KR20090118753A

KR20090118753A - 밸브 유닛, 이를 구비한 미세유동장치, 및 상기 밸브유닛의 제조방법

Info

Publication number: KR20090118753A
Application number: KR1020080044728A
Authority: KR
Inventors: 박종면; 이정건
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2009-11-18
Also published as: EP2119505A1; JP2009274067A; ATE537900T1; EP2119505B1; KR100955481B1; US20090282681A1; US8429821B2

Abstract

본 발명은, 하부 기판의 상측면에서 하방으로 음각 형성된 제1 영역; 상기 제1 영역보다 더 깊게 음각 형성되고 상기 제1 영역의 일 측에 단차지게 접한 제2 영역; 상기 제1 영역보다 더 깊게 음각 형성되고 상기 제1 영역의 타 측에 단차지게 접한 제3 영역; 상기 하부 기판의 상측면에 부착되는 상부 기판의 하측면에서 상방으로 음각 형성된, 상기 제1 영역의 일부분인 중첩부와는 겹쳐지고 상기 제1 영역의 나머지 부분인 비중첩부와는 겹쳐지지 않게 위치하는 밸브 물질 챔버; 및, 경화된 상태로 상기 밸브 물질 챔버에 수용된 후 용융되어 상기 제1 영역의 비중첩부로 유입되고 재경화됨으로써 상기 제1 영역을 폐쇄하는 밸브 물질;을 구비하고, 상기 비중첩부에서 재경화된 밸브 물질에 가해진 에너지에 의해 상기 밸브 물질이 상기 제1 영역에서 제거됨으로써 상기 제1 영역이 개방되도록 구성된 것을 특징으로 하는 밸브 유닛과, 이를 구비한 미세유동장치를 제공한다. 또한, 상기 밸브 유닛의 제조방법을 제공한다.

Description

밸브 유닛, 이를 구비한 미세유동장치, 및 상기 밸브 유닛의 제조방법{Valve unit, microfluidic device with the same, and method for fabricating the valve unit}

본 발명은 미세유체공학(microfluidics)에 관한 것으롤, 보다 상세하게는 유체의 흐름을 제어하는 밸브 유닛과, 이를 구비한 미세유동장치와, 상기 밸브 유닛의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 소량의 유체를 조작하여 생물학적 또는 화학적인 반응을 수행하는데 사용되는 장치를 미세유동장치라 한다. 미세유동장치는 칩(chip), 디스크 등 다양한 형상의 플랫폼(platform) 내에 배치된 미세유동 구조물을 포함한다. 상기 미세유동 구조물은 유체를 가두어둘 수 있는 챔버(chamber), 유체가 흐를 수 있는 채널(channel), 또는 유체의 흐름을 조절할 수 있는 밸브(valve)를 포함한다. 상기 챔버, 채널, 또는 밸브는 플랫폼 내에서 다양한 조합으로 배치된다.

소형의 칩(chip) 상에서 생화학적 반응을 포함한 시험을 수행할 수 있도록 칩 형태의 플랫폼에 이러한 미세유동 구조물을 배치한 것을 일컬어 바이오 칩이라고 하고, 특히 여러 단계의 처리 및 조작을 하나의 칩에서 수행할 수 있도록 제작 된 장치를 랩온어칩(lab-on-a chip)이라 한다.

미세유동 구조물 내에서 유체를 이송하기 위해서는 구동 압력이 필요한데, 구동 압력으로서 모세관압이 이용되기도 하고, 별도의 펌프에 의한 압력이 이용되기도 한다. 최근에는 콤팩트디스크 형상의 플랫폼에 미세유동 구조물을 배치하여 원심력을 이용하는 원심력 기반의 미세유동 장치들이 제안되고 있다. 이를 일컬어 랩씨디(Lab CD) 또는 랩온어씨디(Lab-on a CD)라 하기도 한다.

