KR20110073381A - 박막 밸브 장치 및 박막 밸브 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 열원 장치의 열과 원심력에 의해 몸체 내부의 유공 또는 유로를 개폐시킬 수 있는 박막 밸브 장치 및 박막 밸브 제어 장치에 관한 것으로, 상기 박막 밸브 장치 및 박막 밸브 제어 장치는 예를 들어, 유체 내 소량의 물질을 진단 및 탐지하기 위한 랩온어 칩(Lab On a Chip), 단백질 칩 및 DNA 칩과 같은 바이오 칩이 집적화된 회전 가능한 바이오 디스크(Bio Disc)의 밸브에 적용가능하다.

Description

박막 밸브 장치 및 박막 밸브 제어 장치{THIN FILM VALVE DEVICE AND ITS CONTROLLING APPARATUS}
본 발명의 일 실시예는 유체 내 소량의 물질을 진단 및 탐지하는 분석 장치의 유체의 흐름 및 유량제어 분야에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예는 유체의 흐름 또는 유량을 제어하기 위한 박막 밸브 장치 및 박막 밸브 제어 장치에 관한 것으로, 예를 들어, 열원 발생 장치의 열과 원심력에 의해 유공(hole) 및 유로(channel, 채널)가 개폐되는 박막 밸브 장치 및 박막 밸브 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 장치 및 박막 밸브 제어 장치는 유체 내 소량의 물질을 진단 및 탐지하기 위한 랩온어 칩(Lab On a Chip); 단백질 칩 및 DNA 칩과 같은 바이오 칩이 집적화된 회전 가능한 바이오 디스크(Bio Disc);의 밸브 및 제어 장치의 구성에 적용가능하다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 장치 및 박막 밸브 제어 장치는 통상적인 CD-ROM 및 DVD 등의 디스크 장치가 변형 개조되어 박막의 몸체 속에 형성된 유로 및 유공을 개폐시키는데 필요한 마이크로 밸브 장치의 구성에 적용가능하다.
최근까지 유체 내 소량의 분석종 탐지를 위한 대부분의 임상 진단 분석 장치에는 다중 샘플 준비 및 자동화된 시약 첨가용 장치를 설계하고, 병렬 또는 직렬로 수많은 테스트 샘플을 분석하기 위한 장치를 설계함으로써 효율성 및 경제성이 개선되어 왔다. 종종 이러한 자동화된 시약 준비장치 및 자동화된 분석기가 단일 박막 장치에 집적된다. 이러한 형태의 박막형 임상실험 분석기는 한 시간 이내에 소량의 샘플과 시약을 가지고 수백 가지의 분석을 자동 또는 반자동으로 정확히 수행할 수 있다. 그러나, 이러한 박막형 분석기는 상기 샘플 혹은 시약(효소 및 버퍼 용액)을 자동으로 제공하기 위한 밸브가 필수적이나 설계가 복잡하여 박막화 하기 어려운 문제가 있었다. 따라서, 이러한 문제를 극복하기 위한 간단하고, 박막화에 적합한 박막 밸브가 요구된다.
박막 기질으로서의 CD 와 DVD와 관련하여, 12cm 폴리카보네이트 기판(기질), 반사금속층 및 보호 라커코팅으로부터 표준 컴팩트 디스크가 형성된다. DVD, CD 및 CD-ROM의 포맷은 ISO 9660 공업표준에 의해 기술된다. 폴리카보네이트 기판은 광학품질의 투명한 폴리카보네이트이다. DVD 및 CD의 데이타층은 폴리카보네이트 기판의 일부이고 데이타는 사출성형 공정동안 스탬퍼(stamper)에 의해 일련의 피트(pit) 형태로 새겨진다. 스탬핑 마스터는 대체로 유리이다. 이러한 폴리카보네이트 기판은 바이오 디스크와 같은 유체내 소량의 물질을 진단 및 탐지하는 박막형태의 분석장치로 변형개조가 가능하며, 이 경우 사출 성형 공정동안 디스크 표면에 피트 대신, 유체가 흐를 수 있는 유로(channel) 및 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber)가 형성될 수 있다. 이러한 박막 내에 형성된 유로의 유체의 흐름 및 유량을 원활히 제어할 수 있는 박막 밸브가 필요하다.
이하, 상기 통상적인 CD-ROM, DVD등과 같은 디스크를 변형 개조하여 유체 내 소량의 물질을 진단 및 탐지하기 위한 랩온어 칩(Lab On a Chip); 단백질 칩 및 DNA 칩 같은 바이오 칩과 함께 박막 밸브가 집적화된 디스크; 또는 박막 밸브를 집적화하여 유체 내 소량의 물질을 진단 및 탐지하기 위한 바이오 및 화학공정을 수행하는 디스크를 "바이오 디스크" 또는 "박막 밸브 장치"라 칭한다.
디스크상의 주입구에 주입된 검체을 원심력을 이용하여, 디스크의 표면에 유체를 이동시키기 위한 장치와 디스크상의 주입구에 주입된 유체 검체를 원심력을 이용하여 채널과 챔버로 이동시켜 가면서 검체을 분리하는 장치는 알려져 있다. 그러나, 이는 밸브의 박막화 문제를 극복하지 못해 정교한 유량 제어가 불가능하다.
일반적으로 공지된 전자석을 이용한 밸브는 자계의 힘에 의해 움직이는 실린더 또는 플런저에 의해 유로를 개폐한다. 이러한 실린더 또는 프런저를 움직이기 위한 자력의 세기를 확보하기 위해 적당한 크기의 페라이트 코아(ferrite core) 및 이를 감는 많은 권선이 필요하며, 상기 실린더와 플런저를 움직이기 위해 밸브 온오프(on and off)시 많은 전력이 필요하다. 따라서 이러한 전자석을 이용한 밸브는 전자석 자체의 크기로 인해 박막형 밸브를 구성하는 것이 불가능할 뿐만 아니라, 많은 전력소모로 인한 열 발생으로 많은 문제가 있어, 박막형 밸브로서 부적합할 수 있다.
이러한 문제를 극복하기 위해 본 발명의 일 실시예는 열원(heating source) 장치의 열 이외에 박막 밸브장치의 회전에 따른 원심력을 이용하여 밸브를 개방하기 때문 외부 자석의 부피가 작아도 될 뿐만 아니라, 밸브 개방에 있어서도 높은 신뢰도를 확보할 수 있다. 또한 유로(channel)가 아닌 유공(hole)을 개방함으로서 유체와 밸브가 이격되어 있어 열에 의한 유체의 성질이 훼손될 가능성이 작아질 수 있다.
바이오 디스크는 챔버 내에 저장된 액상(liquid phase)물질을 유통 기간 동안 안정되게 챔버 내에 저장하고 있어야 한다. 그러나, 바이오 디스크의 몸체는 장기간의 유통 보관기간에 걸쳐 온도와 같은 환경요소에 의해 수축 및 팽창이 발생하여 이로 인해 밸브에 틈이 발생할 수 있다. 그 결과 챔버 내에 저장된 액체가 밸브의 틈으로 증발하여 빠져나가 밸브의 밀폐(sealing)에 대한 신뢰성에 많은 문제를 일으킬 수 있다.이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는 유통 기간 동안 유공을 폐쇄시키기 위해 점착제(an adhesive, 또는 a gluing agent)가 코팅된 구슬마개, 비자성체 마개, 자성체 마개, 열수축 마개, 또는 박막 접착 테이프를 유공에 부착하여 완전 폐쇄(closing)시키고, 유공 개방시에는 열원장치의 열에 의해 점착제의 접착력을 떨어뜨려 밀폐력을 저하시킨 후, 원심력에 의해 유체에 형성된 수압(hydraulic force)의 힘으로 상기 구슬 마개, 비자성체 마개, 자성체 마개, 열수축 마개 또는 박막 접착 테이프를 유공으로부터 이탈시켜 유공을 개방(opening)시키는 박막 밸브 장치를 제공할 수 있다.
이하, 상기 유공을 개폐하기 위한 구슬마개, 비자성체 마개, 자성체 마개, 열수축 마개 또는 박막 접착 테이프에 의한 유공 폐쇄막을 박막 밸브라 통칭한다.
상기 박막 밸브는 박막 형태의 밸브 구현이 가능할 뿐만 아니라, 코팅제로 사용된 점착제는 프렉셔블(flexible)하므로 온도와 같은 환경적 요소에 따른 팽창과 수축에 잘 적응하기 때문에 유통 보관 기간 중에 몸체의 팽창 및 수축에 의한 밀폐(sealing) 문제가 발생되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 장치는 초박막 형태의 밸브가 가능할 뿐만 아니라 단위 면적 당 많은 밸브들을 집적화 시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 박막 밸브 장치는 랩온어 칩 이나 DNA 칩 과 같은 유체 내 소량의 물질을 진단 및 탐지하는 박막형 장치의 밸브 구성에 적용가능하다. 예를 들어, 통상적인 CD-ROM 및 DVD 등 디스크 장치가 변형 개조되어 박막의 몸체 속 형성된 유로 및 유공을 개폐 시키거나 유량을 제어하는 밸브 장치 구성에 적용가능하다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 장치 및 박막 밸브 제어 장치는 유체 내 소량의 물질을 진단 및 탐지하기 위한 랩온어 칩(Lab On a Chip); 단백질 칩 및 DNA 칩과 같은 바이오 칩이 집적화된 회전 가능한 바이오 디스크(Bio Disc);의 밸브 및 제어 장치의 구성에 적용가능하다.
본 발명의 일 실시예는 열원 장치의 열과 원심력에 의해 구슬(ball) 마개, 열수축 마개(Heat Shrinkable stopple), 비자성체 마개, 또는 자성체 마개로 폐쇄된 유공을 개방하는 박막 밸브 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예는 열원 장치의 열 및/또는 원심력 및/또는 자력에 의해 자성체 마개로 폐쇄된 유공을 개폐하는 박막 밸브 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예는 자성체 마개에 의해 유공을 폐쇄시키고, 열원 장치의 열에 의해 상기 자성체 마개의 접착력을 약화시킨 후 유공의 하측에 위치한 이동가능한 영구자석에 의해 상기 유공을 개방하고, 이후 열원의 열에 의해 상기 자성체 마개의 접착력을 회복함과 동시에 유공의 상측에 위치한 영구자석에 의한 자성체 마개에 대한 인력으로 유공이 다시 폐쇄됨으로서, 가역적 개폐 기능을 갖는 박막 밸브 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예는 열원장치의 열에 의해 열 수축마개에 의해 폐쇄된 유공 또는 유로를 개방하는 박막 밸브 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예는 상기 구슬 마개, 열 수축 마개, 자성체 마개 및 비자성체 마개는 점착제에 의해 그들 표면이 코팅될 수 있다.
이하, 본 발명에서는 점착제, 박막 접착 테이프(thin film adhesive tape) 및 테이프는 혼용된다.
본 발명의 다른 일 실시예는 박막 접착 테이프에 의해 만들어진 유공 폐쇄막에 의해 유공을 폐쇄(closing)시키고, 열원의 열과 원심력에 의해 유체 자체에 형성된 유압(hydraulic force 또는 hydraulic pressure)의 힘으로 유공 폐쇄막의 파열에 의해 유공을 개방시키는 박막 밸브 장치를 제공할 수 있다.
상기 열원 장치는 국부적으로 조사(illumination)되는 자외선 광원 또는 UV(ultraviolet) 광원 또는 레이저 빔(laser beam) 발생장치를 포함한다.
