(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンネルを開閉するためのバルブユニットは、
相転移物質を含むバルブ物質と、
前記チャンネルと連通し、内部に前記バルブ物質を収容するバルブ物質チャンバーと、
前記チャンネルの一区間に配置される融着構造物と、を含み、
前記バルブ物質チャンバー内の前記バルブ物質は、エネルギーが加えられることによって溶融され、前記融着構造物が形成された前記チャンネルの区間に流入し、前記バルブ物質は、加熱されて前記融着構造物を溶かし、前記チャンネルを融着させることによって前記チャンネルを閉鎖することを特徴とする、バルブユニット。
【請求項２】
前記チャンネル内に形成され、前記融着構造物が形成された段差構造物をさらに含み、
前記段差構造物は、前記チャンネル内に微細チャンネル部を形成することを特徴とする、請求項１に記載のバルブユニット。
【請求項３】
前記バルブユニットは、回転可能なディスクタイプの微細流動装置に設けられ、
前記微細流動装置は、第１の基板と、前記チャンネルを前記バルブ物質チャンバーから分離するために前記第１の基板と結合される第２の基板と、を含むことを特徴とする、請求項２に記載のバルブユニット。
【請求項４】
前記バルブ物質チャンバー内の前記バルブ物質が溶融される場合、前記バルブ物質チャンバーを前記微細チャンネル部に連結し、前記微細チャンネル部に前記の溶融されたバルブ物質を案内する案内チャンネルをさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載のバルブユニット。
【請求項５】
前記融着構造物は、前記段差構造物から前記微細チャンネル部に突出し、前記チャンネルの長さ方向に延在する少なくとも一つの第１の融着構造物を含むことを特徴とする、請求項２に記載のバルブユニット。
【請求項６】
前記融着構造物は、前記微細チャンネル部の側面から突出した前記段差構造物上に配置される第２の融着構造物を含むことを特徴とする、請求項５に記載のバルブユニット。
【請求項７】
前記第１及び第２の基板は、熱可塑性樹脂を用いて形成されることを特徴とする、請求項３に記載のバルブユニット。
【請求項８】
前記バルブ物質は、前記相転移物質に分散され、電磁波を吸収して熱エネルギーを放出する微細発熱物質をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載のバルブユニット。
【請求項９】
前記微細発熱物質は、重合体ビード、量子ドット、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、金属化合物ビード、炭素粒子及び磁性ビードからなる群から選択された少なくとも一つであることを特徴とする、請求項８に記載のバルブユニット。
【請求項１０】
前記微細発熱物質は金属酸化物粒子であることを特徴とする、請求項８に記載のバルブユニット。
【請求項１１】
前記微細発熱物質は、電磁波の照射によって発熱する染料を含むことを特徴とする、請求項８に記載のバルブユニット。
【請求項１２】
前記相転移物質は、ワックス、ゲル及び熱可塑性樹脂からなる群から選択された少なくとも一つであることを特徴とする、請求項２に記載のバルブユニット。
【請求項１３】
前記ワックスは、パラフィンワックス、微結晶ワックス、合成ワックス及び天然ワックスから選択された少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１２に記載のバルブユニット。
【請求項１４】
前記ゲルは、ポリアクリルアミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート及びポリビニルアミドから選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１２に記載のバルブユニット。
【請求項１５】
前記熱可塑性樹脂は、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）、ＰＶＤＦ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１２に記載のバルブユニット。
【請求項１６】
前記チャンネルの高さは０．０１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項２に記載のバルブユニット。
【請求項１７】
前記微細チャンネル部の高さは５μｍ〜１００μｍの範囲であることを特徴とする、請求項２に記載のバルブユニット。
【請求項１８】
前記微細チャンネル部は、前記チャンネル内の所定区間に形成され、前記チャンネルの断面積より小さい断面積を有することを特徴とする、請求項２に記載のバルブユニット。
【請求項１９】
流体の流れ通路をもたらすチャンネルと、前記チャンネルを開閉するバルブユニットと、を含む微細流動装置であって、
前記バルブユニットは、
相転移物質を含むバルブ物質と、
前記チャンネルと連通し、前記バルブ物質を収容するバルブ物質チャンバーと、
前記チャンネルの一区間に形成される融着構造物と、を含み、
前記バルブ物質チャンバー内の前記バルブ物質は、加えられるエネルギーによって溶融され、前記融着構造物が形成された前記チャンネルの区間に流入し、前記融着構造物が形成された前記チャンネルの区間に流入する前記バルブ物質は、加熱されて前記融着構造物を溶かし、前記チャンネルを融着させることを特徴とする微細流動装置。
