专利名称：阀单元、具有该阀单元的微流体装置和驱动阀单元的方法
技术领域：
根据示例性实施例的设备和方法涉及一种阀单元、一种具有该阀单元的微流体装置和一种用于驱动该阀单元的方法，更具体地讲，涉及一种控制微流体流动的阀单元、一种装配有该阀单元的微流体装置和一种驱动用于控制流体流动的阀单元的方法。
背景技术：
利用微流体装置，通过操作少量的流体来进行生物或化学反应。微流体装置具有以诸如芯片、盘等的不同形式或形状设置在平台中的微流体结构。微流体结构通常具有用于在其中容纳流体的室、流体通过或流过的通道以及控制流体流动的阀，其中，所述室、通道和阀根据不同的组装设计来组合及布置。为了在芯片上进行包括生物化学反应的各种试验，将微流体结构布置在被称作 “生物芯片”的芯片型平台上。特别地，制造用于在单个芯片上进行多级处理和/或操作的装置被称作“芯片实验室”。为了使流体在微流体装置的微流体结构中流动和传输，通常需要驱动压力。该驱动压力可以为毛细管压力，或者可以利用使用可选的泵产生的压力。近年来，已经提出了具有安装在盘型平台上的微流体结构、能够进行一系列操作同时通过离心力移动流体的离心微流体装置。所述微流体装置通常被称作实验室压缩盘(CD)或CD实验室。可以以磁控制方式操作微流体装置的阀，或者利用相变材料操作微流体装置的阀，以打开和关闭通道。对于相变材料的用途，通过靠近通道安装用来容纳相变材料的室并且加热相变材料以流到通道内，继而关闭通道来操作常开阀。然而，利用离心力来传输流体的微流体装置的缺点在于，利用相变材料不能完全关闭通道。诸如DNA提取、聚合酶链反应的诱导等的一些过程在相对高温下实施。相变材料通常具有差的耐热性，并且即使在必须关闭通道的情况下，必然存在关闭通道的相变材料在高温环境下熔合继而打开通道的问题。

发明内容
技术问题示例性实施例提供了一种在驱动阀的过程中永久地关闭通道的常开阀单元、一种装配有所述阀单元的微流体装置以及一种驱动所述阀单元的方法。示例性实施例也提供了一种在驱动阀的过程中独立于温度连续关闭通道的阀单元、一种装配有该阀单元的微流体装置以及一种驱动该阀单元的方法。技术方案根据示例性实施例的一方面，提供了一种打开和关闭通道的阀单元，所述阀单元包括阀物质，包含相变材料；阀物质室，与所述通道连通，并且容纳所述阀物质；微通道部分，设置在所述通道中；熔合结构，形成在所述微通道部分中，其中，容纳在所述阀物质室中的所述阀物质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阀物质被加热，以熔化熔合结构并且使所述通道熔合结合，从而关闭通道。所述阀单元可以包括在旋转盘型微流体装置中，所述微流体装置通常可以包括第一板和与第一板结合的第二板以将所述阀物质室与所述通道隔离。所述阀单元还可以包括引导通道，从而当容纳在所述阀物质室中的阀物质熔合时将熔合的阀物质弓I导到所述微通道部分。所述熔合结构还可以具有从微通道部分突出并且沿着流体的流动方向延伸的至少一个第一熔合结构。所述熔合结构还可以具有从所述微通道部分的横向侧突出的第二熔合结构。第一板和第二板可以利用热塑树脂形成。所述阀物质还可以包括分散在相变材料中并且吸收电磁辐射来发射热能的微小发热材料。所述微小发热材料可以包括例如从由聚合物珠、量子点、金纳米颗粒、银纳米颗粒、金属化合物珠、碳颗粒和磁性珠组成的组中选择的至少一种；金属氧化物颗粒；通过电磁辐射产生热的染料等。所述相变材料可以包括从由蜡、凝胶和热塑树脂组成的组中选择的至少一种。所述蜡可以包括从由石蜡、微结晶蜡、合成蜡和天然蜡中选择的至少一种。所述凝胶可以包括从聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯和聚乙烯酰胺中选择的至少一种。