미세유동장치에 구비된 밸브의 일 예로서, 본 출원인에 의해 출원된 미국출원번호 11/770,762 에 개시된 밸브 유닛이 있다. 그런데, 이 밸브 유닛은 미세유동장치 내부로 상전이 물질을 주입하기 위한 주입구를 구비한다. 사출물인 미세유동장치에 주입구를 형성하기 위하여 금형에 상기 주입구에 대응하는 돌기를 형성하여야 하는데, 금형에 주입된 수지가 상기 돌기로 분리되었다가 다시 합쳐지면서 사출물에 소위 '웰드 라인(weld-line)'이 형성된다. 상기 웰드 라인은 미세유동장치의 강성을 약화시켜 불량을 야기할 수 있다. 또한, 금형에 형성된 상기 돌기로 인해 금형을 매끄럽게 연마하지 못하여 사출물 표면이 거칠어지고 평탄도가 악화되며, 밸브 형성 후에 상기 주입구를 폐쇄하는 공정이 더 요구되므로 제조비용이 높아진다. 또한, 사출물을 금형으로부터 용이하게 분리하기 위하여 상기 돌기에 형성된 빼기 구배로 인해 상기 주입구의 내주면에도 경사가 형성되어 밸브의 작동이 방해를 받을 수도 있다.

본 발명은 밸브 물질을 내부로 주입하기 위한 주입구를 구비하지 않으므로 인하여 제조비용을 절감할 수 있는 밸브 유닛과, 이를 구비한 미세유동장치와, 상기 밸브 유닛의 제조방법을 제공한다.

본 발명은, 하부 기판의 상측면에서 하방으로 음각 형성된 제1 영역; 상기 제1 영역보다 더 깊게 음각 형성되고 상기 제1 영역의 일 측에 단차지게 접한 제2 영역; 상기 제1 영역보다 더 깊게 음각 형성되고 상기 제1 영역의 타 측에 단차지게 접한 제3 영역; 상기 하부 기판의 상측면에 부착되는 상부 기판의 하측면에서 상방으로 음각 형성된, 상기 제1 영역의 일부분인 중첩부와는 겹쳐지고 상기 제1 영역의 나머지 부분인 비중첩부와는 겹쳐지지 않게 위치하는 밸브 물질 챔버; 및, 경화된 상태로 상기 밸브 물질 챔버에 수용된 후 용융되어 상기 제1 영역의 비중첩부로 유입되고 재경화됨으로써 상기 제1 영역을 폐쇄하는 밸브 물질;을 구비하고, 상기 비중첩부에서 재경화된 밸브 물질에 가해진 에너지에 의해 상기 밸브 물질이 상기 제1 영역에서 제거됨으로써 상기 제1 영역이 개방되도록 구성된 것을 특징으로 하는 밸브 유닛을 제공한다.

또한 본 발명은, 하부 기판과, 상기 하부 기판의 상측면에 부착된 상부 기판을 포함하는 플랫폼(platform); 상기 플랫폼의 내부에 형성된, 유체의 흐름 통로를 제공하는 채널(channel); 및, 상기 채널을 통한 유체의 흐름을 제어하기 위한 상기 밸브 유닛(valve unit);을 구비한 미세유동장치를 제공한다.