【請求項２０】
前記バルブ物質は、前記相転移物質に分散され、電磁波を吸収して熱エネルギーを放出する微細発熱物質をさらに含むことを特徴とする、請求項１９に記載の微細流動装置。
【請求項２１】
前記バルブユニットは、前記チャンネルの区間に形成され、前記融着構造物が形成された段差構造物を含み、
前記段差構造物は、前記チャンネルの他の区間の断面積より狭い面積を有する微細チャンネル部を形成することを特徴とする、請求項１９に記載の微細流動装置。
【請求項２２】
前記融着構造物は、射出成形によって前記微細流動装置と一体化されることを特徴とする、請求項１９に記載の微細流動装置。
【請求項２３】
前記バルブ物質を溶融させ、前記の溶融されたバルブ物質を前記微細チャンネル部に流入させるために、前記バルブ物質に熱又は電磁エネルギーを加えることを特徴とする、請求項２１に記載の微細流動装置。
【請求項２４】
前記融着構造物は、前記チャンネルの長さ方向に延在する少なくとも一つの第１の融着構造物と、前記微細チャンネル部の側面から突出した第２の融着構造物と、を含むことを特徴とする、請求項２１に記載の微細流動装置。
【請求項２５】
流体の流れ通路をもたらすチャンネルと、前記チャンネルを開閉するバルブユニットと、相転移が可能なバルブ物質を収容するバルブ物質チャンバーと、前記チャンネルの一区間に設けられた融着構造物と、を含むバルブユニットの駆動方法であって、
前記バルブ物質チャンバー内の前記バルブ物質にエネルギーを加えることによって前記バルブ物質を溶融させること；
前記の溶融されたバルブ物質を前記融着構造物が形成された前記チャンネルの区間に流入させること；及び
前記チャンネルを融着・閉鎖するために、前記融着構造物が形成された前記チャンネルの区間に流入する前記バルブ物質を前記融着構造物の少なくとも融点で加熱することを含むことを特徴とする、バルブユニットの駆動方法。
【請求項２６】
前記バルブ物質は、相転移物質と、前記相転移物質に分散された微細発熱物質と、を含み、
前記バルブ物質を加熱することは、電磁エネルギーを前記バルブ物質に加えることによって前記微細発熱物質を加熱することを含むことを特徴とする、請求項２５に記載のバルブユニットの駆動方法。
【請求項２７】
前記バルブ物質にエネルギーを加えることは、非接触式ヒーターを所定時間の間駆動し、前記バルブ物質を加熱することを含むことを特徴とする、請求項２５に記載のバルブユニットの駆動方法。
【請求項２８】
前記バルブ物質にエネルギーを加えることは、光源から放出される電磁エネルギーを用いて前記バルブ物質を加熱することを含むことを特徴とする、請求項２５に記載のバルブユニットの駆動方法。
【請求項２９】
前記融着構造物が形成された前記チャンネルの一区間の断面積が前記チャンネルの他の区間の断面積より狭いので、前記の溶融されたバルブ物質が毛細管現象によって流入することを特徴とする、請求項２５に記載のバルブユニットの駆動方法。
【請求項３０】
流体の流れ通路をもたらすチャンネルと、
前記チャンネルを開閉するためのバルブユニットと、
電磁エネルギーを前記バルブユニットに照射するエネルギー源と、を含む微細流動装置であって、
前記バルブユニットは、
前記チャンネルと連通するバルブ物質チャンバーと、
相転移物質を含み、前記バルブ物質チャンバーに配置されたバルブ物質と、
前記チャンネル内に設けられ、前記チャンネル内に微細チャンネル部を形成する段差構造物と、
前記段差構造物に配置された融着構造物と、を含み、
前記エネルギー源は、電磁エネルギーを前記バルブユニットに照射し、前記バルブ物質チャンバー内の前記バルブ物質が溶融されることによって前記微細チャンネル部に流入し、前記微細チャンネル部に流入した前記バルブ物質は、加熱されて前記融着構造物を溶融させることによって前記チャンネルを閉鎖することを特徴とする微細流動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブユニット、これを備えた微細流動装置及びバルブユニットの駆動方法に関し、より詳細には、微細流体の流れを制御するバルブユニット、これを備えた微細流動装置、及び微細流体の流れを制御するためのバルブユニットの駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細流動装置は、少量の流体を操作することによって生物学的又は化学的な反応を行うのに使用される。微細流動装置は、チップ、ディスクなどの多様な形状のプラットフォーム内に配置された微細流動構造物を有する。
【０００３】
一般に、微細流動構造物は、流体を収容するチャンバー、流体が通過及び流動するチャンネル、及び流体の流れを調節するバルブを含み、チャンバー、チャンネル及びバルブは、多様な組立設計によって結合されて配置される。
【０００４】
チップ上で生化学的反応を含む多様な試験を行うために、チップタイプのプラットフォームに微細流動構造物を配置したものをバイオチップといい、特に、多くの段階の処理及び／又は操作を一つのチップ上で行えるように製造された装置をラボオンチップ（ｌａｂ―ｏｎ―ａ  ｃｈｉｐ）という。
【０００５】