所述热塑树脂可以包括从环烯共聚物(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)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、聚砜(PSU)和聚偏二氟乙烯(PVDF)中选择的至少一种。在实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从5μπ 至ΙΟμ 的范围。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积小的截面面积。根据另一示例性实施例的方面，提供了一种微流体装置，所述微流体装置包括用来提供流体的流动通路的通道以及用来打开和关闭所述通道的阀单元，其中，所述阀单元包括阀物质，包含相变材料；阀物质室，与所述通道连通，并且容纳所述阀物质；熔合结构，形成在所述通道中，其中，容纳在所述阀物质室中的所述阀物质被施加的能量熔合并流到熔合结构中，所述熔合结构中的阀物质被加热以熔化所述熔合结构并且使所述通道熔合结合。所述阀物质还可以包括分散在相变材料中并且吸收电磁辐射来发射热能的微小发热材料。所述微流体装置还可以包括位于截面面积比通道中的其它部分的截面面积窄的恒定截面中的微通道部分。熔合结构形成在微通道部分中，并且被设计为使流体容易地穿过微通道部分。
所述熔合结构可以通过注入成型与所述微流体装置成为一体。为了使阀物质熔合并且使熔合的物质流到微通道部分中，对阀物质施加热或电磁辐射。所述熔合结构可以包括沿着流体的流动方向延伸的至少一个第一熔合结构以及从所述微通道部分的横向侧突出的第二熔合结构。根据示例性实施例的方面，提供了一种驱动阀单元组件的方法，所述阀单元组件包括用来提供流体的流动通路的通道、用来打开和关闭所述通道的阀单元、用来容纳基于温度可相变的阀物质的阀物质室以及形成在所述通道中的熔合结构，所述方法包括向阀物质施加能量，以熔合阀物质；使熔合的阀物质流动到所述熔合结构中；将熔合结构中的阀物质至少加热到熔合结构的熔点，使通道熔合结合并且关闭通道。所述阀物质包括相变材料和分散在相变材料中并且从外部源吸收电磁辐射来发射热能的微小发热材料。为了将阀物质至少加热到熔合结构的熔点，阀物质经历电磁辐射期望的时间，以加热微小发热材料。对于向所述阀物质施加能量的步骤，驱动非接触加热器期望的时间来加热阀物质。可选地，对于向阀物质施加能量的步骤，使用光源进行电磁辐射，以加热阀物质。通过减小通道的其中形成有熔合结构的截面面积，熔合的阀物质流到熔合结构中，从而将熔合的阀物质通过毛细管作用弓丨导到熔合结构。通过能量施加熔合阀物质以及将阀物质至少加热到熔合结构的熔点的过程通过连续的电磁辐射来进行。有益效果如上所述，根据示例性实施例的阀单元在通道中具有熔合结构，并且将阀物质至少加热到熔合结构的熔点，以使通道熔合结合，从而关闭通道。另外，由于使用阀物质加热熔合结构以熔化和关闭通道，所以即使在将阀单元用于需要高温环境的化验的情况下，也可以有效防止阀物质的熔合引起的通道打开。


通过结合附图对示例性实施例进行的下面的描述，上述和/或其它方面将变得清楚和更容易理解，在附图中图1是示出根据示例性实施例的微流体装置的透视图；图2是示出根据示例性实施例的第一板和第二板与阀单元分开的阀单元的透视图；图3是沿着图2中示出的方向A-A的剖视图；图4是沿着图2中示出的方向B-B的剖视图；图5和图6是示出根据示例性实施例的包括在阀单元中的熔合结构的剖视图；图7是示出根据示例性实施例的阀单元的操作的剖视图；图8是示出通过根据示例性实施例的阀单元关闭的通道的剖视图；图9是示出根据另一示例性实施例的阀单元的剖视图；图10和图11是示出根据另一示例性实施例的阀单元的行为的剖视图。
