(57)【要約】      （修正有）【課題】高分子駆動器を含む微小バルブ構造体及びラボオンチップモジュールを提供する。【解決手段】微小バルブ構造体は基板１０上に配置される柔軟構造物２０及び柔軟構造物２０内に挿入される高分子駆動器４０を含むことができる。この時、柔軟構造物２０は微小流路３５を定義するバルブ部２５を有し、高分子駆動器４０は柔軟構造物２０によって微小流路３５から分離される。さらに、高分子駆動器４０はバルブ部２５の変位を制御することによって、微小流路３５の幅を変化させるように構成される。【選択図】図２
2011237032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置される柔軟構造物と、
前記柔軟構造物内に挿入される高分子駆動器とを含み、
前記柔軟構造物は微小流路を定義するバルブ部を有し、前記高分子駆動器は前記柔軟構造物によって前記微小流路から分離し、
前記高分子駆動器は前記バルブ部の変位を機械的に直接制御することによって、前記微小流路の幅を変化させるように構成されることを特徴とする微小バルブ構造体。
【請求項２】
前記高分子駆動器は一対の電極及びこれらの間に介在されるイオン伝導性高分子合成物  を含むことを特徴とする請求項１に記載の微小バルブ構造体。
【請求項３】
前記イオン伝導性高分子合成物はスルホン酸化テトラフルオロエチレン系フッ素重合体−共重合体のうちの１つであることを特徴とする請求項２に記載の微小バルブ構造体。
【請求項４】
前記微小流路は互いに離隔された第１流路及び第２流路を含み、
前記柔軟構造物のバルブ部は前記第１及び第２流路の間に介在され、
前記高分子駆動器は前記バルブ部内に挿入された部分を有することを特徴とする請求項１に記載の微小バルブ構造体。
【請求項５】
前記高分子駆動器は前記第１及び第２流路、そして前記バルブ部の幅の和より大きい幅を有することを特徴とする請求項４に記載の微小バルブ構造体。
【請求項６】
前記高分子駆動器は長方形の上部面及び下部面を有する直方体形であることを特徴とする請求項４に記載の微小バルブ構造体。
【請求項７】
前記微小流路は外部から流体が供給される流入口及び前記流体が排出される流出口を有することを特徴とする請求項１に記載の微小バルブ構造体。
【請求項８】
前記基板は前記微小流路として用いられるリセス領域を有し、前記柔軟構造物のバルブ部は前記リセス領域に挿入されることを特徴とする請求項１に記載の微小バルブ構造体。
【請求項９】
前記高分子駆動器はそれの最も広い表面が前記基板の上部面に実質的に平行になるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の微小バルブ構造体。
【請求項１０】
前記高分子駆動器はそれの最も広い表面が前記基板の上部面に実質的に垂直になるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の微小バルブ構造体。
【請求項１１】
基板と、
互いに離隔された第１及び第２流路の間のバルブ部を含みながら、前記基板上に配置される柔軟構造物と、
前記柔軟構造物内に挿入されて前記バルブ部の変位を制御するように構成される高分子駆動器とを含むことを特徴とする微小バルブ構造体。
【請求項１２】
前記高分子駆動器は前記柔軟構造物によって前記第１及び第２流路から離隔されることを特徴とする請求項１１に記載の微小バルブ構造体。
【請求項１３】
前記高分子駆動器は一対の電極及びこれらの間に介在されるイオン伝導性高分子合成物  を含むことを特徴とする請求項１１に記載の微小バルブ構造体。
【請求項１４】
前記高分子駆動器は前記柔軟構造物によって囲まれることによって、前記高分子駆動器の電極は外部大気または前記第１及び第２流路によって露出されないことを特徴とする請求項１３に記載の微小バルブ構造体。
【請求項１５】
前記イオン伝導性高分子合成物はスルホン酸化テトラフルオロエチレン系フッ素重合体−共重合体のうちの１つであることを特徴とする請求項１３に記載の微小バルブ構造体。
【請求項１６】
基板と、
第１流路、複数の第２流路及び前記第２流路を前記第１流路から空間的に分離させる複数のバルブ部を含む柔軟構造物と、
前記柔軟構造物内に挿入され、該各々は前記バルブ部の各々の変位を制御するように構成される複数の高分子駆動器と、
前記高分子駆動器の各々を独立的に制御する制御器とを具備することを特徴とするラボオンチップモジュール。
【請求項１７】
前記制御器は、前記高分子駆動器のうちの少なくとも２つを所定の時間の間隔を置いて互いに異なる時間に駆動させるように構成されることを特徴とする請求項１６に記載のラボオンチップモジュール。
【請求項１８】
前記第１流路は生体分子を含む流体が通過するように構成され、
前記第２流路の各々には前記生体分子と反応する反応物質が形成されることを特徴とする請求項１６に記載のラボオンチップモジュール。
【請求項１９】
前記第２流路に形成される前記反応物質は同一であり、前記高分子駆動器の全部は互いに異なる時間に駆動されることを特徴とする請求項１８に記載のラボオンチップモジュール。
【請求項２０】