微細流動装置の微細流動構造物内で流体を流動及び移送するためには一般的に駆動圧力が必要であるが、駆動圧力としては、毛細管圧又は別途のポンプを用いて発生した圧力が用いられる。最近は、ディスクタイプのプラットフォームに配置された微細流動構造物を有し、遠心力によって流体を移動させながら一連の作業を行える遠心力式の微細流動装置が提案されている。このような微細流動装置をラボＣＤ（Ｌａｂ  ＣＤ）又はラボオンＣＤ（Ｌａｂ―ｏｎ  ａ  ＣＤ）ともいう。
【０００６】
微細流動装置のバルブは、磁気制御方法又は相転移物質を用いて動作させることによってチャンネルを開閉する。
【０００７】
相転移物質を用いる場合、ノーマルオープンバルブを動作させるためには、チャンネルに隣接する位置に相転移物質を収容するチャンバーを設けて、相転移物質を加熱すると、相転移物質がチャンネル内に流入し、チャンネルを閉鎖するようになる。
【０００８】
しかし、遠心力を用いて流体を移動させる遠心力式の微細流動装置では、相転移物質によってチャンネルが完全に閉鎖されない場合がある。
【０００９】
また、ＤＮＡ抽出やＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）のためのプロセスは、比較的高温で行われるが、相転移物質は一般的に熱に弱いので、チャンネルが閉鎖されるべき場合にも、チャンネルを閉鎖している相転移物質が高温環境で溶けてしまい、チャンネルが開放されるという問題を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の実施例の一側面は、バルブの駆動時にチャンネルを永久的に閉鎖するノーマルオープン型のバルブユニット、これを備えた微細流動装置及びバルブユニット駆動方法を提供する。
【００１１】
本発明の実施例の他の側面は、バルブの駆動時に、温度とは関係なくチャンネルを継続的に閉鎖するバルブユニット、これを備えた微細流動装置及びバルブユニット駆動方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一実施例の一側面に係るバルブユニットは、チャンネルを開閉するためのもので、相転移物質を含むバルブ物質と、前記チャンネルと連通し、前記バルブ物質を収容するバルブ物質チャンバーと、前記チャンネルに設けられる微細チャンネル部と、前記微細チャンネル部に配置される融着構造物と、を含み、前記バルブ物質チャンバー内のバルブ物質は、エネルギーが加えられることによって溶融され、前記微細チャンネル部に流入し、前記微細チャンネル部内の前記バルブ物質は、加熱されて前記融着構造物を溶かし、前記チャンネルの融着を行うことによって前記チャンネルを閉鎖することを特徴とする。
【００１３】
前記バルブユニットは、回転可能なディスクタイプの微細流動装置に設けられ、一般に、前記微細流動装置は、第１の基板と、前記チャンネルから前記バルブ物質チャンバーを分離するために第１の基板と結合される第２の基板と、を含むことができる。
【００１４】
前記バルブ物質チャンバー内の前記バルブ物質が溶融される場合、前記微細チャンネル部に前記の溶融されたバルブ物質を案内する案内チャンネルをさらに含むことができる。
【００１５】
前記融着構造物は、前記微細チャンネル部から突出し、前記流体の流れ方向に延在する少なくとも一つの第１の融着構造物をさらに含むことができる。
【００１６】
前記融着構造物は、微細チャンネル部の側面から突出した第２の融着構造物をさらに含むことができる。
【００１７】
前記第１及び第２の基板は、熱可塑性樹脂を用いて形成することができる。
【００１８】
前記バルブ物質は、前記相転移物質に分散され、電磁波を吸収して熱エネルギーを放出する微細発熱物質をさらに含むことができる。
【００１９】
前記微細発熱物質は、例えば、重合体ビード、量子ドット（ｑｕａｎｔｕｍ  ｄｏｔ）、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、金属化合物ビード、炭素粒子及び磁性ビードからなる群から選択された少なくとも一つであるか、金属酸化物粒子であるか、又は電磁波によって発熱する染料を含むことができる。
【００２０】
前記相転移物質は、ワックス、ゲル、熱可塑性樹脂から選択された少なくとも一つを含むことができる。
【００２１】
前記ワックスは、パラフィンワックス、微結晶ワックス、合成ワックス、及び天然ワックスから選択された少なくとも一つを含むことができる。
【００２２】
前記ゲルは、ポリアクリルアミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリビニルアミドから選択される少なくとも一つを含むことができる。
【００２３】
前記熱可塑性樹脂は、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）、及びＰＶＤＦ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｆｌｕｏｒｉｄｅ）から選択される少なくとも一つを含むことができる。
【００２４】
前記チャンネルの高さは０．０１ｍｍ〜１．０ｍｍで、前記微細チャンネル部の高さは５μｍ〜１００μｍであり得る。
【００２５】
前記微細チャンネル部は、前記チャンネルの所定区間に形成され、前記チャンネルの断面積より小さい断面積を有する。
【００２６】