具体实施例方式在下文中，通过参照附图的下面的详细描述，根据示例性实施例的阀单元、装配有该阀单元的微流体装置和驱动该阀单元的方法将被清楚地理解。附图中相同的标号表示基本相同的结构元件。简单示出了诸如室、通道等的分开结构，分开结构的尺寸比例可以与其实际比例不同，而是被放大或缩小。在表述“微流体装置”、“微粒”等中，“微”不被限制地理解为尺寸单位，而是与“大”相反地使用。图1是示出根据示例性实施例的微流体装置的透视图。参照图1，根据示例性实施例的微流体装置10具有旋转盘型平台20。可以利用诸如丙烯酰基材料、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等的塑料材料来形成平台 20，这些材料中的每种材料都是容易形成的，并且具有生物惰性表面。然而，用于制造平台的原材料不进行具体地限定，并且可以包括具有化学或生物稳定性、光学透明和/或机械可加工性的任何材料。平台20可以由多层板形成，可以通过在一层与另一层接触的面上形成与室和通道对应的雕刻结构然后将这些结构附于所述面，来在平台内侧设置一个或多个室以及一个或多个通道。平台20可以包括例如第一板30和附于第一板的第二板40。可以利用热塑树脂来形成第一板30和第二板40。可以利用粘合剂或双面胶带或者包括超声波焊接、激光焊接等的其他方法将第一板30和第二板40结合。微流体装置10包括容纳流体的至少一个室50、连接到室50以提供流体通路的至少一个通道60以及用于打开和关闭通道以控制流体流动的阀单元100。另外，微流体装置 10可以安装在主轴电动机(未示出)上，以高速旋转。固定孔21形成在微流体装置10的中心，以将微流体装置10固定到主轴电动机。利用通过主轴电动机旋转产生的离心力，留在微流体装置10的室50或通道60中的流体被强制朝向平台20的外周(或外围)。针对微流体装置10在生物化学应用的具体用途，例如，流体样本的离心、免疫血清响应、遗传分析、基因提取、基因扩增等，适当地布置室50、通道60和/或阀单元100。例如，室50、通道60和阀单元100的排列不被具体地限制，而是考虑到微流体装置的用途可以具有多种设计。图2是示出根据示例性实施例的第一板和第二板与阀单元分开的阀单元的透视图，图3是沿着图2中示出的方向A-A的剖视图，图4是沿着图2中示出的方向B-B的剖视图。可以在室与通道交汇的位置设置根据示例性实施例的阀单元，或者可以沿着微流体装置10的通道60的长度设置阀单元。根据上述示例性实施例，示出了设置在通道中间的阀单元。通道60包括第一区域61，从第一板30的顶部向下延伸；第二区域62，从第一板的顶部向下延伸到比第一区域61深的深度，并且与第一区域61的端部以阶梯方式接触；第三区域63，从第一板的顶部向下延伸到比第一区域61深的深度，并且以阶梯方式与第一区域61的另一端接触。
第二区域62和第三区域63具有比第一区域61的深度Dl大的深度D2。因此，在从通道60的底部向上延伸的第一区域61中形成台阶结构65。如图2和图3中所示，根据示例性实施例的阀单元100可以包括阀物质室41，从第二板40的底部向上延伸；阀物质V，以固化状态容纳在阀物质室41中；微通道部分110， 设置在形成在第一区域61中的台阶结构65上方，并且通过外部能量源在阀物质室41中熔合的阀物质V流过微通道部分41以关闭通道60 ；熔合结构120，从形成在第一区域61中的台阶结构65突出，并且在高温下熔化，使得微通道部分110熔合结合。阀物质室41具有均勻的深度，并且以圆柱形形状形成在第二板40上。阀物质V 以固化状态容纳在阀物质室41中。阀物质V包括在高温下熔合的相变材料以及微小发热材料P，所述微小发热材料P 包括分散在相变材料中并且从外部能量源11吸收电磁辐射以产生热的多个颗粒。阀物质室41可以包含利用分配器(未示出)注入的熔合的阀物质V，并且这种物质可以被固化。可以通过将相变材料与多个微小发热颗粒(即，微小发热材料P)混合来准备阀物质V，当阀物质V被固化时，阀物质V可以粘附到阀物质室41。