前記第２流路上に配置され、前記流体と前記反応物質との間の反応をモニタリングする少なくとも１つの反応検出装置をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載のラボオンチップモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小流路制御技術に係り、より具体的には、高分子駆動器を含む微小バルブ構造体及びラボオンチップモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、バイオセンサー技術及び半導体技術の発達と共に、微小流体の流量または方向を制御する微小流体制御技術の開発及び応用が加速化されている。このような微小流体制御技術によって、血液のような生物学的流体（ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ｆｌｕｉｄ）に含まれた微量の特定成分を定量的、または定性的に検出できるようになった。これによって、この技術はバイオチップまたはラボオンチップ（Ｌａｂ−Ｏｎ−Ａ−Ｃｈｉｐ；ＬＯＣ）技術分野での核心技術として位置づけている。
【０００３】
微小流体の制御のためには、微小流路を所望する形態に形成することができるパターニング技術及び微小流路の開閉を制御することができるスイッチング技術が確保されなければならない。前記微小流路のパターニング技術は半導体製造技術または微小電子機械システム（ｍｉｃｒｏ  ｅｌｅｃｔｒｏ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ；ＭＥＭＳ）技術の発展によって可能になった。前記微小流路のスイッチング技術は圧電素子を利用する微小駆動器（ｍｉｃｒｏ  ａｃｔｕａｔｏｒ）を通じて実現可能である。圧電素子を利用したこのような微小駆動器は大量生産に適するだけでなく、高い信頼性を提供するが、大きい消耗電力及び小型化での制限によって、ポイントオブケアテスティング（ｐｏｉｎｔ−ｏｆ−ｃａｒｅ  ｔｅｓｔｉｎｇ；ＰＯＣＴ）器機または携帯用器機などでは使われ難い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】韓国特許登録第０７４８１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、低消費電力、小さい体積及び強化された耐久性を提供することができる微小バルブ構造体を提供することにある。
【０００６】
本発明の課題は、低消費電力、小さい体積及び強化された耐久性を提供することができる微小バルブ構造体を含むラボオンチップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
バルブの開閉が高分子駆動器によって直接制御される微小バルブ構造体を提供する。該微小バルブ構造体は、基板と、前記基板上に配置される柔軟構造物（ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と、前記柔軟構造物内に挿入される高分子駆動器（ｐｏｌｙｍｅｒ  ａｃｔｕａｔｏｒ）と、を含むことができる。この時、前記柔軟構造物は微小流路（ｍｉｃｒｏ  ｃｈａｎｎｅｌ）を定義するバルブ部（ｖａｌｖｅ  ｐｏｒｔｉｏｎ）を有し、前記高分子駆動器は前記柔軟構造物により前記微小流路から分離することができる。これに加えて、前記高分子駆動器は前記バルブ部の変位を機械的に直接制御することによって、前記微小流路の幅を変化させるように構成することができる。  
一実施形態によれば、前記高分子駆動器は一対の電極及びこれらの間に介在されるイオン伝導性高分子合成物（ｉｏｎｉｃ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｍｅｔａｌ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）を含むことができる。前記イオン伝導性高分子合成物はスルホン酸化テトラフルオロエチレン系フッ素重合体−共重合体（ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄ  ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｂａｓｅｄ  ｆｌｕｏｒｏｐｏｌｙｍｅｒ−ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｓ）のうちの１つになることができる。
【０００８】
一実施形態によれば、前記微小流路は互いに離隔された第１流路及び第２流路を含むことができ、前記柔軟構造物のバルブ部は前記第１及び第２流路の間に介在され、前記高分子駆動器は前記バルブ部内に挿入された部分を有することができる。また、前記高分子駆動器は前記第１及び第２流路、そして前記バルブ部の幅の和より大きい幅を有することができ、長方形の上部面及び下部面を有する直方体形になることができる。
【０００９】
一実施形態によれば、前記微小流路は外部から流体が供給される流入口（ｉｎｌｅｔ）及び前記流体が排出される流出口（ｏｕｔｌｅｔ）を有することができる。また、前記基板は前記微小流路として使われるリセス領域を有し、前記柔軟構造物のバルブ部を前記リセス領域に挿入することができる。
