薄膜阀器件及其控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种薄膜阀器件和薄膜阀控制装置，其中在薄膜阀器件的主体中的孔或通道利用由热产生装置产生的热和离心力而被打开和关闭。薄膜阀器件和薄膜阀控制装置可应用于例如芯片上诊断实验室和可旋转生物盘等，其中芯片上诊断实验室能够检测流体中痕量的材料，可旋转生物盘中集成有生物芯片诸如蛋白质芯片和ＤＮＡ芯片。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术构思涉及控制诊断化验器件(diagnostic assay device)中流体的流量和 流速，该诊断化验器件能够检测流体中痕量(trace amount)的材料。本专利技术构思涉及用于控制流体的流量和流速的薄膜阀器件(thin filmvalve)和 薄膜阀控制装置，更具体地，本专利技术构思涉及一种薄膜阀器件以及一种薄膜阀控制装置，在 该薄膜阀器件中孔(hole)和阀由于离心力和热产生器件产生的热而打开和关闭。根据本专利技术构思实施例的薄膜阀器件和薄膜阀控制装置可用于构造芯片上诊断 实验室(diagnostic lab-on-a-chip)和可旋转生物盘(bio-disc)的阀及其控制装置，该 芯片上诊断实验室能够检测流体中痕量的材料，诸如蛋白质芯片和DNA芯片的生物芯片集 成在该生物盘中。例如，通过修改普通盘器件(common disc device)诸如⑶-ROM和DVD， 根据本专利技术构思实施例的薄膜阀器件和薄膜阀控制装置可应用于构造微阀器件，该微阀器 件用于打开和关闭形成于主体中的沟道和孔，其中该主体形成为薄膜。
技术介绍
到此为止，对于用于检测流体中少量分析物的大多数诊断化验装置，已经设计了 多样品制备和试剂自动添加装置，或者用于同时(并行或串行处理)识别大量样品的多样 品化验装置，以提高效率并降低成本。该自动试剂制备器件和自动化验装置通常集成到单 个薄膜型装置中。该薄膜型诊断化验装置能够利用痕量的样品和试剂在一个小时内自动或 半自动地准确分析数百个分析物。该薄膜型化验装置需要用于自动供应样品或试剂(酶和 缓冲剂)的阀。然而，设计这种用于薄膜型化验装置的阀是复杂的。因此，需要设计一种适 于薄膜型化验装置的简单的薄膜阀。对于作为薄膜基板的⑶和DVD，标准的⑶由例如12cm的聚碳酸酯基板、反射金 属层和保护漆涂层(protective lacquer coating)形成。DVD、CD和CD-ROM的格式在ISO 9660中描述。聚碳酸酯基板是光学质量的透明聚碳酸酯基板。DVD和CD中的数据层可以是 聚碳酸酯基板的一部分，数据能够在注射成型工艺中通过压模(stamper)雕刻为一连串凹 坑(Pit)的形式。冲压母盘(stamping master)主要是玻璃。该聚碳酸酯基板可以被修改 为薄膜型诊断化验装置(诸如生物盘)，其检测流体中痕量的材料。在此情形下，在注射成 型工艺中，在盘的表面中，可以形成作为流体流动路径的沟道以及作为缓冲贮液器的腔室， 而不形成凹坑。此外，需要一种能够平稳地控制流经形成于薄膜型盘中的通道的流体的流 量和流速的薄膜型阀。在下文中，检测流体中材料的痕量的芯片上诊断实验室、将薄膜阀与生物芯片 (诸如蛋白质芯片和DNA芯片)集成在一起的盘以及其中集成薄膜阀并进行生物和化学处 理以检测流体中痕量的材料的诊断盘被统称为“生物盘”或“薄膜阀器件”，其中这些器件通 过修改普通盘诸如⑶-ROM、DVD等制成。