BR112020010402A2

BR112020010402A2 - dispositivo microfluídico para analisar um líquido de teste, e, método de preparar o dispositivo microfluídico

Info

Publication number: BR112020010402A2
Application number: BR112020010402-7A
Authority: BR
Inventors: David Waterman
Original assignee: Oxford Nanopore Technologies Limited
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2018-11-23
Publication date: 2020-10-20
Also published as: JP7121124B2; KR20200070372A; CA3082266C; GB2568895A; CN111405943A; GB201719855D0; AU2018376758B2; EP3717122A1; US20210170403A1; KR102503677B1; WO2019106345A1; EP3717122B1; AU2018376758A1; JP2021504704A; US12121894B2; GB2568895B; CA3082266A1

Abstract

Trata-se de um dispositivo microfluídico para analisar um líquido de teste que compreende: um sensor (235), como uma membrana dotada de nanoporos, fornecido em uma câmara de detecção (237); um canal de entrada de câmara de detecção (261) e um canal de saída de câmara de detecção (262), cada um conectado à câmara de detecção para respectivamente passar o líquido para dentro e para fora da câmara de detecção, e um reservatório (233) formando uma porta de admissão de amostra para o dispositivo microfluídico, sendo que o reservatório está em comunicação fluida com o canal de entrada de câmara de detecção (261); um canal de coleta de líquido (232); uma barreira (231) entre uma extremidade do canal de saída de câmara de detecção (262) e o canal de coleta do líquido (232); uma primeira vedação (251), cobrindo a porta de admissão de amostra; uma segunda vedação (252), cobrindo a extremidade do canal de saída de câmara de detecção (262), prevenindo, assim, o líquido de fluir da câmara de detecção (237), sobre a barreira (231), para dentro do canal de coleta do líquido (232); em que o dispositivo microfluídico é preenchido com um líquido da primeira vedação (251) na porta de admissão de amostra para a segunda vedação (252), de forma que o sensor (235) seja coberto com líquido e não exposto a uma interface de gás ou gás/líquido; e em que a primeira e a segunda vedações (251, 252) são removíveis para fazer com que o líquido flua entre o reservatório e a extremidade da saída de câmara de detecção e sobre a barreira.

Description

DISPOSITIVO MICROFLUÍDICO PARA ANALISAR UM LÍQUIDO DE TESTE, E MÉTODO DE PREPARAR O DISPOSITIVO MICROFLUÍDICO CAMPO DA DIVULGAÇÃO

[001] A presente invenção se refere a um dispositivo microfluídico, em particular um dispositivo compreendendo um sensor para detecção em condições úmidas.

ANTECEDENTES

[002] Uma variedade de dispositivos e sensores microfluídicos é conhecida. Sensores como os divulgados nos documentos WO99/13101 e WOB88/08534 são fornecidos no estado seco e uma amostra de teste líquida aplicada ao dispositivo é transportada para a região do sensor dentro do dispositivo por fluxo capilar. Outros tipos de sensores são conhecidos, como sensores seletivos de íons que compreendem uma membrana seletiva de íons.

[003] Outro exemplo é fornecido pelo documento WO 2009/077734, que descreve um aparelho para criar camadas de moléculas anfifílicas e agora é discutido brevemente com referência à Figura 1.

[004] A Figura 1 mostra um aparelho 1 que pode ser usado para formar uma camada de moléculas anfifílicas. O aparelho 1 inclui um corpo 2 tendo construção em camadas compreendendo um substrato 3 de material não condutor que sustenta uma camada adicional 4 também de material não condutor. Uma reentrância 5 é formada na camada adicional 4, em particular como uma abertura que se estende através da camada adicional 4 até o substrato 3. O aparelho 1 inclui ainda uma cobertura 6 que se estende sobre o corpo 2. A cobertura 6 é oca e define uma câmara 7 que é fechada, exceto uma entrada 8 e uma saída 9, cada uma formada por aberturas através da cobertura 6. A parede mais baixa da câmara 7 é formada pela camada adicional 4.