そして、微細流動装置は、流体の流れ通路をもたらすチャンネルと、前記チャンネルを開閉するバルブユニットと、を含む微細流動装置であって、前記バルブユニットは、相転移物質を含むバルブ物質と、前記チャンネルと連通し、前記バルブ物質を収容するバルブ物質チャンバーと、前記チャンネルに形成される融着構造物と、を含み、前記バルブ物質チャンバー内の前記バルブ物質は、加えられるエネルギーによって溶融され、前記融着構造物に流入し、前記融着構造物内の前記バルブ物質は、加熱されて前記融着構造物を溶かし、前記チャンネルの融着を行うことを特徴とする。
【００２７】
前記バルブ物質は、前記相転移物質に分散され、電磁波を吸収して熱エネルギーを放出する微細発熱物質をさらに含むことができる。
【００２８】
微細流動装置は、前記チャンネルの他の区間に比べて狭い断面積を有する所定区間の微細チャンネル部をさらに含み、前記融着構造物は、流体が前記微細チャンネル部を容易に通過できる形状で前記チャンネル部に形成することができる。
【００２９】
前記融着構造物は、射出成形によって前記微細流動装置と一体化させることができる。
【００３０】
前記バルブ物質を溶融させて前記微細チャンネル部に流入させるために、前記バルブ物質に熱又は電磁波を加える。
【００３１】
前記融着構造物は、前記流体の流れ方向に延在する少なくとも一つの第１の融着構造物と、前記微細チャンネル部の側面から突出した第２の融着構造物と、を含むことができる。
【００３２】
そして、バルブユニットの駆動方法は、流体の流れ通路をもたらすチャンネルと、前記チャンネルを開閉するバルブユニットと、温度によって相転移が可能なバルブ物質を収容するバルブ物質チャンバーと、前記チャンネルに設けられた融着構造物と、を含むバルブユニットの駆動方法であって、前記バルブ物質にエネルギーを加えることによって前記バルブ物質を溶融させること；前記の溶融されたバルブ物質を前記融着構造物に流入させること；前記チャンネルの融着と閉鎖を可能にするために、前記融着構造物内の前記バルブ物質を前記融着構造物の少なくとも融点で加熱することを含む。
【００３３】
前記バルブ物質は、相転移物質と、前記相転移物質に分散され、外部から電磁波を吸収して熱エネルギーを放出する微細発熱物質と、を含み、前記バルブ物質を前記融着構造物の少なくとも融点で加熱することは、前記バルブ物質に電磁波を所定時間の間照射し、前記微細発熱物質を加熱する。
【００３４】
前記バルブ物質にエネルギーを加えることは、非接触式ヒーターを所定時間の間駆動し、前記バルブ物質を加熱する。
【００３５】
また、前記バルブ物質にエネルギーを加えることは、光源から放出される電磁波を用いて前記バルブ物質を加熱する。
【００３６】
前記の溶融されたバルブ物質を融着構造物に流入させることは、前記融着構造物が形成された前記チャンネルの断面積を減少させ、溶融されたバルブ物質を毛細管現象によって前記融着構造物に案内する。
【００３７】
エネルギーを加えることによって前記バルブ物質を溶融させること、及び前記バルブ物質を前記融着構造物の少なくとも融点で加熱することは、電磁波の連続的な照射によって行われる。
【発明の効果】
【００３８】
以上説明したように、本発明の実施例に係るバルブユニットは、チャンネル内に融着構造物を有し、バルブ物質を融着構造物の少なくとも融点で加熱し、チャンネルの融着を行うことによってチャンネルを永久的に閉鎖することができる。
【００３９】
さらに、バルブ物質を用いて融着構造物を加熱し、チャンネルを融着・閉鎖することによって、高温の環境が要求される検査時にも、バルブ物質の溶融によって発生するチャンネルの開放を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施例に係る微細流動装置を示した斜視図である。
【図２】第１及び第２の基板がバルブユニットから分離された状態での一実施例に係るバルブユニットを示した斜視図である。
【図３】図２のＡ―Ａ方向の断面図である。
【図４】図２のＢ―Ｂ方向の断面図である。
【図５】変形例に係るバルブユニットに含まれる融着構造物を示す断面図である。
【図６】変形例に係るバルブユニットに含まれる融着構造物を示す断面図である。
【図７】一実施例に係るバルブユニットの作動を示す断面図である。
【図８】一実施例に係るバルブユニットによって閉鎖されたチャンネルを示す断面図である。
【図９】他の実施例に係るバルブユニットを示す断面図である。
【図１０】他の実施例に係るバルブユニットの動作を示す断面図である。
【図１１】他の実施例に係るバルブユニットの動作を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例に係るバルブユニット、これを備えた微細流動装置、及びバルブユニットの駆動方法を詳細に説明する。
【００４２】
図面における同一の参照符号は、実質的に同一の構成要素を示す。チャンバー及びチャンネルなどの構造物は単純に図示され、その寸法比は実際とは異なって拡大又は縮小されたものである。微細流動装置（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  ｄｅｖｉｃｅ）、微細粒子（ｍｉｃｒｏ―ｐａｒｔｉｃｌｅ）などの表現において、「マイクロ（ｍｉｃｒｏ―）」は、マクロ（ｍａｃｒｏ―）と対比する意味で使用されたものに過ぎず、大きさの単位として限定的に解釈されてはならない。
【００４３】
図１は、本発明の一実施例に係る微細流動装置を示した斜視図である。図１を参照すると、本発明の一実施例に係る微細流動装置１０は、回転可能なディスクタイプのプラットフォーム２０を有する。