用于电磁辐射的外部能量源11可以为辐射激光束的激光源、辐射可见光或红外光的发光二极管、氙灯等。具体地讲，激光源可以具有至少一个激光二极管。外部能量源11 可以根据包含在阀物质V中的微小发热材料P所吸收的电磁辐射波长来选择。外部能量源11还可以包括调节单元(未示出)，以调节能量源的位置或方向，从而将电磁波辐射朝向微流体装置10的期望区域(即，多个阀物质室41)聚集。该调节单元可以沿着微流体装置10的半径移动，并且可以通过各种机制实施。所述调节单元对于本领域技术人员来说是容易知晓的，因此为了简洁，将省略调节单元的详细描述。相变材料可以为受热熔合并转变为液相、继而体积膨胀的蜡。所述蜡可以包括例如石蜡、微结晶蜡、合成蜡、天然蜡等。相变材料可以为凝胶或者热塑树脂。凝胶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。热塑树脂可以从由环烯共聚物(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)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、聚砜 (PSU)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等。发热材料P可以包含多个颗粒，每个颗粒具有足够小以自由穿过微通道60的直径。例如，颗粒可以具有Inm至100 μ m的直径。当通过激光器提供电磁能量时，微小发热材料P被加热，以快速升高温度并且产生热，并且微小发热材料P被均勻地分布到蜡中。为了显现出这些特征，微小发热材料可以具有包含金属组分的核以及疏水的壳结构。例如，微小发热材料可以具有狗基核和包含多个表面活性剂组分以结合到！^从而围绕！^的特定分子结构。通常，微小发热材料P可以以分散状态储存到载体油中。为了将具有疏水表面结构的微小发热材料P均勻地分散在载体油中，载体油也可以是疏水的。包含分散在其中的微小发热材料P的载体油与熔合的相变材料均相地混合，从而得到阀物质V。微小发热材料P不具体地限于聚合物珠，而是可以包括从由量子点、磁性珠、金纳米颗粒、银纳米颗粒、具有金属组分的珠、碳颗粒等中选择的至少一种。碳颗粒还可以包含粒状石墨。微小发热材料P可以为例如金属氧化物颗粒，例如，A1203、TiO2, Ta2O3> Fe2O3^ Fe3O4^HfO2 等。另外，微小发热材料P可以包括用来吸收具有恒定光谱的外部电磁辐射以产生热的染料。所述染料不受具体限制，只要所述染料是具有与相变材料容易混合的结构的材料。例如，可以采用诸如ADS905AM的具有光学性质的染料、诸如可以从American Dye Source有限公司获得的用C62H96N6SbF6或Epolight2057表示的染料的红外染料、具有适于近红外源的吸收光谱的可以从Epolin有限公司得到的红外染料以及诸如Epolight2180、 Epolight2189、炭黑等其它染料。阀单元100是通常使通道60打开并且当向包含在阀物质室41中的阀物质V发射电磁能量时利用阀物质V关闭通道60的常开阀。激光源11是能量源11的示例，并且向阀物质V发射激光L，继而向阀物质V提供能量。激光源11可以包括激光二极管。在第一板30和第二板40中，第一区域61的一部分与阀物质室41交替地对准， 而第一区域61的其它部分与阀物质室41叠置。第一区域61的叠置部分被称作叠置部分 61a，其它部分被称作未叠置部分61b。可以设置第一区域61和阀物质室41之间的宽度和交错程度，以在阀物质室41的每侧形成未叠置部分61b。在本示例性实施例中，可以设置第一区域61和阀物质室41之间的宽度和交错程度，以在阀物质室41的两侧中的一侧形成未叠置部分61b。