KR20100087923A - 미세유체 제어용 밸브 유닛, 및 이의 제조방법 - Google Patents

미세유체 제어용 밸브 유닛, 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

채널(channel)을 따라 흐르는 유체의 흐름을 제어하는 미세유체 제어용 밸브 유닛과 이의 제조방법이 개시된다. 개시된 밸브 유닛은, 유체를 이송하기 위한 채널(channel), 상온에서 고체 상태이나 에너지를 흡수하면 용융되는 상전이 물질(phase transition material)을 포함하여 이루어지고, 채널 상에서 경화(硬化)되어 채널을 폐쇄하는 밸브 충전물, 및 채널을 폐쇄하는 밸브 충전물이 용융되면 유입되도록 채널의 측벽으로부터 연장되고, 채널의 단면적보다 좁은 단면적을 갖는 적어도 하나의 모세관을 구비한다.

Description

미세유체 제어용 밸브 유닛, 및 이의 제조방법{Microfluidic valve unit for controlling fluid flow and method for fabricating the same}
채널(channel)을 따라 흐르는 유체의 흐름을 제어하는 미세유체 제어용 밸브 유닛과 이의 제조방법이 개시된다.
미세유체공학 분야에서 혈액, 소변, 타액, 객담 등의 생화학 유체를 이용하여 생화학 반응을 수행하며, 그 반응 결과를 검출하는 등의 생화학 유체를 이용한 다양한 기능들을 수행할 수 있는 미세유동장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 상기 미세유동장치는 랩온어칩(lab-on-a-chip)과 같은 칩(chip) 형태이거나, 랩온어디스크(lab-on-a-disk)와 같은 회전 가능한 디스크(disk) 형태일 수 있다. 상기 미세유동장치에는 유체를 이송하기 위한 미세 채널(microchannel)이 형성되어 있으며, 상기 미세 채널을 따라 흐르는 유체의 흐름을 제어하는 미세유체 제어용 밸브가 구비될 수 있다.
그런데, 상기 미세유체 제어용 밸브는 미세 채널을 폐쇄하기 위하여 많은 양의 왁스를 필요로 하거나, 왁스를 용융시키기 위하여 큰 가열 수단을 필요로 하므로 미세유동장치를 소형화 및 집적화하기 어렵다. 또한, 왁스의 용융까지 가열 시 간이 많이 소요되고 채널 개방 시점의 정밀한 제어가 어렵다.
상전이 물질을 이용하고, 채널 개방 시점의 정밀 제어가 가능한 미세유체 제어용 밸브 유닛과, 이의 제조방법을 제공한다.
원심력이나 유체의 압력이 없어도 채널의 개방이 용이한 미세유체 제어용 밸브 유닛과, 이의 제조방법을 제공한다.
유체를 이송하기 위한 채널(channel); 상온에서 고체 상태이나 에너지를 흡수하면 용융되는 상전이 물질(phase transition material)을 포함하여 이루어지고, 상기 채널 상에서 경화(硬化)되어 상기 채널을 폐쇄하는 밸브 충전물; 및, 상기 채널을 폐쇄하는 밸브 충전물이 용융되면 유입되도록 상기 채널의 측벽으로부터 연장되고, 상기 채널의 단면적보다 좁은 단면적을 갖는 적어도 하나의 모세관;을 구비한 밸브 유닛이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 채널은 제1 채널 깊이를 갖는 돌출부와, 상기 돌출부에 대해 단차지게 파여져 상기 제1 채널 깊이보다 큰 제2 채널 깊이를 가진 채널 홈부를 구비하고, 상기 모세관은 상기 돌출부 상의 채널 측벽으로부터 연장되고, 상기 돌출부 상에서 상기 밸브 충전물이 경화되어 상기 채널을 폐쇄할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모세관의 말단에는 통기공(ventilation hole)이 마련되고, 상기 통기공은 폐쇄되었다가 상기 채널을 폐쇄하는 밸브 충전물 이 용융되기 전에 개방될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 채널을 폐쇄하는 밸브 충전물을 상기 채널 상에 주입하기 위한 주입공을 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 주입공은 상기 밸브 충전물이 상기 채널 상에 주입된 후에 폐쇄될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모세관은 상기 채널의 마주보는 양(兩) 측벽에 또는 양 측벽 중 하나의 측벽에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 밸브 충전물의 상전이 물질은 왁스(wax), 겔(gel), 또는 열가소성 수지일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 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.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 겔은, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates) 및, 폴리비닐아미드(polyvinylamides)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열가소성 수지는, 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)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 밸브 충전물은 상기 상전이 물질에 분산되며, 에너지를 흡수하여 발열하는 다수의 미세 발열입자를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세 발열입자는 금속 산화물 입자일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 산화물은 Al2O3, TiO2, Ta2O3, Fe2O3, Fe3O4 및, HfO2 로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세 발열입자는 중합체 입자, 퀀텀 도트(quantum dot), 또는 자성비드(magnetic bead)일 수 있다.