【００４４】
プラットフォーム２０は、成形が容易であるとともに、生物学的に非活性の表面を有するアクリル、ＰＤＭＳなどのプラスチック素材を用いて製造することができる。ただし、プラットフォームの製造のための素材は、これに限定されるものでなく、化学的又は生物学的安定性を有するとともに、光学的透過性及び／又は機械的加工性を有する素材であればいずれも可能である。
【００４５】
プラットフォーム２０は、多層の板で形成することができ、一つの層が他の層に接触する面上にチャンバー及びチャンネルに該当する陰刻構造物を形成し、これら構造物を面に接合することによって、プラットフォーム２０の内部に一つ以上のチャンバーと一つ以上のチャンネルとを設けることができる。
【００４６】
プラットフォーム２０は、例えば、第１の基板３０と、第１の基板３０に付着された第２の基板４０と、を含む。第１の基板３０及び第２の基板４０は、熱可塑性樹脂を用いて形成することができる。
【００４７】
第１の基板３０と第２の基板４０との接合は、接着剤や両面接着テープを用いた接着や、超音波溶接、レーザー溶接などの多様な方法で行うことができる。
【００４８】
微細流動装置１０は、流体を収容するための少なくとも一つのチャンバー５０と、チャンバー５０と連結され、流体の流れ通路をもたらす少なくとも一つのチャンネル６０と、チャンネル６０の開閉を通じて流体の流れを制御するためのバルブユニット１００と、を含む。また、微細流動装置１０は、スピンドルモーター（図示せず）に装着され、高速回転を行うことができる。微細流動装置１０の中央部には、スピンドルモーターに装着するための装着通孔２１が形成されている。スピンドルモーターの回転によって発生する遠心力により、微細流動装置１０のチャンバー５０又はチャンネル６０に残存した流体は、プラットフォーム２０の外周部に向けて加圧される。
【００４９】
チャンバー５０、チャンネル６０及び／又はバルブユニット１００は、例えば、流体試料の遠心分離、免疫血清反応、遺伝子分析、遺伝子抽出及び遺伝子増幅などの生化学分野における微細流動装置１０の特定用途のために適宜配置される。例えば、一実施例の微細流動装置１０は、図１に示したチャンバー５０、チャンネル６０及びバルブユニット１００の配置形態に限定されず、その用途に応じて多様に設計することができる。
【００５０】
図２は、第１及び第２の基板がバルブユニットから分離された状態での一実施例に係るバルブユニットを示した斜視図であり、図３は、図２のＡ―Ａ方向の断面図であり、図４は、図２のＢ―Ｂ方向の断面図である。
【００５１】
一実施例に係るバルブユニットは、チャンバーがチャンネルと結合する地点又は微細流動装置１０のチャンネル６０中に設けることができ、一実施例では、チャンネル中に設けられたバルブユニットを示している。
【００５２】
チャンネル６０は、第１の基板３０の上面から下方に陥没するように設けられた第１の領域６１と、第１の領域６１より深い深さで第１の基板３０の上面から下方に陥没するように設けられ、第１の領域６１の一側に段差を有して接した第２の領域６２と、第１の領域６１より深い深さで第１の基板の上面から下方に陥没するように設けられ、第１の領域６１の他側に段差を有して接した第３の領域６３と、を含む。
【００５３】
第２の領域６２及び第３の領域６３は、第１の領域６１の深さＤ１より大きい深さＤ２を有する。したがって、段差構造物６５は、チャンネル６０の下面から上方に隆起する第１の領域６１に形成される。
【００５４】
一実施例に係るバルブユニット１００は、図２及び図３に示したように、第２の基板４０の下面から上方に陥没するように設けられたバルブ物質チャンバー４１と、硬化状態でバルブ物質チャンバー４１内に収容されるバルブ物質Ｖと、第１の領域６１に形成された段差構造物６５上に設けられ、外部のエネルギー源によってバルブ物質チャンバー４１で溶融されたバルブ物質Ｖが流入してチャンネル６０を閉鎖する微細チャンネル部１１０と、第１の領域６１内の段差構造物６５から突出し、高温で溶融されることによって微細チャンネル部１１０の融着を可能にする融着構造物１２０と、を含むことができる。
【００５５】
バルブ物質チャンバー４１は、第２の基板４０上で所定深さを有して円筒状に形成される。バルブ物質Ｖは、バルブ物質チャンバー４１内に硬化状態で収容される。
【００５６】
バルブ物質Ｖは、高温で溶融される相転移物質と、相転移物質に分散され、外部エネルギー源１１から電磁波を吸収して発熱する多数の微細発熱物質Ｐと、を含む。
【００５７】
バルブ物質チャンバー４１には、ディスペンサー（図示せず）を用いて溶融されたバルブ物質Ｖを注入し、これを硬化させる。上述したように、バルブ物質Ｖは、相転移物質に多数の微細発熱粒子、すなわち、微細発熱物質Ｐを混合することによって製造され、硬化時にバルブ物質チャンバー４１に付着するようになる。
【００５８】
電磁波照射のための外部エネルギー源１１は、レーザービームを照射するレーザー光源であるか、可視光線又は赤外線を照射する発光ダイオード又はキセノン（Ｘｅｎｏｎ）ランプであり得る。特に、レーザー光源は、少なくとも一つのレーザーダイオードを含むことができる。外部エネルギー源１１は、バルブ物質Ｖに含まれた微細発熱物質Ｐによって吸収される電磁波の波長によって選択することができる。
【００５９】