当阀物质室41中的阀物质V熔合时，熔合的阀物质V由于毛细管作用被部分地转移到与未叠置部分61b对应的通道60，继而关闭通道60，这是由于通道60的位于未叠置部分61b中的截面面积比通道60的位于叠置部分61a中的截面面积窄。换而言之，通道60 的未叠置部分Ib可以对应于微通道部分110。在第一区域61的顶部，形成熔合结构120，并且熔合结构120朝向第二板40突出。熔合结构120利用树脂材料形成，并且在预定温度或者更高的温度下熔化。在微流体装置10外部向与熔合结构120对应的位置施加电磁能，与熔合结构120接触的阀物质 V的温度至少升高到熔合结构120的熔点，从而熔合结构熔化，继而微通道部分110能够熔合结合。即，熔合结构120作为受热熔合的熔化凸起。在这种情况下，微通道部分的高度Dl 可以在从5μπι至ΙΟΟμπι的范围。如图2至图4中所示，熔合结构120可以包括至少一个第一熔合结构121，沿着流体的流动方向延伸而不阻碍通道60中的流体流动；至少一个第二熔合结构122，从第一区域61的横向侧61c向通道内侧突出。至少一个第一熔合结构121可以沿着图2中示出的方向B-B形成，例如，根据示例性实施例示出了两个第一熔合结构121。至少一个第二熔合结构122可以沿着图2中示出的方向A-A形成，例如，根据示例性实施例示出了三个第二熔合结构122。尽管根据示例性实施例的第二熔合结构122具有半圆柱形形状，但是第二熔合结构122可以采用各种形式。由于第二熔合结构122设置在横向侧61c上，所以在熔合结合过程中，可以抑制在第一区域61的横向侧熔合结合性质下降。熔合结构120的高度可以与第一区域61的深度Dl (S卩，微通道部分的高度)基本相同，或者可以突出到从比第一区域61的顶部高到微通道部分110的高度Dl的范围内的期望水平。图5和图6是示出根据示例性实施例的阀单元的熔合结构的剖视图。如图5中所示，熔合结构220不是形成在第一板30'上，而是可以从第二板40' 的底部向下突出。关于这一点，与前面示例性实施例中描述的第一熔合结构121和第二熔合结构122对应的第一熔合结构221和第二熔合结构222可以设置在第二板140'的底部上。可选地，如图11中所示，熔合结构320可以分别从第一区域61'的顶部和第二板 40"的底部突出。将容易地理解，熔合结构220和230的尺寸和/或数量根据实践实验适当地选择， 从而防止在常开条件下流体流动被阻，同时实现最有利的熔合结合效果。熔合结构220和320可以利用与用于第一板30和30'和/或第二板40、40'、 40"的材料相同的材料制备，并且当所述板被注入成型时与所述板成为一体。图11是示出根据示例性实施例的阀单元的操作的剖视图，图11是示出通过示例性实施例的阀单元关闭的通道的剖视图。图3示出了其中包含阀物质的阀物质室41。这里，当通过激光辐射施加能量来使阀物质V熔合时，由于毛细管作用，熔合的物质V从阀物质室41部分地流到第一区域61的未叠置部分61b (即，微通道部分)，并且保留在其中，如图11中所示。然后，阀物质V中的微小发热材料P由于连续的电磁辐射而产生热，并且阀物质V 的温度至少上升到熔合结构120的熔点，继而熔合结构120被保留在未叠置部分61b中的阀物质V熔化。在熔化熔合结构120并且完成电磁辐射之后，阀物质V和熔合结构120固化而形成熔合部分W，第一板30和第二板40在未叠置部分61b (即，微通道部分)熔合并结合，继而关闭通道60，如图11中所示。关于这一点，采用被控制的激光辐射宽度和时间，阀物质V在特定位置被激光辐射一次加热，并且流到未叠置部分61b中，然后，阀物质V可以再次经历加热以熔化熔合结构120，从而使未叠置部分61b熔合结合。换而言之，可以在单个位置执行一次激光辐射，从而将阀物质V移动到未叠置部分61b，并且使未叠置部分61b熔合结合。另外，阀物质室41经历激光辐射，以使阀物质V朝向未叠置部分61b移动，在熔合结构120熔化之前，通过控制提供到熔合结构的能量使阀物质V再次固化，从而关闭通道 60。