에 의해 배포되고 있는 페로플루드™ 는 자기력선속밀도가 125 G(gauss)인 제품과, 250 G인 제품이 있다. 상기 페로플루드™의 성분들 중에서 강자성(强磁性)을 띠는 것은 산화철 입자뿐이므로, 250 G 인 제품이 125 G 인 제품보다 산화철 입자가 더 많이 포함되어 있다고 추론할 수 있다.

밸브 충전물(V)은 응고된 상태에서 큰 압력에 파열되지 않고 견딜 수 있어야 하고, 외부 에너지 공급에 의해 용융되는 반응 시간이 빨라야 한다. 이와 같은 성능을 만족하는 최적의 밸브 충전물을 찾아내기 위하여 밸브 충전물(V)에 레이저빔(L)을 조사하여 채널(14)이 개방되는 반응 시간을 측정하는 시험이 수행되었다. 초고속 카메라를 이용하여 촬상한 연속 사진을 판독하여 상기 반응 시간을 측정하였다. 시험에서 상전이 물질로는 파라핀 왁스를 선택하였고, 발열 유체로는 페로플루드™를 선택하였으며, 조사되는 레이저빔(L)은 1.5 W 출력의 연속파동 레이저빔을 선택하였다.

최적의 밸브 충전물(V)을 찾아내기 위하여, 발열 유체에 포함된 미세 발열입자의 입자량, 상전이 물질의 녹는점, 및 밸브 충전물(V)에 포함된 발열 유체의 체적비(volume ratio)를 변수(factor)로 채택하였다. 상기 미세 발열입자의 입자량 변화에 따른 반응 시간의 경향성을 알아보기 위하여 자기력선속밀도가 각각 125 G 와 250 G 인 두 종류의 페로플루드™를 준비하고, 상기 상전이 물질의 녹는점 변화 에 따른 반응 시간의 경향성을 알아보기 위하여 녹는점이 각각 51 ℃ 와 71 ℃ 인 두 종류의 파라핀 왁스를 준비하고, 상기 발열 유체의 체적비(volume ratio) 변화에 따른 반응 시간의 경향성을 알아보기 위하여 발열 유체의 체적비가 각각 10 체적% 와 50 체적% 인 밸브 충전물(V)을 준비하였다. 다음의 표 1에는 상기 3 종류의 변수를 조합하여 제조된 8 종류의 밸브 충전물(V)의 반응 시간을 측정한 시험 결과가 기재되어 있다. 각 종류의 밸브 충전물(V)에 대하여 2회씩 시험이 실시되었다.

시험번호	자기력선속밀도(G)	녹는점(℃)	체적비(체적%)	반응 시간(sec)
1	125	51	10	4.219
2	250	51	10	1.625
3	125	71	10	46.002
4	250	71	10	6.428
5	125	51	50	1.019
6	250	51	50	0.841
7	125	71	50	2.249
8	50	71	50	0.84
9	125	51	10	5.228
10	250	51	10	2.644
11	125	71	10	40.219
12	250	71	10	10.002
13	125	51	50	1.412
14	250	51	50	0.694
15	125	71	50	2.294
16	250	71	50	2.849

상기 표 1의 데이터를 이용하여 상기 3 종류의 변수 각각에 대한 반응 시간의 그래프로 나타낸 것이 도 2a, 도 2b 및, 도 2c이다. 즉, 도 2a는 본 발명의 밸브 충전물에 포함되는 발열 유체의 자기력선속밀도에 대한 밸브 유닛의 반응 시간의 경향성을 나타내는 그래프로서, 자기력선속밀도가 125 G 일 때 반응 시간의 평균값과, 자기력선속밀도가 250 G 일 때의 반응 시간의 평균값을 플로팅(plotting)한 그래프이고, 도 2b는 본 발명의 밸브 충전물에 포함되는 파라핀 왁스의 녹는점에 대한 밸브 유닛의 반응 시간의 경향성을 나타내는 그래프로서, 파라핀 왁스의 녹는점이 51 ℃ 일 때의 반응 시간의 평균값과, 파라핀 왁스의 녹는점이 71 ℃ 일 때의 반응 시간의 평균값을 플로팅(plotting)한 그래프이다. 또한, 도 2c는 본 발명의 밸브 충전물에 포함된 발열 유체의 체적비(volume ratio)에 대한 밸브 유닛의 반응 시간의 경향성을 나타내는 그래프로서, 상기 체적비가 10 체적% 일 때의 반응 시간의 평균값과, 상기 체적비가 50 체적% 일 때의 반응 시간의 평균값을 플로팅(plotting)한 그래프이다.

