專利名稱：閥單元、具有該閥單元的微流體裝置和驅(qū)動(dòng)閥單元的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
根據(jù)示例性實(shí)施例的設(shè)備和方法涉及一種閥單元、一種具有該閥單元的微流體裝置和一種用于驅(qū)動(dòng)該閥單元的方法，更具體地講，涉及一種控制微流體流動(dòng)的閥單元、一種裝配有該閥單元的微流體裝置和一種驅(qū)動(dòng)用于控制流體流動(dòng)的閥單元的方法。
背景技術(shù)：
利用微流體裝置，通過操作少量的流體來進(jìn)行生物或化學(xué)反應(yīng)。微流體裝置具有以諸如芯片、盤等的不同形式或形狀設(shè)置在平臺(tái)中的微流體結(jié)構(gòu)。微流體結(jié)構(gòu)通常具有用于在其中容納流體的室、流體通過或流過的通道以及控制流體流動(dòng)的閥，其中，所述室、通道和閥根據(jù)不同的組裝設(shè)計(jì)來組合及布置。為了在芯片上進(jìn)行包括生物化學(xué)反應(yīng)的各種試驗(yàn)，將微流體結(jié)構(gòu)布置在被稱作 “生物芯片”的芯片型平臺(tái)上。特別地，制造用于在單個(gè)芯片上進(jìn)行多級(jí)處理和/或操作的裝置被稱作“芯片實(shí)驗(yàn)室”。為了使流體在微流體裝置的微流體結(jié)構(gòu)中流動(dòng)和傳輸，通常需要驅(qū)動(dòng)壓力。該驅(qū)動(dòng)壓力可以為毛細(xì)管壓力，或者可以利用使用可選的泵產(chǎn)生的壓力。近年來，已經(jīng)提出了具有安裝在盤型平臺(tái)上的微流體結(jié)構(gòu)、能夠進(jìn)行一系列操作同時(shí)通過離心力移動(dòng)流體的離心微流體裝置。所述微流體裝置通常被稱作實(shí)驗(yàn)室壓縮盤(CD)或CD實(shí)驗(yàn)室?？梢砸源趴刂品绞讲僮魑⒘黧w裝置的閥，或者利用相變材料操作微流體裝置的閥，以打開和關(guān)閉通道。對(duì)于相變材料的用途，通過靠近通道安裝用來容納相變材料的室并且加熱相變材料以流到通道內(nèi)，繼而關(guān)閉通道來操作常開閥。然而，利用離心力來傳輸流體的微流體裝置的缺點(diǎn)在于，利用相變材料不能完全關(guān)閉通道。諸如DNA提取、聚合酶鏈反應(yīng)的誘導(dǎo)等的一些過程在相對(duì)高溫下實(shí)施。相變材料通常具有差的耐熱性，并且即使在必須關(guān)閉通道的情況下，必然存在關(guān)閉通道的相變材料在高溫環(huán)境下熔合繼而打開通道的問題。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題示例性實(shí)施例提供了一種在驅(qū)動(dòng)閥的過程中永久地關(guān)閉通道的常開閥單元、一種裝配有所述閥單元的微流體裝置以及一種驅(qū)動(dòng)所述閥單元的方法。示例性實(shí)施例也提供了一種在驅(qū)動(dòng)閥的過程中獨(dú)立于溫度連續(xù)關(guān)閉通道的閥單元、一種裝配有該閥單元的微流體裝置以及一種驅(qū)動(dòng)該閥單元的方法。技術(shù)方案根據(jù)示例性實(shí)施例的一方面，提供了一種打開和關(guān)閉通道的閥單元，所述閥單元包括閥物質(zhì)，包含相變材料；閥物質(zhì)室，與所述通道連通，并且容納所述閥物質(zhì)；微通道部分，設(shè)置在所述通道中；熔合結(jié)構(gòu)，形成在所述微通道部分中，其中，容納在所述閥物質(zhì)室中的所述閥物質(zhì)被施加的能量熔合并流到所述微通道部分中，并且所述微通道部分中的閥物質(zhì)被加熱，以熔化熔合結(jié)構(gòu)并且使所述通道熔合結(jié)合，從而關(guān)閉通道。所述閥單元可以包括在旋轉(zhuǎn)盤型微流體裝置中，所述微流體裝置通常可以包括第一板和與第一板結(jié)合的第二板以將所述閥物質(zhì)室與所述通道隔離。所述閥單元還可以包括引導(dǎo)通道，從而當(dāng)容納在所述閥物質(zhì)室中的閥物質(zhì)熔合時(shí)將熔合的閥物質(zhì)弓I導(dǎo)到所述微通道部分。所述熔合結(jié)構(gòu)還可以具有從微通道部分突出并且沿著流體的流動(dòng)方向延伸的至少一個(gè)第一熔合結(jié)構(gòu)。所述熔合結(jié)構(gòu)還可以具有從所述微通道部分的橫向側(cè)突出的第二熔合結(jié)構(gòu)。第一板和第二板可以利用熱塑樹脂形成。所述閥物質(zhì)還可以包括分散在相變材料中并且吸收電磁輻射來發(fā)射熱能的微小發(fā)熱材料。所述微小發(fā)熱材料可以包括例如從由聚合物珠、量子點(diǎn)、金納米顆粒、銀納米顆粒、金屬化合物珠、碳顆粒和磁性珠組成的組中選擇的至少一種；金屬氧化物顆粒；通過電磁輻射產(chǎn)生熱的染料等。所述相變材料可以包括從由蠟、凝膠和熱塑樹脂組成的組中選擇的至少一種。所述蠟可以包括從由石蠟、微結(jié)晶蠟、合成蠟和天然蠟中選擇的至少一種。所述凝膠可以包括從聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯和聚乙烯酰胺中選擇的至少一種。所述熱塑樹脂可以包括從環(huán)烯共聚物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲醛(POM)、全氟烷氧基化合物(PFA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯 (PP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、聚砜(PSU)和聚偏二氟乙烯(PVDF)中選擇的至少一種。