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CN103157523A - 微流器件及其制造方法 - Google Patents

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CN103157523A
CN103157523A CN2012103890877A CN201210389087A CN103157523A CN 103157523 A CN103157523 A CN 103157523A CN 2012103890877 A CN2012103890877 A CN 2012103890877A CN 201210389087 A CN201210389087 A CN 201210389087A CN 103157523 A CN103157523 A CN 103157523A
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polymer film
microfluidic device
valve base
changing cell
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沈俊燮
朴珍星
郑元淙
金俊镐
南宫桷
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Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

本发明提供了微流器件及其制造方法。该微流器件包括：第一基板，其中形成有微流路径以及朝向微流路径突出的阀底座；第二基板，设置为面对第一基板，并且其中形成有对应于阀底座的空腔；以及聚合物膜，设置在第一基板与第二基板之间并包括结合到第一和第二基板的结合单元以及根据空腔的气动力而具有可变形状的可变单元，其中当气动力没有提供给可变单元时可变单元具有曲度并与阀底座间隔开。

Description

微流器件及其制造方法
技术领域
本公开涉及一种微流器件以及制造该微流器件的方法。
背景技术
与临床或环境相关的样品通过一系列生化、化学和机械过程来分析。生物诊断或样品监测的技术开发已经引起广泛的关注。基于核酸的分子诊断法近来表现出优异的准确性和灵敏度，因此，被广泛用于传染病或癌症诊断、药物基因组学（pharmacogenomics）以及新药研发。微流器件(microfluidicdevice)被广泛用于根据各种目的方便且准确地分析样品。在微流器件中，由于多个构件诸如样品注入孔、样品输出孔、微流路径和反应室形成在薄的基板中，所以可以关于单个样品方便地进行各种测试。因此，微流器件被用作各种类型的传感器、生物样品的扩增和诊断以及新药研发的平台。
微流器件还可以包括微型阀和泵，使得样品和反应物可以被准确地提供在微流器件中的期望位置处。微型阀设置在微流器件的微流路径中，例如可以通过在微流器件的微流路径中提供薄聚合物膜和阀底座（valve seat）而形成。在微型阀的这种结构中，当聚合物膜和阀底座彼此接触时微型阀通常关闭，因此样品不通过微流路径流动，而当聚合物膜和阀底座彼此不接触时微型阀被打开，因此样品通过微流路径流动。
然而，由于聚合物膜和阀底座经常彼此接触，所以聚合物膜可能随着时间推移而固定到阀底座。在此情形下，微型阀不能被正常地打开和关闭。
此外，如果玻璃基板应用到微流器件，则难以将聚合物膜结合到玻璃基板，且玻璃基板利用半导体工艺制造为微结构，这增加了制造成本。
发明内容
本发明提供了能够防止聚合物膜和阀底座固定到彼此的微流器件以及制造该微流器件的方法。
本发明提供了没有粘合剂的微流器件以及制造该微流器件的方法。
本发明提供了易于制造的微流器件以及制造该微流器件的方法。
额外的方面将在以下的描述中部分阐述，并将部分地从该描述而明显，或者可以通过实践给出的实施例而获知。
根据本发明的一个方面，一种微流器件包括：第一基板，其中形成有微流路径以及朝向微流路径突出的阀底座；第二基板，设置为面对第一基板，并且其中形成有对应于阀底座的空腔；以及聚合物膜，设置在第一基板与第二基板之间并包括结合到第一和第二基板的结合单元以及根据空腔的气动力具有可变形状的可变单元，其中当气动力没有提供给可变单元时可变单元具有曲度并与阀底座间隔开。
可变单元可以相对于阀底座为凸出形状。
可变单元可以在向可变单元提供气动力时接触阀底座。
第一基板和第二基板可以由聚合物材料形成。
聚合物材料可以包括从由聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、高密度聚乙烯（HDPE）、热塑弹性体（TPE）、弹性聚合物、含氟聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）、环烯烃共聚物（COC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）以及聚氨酯（PUR）构成的组中选择的至少一种材料。
第一基板、第二基板和聚合物膜可以由相同类型的聚合物材料形成。
第一基板、第二基板和聚合物膜中的至少两个可以由不同类型的聚合物材料形成。
第一基板的接触聚合物膜的表面、第二基板的接触聚合物膜的表面、聚合物膜的接触第一基板的表面和聚合物膜的接触第二基板的表面中的至少一个可以利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。