【００１０】
一実施形態によれば、前記高分子駆動器はそれの最も広い表面が前記基板の上部面に実質的に平行に配置することができる。他の実施形態によれば、前記高分子駆動器はそれの最も広い表面が前記基板の上部面に実質的に垂直に配置することができる。
【００１１】
高分子駆動器を具備する微小バルブ構造体を提供する。該微小バルブ構造体は互いに離隔された第１及び第２流路の間に介在されるバルブ部を含みながら基板上に配置される柔軟構造物、そして前記柔軟構造物内に挿入されて前記バルブ部の変位を制御するように構成される高分子駆動器を含むことができる。
【００１２】
一実施形態によれば、前記高分子駆動器は前記柔軟構造物によって前記第１及び第２流路から離隔することができる。前記高分子駆動器は一対の電極及びこれらの間に介在されるイオン伝導性高分子合成物（ｉｏｎｉｃ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｍｅｔａｌ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）を含むことができる。この時、前記高分子駆動器は前記柔軟構造物によって囲まれることによって、前記高分子駆動器の電極は外部大気または前記第１及び第２流路によって露出しないこともできる。前記イオン伝導性高分子合成物はスルホン酸化テトラフルオロエチレン系フッ素重合体−共重合体（ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄ  ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｂａｓｅｄ  ｆｌｕｏｒｏｐｏｌｙｍｅｒ−ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｓｚ）のうちの１つになることができる。
【００１３】
高分子駆動器を具備するラボオンチップモジュールを提供する。該モジュールは柔軟構造物と、前記柔軟構造物内に挿入される複数の高分子駆動器と、前記高分子駆動器の各々を独立的に制御する制御器とを具備することができる。この時、前記柔軟構造物は第１流路、複数の第２流路及び前記第２流路を前記第１流路から空間的に分離させる複数のバルブ部を含むことができ、前記高分子駆動器の各々は前記バルブ部の各々の変位を制御するように構成することができる。
【００１４】
一実施形態によれば、前記制御器は、前記高分子駆動器のうちの少なくとも２つを所定の時間の間隔を置いて互いに異なる時間に駆動させるように構成することができる。
【００１５】
一実施形態によれば、前記第１流路は生体分子を含む流体が通過するように構成し、前記第２流路の各々には、前記生体分子と反応する反応物質を形成することができる。前記第２流路に形成される前記反応物質は同一であり得る。前記高分子駆動器の全部は互いに異なる時間に駆動されるように構成することができる。
【００１６】
これに加えて、前記第２流路上には、前記流体と前記反応物質との間の反応をモニタリングする少なくとも１つの反応検出装置をさらに配置することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の実施形態によれば、印加される電圧に相応して機械的変位（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を生成する高分子駆動器を微小バルブ構造体またはラボオンチップのために用いる。これによって、圧電素子などを利用する方式に比較して、微小バルブ構造体またはラボオンチップは小型化可能であるだけでなく、低消費電力の特性を実現することができる。これによって、本発明に係るラボオンチップはポイントオブケアテスティング（ｐｏｉｎｔ−ｏｆ−ｃａｒｅ  ｔｅｓｔｉｎｇ；ＰＯＣＴ）器機または携帯用機器として製品化することができる。
【００１８】
さらに、本発明の一実施形態によれば、前記高分子駆動器は柔軟構造物によって微小流路から離隔される。すなわち、前記高分子駆動器は前記微小流路内の流体と直接接触しないように構成される。これによって、前記高分子駆動器が前記流体との直接的な接触によって劣化される技術的困難を予防することができる。すなわち、本発明に係る微小バルブ構造体またはラボオンチップは改善された耐久性及び信頼性を有することができる。
【００１９】
一方、本発明の一実施形態によれば、前記微小バルブの開閉動作（例えば、前記流路の幅の制御）を制御するバルブ部が前記高分子駆動器に機械的に直接連結される。これによって、前記開閉動作のための前記高分子駆動器の駆動力を前記バルブ部に直接伝達することができる。このような駆動力の直接的な伝達によって、本発明に係る微小バルブ構造体またはラボオンチップは増加された動作速度を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る微小バルブ構造体及びその動作方法を例示的に説明するための図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る微小バルブ構造体及びその動作方法を例示的に説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るラボオンチップを例示的に示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るラボオンチップを例示的に示す断面図である。