在實(shí)施例中描述的通道可以具有0. Olmm至1. Omm的厚度，所述微通道部分的高度可以在從5μπ 至ΙΟμ 的范圍。所述微通道部分可以形成在前述通道的恒定截面中，并且具有比通道的截面面積小的截面面積。根據(jù)另一示例性實(shí)施例的方面，提供了一種微流體裝置，所述微流體裝置包括用來提供流體的流動(dòng)通路的通道以及用來打開和關(guān)閉所述通道的閥單元，其中，所述閥單元包括閥物質(zhì)，包含相變材料；閥物質(zhì)室，與所述通道連通，并且容納所述閥物質(zhì)；熔合結(jié)構(gòu)，形成在所述通道中，其中，容納在所述閥物質(zhì)室中的所述閥物質(zhì)被施加的能量熔合并流到熔合結(jié)構(gòu)中，所述熔合結(jié)構(gòu)中的閥物質(zhì)被加熱以熔化所述熔合結(jié)構(gòu)并且使所述通道熔合結(jié)合。所述閥物質(zhì)還可以包括分散在相變材料中并且吸收電磁輻射來發(fā)射熱能的微小發(fā)熱材料。所述微流體裝置還可以包括位于截面面積比通道中的其它部分的截面面積窄的恒定截面中的微通道部分。熔合結(jié)構(gòu)形成在微通道部分中，并且被設(shè)計(jì)為使流體容易地穿過微通道部分。
所述熔合結(jié)構(gòu)可以通過注入成型與所述微流體裝置成為一體。為了使閥物質(zhì)熔合并且使熔合的物質(zhì)流到微通道部分中，對(duì)閥物質(zhì)施加熱或電磁輻射。所述熔合結(jié)構(gòu)可以包括沿著流體的流動(dòng)方向延伸的至少一個(gè)第一熔合結(jié)構(gòu)以及從所述微通道部分的橫向側(cè)突出的第二熔合結(jié)構(gòu)。根據(jù)示例性實(shí)施例的方面，提供了一種驅(qū)動(dòng)閥單元組件的方法，所述閥單元組件包括用來提供流體的流動(dòng)通路的通道、用來打開和關(guān)閉所述通道的閥單元、用來容納基于溫度可相變的閥物質(zhì)的閥物質(zhì)室以及形成在所述通道中的熔合結(jié)構(gòu)，所述方法包括向閥物質(zhì)施加能量，以熔合閥物質(zhì)；使熔合的閥物質(zhì)流動(dòng)到所述熔合結(jié)構(gòu)中；將熔合結(jié)構(gòu)中的閥物質(zhì)至少加熱到熔合結(jié)構(gòu)的熔點(diǎn)，使通道熔合結(jié)合并且關(guān)閉通道。所述閥物質(zhì)包括相變材料和分散在相變材料中并且從外部源吸收電磁輻射來發(fā)射熱能的微小發(fā)熱材料。為了將閥物質(zhì)至少加熱到熔合結(jié)構(gòu)的熔點(diǎn)，閥物質(zhì)經(jīng)歷電磁輻射期望的時(shí)間，以加熱微小發(fā)熱材料。對(duì)于向所述閥物質(zhì)施加能量的步驟，驅(qū)動(dòng)非接觸加熱器期望的時(shí)間來加熱閥物質(zhì)。可選地，對(duì)于向閥物質(zhì)施加能量的步驟，使用光源進(jìn)行電磁輻射，以加熱閥物質(zhì)。通過減小通道的其中形成有熔合結(jié)構(gòu)的截面面積，熔合的閥物質(zhì)流到熔合結(jié)構(gòu)中，從而將熔合的閥物質(zhì)通過毛細(xì)管作用弓丨導(dǎo)到熔合結(jié)構(gòu)。通過能量施加熔合閥物質(zhì)以及將閥物質(zhì)至少加熱到熔合結(jié)構(gòu)的熔點(diǎn)的過程通過連續(xù)的電磁輻射來進(jìn)行。有益效果如上所述，根據(jù)示例性實(shí)施例的閥單元在通道中具有熔合結(jié)構(gòu)，并且將閥物質(zhì)至少加熱到熔合結(jié)構(gòu)的熔點(diǎn)，以使通道熔合結(jié)合，從而關(guān)閉通道。另外，由于使用閥物質(zhì)加熱熔合結(jié)構(gòu)以熔化和關(guān)閉通道，所以即使在將閥單元用于需要高溫環(huán)境的化驗(yàn)的情況下，也可以有效防止閥物質(zhì)的熔合引起的通道打開。


通過結(jié)合附圖對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行的下面的描述，上述和/或其它方面將變得清楚和更容易理解，在附圖中圖1是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的微流體裝置的透視圖；圖2是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的第一板和第二板與閥單元分開的閥單元的透視圖；圖3是沿著圖2中示出的方向A-A的剖視圖；圖4是沿著圖2中示出的方向B-B的剖視圖；圖5和圖6是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的包括在閥單元中的熔合結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖7是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的閥單元的操作的剖視圖；圖8是示出通過根據(jù)示例性實(shí)施例的閥單元關(guān)閉的通道的剖視圖；圖9是示出根據(jù)另一示例性實(shí)施例的閥單元的剖視圖；圖10和圖11是示出根據(jù)另一示例性實(shí)施例的閥單元的行為的剖視圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，通過參照附圖的下面的詳細(xì)描述，根據(jù)示例性實(shí)施例的閥單元、裝配有該閥單元的微流體裝置和驅(qū)動(dòng)該閥單元的方法將被清楚地理解。附圖中相同的標(biāo)號(hào)表示基本相同的結(jié)構(gòu)元件。