根据本发明的另一方面，一种微流器件包括：基板，其中形成有微流路径以及朝向微流路径突出的阀底座；以及聚合物膜，设置在基板的表面上并包括结合到基板的结合单元以及根据压力而具有可变形状的可变单元，其中可变单元具有曲度并在压力不提供到可变单元时与阀底座间隔开。
基板可以包括：第一子基板，其中形成有微流路径和朝向微流路径突出的第一阀底座；第二子基板，设置在第一子基板上并在其中形成有第一孔和第二孔，使得第二阀底座设置在对应于第一阀底座的区域中。
基板的表面可以是平坦的。
可变单元可以具有相对于阀底座的凸出形状。
可变单元可以在压力提供到可变单元时接触阀底座。
基板可以由聚合物材料形成。
基板的接触聚合物膜的表面和聚合物膜的接触基板的表面中的至少一个可以利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。
根据本发明的另一个方面，一种制造微流器件的方法包括：制备第一基板、第二基板和聚合物膜，该第一基板包括微流路径以及朝向微流路径突出的阀底座，第二基板包括对应于阀底座的空腔，聚合物膜设置在第一基板与第二基板之间；以及通过施加压力和热来结合第一基板、第二基板和聚合物膜，其中在结合中，聚合物膜的一部分被改性为具有曲度。
聚合物膜的一部分可以设置在空腔中。
聚合物膜的一部分可以为相对于阀底座的凸出形状。
第一基板和第二基板可以由聚合物材料形成。
该方法还可以包括：利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个对第一基板、第二基板和聚合物膜中的至少一个的表面进行表面处理。
根据本发明的另一个方面，一种制造微流器件的方法包括：制备具有平坦表面的基板、包括空腔的牺牲基板以及设置在基板与牺牲基板之间的聚合物膜；通过施加压力和热来结合基板、牺牲基板和聚合物膜，其中在结合中，聚合物膜的一部分被改性为具有曲度。
从阀底座至弯曲的聚合物膜的距离可以为10μm或更小。
附图说明
从以下结合附图对实施例的描述，这些和/或其他方面将变得明显并更易于理解，附图中：
图1示意地示出根据本发明实施例的微流器件的结构；
图2是示意地示出图1的微流器件的截面图，其中微型阀设置在微流路径中；
图3是根据本发明第一实施例的微流器件中形成的微流路径和微型阀的示范性平面投影图；
图4A是图3的微流器件的区域沿线A-A'截取的截面图；
图4B是图3的微流器件的区域沿线B-B'截取的截面图；
图5A、5B和5C是微型阀打开和关闭的截面图；
图6A是根据本发明第二实施例的微流器件中形成的微流路径和微型阀的示范性平面投影图；
图6B是根据本发明另一实施例的微型阀的截面图；
图6C是图6B的微型阀关闭的截面图；
图7A是根据本发明第三实施例的微流器件中形成的微流路径的区域的示范性平面投影区；
图7B是图7A的微流路径的区域沿线C-C'截取的截面图；
图7C是图7A的微流路径的区域沿线D-D'截取的截面图；
图8A、8B和8C是示出制造根据本发明第一实施例的微流器件的方法的截面图；
图9A、9B和9C是示出制造根据本发明第二实施例的微流器件的方法的截面图；
图10A、10B和10C是示出制造根据本发明第三实施例的微流器件的方法的截面图；
图11A、11B和11C是示出根据本发明实施例同时制造微流器件的微型阀和微型腔的方法的截面图；以及
图12A和12B是根据本发明实施例的实验结果的曲线图，示出当利用紫外（UV）光表面处理的聚丙烯（PP）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）以热熔的方式结合到彼此时的结合强度。
具体实施方式
现在将详细参照实施例，实施例的示例在附图中示出，其中相似的附图标记始终指代相似的元件。就此而言，本发明的实施例可以具有不同的形式，而不应被解释为限于这里阐述的描述。因而，以下通过参照附图仅描述了实施例，用于解释本说明书的方面。如这里所用的，术语“和/或”包括一个或多个所列相关项目的任何及所有组合。诸如“...中的至少一个”的表述，当在元件列表之前时，修饰元件的整个列表，而不修改该列表的单个元件。
图1示意地示出根据本发明实施例的微流器件100的结构。参照图1，微流器件100可以例如在薄且透明的基板中包括：多个孔150，用于输入/输出样品或空气；多个反应室140，其中发生样品的化学/生物反应；多个微流路径160，样品沿其流动；以及多个微型阀170，用于准确地控制样品朝向期望位置的流动。为了示出的方便，在图1中示出了一个室140、一个孔150、一个微流路径160和一个微型阀170。图1中的微流器件100的室140、孔150、微流路径160和微型阀170的位置仅是示范性的，其数目和位置可以根据微流器件100的用途和设计者的选择来确定。
微型阀170可以形成在微流路径160中并阻挡或允许样品或空气在微流路径160中流动。微流路径160可以以凹入凹槽的形状形成在第一基板110中。微型阀170可以由弹性薄膜形成。图2是示意地示出图1的微流器件100的截面图，其中微型阀170设置在微流路径160中。参照图2，微流器件100可以包括第一基板110、第二基板120以及设置在第一基板110与第二基板120之间的薄聚合物膜130。多个第一孔150a可以设置在第一基板110中。多个第二孔150b可以设置在第二基板120中。第一孔150a可以是流体孔，用于提供流体，如样品。第二孔150b可以是气动孔，用于提供推动聚合物膜130的气动力。尽管在图2中仅示出第一孔150a和第二孔150b，但是室140、微流路径160和微型阀170可以分别形成在第二基板120和第一基板110的相对表面中。