또한, 유체를 이송하기 위한 채널(channel)을 형성하는 채널 형성 단계; 상기 채널의 측벽으로부터 연장되고 상기 채널의 단면적보다 좁은 단면적을 갖는 적어도 하나의 모세관을 형성하는 모세관 형성 단계; 상온에서 고체 상태이나 에너지를 흡수하면 용융되는 상전이 물질(phase transition material)을 포함하여 이루어진 밸브 충전물을 용융 상태로 상기 모세관의 입구가 형성된 상기 채널 상의 영역에 배치하는 밸브 충전물 배치 단계; 및, 상기 밸브 충전물을 경화시켜 상기 채널 을 폐쇄하는 밸브 충전물 경화 단계;를 구비한 밸브 유닛 제조방법이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 채널 형성 단계는 제1 채널 깊이를 갖는 돌출부와, 상기 돌출부에 대해 단차지게 파여져 상기 제1 채널 깊이보다 큰 제2 채널 깊이를 가진 채널 홈부를 형성하는 단계를 구비하고, 상기 모세관 형성 단계는 상기 돌출부 상의 채널 측벽으로부터 연장되는 모세관을 형성하는 단계를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모세관 형성 단계는 상기 모세관의 말단에 통기공(ventilation hole)을 형성하는 단계를 더 구비하고, 상기 밸브 유닛 제조방법은 상기 밸브 충전물 배치 단계 및 밸브 충전물 경화 단계 동안 상기 통기공을 폐쇄하는 통기공 폐쇄 단계를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 밸브 유닛 제조방법은 상기 채널에 연결되는 주입공을 형성하는 주입공 형성 단계를 더 구비하고, 상기 밸브 충전물 배치 단계는 상기 주입공을 통하여 용융 상태의 밸브 충전물을 주입하는 단계를 구비힐 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 밸브 유닛 제조방법은 상기 밸브 충전물 배치 단계 이후에 상기 주입공을 폐쇄하는 주입공 폐쇄 단계를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모세관 형성 단계는 상기 채널의 마주보는 양(兩) 측벽에 또는 양 측벽 중 하나의 측벽에 모세관을 형성하는 단계를 구비할 수 있다.
개시된 미세유체 제어용 밸브 유닛의 실시예에 따르면, 상전이 물질이 용융되었을 때 채널을 흐르는 유체의 유동 방향으로 압력을 가하지 않고도 채널이 용이하게 개방될 수 있다. 따라서, 이 밸브 유닛을 구비한 미세유동장치의 구성을 단순화, 소형화, 집적화하기 용이하며, 제조 비용을 절감할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 미세유체 제어용 밸브 유닛과, 이의 제조방법을 상세하게 설명한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 유닛을 도시한 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 밸브 유닛의 채널이 개방된 상태를 도시한 도면이고, 도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 도 1a의 밸브 유닛의 변형예를 도시한 평면도이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 유닛(100)은 유체를 이송하기 위한 채널(101)과, 상기 채널(101)을 폐쇄하는 밸브 충전물(V)과, 상기 밸브 충전물(V)이 용융되면 유입되도록 채널(101)의 측벽으로부터 연장된 모세관(121)을 구비한다. 또한, 상기 밸브 유닛(100)은 상기 채널(101)을 폐쇄하는 밸브 충전물(V)을 상기 채널(101)에 주입하기 위한 주입공(110)을 더 구비한다.
