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薄膜 阀器件及其控制装置

阅读：262发布：2020-05-16

专利汇可以提供薄膜阀器件及其控制装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明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。，下面是薄膜阀器件及其控制装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种薄膜阀器件，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，其中所述化验材料是生物材料。
5.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。
6.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。
7.根据权利要求1所述的薄膜阀器件，其中所述通道包括由所述薄膜胶带形成的薄膜通道。
8.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。
9.根据权利要求8所述的薄膜阀器件，其中所述薄膜胶带包括孔封闭膜。
10.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。
11.根据权利要求10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。
12.根据权利要求10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。
13.根据权利要求10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。
14.根据权利要求10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。
15.根据权利要求10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。
16.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塞、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。
17.根据权利要求16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。
18.根据权利要求16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。
19.根据权利要求18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。
20.根据权利要求16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。
21.根据权利要求20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。
22.根据权利要求16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加在所述磁性塞上以封闭所述孔，从而再次封闭所述孔。
23.根据权利要求16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，从而第一次打开被所述磁性塞封闭的所述孔；
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加在所述磁性塞上，从而利用所述磁性塞来封闭所述孔；以及通过将位于所述主体下方的所述永磁体朝向所述孔的中心移动使得所述磁力被施加在所述磁性塞上以打开所述孔，从而再次打开所述孔。
24.根据权利要求16所述的薄膜阀器件，其中所述主体还包括用于移动或容纳与所述孔分离的珠塞的辅助通道或珠通道。
25.根据权利要求16所述的薄膜阀器件，其中所述主体还包括用于移动或容纳与所述孔分离的球塞的辅助通道或球通道。
26.根据权利要求1所述的薄膜阀器件，其中涂覆在所述薄膜阀上的粘合剂包括热塑性粘合剂，粘结所述至少一个基板的所述薄膜胶带包括热固性粘合剂。
27.根据权利要求26所述的薄膜阀器件，其中所述热塑性粘合剂包括热熔性粘合剂，所述热固性粘合剂包括丙烯酸粘合剂。
28.根据权利要求11或26所述的薄膜阀器件，其中所述热固性粘合剂具有120度或更高的软化温度，所述热塑性粘合剂具有60至80度的软化温度。
29.根据权利要求1所述的薄膜阀器件，其中所述主体还包括无线射频集成电路(RFIC)或用于供应电力到无线射频集成电路(RFIC)的太阳能电池。
30.根据权利要求1所述的薄膜阀器件，其中在循环期间所述薄膜阀因设置在所述孔上方的永磁体的磁力以及所述粘合剂的粘接强度而被封闭。
31.根据权利要求1所述的薄膜阀器件，其中在循环期间所述薄膜阀因所述粘合剂的粘接强度而被封闭。
32.根据权利要求1所述的薄膜阀器件，其中所述粘合剂选自由热熔性粘合剂、硅粘合剂、橡胶基粘合剂、改性硅基粘合剂、丙烯酸粘合剂、聚酰胺粘合剂、聚烯烃粘合剂、聚四氟乙烯基粘合剂、环氧粘合剂、UV固化粘合剂、UV粘合剂、热塑性树脂、凝胶、蜡、热固性胶带和热塑性胶带组成的组。
33.根据权利要求32所述的薄膜阀器件，其中所述凝胶包括选自由聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯和聚乙烯胺组成的组的材料。
34.根据权利要求32所述的薄膜阀器件，其中所述热塑性树脂包括选自由COC、PMMA、PC、PS、POM、PFA、PVC、PP、PET、PEEK、PA、PSU和PVDF组成的组的材料。
35.根据权利要求32所述的薄膜阀器件，其中所述蜡包括选自由石腊、合成蜡和微晶蜡组成的组的材料。
36.根据权利要求1所述的薄膜阀器件，其中所述粘合剂还包括通过吸收由所述热产生装置产生的能量而产生热的多个微尺寸热产生颗粒。
37.根据权利要求16所述的薄膜阀器件，其中所述热收缩塞包括选自由聚四氟乙烯基材料、硅基材料和聚烯烃基材料组成的组的材料。
38.根据权利要求1所述的薄膜阀器件，其中所述主体由选自由硅、塑料、气凝胶、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、玻璃、聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯、环烯烃共聚物(COC)和聚碳酸酯组成的组的材料形成。
39.根据权利要求1所述的薄膜阀器件，其中所述主体的表面用铝或铝片涂覆以防止存储在所述至少一个腔室中的流体蒸发。
40.一种薄膜阀控制装置，包括：
权利要求1至39中任一项所述的薄膜阀器件；
主轴马达，旋转所述薄膜阀器件；
滑块，移动所述热产生装置和永磁体，其中所述热产生装置和所述永磁体安装在所述滑块上；
滑块马达，控制所述滑块沿径向方向的移动；以及
中央控制单元，控制所述热产生装置、所述滑动马达和所述主轴马达的操作，并执行相对于所述薄膜阀的空间寻址，其中所述薄膜阀器件中的所述孔被选择性地打开和关闭。
41.根据权利要求40所述的薄膜阀控制装置，其中所述热产生装置选自由激光束产生装置、发光二极管(LED)光源和紫外(UV)光源组成的组。
42.根据权利要求40所述的薄膜阀控制装置，其中所述空间寻址包括相对于所述薄膜阀的径向和方位角寻址。
43.根据权利要求41所述的薄膜阀控制装置，其中在相对于所述薄膜阀的径向寻址之后，安装在所述滑块上的所述激光束产生装置产生脉冲束或连续束以弱化所述粘合剂的粘接强度。
44.根据权利要求42所述的薄膜阀控制装置，其中一旦完成所述径向寻址，当由所述激光束产生装置产生的脉冲束或连续束照射到旋转的主体上时，进行相对于所述薄膜阀的方位角寻址。
45.根据权利要求44所述的薄膜阀控制装置，还包括方位角检测器，其中当所述激光束产生装置在所述薄膜阀的方位角位置处周期性地打开时产生所述脉冲束，其中所述方位角位置基于由所述方位角检测器获得的参考触发信号来计算。
46.根据权利要求40所述的薄膜阀控制装置，还包括：
射频产生单元，供应电力到无线射频集成电路(RFIC)；或
照明单元，供应光能到所述太阳能电池。
47.根据权利要求40所述的薄膜阀控制装置，其中所述中央控制单元无线地接收所述薄膜阀器件的ID并将当前装载的圆盘识别为薄膜阀器件，当所述薄膜阀器件装载在所述薄膜阀控制装置上时所述薄膜阀器件的ID从所述无线RFIC发送。
48.根据权利要求40所述的薄膜阀控制装置，还包括输入/输出器件，该输入/输出器件遵守通用串行总线(USB)、IEEE1394、ATAPI、SCSI、IDE或有线/无线互联网连接的通信标准。

说明书全文

薄膜 阀器件及其控制装置

技术领域

[0001] 本发明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。

[0002] 本发明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，本发明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。