第一基板110、第二基板120和薄聚合物膜130可以由聚合物材料形成。例如，第一基板110、第二基板120和薄聚合物膜130可以由聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、高密度聚乙烯（HDPE）、热塑弹性体（TPE）、弹性聚合物、含氟聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）、环烯烃共聚物（COC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）以及聚氨酯（polyurethane:PUR）形成。第一基板110、第二基板120和薄聚合物膜130可以由相同类型的聚合物材料形成，也可以由不同类型的聚合物材料形成。例如，第二基板120和薄聚合物膜130可以由相同类型的聚合物材料形成，第一基板110可以由与第二基板120和薄聚合物膜130不同类型的聚合物材料形成。第一基板110的接触聚合物膜130的表面、第二基板120的接触聚合物膜130的表面、聚合物膜130的接触第一基板110的表面以及聚合物膜130的接触第二基板120的表面中的至少一个表面可以利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。
图3是形成在根据本发明第一实施例的微流器件100中的微流路径160和微型阀170的示范性平面投影图。微流路径160和微型阀170由虚线示出。参照图3，阀底座112跨过微流路径160形成。微流路径160在形成阀底座112的部分中的宽度可以比在它的其他部分的宽度更大以有利于微型阀170的操作。例如，微流路径160和阀底座112可以形成在第一基板110中。微流路径160可以在第一基板110中形成为通过阀底座112间隔的凹槽形状。阀底座112的顶表面可以被平坦化，从而最小化用于防止在微型阀170关闭时样品泄露所需要的阀关断压力。
微流器件100包括与第一基板110间隔开的第二基板120。空腔122可以形成在第二基板120的对应于阀底座112的区域中。尽管在图3中没有明确地示出，但是聚合物膜130设置在空腔122下面。空腔122是提供气动力的地方从而在微型阀170关闭时以足够的力朝向阀底座112推聚合物膜130。
图3的微流器件100的结构在图4A和4B的截面图中更详细地示出。图4A是图3的微流器件100的区域沿线A-A'截取的截面图。图4B是图3的微流器件100的区域沿线B-B'截取的截面图。
参照图4A，微流路径160以及朝向微流路径160突出的阀底座112形成在第一基板110中。微流路径160可以以凹入凹槽的形状形成在第一基板110中。通过蚀刻第二基板120的内表面，空腔122形成在面对第一基板110的第二基板120中，并对应于阀底座112。尽管没有示出，形成在第一基板110中的微流路径160可以连接到形成在第一基板110中的第一孔150a，使得样品可以被输入到微流路径160以及从微流路径160输出。形成在第二基板120中的空腔122可以连接到形成在第二基板120中的第二孔150b，使得用于控制聚合物膜130的空气可以被输入到空腔122以及从空腔122输出。
聚合物膜130设置在第一基板110与第二基板120之间，并使空腔122和阀底座112彼此分离。例如，在图4A的微型阀170的区域中，聚合物膜130可以包括结合到第二基板120的内表面的结合单元132以及用于将空腔122和阀底座112彼此分离并具有可变形状的可变单元134。然而，由微流器件100的整个结构看来，聚合物膜130可以结合到第一基板110和第二基板120的两个相对的内表面，如图2所示。
聚合物膜130的可变单元134具有当气动力提供到空腔122时与阀底座112间隔开的弯曲。例如，可变单元134可以相对于阀底座112处于凸出形状。因此，当气动力提供到空腔122时，阀底座112的顶表面不接触聚合物膜130，在阀底座112与聚合物膜130之间存在空间。因此，尽管微流器件100长时间不使用，但聚合物膜130不固定到阀底座112。
参照图4B，阀底座112形成在第一基板110中。空腔122对应于阀底座112形成在第二基板120中。聚合物膜130的结合单元132结合到第一基板110和第二基板120。聚合物膜130的可变单元134处于朝向空腔122的凸起形状，因此可变单元134与阀底座112之间的距离朝向可变单元134的中央部分增大。
图5A至5C是微型阀170被打开和关闭的截面图。例如，图5A是微型阀170在与如图4A所示相同的方向上被打开的示意截面图。图5B是微型阀170在与如图4A所示相同的方向上被关闭的示意截面图。图5C是微型阀170在与如图4B所示相同的方向上被关闭的示意截面图。
参照图5A，由于聚合物膜130具有关于阀底座112的凸曲度，阀底座112的顶表面通常不接触聚合物膜130。就此而言，微型阀170为常开型，其中微型阀170通常处于打开状态。因此，例如通过第一孔150a提供到微流路径160的流体190可以流经微型阀170。
当微型阀170要被关闭时，如图5B和5C所示，气动力可以通过第二孔150b提供到空腔122。然后，空腔122下面的聚合物膜130被气动力朝向阀底座112推动。如果提供气动力足的够强度，则聚合物膜130被紧密地附着到阀底座112，使得聚合物膜130与阀底座112之间的间隙被完全地填充。然后，微流路径160内的流体190被微型阀170阻挡，因此不再流动。就此而言，气动力的气动力的足够强度可以依据各种因素来确定，诸如聚合物膜130的材料、可变单元134与阀底座112之间的距离、微流路径160的宽度和高度、阀底座112和聚合物膜130的表面条件和几何形状。阀底座112的顶表面可以被平坦化从而最小化该足够强度的气动力。同时，如参照图4B所示，可变单元134在沿线B-B'截取的截面图中具有关于阀底座112的凸出形状。因此，如果足够强度的气动力被提供到空腔，如图5C所示，可变单元134的底表面和阀底座112可以紧密地附着到彼此。