상기 채널(101)은 상기 주입공(110)에 부분적으로 겹쳐지게 배치되며 제1 채널 깊이(D1)를 갖는 돌출부(102)와, 상기 돌출부(102)에 대해 단차지게 파여져 상기 제1 채널 깊이(D1)보다 큰 제2 채널 깊이(D2)를 가지는 채널 홈부(104, 106)를 구비한다. 도시된 실시예에서 상기 제1 채널 깊이(D1)는 대략 0.1 mm, 상기 제2 채 널 깊이(D2)는 대략 1 mm 일 수 있다. 상기 채널 홈부(104, 106)는 상기 돌출부(102)에 의해 두 부분으로 분리된다. 상기 주입공(110)과 겹쳐지지 않는 상기 돌출부(102)의 일부분에 밸브 영역(A, 도 4a 참조)이 마련되고, 상기 밸브 영역(A)에 밸브 충전물(V)이 배치되어 채널(101)을 폐쇄한다. 상기 주입공(110)을 통해 밸브 충전물(V)이 채널(101)에 투입되어 밸브 영역(A, 도 4c 참조)에서 경화된 이후에 상기 밸브 충전물(V)의 역류를 막기 위하여 상기 주입공(110)은 투명 접착 테이프(115)에 의해 폐쇄된다. 상기 투명 접착 테이프(115)는 상기 주입공(110)을 폐쇄하는 수단의 일 예일 뿐이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 모세관(121)은 채널(101)의 측벽으로부터 연장된다. 보다 상세하게는 상기 채널(101)을 폐쇄하기 위하여 밸브 충전물(V)이 배치되는 상기 밸브 영역(A) 내의 측벽에 상기 모세관(121)의 입구(121a, 도 4a 참조)가 형성된다. 상기 모세관(121)의 말단에는 통기공(ventilation hole, 123)이 마련된다. 상기 통기공(123)은 밸브 충전물(V)을 채널(101)로 주입할 때에는 투명 접착 테이프(117)에 의해 폐쇄된다. 채널(101)에 주입된 밸브 충전물(V)이 밸브 영역(A)에 머물지 않고 모세관(121)으로 유입되는 것을 방지하기 위함이다. 밸브 충전물(V)이 밸브 영역(A)에서 경화된 후에 다시 용융되기 전에 상기 투명 접착 테이프(117)를 제거함에 의하여 상기 통기공(123)이 개방된다. 상기 투명 접착 테이프(117)는 상기 통기공(123)을 폐쇄하는 수단의 일 예일 뿐이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
통기공(123)이 개방된 때 용융된 밸브 충전물(V)이 모세관력(capillary force)에 의해 상기 모세관(121)으로 유입될 수 있도록, 상기 모세관(121)은 상기 채널(101)의 단면적, 구체적으로는 밸브 영역(A, 도 4a 참조)의 단면적보다 좁은 단면적을 갖는다. 도시된 실시예에서 상기 밸브 영역(A)의 깊이는 제1 채널 깊이(D1)과 동일한데, 상기 모세관(121)의 깊이(D3, 도 4a 참조)는 제1 채널 깊이(D1)보다 작다. 또한, 상기 밸브 영역(A)의 폭은 채널(101)의 유동 방향 길이(W1)와 동일하고, 상기 모세관(121)의 폭(W2, 도 4a 참조)은 채널(101)의 상기 유동 방향 길이(W1)보다 작다.
도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 상기 밸브 유닛(100)은 다양한 변형예에 따른 모세관(126, 131, 136, 141)을 구비할 수 있다. 도 2a를 참조하면, 채널(101)의 양 측벽에 모세관(126)이 형성되고, 각 측벽마다 한 쌍의 모세관(126)이 형성될 수 있다. 그리고, 각 모세관(126)의 말단에 통기공(128)이 형성될 수 있다. 도 2b를 참조하면, 채널(101)의 양 측벽에 모세관(131)이 형성되고, 각 측벽마다 한 쌍의 모세관(131)이 형성될 수 있다. 그러나, 도 2a의 예와 달리 인접한 한 쌍의 모세관(131)의 말단이 합쳐져 한 쌍의 모세관(131)에 대해 하나의 통기공(133)이 형성될 수 있다. 도 2c를 참조하면, 채널(101)의 양 측벽에 모세관(136)이 모세관(136)이 형성될 수 있다. 모세관(136)의 평면 형태는 지그재그로 굴곡진 형태일 수 있다. 도 2d를 참조하면, 채널(101)의 마주보는 양 측벽 중에서 하나의 측벽에만 모세관(141)이 형성될 수 있다. 그 모세관(141)의 말단에는 통기공(143)이 형성될 수 있다.