상기 도 2a로부터 자기력선속밀도가 클수록 밸브 충전물(V)이 용융되는 반응 시간이 짧아지는 경향을 확인할 수 있다. 상술한 바와 같이 자기력선속밀도는 미세 발열입자의 입자량과 대체로 비례한다고 볼 수 있으므로, 미세 발열입자의 입자량이 많을수록 반응 시간이 짧아지는 경향을 갖는다고 추론할 수 있다. 한편, 표 1의 5번 시험 결과에서 보이는 바와 같이 자기력선속밀도가 125 G 인 때에도 다른 변수들의 선택에 따라 대략 1초 정도의 빠른 반응 시간을 나타낼 수 있다. 따라서, 자기력선속밀도 125 G 인 발열 유체가 본 발명의 밸브 충전물을 제조하는데 사용될 수 없는 것은 아니다.

상기 도 2b로부터 파라핀 왁스의 녹는점이 낮을수록 밸브 충전물(V)이 용융되는 반응 시간이 짧아지는 경향을 확인할 수 있다. 한편, 표 1의 8번 시험 결과에서 보이는 바와 같이 파라핀 왁스의 녹는점이 71 ℃ 인 때에도 다른 변수들의 선택에 따라 1초 이내의 빠른 반응 시간을 나타낼 수 있다. 따라서, 50 내지 100 ℃ 사이의 녹는점을 갖는 파라핀 왁스라면 충분히 본 발명의 밸브 충전물을 제조하는데 사용될 수 있다.

상기 도 2c로부터 밸브 충전물에 포함된 발열 유체의 체적비가 클수록 밸브 충전물(V)이 용융되는 반응 시간이 짧아지는 경향을 확인할 수 있다. 한편, 표 1의 2번 시험 결과에서 보이는 바와 같이 상기 발열 유체의 체적비가 10 체적% 인 때에도 다른 변수들의 선택에 따라 1.6초 정도의 비교적 빠른 반응 시간을 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 발열 유체의 체적비가 10 체적% 인 밸브 충전물도 본 발명의 밸브 충전물에 포함된다.

한편, 상기 표 1의 6번과 14번 시험 결과로부터 발열 유체의 자기력선속밀도가 250 G, 파라핀 왁스의 녹는점이 51 ℃, 발열 유체의 체적비가 50 체적% 인 밸브 충전물이 가장 반응 시간이 짧은 최적의 밸브 충전물임을 찾을 수 있었다.

발명자는 밸브 충전물에 포함된 발열 유체의 체적비와 반응 시간의 관계를 보다 명확히 파악하기 위하여 상기 발열 유체의 자기력선속밀도를 250 G, 파라핀 왁스의 녹는점을 51 ℃, 밸브 충전물에 조사되는 레이저빔은 1.5 W 출력의 연속파동 레이저빔으로 고정하고, 상기 발열 유체의 체적비를 변화시키면서 반응 시간을 측정하는 시험을 수행하였으며, 그 결과가 도 3에 개시되어 있다.

도 3을 참조하면, 반응 시간만 고려할 때에는 발열 유체의 체적비가 50 내지 70 체적% 인 경우가 가장 바람직하다. 그러나, 상기 체적비가 50 체적% 인 때에는 밸브 충전물이 응고된 상태에서 견딜 수 있는 압력이 411 kPa 이나, 상기 체적비가 70 체적% 인 때에는 상기 견딜 수 있는 압력이 125 kPa로 현저히 감소함을 확인할 수 있었다. 따라서, 상기 발열 유체의 체적비가 50 체적% 인 밸브 충전물이 반응 시간과 밸브 충전물이 견딜 수 있는 압력을 모두 고려할 때 최적의 밸브 충전물임을 찾을 수 있었다.