또한 본 발명은, 음각 형성된 제1 영역과, 상기 제1 영역보다 더 깊게 음각 형성되고 상기 제1 영역의 일 측에 단차지게 접한 제2 영역과, 상기 제1 영역보다 더 깊게 음각 형성되고 상기 제1 영역의 타 측에 단차지게 접한 제3 영역을 구비한 하부 기판을 형성하는 단계; 음각 형성된 밸브 물질 챔버를 구비한 상부 기판을 형성하는 단계; 상기 밸브 물질 챔버에 밸브 물질을 주입하고 경화시키는 단계; 상기 제1 내지 제3 영역이 형성된 하부 기판의 일 면 상에 상기 밸브 물질 챔버가 형성된 상부 기판의 일 면을 부착하되, 상기 밸브 물질 챔버가 상기 제1 영역의 일부분인 중첩부와는 겹쳐지고 상기 제1 영역의 나머지 부분인 비중첩부와는 겹쳐지지 않도록 상기 두 기판을 부착하는 단계; 상기 밸브 물질 챔버에 수용된 밸브 물질을 용융시켜 상기 제1 영역의 비중첩부로 유입시키는 단계; 및, 상기 비중첩부에 유입된 밸브 물질을 재경화시켜 상기 제1 영역을 폐쇄하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 유닛의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 밸브 유닛은 상기 제1 영역이 개방되면 유체가 제2 영역에서 제3 영역을 향하여 흐르도록 용인하며, 상기 비중첩부가 상기 중첩부보다 상기 제2 영역에 더 가깝게 위치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하부 기판 및 상부 기판은 열가소성 수지로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 밸브 물질은 상온에서 고체 상태이나 에너지를 흡수하면 용융되는 상전이 물질(phase transition material)을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 밸브 물질은 상기 상전이 물질에 분산된, 전자기파 에너지를 흡수하면 발열하는 다수의 미세 발열입자를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세 발열입자는 금속 산화물 입자일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상전이 물질은 왁스, 겔(gel), 또는 열가소성 수지일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 영역 및 제3 영역은 상기 미세유동장치의 채널에 마련될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치는 상기 채널의 일 측에 연결된, 유체를 수용하기 위한 챔버(chamber)를 더 구비하고, 상기 제2 영역 또는 제3 영역이 상기 챔버에 마련될 수도 있다 .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 플랫폼은 모터에 의해 회전 가능하게 구성될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 밸브 유닛과, 이를 구비한 미세유동장치와, 상기 밸브 유닛의 제조방법을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치를 도시한 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치(10)는 회전 가능한 디스 크형의 플랫폼(platform, 11)을 구비한다. 상기 플랫폼(11)은 하부 기판(15)과 상기 하부 기판(15)에 부착된 상부 기판(20)으로 이루어진다. 상기 하부 기판(15) 및 상부 기판(20)은 열가소성 수지로 이루어진다.

상기 미세유동장치(10)는 그 내부에 유체를 수용하기 위한 챔버(chamber, 35)와, 상기 챔버(35)와 연결되며, 유체의 흐름 통로를 제공하는 채널(channel, 31)과, 상기 채널(31)을 통한 유체의 흐름을 제어하기 위한 밸브 유닛(100, 150)을 구비한다. 또한, 상기 미세유동장치(10)는 스핀들 모터(미도시)에 장착되어 고속 회전할 수 있다. 상기 미세유동장치(10)의 중앙부에는 상기 스핀들 모터에 장착될 수 있도록 장착 통공(39)이 형성되어 있다. 상기 스핀들 모터의 회전에 의해 상기 미세유동장치(10)의 챔버(35) 또는 채널(31)에 남겨진 유체는 플랫폼(11)의 외주부를 향한 방향으로 가압된다.

상기 미세유동장치(10)는 예컨대, 유체 시료의 원심 분리, 면역 혈청 반응, 유전자 분석 등 생화학 분야의 특정 용도에 적합하게 상기 챔버(35), 채널(31) 및, 밸브 유닛(100, 150)의 배치가 결정된다. 즉, 본 발명의 미세유동장치(10)는 도 1에 도시된 챔버(35), 채널(31) 및, 밸브 유닛(100, 150)의 배치 형태에 한정되지 않으며, 그 용도에 따라 다양한 형태로 설계될 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸브 유닛을 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 밸브 유닛을 도시한 사시도이다. 상기 제1 실시예에 따른 밸브 유닛은 상기 미세유동장치(10)의 채널(31) 중간에 마련된 밸브 유닛(100)일 수 있고, 상기 제2 실시예에 따른 밸브 유닛은 상기 미세유동장치(10)의 챔버(35)에 인접한 밸브 유닛(150)일 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 제1 실시예에 따른 밸브 유닛(100)은 하부 기판(15)의 상측면에서 하방으로 음각 형성된 제1 영역(101)과, 상기 제1 영역(101)보다 더 깊게 음각 형성되고 상기 제1 영역(101)의 일 측에 단차지게 접한 제2 영역(105)과, 상기 제1 영역(101)보다 더 깊게 음각 형성되고 상기 제1 영역(101)의 타 측에 단차지게 접한 제3 영역(107)을 구비한다. 도 4a를 참조하면, 상기 제2 영역(105) 및 제3 영역(107)의 깊이(D2)는 같고, 제1 영역(101)의 깊이(D1)는 이보다 얕다. 상기 제1 영역(101), 제2 영역(105), 및 제3 영역(107)은 채널(31)에 마련된다.