다시 도 1a를 참조하면, 상기 채널(101), 주입공(110), 모세관(121), 및 통기공(123)은 서로 접착되는 하부 플레이트(10)와 상부 플레이트(20)에 형성된다. 구체적으로, 상기 채널(101)의 돌출부(102)와 채널 홈부(104, 106), 및 모세관(121)은 하부 플레이트(10)의 상면을 식각(etching)하거나, 미세 기계가공(micromachining)하여 형성하고, 상기 주입공(110) 및 통기공(123)은 상부 플레이트(20)를 미세 기계가공하여 형성할 수 있다. 상기 하부 플레이트(10)와 상부 플레이트(20)는 접착제나 양면 접착 테이프를 이용하여 접착할 수 있고, 하부 플레이트(10)와 상부 플레이트(20)의 소재에 따라 접착 표면을 산소 플라즈마(O2 plasma) 처리한 후 밀착하여 접착하거나 어노딕 본딩(anodic bonding)에 의해 접착할 수도 있다.
도 1b를 참조하면, 밸브 영역(A, 도 4c 참조)에서 경화(硬化)된 상기 밸브 충전물(V)은 에너지를 흡수하면 용융된다. 이때 통기공(123)이 개방되어 있으면 용융된 밸브 충전물(V)은 모세관 입구(도 4a 참조)를 통해 모세관(121)으로 유입된다. 이로써 채널(101)을 흐르는 유체의 압력이나 원심력 등 외력이 없어도 채널(101)이 개방될 수 있다. 상기 밸브 충전물(V)은 예컨대, 레이저 광원(40)과 같은 에너지원에서 입사된 레이저의 에너지에 의해 용융될 수 있다. 한편, 상기 레이저 광원(40)은 밸브 충전물(V)에 에너지를 공급하는 에너지원의 일 예일 뿐이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 밸브 충전물(V)는 상온에서 고체 상태이나 에너지를 흡수하면 용융되는 상전이 물질(phase transition material)과, 상기 상전이 물질에 분산되며, 에너지를 흡수하여 발열하는 다수의 미세 발열입자(P)를 포함한다.
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(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 상기 채널(101)과 상기 모세관(121)을 자유롭게 통과할 수 있게 미세한 직경을 갖는다. 상기 미세 발열입자(P)는 예컨대 레이저 조사와 같은 방법으로 전자기파 에너지가 공급되면 온도가 급격히 상승하여 발열하는 성질을 가지며, 왁스에 고르게 분산되는 성질을 갖는다. 이러한 성질을 갖도록 상기 미세 발열입자(126)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 분자 구조를 가질 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(126)는 예컨대, Al2O3, TiO2, Ta2O3, Fe2O3, Fe3O4, 또는 HfO2 와 같은 금속 산화물 입자일 수 있다. 한편, 밸브 충전물(V)은 미세 발열입자(P)를 반드시 포함하여야 하는 것은 아니며, 미세 발열입자(P) 없이 상전이 물질만으로 이루어질 수도 있다.
상기 경화된 밸브 충전물(V)에 레이저 광원(40)을 이용하여 레이저를 조사하면, 상기 밸브 충전물(V)에 포함된 미세 발열입자(P)가 급속히 발열하여 상전이 물질이 급속히 가열된다. 따라서, 밸브 충전물(V)이 급속히 용융되어 모세관(121)으로 유입되므로 채널(101)이 개방되고, 유체가 채널(101)을 따라 흐를 수 있는 상태가 된다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 밸브 유닛을 도시한 사시도이다. 상기 밸브 유닛(200)은 도 1a에 도시된 밸브 유닛(100)와 마찬가지로, 돌출부(202)와, 채널 홈부(204, 206)를 갖는 채널(201)과, 상기 돌출부(202)에 배치된 채 경화되어 채널(201)을 폐쇄하는 밸브 충전물(V)과, 레이저 광원(40)의 레이저 조사에 의해 용융된 밸브 충전물(V)이 유입될 수 있게 채널(201)의 측벽에 형성된 모세관(221)을 구비한다. 상기 모세관(221)의 말단에는 투명 접착 테이프(217)에 의해 폐쇄되나 채널(201) 개방 작동을 위한 레이저 조사(照査)에 앞서 개방된다.