한편, 발명자는 최적 조건으로 선택된, 발열 유체의 자기력선속밀도가 250 G, 파라핀 왁스의 녹는점이 51 ℃, 발열 유체의 체적비가 50 체적% 인 밸브 충전물에 대하여 조사되는 레이저빔의 출력을 변화시키면서 반응 시간을 측정하는 시험을 수행하였으며, 그 결과가 도 4에 개시되어 있다.

도 4를 참조하면, 밸브 충전물에 조사되는 레이저빔의 출력이 1.5 내지 2.0 W 인 경우 반응 시간이 매우 짧아서 바람직하다. 레이저빔의 출력이 2.0 W 인 경우가 1.5 W 인 경우보다 반응 시간이 조금 더 짧지만 크게 차이가 없고, 소비 전력이 더 소모되므로, 출력이 1.5 W 인 레이저빔을 밸브 충전물에 조사하는 것이 더욱 바람직할 것이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 밸브 유닛을 도시한 사시도로서, 도 5a는 채널이 개방된 상태, 도 5b는 채널이 폐쇄된 상태를 도시한 도면이다.

도 5a를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 밸브 유닛(30)은 유체의 유로가 형성되는 채널(channel, 34)과, 상기 채널(34)을 폐쇄하기 위한 밸브 충전물(V)과, 상기 밸브 충전물(V)에 에너지를 공급하기 위한 외부 에너지원의 일 예로서, 레이저 광원(40)을 포함한다. 상기 채널(34)은 기판(31)에 형성되며, 상기 기판(31)은 서로 본딩(bonding)된 상부 및 하부 플레이트(32, 33)를 구비한다. 상기 상부 플레이트(32)와 하부 플레이트(33)는 양면 접착 테이프(미도시)에 의해 본딩될 수도 있고, 초음파 융착 등 다른 방법에 의해 본딩될 수도 있다.

상기 하부 플레이트(33)에는 채널(34)과, 상기 채널(34) 주변에 위치한 밸브 챔버(35)와, 상기 밸브 챔버(35)와 채널(34)을 연결하여 주는 연결부(37)가 형성되어 있다. 상기 밸브 챔버(35)에는 밸브 충전물(V)이 수용되며, 상기 상부 플레이트(32)에는 밸브 충전물(V)을 밸브 챔버(35)에 주입할 수 있도록 주입홀(36)이 형성되어 있다. 상기 주입홀(36)을 통하여 용융된 상태로 주입된 밸브 충전물(V)은 밸브 챔버(35) 내에서 응고된다. 상기 밸브 충전물(V)은 본 발명의 제1 실시예의 밸브 유닛(10)에 구비된 밸브 충전물(V)과 동일한 것이므로 중복된 설명은 생략한다.

한편, 상기 레이저 광원(40)은 레이저 다이오드(LD; laser diode)를 구비하여, 밸브 챔버(35) 내에서 응고된 밸브 충전물(V)을 향해 레이저빔(L)을 조사할 수 있게 마련된다. 상기 레이저 광원(40)이 밸브 챔버(35)에 응고된 밸브 충전물(V)을 향해 레이저빔(L)을 조사하면, 레이저빔(L)을 통해 공급된 외부 에너지에 의해 상기 밸브 충전물(V)이 유동 가능하게 용융되며 급격히 팽창한다. 이에 따라, 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 용융된 밸브 충전물(V)이 연결부(37)를 통하여 채널(34)로 이동하여 다시 응고됨으로써 채널(34)이 폐쇄된다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 밸브 유닛(50)은 유체의 유로가 형성되는 채널(channel, 54)과, 상기 채널(54)을 폐쇄하기 위한 밸브 충전물(V)과, 상기 밸브 충전물(V)에 에너지를 공급하기 위한 외부 에너지원의 일 예로서, 레이저 광원(60)을 포함한다. 상기 채널(54)은 기판(51)에 형성되며, 상기 기판(51)은 서로 본딩(bonding)된 상부 및 하부 플레이트(52, 53)를 구비한다. 상기 상부 플레이트(52)와 하부 플레이트(53)는 양면 접착 테이프(미도시)에 의해 본딩될 수도 있고, 초음파 융착 등 다른 방법에 의해 본딩될 수도 있다.