在这种关闭通道的条件下，可以执行样品检测。另一方面，对于一些需要高温的过程， 例如，DNA提取、聚合酶链反应(PCR)的诱导等，通过在微流体装置10的与未叠置部分61b 对应的外部安装激光器并且进行电磁辐射来加热微小发热材料P，阀物质V在高温下熔合， 以熔化熔合结构120，继而使未叠置部分61b熔合结合。即，未叠置部分61b可以根据需要选择性地熔合和结合。尽管上述示例性实施例描述了使用激光器来熔合阀物质V并且将熔合的阀物质V 引导到未叠置部分61b，但是可以利用加热器(未示出)而不是电磁辐射来加热阀物质V， 从而执行这种熔合阀物质V以及使阀物质V流动到未叠置部分61b的工艺，从而熔合阀物质V并且将阀物质V引导到未叠置部分61b。
此后，为了熔化未叠置部分61b，流到未叠置部分61b的阀物质V经历激光辐射，以加热微小发热材料P，从而加热并熔化熔合结构120，继而使未叠置部分61b熔合结合，并且完全地关闭通道60。接下来，将给出根据另一示例性实施例的装配有阀单元的微流体装置的详细描述。图11是示出根据另一示例性实施例的阀单元的剖视图，图10和图9是示出根据另一示例性实施例的阀单元的行为的剖视图。根据本示例性实施例的阀单元可以安装在与根据前述示例性实施例(在下文中被称作“第一实施例”)的微流体装置相同的微流体装置上，然而，根据本示例性实施例的阀单元可以以不同形状形成。在下文中，关于与第一实施例中描述的构造相同的构造，使用相同的标号，并且为了简洁，将省略其详细描述。如图8至图10中所示，本示例性实施例(被称作“第二实施例”)的阀单元200包括阀物质室130，在邻近通道60的位置处从第一板230向下雕刻；阀物质V，以固化状态容纳在阀物质室130中；引导通道132，用来向通道60引导被外部能量源熔合在阀物质室130 中的阀物质V ；微通道部分110，设置在第一区域61上方，以容纳已经从引导通道132流出的阀物质V ；熔合结构120，从第一区域61突出，在高温下熔化以使微通道部分110熔合结
I=I O阀物质室130连接到通道60的中间，并且容纳阀物质V，其中，阀物质V最初在室温下以固体状态位于阀物质室130中，然后受热熔合并膨胀，从而经过弓I导通道132流到通道60中，最后在通道60中再次固化，以阻挡在通道60中的流体流动。阀物质V如第一实施例中所述制备，用于阀物质V的电磁辐射的能量源与第一实施例中所述的能量源基本相同。当阀物质室130中的物质被熔合时，因为通道60的位于微通道部分110中的截面面积小于引导通道132的截面面积，所以熔合的阀物质V由于毛细管作用而流到微通道部分110中，从而关闭通道60。这里，不具体限制引导通道132的截面面积，只要引导通道132 用来将熔合的阀物质V引导到微通道部分110即可。第二板240可以具有与阀物质室130对应的通孔131，以便于阀物质V的电磁辐射。熔合结构120可以从第一区域61的顶部突出，这与第一实施例或修改实施例中描述的基本相同。具体地讲，可以适当地选择熔合结构120的形状、尺寸和/或数量，以防止当熔合结构常开时流体流动受到阻碍，同时获得最优的熔合结合效果。因此，当阀物质室130中的阀物质V经历电磁辐射时，微小发热材料P吸收电磁辐射，以加热相变材料。结果，阀物质V熔合并且体积膨胀，并且经过引导通道132流到形成在通道60的第一区域61中的微通道部分110中。接下来，已经流到微通道部分110中的阀物质V被电磁辐射至少加热到熔合结构120的熔点，从而熔化熔合结构120，并且使微通道部分110熔合结合，继而永久地关闭通道60。根据第二实施例的阀单元可以通过与应用到根据第一实施例的阀单元的过程相同的过程来驱动。根据第一实施例，阀物质室设置在第二板中，如果使用构造有复杂流动通道的微
12流体装置，则容易地布置流动通道。另一方面，根据第二实施例，阀物质室设置在第一板中，