【図５】本発明の変形された実施形態に係る微小バルブ構造体及びその動作方法を例示的に説明するための斜視図である。
【図６】本発明の変形された実施形態に係る微小バルブ構造体及びその動作方法を例示的に説明するための斜視図である。
【図７】本発明の変形された実施形態に係る微小バルブ構造体及びその動作方法を例示的に説明するための斜視図である。
【図８】本発明の変形された実施形態に係る微小バルブ構造体及びその動作方法を例示的に説明するための斜視図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る微小バルブ構造体及びその動作方法を例示的に説明するための断面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る微小バルブ構造体及びその動作方法を例示的に説明するための斜視図である。
【図１１】本発明の他の変形された実施形態に係る微小バルブ構造体及びその動作方法を例示的に説明するための斜視図である。
【図１２】本発明の他の変形された実施形態に係る微小バルブ構造体及びその動作方法を例示的に説明するための斜視図である。
【図１３】本発明の他の実施形態に係るラボオンチップを例示的に示す断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に係るラボオンチップを例示的に示す断面図である。
【図１５】本発明に係るラボオンチップの使用を例示的に説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以上の本発明の目的、他の目的、特徴及び利点は添付の図面と係わる以下の望ましい実施形態を通じて容易に理解することができる。しかし、本発明はここで説明する実施形態に限定されず、他の形態への具体化も可能である。さらに、ここで紹介する実施形態は開示された内容が徹底且つ完全になれるように、そして当業者に本発明の思想を十分に伝達するために提供されるものである。
【００２２】
本明細書において、ある層のような要素が異なる要素の「上部」にあると記載された場合、前記ある要素は、前記他の要素の上部に直接存在しても、それらの間に第３の要素が介在しても良い。  また、図面で、膜及び領域の厚さは、明細書の明確性のために、誇張されたものである。
【００２３】
多様な領域、膜などを記述するために、用語第１、第２、第３などを使用できるが、それらの領域、膜は、それらの用語に限定されると解釈されてはならない。それらの用語は、１つの領域、膜を他の領域、膜と区別するために用いられるだけである。
【００２４】
したがって、ある実施形態での第１膜として言及された膜が他の実施形態では第２膜として言及されうる。ここに説明及び例示される実施形態はそれの相補的な実施形態も含む。    図１及び図２は本発明の一実施形態に係る微小バルブ構造体及びその動作方法を例示的に説明するための図である。
【００２５】
図１及び図２を参照すれば、基板１０上に柔軟構造物２０を配置し、前記柔軟構造物２０内には高分子駆動器４０を挿入する。
【００２６】
前記基板１０及び前記柔軟構造物２０は少なくとも１つの流路３０を定義するように配置することができる。例えば、前記流路３０は前記柔軟構造物２０の底面と前記基板１０の上部面と間に形成することができる。より具体的に、図１に示したように、前記流路３０の側壁は前記柔軟構造物２０により定義することができる。すなわち、前記柔軟構造物２０の底面は上方にリセスされた前記流路３０の側壁を定義することができる。しかし、他の実施形態によれば、図５〜図７に示したように、前記基板１０の上部面が下方にリセスされた前記流路３０の側壁を定義することができる。
【００２７】
前記基板１０はガラスからなることができる。しかし、本発明の技術的思想はこれに限定されない。例えば、前記基板１０は前記流路３０を流れる流体または前記流体に含まれた物質と反応しない物質のうちで選択される少なくとも１つで形成することができる。
【００２８】
前記柔軟構造物２０は弾性を有する高分子化合物のうちの１つからなることができる。より具体的に、前記柔軟構造物２０は、エラストマー（ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）として知られた高分子化合物のうちで、前記流路３０を流れる流体または前記流体に含まれた物質と反応しない物質からなることができる。例えば、前記柔軟構造物２０はポリジメチルシロキサン（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ；ＰＤＭＳ）で形成することができる。
【００２９】