[005] A solução aquosa 10 em uso é introduzida na câmara 7 e uma camada 11 de moléculas anfifílicas é formada ao longo da reentrância 5, separando a solução aquosa 10 na reentrância 5 do volume restante de solução aquosa na câmara 7. Uso de uma câmara 7 que está fechada faz com que seja muito fácil escoar a solução aquosa 10 para dentro e para fora da câmara 7. Isso é feito simplesmente escoando a solução aquosa 10 através da entrada 8, como mostrado na Figura 1, até a câmara 7 estar cheia. Durante esse processo, O gás (normalmente ar) na câmara 7 é deslocado pela solução aquosa 10 e ventilado através da saída 9.

[006] O aparelho inclui uma disposição de eletrodos para permitir a medição de sinais elétricos através da camada 11 de moléculas anfifílicas, o que permite que o dispositivo funcione como um sensor. O substrato 3 tem uma primeira camada condutora 20 depositada na superfície superior do substrato 3 e se estende sob a camada adicional 4 até a reentrância 5. À porção da primeira camada condutora 20 abaixo da reentrância 5 constitui um eletrodo 21, que também forma a superfície mais inferior da reentrância 5. À primeira camada condutora 20 se estende para fora da camada adicional 4 de modo que uma porção da primeira camada condutora 20 seja exposta e constitua um contato 22.

[007] A camada adicional 4 tem uma segunda camada condutora 23 depositada na mesma e que se estende sob a cobertura 6 para dentro da câmara 7, sendo que a porção da segunda camada condutora 23 dentro da câmara 7 constitui um eletrodo 24. A segunda camada condutora 23 se estende para fora da cobertura 6 de modo que uma porção da segunda camada condutora 23 seja exposta e constitua um contato 25. Os eletrodos 21 e 24 fazem contato elétrico com solução aquosa na reentrância 5 e na câmara 7. Isso permite a medição de sinais elétricos através da camada 11 de moléculas anfifílicas pela conexão de um circuito elétrico aos contatos 22 e 25.

[008] Na prática, o dispositivo da Figura 1 pode ter uma série de muitas dessas reentrâncias 5. Cada reentrância é dotada da camada 11 de moléculas anfifílicas. Além disso, cada camada pode ser dotada de um nanoporo, para permitir que outras moléculas passem através da camada (o que afeta o sinal elétrico medido). Por exemplo, um nanoporo é fornecido por membrana. A extensão em que isso ocorre é determinada, em parte, pela concentração dos nanoporos no meio aplicado às membranas.

[009] Um aparelho de análise que incorpora meios para fornecer membranas anfifílicas e nanoporos ao sensor é divulgado pelo documento WO2012/042226. A etapa de fornecer as membranas anfifílicas e os nanoporos é realizada antes do uso do dispositivo, normalmente pelo usuário final. No entanto, isso fornece desvantagens, pois etapas adicionais são necessárias por parte do consumidor e também requer o fornecimento de um aparelho com uma disposição fluídica complexa, incluindo válvulas e reservatórios de suprimento. Além disso, a instalação desse sensor para uso do usuário pode estar sujeita a erros. Existe o risco de que, mesmo que o sistema esteja configurado corretamente, o mesmo seque, o que pode danificar o sensor. Também existe o risco de vazões excessivas na câmara de amostra poder danificar o sensor. Esse risco aumenta para dispositivos mais compactos, que aproximam a porta de admissão de amostra do sensor (e, portanto, há menos oportunidade de perdas no sistema para reduzir as taxas de fluxo no dispositivo).

[0010] Portanto, é desejável fornecer um dispositivo ao usuário no estado "pronto para uso", em que as membranas anfifílicas e nanoporos são pré-inseridos e são mantidos em condições úmidas. Mais geralmente, também é desejável fornecer um dispositivo em que o sensor seja fornecido em uma condição úmida, por exemplo, fornecido em uma condição úmida para ou pelo usuário antes da detecção de um analito.