도 4a 내지 도 4c는 도 1a의 밸브 유닛의 제조방법을 순차적으로 도시한 단면도로서, 이하에서 이들 도면을 참조하여 도 1a의 밸브 유닛(100)의 제조방법을 상세하게 설명한다.
상기 밸브 유닛(100)의 제조 방법은, 채널(101) 형성 단계와, 모세관(121) 형성 단계와, 주입공(110) 형성 단계와, 밸브 충전물(V) 배치 단계와, 밸브 충전물(V) 경화 단계와, 주입공(110) 폐쇄 단계를 구비한다.
도 4a를 참조하면, 상기 채널(101) 형성 단계는 제1 채널 깊이(D1)를 갖는 돌출부(102)와, 상기 돌출부(102)에 대해 단차지게 파여져 상기 제1 채널 깊이(D1)보다 큰 제2 채널 깊이(D2)를 가진 채널 홈부(104, 106)를 형성하는 단계를 구비한다. 상기 모세관(121) 형성 단계는 상기 돌출부(102) 상의 채널(101) 측벽으로부터 연장되는 모세관(121)을 형성하는 단계와, 상기 모세관(121)의 말단에 통기공(123)을 형성하는 단계를 구비한다. 상기 채널(101)과 모세관(121)은 하부 플레이트(10)를 식각하거나 미세 기계가공하여 형성할 수 있고, 상기 주입공(110)과 통기공(123)은 상부 플레이트(20)를 미세 기계가공하여 형성할 수 있다. 채널(101) 및 모세관(121)이 형성된 하부 플레이트(10)와 주입공(110) 및 통기공(123)이 형성된 상부 플레이트(20)는 서로 접합된다. 상기 채널(101), 모세관(121), 주입공(110), 및 통기공(123)의 형성 방법과 하부 플레이트(10) 및 상부 플레이트(20)의 접합 방법에 대해서는 앞서 상세히 언급하였으므로 중복되는 언급을 생략한다.
도 4b를 참조하면, 상기 밸브 충전물(V) 배치 단계는 상기 주입공(110)을 통하여 용융 상태의 밸브 충전물(V)을 채널(101)에 주입하는 단계를 포함한다. 고온 에서 용융된 밸브 충전물(V)을 디스펜서(dispenser, 50)를 이용하여 소량 주입하면, 용융된 밸브 충전물(V)이 모세관력에 의해 제1 채널 깊이(D1)의 밸브 영역(A)으로 이동하여 배치된다. 상기 주입된 밸브 충전물(V)이 모세관 입구(121a)를 통해 모세관(121, 도 1a 참조)으로 유입되지 못하도록 밸브 충전물(V) 주입에 앞서 상기 통기공(123, 도 1a 참조)이 투명 접착 테이프(117)에 의해 폐쇄된다. 상기 밸브 충전물(V)에 대해서는 앞서 상세히 언급하였으므로 중복되는 언급을 생략한다.
도 4c를 참조하면, 상기 밸브 충전물(V) 경화 단계는 상기 밸브 영역(A)에 배치된 밸브 충전물(V)을 상온에 방치하여 경화시킴으로써 채널(101)을 폐쇄하는 단계를 구비한다. 한편, 밸브 충전물(V)이 채널(101)에 주입되고 경화된 후에 상기 주입공(110)은 투명 접착 테이프(115)에 의해 폐쇄될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 도 3의 밸브 유닛의 제조방법을 순차적으로 도시한 단면도로서, 이하에서 이들 도면을 참조하여 도 3의 밸브 유닛(200)의 제조방법을 상세하게 설명한다.