[0003] 根据本发明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CD-ROM和DVD，根据本发明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。

背景技术

[0004] 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。

[0005] 对于作为薄膜基板的CD和DVD，标准的CD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ISO9660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。

[0006] 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CD-ROM、DVD等制成。

[0007] 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。

[0008] 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。

[0009] 为了解决这些问题，在本发明构思的实施例中，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。

[0010] 要求生物盘将液相材料储存在腔室中以在整个循环周期(periodofcirculation)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，本发明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。

[0011] 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。

[0012] 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。

[0013] 根据本发明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。

发明内容

[0014] 技术问题

[0015] 根据本发明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。

[0016] 技术方案

[0017] 本发明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。

[0018] 本发明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。

[0019] 本发明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。

[0020] 本发明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。

[0021] 根据本发明构思的另一实施例，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。

[0022] 在下文，在本发明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。

[0023] 本发明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。

[0024] 热产生装置可以包括局部的UV照射单元、UV 光源和激光束产生装置。

[0025] 珠(球)塞可以选自由铁磁珠、顺磁珠、抗磁珠、金属珠、涂覆金属的塑料珠和玻璃珠组成的组。珠塞可以具有1μm至1mm的直径。珠塞和热收缩塞可以具有球形颗粒或非球形颗粒。球形颗粒的示例包括薄膜圆柱形颗粒、圆柱形颗粒或薄膜四边形颗粒。

[0026] 薄膜胶带可以包含在任意胶带诸如单面胶带、双面胶带等中使用的粘合剂。粘合剂可以是诸如热熔粘合剂、硅粘合剂、橡胶基粘合剂、改性硅基粘合剂、丙烯酸粘合剂、聚酰胺粘合剂、聚烯烃粘合剂、聚四氟乙烯基粘合剂、环氧粘合剂、UV固化粘合剂、UV粘合剂、热塑性树脂、凝胶、蜡、等的材料。

[0027] 例如，粘合剂可以是热熔胶带、热固性胶带或热塑性胶带。凝胶可以是聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯或聚乙烯胺。热塑性树脂可以是COC、PMMA、PC、PS、POM、PFA、PVC、PP、PET、PEEK、PA、PSU或PVDF。蜡可以是石腊、合成蜡或微晶蜡。粘合剂可以由于热产生装置产生的热而熔化或失去其粘合强度。热熔胶带、热塑性胶带或UV固化粘合剂可以由于热产生装置产生的热而熔化并失去粘合强度。粘合剂还可以包括多个微尺寸热产生颗粒，该多个微尺寸热产生颗粒通过吸收由热产生装置产生的能量而产生热。由于来自热产生装置的辐射而产生热的多个微尺寸热产生颗粒可以促进粘合剂的熔化和膨胀，从而弱化粘合剂的粘结强度。微尺寸热产生颗粒可以是选自铁磁材料和金属氧化物之间的至少之一。铁磁材料可以是选自由Fe、Ni、Cr以及这些元素的氧化物组成的组的至少之一。金属氧化物可以选自由Al2O3、TiO2、Ta2O3、Fe2O3、Fe3O4和HfO2组成的组。单面胶带或双面胶带可以通过用特定的粘合剂(或胶粘剂)涂覆纸、乙烯基、聚酯膜、聚乙烯膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜或合成衬垫(backing)的表面或两个表面而形成。可以根据需要选择使用具有高密封和缓冲性能、振动减轻(vibration relief)效应、冲击容限(shock tolerance)、耐热、吸收性能、粘结强度等的粘合剂材料。热收缩塞可以选自聚四氟乙烯基材料、硅基材料和聚烯烃基材料的材料。热收缩材料可以具有50％至350％的弹性。

[0028] 本发明构思的另一实施例包括一种薄膜阀器件，该薄膜阀器件包括：至少一个腔室，存储需要用于生物、生物化学或化学化验的流体并在其中进行生物、化学或生物化学反应；通道，连接至少一个腔室；化验场所(assay site)或生物化学反应室，在该化验场所中样品经受生物、化学或生物化学反应；孔，位于通道的中部，并与通道互连；薄膜阀，打开和封闭孔；主体，在该主体中集成至少一个腔室、通道、化验场所、生物化学反应室、孔和薄膜阀。

[0029] 生物、化学或生物化学反应可以指特定的结合反应、配体受体反应、抗原抗体反应、免疫反应、杂交反应或两种生物材料之间的生物化学反应或者根据反应在三维结构中的变化。生物化学反应可以包括用于化验血液中的GOT、GPT、ALP、LDH、GGT、CPK、淀粉酶、T-蛋白质、白蛋白、葡萄糖、T-胆固醇、甘油三酸酯、T-胆红素、D-胆红素、BUN、肌酸酐、I-磷、钙、尿酸等的反应。

[0030] 根据本发明构思当前实施例的薄膜阀器件可以应用于用于检测流体中痕量的生物或化学材料的诊断化验器件，例如，其中应用ELISA/CLISA化验方法的芯片上实验室；其中使用快速测试方法的芯片上实验室；或者用于检查食物中的毒细菌、残留抗菌素、残留农药、污染水中的重金属、转基因食品、食物过敏(food allergies)、污染材料、细菌诸如大肠菌和沙门氏菌，用于亲子鉴定、确定肉的类型以及识别起源(origin)的芯片上实验室。

[0031] 细菌检查包括检查大肠菌、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、葡萄球菌(staphylococcus)、弧菌和沙门氏菌。检查残留农药可以包括检查在用于蔬菜和水果的农药中广泛使用的有机磷酸酯和氨基甲酸盐杀虫剂。生物材料(样品)可以包括选自DNA、寡核苷酸(oligonucleotide)、RNA、PNA、配位体、受体、抗原、抗体、牛奶、尿、唾液、毛发、农作物和蔬菜样品、肉类样品、鱼类样品、鸟类样品、污染水、家畜样品、食物材料、食物样品、口腔细胞(mouth cell)、组织单元、精液、蛋白质和其它生物材料的一种或多种。食物材料可以包括用于制备食物的材料，可以包括例如用于炖肉的材料、用于面条的材料、用于朝鲜泡菜的材料、用于汤的材料以及包含液体的食物材料。当检查尿时，薄膜阀器件可以化验白细胞、血液、蛋白质、腈、pH、比重、葡萄糖、酮、抗坏血酸维生素C、尿胆素原(urobilinogen)和胆红素。在检查毛发时，相对于血液和尿化验，由人体中营养物和有毒材料(包括矿物质(mineral))的积累而得出的历史记录能够被更精确地测量。此外，无机材料的长期过量和缺乏能够被准确得知，它能用作查明有毒重金属的量的样品。