상기 구슬 마개는 강자성체 구슬, 상자성체 구슬, 반 자성체 구슬, 금속구, 금속코팅된 플라스틱 및 유리구슬을 구성하는 군으로부터 선택된 재료로 이루어 질 수 있으며, 상기 구슬 마개는 1 um 내지 1mm 범위의 직경을 가질 수 있다. 비록 상기 구슬 마개 및 열수축 마개는 구형 입자일 수 있지만, 다른 실시예에서는 비구형 입자일 수도 있다. 상기 비구형 입자는 박막 원기둥 입자, 원기둥 입자 또는 박막형 사각형 입자일 수 있다.
상기 박막 접착 테이프는 단면테입, 양면테입 등 모든 접착테이프에 사용되는 점착제를 포함하며, 상기 점착제는 핫 멜트(hot melt), 실리콘, 고무계, 변성 실리콘계, 아크릴계(acrylic), 폴리아마이드(ployamide), 폴리오레핀(polyolefin), 테프론계, 폴리에스터(polyester), 에폭시, 자외성 감응 경화성 접착제(UV curable adhesive), UV접착제, 열 가소성 수지, 겔(gel), 왁스(wax) 등과 같은 재료가 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 점착제는 핫 멜트(hot melt) 테이프, 열 경화성 테이프(thermosetting tape), 또는 열가소성 테이프(thermoplastic tape)일 수 있다. 상기 겔은 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates) 또는 폴리비닐아미드(polyvinylamides)일 수 있다. 상기 열 가소성 수지는 COC, PMMA, PC, PS, POM, PFA, PVC, PP, PET, PEEK, PA, PSU 또는 PVDF일 수 있다. 상기 왁스는 파라핀 왁스(paraffin wax), 합성 왁스(synthetic wax) 또는 마이크로 크리스탈린 왁스(microcrystalline wax)일 수 있다. 상기 점착제는 열원장치의 열에 의해 녹거나 점착력이 저하되는 것을 포함할 수 있다. 상기 핫 멜트 테이프, 열 가소성 테이프, 또는 자외선 감응 경화성 접착제는 열원에 의해 녹아 점착력이 약화되는 성질을 가질 수 있다. 상기 점착제는 열원 장치에 의한 에너지를 흡수하여 발열하는 다수의 미세 발열 입자를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 열원장치의 조사에 의하여 발열된 다수의 미세 발열 입자가 상기 점착제의 용융 및 팽창을 촉진시켜 점착력을 약화시킬 수 있다. 상기 미세 발열 입자는 강자성 물질 또는 금속산화물 중에서 하나 이상 선택되는 입자형태를 가질 수 있다. 상기 강 자성체는 Fe, Ni, Cr 및 이들의 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 성분으로 이루어 질 수 있다. 상기 금속산화물은 Al2O3, TiO2, Ta2O3, Fe2O3, Fe3O4 및 HfO2로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 상기 단면 테이프 또는 양면 테입은 종이(paper), 비닐, 폴리에스터 필름(polyester film), 폴리에틸렌 필름(Polyethylene film), PET (폴리에틸렌테레프탈레이트, Poly-Ethylene-Terephthalate) 필름 또는 기타 합성 재질과 같은 백킹(backing)의 양쪽 또는 한쪽 면에 특수한 점착제 (an adhesive;a gluing agent)로 표면 처리될 수 있고, 필요조건에 따라 높은 실링 및 완충, 진동 완화, 내충격성, 내열성, 흡착성, 접착력 등의 특징을 가진 점착제 재료를 선정하여 사용할 수 있다. 상기 열수축 마개는 테프론(Teflon), 실리콘(silicon), 폴리올레핀(Polyolefin) 계열의 재료일 수 있다. 상기 열수축 물질은 50％ ∼ 350％의 신축률을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예는 생물학적, 생화학적 분석 또는 화학적 분석에 필요한 유체를 저장하거나 생물학적, 화학적 또는 생화학적 반응을 수행할 수 있는 하나 이상의 챔버; 상기 챔버을 연결하는 유로; 시료와 생물학적, 화학적 또는 생화학적 반응을 하기 위한 분석 사이트(assay site) 또는 생화학 반응 챔버; 상기 유로의 중간에 배치되어 상기 유로에 연결되는 유공; 상기 유공을 개폐하기 위한 박막 밸브; 및 상기 챔버, 유로, 분석 사이트, 생화학 반응 챔버, 유공 및 박막 밸브가 박막의 몸체에 집적화된 박막 밸브 장치를 제공할 수 있다.
상기 생물학적, 화학적 또는 생화학적 반응이란 두 개의 바이오 물질 간의 특이적 결합(specific binding) 반응 또는 리간드-리셉터(ligand-receptor) 반응, 항원-항체 반응, 면역학적 반응, 혼성화(hybridization)반응, 생화학(biochemical)반응 또는 상기 반응에 따른 3차원 구조의 변화를 포함한다. 상기 생화학 반응이란, 혈액내의 GOT, GPT, ALP, LDH, GGT, CPK, Amylase, T-Protein, Albumin, Glucose, T-Cholesterol, Triglycerides, T-Bilirubin D-Bilirubin, BUN, Creatinine, I.Phosphorus, Calcium, Uric Acid 등의 분석을 위한 반응을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 장치는 ELISA/CLISA 분석 방법이 응용된 랩온어 칩, Rapid test 방법이 응용된 랩온어 칩; 또는 식중독균 검사, 잔류항생제 검사, 잔류 농약 검사, 오수(polluted water) 내의 중금속 검사, 유전자 변형 식품 검사, 식품 알레르기 검사, 오염 물질 검사, 대장균 및 살모렐라 같은 세균 검사, 친자확인, 육류 종류 및 원산지 식별 검사를 위한 랩온어 칩 같은 유체 내 소량의 바이오 물질 또는 화학 물질을 진단 및 탐지하는 분석 장치에 적용가능하다.
상기 세균 검사는 대장균, 녹농균, 포도상구균, 비브리오균, 살모렐라균 검사를 포함한다. 상기 잔류농약 검사는 야채나 채소, 과일 중에 포함된 농약 중 사용량이 가장 많은 유기인계, 카바메이트계 살충제를 검사하는 것을 포함한다. 상기 바이오 물질은 DNA, 올리고 뉴클레오티드, RNA, PNA, 리간드, 리셉터, 항원, 항체, 우유, 오줌, 타액(saliva), 머리카락, 농작물 및 채소 샘플, 육류 샘플, 어류 샘플, 조류 샘플, 오수(오염된 물), 가축 샘플, 식재료, 식품 샘플, 구강 세포, 조직샘플, 타액, 정액, 단백질(Protein) 및 생체물질을 구성하는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것일 수 있다. 상기 식재료란, 음식을 만들기 위한 재료를 말하며, 예를 들어, 찌게를 위한 식재료, 국수 및 면류를 위한 식재료, 김치를 만들기 위한 식재료, 국 내지 탕을 만들기 위한 식재료, 국물을 포함하는 식재료 등을 포함한다. 상기 오줌 검체시, 상기 박막 밸브 장치는 Leucocyte, Blood, Protein, Nitrite, pH, Specific gravity, Glucose, Ketone, Ascorbic acid, Urobilinogen, bilirubin 분석을 수행하는 것을 포함한다. 모발(머리카락) 검체시, 혈액이나 뇨 분석에 비해 미네랄을 비롯한 신체의 영양물질 및 독성물질의 축적에 의한 Historical Record를 정확히 측정할 수 있다. 또한 장기간의 무기물 과다 및 결핍을 정확히 알 수 있으며 독성 중금속의 양을 알아내는데 표본이 될 수 있다.
상기 박막 밸브 장치의 몸체는 직경이 120mm, 80mm, 60mm 또는 32mm인 원판 디스크를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 장치에 있어서, 상기 박막 밸브 장치의 몸체는 2층 또는 3층의 기질이 적층 및 접합되어 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 장치에 있어서, 상기 몸체는 윗 기질과 중간 기질과 아래 기질이 적층 및 접합되어 구성될 수 있으며, 몸체 내부에 유로, 유공 및 챔버가 형성되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 윗 기질은 한쪽 챔버와 유공까지의 상측 유로가 일정 깊이만큼 음각되고, 중간 기질은 유공이 형성되고, 아래 기질은 다른 한쪽 챔버와 유공까지의 하측유로가 일정 깊이만큼 음각되어 설계된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 장치에 있어서, 상기 유로는 박막 유로일 수 있다. 상기 박막 유로는 음각 없이 박막 접착 테이프에 의해서 유로를 형성시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막밸브 장치에 있어서, 상기 박막 유로는 유로 형상이 설계된 박막 접착 테이프에 의해 기질들의 층(layer) 사이에 형성되는 것일 수 있다. 상기 기질들은 박막 접착 테이프에 의해 서로 밀착 접합되어 하나의 몸체를 이룰 수 있으며, 이 경우 박막 유로는 기질층 사이에서 박막 접착 테이프가 빠진 부분에 박막 유로가 형성되는 것일 수 있다. 상기 박막 유로는 유로의 깊이를 좁게 만들 수 있기 때문에, 모세관 현상이 잘 일어나 유체 이동을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 장치에 있어서, 상기 몸체는 유체의 이동으로 인한 공기압을 배출하기 위한 배기구를 더 포함하는 것일 수 있으며, 상기 배기구는 유체 흐름의 반대방향(즉, 원심력의 반대방향)으로 배치되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 장치에 있어서, 상기 몸체는 상기 구슬 마개, 열 수축 마개, 비자성체 마개 또는 자성체 마개의 무작위 이탈을 방지하기 위한 구속 홈 또는 구속 유로를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 장치에 있어서, 상기 몸체는 실리콘, 에어로 겔(aerogel), 플라스틱, PMMA, 유리, 실리콘, 폴리프로필렌, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA:polymethyl methacrylate), COC(고리형 올레핀 고분자: Cyclic Olefin Copolymer) 및 폴리카보네이트로 구성된 군으로부터 선택되는 재료로 이루어지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 장치에 있어서, 상기 몸체는 실리콘, 폴리프로필렌, COC 또는 폴리카보네이트일 수 있다. 또한 상기 박막 밸브 장치의 몸체 표면은 챔버 내에 저장된 액체의 증발을 막기 위해 알루미늄 또는 알루미늄 시트(sheet)에 의해 코팅될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막밸브 장치는 상기 몸체 내에 이웃한 챔버(chamber)들간에 유로 및 유공을 형성하는 동시에 유공에 상기 박막밸브를 설치하여 유공을 폐쇄하고, 이후 열원장치의 열에 의해 상기 박막밸브의 접착력을 약화시킨 후 상기 몸체를 회전시켜 원심력에 의해 상기 유공을 개방하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막밸브 장치는 상기 몸체 내에 이웃한 챔버(chamber)들간에 유로 및 유공을 형성하는 동시에 유공에 상기 박막밸브를 설치하여 유공을 폐쇄하고, 이후 몸체의 회전에 의한 원심력과 열원장치의 열에 의해 상기 박막밸브의 접착력을 약화시켜 상기 유로를 개방하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막밸브 장치는 상기 몸체 내에 이웃한 챔버들 간에 유로 및 유공을 형성하는 동시에 유공 위치에 자성체 마개를 설치하여 유공을 폐쇄시키고, 이후 열원장치의 열 혹은 열원장치의 열과 원심력에 의해 상기 자성체 마개의 접착력을 약화시킨 후 몸체의 하측에 위치한 이동 가능한 영구자석의 자성체 마개에 대한 인력에 의해 상기 유공을 개방하는 것일 수 있다. 상기 자성체 마개는 영구자석일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 장치에 있어서, 상기 박막 접착 테이프는 기질에 단면 테이프를 붙인 후 이형지를 제거함으로서 기질의 한쪽 면에 점착제에 의한 박막 코팅을 하거나 점착제를 디스펜서(dispenser), 스프레이(spray) 또는 실크 스크린에 인쇄하여 기질의 한쪽 면을 점착제에 의한 박막 코팅을 하는 것일 수 있다. 즉, 상기 박막 접착 테이프란 점착제 (an adhesive;a gluing agent) 자체를 말하며, 기질상에 점착제에 의한 박막 코팅되는 것일 수 있다. 상기 테이프에는 유공 폐쇄막이 포함되어 있어서, 이형지 제거시 유공 부위에 점착제에 의한 유공 폐쇄막을 남길 수 있다. 상기 유공 폐쇄막은 상기 기질을 서로 밀착 부착하여 몸체가 조립될 때 유공 부위에 형성되어 유공을 폐쇄시키는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 장치는 상기 점착제에 의해 박막 코팅된 복수 개의 기질을 서로 맞대어 밀착 부착하여 하나의 몸체를 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 장치에 있어서, 상기 열원(heating source) 장치는 박막 밸브 위치마다 독립적으로 상기 몸체 내에 매설되는 것일 수 있다. 상기 몸체의 유공 부위에 매설된 열원장치는 물질의 저항 특성을 이용한 와이어(wire) 열선 또는 금속발열체인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 장치에 있어서, 상기 열 수축 물질은 원기둥 모양으로 성형된 것일 수 있다. 상기 열 수축 물질은 열원에 의해 수축되어 유공 내지 유로가 개방되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 박막 밸브 장치를 회전시키기 위한 스핀들 모터; 열원장치를 탑재하여 이를 공간 이동시키기 위한 슬라이더; 상기 슬라이더의 이동을 제어키 위한 슬라이드 모터를 구비하여 원심력과 열원장치에 의해 상기 박막 밸브 장치상의 밸브를 개폐하기 위한 박막 밸브 제어장치를 제공할 수 있다.