簡單示出了諸如室、通道等的分開結(jié)構(gòu)，分開結(jié)構(gòu)的尺寸比例可以與其實(shí)際比例不同，而是被放大或縮小。在表述“微流體裝置”、“微?！钡戎?，“微”不被限制地理解為尺寸單位，而是與“大”相反地使用。圖1是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的微流體裝置的透視圖。參照?qǐng)D1，根據(jù)示例性實(shí)施例的微流體裝置10具有旋轉(zhuǎn)盤型平臺(tái)20?？梢岳弥T如丙烯酰基材料、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等的塑料材料來形成平臺(tái) 20，這些材料中的每種材料都是容易形成的，并且具有生物惰性表面。然而，用于制造平臺(tái)的原材料不進(jìn)行具體地限定，并且可以包括具有化學(xué)或生物穩(wěn)定性、光學(xué)透明和/或機(jī)械可加工性的任何材料。平臺(tái)20可以由多層板形成，可以通過在一層與另一層接觸的面上形成與室和通道對(duì)應(yīng)的雕刻結(jié)構(gòu)然后將這些結(jié)構(gòu)附于所述面，來在平臺(tái)內(nèi)側(cè)設(shè)置一個(gè)或多個(gè)室以及一個(gè)或多個(gè)通道。平臺(tái)20可以包括例如第一板30和附于第一板的第二板40。可以利用熱塑樹脂來形成第一板30和第二板40。可以利用粘合劑或雙面膠帶或者包括超聲波焊接、激光焊接等的其他方法將第一板30和第二板40結(jié)合。微流體裝置10包括容納流體的至少一個(gè)室50、連接到室50以提供流體通路的至少一個(gè)通道60以及用于打開和關(guān)閉通道以控制流體流動(dòng)的閥單元100。另外，微流體裝置 10可以安裝在主軸電動(dòng)機(jī)(未示出)上，以高速旋轉(zhuǎn)。固定孔21形成在微流體裝置10的中心，以將微流體裝置10固定到主軸電動(dòng)機(jī)。利用通過主軸電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，留在微流體裝置10的室50或通道60中的流體被強(qiáng)制朝向平臺(tái)20的外周(或外圍)。針對(duì)微流體裝置10在生物化學(xué)應(yīng)用的具體用途，例如，流體樣本的離心、免疫血清響應(yīng)、遺傳分析、基因提取、基因擴(kuò)增等，適當(dāng)?shù)夭贾檬?0、通道60和/或閥單元100。例如，室50、通道60和閥單元100的排列不被具體地限制，而是考慮到微流體裝置的用途可以具有多種設(shè)計(jì)。圖2是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的第一板和第二板與閥單元分開的閥單元的透視圖，圖3是沿著圖2中示出的方向A-A的剖視圖，圖4是沿著圖2中示出的方向B-B的剖視圖?？梢栽谑遗c通道交匯的位置設(shè)置根據(jù)示例性實(shí)施例的閥單元，或者可以沿著微流體裝置10的通道60的長度設(shè)置閥單元。根據(jù)上述示例性實(shí)施例，示出了設(shè)置在通道中間的閥單元。通道60包括第一區(qū)域61，從第一板30的頂部向下延伸；第二區(qū)域62，從第一板的頂部向下延伸到比第一區(qū)域61深的深度，并且與第一區(qū)域61的端部以階梯方式接觸；第三區(qū)域63，從第一板的頂部向下延伸到比第一區(qū)域61深的深度，并且以階梯方式與第一區(qū)域61的另一端接觸。
第二區(qū)域62和第三區(qū)域63具有比第一區(qū)域61的深度Dl大的深度D2。因此，在從通道60的底部向上延伸的第一區(qū)域61中形成臺(tái)階結(jié)構(gòu)65。如圖2和圖3中所示，根據(jù)示例性實(shí)施例的閥單元100可以包括閥物質(zhì)室41，從第二板40的底部向上延伸；閥物質(zhì)V，以固化狀態(tài)容納在閥物質(zhì)室41中；微通道部分110， 設(shè)置在形成在第一區(qū)域61中的臺(tái)階結(jié)構(gòu)65上方，并且通過外部能量源在閥物質(zhì)室41中熔合的閥物質(zhì)V流過微通道部分41以關(guān)閉通道60 ；熔合結(jié)構(gòu)120，從形成在第一區(qū)域61中的臺(tái)階結(jié)構(gòu)65突出，并且在高溫下熔化，使得微通道部分110熔合結(jié)合。閥物質(zhì)室41具有均勻的深度，并且以圓柱形形狀形成在第二板40上。閥物質(zhì)V 以固化狀態(tài)容納在閥物質(zhì)室41中。閥物質(zhì)V包括在高溫下熔合的相變材料以及微小發(fā)熱材料P，所述微小發(fā)熱材料P 包括分散在相變材料中并且從外部能量源11吸收電磁輻射以產(chǎn)生熱的多個(gè)顆粒。閥物質(zhì)室41可以包含利用分配器(未示出)注入的熔合的閥物質(zhì)V，并且這種物質(zhì)可以被固化?？梢酝ㄟ^將相變材料與多個(gè)微小發(fā)熱顆粒(即，微小發(fā)熱材料P)混合來準(zhǔn)備閥物質(zhì)V，當(dāng)閥物質(zhì)V被固化時(shí)，閥物質(zhì)V可以粘附到閥物質(zhì)室41。用于電磁輻射的外部能量源11可以為輻射激光束的激光源、輻射可見光或紅外光的發(fā)光二極管、氙燈等。具體地講，激光源可以具有至少一個(gè)激光二極管。外部能量源11 可以根據(jù)包含在閥物質(zhì)V中的微小發(fā)熱材料P所吸收的電磁輻射波長來選擇。外部能量源11還可以包括調(diào)節(jié)單元(未示出)，以調(diào)節(jié)能量源的位置或方向，從而將電磁波輻射朝向微流體裝置10的期望區(qū)域(即，多個(gè)閥物質(zhì)室41)聚集。