上述微型阀通过气动力打开和关闭。然而，微型阀可以通过橡胶打开和关闭。图6A是形成在根据本发明第二实施例的微流器件中的微流路径260和微型阀270的示范性平面投影图。微流路径260和微型阀270由虚线示出。图6B是图6A的微流器件的区域沿线A-A'截取的截面图。图6C是图6B的微型阀270被关闭的截面图。
微型阀270可以包括：第三基板210，其中形成微流路径260以及朝向微流路径260突出的阀底座240；和聚合物膜230，设置在第三基板210上并且打开和关闭微流路径260。微流路径260可以包括：第一子微流路径262，由阀底座240间隔开；第二子微流路径264，连接到第一子微流路径262并接触阀底座240的侧表面；以及第三子微流路径266，连接到第二子微流路径264并设置在阀底座240的顶部中。阀底座240的顶表面可以被平坦化从而最小化用于当微型阀270关闭时防止样品泄露所要的阀关断压力。
第三基板210可以通过耦合第一子基板212和第二子基板214而形成。阀底座240可以通过耦合由第一子基板212形成的第一子阀底座212a和由第二子基板214形成的第二子阀底座214a而形成。例如，微流路径262可以以通过第一子阀底座212a间隔开的凹入凹槽形状形成在第一子基板212的内表面中。第二子阀底座214a通过由第二子基板214彼此间隔开的第三和第四孔264形成。第三和第四孔264是微流路径260的部分，样品从其流过。就此而言，第一和第二子基板212和214可以由相同类型的聚合物材料形成。
聚合物膜230结合到第三基板210的顶表面并控制流体的流动。例如，聚合物膜230可以包括结合到第三基板210的顶表面的结合单元232以及可接触阀底座240并具有可变形状的可变单元234。聚合物膜230的可变单元234具有曲度并与阀底座240间隔开。例如，可变单元234可以为关于阀底座240的凸出形状。
第三基板210和聚合物膜230可以由聚合物材料形成。例如，第三基板210和聚合物膜230可以由聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、高密度聚乙烯（HDPE）、热塑弹性体（TPE）、弹性聚合物、含氟聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）、环烯烃共聚物（COC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）以及聚氨酯（PUR）形成。第三基板210和聚合物膜230可以由相同类型的聚合物材料形成，也可以由不同类型的聚合物材料形成。第三基板210的接触聚合物膜230的表面和聚合物膜230的接触第三基板210的表面中的至少一个可以利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。
聚合物膜230关于阀底座240处于凸出形状，使得阀底座240的顶表面不接触聚合物膜230，并且在阀底座240和聚合物膜230之间存在空间。因此，尽管微流器件长时间不使用，但聚合物膜230不固定到阀底座240。因此，由于阀底座270通常处于打开状态，所以，例如提供到微流路径260的流体可以流经微型阀270。
当微型阀270要被关闭时，压力利用橡胶280朝向阀底座240施加到聚合物膜230。于是，聚合物膜230的可变单元234的曲度根据该压力而朝向阀底座240改变。如果提供足够强度的压力，则可变单元234紧密地附着到阀底座240，使得可变单元234与阀底座240之间的间隙被完全地填充。然后，微流路径260内的流体被微型阀270阻挡，从而不再流动。就此而言，足够强度的压力可以依据各种因素来确定，诸如聚合物膜230的材料、可变单元234与阀底座240之间的距离、微流路径260的宽度和高度、阀底座240和聚合物膜230的表面条件和几何形状。
根据本发明实施例的微型阀170和270非常有利于作为常开类型。首先，需要涂覆阀底座112和240的表面使得阀底座112和240不结合到聚合物膜130和230，导致制造微流器件的复杂工艺。此外，如果聚合物膜130和230以及阀底座112和240通常彼此接触，并且如果它们之间这样的接触增加，则由于化学或物理反应聚合物膜130和230与阀底座112和240可能不会彼此分离。因此，尽管微流器件长时间不使用，仍需要用于将聚合物膜130和230与阀底座112和240彼此分离的初始工作。然而，在上述微流器件中，由于聚合物膜130和230与阀底座112和240通常不彼此接触，所以不需要这样的初始工作。因此，流体在微流器件内的流动可以被更有效且可靠地控制。
上述聚合物膜130和230可以应用到微型阀170以及微流路径160。图7A是根据本发明第三实施例的微流器件中形成的微流路径320的区域的示范性平面投影图。微流路径320由虚线示出。图7B是图7A的微流路径320的区域沿线C-C'截取的截面图。图7C是图7A的微流路径320的区域沿线D-D'截取的截面图。
参照图7A至7C，微流器件可以包括第四基板310以及设置在第四基板310上并形成微流路径320的聚合物膜330。用于输入和输出样品的第三孔340可以形成在第四基板310中。凹入凹槽可以朝向第四基板310内形成。第四基板310的表面可以是平坦的。