[0011] Um dispositivo típico de nanoporos fornecido no estado “pronto para uso” compreende um arranjo de membranas anfifílicas, cada membrana compreendendo um nanoporo e sendo fornecida através de um poço contendo um líquido. Tal dispositivo e método de produção são divulgados pelo documento WO2014/064443. O líquido de teste a ser analisado é aplicado na superfície superior das membranas anfifílicas. O fornecimento de um dispositivo no estado “pronto para uso”, no entanto, tem considerações adicionais, pois é necessário tomar cuidado para que o sensor não seque, ou seja, que o líquido não seja perdido do poço pela passagem através da membrana anfifílica, o que pode resultar em perda de desempenho ou danos ao sensor. Uma solução para resolver o problema de secagem do sensor é fornecer ao dispositivo um líquido tampão sobre a superfície da membrana anfifílica de modo que qualquer evaporação através da superfície da membrana seja minimizada e os líquidos fornecidos em ambos os lados da membrana possam ter a mesma força iônica para reduzir quaisquer efeitos osmóticos. Durante o uso, o líquido tampão pode ser removido da superfície da membrana anfifílica e um líquido de teste a ser analisado é introduzido para entrar em contato com a superfície. Quando o dispositivo contém um líquido tampão, as questões sobre como remover o mesmo e como introduzir o líquido de teste se tornam um problema. Devido à presença do líquido tampão, a saber, que o sensor é fornecido em um “estado úmido”, a força capilar fornecida por um canal capilar seco não pode ser utilizada para atrair o líquido de teste para o sensor. Uma bomba pode ser usada para deslocar o líquido tampão e introduzir um líquido de teste; no entanto, isso resulta em um dispositivo com complexidade e custo adicionais.

[0012] Um dispositivo de eletrodo de fon seletivo compreendendo uma ou mais membranas seletivas iônicas é tipicamente calibrado antes do uso com uma solução com uma concentração iônica conhecida. As membranas seletivas de íons podem ser fornecidas em um caminho de fluxo capilar conectando uma porta de ingresso de fluido através da qual uma solução de calibração pode ser introduzida e fluir sobre os eletrodos seletivos de íons por ação capilar. Depois disso, a solução de calibração pode ser deslocada e a solução de analito flui sobre os eletrodos a fim de realizar a medição. Em grandes dispositivos de bancada para a medição de fons, uma bomba peristáltica pode, por exemplo, ser empregada para deslocar o líquido. No entanto, para dispositivos descartáveis simples, uma solução menos complexa é mais desejável.

[0013] Em outros dispositivos, um par de eletrodos pode ser fornecido em um canal capilar no qual um primeiro líquido de teste é atraído por ação capilar a fim de fazer uma análise eletroquímica. Após a medição do primeiro líquido de teste, pode ser desejável medir um segundo líquido de teste. No entanto, é necessária uma intervenção adicional da força para remover o primeiro líquido de teste antes da introdução do segundo líquido de teste, pois a força capilar está mais disponível.

[0014] O documento PCT/GB2017/052910, incorporado ao presente documento a título de referência, divulga um aparelho 100 que pode ser usado para formar uma camada de moléculas anfifílicas, semelhante à das Figuras 1 e 2, e é mostrado na figura 10. No entanto, em contrapartida às Figuras 1 e 2, o aparelho 100 da Figura 10 é produzido a partir de componentes destacáveis. Como tal, os componentes constituintes do aparelho 100 podem ser fornecidos como um Kkit.

[0015] Um primeiro componente 110 forma a base do dispositivo 100, enquanto um segundo componente 120 pode ser inserido e removido do componente base 110. O próprio componente base 110 pode ser composto de múltiplos componentes 111, 112. Quando inserido, o primeiro e o segundo componentes 110, 120 formam uma conexão entre o primeiro e o segundo arranjos de conectores elétricos (discutidos mais adiante). Isso permite que múltiplos segundos componentes sejam utilizados com um único componente de base 110. O corpo do segundo componente é tipicamente feito de um material plástico com um grau de elasticidade. O material plástico pode, por exemplo, ser policarbonato.