前記流路３０を有する前記柔軟構造物２０はソフトリソグラフィ技術を用いて形成することができる。例えば、前記流路３０はμＣＰ（Ｍｉｃｒｏ  Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、ＲＥＭ（ｒｅｐｌｉｃａ  ｍｏｌｄｉｎｇ）、μＴＭ（ｍｉｃｒｏ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｍｏｌｄｉｎｇ）、ＭＩＭＩＣ（ｍｉｃｒｏ  ｍｏｌｄｉｎｇ  ｉｎ  ｃａｐｉｌｌａｒｉｅｓ）または  ＳＡＭＩＭ（ｓｏｌｖｅｎｔ−ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｍｉｃｒｏ  ｍｏｌｄｉｎｇ）技術のうちの１つを用いて前記柔軟構造物２０の一表面に形成することができる。前記柔軟構造物２０は酸素プラズマ処理のような接着工程を通じて前記基板１０上に付着することができる。
【００３０】
本発明の実施形態によれば、前記柔軟構造物２０は前記流路３０の間に介在されるバルブ部２５を含むことができ、前記流路３０の側壁は前記バルブ部２５によって定義することができる。前記バルブ部２５の底面は前記基板１０の上部面に実質的に接触することができるが、これらは接着しないことができる。これによって、前記バルブ部２５と前記基板１０との間の距離は、図２に示したように、前記高分子駆動器４０によって調節することができる。
【００３１】
前記高分子駆動器４０は電気的に分離された一対の電極４１、４２及び電極４１、４２の間に介在される電気活性化ポリマー（ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ  ｐｏｌｙｍｅｒ）４５であり得る。前記電極４１、４２は金属性物質のうちの少なくとも１つを含むことができる。例えば、前記電極４１、４２は前記電気活性化ポリマー４５の向き合う２つの面にコーティングされた白金（ｐｌａｔｉｎｕｍ）または金（ｇｏｌｄ）であり得る。一方、本発明の一側面によれば、前記高分子駆動器４０の電極４１、４２は外部大気または前記流路３０によって露出しないこともある。このために、前記高分子駆動器４０の表面に薄い保護膜（図示せず）をさらに形成することができる。前記保護膜はフレキシブルな特性を有することができる。
【００３２】
前記電気活性化ポリマー４５は、印加される電圧下で、曲げ駆動現象（ｂｅｎｄｉｎｇａｃｔｕａｔｉｏｎ）を示す物質であり得る。例えば、前記電気活性化ポリマー４５はイオン伝導性高分子合成物（ｉｏｎｉｃ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｍｅｔａｌ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ＩＰＭＣ）であり得る。前記電気活性化ポリマー４５として前記イオン伝導性高分子合成物が用いられる場合、前記電極４１、４２の間の電位差（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）は、前記イオン伝導性高分子合成物の内部で発生するイオンマイグレーション（ｉｏｎ  ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）及び静電斥力（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｒｅｐｕｌｓｉｏｎ）によって、上述の曲げ駆動現象及びこれによる前記高分子駆動器４０及び前記バルブ部２５の変位（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）をもたらすことができる。一実施形態によれば、前記イオン伝導性高分子合成物はスルホン酸化テトラフルオロエチレン系フッ素重合体−共重合体（ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄ  ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｂａｓｅｄ  ｆｌｕｏｒｏｐｏｌｙｍｅｒ−ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｓ）のうちの１つからなることができるが、本発明の技術的思想はここに例示された物質に限定されない。変形された実施形態によれば、前記イオン伝導性高分子合成物は酸化グラフェンまたはグラフェンを追加的に含むことができる。
【００３３】
前記高分子駆動器４０は、前記柔軟構造物２０内で、前記バルブ部２５に隣接して形成することができる。この場合、図２に示したように、前記電極４１、４２の間に電位差（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）を生成すれば、前記高分子駆動器４０の曲げ駆動現象によって、前記バルブ部２５は前記基板１０から離隔することができる。その結果、前記流路３０の間を連結する微小通路３５を前記バルブ部２５と前記基板１０との間に形成することができる。
【００３４】