[0032] 薄膜阀器件的主体可以包括具有120mm、80mm、60mm或32mm的直径的圆盘。

[0033] 根据本发明构思的另一实施例，薄膜阀器件的主体可以通过依次地(upon one another)层叠两个或三个基板并将这些基板结合在一起而形成。

[0034] 根据本发明构思的另一实施例，主体可以通过依次地层叠上基板、中间基板和下基板并将这些基板结合在一起而形成，通道、孔和腔室可以形成在主体中。例如，一个腔室以及连接该腔室和孔的上通道可以形成为在上基板中凹入一深度，另一腔室以及连接该腔室和孔的下通道可以形成为在下基板中凹入一深度。该孔可以形成在中间基板中。

[0035] 根据本发明构思的另一实施例，通道可以是薄膜通道。薄膜通道可以通过薄膜胶带形成，而不是凹入地形成。

[0036] 根据本发明构思的另一实施例，薄膜通道可以通过具有通道图案的薄膜胶带形成在基板的层之间。利用薄膜胶带将基板结合成一体。在该情形下，薄膜通道可以形成在基板之间没有附着薄膜胶带的区域中。薄膜通道可以形成为窄的，这可以导致使流体更易于流动的毛细现象。

[0037] 根据本发明构思的另一实施例，主体还可以包括通风孔，空气通过该通风孔流通以使流体平稳的流动。在此情形下，通风孔可以沿与其中流体流动或施加离心力的方向相反的方向形成。

[0038] 根据本发明构思的另一实施例，主体还可以包括限制凹槽(confininggroove)或限制通道以防止珠塞、热收缩塞、非磁性塞或磁性塞自由地离开孔。

[0039] 根据本发明构思的另一实施例，主体可以由选自硅、塑料、气凝胶、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、玻璃、聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯、环烯烃共聚物(COC)和聚碳酸酯组成的组的材料形成。

[0040] 根据本发明构思的另一实施例，主体可以由硅、聚丙烯、COC或聚碳酸酯形成。此外，主体的表面可以用铝或铝片涂覆以防止存储在腔室中的流体蒸发。

[0041] 根据本发明构思的另一实施例，通道和孔可以形成在主体中相邻的腔室之间。孔可以被薄膜阀封闭，并且可以通过利用由热产生装置产生的热来弱化薄膜阀的粘结强度以及然后通过利用主体旋转时产生的离心力而被打开。

[0042] 根据本发明构思的另一实施例，通道和孔可以形成在主体中相邻的腔室之间。孔可以被薄膜阀封闭，并且可通过利用主体旋转时产生的离心力和热产生装置产生的热来弱化薄膜阀的粘结强度而被打开。

[0043] 根据本发明构思的另一实施例，通道和孔可以形成在主体中相邻的腔室之间。孔可以被薄膜阀封闭，并可以通过利用热产生装置产生的热或利用热产生装置产生的热和离心力来弱化薄膜阀的粘结强度，以及然后通过利用磁性塞和位于主体下方的可移动永磁体之间的吸引力而被打开。磁性塞可以是永磁体。

[0044] 根据本发明构思的另一实施例，薄膜胶带可以通过将单面胶带(或双面胶带)附着在基板的表面上然后去除保护带而被涂覆为基板表面上的薄膜粘合剂。可选地，薄膜粘合剂可以通过利用分配器(dispenser)、喷射(spray)或丝网印刷来印刷粘合剂而被涂覆在基板的表面上。换言之，薄膜胶带指粘合剂自身(胶粘剂)并可以用该粘合剂涂覆在基板上。薄膜胶带可以包括孔封闭膜，使得孔封闭膜可以在去除保护带之后保留在孔周围。孔封闭膜形成在孔周围并在基板被结合成一体时封闭孔。

[0045] 根据本发明构思的另一实施例，其上粘合剂被涂覆成薄膜的多个基板可以被结合成一体。

[0046] 根据本发明构思的另一实施例，多个热产生装置可以安装在主体中以分别对应于薄膜阀。安装在主体的孔附近的热产生装置可以是热线(hot-wire)或金属热产生元件，其基于材料的电阻特性制成。

[0047] 根据本发明构思的另一实施例，热收缩材料可以被成形为圆柱形式。热收缩材料会由于热产生装置产生的热而收缩，使得孔或通道被打开。

[0048] 本发明构思的另一实施例提供了一种薄膜阀控制装置，该薄膜阀控制装置利用离心力和由热产生装置产生的热来打开和关闭薄膜阀器件的阀。薄膜阀控制装置包括：主轴马达，旋转薄膜阀器件；滑块，空间性地移动热产生装置，该热产生装置安装在滑块上；以及滑块马达，控制滑块的移动。

[0049] 安装在滑块上的热产生装置可以是激光束产生装置或发光二极管(LED)光源。热产生装置安装在滑块上。热产生装置相对于薄膜阀沿径向方向的移动可以领先于沿其它方向的移动。其上利用磁性塞施加吸引力的永磁体还可以安装在滑块上。安装在滑块上的激光束产生装置可以沿径向方向空间移动，然后产生脉冲束或连续束以弱化粘合剂的粘结强度。安装在滑块上的激光束产生装置可以沿径向方向空间移动然后产生脉冲束或连续束以使热收缩塞收缩。安装在滑块上的激光束产生装置可以沿径向方向空间移动然后通过控制辐射激光束时脉冲束的负载(duty)、连续激光束的强度或薄膜阀器件的旋转速度来弱化粘合剂的粘结强度。当薄膜阀器件旋转且安装在滑块上的激光束产生装置对应于特定的薄膜阀时，激光束照射到薄膜阀上。照射到薄膜阀上的激光束的量是薄膜阀器件的旋转速度和激光束的强度的函数。在下文中，在薄膜阀器件旋转时将激光束周期性地照射到薄膜阀上的操作被称为“脉冲束”操作。当由于薄膜阀器件旋转时产生的离心力而使具有高粘度的流体移动到相应的腔室中时，可应用脉冲束操作。具有高粘度的流体(诸如血浆)即使在薄膜阀打开时也趋于几乎不流动。在该情形下，如果当旋转薄膜阀器件时孔被打开，则流体会由于离心力而易于移动。在薄膜阀器件停止的状态下，在安装于滑块上的激光束产生装置被对准以面对相应的薄膜阀之后，当辐射激光束到薄膜阀上时，辐射到薄膜阀上的激光束的量是激光束的强度和辐射持续时间的函数。在该情形下，激光束的强度可以通过控制激光束的焦点、激光束产生装置与薄膜阀之间的距离、激光束产生装置中的电流量或激光束的占空比(on-off duty)而变化。在下文中，在薄膜阀停止旋转的状态下，对准激光束产生装置和薄膜阀以及辐射激光束以弱化薄膜阀的粘结强度(结合力)的操作被称为“扫描束”操作。由热产生装置产生的热可以通过“脉冲束”或“扫描束”操作被供应到薄膜阀。