該調(diào)節(jié)單元可以沿著微流體裝置10的半徑移動(dòng)，并且可以通過各種機(jī)制實(shí)施。所述調(diào)節(jié)單元對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是容易知曉的，因此為了簡潔，將省略調(diào)節(jié)單元的詳細(xì)描述。相變材料可以為受熱熔合并轉(zhuǎn)變?yōu)橐合?、繼而體積膨脹的蠟。所述蠟可以包括例如石蠟、微結(jié)晶蠟、合成蠟、天然蠟等。相變材料可以為凝膠或者熱塑樹脂。凝膠可以包括例如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、 聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯酰胺等。熱塑樹脂可以從由環(huán)烯共聚物(C0C)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲醛(POM)、全氟烷氧基化合物(PFA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、聚砜 (PSU)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等。發(fā)熱材料P可以包含多個(gè)顆粒，每個(gè)顆粒具有足夠小以自由穿過微通道60的直徑。例如，顆?？梢跃哂蠭nm至100 μ m的直徑。當(dāng)通過激光器提供電磁能量時(shí)，微小發(fā)熱材料P被加熱，以快速升高溫度并且產(chǎn)生熱，并且微小發(fā)熱材料P被均勻地分布到蠟中。為了顯現(xiàn)出這些特征，微小發(fā)熱材料可以具有包含金屬組分的核以及疏水的殼結(jié)構(gòu)。例如，微小發(fā)熱材料可以具有狗基核和包含多個(gè)表面活性劑組分以結(jié)合到！^從而圍繞！^的特定分子結(jié)構(gòu)。通常，微小發(fā)熱材料P可以以分散狀態(tài)儲(chǔ)存到載體油中。為了將具有疏水表面結(jié)構(gòu)的微小發(fā)熱材料P均勻地分散在載體油中，載體油也可以是疏水的。包含分散在其中的微小發(fā)熱材料P的載體油與熔合的相變材料均相地混合，從而得到閥物質(zhì)V。微小發(fā)熱材料P不具體地限于聚合物珠，而是可以包括從由量子點(diǎn)、磁性珠、金納米顆粒、銀納米顆粒、具有金屬組分的珠、碳顆粒等中選擇的至少一種。碳顆粒還可以包含粒狀石墨。微小發(fā)熱材料P可以為例如金屬氧化物顆粒，例如，A1203、TiO2, Ta2O3> Fe2O3^ Fe3O4^HfO2 等。另外，微小發(fā)熱材料P可以包括用來吸收具有恒定光譜的外部電磁輻射以產(chǎn)生熱的染料。所述染料不受具體限制，只要所述染料是具有與相變材料容易混合的結(jié)構(gòu)的材料。例如，可以采用諸如ADS905AM的具有光學(xué)性質(zhì)的染料、諸如可以從American Dye Source有限公司獲得的用C62H96N6SbF6或Epolight2057表示的染料的紅外染料、具有適于近紅外源的吸收光譜的可以從Epolin有限公司得到的紅外染料以及諸如Epolight2180、 Epolight2189、炭黑等其它染料。閥單元100是通常使通道60打開并且當(dāng)向包含在閥物質(zhì)室41中的閥物質(zhì)V發(fā)射電磁能量時(shí)利用閥物質(zhì)V關(guān)閉通道60的常開閥。激光源11是能量源11的示例，并且向閥物質(zhì)V發(fā)射激光L，繼而向閥物質(zhì)V提供能量。激光源11可以包括激光二極管。在第一板30和第二板40中，第一區(qū)域61的一部分與閥物質(zhì)室41交替地對(duì)準(zhǔn)， 而第一區(qū)域61的其它部分與閥物質(zhì)室41疊置。第一區(qū)域61的疊置部分被稱作疊置部分 61a，其它部分被稱作未疊置部分61b。可以設(shè)置第一區(qū)域61和閥物質(zhì)室41之間的寬度和交錯(cuò)程度，以在閥物質(zhì)室41的每側(cè)形成未疊置部分61b。在本示例性實(shí)施例中，可以設(shè)置第一區(qū)域61和閥物質(zhì)室41之間的寬度和交錯(cuò)程度，以在閥物質(zhì)室41的兩側(cè)中的一側(cè)形成未疊置部分61b。當(dāng)閥物質(zhì)室41中的閥物質(zhì)V熔合時(shí)，熔合的閥物質(zhì)V由于毛細(xì)管作用被部分地轉(zhuǎn)移到與未疊置部分61b對(duì)應(yīng)的通道60，繼而關(guān)閉通道60，這是由于通道60的位于未疊置部分61b中的截面面積比通道60的位于疊置部分61a中的截面面積窄。換而言之，通道60 的未疊置部分Ib可以對(duì)應(yīng)于微通道部分110。在第一區(qū)域61的頂部，形成熔合結(jié)構(gòu)120，并且熔合結(jié)構(gòu)120朝向第二板40突出。熔合結(jié)構(gòu)120利用樹脂材料形成，并且在預(yù)定溫度或者更高的溫度下熔化。在微流體裝置10外部向與熔合結(jié)構(gòu)120對(duì)應(yīng)的位置施加電磁能，與熔合結(jié)構(gòu)120接觸的閥物質(zhì) V的溫度至少升高到熔合結(jié)構(gòu)120的熔點(diǎn)，從而熔合結(jié)構(gòu)熔化，繼而微通道部分110能夠熔合結(jié)合。即，熔合結(jié)構(gòu)120作為受熱熔合的熔化凸起。在這種情況下，微通道部分的高度Dl 可以在從5μπι至ΙΟΟμπι的范圍。