상기 슬라이더상에 탑재된 열원장치는 레이저 빔 발생장치 또는 LED 광원일 수 있다. 상기 열원 장치는 슬라이더상에 탑재되어 개폐하고자 하는 박막밸브에 대한 방사방향 탐색이 선행되는 것일 수 있다. 상기 슬라이더는 상기 자성체 마개에 대한 인력을 작용하기 위한 영구자석을 더 탑재하는 것일 수 있다. 상기 레이저 빔 발생장치는 슬라이더상에 탑재되어 방사방향 탐색 이후, 펄스 빔(pulse beam) 또는 연속 빔에 의해 상기 점착제의 접착력을 약화시키는 것일 수 있다. 상기 레이저 빔 발생장치는 슬라이더상에 탑재되어 방사방향 탐색 이후, 펄스 빔 또는 연속 빔에 의해 상기 열 수축 마개에 열을 가해 수축시키는 것일 수 있다. 상기 레이저 빔 발생장치는 슬라이더상에 탑재되어 방사방향 탐색 이후, 펄스 빔의 듀티(duty)를 조절하거나 또는 연속 레이저 빔의 세기를 조절하거나 레이저 빔의 조사상태에서 박막 밸브 장치의 회전속도를 조절하여 상기 점착제의 접착력을 약화시키는 것일 수 있다. 상기 박막 밸브 장치의 회전 중 슬라이더(slider)상에 설치된 레이저 빔 발생장치와 해당 박막 밸브와 일치 할 때 마다, 그 박막 밸브에 레이저 빔이 조사(irradiation)되며, 이 경우 박막 밸브에 조사되는 레이저 빔의 량은 박막 밸브 장치의 회전 속도 및 레이저 빔 세기의 함수가 되며 박막 밸브 장치의 회전 중 해당 박막밸브에 대한 주기적인 레이저빔의 조사(illumination) 동작을 이하 "펄스 빔(pulse Beam)" 동작이라 칭한다. 이러한 "펄스 빔" 동작은 점도가 높은 유체를 회전시키는 동안 원심력에 의해 해당 챔버로 이동시킬 때 적용가능하다. 혈장 같은 점도가 높은 유체는 박막 밸브를 개방하여도 잘 이동하지 않을 수 있다. 이 경우 회전 중 유공을 개방하면 유체에 발생한 원심력에 의해 쉽게 이동시킬 수 있다. 박막 밸브 장치의 정지 중 슬라이더(slider) 상에 설치된 레이저 빔 발생장치와 해당 박막 밸브를 일치시켜 마주보게 정렬 시킨 후, 그 박막 밸브에 레이저 빔을 조사하는 경우 박막 밸브에 조사되는 레이저 빔의 조사량은 레이저 빔의 세기 및 조사 시간의 함수가 되며, 이 경우 레이저 빔의 세기는 레이저 빔의 초점 조절 또는 레이저 빔 발생장치와 박막 밸브 간의 거리 조절 또는 레이저 빔 발생장치의 전류 제어 또는 레이저 빔의 온오프(on-off) 듀티(duty) 제어에 의해 이루어 질 수 있다. 상기 박막 밸브 장치의 정지 동안 박막 밸브의 접착력을 약화시키기 위해, 레이저 빔 발생장치 와 해당 박막 밸브를 일치시켜 마주보게 정렬시키는 동작과 레이저 빔 조사 동작을 이하 "스캔닝 빔(scanning Beam)" 동작이라 칭한다. 상기 박막밸브에 대한 열원 장치의 열 공급은 상기 "펄스 빔" 동작 또는 "스캔닝 빔" 동작에 의한 것일 수 있다.
상기에서 본 발명의 일 실시예는 유체의 흐름 또는 유량을 제어하기 위해 점착제에 의해 코팅된 마개 또는 열 수축 물질(Heat Shrinkable material) 또는 박막 접착 테이프를 이용한 박막 밸브 및 박막 밸브 제어 장치에 관한 것으로, 열원장치의 열과 원심력에 의해 몸체 내부의 유공 또는 유로를 개폐시킬 수 있는 박막 밸브 및 박막 밸브 제어장치를 제공할 수 있다. 예를 들어, 유체 내 소량의 물질을 진단 및 탐지하기 위한 랩온어 칩(Lab On a Chip), 단백질 칩 및 DNA 칩과 같은 바이오 칩이 집적화된 회전 가능한 바이오 디스크(Bio Disc)에 요구될 수 있는 박막 밸브를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 및 박막 밸브 제어 장치는 통상적인 CD-ROM 및 DVD 등 디스크 장치가 변형 개조되어 박막의 몸체 속에 형성된 유로(channel) 및 유공(hole)을 개폐 시키는데 요구될 수 있는 마이크로 밸브와 제어 장치를 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 3는 박막 접착 테이프를 이용한 박막 밸브 장치의 실시예를 도시한다.
도 4 및 도 5는 열수축 마개를 이용한 박막 밸브 장치의 작동상태를 도시한다.
도 6 내지 도 8는 비자성체 마개를 이용한 박막 밸브 장치의 일 실시예를 도시한다.
도 9 내지 도 11는 자성체 마개를 이용한 박막 밸브 장치의 일 실시예를 도시한다.
도 12 및 도 16는 구슬 마개를 이용한 박막 밸브 장치의 일 실시예를 도시한다.
도 17 및 도 20는 박막 밸브 장치를 구동 제어하기 위한 박막 밸브 제어 장치의 일 실시예를 도시한다.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
1: 윗 기질 1a,1b,2a: 박막 접착 테이프 층
2: 중간 기질 2a: 박막 접착 테이프 층
3: 아래 기질 4a,4b,4c,5a: 영구자석
10,10a,10b: 유공 10c: 구슬채널 12: 배기구
13a,13b: 유공 폐쇄막 20,21: 챔버 22: 유로 23: 보조채널 60: 구슬마개
61b: 구슬 70a: 열수축 마개 70b: 비자성체 마개 70c: 자성체 마개 80: 점착제
81: 비자성체 또는 자성체 82: 도너츠 구멍 98a: 기준 구멍 98b: 기준 반사판
99: 광검출기(또는 방위각 검출기) 99a,99b: 포토 커플러
100: 박막 밸브 장치의 몸체 100a: 박막 밸브 제어 장치 101: 중앙 제어 장치
102: 스핀들 모터 101a,101b,101c: 구속 홈 102a: 압력 턱 103: 상하 이동 수단
104: 압착 수단 107: 열원장치(또는 레이저 빔 발생장치) 108: 조명장치 108a,108b: 슬라이드 아암 109: 슬라이드 모터 109a,109b: 웜 기어 연결부
110: 무선전파 발생부 110a: 웨이퍼 또는 하네스 110b: 프렉셔블 케이블
110a,110b,110c,110d: 나사(110a, 110b 중복 적용) 111: 입출력 장치
121: 검체 주입구 140: 회로기판 170: 공극 181: 턴 테이블
130,131,132,133,140,141,142,143: 챔버
188: 메모리 내장형 무선 RF IC 189: 태양전지
200a,200c: 열경화성 점착제 층 200d: 열가소성 점착제 층 200b: PET 백킹
211: 슬라이더 V1,V2,V3,V4,V5,V6,V7: 밸브 300: 박막 밸브 제어 장치의 몸체
발명의 실시를 위한 형태
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예의 구성을 더욱 상세히 살펴본다.
도 1 내지 도 3는 상기의 박막 접착 테이프를 이용한 박막 밸브 장치의 실시예를 도시한다.