本発明の一実施形態によれば、図１及び図２に示したように、前記バルブ部２５を前記高分子駆動器４０に機械的に直接連結することができ、これによって、前記高分子駆動器４０によって前記バルブ部２５を直接駆動することができる。その結果、前記バルブ部２５の機械的変位（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）は前記高分子駆動器４０によって直接制御できる。このような本発明の構成は、前記バルブ部２５が前記高分子駆動器４０から離隔される変形された実施形態に比較して、反応速度及び駆動力などにおいて顕著に優れた特性を提供することができる。一方、このような実施形態において、前記高分子駆動器４０は前記一対の流路３０、そして前記バルブ部２５の幅の和より大きい幅を有するように形成することができる。
【００３５】
図３及び図４は、本発明の一実施形態に係るラボオンチップを例示的に示す斜視図及び断面図である。図４は、図３の一点鎖線Ｉ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。説明の便宜のために、図１及び図２を参照して説明した実施形態と重複される技術的特徴に対する説明は省略することができる。
【００３６】
図３を参照すれば、基板１０上に互いに離隔された第１流路３０１及び第２流路３０２を定義する柔軟構造物２０を形成する。これに加えて、前記柔軟構造物２０は、前記第１及び第２流路３０１、３０２の間に、これらから離隔された第３流路３０３を定義するように形成することができる。前記第１及び第２流路３０１、３０２の各々は外部から流体が供給されるように構成される流入口（ｉｎｌｅｔ）３６を有することができる。これに加えて、前記第１〜第３流路３０１、３０２、３０３の各々は前記供給された流体を排出するように構成される流出口（ｏｕｔｌｅｔ）３７をさらに有することができる。
【００３７】
前記柔軟構造物２０は、図４に示したように、前記第１及び第３流路３０１、３０３の間に形成される第１バルブ部２５１と、前記第２及び第３流路３０２、３０３の間に形成される第２バルブ部２５２とを有することができる。また、前記柔軟構造物２０内には、前記第１及び第２バルブ部２５１、２５２上に配置される第１及び第２高分子駆動器４０１、４０２を挿入することができる。図１を参照して説明した実施形態での前記バルブ部２５及び前記高分子駆動器４０は前記第１バルブ部２５１及び前記第１高分子駆動器４０１、そして前記第２バルブ部２５２及び前記第２高分子駆動器４０２を実現するために用いることができる。
【００３８】
前記第１及び第２流路３０１、３０２のうちの少なくとも１つは生体分子を含む流体を供給し、他の１つには前記生体分子と反応する反応物質を供給することができる。これによって、前記第１及び第２高分子駆動器４０１、４０２の駆動によって前記第１及び第２バルブ部２５１、２５２が前記基板１０から離隔されれば、前記生体分子と前記反応物質は前記第３流路３０３に流入された後に反応することができる。本発明の実施形態によれば、前記生体分子を含む流体は血液になることができるが、ここに限定されず、前記生体分子の種類も限定される理由がない。
【００３９】
図５〜図８は、本発明の変形された実施形態に係る微小バルブ構造体及びその動作方法を例示的に説明するための斜視図である。説明の便宜のために、図１〜図４を参照して説明した実施形態と重複される技術的特徴に対する説明は省略することができる。
【００４０】
図５〜図８を参照すれば、基板１０の所定領域には、周辺より低い上部面を有するリセス領域１５を形成することができる。前記リセス領域１５は多様な形状で形成することができる。例えば、前記リセス領域１５の幅は図５に示したように、上方にテーパード状になるか、図６に示したように実質的に同一であるか、または図７に示したように、下方にテーパード状になることができる。
【００４１】
柔軟構造物２０は前記リセス領域１５に挿入されるバルブ部２５を有することができ、前記柔軟構造物２０内には前記バルブ部２５に隣接した高分子駆動器４０を挿入することができる。前記バルブ部２５は前記リセス領域１５に歯合形状（ｅｎｇａｇｅｄ  ｓｈａｐｅ）を有するように形成することができる。例えば、図５に示したように、前記リセス領域１５が上方にテーパード状になる場合、前記バルブ部２５も上方にテーパード状になることができる。または、図６に示したように、前記リセス領域１５及び前記バルブ部２５は直方体形を有するように形成するか、または図７に示したように、前記リセス領域１５及び前記バルブ部２５は下方にテーパード状になることができる。
【００４２】
図５〜図７に示したように、この実施形態に係る微小バルブ構造体は正常状態でオープン構造（ｎｏｒｍａｌｌｙ  ｏｐｅｎ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）になることができる。すなわち、電圧が印加されない場合、前記基板１０及び前記柔軟構造物２０によって定義される流路はオープン状態になることができる。このために、電圧が印加されない場合、前記リセス領域１５及び前記バルブ部２５は互いに離隔されて前記流路はオープン状態になることができる。これに加えて、前記バルブ部２５の幅は前記リセス領域１５の幅より狭いことがある。
【００４３】