[0016] No dispositivo da Figura 10, uma célula de fluxo descartável é fornecida como o segundo componente 120. A célula de fluxo pode ser equivalente àquela discutida no documento WO 2014/064443, que é incorporado ao presente documento na sua totalidade a título de referência. Na disposição da Figura 4, a capacidade de fornecer uma célula de fluxo descartável 120 significa que componentes mais caros do dispositivo de análise 100 podem ser incorporados no primeiro componente 110, possibilitando a realização de múltiplas experiências com diferentes células de fluxo 120 relativamente barato. Como tal, a célula de fluxo 120 pode compreender características correspondentes às reentrâncias e aberturas 5 descritas em relação à Figura 1 e Figura 2. Enquanto isso, por exemplo, o elemento de circuito 61 e a pista 62 ilustrados na Figura 2 podem ser fornecidos na seção base 110.

[0017] Tendo em vista o exposto, permanece um desafio fornecer um dispositivo microfluídico fácil de usar que possa ser descartável ou reutilizável, enquanto fornecido de maneira pronta para uso.

SUMÁRIO

[0018] A presente invenção visa pelo menos reduzir ou superar parcialmente os problemas discutidos acima.

[0019] De acordo com um aspecto da invenção, é fornecido um dispositivo microfluídico para analisar um líquido de teste compreendendo um ou mais dentre: uma barreira em ponte, uma porção a montante, posicionada a montante da barreira em ponte, para alojar um sensor fornecido em uma câmara de detecção e para receber um líquido de teste a ser analisado, sendo que a dita porção a montante compreende um canal de entrada e um canal de saída e é preenchível com um líquido entre o canal de entrada e o canal de saída; uma porção a jusante, posicionada a jusante da barreira em ponte, para receber líquido do canal de saída da porção a montante; uma vedação removível acoplável, configurada para encerrar a porção a montante e, quando um líquido é fornecido na porção a montante, inibe o fluxo do líquido antes da remoção da vedação e após a remoção da vedação, permite que o líquido passe a barreira a montante porção para a parte a jusante. Como tal, o dispositivo pode reter líquido na porção a montante antes de ser ativado removendo a vedação. O líquido é retido na porção a montante pela vedação, impedindo que o líquido passe pela barreira ou volte para fora do canal de entrada. Após a ativação, o líquido pode passar a barreira para fluir para a porção a jusante.

[0020] Opcionalmente, é fornecida uma ponte adjacente à barreira, em que, após a remoção da vedação, a ponte facilita o fluxo do líquido da porção a montante para a porção a jusante através da barreira ou sobre a mesma.

[0021] Opcionalmente, a vedação é configurada adicionalmente para inibir o fluxo do líquido da porção de entrada para a porção de saída.

[0022] Opcionalmente, uma superfície da ponte voltada para a barreira tem um ângulo de contato úmido de 90º ou menos com a água, opcionalmente de 75º ou menos. Opcionalmente, a superfície da ponte de frente para a barreira tem um ângulo de contato úmido de 20º ou mais com água, embora o ângulo de contato possa ser tão baixo quanto 0º. Como tal, a superfície pode ser adequadamente hidrofílica para incentivar o fluxo sem causar drenagem indesejável da câmara de detecção e entrada de ar na entrada.

[0023] Opcionalmente, a superfície da ponte voltada para a barreira é dotada de uma camada ou tratamento quimicamente hidrofílico, opcionalmente uma camada mais hidrofílica que a superfície não tratada da ponte ou um tratamento com plasma. A superfície pode ser dotada de uma ou mais dessas camadas, por exemplo, uma camada de material extra, bem como um tratamento químico adicional, como um produto químico evaporado de um solvente. A superfície também, ou independentemente, pode compreender uma textura física para aumentar a área superficial da superfície, opcionalmente pilares, rebarbas e/ou ranhuras fornecidas na superfície.

