專利名稱：利用電流體動力學技術(shù)的流體旋轉(zhuǎn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體旋轉(zhuǎn)裝置。特別是，本發(fā)明涉及一種通過將微電機系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)應(yīng)用于電流體動力學(EHD)技術(shù)而實現(xiàn)的微流體旋轉(zhuǎn)裝置。
背景技術(shù)：
微電機系統(tǒng)(MEMS)涉及一種利用半導(dǎo)體加工方法對微電機結(jié)構(gòu)進行加工的技術(shù)，或者涉及這樣獲得的加工產(chǎn)品。利用MEMS技術(shù)，可以設(shè)計出具有小于微米(μm)數(shù)量級的微觀結(jié)構(gòu)的機器和器件。因此，MEMS技術(shù)因其在范圍很廣的工業(yè)中的創(chuàng)新前景而作為戰(zhàn)略性工業(yè)受到全世界的支持，所述范圍很廣的工業(yè)如電子學、機械、醫(yī)學和國防工業(yè)。
當MEMS技術(shù)與電流體動力學(EHD)技術(shù)相結(jié)合時，可以實現(xiàn)微型尺寸的流體旋轉(zhuǎn)裝置。一般來說，EHD技術(shù)能夠使電介質(zhì)液體(例如，極性流體，該極性流體如鹽水)移動，而不需要動力部分。在制造的情況下，利用EHD技術(shù)，可以從電介質(zhì)液體中的電場和加載到環(huán)境的電場獲得用于移動電介質(zhì)液體的泵或液體旋轉(zhuǎn)裝置，壓力差是移動電介質(zhì)液體的原動力。采用MEMS加工和EHD技術(shù)的流體旋轉(zhuǎn)裝置獲得很長的使用壽命，因為其不需要用于移動電介質(zhì)液體的動力部分，并且甚至可在非常小的樣品體積上工作。因此，人們正在積極地研究這種流體旋轉(zhuǎn)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種流體旋轉(zhuǎn)裝置，該裝置通過將微電機系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)與電流體動力學(EHD)技術(shù)相結(jié)合而實現(xiàn)，能夠使生物學細胞級別上的非常小的樣品體積中的微小粒子離心分離而不會對粒子造成任何損害，并提供很長的使用壽命。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種流體旋轉(zhuǎn)裝置，包括基礎(chǔ)層，該基礎(chǔ)層包括用于將極性流體吸入其中的空間；安裝在該空間中的多個第一和第二電極；密封該空間的蓋，所述蓋包括向該空間供應(yīng)極性流體的入口和將該空間中容納的極性流體排出的出口；安裝在該蓋上的第三電極；以及向第一至第三電極提供電功率的功率器件。
下面描述本發(fā)明的優(yōu)選方面。
第一至第三電極呈板形，并徑向排列，從而不會彼此重疊。
功率器件提供具有不同相位的三相交流(AC)電源。
基礎(chǔ)層由硅制成。
本發(fā)明的另一個方面提供一種流體旋轉(zhuǎn)裝置，包括基礎(chǔ)層，該基礎(chǔ)層包括用于將極性流體吸入其中的空間；置于該空間中的多個第一至第三電極；密封該空間的蓋，所述蓋包括向該空間供應(yīng)極性流體的入口和將該空間中容納的極性流體排出的出口；以及向第一至第三電極提供電功率的功率器件。
在該實施例中，第一至第三電極以及基礎(chǔ)層的結(jié)構(gòu)可與第一實施例中的結(jié)構(gòu)相同。
根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的流體旋轉(zhuǎn)裝置包括基礎(chǔ)層；安裝到該基礎(chǔ)層的多個第一至第三電極；置于該基礎(chǔ)層之上的蓋，所述蓋包括將極性流體吸入其中的空間，向該空間供應(yīng)極性流體的入口和將該空間中容納的極性流體排出的出口；以及向第一至第三電極提供電功率的功率器件。