상기 밸브 유닛(200)의 제조 방법은 채널(201) 형성 단계와, 모세관(221) 형성 단계와, 밸브 충전물(V) 배치 단계와, 밸브 충전물(V) 경화 단계를 구비한다. 상기 밸브 유닛(200)은 도 1a의 밸브 유닛(100)과 달리 주입공(110)이 없다.
도 5a를 참조하면, 상기 채널(201) 형성 단계는 제1 채널 깊이(D1)를 갖는 돌출부(202)와, 상기 돌출부(202)에 대해 단차지게 파여져 상기 제1 채널 깊이(D1)보다 큰 제2 채널 깊이(D2)를 가진 채널 홈부(204, 206)를 형성하는 단계를 구비한다. 상기 모세관(221) 형성 단계는 상기 돌출부(202) 상의 채널(201) 측벽으로부터 연장되는 모세관(221)을 형성하는 단계와, 상기 모세관(221)의 말단에 통기공(223, 도 3 참조)을 형성하는 단계를 구비한다. 상기 채널(201)과 모세관(221)은 하부 플레이트(10)를 식각하거나 미세 기계가공하여 형성할 수 있고, 통기공(223)은 상부 플레이트(20)를 미세 기계가공하여 형성할 수 있다. 상기 채널(201), 모세관(221), 및 통기공(223)의 형성 방법에 대해서는 앞서 상세히 언급하였으므로 중복되는 언급을 생략한다.
도 5b를 참조하면, 상기 밸브 충전물(V) 배치 단계는 돌출부(202) 상에 용융 상태의 밸브 충전물(V)을 내려놓는 단계를 포함한다. 디스펜서(dispenser, 50)를 이용하면 고온에서 용융된 소량의 밸브 충전물(V)을 돌출부(202) 상에 떨어뜨릴 수 있다. 상기 밸브 충전물(V)에 대해서는 앞서 상세히 언급하였으므로 중복되는 언급을 생략한다.
도 5c를 참조하면, 상기 돌출부(202)에 배치된 밸브 충전물(V)이 경화되기 전에 하부 플레이트(10)와 상부 플레이트(20)를 정렬하여 접합한다. 상기 하부 플레이트(10)와 상부 플레이트(20)의 접합 방법에 대해서는 앞서 상세하게 언급하였으므로 중복되는 언급을 생략한다.
상기 밸브 충전물(V) 경화 단계는 상기 돌출부(202) 상에 배치된 밸브 충전물(V)을 상온에 방치하여 경화시킴으로써 채널(201)을 폐쇄하는 단계를 구비한다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들은 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 보 호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 유닛을 도시한 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 밸브 유닛의 채널이 개방된 상태를 도시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 도 1a의 밸브 유닛의 변형예를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 밸브 유닛을 도시한 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 1a의 밸브 유닛의 제조방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 3의 밸브 유닛의 제조방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10, 20 ...하부 및 상부 플레이트 40 ...레이저 광원
100 ...밸브 유닛 101 ...채널
102 ...돌출부 104, 106 ...채널 홈부
110 ...주입공 115, 117 ...투명 접착 테이프
121 ...모세관 123 ...통기공

Claims (22)

  1. 유체를 이송하기 위한 채널(channel); 상온에서 고체 상태이나 에너지를 흡수하면 용융되는 상전이 물질(phase transition material)을 포함하여 이루어지고, 상기 채널 상에서 경화(硬化)되어 상기 채널을 폐쇄하는 밸브 충전물; 및, 상기 채널을 폐쇄하는 밸브 충전물이 용융되면 유입되도록 상기 채널의 측벽으로부터 연장되고, 상기 채널의 단면적보다 좁은 단면적을 갖는 적어도 하나의 모세관;을 구비한 밸브 유닛.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 채널은 제1 채널 깊이를 갖는 돌출부와, 상기 돌출부에 대해 단차지게 파여져 상기 제1 채널 깊이보다 큰 제2 채널 깊이를 가진 채널 홈부를 구비하고, 상기 모세관은 상기 돌출부 상의 채널 측벽으로부터 연장되고, 상기 돌출부 상에서 상기 밸브 충전물이 경화되어 상기 채널을 폐쇄하는 밸브 유닛.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 모세관의 말단에는 통기공(ventilation hole)이 마련되고, 상기 통기공은 폐쇄되었다가 상기 채널을 폐쇄하는 밸브 충전물이 용융되기 전에 개방되는 밸브 유닛.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 채널을 폐쇄하는 밸브 충전물을 상기 채널 상에 주입하기 위한 주입공을 더 구비한 밸브 유닛.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 주입공은 상기 밸브 충전물이 상기 채널 상에 주입된 후에 폐쇄되는 밸브 유닛.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 모세관은 상기 채널의 마주보는 양(兩) 측벽에 또는 양 측벽 중 하나의 측벽에 형성된 밸브 유닛.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 밸브 충전물의 상전이 물질은 왁스(wax), 겔(gel), 또는 열가소성 수지인 밸브 유닛.