상기 하부 플레이트(53)에는 채널(54)과, 상기 채널(54) 주변에 위치한 밸브 챔버(55)와, 상기 밸브 챔버(55)와 채널(54)을 연결하여 주는 연결부(57)가 형성되어 있다. 또한, 상기 하부 플레이트(13)에는 용융된 밸브 충전물(V)을 수용할 수 있는 제1 및 제2 드레인(58, 59)이 채널(54) 상에 형성된다. 상기 제1 및 제2 드레인(58, 59)은 상기 연결부(57)의 양 측에 하나씩 마련된다.

상기 밸브 챔버(55)에는 밸브 충전물(V)이 수용되며, 상기 상부 플레이트(52)에는 밸브 충전물(V)을 밸브 챔버(55)에 주입할 수 있도록 주입홀(56)이 형성되어 있다. 상기 주입홀(56)을 통하여 용융된 상태로 주입된 밸브 충전물(V)은 밸브 챔버(55) 내에서 응고된다. 상기 밸브 충전물(V)은 본 발명의 제1 실시예의 밸브 유닛(10)에 구비된 밸브 충전물(V)과 동일한 것이므로 중복된 설명은 생략한다.

한편, 상기 레이저 광원(60)은 레이저 다이오드(LD; laser diode)를 구비하여, 기판(51) 내에서 응고된 밸브 충전물(V)을 향해 레이저빔(L)을 조사할 수 있게 마련된다. 밸브 충전물(V)이 밸브 챔버(55) 내에서 응고되어 있는 초기 상태에서 채널(54)은 개방되어 있다. 상기 레이저 광원(60)이 밸브 챔버(55)에 응고된 밸브 충전물(V)을 향해 레이저빔(L)을 조사하면, 레이저빔(L)을 통해 공급된 외부 에너지에 의해 상기 밸브 충전물(V)이 유동 가능하게 용융되며 급격히 팽창한다. 이에 따라, 용융된 밸브 충전물(V)이 연결부(57)를 통하여 채널(54)로 이동하여 다시 응고됨으로써 채널(54)이 폐쇄된다. 도면에 도시되진 않았으나, 이렇게 채널(54) 내에서 응고된 밸브 충전물(V)에 레이저빔(L)을 다시 조사하면, 상기 밸브 충전물(V)이 다시 유동 가능하게 용융되며, 용융된 밸브 충전물(V)이 제1 드레인(58) 또는 제2 드레인(59)으로 흘러들어 채널(54)이 개방된다.

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 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

본 발명의 밸브 충전물과 이를 구비한 밸브 유닛에 의하면, 채널이 형성된 기판에 접촉되지 않은 상태로 에너지를 공급함에 의해 빠른 반응 속도로 채널을 개방하거나 폐쇄할 수 있으며, 이를 구비하는 생화학 반응 장치를 단순화 소형화할 수 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 짧은 반응 시간, 큰 내압력(耐壓力)을 갖는 신뢰성있는 밸브 유닛의 구현이 가능하다.

Claims

상전이 물질(phase transition material); 및, 캐리어 오일과 상기 캐리어 오일에 분산된 다수의 미세 발열입자를 포함하는, 상기 상전이 물질에 혼합되는 발열 유체;를 포함하며,

외부에서 공급된 에너지를 흡수하여 상기 미세 발열입자가 발열하고 그 열에 의해 상기 상전이 물질이 용융되어 유동 가능한 상태가 되고, 외부에서 에너지 공급이 없으면 상기 상전이 물질이 응고되어 유동 불가능한 상태가 되는 것을 특징으로 하는 밸브 충전물.
제1 항에 있어서,

상기 상전이 물질은 왁스, 겔, 또는 열가소성 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 밸브 충전물.
제2 항에 있어서,

상기 왁스는 녹는점이 50 내지 100℃ 인 파라핀 왁스인 것을 특징으로 하는 밸브 충전물.
제1 항에 있어서,

상기 발열 유체는 77 내지 92 중량% 의 캐리어 오일과, 1 내지 5 중량%의 미 세 발열입자를 포함하고, 상기 미세 발열입자는 강자성(强磁性) 물질인 것을 특징으로 하는 밸브 충전물.
제4 항에 있어서,