利用离心力使注入到盘的注入孔中的流体样品在盘表面中流动的器件以及利用 离心力使注入到盘的注入孔中的流体样品流动到通道和腔室中以分离样品的器件是众所周知的。然而，这些器件不能克服构造薄膜型结构的困难，从而不能确保对流速的精确控 制。利用电磁体的一般阀使用汽缸(cylinder)或活塞打开或关闭通道，其中汽 缸或活塞由于磁力而移动。为了增强磁力以移动汽缸或活塞，需要适当尺寸的铁电芯 (ferroelectric core)和缠绕在芯周围的多条线。此外，打开或关闭阀以及移动汽缸或活 塞需要大量的电力。使用电磁体的阀由于电磁体的尺寸而不能构造为薄膜型阀。该阀由于 消耗大量电力而产生过量热。因而，该阀不适于成为薄膜阀。为了解决这些问题，在本专利技术构思的实施例中，除了利用由热产生装置产生的热 之外，利用薄膜阀器件旋转时产生的离心力来打开阀。因此，减少了外部磁体的体积，并确 保了打开阀的可靠性。此外，在打开孔而不是通道时，流体不接触阀。因而，在产生热时，流 体的性质不太可能被改变。要求生物盘将液相材料储存在腔室中以在整个循环周期(period ofcirculation)中都是稳定的。然而，对于长时间的循环，生物盘的主体由于环境因素诸 如温度而收缩和膨胀，这会在阀中导致间隙。因此，存储在腔室中的流体通过阀中的间隙蒸 发，这降低了阀密封的可靠性。为了解决该问题，本专利技术构思的实施例提供了一种如下所述 关闭和打开孔的薄膜阀器件。涂覆有粘合剂(胶水试剂)的珠(球)塞、非磁性塞、磁性塞 或热收缩塞或者薄膜胶带附接到孔以在循环期间紧密地封闭孔。此外，当打开孔时，粘合剂 的粘接强度(粘合力)利用由热产生装置产生的热而降低，然后珠(球)塞、非磁性塞、磁 性塞、热收缩塞或者薄膜胶带利用流体的液压力而与孔分离，该液压力由于离心力而产生。在下文中，用于打开和关闭孔的珠(球)塞、非磁性塞、磁性塞、热收缩塞以及由薄 膜胶带形成的孔封闭膜被统称为薄膜阀。薄膜阀形成为薄膜。此外，用作薄膜阀的涂覆试剂的粘合剂是柔性的以适应薄膜 阀器件的主体根据环境因素诸如温度的膨胀和收缩，从而在循环周期期间防止由于主体的 膨胀和收缩而引起的密封问题。根据本专利技术构思实施例的薄膜阀器件包括薄膜形式的阀。此外，更大量的阀可以 集成在单元区域中。因而，薄膜阀器件可应用于构造诸如芯片上实验室或DNA芯片的薄膜 诊断器件的阀，该薄膜诊断器件能够检测流体中痕量的材料。例如，通过修改公共盘器件诸 如CD-ROM、DVD等，薄膜阀器件可应用于构造阀器件，以打开和关闭薄膜阀器件的主体中的 通道和孔或者控制流体的流速。
技术实现思路
技术问题根据本专利技术构思实施例的薄膜阀器件和薄膜阀控制装置可应用于构造芯片上诊 断实验室和可旋转生物盘的阀及其控制装置，其中芯片上诊断实验室能够检测流体中痕量 的材料，在可旋转生物盘中集成有生物芯片，诸如蛋白质芯片和DNA芯片。技术方案本专利技术构思的实施例包括一种薄膜阀器件，该薄膜阀器件利用离心力和由热产生 装置产生的热来打开由珠(球)塞、热收缩塞、非磁性塞或磁性塞封闭的孔。本专利技术构思的另一实施例包括一种薄膜阀器件，该薄膜阀器件利用由热产生装置产生的热、离心力和/或磁力来打开由磁性塞封闭的孔。本专利技术构思的另一实施例包括一种具有可逆的打开/封闭功能的薄膜阀器件，该 可逆的打开/封闭功能包括利用由热产生装置产生的热来弱化磁性塞的粘结强度以及然 后利用位于主体下方的可移动永磁体来打开由磁性塞封闭的孔；以及利用由热产生装置产 生的热来恢复磁性塞的粘结强度并同时利用设置在孔上方的永磁体与磁性塞之间的吸引 力而再次封闭孔。 