如圖2至圖4中所示，熔合結(jié)構(gòu)120可以包括至少一個(gè)第一熔合結(jié)構(gòu)121，沿著流體的流動(dòng)方向延伸而不阻礙通道60中的流體流動(dòng)；至少一個(gè)第二熔合結(jié)構(gòu)122，從第一區(qū)域61的橫向側(cè)61c向通道內(nèi)側(cè)突出。至少一個(gè)第一熔合結(jié)構(gòu)121可以沿著圖2中示出的方向B-B形成，例如，根據(jù)示例性實(shí)施例示出了兩個(gè)第一熔合結(jié)構(gòu)121。至少一個(gè)第二熔合結(jié)構(gòu)122可以沿著圖2中示出的方向A-A形成，例如，根據(jù)示例性實(shí)施例示出了三個(gè)第二熔合結(jié)構(gòu)122。盡管根據(jù)示例性實(shí)施例的第二熔合結(jié)構(gòu)122具有半圓柱形形狀，但是第二熔合結(jié)構(gòu)122可以采用各種形式。由于第二熔合結(jié)構(gòu)122設(shè)置在橫向側(cè)61c上，所以在熔合結(jié)合過程中，可以抑制在第一區(qū)域61的橫向側(cè)熔合結(jié)合性質(zhì)下降。熔合結(jié)構(gòu)120的高度可以與第一區(qū)域61的深度Dl (S卩，微通道部分的高度)基本相同，或者可以突出到從比第一區(qū)域61的頂部高到微通道部分110的高度Dl的范圍內(nèi)的期望水平。圖5和圖6是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的閥單元的熔合結(jié)構(gòu)的剖視圖。如圖5中所示，熔合結(jié)構(gòu)220不是形成在第一板30'上，而是可以從第二板40' 的底部向下突出。關(guān)于這一點(diǎn)，與前面示例性實(shí)施例中描述的第一熔合結(jié)構(gòu)121和第二熔合結(jié)構(gòu)122對(duì)應(yīng)的第一熔合結(jié)構(gòu)221和第二熔合結(jié)構(gòu)222可以設(shè)置在第二板140'的底部上?？蛇x地，如圖11中所示，熔合結(jié)構(gòu)320可以分別從第一區(qū)域61'的頂部和第二板 40"的底部突出。將容易地理解，熔合結(jié)構(gòu)220和230的尺寸和/或數(shù)量根據(jù)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)適當(dāng)?shù)剡x擇， 從而防止在常開條件下流體流動(dòng)被阻，同時(shí)實(shí)現(xiàn)最有利的熔合結(jié)合效果。熔合結(jié)構(gòu)220和320可以利用與用于第一板30和30'和/或第二板40、40'、 40"的材料相同的材料制備，并且當(dāng)所述板被注入成型時(shí)與所述板成為一體。圖11是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的閥單元的操作的剖視圖，圖11是示出通過示例性實(shí)施例的閥單元關(guān)閉的通道的剖視圖。圖3示出了其中包含閥物質(zhì)的閥物質(zhì)室41。這里，當(dāng)通過激光輻射施加能量來使閥物質(zhì)V熔合時(shí)，由于毛細(xì)管作用，熔合的物質(zhì)V從閥物質(zhì)室41部分地流到第一區(qū)域61的未疊置部分61b (即，微通道部分)，并且保留在其中，如圖11中所示。然后，閥物質(zhì)V中的微小發(fā)熱材料P由于連續(xù)的電磁輻射而產(chǎn)生熱，并且閥物質(zhì)V 的溫度至少上升到熔合結(jié)構(gòu)120的熔點(diǎn)，繼而熔合結(jié)構(gòu)120被保留在未疊置部分61b中的閥物質(zhì)V熔化。在熔化熔合結(jié)構(gòu)120并且完成電磁輻射之后，閥物質(zhì)V和熔合結(jié)構(gòu)120固化而形成熔合部分W，第一板30和第二板40在未疊置部分61b (即，微通道部分)熔合并結(jié)合，繼而關(guān)閉通道60，如圖11中所示。關(guān)于這一點(diǎn)，采用被控制的激光輻射寬度和時(shí)間，閥物質(zhì)V在特定位置被激光輻射一次加熱，并且流到未疊置部分61b中，然后，閥物質(zhì)V可以再次經(jīng)歷加熱以熔化熔合結(jié)構(gòu)120，從而使未疊置部分61b熔合結(jié)合。換而言之，可以在單個(gè)位置執(zhí)行一次激光輻射，從而將閥物質(zhì)V移動(dòng)到未疊置部分61b，并且使未疊置部分61b熔合結(jié)合。另外，閥物質(zhì)室41經(jīng)歷激光輻射，以使閥物質(zhì)V朝向未疊置部分61b移動(dòng)，在熔合結(jié)構(gòu)120熔化之前，通過控制提供到熔合結(jié)構(gòu)的能量使閥物質(zhì)V再次固化，從而關(guān)閉通道 60。在這種關(guān)閉通道的條件下，可以執(zhí)行樣品檢測。另一方面，對(duì)于一些需要高溫的過程， 例如，DNA提取、聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)的誘導(dǎo)等，通過在微流體裝置10的與未疊置部分61b 對(duì)應(yīng)的外部安裝激光器并且進(jìn)行電磁輻射來加熱微小發(fā)熱材料P，閥物質(zhì)V在高溫下熔合， 以熔化熔合結(jié)構(gòu)120，繼而使未疊置部分61b熔合結(jié)合。即，未疊置部分61b可以根據(jù)需要選擇性地熔合和結(jié)合。盡管上述示例性實(shí)施例描述了使用激光器來熔合閥物質(zhì)V并且將熔合的閥物質(zhì)V 引導(dǎo)到未疊置部分61b，但是可以利用加熱器(未示出)而不是電磁輻射來加熱閥物質(zhì)V， 從而執(zhí)行這種熔合閥物質(zhì)V以及使閥物質(zhì)V流動(dòng)到未疊置部分61b的工藝，從而熔合閥物質(zhì)V并且將閥物質(zhì)V引導(dǎo)到未疊置部分61b。