聚合物膜330设置在第四基板310上并形成微流路径320。例如，如图7B所示，聚合物膜330可以包括结合到第四基板310的顶表面的结合单元332以及与第四基板310间隔开并形成微流路径320的流动路径单元334。聚合物膜330的流动路径单元334可以相对于第四基板310处于凸出形状。从流动路径单元334的中央到第四基板310的距离可以为10μm或更小。
聚合物膜330为相对于第四基板310的凸出形状，因此第四基板310可以不被蚀刻为形成第四基板310中的凹槽。微流路径320通过聚合物膜330的弯曲形成而不是通过蚀刻第四基板310形成，从而形成较小的微流路径。
现在将描述利用聚合物膜330来制造上述微流器件的方法。图8A至8C是示出制造根据本发明第一实施例的微流器件的方法的截面图。
参照图8A，制备第一基板110，第一基板110包括微流路径162a和162b以及朝向微流路径162a和162b突出的阀底座112。第一基板110可以由聚合物材料形成，但是本发明不限于此，第一基板110可以由多种材料形成。而且，可以进行用于平坦化阀底座112的顶表面的工艺从而将阀底座112紧密地附着到聚合物膜130，这将在后面详细地描述。例如，通过使阀底座112的顶表面和不与到第一基板110的材料结合的平坦基板（未示出）接触并向其施加热，阀底座112的顶表面被平坦化。接着，制备包括空腔122的第二基板120。像第一基板110一样，第二基板120也可以由聚合物材料形成。
参照图8B，聚合物膜130设置在第一基板110与第二基板120之间。就此而言，聚合物膜130可以由柔性聚合物材料形成。尽管在本实施例中在制备第一基板110和第二基板120之后聚合物膜130设置在第一基板110与第二基板120之间，但是本发明不限于此。第一基板110、聚合物膜130和第二基板120可以依次地制备以及相反地制备。
接着，参照图8C，第一基板110、聚合物膜130和第二基板120通过向其施加热和压力而结合到彼此。例如，如果第一基板110、第二基板120和聚合物膜130由相同的聚合物材料形成，则第一基板110、第二基板120和聚合物膜130通过将温度增大至聚合物的玻璃转变温度Tg而根据聚合物交联来结合到彼此。
然而，如果第一和第二基板110和120以及聚合物膜130由不同的聚合物材料形成，聚合物之间的玻璃转变温度Tg不同。在此情形下，在第一基板110、第二基板120和聚合物膜130结合到彼此之前，它们的表面可以利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。表面处理的第一基板110、第二基板120和聚合物膜130彼此结合。例如，第一基板110的接触聚合物膜130的表面、第二基板120的接触聚合物膜130的表面、聚合物膜130的接触第一基板110的表面以及聚合物膜130的接触第二基板120的表面中的至少一个可以利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。在此情形下，表面能增大，因此，被表面处理的第一基板110和聚合物膜130以及第二基板120和聚合物膜130在比初始玻璃转变温度Tg低的温度结合到彼此。因此，利用表面处理方法，具有不同的玻璃转变温度Tg的不同类型的聚合物可以在比初始玻璃转变温度Tg低的温度结合到彼此。
此外，尽管第一基板110、第二基板120和聚合物膜130由相同的聚合物材料形成，但是第一基板110、第二基板120和聚合物膜130可以利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。这样的表面处理可以包括将第一基板110、第二基板120和聚合物膜130的表面中的至少一个暴露到等离子体、紫外线、活性氧和/或紫外-臭氧（UVO）。因而，被暴露的表面的材料可以具有低的玻璃转变温度Tg。在此情形下，第一基板110、第二基板120和聚合物膜130可以在比初始玻璃转变温度Tg低的温度结合到彼此，同时可以使它们的改性最小化。
同时，在将第一基板110、第二基板120和聚合物膜130结合到彼此的工艺期间，聚合物膜130的设置在空腔122中的部分被改性为朝向具有相对小的压力的空腔122弯曲的曲度。此外，如果第一基板110、第二基板120和聚合物膜130在比初始玻璃转变温度低的温度结合到彼此，则阀底座112的热改性被最小化。因而，聚合物膜130相对于阀底座112以凸出形状被结合，因此与阀底座112间隔开，微流路径164形成在阀底座112与聚合物膜130之间。如上所述，微流器件通过利用热和压力将第一基板110、第二基板120和聚合物膜130结合到彼此来制造而不使用粘合剂，因此微流器件可以具有广泛的生化或医学设备应用，所述生化或医学设备使用对粘合剂敏感的反应物。
图9A至9C是示出制造根据本发明第二实施例的微流器件的方法的截面图。
参照图9A，制备第一子基板212，该第一子基板212包括第一子微流路径262以及从第一子微流路径262突出的第一子阀底座212a，在第一子基板212上制备第二子基板214，该第二子基板214包括通过第二子阀底座214a彼此间隔开的多个孔，在第二子基板214上制备聚合物膜230。包括空腔420的第一牺牲基板400制备在聚合物膜230上。第一和第二子基板212和214可以由相同类型的聚合物材料形成。同时，可以进行平坦化第一子阀底座212a的顶表面的工艺从而将第一子阀底座212a精确地附着到第二子阀底座214a。例如，通过使第二子阀底座214a的顶表面和不与第二子阀底座214a的材料结合的平坦基板（未示出）接触并向其施加热和压力，第二子阀底座214a的顶表面被平坦化。