本专利技术构思的另一实施例包括一种薄膜阀器件，该薄膜阀器件利用由热产生装置 产生的热来打开被热收缩塞封闭的孔或通道。根据本专利技术构思的另一实施例，珠(球)塞、热收缩塞、磁性塞和非磁性塞的表面 可以用粘合剂涂覆。在下文，在本专利技术构思的整个说明书中，粘合剂、薄膜胶带和胶带可以互换地使用。本专利技术构思的另一实施例包括一种薄膜阀器件，其中孔被由薄膜胶带形成的孔封 闭膜封闭，并且在孔封闭膜由于流体自身的液压力(或水压力)而破裂时被打开，其中流体 自身的液压力(或水压力)由于热产生装置产生的热以及离心力而产生。热产生装置可以包括局部的UV照射单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜阀器件，包括：至少一个腔室，存储生物或生物化学化验所需要的流体，并在所述腔室中进行生物或生物化学反应；样品注入元件，用于注入样品；通道，连接所述至少一个腔室，并且所述流体通过该通道移动；孔，位于所述通道的中部，并使所述通道的上部分和下部分互连；薄膜阀，封闭所述孔并涂覆有粘合剂；至少一个基板，包括所述通道、所述孔和所述至少一个腔室；薄膜胶带，将所述至少一个基板结合在一起；主体，通过使用所述薄膜胶带结合所述至少一个基板而形成，所述通道、所述孔、所述至少一个腔室、所述样品注入元件和所述薄膜阀集成在所述主体中；以及热产生装置，将热辐射到所述薄膜阀上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2007-11-22 10-2007-0120586一种薄膜阀器件，包括至少一个腔室，存储生物或生物化学化验所需要的流体，并在所述腔室中进行生物或生物化学反应；样品注入元件，用于注入样品；通道，连接所述至少一个腔室，并且所述流体通过该通道移动；孔，位于所述通道的中部，并使所述通道的上部分和下部分互连；薄膜阀，封闭所述孔并涂覆有粘合剂；至少一个基板，包括所述通道、所述孔和所述至少一个腔室；薄膜胶带，将所述至少一个基板结合在一起；主体，通过使用所述薄膜胶带结合所述至少一个基板而形成，所述通道、所述孔、所述至少一个腔室、所述样品注入元件和所述薄膜阀集成在所述主体中；以及热产生装置，将热辐射到所述薄膜阀上。2.根据权利要求1所述的薄膜阀器件，其中所述孔通过如下方式打开利用所述主体旋转时产生的离心力以及由所述热产生装置产生的热来弱化所述粘合 剂的粘接强度而使所述薄膜阀与所述孔分离；利用由所述热产生装置产生的热然后利用所述主体旋转时产生的离心力来弱化所述 粘合剂的粘接强度而使所述薄膜阀与所述孔分离；利用由所述热产生装置产生的热和磁力来弱化所述粘合剂的粘接强度而使所述薄膜 阀与所述孔分离；利用由所述热产生装置产生的热来弱化所述粘合剂的粘接强度以及利用所述磁力使 所述薄膜阀与所述孔分离；利用所述主体旋转时产生的离心力以及所述热产生装置产生的热来弱化所述粘合剂 的粘接强度以及利用所述磁力使所述薄膜阀与所述孔分离。3.根据权利要求1所述的薄膜阀器件，其中所述至少一个腔室包括 制备室，用于由即将被化验的化验材料(生物材料)制备样品的工艺； 缓冲室，用于扩增所述样品、稀释或混合所述样品或标记所述样品的工艺；用于生物或生物化学反应的腔室，其是化验场所，在该化验场所处用于化验所述缓冲 室中的样品的捕获探针通过固定元件被附着到或固定在所述基板上；以及 废料室，用于收集由清洗工艺产生的废弃物。4.根据权利要求3所述的薄膜阀器件，其中所述捕获探针被粘接或固定为阵列以从单 个化验材料或样品检测多个分析物。5.