根據(jù)如上所述的本發(fā)明的一些方面和實施例，由于本發(fā)明沒有用于旋轉(zhuǎn)極性流體的動力結(jié)構(gòu)從而延長了該裝置的使用壽命。并且，當該流體旋轉(zhuǎn)裝置用作離心機時，可以將細胞等級的少量樣品中的微小粒子離心分離而不會對其造成損害。此外，通過將專用的送水管與入口和出口相連，可以將根據(jù)本發(fā)明的流體旋轉(zhuǎn)裝置用作流體泵，此外，該裝置還可利用通過出口排出的流體的壓力而作為微電機的原動力。


通過參考附圖詳細地描述本發(fā)明的示范性實施例，本發(fā)明的上述方面和其他特點將變得更加顯而易見圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的流體旋轉(zhuǎn)裝置的平面圖；圖2是沿線II-II切開的圖1的橫截面視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的流體旋轉(zhuǎn)裝置的分解透視圖；
圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的流體旋轉(zhuǎn)裝置的分解透視圖；以及圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的流體旋轉(zhuǎn)裝置的平面圖，該圖示出共面設(shè)置的第一至第三電極。
具體實施例方式
在下文，將參考圖1至3詳細地描述本發(fā)明的第一實施例。
下面的詳細描述幫助全面地理解本發(fā)明。因此，顯然，本發(fā)明可以不限于這種結(jié)構(gòu)來實施。此外，沒有詳細地描述公知的功能或構(gòu)造，因為它們將會在不必要的細節(jié)上混淆本發(fā)明。
如圖1至3所示，采用電流體動力學(EHD)技術(shù)的流體旋轉(zhuǎn)裝置包括基礎(chǔ)層110、第一和第二電極120和130，蓋140、第三電極150，和功率器件160。
例如鹽水的極性流體F(圖2)置于基礎(chǔ)層110上，形成用于吸入極性流體F的空間110a?；A(chǔ)層110優(yōu)選由硅制成。優(yōu)選的是，空間110a的直徑不大于約2mm?？臻g110a的高度可近似為0.1mm。
在空間110a中交替地設(shè)置多個第一和第二電極120和130，從而使其彼此不重疊。
蓋140密封空間110a，并包括入口141和出口142。通過入口141將置于基礎(chǔ)層110上的極性流體F吸入到空間110a中，并通過出口142將吸入的極性流體F排出到基礎(chǔ)層110的上部。出口142可包括用于引導(dǎo)排出的極性流體F的送水管143。
第三電極150置于基礎(chǔ)層110或蓋140上，以面向第一和第二電極120和130。多個第三電極150在環(huán)形體上向內(nèi)突出，從而不會與第一和第二電極120和130重疊。當?shù)谌姌O150安裝在蓋140上時，第三電極150具有與第一電極120相似的結(jié)構(gòu)，可與第一和第二電極120和130部分地重疊，如圖1至4中所示。如圖5中所示，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所有的第一至第三電極320、330和350都可以安裝在基礎(chǔ)層110上。
功率器件160可通過三相交流(AC)電源實現(xiàn)，用于分別向第一至第三電極120、130和150提供通常具有相同頻率的交流電壓。交流電壓彼此具有相位偏移，通常偏移120°。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，采用EHD技術(shù)的流體旋轉(zhuǎn)裝置包括基礎(chǔ)層210、第一和第二電極220和230、蓋240、第三電極250和功率器件260，如圖4中所示。
如鹽水的極性流體F(圖2)置于基礎(chǔ)層210?；A(chǔ)層210優(yōu)選由硅制成。
如圖4中所示，多個第一和第二電極220和230交替地置于基礎(chǔ)層210上，從而使其彼此不重疊。
在基礎(chǔ)層210上面形成的蓋240包括用于將極性流體F吸入的空間240a、用于將極性流體F吸入空間240a的入口241，和用于將空間240a中容納的極性流體F排出的出口242。通過入口241將置于基礎(chǔ)層210上的極性流體F吸入空間240a中，通過出口242將吸入的極性流體F排出到基礎(chǔ)層210的上部。