聚合物膜230可以是与第二子基板214的材料相同或不同的聚合物材料。或者，第二子基板214和聚合物膜230中的至少一个可以利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。例如，第二子基板214的接触聚合物膜230的表面和聚合物膜230的接触第二子基板214的表面可以被表面处理。
同时，第一牺牲基板400可以由不结合到聚合物的玻璃形成或者由聚合物材料形成。如果第一牺牲基板400由聚合物材料形成，则第一牺牲基板400和聚合物膜230可以由不同的聚合物材料形成。例如，第一牺牲基板400可以由具有比聚合物膜230高的玻璃转变温度的聚合物材料形成。
如图9B所示，压力施加到第一牺牲基板400，热朝向第一子基板212施加到第一牺牲基板400。也就是，第一和第二子基板212和214以及聚合物膜230被热熔合。例如，如果第一和第二子基板212和214以及聚合物膜230由相同的聚合物材料形成，通过增大温度至玻璃转变温度Tg，第一和第二子基板212和214以及聚合物膜230根据聚合物交联而结合到彼此。
此外，如果第二子基板214和聚合物膜230由不同的聚合物材料形成，则第二子基板214和聚合物膜230的表面可以在第二子基板214和聚合物膜230结合到彼此之前利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。然后，被表面处理的第二子基板214和聚合物膜230结合到彼此。例如，第二子基板214的接触聚合物膜230的表面和聚合物膜230的接触第二子基板214的表面可以利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。在此情形下，表面能增加，因此被表面处理的第二子基板214和聚合物膜230在比玻璃转变温度Tg低的温度结合到彼此。
此外，尽管第一和第二子基板212和214以及聚合物膜230由相同的聚合物材料形成，第一和第二子基板212和214以及聚合物膜230可以利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。在此情形下，第一和第二子基板212和214以及聚合物膜230在比玻璃转变温度Tg低的温度结合到彼此，同时使它们的改性可以被最小化。
同时，在将第二子基板214和聚合物膜230彼此结合的工艺期间，聚合物膜230的设置在第一牺牲基板400的空腔420中的部分被改性为具有朝向具有相对小的压力的空腔420弯曲的曲度。因而，在空腔420中聚合物膜230相对于阀底座240以凸出的形状结合，因此聚合物膜230和第二子基板214整体地形成第三子微流路径266。第三子微流路径266通过结合第二子基板214和聚合物膜230而形成，从而形成比通过在第二子基板214中形成凹槽而形成的流体流动路径更小的流体流动路径。
另外，第一牺牲基板400由不结合到聚合物的材料形成或者由具有比聚合物膜230高的玻璃转变温度的聚合物材料形成，因此聚合物膜230和第一牺牲基板400不结合到彼此。因此，如图9C所示，第一牺牲基板400利用聚合物膜230去除。
图10A至10C是示出制造根据本发明第三实施例的微流器件的方法的截面图。
参照图10A，制备具有平坦表面的第四基板310、设置在第四基板310上的聚合物膜330以及设置在聚合物膜330上包括空腔520的第二牺牲基板500。第四基板310和聚合物膜330可以由聚合物材料形成。例如，第四基板310和聚合物膜330可以由相同的聚合物材料或不同的聚合物材料形成。或者，第四基板310和聚合物膜330中的至少一个可以利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。例如，第四基板310的接触聚合物膜330的表面和聚合物膜330的接触第四基板310的表面可以利用外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。第二牺牲基板500可以由不结合到聚合物的玻璃形成或者由聚合物材料形成。如果第二牺牲基板500由聚合物材料形成，则第二牺牲基板500和聚合物膜330可以由不同的聚合物材料形成。例如，第二牺牲基板500可以由具有比聚合物膜330高的玻璃转变温度的聚合物材料形成。
如图10B所示，压力施加到第四基板310和第二牺牲基板500，热朝向聚合物膜330施加到第二牺牲基板500。例如，如果第四基板310和聚合物膜330由相同的聚合物材料形成，则通过增大温度至玻璃转变温度Tg，第四基板310和聚合物膜330根据聚合物交联而结合到彼此。
此外，如果第四基板310和聚合物膜330由不同的聚合物材料形成，第四基板310和聚合物膜330的表面可以在第四基板310和聚合物膜330结合到彼此之前利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。然后，被表面处理的第四基板310和聚合物膜330被结合到彼此。例如，第四基板310的接触聚合物膜330的表面和聚合物膜330的接触第四基板310的表面可以利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。在此情形下，表面能增大，因此被表面处理的第四基板310和聚合物膜330在比玻璃转变温度Tg低的温度结合到彼此。此外，尽管第四基板310和聚合物膜330由相同的聚合物材料形成，第四基板310和聚合物膜330可以利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。在此情形下，第四基板310和聚合物膜330在比玻璃转变温度Tg低的温度结合到彼此，同时使它们的改性可以被最小化。