从而减小了第二板的厚度，因此制造出具有更紧凑构造的微流体装置。 尽管已经结合附图示出并描述了几个示例性实施例，但是应该清楚地理解，前述
示例性实施例仅是出于示出的目的提出的，不具体限制发明构思的范围。因此，本领域技术
人员应该理解，在不脱离发明构思的原理和精神的情况下，可以对这些示例性实施例进行
各种替换、改变和/或修改，示例性实施例不具体限于上面描述或示出的具体构造和/或布置。
权利要求
1.一种用于打开和关闭通道的阀单元，所述阀单元包括阀物质，包含相变材料；阀物质室，与所述通道连通，并且其中设置有所述阀物质；熔合结构，形成在所述通道的截面中，其中，当容纳在所述阀物质室中的所述阀物质被施加的能量熔合并流到所述通道的形成有熔合结构的截面中时，所述阀物质被加热以熔化所述熔合结构并且使所述通道熔合结合，从而关闭所述通道。
2.根据权利要求1所述的阀单元，所述阀单元还包括形成在所述通道中的台阶结构， 所述熔合结构形成在所述台阶结构上，所述台阶结构形成所述通道中的微通道部分。
3.根据权利要求2所述的阀单元，其中，所述阀单元设置在旋转盘型微流体装置上，所述微流体装置包括第一板和与第一板结合的第二板以将所述通道与所述阀物质室隔离。
4.根据权利要求2所述的阀单元，所述阀单元还包括引导通道，所述引导通道将所述阀物质室连接到所述微通道部分，从而当所述阀物质室中的阀物质熔合时将熔合的阀物质引导到所述微通道部分。
5.根据权利要求2所述的阀单元，其中，所述熔合结构包括从所述台阶结构突出到所述微通道部分中并且沿着所述通道的纵向方向延伸的至少一个第一熔合结构。
6.根据权利要求5所述的阀单元，其中，所述熔合结构包括设置在所述台阶结构上从所述微通道部分的横向侧突出的第二熔合结构。
7.根据权利要求3所述的阀单元，其中，第一板和第二板利用热塑树脂形成。
8.根据权利要求2所述的阀单元，所述阀物质还包括分散在相变材料中并且吸收电磁辐射来发射热能的微小发热材料。
9.根据权利要求8所述的阀单元，其中，所述微小发热材料是从由聚合物珠、量子点、 金纳米颗粒、银纳米颗粒、金属化合物珠、碳颗粒和磁性珠组成的组中选择的至少一种。
10.根据权利要求2所述的阀单元，其中，所述微小发热材料是金属氧化物颗粒。
11.根据权利要求8所述的阀单元，其中，所述微小发热材料包括响应于电磁辐射产生热的染料。
12.根据权利要求2所述的阀单元，其中，所述相变材料是从由蜡、凝胶和热塑树脂组成的组中选择的至少一种。
13.根据权利要求12所述的阀单元，其中，所述蜡包括从由石蜡、微结晶蜡、合成蜡和天然蜡中选择的至少一种。
14.根据权利要求12所述的阀单元，其中，所述凝胶包括从聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、 聚甲基丙烯酸酯和聚乙烯酰胺中选择的至少一种。
15.根据权利要求12所述的阀单元，其中，所述热塑树脂包括从环烯共聚物、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、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚酰胺、聚砜和聚偏二氟乙烯中选择的至少一种。
16.根据权利要求2所述的阀单元，其中，所述通道的高度在从0.Olmm至1. Omm的范围。
17.根据权利要求2所述的阀单元，其中，所述微通道部分的高度在从5μ m至100 μ m 的范围。
18.根据权利要求2所述的阀单元，其中，所述微通道部分的较小截面面积小于所述通道的其它部分的截面面积。