도 1는 박막 접착 테이프를 사용한 박막 밸브가 박막 밸브 장치의 몸체 (100) 속에 설치된 경우로서 a-b 사이의 단면도 및 분해도의 일실시예이다. 몸체 (100)는 윗 기질 (1), 중간 기질 (2) 및 아래 기질 (3)로 구성될 수 있으며, 이들 각각은 사출 성형 공정 동안 기질 표면에 유체가 흐를 수 있는 유로 (22); 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 챔버 (20,21); 및 상기 유로를 연결시키는 유공 (10)이 형성될 수 있다. 상기 기질 (1,2,3)은 박막 접착 테이프 층 (1a,2a)에 의해 서로 밀착 부착되어 하나의 몸체 (100)를 이룰 수 있다. 예를 들어, 상기 아래 기질 (3)과 중간 기질 (2)은 상기 챔버들 (20,21)을 구성하고, 아래 기질 (3)에는 상기 챔버 (20)와 챔버 (21)를 연결시키기 위한 유로 (22)가 일정 깊이로 음각되어 있고, 상기 유로 (22)의 말단부에는 챔버 (20)와 챔버 (21) 간의 연결을 제공하는 유공 (10)이 형성될 수 있다. 상기 유공 (10)은 유공 폐쇄막 (13a)에 의해 폐쇄될 수 있다. 상기 유공 폐쇄막 (13a)은 상기 기질 (1,2,3)의 부착 조립시 박막 접착 테이프 층 (2a)에 의해 유공 (10) 부위에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막밸브 장치에 있어서, 상기 유공 폐쇄막 (13a)은 열 가소성 점착제일 수 있고, 나머지 기질을 접합하기 위한 부분 (기질 접합부)은 열 경화성 점착제 재료에 의해 박막 접착 테이프 층을 구성하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막밸브 장치에 있어서, 상기 유공 폐쇄막 (13a)는 핫 멜트 점착제(hot melt adhesive)에 의해 형성된 박막 잡착 테이프 층일 수 있고, 나머지 기질 접합부는 아크릴계 점착제에 의해 형성된 박막 접착 테이프 층일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막밸브 장치에 있어서, 상기 열 경화성 테이프의 연화점(Softening Temperature)은 120도 이상일 수 있으며, 열 가소성 테이프의 연화점은 60도 내지 80도 사이일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막밸브 장치에 있어서, 상기 유공 폐쇄막 (13a)을 구성하는 점착제의 연화점은 나머지 기질 접합부를 구성하는 점착제의 연화점보다 낮은 것일 수 있다. 상기 유공 폐쇄막 (13a)은 열 가소성 테이프일 수 있고, 나머지 부분은 열 경화성 테이프 재료에 의해 박막 접착 테이프 층으로 구성될 수 있으므로 상기 기질 접합시 기질 전체를 열 가소성 테이프의 연화점) 이상의 온도로 가열하거나 예열하여 접합할 수 있다. 이 경우 열 경화성 테이프의 연화점은 열 가소성 테이프의 연화점보다 훨씬 높기 때문에 열 경화성 테이프 부분의 접합은 가열 여부와 무관하게 이루어 질 수 있다. 유공 폐쇄막 (13a)은 열원 장치의 열에 의해 쉽게 연화되어 접착력이 약해질 수 있는 반면 그 주위 및 나머지 부분 (기질 접합부)은 열 경화성 테이프에 의해 접착이 되어 있어서 열원 장치의 열에 의해 접착력이 약화되지 않을 수 있다. 상기 유공 폐쇄막 (13a)에 의해 유공 (10)을 폐쇄(closing)함으로서 유통보관기간 동안 유공을 완전 차단하고, 사용시 열원장치의 열과 몸체 (100)의 고속회전에 의한 원심력에 의해 챔버 (20)에 저장된 유체 자체에 형성된 유압에 의해 상기 유공 폐쇄막 (13a)이 뜯겨져 나가 유공 (10)이 개방되어 유체가 챔버 (21)로 이동할 수 있게 된다. 상기 유공 폐쇄막 (13b)는 프렉셔블(flexible)하므로 온도 등과 같은 환경적 요소에 따른 팽창과 수축에 적응가능하므로 유통 보관 기간 중에 액체 증발과 같은 실링(sealing) 문제가 발생하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막밸브 장치에 있어서, 상기 유공 폐쇄막 (13b)은 상기 기질 (1,2,3)이 박막 접착 테이프 층 (1a,2a)에 의해 서로 밀착하여 부착 조립될 때 유공 (10)부위에 형성되는 것일 수 있다.
도 2는 도 1의 박막 접착 테이프 층(1a,1b)을 도시한다.
도 2의 실시예의 경우, 박막 접착 테이프 층 (1a,1b)은 PET (폴리에틸렌테레프탈레이트, Poly-Ethylene-Terephthalate) 필름 또는 PET 백킹(backing) (200b)의 상측면과 하측면에 열경화성 점착제 층 (200a,200c)이 도포됨으로서 이루어 질 수 있다. 도면 부호 200a는 PET 필름의 상측면에 도포된 열 경화성 점착제 층이고 도면 부호 200c는 하측면에 도포된 열경화성 점착제 층이다. 상기 유공 폐쇄막 (13a)는 상기 상측에 도포된 열경화성 점착제 층 (200a) 위에 열가소성 점착제 층 (200d)을 추가로 도포하여 이루어 질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 장치에 있어서, 상기 유공 폐쇄막 (13a)을 형성하기 위한 열가소성 점착제 층 (200d)은 유공 폐쇄막 (13a) 부위만 개방된 마스크 패턴(mask pattern)을 상기 열 경화성 점착제층 (200a) 위에 올려놓은 후 실크 스크린 인쇄, 디스펜서(dispenser) 공정 또는 스프레이(spray) 인쇄하여 만들어 질 수 있다. 상기 마스크 패턴은 유공 폐쇄막 (13a)을 형성할 부분만 개방되어 있다. 도면 부호 63은 박막 접착 테이프에 의해 형성된 박막 유로이다.
도 3는 유공 (10b)이 몸체 (100)의 회전에 의해 액체 자체에 발생된 원심력과 열원장치의 열에 의해 유공 폐쇄막 (13a)이 뜯겨져 유공(10)이 열려 챔버 (20) 내에 저장된 액체가 챔버 (21)로 이동된 것을 도시한다. (액체 자체는 도면에서 생략함) 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열수축 마개 (70a)를 이용한 박막 밸브 장치의 작동상태를 도시한 단면도로서, 도면부호 1,2,3은 몸체 (100)를 구성하는 기질이다. 상기 몸체 (100)는 윗 기질 (1)과 중간 기질 (2)과 아래 기질 (3)로 구성될 수 있으며, 이들 각각은 사출 성형 공정 동안 기질 표면에 유체가 흐를 수 있는 유로(channel)(22); 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber) (20,21) 및 상기 유로 (22)를 연결시키는 유공 (10)을 형성할 수 있다. 이들은 서로 밀착 부착되어 하나의 몸체 (100)를 이룰 수 있다.
도 4는 상기 열수축 마개 (70a)에 의해 유공 (10)이 막혀 유로 (22)가 차단된 경우를 도시하고, 도 5는 열원 장치의 열에 의해 열수축 마개 (70a)가 축소되어 유공 (10)이 열린 경우를 도시한다. 이 경우, 이웃한 챔버 (20,21)가 유로 (22)에 의해 서로 연결될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 박막밸브 장치는 몸체 (100)에 좁은 유로 (22)가 형성되어 있기 때문에, 유체가 압력을 받지 않고 유로를 수월하게 흐를 수 있도록 배기구 (12)가 윗 기질(1)에 형성되어 있다. 또한 유공 개방시, 상기 열수축 마개 (70a)가 아래 기질 (3)에 밀착되도록 제한하기 위하여 구속 홈 (101a)이 나 있을 수 있다. 상기 구속 홈 (101a)은 상기 열 수축 마개 (70a)가 상기 열린 유공 (10)을 다시 막는 것을 방지하기 위하여 열 수축 마개 (70a)에 유동 공간을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서의 상기 구속 홈 (101a)의 직경은 수축된 후의 열수축 마개(70a)의 직경보다 20％ 내지 70％ 가 더 큰 직경을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 구속 홈 (101a)은 구속 홈 (101a)의 테두리 부분에 수축되기 전의 열수축 마개 (70a)의 직경보다 더 작은 직경을 갖는 압력 턱 (102a)을 더 구비하는 것일 수 있다. 상기 열수축 마개 (70a)는 몸체 조립시 아래기질 (3)에 형성된 압력 턱 (102a)에 의해 눌려 외측 유공 (10a)에 삽입되어 유공을 폐쇄하는 것일 수 있다. 도면부호 10은 열 수축 마개 (70a)와 중간기질 (2)과의 접촉되는 부분을 나타낸다. 이 부분은 유공 폐쇄시, 유체의 누설(leakage)을 막기 위해 상기 열 수축 마개 (70a)에 해당하는 모양이 반영되어 있어, 초기 박막 밸브 장치 생산 과정 동안 외부압력과 압력 턱 (102a)에 의해 유공을 폐쇄할 수 있다.
도면 부호 10a는 상기 열 수축 마개 (70a)와 중간기질 (2)과의 접촉면의 외곽으로 외측 유공을 표시하고, 도면 부호 10b는 상기 접촉면의 내곽으로 내측 유공을 나타낸다. 외측 유공과 열 수축 마개 (70a)와의 접촉면이 클수록 유체의 누설을 방지할 수 있고, 외측 유공과 내측 유공과의 직경 차가 클수록 열 수축 마개 (70a)와 중간기질 (2)과의 접촉면적이 늘어나 유체의 누설을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 열 수축 마개 (70a)의 직경은 0.1mm 내지 5mm일 수 있고, 두께는 0.5mm 내지 2mm일 수 있다. 또한, 상기 열 수축마개 (70a)는 유공 폐쇄시 유공 (10)의 폐쇄 능력을 증가시키기 위해 상기 점착제에 의해 코팅될 수 있다.
도 6 내지 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 비자성체 마개 (70b)를 이용한 박막 밸브 장치의 일 실시예로서, 도면부호 1,2,3은 몸체 (100)을 구성할 수 있다. 도 8는 상기 비자성체 마개 (70b) 또는 자성체 마개 (70c)의 상세도이다. 도면부호 81의 재료에 따라 비자성체 마개 (70b) 또는 자성체 마개 (70c)로 분류된다. 비자성체 마개 (70b) 또는 자성체 마개 (70c)는 자신의 한쪽 면에 상기 점착체 (80)를 코팅하여 만들어지고, 점착제가 코팅된 면이 상기 중간 기질 (2)의 유공 (10) 부위에 접착되어 유공이 폐쇄될 수 있다. 상기 점착제 (80)는 열 가소성 점착제일 수 있다. 도 6는 상기 비자성체 마개 (70b)에 의해 유공 (10)이 막혀 유로 (22)가 차단된 경우를 도시하고, 도 7는 열원 장치의 열과 몸체 (100)의 회전에 따른 원심력에 의해 비자성체 마개 (70b)가 유공 (10)에서 이탈되어 유공 (10)이 열린 경우를 도시한다. 이 경우, 이웃한 챔버 (20,21)는 유로 (22)에 의해 연결된다. 또한, 유공 개방시, 상기 비자성체 마개 (70b)가 아래 기질 (3)에 밀착되도록 구속 홈 (101b)이 나 있다. 이 구속 홈 (101b)은 상기 이탈된 비자성체 마개 (70b)가 무작위로 움직이는 것을 방지할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 구속 홈 (101b)의 직경은 상기 비자성체 마개 (70b)의 직경보다 20％ 내지 200％가 더 큰 직경을 갖는 것일 수 있다. 상기 비자성체 또는 자성체 (81)는 박막 원기둥 또는 박막 도너츠 형태의 금속 재료일 수 있다.
도 8는 상기 비자성체 마개 (70b) 및 자성체 마개 (70c)를 도시한다. 도 8는 박막 도너츠(Donut) 형태의 금속을 사용한 비자성체 마개(70b) 및 자성체 마개 (70c)의 일실시예를 도시한다. 상기 박막 도너츠 형태의 금속을 사용한 자성체 마개 (70c)는 그 중심에 도너츠 구멍 (82)과 같은 부분을 가지고 있어 이를 통해 레이저 빔을 조사하여 자성체 마개 (70c)의 자성 성질이 레이저 빔의 열에 의해 감자(demagnetization) 되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막밸브 장치에 있어서, 상기 자성체 (81)의 큐리 온도(Curie point Curie temperature)는 점착제 (80)의 연화점보다 훨씬 높은 자성체의 재료일 수 있다.
도 9 내지 도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성체 마개 (70c)를 이용한 박막 밸브 장치의 일 실시예를 도시한다. 도면부호 1,2,3은 몸체(100)를 구성할 수 있다. 상기 자성체 마개 (70c)는 도 8에 도시된다. 상기 자성체 (81)는 박막 원기둥 또는 박막 도너츠 형태의 자성체 재료 또는 영구자석일 수 있다.