또한, 상기 밸브 유닛(100)은 상기 상부 기판(20)의 하측면에서 상방으로 음각 형성된 밸브 물질 챔버(109)를 구비한다. 상기 밸브 물질 챔버(109)는 상기 제1 영역(101)의 일부분과 겹쳐진다. 상기 밸브 물질 챔버(109)와 겹쳐지는 제1 영역(101)의 일부분은 중첩부(102)로 칭하고, 상기 밸브 물질 챔버(109)와 겹쳐지지 않는 제1 영역(101)의 나머지 부분은 비중첩부(103)로 칭한다. 상기 밸브 물질 챔버(109)에는 밸브 물질(V)이 경화된 상태로 수용된다. 상기 밸브 물질(V)은 상기 밸브 물질 챔버(109)에 수용된 후 용융되어 상기 제1 영역(101)의 비중첩부(103)로 유입되고 재경화됨으로써 상기 제1 영역(101)을 폐쇄한다. 상기 비중첩부(103)가 상기 중첩부(102)보다 제2 영역(105)에 더 가깝게 위치한다.

상기 밸브 물질(V)은 전자기파 에너지에 의해 용융되는 상전이 물질(phase transition material)과, 상기 상전이 물질에 분산되며, 전자기파 에너지를 흡수하여 발열하는 다수의 미세 발열입자(P, 도 4a 참조)를 포함한다. 상기 상전이 물질 은 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(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), 및 PVDF(polyvinylidene fluoride) 등이 채용될 수 있다.

상기 미세 발열입자(P)는 미세한 채널(31)을 자유롭게 통과할 수 있게 1 nm 내지 100 ㎛ 의 직경을 갖는다. 상기 미세 발열입자(P)는 예컨대 레이저(L) 조사와 같은 방법으로 전자기파 에너지가 공급되면 온도가 급격히 상승하여 발열하는 성질을 가지며, 왁스에 고르게 분산되는 성질을 갖는다. 이러한 성질을 갖도록 상기 미세 발열입자(P)는 금속 성분을 포함하는 코어(core)와, 소수성(疏水性) 표면 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 미세 발열입자(P)는 Fe로 이루어진 코어와, 상기 Fe에 결합되어 Fe를 감싸는 복수의 계면활성성분(surfactant)을 구비한 분자구조를 가질 수 있다.

통상적으로, 상기 미세 발열입자(P)들은 캐리어 오일(carrier oil)에 분산된 상태로 보관된다. 소수성 표면구조를 갖는 상기 미세 발열입자(P)가 고르게 분산될 수 있도록 캐리어 오일도 소수성인 것이 바람직하다. 용융된 상전이 물질에 상기 미세 발열입자(P)들이 분산된 캐리어 오일을 부어 혼합함으로써 밸브 물질(V)을 제조할 수 있다.

상기 미세 발열입자(P)는 상기 예로 든 중합체(polymer) 입자에 한정되는 것은 아니며, 퀀텀 도트(quantum dot) 또는 자성비드(magnetic bead)의 형태도 가능하다. 또한, 상기 미세 발열입자(P)는 예컨대, Al₂O₃, TiO₂, Ta₂O₃, Fe₂O₃, Fe₃O₄ 또는 HfO₂ 와 같은 금속 산화물 입자일 수 있다. 한편, 밸브 물질(V)은 미세 발열입자를 반드시 포함하여야 하는 것은 아니며, 미세 발열입자(P) 없이 상전이 물질만으로 이루어질 수도 있다.