此后，為了熔化未疊置部分61b，流到未疊置部分61b的閥物質(zhì)V經(jīng)歷激光輻射，以加熱微小發(fā)熱材料P，從而加熱并熔化熔合結(jié)構(gòu)120，繼而使未疊置部分61b熔合結(jié)合，并且完全地關(guān)閉通道60。接下來，將給出根據(jù)另一示例性實(shí)施例的裝配有閥單元的微流體裝置的詳細(xì)描述。圖11是示出根據(jù)另一示例性實(shí)施例的閥單元的剖視圖，圖10和圖9是示出根據(jù)另一示例性實(shí)施例的閥單元的行為的剖視圖。根據(jù)本示例性實(shí)施例的閥單元可以安裝在與根據(jù)前述示例性實(shí)施例(在下文中被稱作“第一實(shí)施例”)的微流體裝置相同的微流體裝置上，然而，根據(jù)本示例性實(shí)施例的閥單元可以以不同形狀形成。在下文中，關(guān)于與第一實(shí)施例中描述的構(gòu)造相同的構(gòu)造，使用相同的標(biāo)號(hào)，并且為了簡潔，將省略其詳細(xì)描述。如圖8至圖10中所示，本示例性實(shí)施例(被稱作“第二實(shí)施例”)的閥單元200包括閥物質(zhì)室130，在鄰近通道60的位置處從第一板230向下雕刻；閥物質(zhì)V，以固化狀態(tài)容納在閥物質(zhì)室130中；引導(dǎo)通道132，用來向通道60引導(dǎo)被外部能量源熔合在閥物質(zhì)室130 中的閥物質(zhì)V ；微通道部分110，設(shè)置在第一區(qū)域61上方，以容納已經(jīng)從引導(dǎo)通道132流出的閥物質(zhì)V ；熔合結(jié)構(gòu)120，從第一區(qū)域61突出，在高溫下熔化以使微通道部分110熔合結(jié)
I=I O閥物質(zhì)室130連接到通道60的中間，并且容納閥物質(zhì)V，其中，閥物質(zhì)V最初在室溫下以固體狀態(tài)位于閥物質(zhì)室130中，然后受熱熔合并膨脹，從而經(jīng)過弓I導(dǎo)通道132流到通道60中，最后在通道60中再次固化，以阻擋在通道60中的流體流動(dòng)。閥物質(zhì)V如第一實(shí)施例中所述制備，用于閥物質(zhì)V的電磁輻射的能量源與第一實(shí)施例中所述的能量源基本相同。當(dāng)閥物質(zhì)室130中的物質(zhì)被熔合時(shí)，因?yàn)橥ǖ?0的位于微通道部分110中的截面面積小于引導(dǎo)通道132的截面面積，所以熔合的閥物質(zhì)V由于毛細(xì)管作用而流到微通道部分110中，從而關(guān)閉通道60。這里，不具體限制引導(dǎo)通道132的截面面積，只要引導(dǎo)通道132 用來將熔合的閥物質(zhì)V引導(dǎo)到微通道部分110即可。第二板240可以具有與閥物質(zhì)室130對(duì)應(yīng)的通孔131，以便于閥物質(zhì)V的電磁輻射。熔合結(jié)構(gòu)120可以從第一區(qū)域61的頂部突出，這與第一實(shí)施例或修改實(shí)施例中描述的基本相同。具體地講，可以適當(dāng)?shù)剡x擇熔合結(jié)構(gòu)120的形狀、尺寸和/或數(shù)量，以防止當(dāng)熔合結(jié)構(gòu)常開時(shí)流體流動(dòng)受到阻礙，同時(shí)獲得最優(yōu)的熔合結(jié)合效果。因此，當(dāng)閥物質(zhì)室130中的閥物質(zhì)V經(jīng)歷電磁輻射時(shí)，微小發(fā)熱材料P吸收電磁輻射，以加熱相變材料。結(jié)果，閥物質(zhì)V熔合并且體積膨脹，并且經(jīng)過引導(dǎo)通道132流到形成在通道60的第一區(qū)域61中的微通道部分110中。接下來，已經(jīng)流到微通道部分110中的閥物質(zhì)V被電磁輻射至少加熱到熔合結(jié)構(gòu)120的熔點(diǎn)，從而熔化熔合結(jié)構(gòu)120，并且使微通道部分110熔合結(jié)合，繼而永久地關(guān)閉通道60。根據(jù)第二實(shí)施例的閥單元可以通過與應(yīng)用到根據(jù)第一實(shí)施例的閥單元的過程相同的過程來驅(qū)動(dòng)。根據(jù)第一實(shí)施例，閥物質(zhì)室設(shè)置在第二板中，如果使用構(gòu)造有復(fù)雜流動(dòng)通道的微
12流體裝置，則容易地布置流動(dòng)通道。另一方面，根據(jù)第二實(shí)施例，閥物質(zhì)室設(shè)置在第一板中，
從而減小了第二板的厚度，因此制造出具有更緊湊構(gòu)造的微流體裝置。 盡管已經(jīng)結(jié)合附圖示出并描述了幾個(gè)示例性實(shí)施例，但是應(yīng)該清楚地理解，前述
示例性實(shí)施例僅是出于示出的目的提出的，不具體限制發(fā)明構(gòu)思的范圍。因此，本領(lǐng)域技術(shù)
人員應(yīng)該理解，在不脫離發(fā)明構(gòu)思的原理和精神的情況下，可以對(duì)這些示例性實(shí)施例進(jìn)行
各種替換、改變和/或修改，示例性實(shí)施例不具體限于上面描述或示出的具體構(gòu)造和/或布置。
權(quán)利要求