外部エネルギー源１１は、微細流動装置１０のうち所望の領域、すなわち、多数のバルブ物質チャンバー４１に向けて電磁波を集中させるようにエネルギー源の位置又は方向を調整する調整手段（図示せず）をさらに含むことができる。この調整手段は、微細流動装置１０の径方向に沿って移動可能であり、多様なメカニズムによって形成することができる。また、調整手段は、本発明の技術分野で通常の技術を有する者にとって自明であるので、これに対する説明は省略する。
【００６０】
相転移物質は、加熱によって溶融されて液体状態に変わり、体積が膨張するワックスであり得る。ワックスは、例えば、パラフィンワックス、微結晶ワックス、合成ワックス、又は天然ワックスを含むことができる。
【００６１】
一方、相転移物質は、ゲル又は熱可塑性樹脂であり得る。ゲルは、例えば、ポリアクリルアミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、又はポリビニルアミドなどを含むことができる。また、熱可塑性樹脂は、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）、及びＰＶＤＦ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｆｌｕｏｒｉｄｅ）などから選択することができる。
【００６２】
微細発熱物質Ｐは、微細なチャンネル６０を自由に通過できる程度の小さい直径、例えば、１ｎｍ〜１００μｍの直径を有する。微細発熱物質Ｐは、レーザー照射によって電磁エネルギーが供給されると、温度が急激に上昇して発熱し、相転移物質に均一に分散される性質を示す。このような性質を示すために、微細発熱物質Ｐは、金属成分を含むコア及び疎水性シェル構造を有することができる。例えば、微細発熱物質Ｐは、Ｆｅからなるコアと、Ｆｅに結合され、Ｆｅを取り囲む複数の界面活性成分を含む特定の分子構造と、を有することができる。
【００６３】
一般に、微細発熱物質Ｐは、キャリアオイルに分散された状態で保管される。疎水性表面構造を有する微細発熱物質Ｐを均一に分散させるために、キャリアオイルも疎水性であることが望ましい。分散された微細発熱物質Ｐを含むキャリアオイルを溶融された相転移物質と均一に混合することによって、バルブ物質Ｖを製造することができる。
【００６４】
微細発熱物質Ｐは、重合体ビードに特に限定されるものではなく、量子ドット、磁性ビード、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、金属化合物ビード、炭素粒子などから選択された少なくとも一つを含むことができる。さらに、炭素粒子は、黒鉛粒子も含むことができる。また、微細発熱粒子Ｐは、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４又はＨｆＯ２などの金属酸化物粒子であり得る。
【００６５】
さらに、微細発熱物質Ｐは、外部電磁波の所定のスペクトルを吸収して発熱する染料を含むことができ、染料は、相転移物質と混合可能な構造の物質であれば特に限定されない。一例として、染料は、ＡＤＳ９０５ＡＭなどの光学特性を有する染料、Ｃ６２Ｈ９６Ｎ６ＳｂＦ６又はＥｐｏｌｉｇｈｔ２０５７などのＡｍｅｒｉｃａｎ  Ｄｙｅ  Ｓｏｕｒｃｅ  ｌｎｃ．で市販される赤外線染料、Ｅｐｏｌｉｎ  ｌｎｃ．で市販される近赤外線光源に適した吸収スペクトルを有する赤外線染料を用いることができ、Ｅｐｏｌｉｇｈｔ２１８０、Ｅｐｏｌｉｇｈｔ２１８９、カーボンブラックなどの染料を用いることもできる。
【００６６】
バルブユニット１００は、平常時にチャンネル６０を開放し、バルブ物質チャンバー４１に収容されたバルブ物質Ｖに電磁エネルギーを照射することによって、バルブ物質Ｖを用いてチャンネル６０を閉鎖するノーマルオープンバルブ（ｎｏｒｍａｌｌｙ  ｏｐｅｎ  ｖａｌｖｅ）である。レーザー光源１１は、エネルギー源１１の一例であって、バルブ物質Ｖに向けてレーザーＬを照射することによってエネルギーを付与する。レーザー光源１１は、レーザーダイオードを含むことができる。
【００６７】
第１及び第２の基板３０、４０では、第１の領域６１の一部分がバルブ物質チャンバー４１と対向せず、第１の領域６１の残りの部分がバルブ物質チャンバー４１と重畳される。第１の領域６１の重畳部分は重畳部６１ａと称し、残りの部分は非重畳部６１ｂと称する。
【００６８】
第１の領域６１とバルブ物質チャンバー４１とが上下方向において重なる幅や重なる程度は、バルブ物質チャンバー４１の両側に非重畳部６１ｂが設けられるように設定することもできるが、一実施例では、第１の領域６１とバルブ物質チャンバー４１とが上下方向において重なる幅や重なる程度は、バルブ物質チャンバー４１のいずれか一側のみに非重畳部６１ｂが設けられるように適宜設定することができる。
【００６９】
バルブ物質チャンバー４１内のバルブ物質Ｖが溶融される場合、非重畳部６１ｂでのチャンネル６０の断面積が重畳部６１ａでのチャンネル６０の断面積より狭いので、溶融されたバルブ物質Ｖの一部は、毛細管現象によって非重畳部６１ｂに対応するチャンネル６０に移動し、チャンネル６０を閉鎖するようになる。すなわち、チャンネル６０の非重畳部６１ｂは、前記微細チャンネル部１１０に対応する。
【００７０】
第１の領域６１の上部には、融着構造物１２０が第２の基板４０に向けて突出形成される。