[0024] Opcionalmente, a porção a montante pode ser preenchida com líquido entre o canal de entrada e o canal de saída.

[0025] De acordo com outro aspecto, é fornecido um dispositivo microfluídico compreendendo um ou mais dentre: um sensor fornecido em uma câmara de detecção; um canal de entrada de câmara de detecção e um canal de saída de câmara de detecção, cada um conectado à câmara de detecção para, respectivamente, passar líquido para dentro e para fora da câmara de detecção, e um reservatório formando uma porta de admissão de amostra para o dispositivo microfluídico, sendo que o reservatório está em comunicação fluida com o canal de entrada de câmara de detecção; um canal de coleta de líquido; uma barreira entre uma extremidade do canal de saída de câmara de detecção e o canal de coleta de líquido; uma primeira vedação, cobrindo a porta de admissão de amostra; uma segunda vedação, cobrindo a extremidade do canal de saída de câmara de detecção, impedindo, desse modo, que o líquido flua da câmara de detecção, sobre a barreira, para o canal de coleta de líquido; em que o dispositivo microfluídico é preenchido com um líquido da primeira vedação na porta de admissão de amostra para a segunda vedação na extremidade do canal de saída de câmara de detecção de modo que o sensor seja coberto por líquido e não exposto a uma interface gás ou gás/líquido; e em que a primeira e a segunda vedações são removíveis para fazer com que o líquido entre o reservatório e a extremidade do canal de saída de câmara de detecção flua de modo que algum líquido flua sobre a barreira. Esse dispositivo mantém o sensor em um estado confiável (o “inativo”) que protege o sensor antes da remoção das vedações, mas é simples para o usuário ativar o estado “ativo” removendo as vedações para que o dispositivo possa ser usado para sua finalidade de detecção.

[0026] O canal de saída pode ter uma primeira extremidade conectada à câmara de detecção e uma segunda extremidade que pode ser coberta pela segunda vedação. A barreira pode estar entre a segunda extremidade do canal de saída de câmara de detecção e o canal de coleta de líquido.

[0027] Opcionalmente, uma superfície da cobertura da barreira voltada para a barreira tem um ângulo de contato úmido de 90º ou menos com água, opcionalmente 75º ou menos. Opcionalmente, a superfície da cobertura de barreira voltada para a barreira tem um ângulo de contato úmido de 20º ou mais com água, embora o ângulo de contato possa ser tão baixo quanto 0º. Como tal, a superfície pode ser adequadamente hidrofílica para incentivar o fluxo sem causar drenagem indesejável da câmara de detecção e entrada de ar na entrada.

[0028] A primeira vedação pode cobrir o reservatório.

[0029] Opcionalmente, o dispositivo é configurado de modo que a remoção da primeira e da segunda vedações não faça com que o sensor fique exposto a uma interface gás ou gás/líquido. Isso pode ser alcançado equilibrando as forças capilares no dispositivo.

[0030] Opcionalmente, a primeira e a segunda vedações estão conectadas, de modo que as mesmas podem ser removidas juntas. Opcionalmente, o dispositivo compreende ainda uma pega de vedação anexada à primeira e à segunda vedação, que pode ser puxada para remover a primeira e a segunda vedação. Isso permite que o dispositivo seja ativado por uma ação simples e única.