根据权利要求3所述的薄膜阀器件，其中生物芯片、多孔膜或孔板集成在所述化验 场所中，所述生物芯片包括DNA芯片和蛋白质芯片。6.根据权利要求1所述的薄膜阀器件，其中所述至少一个通道包括由所述薄膜胶带形 成的薄膜通道。7.根据权利要求1所述的薄膜阀器件，其中所述至少一个基板包括依次层叠的上基 板、中间基板和下基板；以及所述主体通过以下步骤被装配通过在所述至少一个基板上粘接所述薄膜胶带或者利 用分配器、喷射或丝网印刷来印刷所述薄膜胶带，从而用所述薄膜胶带涂覆所述至少一个基板的表面；以及依次层叠所述至少一个基板并结合在一起。8.根据权利要求7所述的薄膜阀器件，其中所述薄膜胶带包括孔封闭膜。9.根据权利要求1所述的薄膜阀器件，其中当所述至少一个基板被结合在一起以装配 所述主体时，所述薄膜胶带在所述孔周围形成孔封闭膜。10.根据权利要求9所述的薄膜阀器件，其中所述薄膜胶带包括所述孔封闭膜和基板 结合部分，其中所述孔封闭膜由热塑性粘合剂形成，所述基板结合部分由热固性粘合剂膜 形成。11.根据权利要求9所述的薄膜阀器件，其中所述薄膜胶带包括所述孔封闭膜和基板 结合部分，其中所述孔封闭膜由热熔性粘合剂形成，所述基板结合部分由丙烯酸粘合剂形 成。12.根据权利要求9所述的薄膜阀器件，其中形成所述孔封闭膜的粘合剂的软化点低 于形成基板结合部分的粘合剂的软化点。13.根据权利要求9所述的薄膜阀器件，其中通过在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜的 上表面和下表面上涂覆热固性粘合剂形成所述薄膜胶带，通过在所述孔周围另外地涂覆热 塑性粘合剂形成所述孔封闭膜。14.根据权利要求9所述的薄膜阀器件，其中通过使用丝网印刷、分配器工艺或喷射印 刷并利用掩模图案在所述薄膜胶带上涂覆热塑性粘合剂来形成所述孔封闭膜，该掩模图案 具有仅暴露出即将成为所述孔封闭膜的区域的开口。15.根据权利要求1所述的薄膜阀器件，其中所述薄膜阀选自由珠(球)塞、热收缩塞、 非磁性塞、磁性塞和由所述薄膜胶带形成的孔封闭膜组成的组。16.根据权利要求15所述的薄膜阀器件，其中所述非磁性塞由圆柱形薄膜或环形薄膜 形式的金属材料形成。17.根据权利要求15所述的薄膜阀器件，其中所述磁性塞由圆柱形薄膜或环形薄膜形 式的磁性材料或永磁材料形成。18.根据权利要求17所述的薄膜阀器件，其中所述磁性材料的居里点(居里温度)高 于所述粘合剂的软化点。19.根据权利要求15所述的薄膜阀器件，其中所述主体还包括限制凹槽或限制通道， 该限制凹槽或限制通道用于防止所述薄膜阀自由移动远离所述孔。20.根据权利要求19所述的薄膜阀器件，其中所述限制凹槽还包括压力钳，该压力钳 的直径大于所述热收缩塞在收缩之后的直径并且小于所述热收缩塞在收缩之前的原始直 径。21.根据权利要求15所述的薄膜阀器件，具有可逆的打开/封闭操作，该可逆的打开/ 封闭操作包括利用由所述热产生装置产生的热来弱化所述磁性塞的粘接强度然后利用因将位于所 述主体下方的永磁体朝向所述孔的中心移动而施加的磁力，从而打开被所述磁性塞封闭的 所述孔；利用由所述热产生装置产生的热来恢复所述磁性塞的粘接强度然后通过将位于所述 孔下方的所述永磁体远离所述孔的中心移动使得设置在所述孔上方的永磁体的磁力被施 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳在泉，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]