同时，在将第四基板310和聚合物膜330结合到彼此的工艺期间，聚合物膜330的设置在第二牺牲基板500的空腔520中的部分被改性为具有朝向具有相对小的压力的空腔520弯曲的曲度。由聚合物材料形成的第四基板310略微朝向空腔520弯曲。因而，在空腔520中聚合物膜330以相对于第四基板310的凸出形状结合，因此聚合物膜330和第四基板310整体地形成微流路径320。微流路径320通过结合第四基板310和聚合物膜330而形成，从而形成比通过在第四基板310中形成凹槽而形成的流体流动路径更小的流体流动路径。
此外，第二牺牲基板500由不结合到聚合物的材料形成或由具有比聚合物膜330高的玻璃转变温度的聚合物材料形成，因此聚合物膜330和第二牺牲基板500不结合到彼此。因此，如图10C所示，第二牺牲基板500利用聚合物膜330去除。
此外，由聚合物材料形成的聚合物膜和基板可以用于同时制造微流器件的各个元件。
图11A至11C是示出根据本发明实施例同时制造微流器件的微型阀和微型腔的方法的截面图。参照图11A，制备第五基板600、聚合物膜700和第三牺牲基板800，第五基板600包括彼此间隔开的多个第一至第三凹槽620a、620b和620c，聚合物膜700设置在第五基板600上，第三牺牲基板800设置在聚合物膜700上并包括空腔820。尽管第一至第三凹槽620a、620b和620c在图11A中彼此分离，但是第二和第三凹槽620b和620c可以通过另一凹槽连接到彼此。第五基板600和聚合物膜700可以由聚合物材料形成。例如，第五基板600和聚合物膜700可以由相同的聚合物材料或不同的聚合物材料形成。或者，第五基板600和聚合物膜700中的至少一个可以利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。例如，第五基板600的接触聚合物膜700的表面和聚合物膜700的接触第五基板600的表面可以利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。第三牺牲基板800可以由不结合到聚合物的玻璃形成或者由聚合物材料形成。如果第三牺牲基板800由聚合物材料形成，则第三牺牲基板800和聚合物膜700可以由不同的聚合物材料形成。例如，第三牺牲基板800可以由具有比聚合物膜700高的玻璃转变温度的聚合物材料形成。
如图11B所示，压力施加到第五基板600和第三牺牲基板800，热朝向聚合物膜700施加到第三牺牲基板800。例如，如果第五基板600和聚合物膜700由相同的聚合物材料形成，则通过增加温度至玻璃转变温度Tg，第五基板600和聚合物膜700根据聚合物交联结合到彼此。此外，如果第五基板600和聚合物膜700由不同的聚合物材料形成，则第五基板600和聚合物膜700的表面可以在第五基板600和聚合物膜700结合到彼此之前利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。然后，被表面处理的第五基板600和聚合物膜700结合到彼此。例如，第五基板600的接触聚合物膜700的表面和聚合物膜700的接触第五基板600的表面可以利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。在此情形下，表面能增加，因此被表面处理的第五基板600和聚合物膜700在比玻璃转变温度Tg低的温度结合到彼此。此外，尽管第五基板600和聚合物膜700由相同的聚合物材料形成，但是第五基板600和聚合物膜700可以利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个来表面处理。在此情形下，第五基板600和聚合物膜700在比玻璃转变温度Tg低的温度结合到彼此，同时使它们的改性可以被最小化。
同时，聚合物膜700的设置在第三牺牲基板800的空腔820中的弹性膜720被改性为具有朝向具有相对低的压力的空腔820弯曲的曲度。因此，第五基板600的对应于空腔820的表面640b与聚合物膜700间隔开。
此外，第三牺牲基板800由不结合到聚合物的材料形成或由具有比聚合物膜700高的玻璃转变温度的聚合物材料形成，因此聚合物膜700和第三牺牲基板800不结合到彼此。因此，如图11C所示，第三牺牲基板800利用聚合物膜700去除。然后，在第五基板600中，两个凹槽620a和620b以及聚合物膜700形成微型阀A，另一个凹槽620c和聚合物膜700形成微型室B。经过微型阀A的样品可以通过微流路径（未示出）输出到微型室B中。
如上所述，如果通过以热熔合方式结合由聚合物材料形成的聚合物膜和基板来制造微流器件，则微流器件的元件可以更容易地制造。微流器件的元件还可以通过一个制造工艺跟更容易地制造。
图12A和12B是根据本发明实施例的实验结果的曲线图，示出当利用紫外（UV）光表面处理的聚丙烯（PP）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）以热熔合方式结合到彼此时的结合强度。
参照图12A，曲线图示出，结合温度越高，结合强度越大。此外，参照图12B，曲线图示出利用UV光的表面处理时间越长，结合强度越大。基于该结果，利用优化的结合温度和表面处理时间来进行结合，从而最小化由于热熔引起的变性并实现大的结合强度。
上述微流器件的微型阀通常与阀底座间隔开，由于接触阀底座的聚合物膜具有曲度，从而防止聚合物膜和阀底座固定到彼此。因此，可以保证微型阀的操作的可靠性和再现性。微流路径可以利用聚合物膜形成，从而制造小尺寸的微流路径。
没有使用粘合剂，不需要像涂覆基板那样的昂贵的处理，从而以低的成本制造执行各种功能以控制微流的聚合物微流器件。
此外，微流器件的各个元件可以被同时制造。