[0031] Opcionalmente, o dispositivo compreende ainda uma cobertura de barreira que forma um canal de ponte sobre a barreira para conectar a saída de câmara de detecção ao canal de coleta de líquido. A cobertura da barreira pode ser inclinada em direção a uma posição para conectar a saída de câmara de detecção ao canal de coleta de líquido. A segunda vedação pode ser posicionada sob a cobertura da barreira, entre a extremidade do canal de saída de câmara de detecção e o canal de ponte. Um revestimento de liberação pode ser conectado à segunda vedação para ajudar na remoção da vedação. A pega pode fazer parte do revestimento de liberação. O revestimento de liberação pode ser posicionado entre a segunda vedação e a cobertura da barreira. Consequentemente, a cobertura da barreira ajuda a completar o caminho fluídico através do dispositivo, no estado ativo. O fornecimento da vedação e/ou revestimento de liberação entre a barreira e a cobertura da barreira fornece uma maneira conveniente e fácil de usar de desativar o dispositivo de uma maneira que possa ser facilmente revertida pelo usuário para ativar o dispositivo.

[0032] Opcionalmente, a cobertura de barreira compreende ainda um mergulhador, que se estende do canal de ponte em direção ao canal de saída de câmara de detecção, para incentivar o fluxo no canal de ponte. O canal de ponte pode compreender uma curva conectada a um tubo de descida (na orientação em que o canal de ponte está disposto acima da barreira) ao lado da barreira, e em que a curva inclui um perfil curvo em pelo menos um lado. O canal de coleta de líquido pode compreender uma curva entre um tubo de descida ao lado da barreira e uma porção principal do canal de coleta de líquido, e em que a curva inclui um perfil curvo em pelo menos um lado. Esses recursos ajudam a garantir que o fluxo através do dispositivo não seja impedido pela fixação do menisco durante a ativação e/ou o primeiro uso do dispositivo.

[0033] Opcionalmente, a segunda vedação é fixada à superfície do dispositivo microfluídico por uma cola que é mais ou menos hidrofílica que a superfície.

[0034] Opcionalmente, a cobertura da barreira é inclinada para impulsionar o contato entre a extremidade do canal de saída de câmara de detecção e o canal de ponte. A cobertura da barreira pode ter uma gaxeta para vedar entre a extremidade do canal de saída de câmara de detecção e o canal de ponte. Esses recursos garantem uma boa vedação no estado ativo.

[0035] De acordo com outro aspecto, é fornecido um método para preparar um dispositivo microfluídico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, sendo que o método compreende remover a primeira e a segunda vedações, fazendo com que o líquido entre o reservatório e a extremidade da saída de câmara de detecção flua para que algum líquido flua sobre a barreira para ativar o dispositivo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0036] A invenção é descrita abaixo com referência a Figuras exemplificativas, nas quais: A Figura 1 mostra um aparelho da técnica anterior que pode ser utilizado para formar uma camada de moléculas anfifílicas; A Figura 2 mostra um exemplo de um dispositivo microfluídico; A Figura 3 mostra um exemplo de projeto de um circuito elétrico; A Figura 4a mostra um esquema de um dispositivo correspondente ao da figura 2; A Figura 4b mostra um corte transversal esquemático ao longo do caminho de fluxo através do dispositivo da Figura 4a; A Figura 5a é um corte transversal esquemático de uma câmara de detecção e conexões circundantes do dispositivo da Figura 2 ou Figura 4, por exemplo; A Figura 5b ilustra um cenário em que um dispositivo ativado é inclinado para incentivar o fluido no dispositivo a drenar para o canal de coleta de resíduos; A Figura 5c mostra uma diferença de altura entre uma entrada e uma saída; As Figuras 5d a 5f mostram cenários para a câmara de detecção;

A Figura 6 é um plano esquemático de um dispositivo microfluídico em uma configuração alternativa;

As Figuras 7 e 8 mostram modalidades exemplificativas da presente invenção;

A Figura 9 mostra um exemplo de projeto de um canal de guia para guiar uma pipeta para a porta de admissão de amostra;

A Figura 10 mostra um dispositivo microfluídico de múltiplas partes;

A Figura 11 mostra um dispositivo microfluídico alternativo de múltiplas partes;

A Figura 12 mostra uma vista em perspectiva de cima de um componente de célula de fluxo do dispositivo microfluídico de múltiplas partes da Figura 11;