[0050] 有利的效果

[0051] 如上所述，本发明构思的一个或多个实施例提供了一种薄膜阀器件以及用于控制该薄膜阀器件的薄膜阀控制装置，其中薄膜阀器件使用涂覆有粘合剂、热收缩材料或薄膜胶带的塞来控制流体的流量或流速。在薄膜阀器件中，薄膜阀器件的主体中的孔和通道可以由于离心力和由热产生装置产生的热而被打开和关闭。例如，薄膜阀器件可以应用于用于检测流体中痕量的材料的芯片上诊断实验室、其中集成有诸如蛋白质芯片或DNA芯片的生物芯片的可旋转生物盘。例如，根据本发明构思实施例的薄膜阀器件和薄膜阀控制装置可以是通过修改普通盘器件诸如CD-ROM和DVD而制成的用于打开和关闭通道和孔的微阀器件及其控制装置。附图说明

[0052] 图1至图3示出了使用薄膜胶带的薄膜阀器件的实施例；

[0053] 图4和图5示出了根据本发明构思实施例的使用热收缩塞的薄膜阀器件的操作状态；

[0054] 图6至图8示出了根据本发明构思实施例的使用非磁性塞的薄膜阀器件；

[0055] 图9至图11示出了根据本发明构思实施例的使用磁性塞的薄膜阀器件；

[0056] 图12至图16示出了根据本发明构思实施例的使用珠(球)塞的薄膜阀器件；

[0057] 图17至图20示出了用于控制薄膜阀器件的操作的薄膜阀控制装置的实施例。

[0058] 附图中主要元件的简单解释

[0059] 1：上基板；1a、1b、2a：薄膜胶带层

[0060] 2：中间基板；2a：薄膜胶带层

[0061] 3：下基板；4a、4b、4c、5a：永磁体

[0062] 10、10a、10b：孔；10c：珠(球)塞；12：通风孔

[0063] 13a、13b：孔封闭膜；20、21：腔室；22：通道；23：辅助通道；60：珠(球)塞[0064] 61b：珠(球)；70a：热收缩塞；70b：非磁性塞；70c：磁性塞；80：粘合剂[0065] 81：非磁性或磁性材料；82：环形孔(donut-hole)；98a：参考孔；98b：参考反射器[0066] 99：光检测器(或方位角检测器)；99a、99b：光耦合器

[0067] 100：薄膜阀器件的主体；100a：薄膜阀控制装置；101：中央控制单元[0068] 102：主轴马达；101a、101b、101c：限制凹槽(confining groove)；102a：压力钳(pressure jaw)；103：上/下移动控制单元

[0069] 104：压缩元件；107：热产生装置(或激光束产生装置)；108：照明单元；108a、108b：滑动臂；109：滑块马达；109a、109b：蜗轮连接单元

[0070] 110：射频产生单元；110a：针座或束(harness)；110b：柔性电缆

[0071] 110a、110b、110c、110d：螺钉(110a、110b被设计用于不同的元件)；111：输入/输出单元

[0072] 121：样品注入孔；140：电路板；170：孔(aperture)；181：转盘

[0073] 130、131、132、133、140、141、142、143：腔室

[0074] 188：具有内置存储器的无线RF IC；189：太阳能电池

[0075] 200a、200c：热固性粘合剂层；200d：热塑性粘合剂层；200b：PET衬垫(backing)[0076] 211：滑块(slider)；V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7：阀；

[0077] 300：薄膜阀控制装置的主体

具体实施方式

[0078] 在下文中，将参照附图更详细地描述本发明构思。

[0079] 图1至图3示出了使用薄膜胶带的薄膜阀器件的实施例。

[0080] 图1是沿线a-b截取的截面图和分解图，其示出了在薄膜阀器件的主体100中的薄膜阀，其中薄膜阀由薄膜胶带形成。主体100可以包括上基板1、中间基板2和下基板3。当上基板1、中间基板2和下基板3通过注射成型形成时，可以形成作为流动路径的通道(channel)22、作为缓冲贮液器(bufferreservoir)的腔室20和22以及连接通道22的孔
10。上基板1、中间基板2和下基板3可以使用薄胶带层结合在一起以形成单一主体100。
例如，下基板3和中间基板2形成腔室20和21。在下基板3中，连接腔室20和21的通道
22形成为凹进至一深度。连接腔室20和21的孔10可以形成在通道22的端部中。孔10可以被孔封闭膜13a封闭。当上基板1、中间基板2和下基板3在装配工艺中被结合在一起时，孔封闭膜13a可以通过薄膜胶带10形成在孔10周围。

[0081] 在根据本发明构思当前实施例的薄膜阀器件中，孔封闭膜13a可以是热塑性粘合剂，每个基板的除了孔封闭膜13a之外的基板结合部分可以利用热固性粘合剂形成为薄膜胶带层。

[0082] 在根据本发明构思当前实施例的薄膜阀器件中，孔封闭膜13a可以是由热熔性粘合剂形成的薄膜胶带层，每个基板的基板结合部分可以使用丙烯酸粘合剂形成为薄膜胶带层。

[0083] 在根据本发明构思当前实施例的薄膜阀器件中，热固性粘合剂可以具有120度或更高的软化温度，热塑性粘合剂可以具有60至80度的软化温度。

[0084] 在根据本发明构思当前实施例的薄膜阀器件中，形成孔封闭膜13a的粘合剂的软化点可以低于每个基板的其余基板结合部分的粘合剂的软化点。孔封闭膜13a可以是热塑性胶带，每个基板的其余基板结合部分可以使用热固性胶带材料形成为薄膜胶带层。因而，当将上基板1、中间基板2和下基板3结合在一起时，三个基板可以被整体加热或预加热至等于或高于热塑性胶带的软化温度的温度。在该情形下，由于热固性胶带的软化点远远高于热塑性胶带的软化点，所以可以使用热固性胶带来结合基板结合部分而不考虑加热(irrespective of heating)。由于从热产生装置产生的热，孔封闭膜13a可能易于变软，其粘接强度变弱，而其相邻的部分和其余基板结合部分被热固性胶带结合，因而它们的粘接强度不会由于从热产生装置产生的热而变弱。由于孔10被孔封闭膜13a封闭，所以孔10能够在整个循环期间被完全封闭。当使用薄膜阀器件时，由于从热产生装置产生的热、在主体100高速旋转时产生的离心力以及存储在腔室20中的流体的液压力，孔封闭膜13a破裂，使得孔10被打开并且流体能够移动到腔室21中。孔封闭膜13b是柔性的，因而能响应环境因素诸如温度而膨胀和收缩。因此，在循环周期期间不会发生诸如可能由于密封问题而导致的问题，诸如流体的蒸发。

[0085] 在根据本发明构思当前实施例的薄膜阀器件中，当上基板1、中间基板2和下基板3在装配工艺中使用薄膜胶带层1a和2a结合时，孔封闭膜13b可以形成在孔10周围。