도 9는 박막 밸브 장치 (100)의 몸체 내에 이웃한 챔버 (20,21)들 간에 유로 (22) 및 유공 (10)을 형성하는 동시에 유공 (10)의 위치에 자성체 마개 (70c)를 설치하여 유공을 폐쇄시키고, 이후 열원 장치 (107)의 열에 의해 상기 자성체 마개 (70c)의 접착력을 약화시킨 후 몸체 (100)의 하측에 위치한 영구자석 (50a)에 의해 상기 유공 (10)을 개방하여 이웃 챔버 (20,21)들 간의 유로 (22)를 연결하는 일실시예를 도시한다. 도 9의 윗 그림은 상기 자성체 마개 (70c)에 의해 유공 (10)이 막혀 유로 (22)가 차단된 경우를 도시하고, 아래 그림은 (i) 열원 장치 (107)의 열과 원심력, (ii) 열원 장치 (107)의 열과 (영구자석 (5a)과 자성체 마개 (70c)간의) 인력, (iii) 열원 장치 (107)의 열과 원심력과 (영구자석 (5a)과 자성체 마개 (70c)간의) 인력에 의해 자성체 마개 (70c)가 유공 (10)으로부터 이탈되어 유공 (10)이 열린 경우를 도시한다. 이 경우, 이웃한 챔버 (20,21)가 유로 (22)에 의해 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막밸브 장치에 있어서, 상기 영구자석 (50a)과 열원 장치 (107)는 이동 가능한 슬라이더 (211) 상에 탑재되어 유공 (10)의 위치를 공간 어드레싱(space addressing)하는 것일 수 있다.
도 10는 가역적 개폐기능을 갖는 박막 밸브장치의 일 실시예를 도시한다.
도 10는 박막 밸브 장치 (100)의 몸체 내에 이웃한 챔버 (20,21)들 간에 유로 (22) 및 유공 (10)을 형성하는 동시에 유공 (10)에 자성체 마개 (70c)를 설치하여 유공 (10)을 폐쇄시키고, 이후 유공 개방을 위해 열원 장치 (107)의 열에 의해 상기 자성체 마개 (70c)의 접착력을 약화시킨 후 몸체 (100)의 하측에 위치한 영구자석 (50a)에 의해 상기 유공 (10)을 개방하여 이웃 챔버들 (20,21) 간의 유로 (22)를 연결하고, 이후 다시 유공을 폐쇄하기 위해 열원장치 (107)의 열에 의해 상기 자성체 마개 (70c)의 접착력을 회복시킨 후, 하측 영구자석 (5a)을 유공의 중심에서 멀어지도록 이동시키면 몸체 (100)의 상측에 매설된 영구자석 (4a)에 의한 자성체 마개 (70c)에 대한 인력에 의해 상기 자성체 마개 (70c)가 유공을 다시 폐쇄하는 가역적 개폐 기능을 갖는 박막 밸브를 나타낸다.
도 10의 첫 번째 그림은 상기 자성체 마개 (70c)에 의해 유공 (10)이 막혀 유로 (22)가 차단된 경우를 나타내고, 두번째 그림은 (i) 열원 장치 (107)의 열과 원심력, (ii) 열원 장치 (107)의 열과 (영구자석 (5a)과 자성체 마개 (70c)간의) 인력 또는 (iii) 열원 장치 (107)의 열과 원심력과 (영구자석 (5a)과 자성체 마개 (70c)간의) 인력에 의해 자성체 마개 (70c)가 유공 (10)으로부터 이탈되어 유공 (10)이 열린 경우를 나타낸다. 이 경우, 이웃한 챔버 (20,21)가 유로 (22)에 의해 연결될 수 있다. 세번째 그림은 열원 장치 (107)의 열과 (상측 영구자석 (4a)과 자성체 마개 (70c)간의) 인력에 의해 자성체 마개 (70c)가 유공 (10)에 밀착되어 유공 (10)이 폐쇄된 경우를 나타낸다. 즉, 상기 열원장치 (107)의 열에 의해 점착제 (80)의 접착력을 회복시킨 후 열원장치 (107)을 오프(off) 하면서 상기 슬라이더 (211)를 유공 중심으로부터 이탈시키면 자성체 마개 (70c)와 상측 영구자석 (4a)간의 인력에 의해 자성체 마개 (70c)가 유공 (10)에 밀착될 수 있다. 이후 상기 점착제 (80)가 경화되어 유공 (10)에 상기 자성체 마개 (70c)가 부착되어 유공이 폐쇄될 수 있다.
도 11는 가역적 개폐기능을 갖는 박막 밸브 장치의 또 다른 일 실시예를 도시한다. 도11는 박막 밸브 장치 (100)의 몸체 (100)내에 이웃한 챔버들 (20,21)간에 유로 (22) 및 유공 (10)을 형성하는 동시에 유공 (10)에 자성체 마개 (70c)를 설치하여 유통 보관 기간 동안 유공 (10)를 폐쇄시키고, 이후 박막 밸브 장치 사용시 열원 장치 (107)의 열에 의해 상기 자성체 마개 (70c)의 접착력을 약화시킨 후, 몸체 (100)의 하측에 위치한 영구자석 (50a)의 인력에 의해 상기 유공 (10)을 개방하여 이웃 챔버들 (20,21) 간의 유로 (22)를 연결한다. 다시 이 유공 (10)을 폐쇄 시키려면 상기 영구자석 (50a)을 유공 (10)의 중심에서 이탈시키면 몸체 (100)의 상측에 매설된 영구자석 (4a)에 의한 자성체 마개 (70c)에 대한 인력에 의해 상기 자성체 마개 (70c)는 유공 (10)을 다시 폐쇄한다. 다시 유공 (10)를 개방하려면 몸체의 하측에 위치한 영구자석 (50a)을 상기 유공 (10)의 중심으로 이동시키면 유공 (10)은 다시 개방되어 가역적 개폐 기능을 갖는 박막 밸브를 나타낸다.. 즉, 유통 보관 기간 이래로 처음으로 이루어지는 유공 (10)의 개방은 열원장치의 열과 (자성체 마개 (70c)와 하측 영구자석 (5a)간의) 인력에 의해 개방하나, 이후 유공의 개폐는 열원장치 (107)의 도움 없이 상측 영구자석 (4a)과 하측의 영구자석 (5a)에 의한 자성체 마개 (70c)에 대한 인력 작용에 의해서만 개폐하는 것일 수 있다. 유통 보관 기간 동안 상기 챔버 (20)에 저장된 액체의 증발을 막기 위해서는 상기 유공 (10)은 점착제에 의해 강하게 밀폐될 것이 요구될 수 있으며 이러한 박막밸브의 첫 개방을 위해서는 열원장치 (107)의 열이 요구될 수 있다.
도 11의 첫번째 그림은 유통 기간 동안 상기 자성체 마개 (70c)에 의해 유공 (10)이 막혀 유로 (22)가 차단된 경우를 나타내고, 두번째 그림은 열원 장치 (107)의 열과 원심력; 열원 장치(107)의 열과 원심력과 (영구자석 (5a)과 자성체 마개 (70c)간의) 인력; 또는 열원 장치(107)의 열과 (영구자석 (5a)과 자성체 마개 (70c)간의) 인력에 의해 자성체 마개 (70c)가 유공 (10)에서 이탈되어 유통 보관기간 이래로 처음으로 유공 (10)이 열린 경우를 나타낸다. 이 경우, 이웃한 챔버 (20,21)가 유로 (22)에 의해 연결될 수 있다. 세번째 그림은 상측 영구자석 (4a)과 자성체 마개 (70c)간의 인력에 의해 자성체 마개 (70c)가 유공 (10)에 밀착되어 유공 (10)이 다시 폐쇄된 경우를 나타낸다. 네번째 그림은 하측 영구자석 (5a)와 자성체 마개 (70c)간의 인력에 의해 자성체 마개 (70c)가 유공 (10)에서 이탈되어 유공 (10)이 개방된 경우를 나타낸다. 이후의 박막 밸브의 가역적 개폐동작은 도 11의 세번째 그림과 네번째 그림에 의해 나타난다.
도 11의 세 번째 그림과 같이 유공 (10)을 닫아 유로를 차단시키려면 하측 영구자석 (5a)을 유공 (10)의 중심에서 이탈시켜 상측 영구자석 (4a)의 자력으로 상기 자성체 마개 (70c)를 윗쪽으로 끌어당겨 유공(10)을 닫게 된다. 즉 상측 영구자석 (4a)과 상기 자성체 마개 (70c) 간에는 인력이 발생하여 유공 (10)이 닫힐 수 있다. 반대로 도 11의 두번째와 네번째 그림과 같이 유공 (10)을 개방시키려면 하측 영구자석 (5a)을 상기 유공 (10)의 중심으로 이동시켜 상기 영구자석 (5a)이 자성체 마개 (70c)을 아래쪽으로 끌어당기게 된다. 즉, 하측 영구자석 (5a)과 상기 자성체 마개 (70c) 간에는 인력이, 상측 영구자석 (4a)과 상기 자성체 마개 (70c) 간의 인력 보다 더 크게 작용하여 유공 (10)이 열릴 수 있다. 이것은 하측 영구 자석 (5a)을 상측 영구자석 (4a)보다 자력의 세기가 강하도록 설계하거나 거리상 하측 영구 자석 (5a)을 상측 영구자석 (4a)보다 자성체 마개 (70c)에 더 가깝도록 설계하면 가능할 수 있다.
도 9 내지 도 11에 의하면, 유공 개방시 상기 자성체 마개 (70c)가 아래 기질 (3)에 밀착되도록 구속 홈 (101c)이 형성되어 있다. 상기 구속 홈 (101c)은 상기 이탈된 자성체 마개 (70c)가 무작위로 이동하지 못하도록 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 구속 홈 (101c)의 직경은 상기 자성체 (70c)의 직경보다 20％ 내지 200％ 가 더 큰 직경을 갖는 것일 수 있다.
도 12 및 도 16는 구슬 마개를 이용한 박막 밸브 장치의 일 실시예를 도시한다.
도 12 및 도 13는 원기둥 모양의 구슬마개를 사용한 박막 밸브 장치를 나타내고, 도 14 내지 도 16는 볼(ball) 모양의 구슬마개를 사용한 박막 밸브 장치를 나타낸다. 상기 몸체 (100)는 윗 기질 (1), 중간 기질 (2)과 아래 기질(3)로 구성되며, 이들 각각은 사출 성형 공정 동안 기질 표면에 유체가 흐를 수 있는 유로 (22); 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 챔버 (20,21); 및 상기 유로를 연결시키는 유공 (10)을 형성할 수 있다. 이들은 서로 밀착 부착되어 박막 밸브 장치 (100)를 이룰 수 있다. 상기 유공 (10)을 유공 부위에 매립된 구슬마개 (60)에 의해 폐쇄하여 유통 보관 기간 동안 유공을 완전 차단하고, 사용시 열원장치의 열과 원심력에 의해 상기 구슬 마개 (60)가 보조채널 (23)쪽으로 이탈시켜 유공 (10)을 개방할 수 있다.
도 13는 도 12에 나타낸 박막 밸브 장치의 동작을 설명한다.
도 13의 왼쪽 그림은 구슬마개 (60)가 유공 (10)을 막아 유로 (22)가 차단된 경우를 나타내고, 도 13의 오른쪽 그림은 구슬마개 (60)가 몸체 (100)의 회전에 의해 발생된 원심력과 열원 장치의 열에 의해 유공 (10)으로부터 이탈하여 보조채널 (23)쪽으로 이동함으로서 유공(10)이 개방된 경우를 나타낸다.