1.一種用于打開和關(guān)閉通道的閥單元，所述閥單元包括閥物質(zhì)，包含相變材料；閥物質(zhì)室，與所述通道連通，并且其中設(shè)置有所述閥物質(zhì)；熔合結(jié)構(gòu)，形成在所述通道的截面中，其中，當(dāng)容納在所述閥物質(zhì)室中的所述閥物質(zhì)被施加的能量熔合并流到所述通道的形成有熔合結(jié)構(gòu)的截面中時(shí)，所述閥物質(zhì)被加熱以熔化所述熔合結(jié)構(gòu)并且使所述通道熔合結(jié)合，從而關(guān)閉所述通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥單元，所述閥單元還包括形成在所述通道中的臺(tái)階結(jié)構(gòu)， 所述熔合結(jié)構(gòu)形成在所述臺(tái)階結(jié)構(gòu)上，所述臺(tái)階結(jié)構(gòu)形成所述通道中的微通道部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥單元，其中，所述閥單元設(shè)置在旋轉(zhuǎn)盤型微流體裝置上，所述微流體裝置包括第一板和與第一板結(jié)合的第二板以將所述通道與所述閥物質(zhì)室隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥單元，所述閥單元還包括引導(dǎo)通道，所述引導(dǎo)通道將所述閥物質(zhì)室連接到所述微通道部分，從而當(dāng)所述閥物質(zhì)室中的閥物質(zhì)熔合時(shí)將熔合的閥物質(zhì)引導(dǎo)到所述微通道部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥單元，其中，所述熔合結(jié)構(gòu)包括從所述臺(tái)階結(jié)構(gòu)突出到所述微通道部分中并且沿著所述通道的縱向方向延伸的至少一個(gè)第一熔合結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的閥單元，其中，所述熔合結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述臺(tái)階結(jié)構(gòu)上從所述微通道部分的橫向側(cè)突出的第二熔合結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閥單元，其中，第一板和第二板利用熱塑樹脂形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥單元，所述閥物質(zhì)還包括分散在相變材料中并且吸收電磁輻射來發(fā)射熱能的微小發(fā)熱材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的閥單元，其中，所述微小發(fā)熱材料是從由聚合物珠、量子點(diǎn)、 金納米顆粒、銀納米顆粒、金屬化合物珠、碳顆粒和磁性珠組成的組中選擇的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥單元，其中，所述微小發(fā)熱材料是金屬氧化物顆粒。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的閥單元，其中，所述微小發(fā)熱材料包括響應(yīng)于電磁輻射產(chǎn)生熱的染料。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥單元，其中，所述相變材料是從由蠟、凝膠和熱塑樹脂組成的組中選擇的至少一種。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥單元，其中，所述蠟包括從由石蠟、微結(jié)晶蠟、合成蠟和天然蠟中選擇的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥單元，其中，所述凝膠包括從聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、 聚甲基丙烯酸酯和聚乙烯酰胺中選擇的至少一種。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥單元，其中，所述熱塑樹脂包括從環(huán)烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲醛、全氟烷氧基化合物、聚氯乙烯、聚丙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚酰胺、聚砜和聚偏二氟乙烯中選擇的至少一種。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥單元，其中，所述通道的高度在從0.Olmm至1. Omm的范圍。
17.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥單元，其中，所述微通道部分的高度在從5μ m至100 μ m 的范圍。
18.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥單元，其中，所述微通道部分的較小截面面積小于所述通道的其它部分的截面面積。