[0086] 图2示出了图1的薄膜胶带层1a和1b的示例。

[0087] 在图2的示例中，通过用热固性粘合剂层200a和200c分别涂覆聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜或衬垫200b的上表面和下表面，可以形成薄膜胶带层1a和1b。附图标记200a表示涂覆在PET膜200b的上表面上的热固性粘合剂层，附图标记200c表示涂覆在PET膜200b的下表面上的热固性粘合剂层。通过在形成于PET膜200b的上表面上的热固性粘合剂层200d上额外地涂覆热塑性粘合剂层200d，可以形成孔封闭膜13a。

[0088] 在根据本发明构思当前实施例的薄膜阀器件中，利用暴露将形成孔封闭层13a的部分的掩模图案，用于孔封闭膜13a的热塑性粘合剂层200d可通过丝网印刷、分散工艺或喷墨印刷形成。掩模图案可以具有仅暴露将成为孔封闭膜13a的部分的开口。附图标记63表示通过薄膜胶带形成的薄膜通道。

[0089] 图3示出了一种状态，其中由于主体100旋转时产生的离心力、流体(未示出)自身的液压力以及由热产生装置产生的热，孔封闭膜13a破裂使得孔10被打开并且存储在腔室20中的流体移到腔室21中。图4和图5是示出根据本发明构思当前实施例的薄膜阀器件的操作状态的截面图。附图标记1、2和3表示构成主体100的基板。主体100可以包括上基板1、中间基板2和下基板3。当通过注射成型形成上基板1、中间基板2和下基板3时，可以形成作为流动路径的通道22、作为缓冲贮液器的腔室20和22以及连接通道22的孔10。上基板1、中间基板2和下基板3被结合在一起以形成单一主体100。

[0090] 图4示出了孔10被热收缩塞70a塞上从而阻挡通道22的状态。图5示出了热收缩塞70a由于从热产生装置产生的热而收缩使得孔10被打开的状态。在该情形下，相邻的腔室20和21可以通过通道22互连。此外，在根据本发明构思当前实施例的薄膜阀器件中，由于形成在主体100中的通道22是窄的，所以通风孔12形成在上基板1中以允许流体不受阻力地平稳地流过通道22。此外，可以形成限制凹槽101a以在孔10被打开时限制热收缩塞70a被推动而接触下基板3。限制凹槽101a可以向热收缩塞70a提供可移动的空间以防止已经被打开的孔10被热收缩塞70a封闭。

[0091] 在本发明构思的当前实施例中，限制凹槽101a可以具有比已经收缩的热收缩塞70a的直径大20％-70％的直径。

[0092] 在本发明构思的当前实施例中，限制凹槽101a还可以包括沿限制凹槽101a的边缘(rim)的压力钳(pressure jaw)102a，压力钳102a的直径小于没有收缩的热收缩塞70a的原始直径。当装配主体100时，热收缩塞70a由于形成在下基板3中的压力钳102a而被推到外部孔10a中，使得热收缩塞70a封闭孔10a。附图标记10表示热收缩塞70a和中间基板2彼此接触的区域。这个接触区域被成形为对应于热收缩塞70a的形状，从而在孔10被封闭时防止流体泄露。因而，在制造薄膜阀器件的工艺中，当施加外部压力时，孔10能够由于压力钳102而被封闭。

[0093] 附图标记10a表示在热收缩塞70a与中间基板2之间的接触区域的外边界(外部孔)，附图标记10b表示接触区域的内边界(“内部孔”)。当外部孔10b与热收缩塞70a之间的接触区域更大时，更可能防止流体泄露。随着外部孔10b和内部孔10a的直径之间的差异越大，热收缩塞70a与中间基板2之间的接触区域变大，从而能够防止流体泄露。

[0094] 在本发明构思的另一实施例中，热收缩塞70a可以具有0.1mm至5mm的直径以及0.5mm至2mm的厚度。此外，为了在热收缩塞70a封闭孔10时增强热收缩塞70a的密封能力，热收缩塞70a可以涂覆有粘合剂。

[0095] 图6至图8示出了根据本发明构思实施例的薄膜阀器件，其使用非磁性塞70b。附图标记1、2和3分别表示形成主体100的上基板、中间基板和下基板。图8是非磁性塞70b或磁性塞70c的详细视图。根据由附图标记81表示的元件的材料，在图8中示出的塞可以是非磁性塞70b或磁性塞70c。非磁性塞70b或磁性塞70c的表面可以涂覆有粘合剂80。涂覆有粘合剂80的表面可以接触中间基板20中的孔10以封闭孔10。粘合剂80可以是热塑性粘合剂。图6示出了当孔10被非磁性塞70b封闭时通道22被阻挡的状态。图7示出了当非磁性塞70b由于热产生装置产生的热和主体100旋转时产生的离心力而与孔10分离时孔10被打开的状态。在该情形下，相邻的腔室20和21可以通过通道22互连。此外，限定凹槽101b可以形成在下基板3中以当孔10被打开时将非磁性塞70b稳定地限定在下基板3中。限定凹槽101b可以防止与孔10分离的非磁性塞70b远离孔自由地移动。在本发明构思的当前实施例中，限定凹槽101b的直径可以比非磁性塞70b的直径大20％-70％。非磁性元件或磁性元件81可以是圆柱形薄膜或环形(donut-shaped)薄膜形式的金属材料。

[0096] 图8是非磁性塞70b或磁性塞70c的详细视图。图8示出了非磁性塞70b或磁性塞70c的实施例，其包括环形薄膜形式的金属元件。对于包括环形薄膜形式的金属元件的磁性塞70c，激光束可以穿过金属元件的环形孔82照射，使得磁性塞70能够被保护而不被激光束去磁。

[0097] 在根据本发明构思当前实施例的薄膜阀器件中，磁性元件81可以由磁性材料形成，该磁性材料的居里点(居里温度)远高于粘合剂80的软化点。

[0098] 图9至图11示出了根据本发明构思实施例的薄膜阀器件，其使用磁性塞70c。附图标记1、2和3分别表示形成主体100的上基板、中间基板和下基板。磁性塞70c在图8中详细地示出。磁性元件81可以是圆柱形薄膜或环形薄膜形式的金属材料或永磁体。

[0099] 图9示出了根据本发明构思实施例的薄膜阀器件，其中通道22和孔10形成在薄膜阀器件的主体100中的相邻腔室20与21之间。在图9中，还示出了孔10被磁性塞70c封闭，以及通过使用由热产生装置107产生的热然后使用位于主体100下方的永磁体5a来弱化磁性塞70的粘接强度而打开孔20，使得相邻腔室20和22的通道22互连。图9中的上图示出了当孔10被磁性塞70c封闭时通道22被阻挡。图9中的下图示出当磁性塞70c由于(i)离心力以及热产生装置产生的热，(ii)由热产生装置107产生的热以及在永磁体5a和磁性塞70c之间的吸引力，或(iii)由热产生装置107产生的热、离心力以及永磁体
5a与磁性塞70c之间的吸引力而使磁性塞70c与孔10分离时，孔10被打开。在该情形下，相邻腔室20和21可以通过通道22互连。