第三電極250置于蓋240上，以面向第一和第二電極220和230。這里，多個第三電極250在環(huán)形體上向內(nèi)突出，從而不會與第一和第二電極220和230重疊。
功率器件260可以通過三相交流(AC)電源來實現(xiàn)，用于分別向第一至第三電極220、230和250提供相位偏移的交流電壓。
根據(jù)本發(fā)明第三實施例的利用EHD技術(shù)的流體旋轉(zhuǎn)裝置具有與上面描述的第一實施例相同的結(jié)構(gòu)，但是其區(qū)別在于多個第一至第三電極320、330和350交替地安裝在基礎(chǔ)層110上。
本發(fā)明的第一至第三實施例的第一至第三電極優(yōu)選形成為平板。這是因為，如果第一至第三電極具有突起形狀，那么集中于這些突起的電極的電場會干擾極性流體F的旋轉(zhuǎn)。
在下文，將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明一個實施例的流體旋轉(zhuǎn)裝置的操作。盡管第一實施例中的空間110a形成于基礎(chǔ)層110中，但是第二實施例的空間240a形成在蓋240處。并且，第三實施例具有與第一實施例相似的結(jié)構(gòu)，除了第一至第三電極320、330和350形成在基礎(chǔ)層110上。因此，下面的描述將參考第一實施例。
當三相AC電源通過功率器件160分別向第一至第三電極120、130和150提供相位偏移的交流電壓時，通過第一至第三電極120、130和150的相位差產(chǎn)生的庫侖力(Coulomb force)使容納在空間110a中的極性流體F在空間110a中旋轉(zhuǎn)。當極性流體F開始旋轉(zhuǎn)時，由于離心力使空間110a外面的壓力增大，在中心的壓力減小。因此，由于壓力差而通過入口141將置于基礎(chǔ)層110上部的極性流體F吸入到空間110a中。通過吸入的極性流體F的推動，經(jīng)出口142將已經(jīng)位于空間110a中的極性流體F按照與經(jīng)入口141吸入的極性流體F相同的量排出到空間110a的外面。
根據(jù)上面的構(gòu)造，不需要用于向極性流體F提供旋轉(zhuǎn)力的動態(tài)結(jié)構(gòu)，由此避免了由于磨損導(dǎo)致的損害，并延長了裝置的使用壽命。此外，盡管為了操作必須有大約5～20kV的高電壓，但是所需的電流僅有大約10μA。
還可以使用如上面配置的流體旋轉(zhuǎn)裝置作為用于離心分離細胞單元的材料的離心機。在這種情況下，在基礎(chǔ)層110的上部提供加熱器(未示出)以分開極性流體F中包含的各種尺寸的相連的細胞(connected cell)，并且通過功率器件160向第一至第三電極120、130和150供應(yīng)三相AC電源。因此，置于空間110a中的極性流體F高速旋轉(zhuǎn)，并通過入口141吸入包括各種尺寸的細胞的極性流體F。通過出口142將吸入的極性流體F排出到空間110a的外面，同時根據(jù)極性流體F中細胞各自的重量將其分開。如圖2中所示，可以提供送水管143以便于捕獲從中排出的細胞。
此外，通過將入口141和出口142形成為分開的送水管，而將具有上述結(jié)構(gòu)的流體旋轉(zhuǎn)裝置用作流體泵。并且，可使用該流體旋轉(zhuǎn)裝置作為微型電機的原動力。
如從上面的描述可知，根據(jù)本發(fā)明各個實施例的流體旋轉(zhuǎn)裝置不需要用于旋轉(zhuǎn)極性流體F的動態(tài)結(jié)構(gòu)，由此可提高該裝置的使用壽命。并且，由于利用MEMS技術(shù)可使該極性流體F小型化，因此可以離心分離細胞等級的少量樣品中的微小粒子。
此外，通過向入口141和出口142提供專用的送水管，而使根據(jù)本發(fā)明各個實施例的流體旋轉(zhuǎn)裝置用作流體泵，并且利用排出流體的壓力作為微型電機的原動力。
盡管已經(jīng)參考一些實施例顯示和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，可以在形式上和細節(jié)上進行各種改變，而不背離本發(fā)明的精神和范圍，本發(fā)明的精神和范圍由隨附的權(quán)利要求書來限定。