19.一種微流體裝置，所述微流體裝置包括用來提供流體的流動(dòng)通路的通道以及用來打開和關(guān)閉所述通道的閥單元，其中，所述閥單元包括閥物質(zhì)，包含相變材料；閥物質(zhì)室，與所述通道連通，并且其中設(shè)置有所述閥物質(zhì)；熔合結(jié)構(gòu)，形成在所述通道的截面中，其中，容納在所述閥物質(zhì)室中的所述閥物質(zhì)被施加的能量熔合并流到形成有熔合結(jié)構(gòu)的通道的截面中，流動(dòng)到其中形成有所述熔合結(jié)構(gòu)的通道的截面中的所述閥物質(zhì)被加熱以熔化所述熔合結(jié)構(gòu)并且使所述通道熔合結(jié)合。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的微流體裝置，其中，所述閥物質(zhì)還包括分散在相變材料中并且吸收電磁輻射來發(fā)射熱能的微小發(fā)熱材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的微流體裝置，其中，所述閥單元還包括形成在所述通道的截面中的臺(tái)階結(jié)構(gòu)，所述熔合結(jié)構(gòu)形成在所述臺(tái)階結(jié)構(gòu)上，所述臺(tái)階結(jié)構(gòu)形成截面面積比所述通道的其它部分的截面面積窄的微通道部分。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的微流體裝置，其中，所述熔合結(jié)構(gòu)通過注入成型與所述微流體裝置成為一體。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的微流體裝置，其中，對(duì)所述閥物質(zhì)施加熱或電磁能，以熔合所述閥物質(zhì)，從而使熔合的閥物質(zhì)流到所述微通道部分中。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的微流體裝置，其中，所述熔合結(jié)構(gòu)包括沿著所述通道的縱向方向延伸的至少一個(gè)第一熔合結(jié)構(gòu)以及從所述微通道部分的橫向側(cè)突出的第二熔合結(jié)構(gòu)。
25.—種驅(qū)動(dòng)閥單元組件的方法，所述閥單元組件包括用來提供流體的流動(dòng)通路的通道、用來打開和關(guān)閉所述通道的閥單元、其中設(shè)置有可相變閥物質(zhì)的閥物質(zhì)室以及形成在所述通道的截面中的熔合結(jié)構(gòu)，所述方法包括向設(shè)置在所述閥物質(zhì)室中的閥物質(zhì)施加能量，從而熔合閥物質(zhì)；使熔合的閥物質(zhì)流動(dòng)到所述通道的其中形成有所述熔合結(jié)構(gòu)的截面中；將流動(dòng)到所述通道的其中形成有所述熔合結(jié)構(gòu)的截面中的閥物質(zhì)至少加熱到所述熔合結(jié)構(gòu)的熔點(diǎn)，以通過熔合結(jié)合來關(guān)閉所述通道。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述閥物質(zhì)包括相變材料和分散在相變材料中的微小發(fā)熱材料，加熱所述閥物質(zhì)的步驟包括對(duì)所述閥物質(zhì)施加電磁能來加熱所述微小發(fā)熱材料。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，對(duì)所述閥物質(zhì)施加能量的步驟包括驅(qū)動(dòng)非接觸加熱器恒定時(shí)間來加熱所述閥物質(zhì)。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，對(duì)所述閥物質(zhì)施加能量的步驟包括利用光源施加電磁能來加熱所述閥物質(zhì)。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述通道的形成有所述熔合結(jié)構(gòu)的截面的截面面積比所述通道的其它部分的截面面積窄，從而通過毛細(xì)管作用使熔合的閥物質(zhì)流動(dòng)。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，對(duì)設(shè)置在所述閥物質(zhì)室中的閥物質(zhì)施加能量并加熱流動(dòng)到所述通道的其中形成有所述熔合結(jié)構(gòu)的截面中的閥物質(zhì)的步驟通過連續(xù)電磁輻射來執(zhí)行。
31.一種微流體裝置，所述微流體裝置包括用來提供流體的流動(dòng)通路的通道、用來打開和關(guān)閉所述通道的閥單元以及用電磁能輻射所述閥單元的能量源，其中，所述閥單元包括閥物質(zhì)室，與所述通道連通；閥物質(zhì)，包含相變材料并且設(shè)置在所述閥物質(zhì)室中；臺(tái)階結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述通道中，以在所述通道中形成微通道部分；熔合結(jié)構(gòu)，設(shè)置所述臺(tái)階結(jié)構(gòu)上，其中，所述能量源用電磁能輻射所述閥單元，從而容納在所述閥物質(zhì)室中的閥物質(zhì)被熔合，并且流動(dòng)到微通道部分中，流動(dòng)到所述微通道部分中的閥物質(zhì)被加熱以熔化所述熔合結(jié)構(gòu)，從而關(guān)閉所述通道。
全文摘要
提供了一種用來關(guān)閉通道的常開閥單元、一種裝配有該常開閥單元的微流體裝置以及一種驅(qū)動(dòng)該閥單元的方法。所述閥單元包括閥物質(zhì)，包含相變材料；閥物質(zhì)室，與所述通道連通，并且其中設(shè)置有所述閥物質(zhì)；熔合結(jié)構(gòu)，形成在所述通道的截面中，其中，當(dāng)容納在所述閥物質(zhì)室中的所述閥物質(zhì)被施加的能量熔合并流到所述通道的形成有熔合結(jié)構(gòu)的截面中時(shí)，所述閥物質(zhì)被加熱以熔化所述熔合結(jié)構(gòu)并且使所述通道熔合結(jié)合，從而關(guān)閉所述通道。
文檔編號(hào)G01N37/00GK102597786SQ201080049897
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者樸相范, 樸鐘勉, 金度均 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社