【００７１】
融着構造物１２０は、樹脂材を用いて形成され、所定温度以上で溶融される。微細流動装置１０の外部で融着構造物１２０に対応する位置に電磁エネルギーを加える場合、融着構造物１２０に接するバルブ物質Ｖの温度が融着構造物１２０の少なくとも融点に上昇し、融着構造物１２０を溶融させることによって、微細チャンネル部１１０の融着を可能にする。すなわち、融着構造物１２０は、熱によって溶融される融着突起として機能する。このとき、微細チャンネル部の高さＤ１は、５μｍ〜１００μｍの範囲であり得る。また、チャンネル６０の高さは０．０１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲である。
【００７２】
融着構造物１２０は、図２〜図４に示したように、チャンネル６０内で流動する流体の流れを妨害しないように流体の流動方向に延在する少なくとも一つの第１の融着構造物１２１と、第１の領域６１の側面６１ｃからチャンネルの内側に突出した少なくとも一つの第２の融着構造物１２２と、を含むことができる。
【００７３】
少なくとも一つの第１の融着構造物１２１は、図２のＢ―Ｂ方向に沿って形成することができ、一実施例では、２個の第１の融着構造物１２１を例示している。
【００７４】
少なくとも一つの第２の融着構造物１２２は、図２のＡ―Ａ方向に沿って形成することができ、一実施例では３個の第２の融着構造物１２２を例示している。
【００７５】
また、第２の融着構造物１２２は多様な形状に形成できるが、一実施例では、半円筒状に設けられる。第２の融着構造物１２２が側面６１ｃに設けられることによって、融着時に第１の領域６１の側面側で融着性が低下することを防止することができる。
【００７６】
また、融着構造物１２０は、第１の領域６１の深さＤ１（すなわち、微細チャンネル部の高さ）と実質的に同一の高さで形成することもでき、第１の領域６１の上面より高く、微細チャンネル部１１０の高さＤ１以下である任意の高さで突出させることができる。
【００７７】
図５及び図６は、変形例に係るバルブユニットの融着構造物を示す断面図である。
【００７８】
図５に示したように、融着構造物２２０は、第１の基板３０’に形成せず、第２の基板４０’の下面から下方に突出させることができる。この場合、一実施例に対応する形態の第１の融着構造物２２１及び第２の融着構造物２２２を第２の基板４０’の下面に形成することができる。
【００７９】
また、図６に示したように、融着構造物３２０は、第１の領域６１’の上面と第２基板４０”の下面からそれぞれ突出させることができる。
【００８０】
融着構造物２２０、３２０の形態、大きさ及び／又は個数は、ノーマルオープン状態で流体の流れを妨害しないと同時に最適の融着効率を示すために、実験によって適宜選択することができる。
【００８１】
融着構造物２２０、３２０は、第１の基板３０、３０’及び／又は第２の基板４０、４０’、４０”と同一の材質を用いて製造され、各基板の射出成形時に一体化させることができる。
【００８２】
図７は、一実施例に係るバルブユニットの作動を示す断面図であり、図８は、一実施例に係るバルブユニットによって閉鎖されたチャンネルを示す断面図である。
【００８３】
図３は、バルブ物質チャンバー４１内に収容されているバルブ物質を示す。
【００８４】
この状態で、レーザー照射を通じてバルブ物質Ｖにエネルギーを供給することによってバルブ物質Ｖを溶融させると、図７に示したように、溶融されたバルブ物質Ｖの一部は、毛細管現象によって第１の領域６１の非重畳部６１ｂ（すなわち、微細チャンネル部）に流入して残存する。
【００８５】
その後、バルブ物質Ｖ内の微細発熱物質Ｐに持続的にレーザーなどの電磁波を照射すると、微細発熱物質Ｐが発熱し、バルブ物質Ｖの温度が融着構造物１２０の少なくとも融点に上昇し、非重畳部６１ｂに残存するバルブ物質Ｖによって融着構造物１２０を溶かす。
【００８６】
融着構造物１２０を溶かした後、電磁波照射が終了すると、図８に示したように、バルブ物質Ｖと融着構造物１２０との硬化によって融着部Ｗが形成され、非重畳部６１ｂ（すなわち、微細チャンネル部）で第１の基板３０と第２の基板４０とが融着されることによってチャンネル６０が閉鎖される。
【００８７】
このとき、調節されたレーザー照射幅及び照射時間で、バルブ物質Ｖをレーザー照射によって一定の位置で１回加熱し、非重畳部６１ｂに案内した後、バルブ物質Ｖを再び加熱することによって融着構造物１２０を溶かし、非重畳部６１ｂの融着を可能にする。すなわち、レーザー照射が一つの位置で１回行われることによって、バルブ物質Ｖを非重畳部６１ｂに移動させ、非重畳部６１ｂの融着を可能にする。
【００８８】
さらに、バルブ物質チャンバー４１にレーザー照射を行い、バルブ物質Ｖを非重畳部６１ｂに案内した後、融着構造物１２０の溶融前に融着構造物１２０に供給されるエネルギーの制御によってバルブ物質Ｖを再び硬化し、バルブ物質Ｖがチャンネル６０を閉鎖する。このように閉鎖されたチャンネル状態で必要な検査を行う。一方、ＤＮＡ抽出やＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）などの高温環境が要求されるプロセスを行う場合、微細発熱物質Ｐは、非重畳部６１ｂに対応する微細流動装置１０の外部にレーザーなどを位置させ、電磁波を照射することによって発熱し、これによって、バルブ物質Ｖを高温で加熱して融着構造物１２０を溶かすことによって、非重畳部６１ｂの融着を可能にする。すなわち、非重畳部６１ｂは、要求に応じて選択的に融着させることができる。