상기 미세 발열입자는 미세 금속 산화물 입자인 것을 특징으로 하는 밸브 충전물.
제4 항에 있어서,

상기 발열 유체의 자기력선속밀도는 125 내지 250 G(gauss)인 것을 특징으로 하는 밸브 충전물.
제1 항에 있어서,

상기 발열 유체의 체적비는 밸브 충전물 전체 체적의 10 내지 70 체적% 인 것을 특징으로 하는 밸브 충전물.
제7 항에 있어서,

상기 발열 유체의 체적비는 밸브 충전물 전체 체적의 50 체적% 인 것을 특징으로 하는 밸브 충전물.
채널(channel)과, 상기 채널을 폐쇄하기 위한 밸브 충전물과, 상기 밸브 충 전물에 에너지를 공급하기 위한 외부 에너지원을 구비하고, 상기 밸브 충전물은,

상전이 물질(phase transition material); 및, 캐리어 오일과 상기 캐리어 오일에 분산된 다수의 미세 발열입자를 포함하는, 상기 상전이 물질에 혼합되는 발열 유체;를 포함하며,

상기 외부 에너지원에서 공급된 에너지를 흡수하여 상기 미세 발열입자가 발열하고 그 열에 의해 상기 상전이 물질이 용융되어 유동 가능한 상태가 되고, 상기 외부 에너지원으로부터 에너지 공급이 없으면 상기 상전이 물질이 응고되어 유동 불가능한 상태가 되는 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
제9 항에 있어서,

상기 상전이 물질은 왁스, 겔, 및 열가소성 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
제10 항에 있어서,

상기 왁스는 녹는점이 50 내지 100℃ 인 파라핀 왁스인 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
제9 항에 있어서,

상기 발열 유체는 77 내지 92 중량% 의 캐리어 오일과, 1 내지 5 중량%의 미세 발열입자를 포함하고, 상기 미세 발열입자는 강자성(强磁性) 물질인 것을 특징 으로 하는 밸브 유닛.
제12 항에 있어서,

상기 미세 발열입자는 미세 금속 산화물 입자인 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
제12 항에 있어서,

상기 발열 유체의 자기력선속밀도는 125 내지 250 G(gauss)인 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
제9 항에 있어서,

상기 발열 유체의 체적비는 밸브 충전물 전체 체적의 10 내지 70 체적% 인 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
제15 항에 있어서,

상기 발열 유체의 체적비는 밸브 충전물 전체 체적의 50 체적% 인 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
제9 항에 있어서,

상기 외부 에너지원은 전자기파를 조사하는 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
제9 항에 있어서,

상기 외부 에너지원은 레이저빔을 조사하는 레이저 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
제18 항에 있어서,

상기 레이저 광원에서 조사되는 레이저빔은 적어도 10 mW 의 출력을 갖는 연속파동 레이저빔인 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
제19 항에 있어서,

상기 레이저빔의 출력은 1.5 내지 2.0 W 인 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
제9 항에 있어서,

상기 밸브 충전물은 상기 채널에서 응고되어 상기 채널을 폐쇄하고, 상기 외부 에너지원에서 공급된 에너지를 흡수하고 용융되어 상기 채널을 개방하도록 구성된 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
제9 항에 있어서,

상기 밸브 충전물은 채널에 유입 가능하게 채널 주변에 마련되고, 상기 외부 에너지원에서 공급된 에너지를 흡수하고 용융되어 상기 채널에 유입되고, 상기 채 널에서 응고되어 상기 채널을 폐쇄하도록 구성된 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
제22 항에 있어서,

상기 채널을 폐쇄하는 밸브 충전물은 상기 외부 에너지원에서 공급된 에너지를 흡수하고 용융되어 상기 채널을 다시 개방하도록 구성된 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
제21 항 또는 제23 항에 있어서,

상기 채널 상에 상기 용융된 밸브 충전물을 수용할 수 있는 드레인(drain)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.