상기 밸브 유닛(100)은 채널(31)을 폐쇄하였다가 상기 밸브 물질(V)에 전자기파 에너지를 조사(照射)함에 의해 채널(31)이 개방되는, 소위 폐쇄된 밸브(normally closed valve)이다. 레이저 광원(5)은 밸브 물질(V)에 전자기파를 조사하기 위한 에너지원의 일 예로서, 전자기파의 일종인 레이저(L)를 상기 밸브 물질(V)을 향해 조사함으로써 상기 밸브 물질(V)에 에너지를 공급한다. 상기 레이저 광원(5)은 레이저 다이오드(LD: laser diode)를 포함할 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸브 유닛(100, 도 2 참조) 의 작동 과정을 순차적으로 도시한 단면도이다. 도 4a를 참조하면, 상기 채널(31)을 통하여 유체(F)가 제2 영역(105)에서 제3 영역(107)을 향하여 흐르도록 되어 있으나, 상기 비중첩부(103)에서 경화된 밸브 물질(V)이 제1 영역(101)을 폐쇄하여 유체(F)가 흐르지 못하고 있다. 이때, 레이저 광원(5)을 이용하여 잠시 동안 레이저(L)를 상기 밸브 물질(V)에 조사하면, 상기 밸브 물질(V)에 포함된 미세 발열입자(P)가 급속히 발열하여 상전이 물질이 급속히 가열된다. 따라서, 밸브 물질(V)이 급속히 용융되어 제1 영역(101)이 개방되고, 도 4b에 도시된 바와 같이 유체(F)가 제2 영역(105)에서 제3 영역(107)으로 흐를 수 있다.

한편, 도 3을 참조하면, 상기 제2 실시예에 따른 밸브 유닛(150)은 하부 기판(15)의 상측면에서 하방으로 음각 형성된 제1 영역(151)과, 상기 제1 영역(151)보다 더 깊게 음각 형성되고 상기 제1 영역(151)의 일 측에 단차지게 접한 제2 영역(155)과, 상기 제1 영역(151)보다 더 깊게 음각 형성되고 상기 제1 영역(151)의 타 측에 단차지게 접한 제3 영역(157)을 구비한다. 상기 제1 영역(151)과 제3 영역(157)은 채널(31)에 마련되나, 상기 제2 영역(155)은 챔버(35)에 마련된다.

또한, 상기 밸브 유닛(150)은 상기 상부 기판(20)의 하측면에서 상방으로 음각 형성된 밸브 물질 챔버(159)를 구비한다. 상기 밸브 물질 챔버(159)도 제1 실시예에 따른 밸브 유닛(100, 도 2 참조)의 밸브 물질 챔버(109, 도 2 참조)와 마찬가지로, 제1 영역(151)의 중첩부(152)와는 겹쳐지고 비중첩부(153)와는 겹쳐지지 않게 위치하며, 상기 비중첩부(153)가 상기 중첩부(152)보다 제2 영역(155)에 더 가깝게 위치한다. 밸브 물질(V)은 상기 밸브 물질 챔버(159)에 수용된 후 용융되어 상기 제1 영역(151)의 비중첩부(153)로 유입되고 재경화됨으로써 상기 제1 영역(151)을 폐쇄한다.

상기 밸브 유닛(150)도 제1 실시예에 따른 밸브 유닛(100, 도 2 참조)과 마찬가지로, 채널(31)을 폐쇄하였다가 상기 밸브 물질(V)에 레이저 광원(5)을 이용하여 레이저(L)를 조사(照射)함에 의해 채널(31)이 개방되는, 소위 폐쇄된 밸브(normally closed valve)이다. 상기 밸브 물질(V)은 제1 실시예에 따른 밸브 유닛(100, 도 2 참조)에 적용되는 밸브 물질(V)과 동일하므로 중복된 설명은 생략한다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸브 유닛(100, 도 2 참조)의 제조방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.

도 5a를 참조하면, 상기 밸브 유닛(100, 도 2 참조)의 제조를 위하여 먼저, 하부 기판(15)을 준비한다. 상기 하부 기판(15)은 제1 깊이(D1)로 음각 형성된 제1 영역(101)과, 상기 제1 깊이(D1)보다 더 깊은 제2 깊이(D2)로 음각 형성되고 상기 제1 영역(101)의 일 측에 단차지게 접한 제2 영역(105)과, 상기 제2 깊이(D2)로 음각 형성되고 상기 제1 영역(101)의 타 측에 단차지게 접한 제3 영역(107)을 구비한다. 상기 하부 기판(15)은 열가소성 수지를 사출 성형하여 제조할 수 있다.