应当理解，这里描述的示范性实施例应当仅以描述性的含义来理解而不是为了限制的目的。在每个实施例内的特征或方面的描述应当通常被认为可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。
本申请要求于2012年4月12日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2012-37699以及2011年12月15日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2011-0135774的优先权，其公开内容通过引用整体结合于此。

Claims (22)

1.一种微流器件，包括：
第一基板，其中形成有微流路径以及朝向所述微流路径突出的阀底座；
第二基板，设置为面对所述第一基板，并且其中形成有对应于所述阀底座的空腔；以及
聚合物膜，设置在所述第一基板与所述第二基板之间并包括结合到所述第一基板和第二基板的结合单元以及根据所述空腔的气动力而具有可变形状的可变单元，
其中当所述气动力没有提供给所述可变单元时所述可变单元具有曲度并与所述阀底座间隔开。
2.如权利要求1所述的微流器件，其中所述可变单元相对于所述阀底座为凸出形状。
3.如权利要求1所述的微流器件，其中当所述气动力提供给所述可变单元时所述可变单元接触所述阀底座。
4.如权利要求1所述的微流器件，其中所述第一基板和所述第二基板由聚合物材料形成。
5.如权利要求4所述的微流器件，其中所述聚合物材料包括从由聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、高密度聚乙烯（HDPE）、热塑弹性体（TPE）、弹性聚合物、含氟聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）、环烯烃共聚物（COC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）以及聚氨酯（PUR）构成的组中选择的至少一种材料。
6.如权利要求4所述的微流器件，其中所述第一基板、所述第二基板和所述聚合物膜由相同类型的聚合物材料形成。
7.如权利要求4所述的微流器件，其中第一基板、第二基板和聚合物膜中的至少两个由不同类型的聚合物材料形成。
8.如权利要求1所述的微流器件，其中所述第一基板的接触所述聚合物膜的表面、所述第二基板的接触所述聚合物膜的表面、所述聚合物膜的接触所述第一基板的表面和所述聚合物膜的接触所述第二基板的表面中的至少一个利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个进行表面处理。
9.一种微流器件，包括：
基板，其中形成有微流路径以及朝向所述微流路径突出的阀底座；以及
聚合物膜，设置在所述基板的表面上并包括结合到所述基板的结合单元以及根据压力而具有可变形状的可变单元，
其中所述可变单元具有曲度并在所述压力不提供到所述可变单元时与所述阀底座间隔开。
10.如权利要求9所述的微流器件，其中所述基板包括：
第一子基板，其中形成有微流路径和朝向所述微流路径突出的第一阀底座；
第二子基板，设置在所述第一子基板上并在其中形成有第一孔和第二孔，使得第二阀底座设置在对应于所述第一阀底座的区域中。
11.如权利要求9所述的微流器件，其中所述基板的表面是平坦的。
12.如权利要求9所述的微流器件，其中所述可变单元相对于所述阀底座具有凸出形状。
13.如权利要求9所述的微流器件，其中所述可变单元在压力提供到所述可变单元时接触所述阀底座。
14.如权利要求9所述的微流器件，其中所述基板由聚合物材料形成。
15.如权利要求9所述的微流器件，其中所述基板的接触所述聚合物膜的表面和所述聚合物膜的接触所述基板的表面中的至少一个利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个进行表面处理。
16.一种制造微流器件的方法，该方法包括：
制备第一基板、第二基板和聚合物膜，该第一基板包括微流路径以及朝向所述微流路径突出的阀底座，所述第二基板包括对应于所述阀底座的空腔，所述聚合物膜设置在所述第一基板与所述第二基板之间；以及
通过施加压力和热来结合所述第一基板、所述第二基板和所述聚合物膜，
其中在所述结合中，所述聚合物膜的一部分被改性为具有曲度。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述聚合物膜的该部分设置在所述空腔中。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述聚合物膜的该部分相对于所述阀底座为凸出形状。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述第一基板和所述第二基板由聚合物材料形成。
20.如权利要求16所述的方法，还包括：利用紫外（UV）光、臭氧、等离子体和电晕处理中的至少一个对所述第一基板、所述第二基板和所述聚合物膜中的至少一个的表面进行表面处理。
21.一种制造微流器件的方法，该方法包括：
制备具有平坦表面的基板、包括空腔的牺牲基板以及设置在所述基板与所述牺牲基板之间的聚合物膜；以及
通过施加压力和热来结合所述基板、所述牺牲基板和所述聚合物膜，
其中在所述结合中，所述聚合物膜的一部分被改性为具有曲度。
22.如权利要求21所述的方法，其中从所述阀底座至弯曲的聚合物膜的距离为10μm或更小。
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