도14 및 도 15는 볼(ball)모양의 구슬마개 (60)를 사용한 박막 밸브 장치의 또 다른 실시예를 도시한다. 구슬마개 (60)가 유공 (10)을 막은 상태에서, 열원 장치의 열과 원심력에 의해 상기 구슬마개 (60)가 유공 (10)으로부터 이탈하여 보조채널(23)로 이동한다. 이 경우 구슬마개 (60)의 이탈을 용이하게 하기 위해 구슬마개 (60)의 곡률을 따르는 구슬채널 (10c)이 보조채널 (23) 내에 형성된다. 상기 보조채널 및 구슬채널은 이탈된 구슬마개를 이동시키거나 보관할 수 있다. 도 14 및 도 15의 왼쪽 그림은 유공 (10)이 상기 구슬마개 (60)에 의해 막혀 유로 (22)가 차단된 경우를 나타내고, 오른쪽 그림은 구슬마개 (60)가 몸체 (100) 회전에 의해 발생된 원심력과 열원 장치의 열에 의해 유공으로부터 이탈하여 보조채널 (23)로 이동함으로서 유공 (10)이 열린 경우를 나타낸다.
도 16는 상기 구슬채널 (10c)를 도시한다. 도면 부호 10a는 상기 구슬마개(60)와 중간기질(2)과의 접촉면의 외곽으로 외측 유공을 나타내고, 도면 부호 10b는 상기 접촉면의 내곽으로 내측 유공을 나타낸다. 상기 외측 유공과 내측 유공과의 직경 차가 클수록 구슬마개(60)와 중간기질(2)과의 접촉면적이 늘어나 유체의 누설을 방지할 수 있다. 도면 부호 61a는 구슬 (61b)에 코팅된 점착제를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막밸브 장치에 있어서, 상기 박막 밸브의 점착제는 열 가소성 점착제이고, 기질을 접합하기 위한 박막 접착 테이프 층은 열 경화성 점착제일 수 있다. 이 경우, 열 가소성 점착제를 사용한 박막밸브는 열원 장치의 열에 의해 쉽게 연화되어 접착력이 약해지는 반면 그 주위 및 나머지 부분은 열 경화성 점착제에 의해 접착이 되어 있으므로 열원의 열에 의해 접착력이 약화되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막밸브 장치에 있어서, 상기 열가소성 테이프는 핫 멜트 점착제(hot malt adhesive)이고, 상기 열경화성 테이프는 아크릴계 점착제일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막밸브 장치에 있어서, 상기 열경화성 테이프(점착제)의 연화점은 120도 이상일 수 있으며, 상기 열가소성 테이프(점착제)의 연화점은 60도 내지 80도일 수 있다. 상기 박막 밸브의 점착제는 열가소성 점착제이고, 기질 접합 부분은 열경화성 점착제에 의해 박막 접착 테이프 층으로 구성되므로 먼저 열가소성 점착제의 연화점 이상의 온도로 예열하고 가열한 상태에서 중간기질 (2)의 유공에 박막밸브를 접합시킨다. 이후, 윗 기질 (1)과 아래기질 (2)을 접합시킨다. 열경화성 테이프의 연화점은 열가소성 테이프의 연화점보다 높기 때문에 열경화성 테이프 부분의 접합은 가열 여부와는 무관하게 접합은 이루어 질 수 있다.
도 17 및 도 20는 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 장치를 구동 제어하기 위한 박막 밸브 제어 장치 (100a)의 일 실시예를 도시한다.
도 17는 열원장치로서 레이저 빔 발생장치를 적용한 실시예를 도시한다.
도 17는 분석에 필요한 각종 버퍼 용액을 저장하고, 다양한 화학 공정을 수행하기 위한 챔버(chamber); 처리된 유체 및 버퍼 용액들을 이동시키기 위한 유로; 상기 유로 및 유공의 개폐를 하기 위한 박막 밸브; 및 이들이 집적화된 박막 밸브 장치 (100)의 회전을 제어하고, 영구자석 (5a)과 레이저 빔 발생장치 (107)의 공간 이동을 제어함으로서 상기 복수개의 박막 밸브를 선택적으로 개폐하기 위한 박막 밸브 제어장치 (100a)의 일 실시예를 도시한다. 도면 부호 100은 박막 밸브 장치의 몸체이고, 윗기질 (1), 중간기질 (2) 및 아래기질 (3)의 적층에 의해 형성되며, 이들 각각은 사출 성형 공정 동안 기질 표면에 유체가 흐를 수 있는 유로 (channel); 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 챔버 및 상기 유로를 연결시키는 유공을 복수 개 형성한다. 이들은 서로 밀착 부착되어 하나의 몸체 (100)를 이룰 수 있다. 챔버 (130,131,132,133,140,141,142,143)의 밸브 동작은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 밸브 (V1,V2,V3,V4,V5,V6,V7)에 의해 이루어 질 수 있으나, 도 17는 상기의 박막 밸브 중 도 11를 따르는 자성체 마개 (70c)를 적용한 실시예를 나타낸다. 이들 박막 밸브 각각은 상측 영구자석 (4a,4b,4c)과 이동 가능한 영구자석 (5a)에 의해 형성되는 자력에 의해 독립적으로 개폐 제어될 수 있다. 도면 부호 120은 검체를 주입하기 위한 디스펜서(dispensor), 피펫, 주사기(syringe), 란셋(lancet) 또는 검체 주입 수단을 나타내고, 도면 부호 121은 검체 주입구이고, 도면 부호 170은 디스크 공극을 나타낸다. 도면 부호 130은 검체 (바이오 물질)로부터 시료를 준비하기 위한 프렙(Preparation) 공정을 수행하는 프렙챔버 (Preparation chamber)이고, 도면 부호 131은 시료를 증폭하는 증폭 공정을 수행하거나 시료를 희석하거나 혼합하기 위한 믹싱(mixing) 공정을 수행하거나 시료에 표지자(label)를 붙이는 라벨링 공정을 수행하기 위한 버퍼챔버이고, 도면 부호 132는 생물학적, 화학적 또는 생화학적 반응 공정을 위한 챔버로 상기 버퍼챔버의 시료를 분석 및 진단하기 위한 포획 프로브(capture probe)가 기질에 부착되어 있거나 고정화 수단에 의해 고정화(immobilization)될 수 있는 분석 사이트(array site)이고, 도면 부호 133은 세정공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버(Trash chamber)이다. 상기 캡쳐 프로브는 단일 검체 및 샘플에 대한 다종 검출이 가능하도록 어레이(array)화 되어 있을 수 있다. 상기 분석사이트 (132)는 DNA 칩, 단백질(프로테인) 칩, 바이오칩, 다공성 멤브레인 또는 96-웰 플레이트(96-well plate)가 집적화될 수 있다. 상기 다공성 멤브레인은 시료의 확산을 유도하는 NC(NitroCellulose) 멤브레인, 나이론 멤브레인 또는 나노 튜브을 포함한다. 신약, 신물질 탐구의 스크리닝(Screening)을 위해 96, 384, 1536 웰 플레이트(Well Plate)를 이용한 생화학 및 분자생물학적 분석에 이용될 수 있다. 상기 프렙 챔버(130)는 피로부터 DNA를 추출하거나 몸체 (100)의 고속 회전에 의한 원심분리에 의해 피로부터 혈청 또는 혈장을 추출하거나 농산물로부터 농약, 세균 또는 중금속 성분을 추출하는 것일 수 있다. 상기 증폭 공정은 DNA를 증폭하는 PCR(Polymer Chann Reaction) 공정 또는 증균 배지에서 세균을 증식시키는 공정일 수 있다. 도면 부호 140, 141, 142 및 143에는 상기 검체로부터 시료를 추출하기 위한 추출용액, 상기 증폭에 필요한 폴리머라아제, 프라이머를 포함하는 각종 효소(enzyme), 혼성화 공정에 요구되는 각종 효소, 시료를 희석시키기 위한 희석용액, 표지자로 사용되기 위한 표지 물질, 생화학 반응에 요구되는 생화학 물질, 세정공정에 요구되는 세척(washing)용액 등을 보관할 수 있다. 도면 부호 102는 상기 박막 밸브 장치 (100)를 회전시키기 위한 스핀들(spindle) 모터이다. 도면부호 211은 상기 이동 가능한 영구자석 (5a)과 레이저 빔 발생장치 (107)을 탑재한 슬라이더(slider)로 슬라이드(slide) 모터 (109)와 웜(worm) 기어 연결부 (109a,109b)에 의해 구동제어될 수 있다. 상기 각각의 공정(프렙 공정, 증폭 공정, 믹싱 공정, 희석 공정, 라벨링 공정, 생물학적, 화학적 또는 생화학적 반응 공정 또는 세정 공정)의 시작 시점과 종료 시점에서의 상기 박막 밸브의 개폐 제어는 상기 슬라이더(slider) (211)상에 설치된 영구자석 (5a)과 레이저 빔 발생장치 (107)를 해당 박막 밸브로의 공간 어드레싱(space addressing)과 몸체 (100)의 회전력에 의한 원심력에 의한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 제어장치에 있어서, 상기 박막밸브의 개폐에 있어서 상기 박막 밸브의 공간 어드레싱(space addressing)은 방사 방향의 공간 어드레싱과 방위각 방향의 공간 어드레싱이 선행되어 이루어질 수 있다. 상기 박막 밸브에 대한 방사방향의 공간 어드레싱(space addressing)은 상기 슬라이더(slider)를 방사 방향으로 가역적으로 이동하는 슬라이드 모터 (109)에 의할 수 있다. 상기 슬라이더 모터 (109)에 의해 슬라이더 (211)는 몸체의 중심으로부터 외곽방향으로 또는 몸체(100)의 외곽으로부터 몸체(100)의 중심으로 방사방향으로 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막밸브 제어장치에 있어서, 상기 박막 밸브에 대한 방위각 방향의 공간 어드레싱(space addressing)은 상기 방사방향의 공간 어드레싱(space addressing)이 완료된 상태에서, 상기 레이저 빔 발생장치(107)로부터 출력되는 펄스 빔(pulse beam) 또는 연속 빔을 상기 회전하는 몸체에 조사함으로서 이루어 질 수 있다. 상기 펄스 빔은 방위각 검출기 (99)에 의해 얻어진 기준 트리거 신호를 기준으로 하여 산정된 해당 박막 밸브의 방위각 위치에서 레이저 빔 발생장치 (107)가 주기적으로 온(on)이 되어 형성될 수 있다. 상기 기준 트리거 신호는 몸체 (100)의 방위각 기준을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 펄스 빔 또는 연속 빔의 온도는 상기 열가소성 점착제의 연화점에 인접할 수 있다. 상기 펄스 빔 또는 연속 빔은 유공 부위의 점착제뿐만 아니라 기질을 접합시킨 점착제들도 가열하여 이들의 접합력을 저하시킬 수 있지만, 기질을 접합시킨 열경화성 점착제의 연화점은 열가소성 점착제의 연화점보다 높기 때문에 이들의 접합력을 저하시키지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 제어장치에 있어서, 상기 방위각 검출기 (99)는 포토 커플러(photo coupler)에 의해 이루어 질 수 있다.