또한 도 5b를 참조하면, 상기 밸브 유닛(100)의 제조를 위하여 상부 기판(20)을 준비한다. 상기 상부 기판(20)은 하부 기판(15)보다 얇으며, 음각 형성된 밸브 물질 챔버(109)를 구비한다. 상기 상부 기판(20)도 열가소성 수지를 사출 성형하여 제조할 수 있다. 상기 상부 기판(20)은 밸브 물질을 미세유동장치(10) 내부 로 주입하기 위한 주입구를 구비하지 않으므로 사출 성형 과정에서 소위 웰드 라인(weld line)이 형성되지 않는다. 따라서, 상부 기판(20)의 강성 불량 가능성이 감소된다. 또한, 상기 주입구를 폐쇄하는 공정이 불필요하게 되어 제조 비용도 절감할 수 있다.

상기 밸브 물질 챔버(109)에는 예컨대, 디스펜서(dispenser, 3)와 같은 도구를 이용하여 용융된 밸브 물질(V)을 주입하고, 이를 경화시킨다. 상술한 바와 같이 상기 밸브 물질(V)은 상전이 물질에 다수의 미세 발열입자(P)를 혼합하여 제조되며, 경화되면 상기 밸브 물질 챔버(109)에 들러붙는다.

도 5c를 참조하면, 상기 제1 내지 제3 영역(101, 105, 107)이 형성된 하부 기판(15)의 일 면 상에 상기 밸브 물질 챔버(109)가 형성된 상부 기판(20)의 일 면을 부착한다. 상부 기판(20)과 하부 기판(15)의 부착 방법은 예컨대, UV 접착제를 사용하는 방법 또는 초음파 융착 방법 등이 가능하다. 상부 기판(20)과 하부 기판(15)을 부착할 때 밸브 물질 챔버(109)가 제1 영역(101)의 일부분과 겹쳐지도록 정렬한다. 또한, 상기 제1 영역(101) 중 밸브 물질 챔버(109)와 겹쳐지는 중첩부(102)보다 상기 밸브 물질 챔버(109)와 겹쳐지지 않는 비중첩부(103)가 상기 제2 영역(105)에 더 가깝게 위치하도록 정렬하여 상부 기판(20)과 하부 기판(15)을 부착한다.

다음으로, 상기 하부 기판(15) 및 상부 기판(20)을 가열하거나, 레이저를 조사하는 등의 방법으로 상기 밸브 물질(V)에 에너지(E)를 공급하여 상기 밸브 물질(V)을 용융시킨다. 도 5d를 참조하면, 용융된 밸브 물질(V)의 일부는 모세관 현 상에 의해 제1 영역(101)의 비중첩부(103)에 유입되어 잔존한다. 상기 비중첩부(103)에 남겨진 밸브 물질(V)이 상온에서 재경화되어 제1 영역(101)을 폐쇄함으로써 밸브 유닛(100, 도 2 참조)이 완성된다.

밸브 물질(V)의 정확한 정량(定量)이 어렵기 때문에 밸브 물질(V)을 밸브 물질 챔버(109)에 주입할 때 소량의 밸브 물질(V)이 밸브 물질 챔버(109)의 경계를 넘칠 수 있고, 이로 인해 하부 기판(15)에 상부 기판(20)을 부착할 때 밸브 물질 챔버(109) 주변부는 상부 기판(20)과 하부 기판(15)이 견고하게 부착되지 않을 수 있다. 그러나, 밸브 물질(V)에 의해 폐쇄되는 비중첩부(103)가 유체(F)의 흐름 방향을 따라 상기 밸브 물질 챔버(109)보다 상류 지점에 형성되어 있기 때문에 유체(F)의 누출이 방지될 수 있다. 실제로 플랫폼에 복수 개의 제1 실시예에 따른 밸브 유닛(100, 도 2 참조)을 형성하고 4000 rpm으로 5분간 플랫폼을 회전시키는 실험을 통하여 모든 밸브 유닛에서 유체의 누출이 발견되지 않았다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유동장치를 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸브 유닛을 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 밸브 유닛을 도시한 사시도이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸브 유닛의 작동 과정을 순차적으로 도시한 단면도이다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸브 유닛의 제조방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