[0100] 在根据本发明构思当前实施例的薄膜阀器件中，永磁体5a和热产生装置107可以安装在可移动的滑块(slider)211上，使得永磁体5a和热产生装置107能够在空间上朝向孔10移动。

[0101] 图10示出了根据本发明构思实施例的薄膜阀器件，其具有可逆的打开/封闭功能。

[0102] 在图10的薄膜阀器件中，通道22和孔10形成在薄膜阀器件的主体100中的相邻通道20和21之间。图10的薄膜阀器件的可逆的打开/封闭功能包括：使用磁性塞70c封闭孔10；通过使用由热产生装置107产生的热以及然后使用位于主体100下方的永磁体5a弱化磁性塞70的粘接强度而打开孔10，使得相邻腔室20和22的通道22互连；以及通过使用由热产生装置107产生的热恢复磁性塞70c的粘接强度然后通过移动永磁体5c远离孔10的中心，使得设置在主体100的上部上的永磁体4a(在下文中，称为上永磁体4a)吸引磁性塞70c而再次封闭孔10。

[0103] 从图10上部数的第一个图示出了当孔10被磁性塞70c封闭时通道22被阻挡。从图10上部数的第二个图示出了由于(i)离心力以及热产生装置产生的热，(ii)由热产生装置107产生的热以及在永磁体5a和磁性塞70c之间的吸引力，或(iii)由热产生装置
107产生的热、离心力以及永磁体5a与磁性塞70c之间的吸引力而使得磁性塞70c与孔10分离时，孔10打开。在该情形下，相邻腔室20和21可以通过通道22互连。从图10的上部数的第三图示出了由于由热产生装置107产生的热以及上永磁体4a与磁性塞70c之间的吸引力而使得孔10被磁性塞70c再次封闭。换言之，一旦粘性剂80的粘接强度由于从热产生装置107产生的热而恢复，则关闭热产生装置107并使滑块211远离孔10的中心移动，使得上永磁体4a能够吸引磁性塞70c以通过施加在上永磁体4a与磁性塞70c之间的吸引力而封闭孔10。然后，随着粘合剂80硬化，磁性塞70c紧密地封闭孔10。

[0104] 图11示出了根据本发明构思另一实施例的薄膜阀器件，其具有可逆的打开/封闭功能。在图11的薄膜阀器件中，通道22和孔10形成在薄膜阀器件的主体100中的相邻腔室20与21之间。孔10可以在循环期间被磁性塞70c封闭。当使用薄膜阀器件时，通过使用由热产生装置107产生的热来弱化磁性塞70的粘接强度然后使用位于主体100下方的永磁体5a，可以打开孔20，使得相邻腔室20和22的通道22互连。通过远离孔10的中心移动永磁体5a使得设置在主体100的上部分上的永磁体4a能够吸引磁性塞70c，孔10可以被再次封闭。孔10能够由于上永磁体4a与磁性塞70c之间的吸引力而被再次封闭。通过使位于主体100下方的永磁体5a朝向孔10的中心移动，孔10可以被再次打开。薄膜阀器件的可逆的打开/封闭功能如上所述。换言之，当自从循环期间第一次打开孔10时，使用由热产生装置107产生的热以及磁性塞70c与下永磁体5a之间的吸引力。然而，一旦已经第一次打开孔10，则可以仅使用磁性塞70c与上永磁体4a或者下永磁体5a之间的吸引力而再次打开孔10，而不需要热产生装置107的帮助。孔10需要被粘合剂紧密地密封以防止循环期间在腔室中存储的流体蒸发。为了第一次打开具有被紧密地密封的孔10的薄膜阀器件，可能需要从热产生装置107产生的热。

[0105] 从图11的上部数的第一图示出了在循环期间当孔10被磁性塞70c封闭时通道22被阻挡。从图10的上部数的第二图示出当磁性塞70c由于(i)离心力以及热产生装置产生的热，(ii)由热产生装置107产生的热、离心力以及在永磁体5a和磁性塞70c之间的吸引力，或(iii)由热产生装置107产生的热、离心力以及永磁体5a与磁性塞70c之间的吸引力而与孔10分离时，孔10被第一次打开。在该情形下，相邻腔室20和21可以通过通道22互连。从图11的上部数的第三图示出了孔10由于上永磁体4a与磁性塞70c之间的吸引力而被磁性塞70c再次封闭。从图11的上部数的第四图示出了当磁性塞70c由于下永磁体5a与磁性塞70c之间的吸引力而与孔10分离时孔10被再次打开。在下文中，薄膜阀器件的可逆的打开和封闭操作如图11的第三图和第四图所示。

[0106] 为了封闭孔10以阻挡通道22，如图11的第三图所示，下永磁体5a远离孔10的中心移动，使得磁性塞70c能够由于上永磁体4a的磁力而被向上吸引并封闭孔10。换言之，孔10可以由于在上永磁体4a与磁性塞70c之间施加的吸引力而被封闭。同时，为了打开孔10，如图11的第二图和第四图所示，下永磁体5a朝向孔10的中心移动，使得磁性塞70c能够被永磁体5a向下吸引。换言之，当下永磁体5a与磁性塞70c之间的吸引力变得比上永磁体4a与磁性塞70c之间的吸引力强时，孔10能够被打开。这可以通过降下永磁体5a设计为具有比上永磁体4a强的磁力或者通过将下永磁体5a设置得比上永磁体4a更靠近磁性塞70c而实现。

[0107] 参照图9至图11，限制凹槽101c可以形成在下基板3中以当孔10被打开时将磁性塞70c稳定地限制在下基板3中。限制凹槽101c可以防止与孔10分离的磁性塞70c远离孔自由地移动。在本发明构思的当前实施例中，限制凹槽101c的直径可以比磁性塞70c的直径大20％-200％。

[0108] 图12和图16示出了根据本发明构思当前实施例的使用珠(球)塞的薄膜阀器件。

[0109] 具体地，图12和图13示出了使用圆柱形珠(球)塞的薄膜阀器件，图14至图16示出了使用球形珠(球)塞的薄膜阀器件。主体100可以包括上基板1、中间基板2和下基板3。当通过注射成型形成上基板1、中间基板2和下基板3时，可以形成作为流动路径的通道22、作为缓冲贮液器的腔室20和22以及连接通道22的孔10。上基板1、中间基板2和下基板3被结合在一起以形成薄膜阀器件的单一主体100。孔10在循环期间被插在孔
10附近的珠(球)塞60完全封闭。此外，当使用薄膜阀器件时，珠(球)塞60由于离心力和从热产生装置产生的热而朝向辅助通道23移动，使得孔10被打开。

[0110] 图13示出了图12的薄膜阀器件的操作。

[0111] 图13中的左图示出了当孔10被珠(球)塞60封闭时通道22被阻挡的状态。图13中的右图示出了当珠(球)塞60由于主体100旋转时产生的离心力以及由热产生装置产生的热而与孔10分离时孔10被打开的状态。