一方、前記高分子駆動器４０の両方電極に電圧が印加されれば、前記高分子駆動器４０は上方に膨らんで曲がることによって、前記バルブ部２５を上方に持ち上げるようになる。この場合、前記バルブ部２５は、図８に示したように、前記リセス領域１５の側壁に接触することによって、前記流路はクローズ状態になることができる。他の実施形態によれば、電圧が印加される時、前記高分子駆動器４０は下方に膨張して曲がることによって、前記バルブ部２５は前記リセス領域１５の底に接することができる。この場合、図６及び図７に示した実施形態での流路はクローズ状態になることができる。
【００４４】
前記微小バルブ構造体が正常状態ではオープン構造になるように、前記柔軟構造物２０と前記基板１０との間には、前記流路３０の厚さを決めるスペーサ（図示せず）をさらに配置することができる。一実施形態によれば、前記スペーサは前記柔軟構造物２０または前記基板１０の一部として提供することができる。
【００４５】
図９及び図１０は、本発明の他の実施形態に係る微小バルブ構造体及びその動作方法を例示的に説明するための断面図及び斜視図であり、図１１及び図１２は、本発明の他の変形された実施形態に係る微小バルブ構造体及びその動作方法を例示的に説明するための斜視図である。説明の便宜のために、図１〜図８を参照して説明した実施形態と重複される技術的特徴に対する説明は省略することができる。
【００４６】
図９及び図１０を参照すれば、基板１０上に互いに離隔された流路３０を定義する柔軟構造物２０が配置されている。前記柔軟構造物２０は前記流路３０の間に介在されるバルブ部２５を有することができ、前記柔軟構造物２０内には前記バルブ部２５に挿入される少なくとも１つの高分子駆動器４０が配置されている。
【００４７】
一実施形態によれば、前記高分子駆動器４０はそれの長軸ＭＡが前記基板１０の上部面に対して実質的に垂直に置かれるように配置することができる。例えば、図１０に示したように、前記高分子駆動器４０は、長方形の上部面及び下部面を有する薄い厚さの薄い直方体であり、高分子駆動器４０で最も広い面積を有する表面（例えば、前記上部面及び下部面）は前記基板１０の上部面に垂直である。これによって、前記高分子駆動器４０の変位は前記流路３０を横切る方向に沿って発生（ｏｃｃｕｒ）することができ、前記高分子駆動器４０の横的変位（ｔｒａｖｅｒｓｅ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）は前記流路３０の幅を変化させる前記バルブ部２５の横的変位を誘発する。
【００４８】
一実施形態によれば、前記柔軟構造物２０は前記流路３０の上部に配置されるギャップ領域２９を含むことができる。前記ギャップ領域２９は常圧の気体で満たすことができる。前記高分子駆動器４０は前記ギャップ領域２９を貫通して前記柔軟構造物２０のバルブ部２５に挿入することができる。前記ギャップ領域２９によって、前記高分子駆動器４０の駆動力に対する反作用または抵抗力が減少するので、前記高分子駆動器４０の駆動力は前記バルブ部２５にさらによく伝達される。このような構成によれば、前記高分子駆動器４０に印加される電圧を低めることができる。
【００４９】
前記流路３０の底面は図９に示したように、前記基板１０の上部面によって定義することができるが、図１０に示したように前記柔軟構造物２０によって定義することができる。すなわち、図１０の実施形態によれば、前記流路３０は前記基板１０の上部面から離隔されて前記柔軟構造物２０の内部に形成することができる。
【００５０】
図１０及び図１１に示したように、前記柔軟構造物２０内には複数の高分子駆動器４０を挿入することができる。この時、前記高分子駆動器４０のうちの一部は前記流路３０のうちの１つに向ける駆動力を生成するように構成し、残りは前記流路３０のうちの他の１つに向ける駆動力を生成するように構成することができる。例えば、前記流路３０がｘｙ平面に平行に形成され、これらの長軸が実質的にｙ方向の場合、一部高分子駆動器４０はｘ方向の変位を生成し、残りの高分子駆動器４０は−ｘ方向の変位を生成するように構成することができる。この場合、前記流路３０のうちの１つを選択的に閉める動作だけではなく、前記流路３０の全部を閉める動作も可能になる。
【００５１】
一方、前記流路３０の形状は図１１及び図１２に示したように多様に変形することができる。例えば、図１１に示したように、前記流路３０はジグザグ形状に形成するか、図１２に示したように、交互に配置される少なくとも１つの狭い領域３０ｎ及び少なくとも１つの広い領域３０ｗを有するように形成することができる。さらに、図１２に示したように、前記流路３０は、心臓の弁膜のように、前記狭い領域３０ｎと前記広い領域３０ｗの境界領域が前記広い領域３０ｗに向けてテーパード状を有するように形成することができる。
【００５２】
図１３及び図１４は、本発明の他の実施形態に係るラボオンチップを例示的に示す断面図である。図１５は、本発明に係るラボオンチップの使用を例示的に説明するための図である。説明の便宜のために、図１〜図１２を参照して説明した実施形態と重複される技術的特徴に対する説明は省略することができる。
【００５３】
図１３及び図１４を参照すれば、ラボオンチップは基板１０上に配置されて流路３１、３２を定義する柔軟構造物２０を含むことができる。前記流路３１、３２は流入口３６及び流出口３７を連結する第１流路３１及び前記第１流路３１から離隔されて形成される複数の第２流路３２を含むことができる。