5 ...레이저 광원 10 ...미세유동장치

11 ...플랫폼 15 ...하부 기판

20 ...상부 기판 31 ...채널

35 ...챔버 100, 150 ...밸브 유닛

101, 151 ...제1 영역 102, 152 ...중첩부

103, 153 ...비중첩부 105 ...제2 영역

107 ...제3 영역 109 ...밸브 물질 챔버

V ...밸브 물질 P ...미세 발열입자

Claims

하부 기판의 상측면에서 하방으로 음각 형성된 제1 영역;

상기 제1 영역보다 더 깊게 음각 형성되고 상기 제1 영역의 일 측에 단차지게 접한 제2 영역;

상기 제1 영역보다 더 깊게 음각 형성되고 상기 제1 영역의 타 측에 단차지게 접한 제3 영역;

상기 하부 기판의 상측면에 부착되는 상부 기판의 하측면에서 상방으로 음각 형성된, 상기 제1 영역의 일부분인 중첩부와는 겹쳐지고 상기 제1 영역의 나머지 부분인 비중첩부와는 겹쳐지지 않게 위치하는 밸브 물질 챔버; 및,

경화된 상태로 상기 밸브 물질 챔버에 수용된 후 용융되어 상기 제1 영역의 비중첩부로 유입되고 재경화됨으로써 상기 제1 영역을 폐쇄하는 밸브 물질;을 구비하고,

상기 비중첩부에서 재경화된 밸브 물질에 가해진 에너지에 의해 상기 밸브 물질이 상기 제1 영역에서 제거됨으로써 상기 제1 영역이 개방되도록 구성된 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
제1 항에 있어서,

상기 밸브 유닛은 상기 제1 영역이 개방되면 유체가 제2 영역에서 제3 영역을 향하여 흐르도록 용인하며, 상기 비중첩부가 상기 중첩부보다 상기 제2 영역에 더 가깝게 위치하는 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
제1 항에 있어서,

상기 하부 기판 및 상부 기판은 열가소성 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
제1 항에 있어서,

상기 밸브 물질은 상온에서 고체 상태이나 에너지를 흡수하면 용융되는 상전이 물질(phase transition material)을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
제4 항에 있어서,

상기 밸브 물질은 상기 상전이 물질에 분산된, 전자기파 에너지를 흡수하면 발열하는 다수의 미세 발열입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
제5 항에 있어서,

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

상기 상전이 물질은 왁스, 겔(gel), 또는 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 밸브 유닛.
하부 기판과, 상기 하부 기판의 상측면에 부착된 상부 기판을 포함하는 플랫폼(platform); 상기 플랫폼의 내부에 형성된, 유체의 흐름 통로를 제공하는 채널(channel); 및, 상기 채널을 통한 유체의 흐름을 제어하기 위한 밸브 유닛(valve unit);을 구비하고,

상기 밸브 유닛은, 상기 하부 기판의 상측면에서 하방으로 음각 형성되고 상기 채널에 마련된 제1 영역; 상기 제1 영역보다 더 깊게 음각 형성되고 상기 제1 영역의 일 측에 단차지게 접한 제2 영역; 상기 제1 영역보다 더 깊게 음각 형성되고 상기 제1 영역의 타 측에 단차지게 접한 제3 영역; 상기 상부 기판의 하측면에서 상방으로 음각 형성된, 상기 제1 영역의 일부분인 중첩부와는 겹쳐지고 상기 제1 영역의 나머지 부분인 비중첩부와는 겹쳐지지 않게 위치하는 밸브 물질 챔버; 및, 경화된 상태로 상기 밸브 물질 챔버에 수용된 후 용융되어 상기 제1 영역의 비중첩부로 유입되고 재경화됨으로써 상기 제1 영역을 폐쇄하는 밸브 물질;을 구비하고, 상기 비중첩부에서 재경화된 밸브 물질에 가해진 에너지에 의해 상기 밸브 물질이 상기 제1 영역에서 제거됨으로써 상기 제1 영역이 개방되도록 구성된 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제8 항에 있어서,