[0112] 图14和图15示出了根据本发明构思实施例的薄膜阀器件，其使用球形珠(球)塞60。在孔10被珠(球)塞封闭的状态下，珠(球)塞60与孔10分离然后由于离心力以及从热产生装置产生的热而朝向辅助通道23移动。在该情形下，为了使珠(球)塞60易于从孔10分离，与珠(球)塞60的曲率一致的珠(球)通道10c可以形成在辅助通道23中。辅助通道23和珠(球)通道10c可以用于容纳或移动与孔10分离的珠(球)塞60。图14和图15中的左图示出了当孔10被珠(球)塞60封闭时通道22被阻挡的状态。图
14和图15中的右图示出了当珠(球)塞60由于主体100旋转时产生的离心力以及从热产生装置产生的热而与孔10分离并朝向辅助通道23移动时孔10被打开的状态。

[0113] 图16示出了珠(球)通道10c。附图标记10a表示在珠(球)塞60与中间基板2之间的接触区域的外边界(“外部孔”)，附图标记10b表示接触区域的内边界(“内部孔”)。随着外部孔10a和内部孔10b的直径之间的差异变大，珠(球)塞60与中间基板2之间的接触区域变大，从而能够防止流体泄露。附图标记61a表示涂覆在珠(球)61b上的粘合剂。

[0114] 在根据本发明构思当前实施例的薄膜阀器件中，用于薄膜阀器件的粘合剂可以是热塑性粘合剂，用于结合基板的薄膜胶带层可以是热固性粘合剂。在该情形下，薄膜阀上的热塑性粘合剂很可能由于从热产生装置产生的热而易于软化，其粘接强度变弱，而其相邻的部分和其余基板结合部分被热固性粘合剂结合，因而它们的粘接强度不会由于从热产生装置产生的热而变弱。

[0115] 在根据本发明构思当前实施例的薄膜阀器件中，热塑性粘合剂(胶带)可以是热熔性粘合剂，热固性粘合剂(胶带)可以是丙烯酸粘合剂。

[0116] 在根据本发明构思当前实施例的薄膜阀器件中，热固性胶带(粘合剂)可以具有120度或更高的软化温度，热塑性胶带(粘合剂)可以具有60至80度的软化温度。薄膜阀上的粘合剂是热塑性粘合剂，基板的基板结合部分形成为包含热固性粘合剂的薄膜胶带层。因而，薄膜阀被预加热至等于或高于热塑性粘合剂的软化温度的温度，然后接触中间基板2中的孔10。然后，上基板1和下基板3结合在一起。由于热固性胶带的软化点高于热塑性胶带的软化点，所以可以对基板的形成为热固性胶带的部分进行结合，而不考虑加热。

[0117] 图17至图20示出了薄膜阀控制装置的实施例，其用于控制上述根据本发明构思的一个实施例的薄膜阀器件的操作。

[0118] 图17示出了本发明构思的实施例，其中激光束产生装置用作热产生装置。

[0119] 图17示出了用于控制薄膜阀器件100的薄膜阀控制装置100a的实施例，腔室、通道和薄膜阀集成在薄膜阀器件100中，其中腔室储存用于化验的各种缓冲溶液并用作各种化学反应的空间，通道是流体和缓冲溶液的流动路径，薄膜阀打开和关闭通道和孔。薄膜阀控制装置100a控制薄膜阀器件100的旋转以及永磁体5a和激光束产生装置107的空间移动以选择性地打开和关闭多个薄膜阀。附图标记100表示薄膜阀器件的主体，其通过依次层叠上基板1、中间基板2和下基板3而形成。当通过注射成型形成上基板1、中间基板2和下基板3时，形成作为流动路径的通道、作为缓冲贮液器的腔室以及连接通道的多个孔。上基板1、中间基板2和下基板3被结合在一起以形成单一主体100。腔室130、131、132、
133、140、141、142和143的阀操作可以通过薄膜阀V1、V2、V3、V4、V5、V6和V7来进行，其中在上述的其它类型的薄膜阀中薄膜阀V1、V2、V3、V4、V5、V6和V7使用图11的磁性塞70c。
薄膜阀V1、V2、V3、V4、V5、V6和V7可以被分别地控制以通过上永磁体4a、4b和4c以及可移动永磁体5a的磁力打开或关闭。附图标记120表示样品注入元件，诸如分配器、吸液管(pipette)、注射器(syringe)或柳叶刀(lancet)。附图标记121表示样品注入孔，附图标记170表示圆盘孔。附图标记130表示用于由将被化验的化验材料(生物材料)制备样品的制备室，附图标记131表示用于扩增样品、稀释或混合样品或者标注样品的缓冲室，附图标记132表示用于生物、化学或生物化学反应的腔室，其是化验场所(site)，在该化验场所处用于化验缓冲室中的样品的捕获探针通过固定元件附着到或固定在基板上，附图标记
133表示用于收集由清洗工艺产生的废弃物(waste)的废料室。捕获探针可以被附着或固定成阵列以从单个化验材料或样品检测多个分析物。DNA芯片、蛋白质芯片、多孔膜(porous membrane)或96孔板可以集成在化验场所132中。多孔膜的示例包括引起样品扩散的硝化纤维(NC)膜、尼龙膜或碳纳米管。96孔板、384孔板或1536孔板可以用于生物化学和分子生物化验以筛选新的药物或材料。制备室130可以用于从血液提取DNA，以在主体100高速旋转时通过离心分离而从血液提取血清或血浆，或者从农产品提取农药、细菌或重金属成分。扩增工艺(amplification process)可以包括扩增DNA的聚合酶链反应(PCR)工艺或在富集培养基(enrichment culture medium)中繁殖细菌的工艺。附图标记140、141、142和143可以储存用于从化验材料提取样品的萃取溶液、包括用于扩增工艺的聚合酶和引物(primer)的酶、用于杂交的酶、用于稀释样品的稀释溶液、标记材料和用于生物化学反应的生物化学材料、清洗溶液等。附图标记102表示用于旋转薄膜阀器件100的主轴马达。附图标记211表示安装有可移动的永磁体和激光束产生装置107的滑块，可移动的永磁体和激光束产生装置107的操作可以通过滑块马达109以及蜗轮连接单元109a和109b来控制。在每个工艺(制备工艺、扩增工艺、混合工艺、稀释工艺、标记工艺、生物、化学或生物化学反应工艺或清洗工艺)的起点和终点，薄膜阀的打开和关闭可以由于安装在滑块211上的永磁体5a和激光束产生装置107相对于相应的薄膜阀的空间移动以及由于主体100旋转时产生的离心力而被控制。

[0120] 根据本发明构思的另一实施例，当打开或关闭薄膜阀时，可以先进行相对于薄膜阀沿径向和方位角方向的空间移动(空间寻址)。空间寻址(spatialaddressing)包括相对于薄膜阀的径向和方位角寻址(azimuthal addressing)。