  8. 제7 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 밸브 유닛.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 겔은, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates) 및, 폴리비닐아미드(polyvinylamides)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 밸브 유닛.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는, 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)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 밸브 유닛.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 밸브 충전물은 상기 상전이 물질에 분산되며, 에너지를 흡수하여 발열하는 다수의 미세 발열입자를 더 포함하는 밸브 유닛.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 미세 발열입자는 금속 산화물 입자인 밸브 유닛.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 금속 산화물은 Al2O3, TiO2, Ta2O3, Fe2O3, Fe3O4 및, HfO2 로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 밸브 유닛.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 미세 발열입자는 중합체 입자, 퀀텀 도트(quantum dot), 또는 자성비드(magnetic bead)인 밸브 유닛.
  15. 유체를 이송하기 위한 채널(channel)을 형성하는 채널 형성 단계;
    상기 채널의 측벽으로부터 연장되고 상기 채널의 단면적보다 좁은 단면적을 갖는 적어도 하나의 모세관을 형성하는 모세관 형성 단계;
    상온에서 고체 상태이나 에너지를 흡수하면 용융되는 상전이 물질(phase transition material)을 포함하여 이루어진 밸브 충전물을 용융 상태로 상기 모세관의 입구가 형성된 상기 채널 상의 영역에 배치하는 밸브 충전물 배치 단계; 및,
    상기 밸브 충전물을 경화시켜 상기 채널을 폐쇄하는 밸브 충전물 경화 단계; 를 구비한 밸브 유닛 제조방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 채널 형성 단계는 제1 채널 깊이를 갖는 돌출부와, 상기 돌출부에 대해 단차지게 파여져 상기 제1 채널 깊이보다 큰 제2 채널 깊이를 가진 채널 홈부를 형성하는 단계를 구비하고, 상기 모세관 형성 단계는 상기 돌출부 상의 채널 측벽으로부터 연장되는 모세관을 형성하는 단계를 구비한 밸브 유닛의 제조방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 모세관 형성 단계는 상기 모세관의 말단에 통기공(ventilation hole)을 형성하는 단계를 더 구비하고, 상기 밸브 유닛 제조방법은 상기 밸브 충전물 배치 단계 및 밸브 충전물 경화 단계 동안 상기 통기공을 폐쇄하는 통기공 폐쇄 단계를 더 구비한 밸브 유닛의 제조방법.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 밸브 유닛 제조방법은 상기 채널에 연결되는 주입공을 형성하는 주입공 형성 단계를 더 구비하고, 상기 밸브 충전물 배치 단계는 상기 주입공을 통하여 용융 상태의 밸브 충전물을 주입하는 단계를 구비하는 밸브 유닛 제조방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 밸브 유닛 제조방법은 상기 밸브 충전물 배치 단계 이후에 상기 주입공을 폐쇄하는 주입공 폐쇄 단계를 더 구비한 밸브 유닛 제조방법.
  20. 제15 항에 있어서,
    상기 모세관 형성 단계는 상기 채널의 마주보는 양(兩) 측벽에 또는 양 측벽 중 하나의 측벽에 모세관을 형성하는 단계를 구비한 밸브 유닛 제조방법.
  21. 제15 항에 있어서,
    상기 밸브 충전물은 상기 상전이 물질에 분산되며, 에너지를 흡수하여 발열하는 다수의 미세 발열입자를 더 포함하는 밸브 유닛 제조방법.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 미세 발열입자는 금속 산화물 입자인 밸브 유닛 제조방법.
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