【００８９】
また、本実施例では、レーザーを用いてバルブ物質Ｖを溶かし、溶融されたバルブ物質Ｖを非重畳部６１ｂに案内しているが、バルブ物質Ｖを溶かして非重畳部６１ｂに案内するプロセスは、電磁波の照射がなくても、ヒーター（図示せず）を用いてバルブ物質Ｖを加熱することによってバルブ物質Ｖを溶かした後、バルブ物質Ｖを非重畳部６１ｂに案内することができる。
【００９０】
その後、非重畳部６１ｂを融着させるためには、非重畳部６１ｂに流入したバルブ物質Ｖにレーザーを照射し、微細発熱物質Ｐを加熱することによって融着構造物１２０を加熱して溶かし、非重畳部６１ｂを融着させることによって、チャンネル６０を永久的に閉鎖することができる。
【００９１】
次に、他の実施例に係るバルブユニットを含む微細流動装置について詳細に説明する。
【００９２】
図９は、他の実施例に係るバルブユニットの断面図であり、図１０及び図１１は、他の実施例に係るバルブユニットの動作を示す断面図である。
【００９３】
他の実施例のバルブユニットは、一実施例と同一の微細流動装置に設けることができ、バルブユニットの形状のみが多少異なる。以下では、一実施例と同一の構成には同一の参照符号を付与し、それについての説明は省略する。
【００９４】
他の実施例に係るバルブユニット２００は、図９〜図１１に示したように、チャンネル６０に隣接した位置で第１の基板２３０から下方に陰刻されたバルブ物質チャンバー１３０と、硬化状態でバルブ物質チャンバー１３０に収容されるバルブ物質Ｖと、外部エネルギー源によってバルブ物質チャンバー１３０で溶融されたバルブ物質Ｖをチャンネル６０に案内する案内チャンネル１３２と、第１の領域６１の上部に設けられ、案内チャンネル１３２から流入したバルブ物質Ｖを収容する微細チャンネル部１１０と、第１の領域６１から突出し、高温で溶融されて微細チャンネル部１１０を融着させる融着構造物１２０と、を含む。
【００９５】
バルブ物質チャンバー１３０は、チャンネル６０の中間に連結されてバルブ物質Ｖを収容し、バルブ物質Ｖは、初期にはバルブ物質チャンバー１３０内において常温で固体状態であり、加熱によって溶融及び膨張されながら、案内チャンネル１３２を介してチャンネル６０に流入し、最終的に、チャンネル６０内で再び凝固され、流体の流れを遮断する。
【００９６】
バルブ物質Ｖは、一実施例と同一に形成され、バルブ物質Ｖに電磁波を照射するために使用されるエネルギー源も、実質的に一実施例と同一である。
【００９７】
バルブ物質チャンバー１３０内のバルブ物質が溶融される場合、微細チャンネル部１１０内のチャンネル６０の断面積が案内チャンネル１３２の断面積より小さいので、溶融されたバルブ物質Ｖは、毛細管現象によって微細チャンネル部１１０に流入し、チャンネル６０を閉鎖するようになる。ここで、案内チャンネル１３２の断面積は、溶融されたバルブ物質Ｖを微細チャンネル部１１０に案内する機能を保証する限り、特に限定されない。
【００９８】
第２の基板２４０は、バルブ物質Ｖへの電磁波照射を促進するために、バルブ物質チャンバー１３０に対応する穿孔部１３１を有することもできる。
【００９９】
融着構造物１２０は、一実施例又は変形例と実質的に同様に、第１の領域６１の上部から突出させることができ、特に、融着構造物１２０の形態、大きさ及び／又は個数は、ノーマルオープン状態で流体の流れを妨害しないと同時に最適の融着効率を示すために、実験によって適宜選択することができる。
【０１００】
したがって、バルブ物質チャンバー１３０内のバルブ物質Ｖに電磁波が照射されると、微細発熱物質Ｐが電磁波を吸収し、相転移物質を加熱する。これによって、バルブ物質Ｖは、溶融されながら体積が膨張し、案内チャンネル１３２を介してチャンネル６０の第１の領域６１に形成された微細チャンネル部１１０に流入する。その後、微細チャンネル部１１０に流入したバルブ物質Ｖに電磁波を照射すると、バルブ物質Ｖが融着構造物１２０の少なくとも融点で加熱され、融着構造物１２０を溶かし、微細チャンネル部１１０を融着させることによって、チャンネル６０が永久的に閉鎖される。
【０１０１】
他の実施例に係るバルブユニットは、一実施例に係るバルブユニットに適用される同一のプロセスによって駆動することができる。
【０１０２】
一実施例では、第２の基板にバルブ物質チャンバーを設けることによって、複雑な流路構造を有する微細流動装置が使用される場合、流路が容易に配置される一方、他の実施例では、第１の基板にバルブ物質チャンバーを設けることによって、第２の基板の厚さを減少させ、よりコンパクトな構造の微細流動装置を形成することができる。
【０１０３】
添付の図面を参照して説明した特定の各実施例は、本発明の例として理解されるものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。また、本発明の属する技術分野における本発明の技術的思想の範囲でも多様な変更が発生し得るので、本発明が特定の構成及び配列に制限されないことは自明である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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