【００５４】
前記柔軟構造物２０は前記第２流路３２を前記第１流路３１から分離させるバルブ部を含むことができる。また、前記柔軟構造物２０内には複数の高分子駆動器４０を挿入することができ、前記高分子駆動器４０の各々は前記バルブ部の各々に隣接して配置することができる。一実施形態によれば、前記バルブ部及び前記高分子駆動器４０の形状及び配置は図１を参照して説明した実施形態と同一であり得る。しかし、他の実施形態によれば、前記バルブ部及び前記高分子駆動器４０の形状及び配置は図５〜図１２を参照して説明した実施形態またはそれの変形であり得る。
【００５５】
これに加えて、前記ラボオンチップは前記高分子駆動器４０を駆動させる制御器９０及び前記制御器９０と前記高分子駆動器４０とを電気的に連結する制御配線構造体７１をさらに含むことができる。一実施形態によれば、前記制御器９０は前記ラボオンチップの内在的部品（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）として提供することができる。例えば、前記制御器９０は前記基板１０の一表面に付着することができる。しかし、他の実施形態によれば、前記制御器９０は前記ラボオンチップの外在的部品（ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）として提供することができる。例えば、前記制御配線構造体７１はフレキシブルな配線で構成することによって、前記制御器９０と前記基板１０との間の相対的位置及び距離は可変可能である。
【００５６】
前記制御配線構造体７１は前記高分子駆動器４０に共通接続する第１制御配線７１ａ及び前記高分子駆動器４０の各々に接続する第２制御配線７１ｂを含むことができる。図１を参照して説明したように、前記高分子駆動器４０は第１電極４１、第２電極４２、及びこれらの間に介在される前記電気活性化ポリマー４５を含むことができる。この場合、前記第１制御配線７１ａは前記高分子駆動器４０の第１電極４１に接続し、前記第２制御配線７１ｂの各々は前記高分子駆動器４０の第２電極４２の各々に接続することができる。すなわち、前記第２制御配線７１ｂの個数は前記高分子駆動器４０の個数と同一であり得る。
【００５７】
前記第１流路３１は生体分子を含む流体がそれを経由するように構成することができる。例えば、前記流体は血液であり得る。前記第１流路３１は血管の迂路として提供することができる。より具体的に、本発明に係るラボオンチップＬＯＣは図１５に示したように人体（例えば、上腕）に付着することができ、前記第１流路３１の流入口３６及び流出口３７は人体の血管中の１つに連結することができる。
【００５８】
前記第２流路３２には前記生体分子と反応する反応物質を形成することができる。この場合、前記高分子駆動器４０の駆動を通じて前記生体分子を含む流体が前記第２流路３２に流入される場合、前記生体分子と前記反応物質との間の反応結果物９９が前記第２流路３２に形成され得る。
【００５９】
前記ラボオンチップは前記反応結果物９９が生成されるか否かをモニタリングする反応検出器８０をさらに含むことができる。例えば、図１３及び図１４に示したように、前記反応検出器８０の各々は前記第２流路３２の各々の上部に配置することができる。本発明の技術的思想は前記反応結果物９９を検出する方法に限定されないが、一実施形態によれば、前記反応検出器８０は光学的または電気的方法を利用して前記反応結果物９９が生成されたか否かを測定するように構成することができる。前記反応検出器８０の動作制御または測定データの伝送などは、図１３に示したように、前記反応検出器８０と前記制御器９０とを連結する検出配線構造体７２を通じて実現することができる。しかし、他の実施形態によれば、前記制御配線構造体７１は図１４に示したように前記反応検出器８０と前記制御器９０とを連結する検出配線構造体として機能することもできる。
【００６０】
一方、互いに異なる前記第２制御配線７１ｂが前記高分子駆動器４０に接続する場合、前記高分子駆動器４０は独立的に駆動することができる。例えば、前記高分子駆動器４０は前記制御器９０からの制御信号に応答して順次に駆動することができ、この場合、前記第２流路３２は順次に前記第１流路３１に連結され、前記第１流路３１の流体Ｆ１は開かれた第２流路３２に流入Ｆ２される。すなわち、前記制御器９０は、所定の時間の間隔を置いて互いに異なる時間に前記高分子駆動器４０を駆動させるように構成することができる。このような順次駆動は生命体の生化学的状態を周期的にモニタリングすることを可能にするので、心臓麻痺または脳卒中のような致命的な問題を予防することができる。このような実施形態によれば、前記第２流路３２には同一の反応物質を形成することができる。
【００６１】
しかし、変形された実施形態によれば、前記第２流路３２に形成される反応物質は少なくとも２つになることができる。この場合、互いに異なる２つの危険要因または疾病を前記ラボオンチップを通じてモニタリングすることができる。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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