[0121] 相对于薄膜阀沿径向方向的空间移动可以通过滑块马达109执行，滑块马达109沿径向方向双向地移动滑块。滑块211可以通过滑块马达109沿径向方向从主体100的中心向外移动或者从外部向主体100的中心移动。

[0122] 根据本发明构思的另一实施例，一旦完成沿径向方向的空间移动，通过将从激光束产生装置107输出的脉冲束或连续束辐射到旋转主体100上，可以执行相对于薄膜阀沿方位角方向的空间移动。在激光束产生装置107在相应的薄膜阀的方位位置被周期性地打开时，可以产生脉冲束，其中方位位置基于由方位角检测器99获得的参考触发信号来计算。参考触发信号表示主体100的参考方位角。

[0123] 根据本发明构思的另一实施例，脉冲束或连续束的温度可以类似于热塑性粘合剂的软化温度。脉冲束或连续束可以加热用于结合基板的粘合剂以及在孔周围的粘合剂，并弱化粘合剂的粘接强度。然而，实际上，由于热固性粘合剂的软化温度高于孔周围的热塑性粘合剂的软化温度，所以脉冲束或连续束不太可能弱化结合基板的热固性粘合剂的粘接强度。

[0124] 根据本发明构思的另一实施例，方位角检测器99可以实施为光耦合器。

[0125] 根据本发明构思的另一实施例，方位角检测器99可以是反射或透射光检测器。

[0126] 根据本发明构思的另一实施例，当用于打开或关闭薄膜阀的激光束产生装置107和永磁体5a安装在滑块211上时，滑块211沿径向和方位方向空间地移动以选择性地(单独地)或独立地控制多个薄膜阀的打开和关闭。

[0127] 根据本发明构思的另一实施例，永磁体5a可以通过上/下移动控制元件103而向上和向下移动，从而控制主体100与永磁体5a之间的间隙。上/下移动控制元件103可以通过控制齿轮的旋转和流经电磁体的电流量来控制永磁体5a向上和向下移动。附图标记110b表示柔性电缆，用于传输安装在滑块211上的上/下移动控制元件103和激光束产生装置107需要的各种控制信号。柔性电缆110b可以通过针座(wafer)或束(harness)110a连接到中央控制单元101。附图标记181表示其上将放置薄膜阀器件100的转盘。薄膜阀器件100能够通过圆盘孔(disc aperture)170前装载(front-loaded)或顶装载(top-loaded)在转盘181上。附图标记188表示具有内置存储器的无线射频集成电路(RFIC)，其可以包括用于薄膜阀器件100的协议、化验算法、参考控制值、化验场所的位置信息、生物信息学信息和自诊断相关的信息。此外，可以存储薄膜阀器件的个人加密信息和ID信息以防止未经授权的使用。无线RFIC 188可以是智能IC卡。存储在无线RFIC188中的信息可以被无线地提供到中央控制单元101，并可以用于加密(encrypt)个人数据。附图标记110表示用于供应电力到无线RFIC 188的射频产生单元。根据弗莱明法则，当无线RFIC 188中的感应线圈响应由射频产生单元110产生的波时，产生足够量的电，并且该足够量的电可以被供应到无线RFIC 188。

[0128] 根据本发明构思的另一实施例，薄膜阀控制装置还可以包括供应电力到无线RFIC188的太阳能电池189。

[0129] 根据本发明构思的另一实施例，薄膜阀控制装置还可以包括用于供应光能到薄膜阀器件100中的太阳能电池189的照明单元108。照明单元108可以包括灯或集成有多个高亮度LED的高亮度发光二极管(LED)模块。

[0130] 根据本发明构思的另一实施例，当薄膜阀器件100装载到薄膜阀控制装置100a上时，薄膜阀器件100的ID可以通过无线RFIC 188被无线地传输到中央控制单元101，使得中央控制单元101能够将当前装载的圆盘识别为薄膜阀器件。

[0131] 根据本发明构思的另一实施例，薄膜阀控制装置还可以包括输入/输出单元111。

[0132] 根据本发明构思的另一实施例，输入/输出器件111可以遵守通用串行总线(USB)、IEEE1394、ATAPI、SCSI、IDE或有线/无线互联网连接的通信标准。

[0133] 图18示出了光检测器99的实施例。如果光检测器99是透射式光检测器，则光检测器99可以在旋转主体100的参考孔98a经过光耦合器99a和99b之间时产生参考触发信号，并将参考触发信号提供到中央控制单元101。如果光检测器99是反射式光检测器，则当旋转主体100上的参考反射器98b经过光耦合器99a和99b上方时，光检测器99可以产生参考触发信号，并将该参考触发信号提供到中央控制单元101。仅当特定的薄膜阀对应于激光束产生装置100设置使得在主体100旋转时相应的薄膜阀被选择性地加热时，中央控制单元101可以与参考触发信号同步地开启激光束产生装置107。

[0134] 图19示出了滑块211的实施例，激光束产生装置107、永磁体5a和上/下移动控制元件103安装在滑块211上。滑块211的移动可以由涡轮连接单元109a和109a来控制，涡轮连接单元109a和109a连接到滑块马达109的轴(shaft)。滑块211能够利用滑动臂108a和108b作为引导(guide)而平稳地移动。滑动臂108a和108b可以通过螺钉110a、
110b、110c和110d耦接到薄膜阀控制装置100a的主体。附图标记100b表示柔性电缆，其能够通过与针座或束110a的连接而连接到中央控制单元101。附图标记181表示被主轴马达102旋转的转盘。

[0135] 图20示出了薄膜阀控制装置100a的实施例，用于控制如上所述的根据本发明构思的一个实施例的薄膜阀器件的薄膜阀的打开和关闭。附图标记300表示支撑薄膜阀控制装置100a的主体。电路板140(其形成薄膜阀控制装置100a的底部)结合到薄膜阀控制装置100a的主体300。用于控制薄膜阀控制装置1001的中央控制单元101、射频产生单元110、照明单元108以及输入/输出单元111可以布置在电路板140上。中央控制单元101可以控制主轴马达102以旋转或停止薄膜阀器件100，可以控制滑块马达109以空间地移动激光束产生装置107，并可以在薄膜阀位于方位角位置时控制激光束产生装置107以周期性地输出脉冲束，其中该方位角位置基于由方位角检测器99获得的参考触发信号而计算。

[0136] 根据本发明构思的另一实施例，中央控制单元101还可以包括声音合成元件，以根据装载在薄膜阀控制装置100a上的薄膜阀器件的类型而向用户提供用户指南和每个工艺的额外解释。附图标记104表示压缩装载在圆盘孔周围的薄膜阀器件100的压缩元件。压缩元件104可以被设计成对转盘181施加磁性吸引力的空闲转盘，使得薄膜阀器件100能够由于该磁性吸引力而被压缩，并允许薄膜阀器件100的垂直移动和空转。

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薄膜阀器件及其控制装置

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