19.一种微流体装置，所述微流体装置包括用来提供流体的流动通路的通道以及用来打开和关闭所述通道的阀单元，其中，所述阀单元包括阀物质，包含相变材料；阀物质室，与所述通道连通，并且其中设置有所述阀物质；熔合结构，形成在所述通道的截面中，其中，容纳在所述阀物质室中的所述阀物质被施加的能量熔合并流到形成有熔合结构的通道的截面中，流动到其中形成有所述熔合结构的通道的截面中的所述阀物质被加热以熔化所述熔合结构并且使所述通道熔合结合。
20.根据权利要求19所述的微流体装置，其中，所述阀物质还包括分散在相变材料中并且吸收电磁辐射来发射热能的微小发热材料。
21.根据权利要求19所述的微流体装置，其中，所述阀单元还包括形成在所述通道的截面中的台阶结构，所述熔合结构形成在所述台阶结构上，所述台阶结构形成截面面积比所述通道的其它部分的截面面积窄的微通道部分。
22.根据权利要求19所述的微流体装置，其中，所述熔合结构通过注入成型与所述微流体装置成为一体。
23.根据权利要求21所述的微流体装置，其中，对所述阀物质施加热或电磁能，以熔合所述阀物质，从而使熔合的阀物质流到所述微通道部分中。
24.根据权利要求21所述的微流体装置，其中，所述熔合结构包括沿着所述通道的纵向方向延伸的至少一个第一熔合结构以及从所述微通道部分的横向侧突出的第二熔合结构。
25.—种驱动阀单元组件的方法，所述阀单元组件包括用来提供流体的流动通路的通道、用来打开和关闭所述通道的阀单元、其中设置有可相变阀物质的阀物质室以及形成在所述通道的截面中的熔合结构，所述方法包括向设置在所述阀物质室中的阀物质施加能量，从而熔合阀物质；使熔合的阀物质流动到所述通道的其中形成有所述熔合结构的截面中；将流动到所述通道的其中形成有所述熔合结构的截面中的阀物质至少加热到所述熔合结构的熔点，以通过熔合结合来关闭所述通道。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述阀物质包括相变材料和分散在相变材料中的微小发热材料，加热所述阀物质的步骤包括对所述阀物质施加电磁能来加热所述微小发热材料。
27.根据权利要求25所述的方法，其中，对所述阀物质施加能量的步骤包括驱动非接触加热器恒定时间来加热所述阀物质。
28.根据权利要求25所述的方法，其中，对所述阀物质施加能量的步骤包括利用光源施加电磁能来加热所述阀物质。
29.根据权利要求25所述的方法，其中，所述通道的形成有所述熔合结构的截面的截面面积比所述通道的其它部分的截面面积窄，从而通过毛细管作用使熔合的阀物质流动。
30.根据权利要求25所述的方法，其中，对设置在所述阀物质室中的阀物质施加能量并加热流动到所述通道的其中形成有所述熔合结构的截面中的阀物质的步骤通过连续电磁辐射来执行。
31.一种微流体装置，所述微流体装置包括用来提供流体的流动通路的通道、用来打开和关闭所述通道的阀单元以及用电磁能辐射所述阀单元的能量源，其中，所述阀单元包括阀物质室，与所述通道连通；阀物质，包含相变材料并且设置在所述阀物质室中；台阶结构，设置在所述通道中，以在所述通道中形成微通道部分；熔合结构，设置所述台阶结构上，其中，所述能量源用电磁能辐射所述阀单元，从而容纳在所述阀物质室中的阀物质被熔合，并且流动到微通道部分中，流动到所述微通道部分中的阀物质被加热以熔化所述熔合结构，从而关闭所述通道。
全文摘要
提供了一种用来关闭通道的常开阀单元、一种装配有该常开阀单元的微流体装置以及一种驱动该阀单元的方法。所述阀单元包括阀物质，包含相变材料；阀物质室，与所述通道连通，并且其中设置有所述阀物质；熔合结构，形成在所述通道的截面中，其中，当容纳在所述阀物质室中的所述阀物质被施加的能量熔合并流到所述通道的形成有熔合结构的截面中时，所述阀物质被加热以熔化所述熔合结构并且使所述通道熔合结合，从而关闭所述通道。
文档编号G01N37/00GK102597786SQ201080049897
公开日2012年7月18日 申请日期2010年11月1日 优先权日2009年11月3日
发明者朴相范, 朴钟勉, 金度均 申请人:三星电子株式会社