본 발명에 일 실시예에 있어서, 상기 광 검출기 (99)는 반사식 또는 투과식일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 제어장치에 있어서, 상기 슬라이더 (211) 상에는 상기 박막 밸브의 개폐를 제어하기 위한 레이저 빔 발생장치 (107) 및 영구자석 (5a)을 탑재하고, 방사 방향의 공간 어드레싱과 방위각 방향의 공간 어드레싱에 의해 복수 개의 밸브의 개폐를 선택적(개별적) 또는 독립적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 제어장치에 있어서, 상기 영구자석 (5a)은 상하 이동 수단(103)에 의해 몸체 (100)와 영구자석 (5a) 간의 간격이 제어되는 것일 수 있다. 상기 상하 이동 제어 수단 (103)은 기어 회전 또는 전자석의 전류 제어에 의한 영구자석 (5a)의 상하 이동에 의한 것일 수 있다. 도면부호 110b는 슬라이더 (211)상의 상하 이동 제어 수단(103) 및 레이저 빔 발생 장치 (107)에 요구되는 각종 제어 신호를 공급하기 위한 프렉셔블(flexible) 케이블(cable)로서, 웨이퍼 또는 하네스(wafer 또는 harness) (110a)와의 연결을 통해 중앙 제어 장치 (101)와 연결될 수 있다. 도면 부호 181은 박막 밸브 장치 (100)를 올려 놓기 위한 턴 테이블(turn table)로서, 디스크의 중심 공극 (170)을 통해 턴 테이블에 프런트(front) 또는 탑(top) 로딩될 수 있다. 도면 부호 188는 메모리 내장형 무선 RF IC로서, 박막 밸브 장치(100)를 위한 프로토콜, 분석 알고리즘, 판독을 위한 표준 제어값 및 분석사이트에 대한 위치 정보, 생물정보학(bioinformatics) 정보, 자기 진단(self diagonasis)에 관련된 정보를 포함할 수 있다. 또한 개인 암호화 정보 및 박막 밸브 장치의 ID(identification)가 저장될 수 있어서, 타인이 함부로 사용할 수 없도록 할 수 있다. 상기 무선 RF IC(188)는 스마트 IC카드 형태일 수 있다. 상기 무선 RF IC(188) 정보는 무선 송수신를 통해 중앙 제어 장치(101)에 제공되고, 개인 암호화를 위해 활용될 수 있다. 도면부호 110은 상기 무선 RF IC(188)에 전원을 공급하기 위한 무선전파 발생부이다. 상기 무선전파 발생부에 의한 전파는 플레밍의 법칙에 따라 무선RF IC(188)속에 내장된 유도 코일을 감응시켜 충분한 양의 전기를 생산하여 무선 RF IC(188)에 전원을 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 장치는, 상기 무선 RF IC(188)에 전원을 공급하기 위한 태양전지(189)를 더 구비한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 제어 장치는, 상기 박막 밸브 장치 (100)상의 태양전지 (189)에 빛 에너지를 공급하기 위한 조명 장치 (108)를 더 구비한 것일 수 있다. 상기 조명장치(108)는 복수 개의 고휘도 LED가 모듈 형태로 집적화된 고휘도 LED 모듈 또는 램프(lamp)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 제어장치에 있어서, 박막 밸브 장치 (100)의 로딩(loading) 시점에서 상기 무선 RF IC(188)를 통해, 상기 중앙 제어 장치 (101)에 박막 밸브 장치 (100)의 고유 ID를 무선 송신토록 함으로서, 현재 박막 밸브 제어 장치 (100a)에 로딩(loading)된 디스크가 박막 밸브 장치라는 것을 중앙 제어 장치 (101)가 인식하도록 하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 제어장치에 있어서, 입출력 장치 (111)를 더 구비한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 제어장치에 있어서, 상기 입출력 장치 (111)는 USB(Universal Serial Bus), IEEE1394, ATAPI, SCSI, IDE 또는 유무선 인터넷 통신망의 통신 규격을 갖는 것을 포함한다.
도 18는 광 검출기(99)의 일실시예를 도시한다. 투과식의 경우, 몸체 (100)상의 기준 구멍(reference hole) (98a)와 포토 커플러 (99a,99b)에 의해 몸체 (100)의 회전동안 포토 커플러가 상기 기준 구멍 (98a)을 만날 때마다, 기준 트리거(trigger) 신호를 발생하고, 상기 신호를 중앙 제어 장치 (101)에 제공할 수 있다. 반사식의 경우, 몸체 상의 기준 반사판(reference reflector) (98b)과 포토 커플러 (99)에 의해 몸체 (100)의 회전 동안 포토 커플러 (99)가 상기 기준 반사판(98b)을 만날 때마다, 기준 트리거(trigger) 신호를 발생하고 이를 상기 중앙 제어장치 (101)에 제공할 수 있다. 상기 중앙 제어 장치 (101)는 상기 기준 트리거 신호와 동기되어 해당 박막 밸브의 위치에서만 상기 레이저 빔 발생장치 (107)를 온(on)시키고, 이에 의해 해당 박막 밸브만 몸체 (100)의 회전 동안에 선택적으로 가열시킬 수 있다.
도 19는 상기 레이저 빔 발생장치 (107), 영구자석 (5a) 및 상하 이동 제어 수단 (103)이 설치 배치된 슬라이더(slider) (211)의 윗 도면의 일실시예를 도시한다. 상기 슬라이더(slider)는 슬라이드(slide) 모터 (109) 축에 연결된 웜(worm) 기어 연결부 (109a,109b)에 의해 이동 제어될 수 있다. 상기 슬라이더(slider)는 슬라이드 아암(slide arm) (108a,108b)을 가이드(guide)로 사용하여 미끄러지듯 이동할 수 있다. 상기 슬라이드 아암 (108a,108b)은 나사 (110a,110b,110c,110d)를 통해 박막 밸브 제어 장치 (100a)의 몸체에 체결될 수 있다. 도 110b는 플렉셔블 케이블(flexible cable)이며, 웨이퍼 또는 하네스 (110a)와의 연결을 통해 상기 중앙 제어 장치 (101)에 연결될 수 있다. 도면부호 181은 상기 스핀들(spindle) 모터 (102)에 의해 회전하는 턴 테이블이다.
도 20는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 밸브 장치의 박막 밸브를 개폐하기 위한, 박막 밸브 제어 장치 (100a)의 일 실시예를 도시한다. 도면부호 300은 박막 밸브 제어 장치 (100a)를 지지하고 있는 몸체이다. 박막 밸브 제어 장치 (100a) 밑면에는 회로기판 (140)이 상기 박막 밸브 제어 장치 (100a)의 몸체 (300)에 이음 체결되어 있고, 회로기판(140) 위에 박막 밸브 제어 장치 (100a)를 제어하기 위한 중앙 제어 장치 (101), 무선 전파 발생부(110), 조명 장치(108) 및 입출력장치 (111)가 상기 회로기판 (140)위에 배치설계되어 있다. 상기 중앙 제어 장치 (101)는 상기 박막 밸브 장치 (100)의 회전 또는 정지를 위해 스핀들(spindle) 모터 (102)를 제어할 뿐만 아니라, 슬라이드(slide) 모터 (109) 제어에 의해 슬라이더 (211)상에 설계 배치된 레이저 빔 발생장치 (107)와 영구자석 (5a)의 공간 이동을 제어하고 방위각 검출기 (99)에 의해 얻어진 기준 트리거 신호를 기준으로 하여 산정된 해당 박막 밸브의 방위각 위치에서 펄스 빔을 주기적으로 출력하도록 상기 레이저 빔 발생 장치 (107)를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 밸브 제어장치에 있어서, 상기 중앙 제어 장치 (101)는 박막 밸브 제어 장치 (100a)에 로딩된 박막 밸브 장치 (100)의 종류에 따른 사용 설명 가이드(guide) 및 과정별 부가 설명을 제공하기 위한 음성 합성(Voice Synthesis) 수단을 더 구비하여 사용자에게 제공될 수 있다. 도면 부호 104는 디스크 공극에 로딩된 박막 밸브 장치 (100)의 압착 수단으로서, 턴테이블 (181)과의 자력 인력에 의해 압착하기 위한 공회전 테이블로 수직이동과 공회전이 허여되도록 설계되는 것일 수 있다.

Claims (46)

  1. 생물학적 또는 생화학적 분석에 요구되는 유체를 저장하거나, 생물학적 또는 생화학적 반응을 수행할 수 있는 하나 이상의 챔버;
    검체를 주입하기 위한 검체 주입구;
    상기 하나 이상의 챔버를 연결하여 유체가 이동 가능한 유로;
    상기 유로의 중간에 배치되어 상기 유로에 연결된 유공;
    상기 유공을 폐쇄하고 점착제로 코팅된 박막 밸브;
    상기 유로, 유공 및 챔버를 포함하는 하나 이상의 기질;
    상기 하나 이상의 기질을 서로 부착하기 위한 박막 접착 테이프;
    상기 하나 이상의 기질을 상기 박막 접착 테이프로 접합하여 상기 유로, 유공, 챔버, 검체 주입구 및 박막 밸브가 집적화된 몸체; 및
    상기 박막 밸브에 열을 조사하기 위한 열원장치;
    를 포함하는 박막 밸브 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 박막 밸브 장치는 상기 몸체의 회전에 의해 발생된 원심력과 상기 열원장치의 열에 의해 상기 점착제의 접착력을 약화시켜 상기 박막밸브를 상기 유공으로부터 이탈시켜 유공을 개방하거나, 또는 상기 열원장치의 열에 의해 상기 점착제의 접착력을 약화시킨 후 몸체의 회전에 의해 발생된 원심력에 의해 상기 박막밸브를 상기 유공으로부터 이탈시켜 유공을 개방하거나, 또는 열원장치의 열과 자력에 의해 점착제의 접착력을 약화시켜 상기 박막밸브를 상기 유공으로부터 이탈시켜 유공을 개방하거나, 또는 상기 열원장치의 열에 의해 점착제의 접착력을 약화시킨 후 자력에 의해 상기 박막 밸브를 상기 유공으로부터 이탈시켜 유공을 개방하거나, 또는 상기 몸체의 회전에 의해 발생된 원심력과 열원장치의 열에 의해 점착제의 접착력을 약화시킨 후 자력에 의해 상기 박막 밸브를 상기 유공으로부터 이탈시켜 유공을 개방하는 것인 박막 밸브 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 챔버는 검체로부터 시료를 준비하기 위한 프렙(Preparation) 공정을 수행하는 프렙 챔버(Preparation chamber); 시료를 증폭하는 증폭 공정을 수행하거나 시료를 희석하거나 섞기 위한 믹싱(mixing) 공정을 수행하거나 시료에 표지자(label)를 붙이는 라벨링 공정을 수행하기 위한 버퍼 챔버; 생물학적 또는 생화학적 반응 공정을 위한 챔버로서 상기 버퍼 챔버의 시료를 분석 및 진단하기 위한 포획 프로브(capture probe)가 기질에 부착되어 있거나 고정화 수단에 의해 고정화(immobilization)될 수 있는 분석 사이트(array site); 및 세정 공정에 의해 생성된 찌거기를 모으기 위한 트레쉬 챔버(Trash chamber)를 포함하는 것인 박막밸브 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 포획 프로브는 단일 검체 및 샘플에 대한 다종 검출이 가능하도록 어레이(array)화되어 있는 것인 박막 밸브 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 분석 사이트는 DNA 칩 또는 단백질 칩을 포함하는 바이오 칩, 다공성 멤브레인(membrane), 또는 웰 플레이트(well plate)가 집적화된 것인 박막 밸브 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유로는 상기 박막 테이프에 의해 형성된 박막 유로인 것인 박막 밸브 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 기질은 윗 기질, 중간 기질 및 아래 기질을 적층된 상태로 포함하고, 상기 기질에 단면 테이프를 붙인 후 이형지를 제거함으로서 기질의 한쪽 면에 점착제로 박막 코팅을 하거나 점착제를 디스펜서(dispenser), 스프레이(spray) 또는 실크 스크린 인쇄하여 기질의 한쪽 면을 점착제로 박막 코팅한 후, 상기 기질을 적층시켜 서로 밀착 부착하여 상기 몸체를 조립하는 것인 박막 밸브 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 단면 테이프는 점착제에 의한 유공 폐쇄막이 포함되어 이형지 제거시 유공 폐쇄막이 기질 상에 형성되는 것인 박막 밸브 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 박막 접착 테이프는 상기 하나 이상의 기질을 서로 밀착 부착하여 몸체가 조립될 때 유공 부위에 유공 폐쇄막을 제공하는 것인 박막 밸브 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 박막 접착 테이프는 열가소성 점착제에 의한 유공 폐쇄막 과 열경화성 점착제에 의한 기질 접합부를 포함하는 것인 박막 밸브 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 박막 접착 테이프는 핫 맬트 점착제에 의한 유공 폐쇄막과 아크릴계 점착제에 의한 기질 접합부를 포함하는 것인 박막 밸브 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 유공 폐쇄막을 포함하는 점착제의 연화점은 기질 접합부를 구성하는 점착제의 연화점보다 낮은 재료를 사용하는 것인 박막 밸브 장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 박막 접착 테이프는 PET 필름의 상 측면과 하 측면에 열경화성 점착제를 도포함으로서 이루어지며, 상기 유공 폐쇄막은 유공 부위에 열가소성 점착제를 추가로 도포함으로서 이루어지는 것인 박막 밸브 장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 유공 폐쇄막은 유공 폐쇄막 부위만 개방된 마스크 패턴(mask pattern)에 의해 열가소성 점착제를 상기 박막 접착 테이프 상에 실크 스크린 인쇄, 디스펜서(dispenser) 공정, 스프레이(spray) 인쇄를 통해 형성하는 것인 박막 밸브 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 박막 밸브는 구슬 마개, 열 수축 마개, 비자성체 마개, 자성체 마개, 및 박막 접착 테이프에 의한 유공 폐쇄막을 포함하는 군으로부터 선택된 밸브인 것인 박막 밸브 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 비자성체 마개의 비자성체는 박막 원기둥 또는 박막 도너츠 형태의 금속 재료를 사용한 것인 박막 밸브 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 자성체 마개의 자성체는 박막 원기둥, 박막 도너츠 형태의 자성체 재료 또는 영구자석 재료를 사용한 것인 박막 밸브 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 자성체의 큐리 온도(Curie point, Curie temperature)는 상기 점착제의 연화점보다 높은 자성체 재료를 사용하는 것인 박막 밸브 장치.