本申請要求2004年09月10日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局申請的韓國專利申請No.2004-72547的優(yōu)先權(quán)，該申請的公開內(nèi)容在此引入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種流體旋轉(zhuǎn)裝置，包括基礎(chǔ)層，包括將極性流體吸入其中的空間；多個第一和第二電極，這些電極安裝在該空間中密封該空間的蓋，所述蓋包括用于向該空間供應(yīng)極性流體的入口和用于將該空間中容納的極性流體排出的出口；第三電極，安裝到該蓋；以及功率器件，用于向第一至第三電極提供電功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的流體旋轉(zhuǎn)裝置，其中第一至第三電極呈板形，并且徑向排列，從而不會彼此重疊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的流體旋轉(zhuǎn)裝置，其中該功率器件是三相交流電源，用于分別向第一至第三電極提供相位偏移的交流電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的流體旋轉(zhuǎn)裝置，其中基礎(chǔ)層由硅制成。
5.一種流體旋轉(zhuǎn)裝置，包括基礎(chǔ)層，包括將極性流體吸入其中的空間；多個第一至第三電極，這些電極置于該空間中；密封該空間的蓋，所述蓋包括用于向該空間供應(yīng)極性流體的入口和用于將該空間中容納的極性流體排出的出口；以及功率器件，用于向第一至第三電極提供電功率。
6.一種流體旋轉(zhuǎn)裝置，包括基礎(chǔ)層；多個第一和第二電極，這些電極安裝到基礎(chǔ)層；置于基礎(chǔ)層上的蓋，所述蓋包括用于將極性流體吸入其中的空間，向該空間供應(yīng)極性流體的入口和用于將該空間中容納的極性流體排出的出口；第三電極，安裝到該蓋；以及功率器件，用于向第一至第三電極提供電功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的流體旋轉(zhuǎn)裝置，其中第一至第三電極呈板形，并且徑向排列，從而不會彼此重疊。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的流體旋轉(zhuǎn)裝置，其中該功率器件是三相交流電源，用于分別向第一至第三電極提供相位偏移的交流電。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的流體旋轉(zhuǎn)裝置，其中基礎(chǔ)層由硅制成。
10.一種流體旋轉(zhuǎn)裝置，包括基礎(chǔ)層；多個第一至第三電極，這些電極安裝到基礎(chǔ)層；置于基礎(chǔ)層上的蓋，所述蓋包括用于將極性流體吸入其中的空間，向該空間供應(yīng)極性流體的入口和用于將該空間中容納的極性流體排出的出口，以及功率器件，用于向第一至第三電極提供電功率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用電流體動力學技術(shù)的流體旋轉(zhuǎn)裝置。采用微電機系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)和電流動力學(EHD)技術(shù)的流體旋轉(zhuǎn)裝置包括基礎(chǔ)層，具有用于將極性流體吸入其中的空間；安裝在該空間中的多個第一和第二電極；密封該空間的蓋，所述蓋包括用于向該空間供應(yīng)極性流體的入口和用于將該空間中容納的極性流體排出的出口；安裝到該蓋的第三電極；以及用于向第一至第三電極提供電功率的功率器件。
文檔編號H02K44/00GK1747294SQ20051009105
公開日2006年3月15日 申請日期2005年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月10日
發(fā)明者孫東岐 申請人:三星電子株式會社