상기 밸브 유닛은 상기 제1 영역이 개방되면 유체가 제2 영역에서 제3 영역을 향하여 흐르도록 용인하며, 상기 비중첩부가 상기 중첩부보다 상기 제2 영역에 더 가깝게 위치하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제8 항에 있어서,

상기 제2 영역 및 제3 영역은 상기 채널에 마련된 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제8 항에 있어서,

상기 하부 기판 및 상부 기판은 열가소성 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제8 항에 있어서,

상기 밸브 물질은 상온에서 고체 상태이나 에너지를 흡수하면 용융되는 상전이 물질(phase transition material)을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제12 항에 있어서,

상기 밸브 물질은 상기 상전이 물질에 분산된, 전자기파 에너지를 흡수하면 발열하는 다수의 미세 발열입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제13 항에 있어서,

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

상기 상전이 물질은 왁스, 겔(gel), 또는 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제8 항에 있어서,

상기 채널의 일 측에 연결된, 유체를 수용하기 위한 챔버(chamber)를 더 구비하고, 상기 제2 영역 또는 제3 영역이 상기 챔버에 마련된 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
제8 항에 있어서,

상기 플랫폼은 모터에 의해 회전 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 미세유동장치.
음각 형성된 제1 영역과, 상기 제1 영역보다 더 깊게 음각 형성되고 상기 제1 영역의 일 측에 단차지게 접한 제2 영역과, 상기 제1 영역보다 더 깊게 음각 형성되고 상기 제1 영역의 타 측에 단차지게 접한 제3 영역을 구비한 하부 기판을 형성하는 단계;

음각 형성된 밸브 물질 챔버를 구비한 상부 기판을 형성하는 단계;

상기 밸브 물질 챔버에 밸브 물질을 주입하고 경화시키는 단계;

상기 제1 내지 제3 영역이 형성된 하부 기판의 일 면 상에 상기 밸브 물질 챔버가 형성된 상부 기판의 일 면을 부착하되, 상기 밸브 물질 챔버가 상기 제1 영역의 일부분인 중첩부와는 겹쳐지고 상기 제1 영역의 나머지 부분인 비중첩부와는 겹쳐지지 않도록 상기 두 기판을 부착하는 단계;

상기 밸브 물질 챔버에 수용된 밸브 물질을 용융시켜 상기 제1 영역의 비중첩부로 유입시키는 단계; 및,

상기 비중첩부에 유입된 밸브 물질을 재경화시켜 상기 제1 영역을 폐쇄하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 유닛의 제조방법.
제18 항에 있어서,

상기 밸브 유닛은 상기 제1 영역이 개방되면 유체가 제2 영역에서 제3 영역을 향하여 흐르도록 용인하며, 상기 하부 기판과 상부 기판 부착 단계는 상기 비중첩부가 상기 중첩부보다 상기 제2 영역에 더 가깝게 위치하도록 상기 두 기판을 부착하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 유닛의 제조방법.
제18 항에 있어서,

상기 하부 기판 또는 상부 기판은 열가소성 수지 성형에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브 유닛의 제조방법.
제18 항에 있어서,

상기 밸브 물질은 상온에서 고체 상태이나 에너지를 흡수하면 용융되는 상전이 물질(phase transition material)을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 유닛의 제조방법.
제21 항에 있어서,

상기 밸브 물질은 상기 상전이 물질에 분산된, 전자기파 에너지를 흡수하면 발열하는 다수의 미세 발열입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 유닛의 제조방법.
제22 항에 있어서,

상기 미세 발열입자는 금속 산화물 입자인 것을 특징으로 하는 밸브 유닛의 제조방법.
제21 항에 있어서,

상기 상전이 물질은 왁스, 겔(gel), 또는 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 밸브 유닛의 제조방법.