  19. 제15항에 있어서, 상기 몸체는 상기 박막 밸브의 무작위 이탈을 방지하기 위한 구속 홈 또는 구속 유로를 더 포함하는 것인 박막 밸브 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 구속 홈은 구속 홈의 직경을 수축된 후의 열수축 마개의 직경보다 더 큰 직경을 갖고 수축되기 전의 열수축 마개의 직경보다 더 작은 직경을 갖도록 설계된 압력 턱을 더 구비하는 것인 박막 밸브 장치.
  21. 제15항에 있어서, 상기 유공을 폐쇄하고 있는 자성체 마개는 상기 열원장치의 열에 의해 상기 자성체 마개의 접착력을 약화시킨 후 몸체의 하측에 위치한 영구자석을 유공의 중심으로 이동시켜 자력에 의해 상기 유공을 개방하고, 상기 열원장치의 열에 의해 상기 자성체 마개의 접착력을 회복 시킴과 동시에 상기 유공의 하측에 위치한 영구자석을 유공의 중심에서 이탈시키면 유공의 상측에 매설된 영구자석에 의한 자성체 마개에 대한 자력에 의해 유공이 다시 폐쇄됨으로서 유공의 가역적 개폐 기능 제공하는 것인 박막 밸브 장치.
  22. 제15항에 있어서, 상기 유공을 폐쇄하고 있는 자성체 마개는 상기 열원장치의 열에 의해 상기 자성체 마개의 접착력을 약화시킨 후 몸체의 하측에 위치한 영구자석을 유공의 중심으로 이동시켜 자력에 의해 상기 유공을 첫 개방하고, 상기 유공의 첫 개방 이후 상기 유공의 하측에 위치한 영구자석을 유공의 중심에서 이탈시키면 유공의 상측에 매설된 영구자석에 의한 자성체 마개에 대한 자력에 의해 상기 자성체 마개는 유공을 다시 폐쇄하고 이후, 다시 유공를 개방하려면 몸체의 하측에 위치한 영구자석을 상기 유공의 중심으로 이동시켜 자력에 의해 유공이 다시 개방됨으로서 가역적 개폐 기능을 갖는 것인 박막 밸브 장치.
  23. 제15항에 있어서, 상기 몸체는 열원장치의 열과 원심력에 의해 상기 구슬 마개 이탈시 구슬 마개를 이동시키거나 보관하기 위한 보조채널 또는 구슬 채널을 더 구비한 것인 박막 밸브 장치.
  24. 제1항에 있어서, 상기 박막 밸브의 점착제는 열가소성 점착제이고, 기질을 접합하기 위한 박막 접착 테이프는 열경화성 점착제인 것인 박막 밸브 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 열가소성 점착제는 핫 멜트 점착제 이고, 상기 열경화성 점착제는 아크릴계 점착제인 것인 박막 밸브 장치.
  26. 제10항 또는 제24항에 있어서, 상기 열경화성 점착제의 연화점은 120도 이상이고, 열가소성 점착제의 연화점은 60도 내지 80도 사이인 것인 박막 밸브 장치.
  27. 제1항에 있어서, 상기 몸체는 무선 RF IC 또는 무선 RF IC에 전원 공급하기 위한 태양전지를 더 구비한 것인 박막 밸브 장치.
  28. 제1항에 있어서, 상기 박막 밸브는 상기 유공의 상측에 매설된 영구자석의 자력과 상기 점착제의 접착력에 의해 유통 보관 기간 동안 유공이 항상 닫혀 있는 것인 박막 밸브 장치.
  29. 제1항에 있어서, 상기 박막 밸브는 상기 점착제의 접착력에 의해 유통 보관 기간 동안 유공이 항상 닫혀 있는 것인 박막 밸브 장치.
  30. 제1항에 있어서, 상기 점착제는 핫 멜트(hot melt), 실리콘, 고무계, 변성 실리콘계, 아크릴계(acrylic), 폴리 아마이드(ployamide), 폴리오레핀(polyolefin), 테프론계, 폴리에스터(polyester), 에폭시, 자외선 감응 경화성 접착제(UV curable adhesive), UV접착제, 열가소성 수지, 겔(gel), 왁스(wax), 열경화성 테이프 및 열가소성 테이프를 구성하는 군으로부터 선택된 재료를 사용하는 것인 박막 밸브 장치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 겔은 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메타크릴레이트(polymethacrylates) 및 폴리비닐아미드(polyvinylamides)을 구성하는 군으로부터 선택된 재료를 사용하는 것인 박막 밸브 장치.
  32. 제30항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 COC, PMMA, PC, PS, POM, PFA, PVC, PP, PET, PEEK, PA, PSU 및 PVDF를 구성하는 군으로부터 선택된 재료를 사용하는 것인 박막 밸브 장치.
  33. 제30항에 있어서, 상기 왁스는 파라핀 왁스(paraffin wax), 합성 왁스(synthetic wax), 마이크로 크리스탈린 왁스(microcrystalline wax)를 구성하는 군으로부터 선택된 재료를 사용하는 것인 박막 밸브 장치.
  34. 제1항에 있어서, 상기 점착제는 상기 열원 장치에 의한 에너지를 흡수하여 발열하는 다수의 미세 발열 입자를 더 포함하는 것인 박막 밸브 장치.
  35. 제15항에 있어서, 상기 열수축 마개는 테프론(Teflon), 실리콘(silicon) 및 폴리올레핀 (Polyolefin) 계열의 재료로부터 선택된 하나인 것인 박막 밸브 장치.
  36. 제1항에 있어서, 상기 몸체는 실리콘, 플라스틱, 에어로 겔(aerogel), PMMA, 유리, 실리콘, 폴리프로필렌, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), COC(Cyclic Olefin Copolymer) 및 폴리카보네이트로 구성된 군으로부터 선택된 재료로 이루어 지는 것인 박막 밸브 장치.
  37. 제1항에 있어서, 상기 몸체의 표면은 챔버 내에 저장된 액체의 증발을 막기 위해 알루미늄 또는 알루미늄 시트(sheet)에 의해 코팅되는 것인 박막 밸브 장치.
  38. 제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 의한 박막 밸브 장치;
    상기 박막 밸브 장치를 회전시키기 위한 스핀들 모터;
    열원장치 및 영구자석을 탑재하여 이들을 이동시키기 위한 슬라이더;
    상기 슬라이더의 방사방향의 이동을 제어하기 위한 슬라이드 모터;
    상기 열원장치, 슬라이드 모터 및 스핀들 모터를 구동 제어할 뿐만 아니라 상기 박막 밸브에 대한 공간 어드레싱(space addressing)을 수행하기 위한 중앙 제어 장치를 구비하여 상기 박막 밸브 장치의 회전에 따른 원심력과 상기 열원장치의 열에 의해 상기 박막 밸브 장치 상의 유공을 선택적으로 개폐하기 위한 박막 밸브 제어 장치.
  39. 제38항에 있어서, 상기 열원장치는 레이저 빔 발생장치, LED 광원, 자외선 광원, UV (ultraviolet) 광원을 구성하는 군으로부터 선택되는 것인 박막 밸브 제어 장치.
  40. 제38항에 있어서, 상기 박막 밸브에 대한 공간 어드레싱(space addressing)은 방사 방향의 공간 어드레싱과 방위각 방향의 공간 어드레싱이 선행되어 이루어지는 것인 박막 밸브 제어 장치.
  41. 제39항에 있어서, 상기 레이저 빔 발생장치는 슬라이더상에 탑재되어 방사 방향의 공간 어드레싱 후, 펄스 빔 또는 연속 빔에 의해 상기 점착제의 접착력을 약화시키는 것인 박막 밸브 제어 장치.
  42. 제40항에 있어서, 상기 박막 밸브에 대한 방위각 방향의 공간 어드레싱은 상기 방사방향의 공간 어드레싱이 완료된 상태에서, 상기 레이저 빔 발생장치로부터 출력되는 펄스 빔(pulse beam) 또는 연속 빔을 상기 회전하는 몸체에 조사함으로서 이루어지거나 스캔닝 빔 동작에 의해 이루어지는 것인 박막 밸브 제어 장치.
  43. 제42항에 있어서, 상기 박막 밸브 제어 장치는 방위각 검출기를 더 구비하여 상기 방위각 검출기에 의해 얻어진 기준 트리거 신호를 기준으로 하여 산정된 해당 박막 밸브의 방위각 위치에서만 상기 레이저 빔 발생장치를 주기적으로 온(on)시킴으로서 상기 펄스 빔을 형성하는 것인 박막 밸브 제어장치.
  44. 제38항에 있어서, 상기 박막 밸브 제어 장치는 무선 RF IC에 전원 공급을 위한 무선전파 발생부 또는 상기 태양전지에 빛 에너지를 공급하기 위한 조명장치를 더 구비한 것인 박막 밸브 제어 장치.
  45. 제38항에 있어서, 상기 박막 밸브 장치의 로딩(loading)시점에서 상기 무선 RF IC(188)로부터 송신되어온 박막 밸브 장치의 고유 ID를 상기 중앙 제어 장치에 무선 수신함으로서, 현재 박막 밸브 제어 장치에 로딩(loading)된 디스크가 박막 밸브 장치임을 중앙제어 장치가 인식하도록 하는 것인 박막 밸브 제어 장치.
  46. 제38항에 있어서, USB(Universal Serial Bus), IEEE1394, ATAPI, SCSI, IDE 또는 유무선 인터넷 통신망의 통신 규격을 갖는 입출력장치를 더 구비한 것인 박막 밸브 제어 장치.
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