A Figura 13 mostra uma vista em perspectiva por baixo de um componente de célula de fluxo do dispositivo microfluídico de múltiplas partes da Figura 11;

A Figura 14 mostra uma vista esquemática em corte transversal de um componente de célula de fluxo do dispositivo microfluídico de múltiplas partes da Figura 11;

A Figura 15 mostra uma vista esquemática em corte transversal de um elemento de cobertura de barreira do componente da célula de fluxo do dispositivo microfluídico de múltiplas partes da Figura 11;

A Figura 16 mostra uma vista esquemática em corte transversal de um elemento de cobertura de barreira alternativo de um componente de célula de fluxo;

A Figura 17 mostra uma vista em perspectiva de cima de um componente de célula de fluxo com uma vedação removida na Figura 17a e substituída na Figura 17b; e

A Figura 18 é uma vista esquemática em corte transversal da adição de uma amostra a uma porta de amostra.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES EXEMPLIFICATIVAS

[0037] A presente divulgação permite que um dispositivo microfluídico, usando um "sensor úmido" (isto é, um sensor que funciona em um ambiente úmido) seja produzido e armazenado em um estado no qual o sensor é mantido úmido, até que seja necessário. Isso é efetivamente alcançado fornecendo um dispositivo que tem um estado "inativo" no qual o sensor é mantido úmido, mas no qual o dispositivo não pode ser usado, e um estado "ativo" no qual o dispositivo pode ser usado. Em outras palavras, um estado "inativo" pode ser um estado no qual um caminho de fluxo entre uma porta de admissão de amostra e um canal de coleta de líquido não está completo, conforme discutido abaixo. Por outro lado, um estado "ativo" pode ser um estado no qual o caminho do fluxo entre uma porta de admissão de amostra e um canal de coleta de líquido está completo. Um benefício particular de manter o sensor úmido ao considerar os sensores de nanoporos (veja mais detalhes abaixo) é garantir que o líquido do poço não escape pela membrana. A membrana é muito fina e o sensor é muito sensível à perda de umidade. A perda de umidificação pode criar, por exemplo, um espaço de ar resistivo entre o líquido do poço e a membrana, interrompendo, assim, o circuito elétrico entre um eletrodo fornecido no poço e na amostra. A perda de umidificação também pode servir para aumentar a força iônica do líquido do poço, o que poderia afetar a diferença de potencial entre os nanoporos. À diferença de potencial afeta o sinal medido e, portanto, qualquer alteração afetará os valores de medição.

[0038] Em qualquer caso, o dispositivo da invenção pode ser mantido no estado "inativo" por um longo período de tempo até que seja necessário. Durante esse período, por exemplo, o dispositivo pode ser transportado (por exemplo, enviado de um fornecedor para um usuário final), pois o estado “inativo” é robusto e capaz de manter o sensor em condições úmidas, mesmo quando o dispositivo está em uma orientação não padrão (ou seja, orientações nas quais o dispositivo não é usado para executar sua função normal). Isso é possível porque os estados inativos vedam um volume interno do dispositivo, contendo o sensor, das adjacências. Esse volume interno (referido como "volume saturado" abaixo) é preenchido com líquido. A ausência de lacunas de ar e/ou bolhas significa que o sensor está isolado da possibilidade de uma interface gás/ar se cruzar com o sensor (o que pode danificar a funcionalidade do sensor), mesmo que o dispositivo seja movido. Além disso, mesmo no estado ativo, o dispositivo é capaz de manter o sensor em condições úmidas, por um longo período de tempo, mesmo que o dispositivo seja ativado e depois não utilizado.

[0039] A Figura 2 mostra uma vista em corte transversal superior de um exemplo de um dispositivo microfluídico 30 com uma inserção mostrando uma vista em corte transversal lateral de uma porção do dispositivo microfluídico compreendendo uma porta de admissão de amostra 33. O dispositivo microfluídico 30 compreende uma câmara de detecção 37, para alojar um sensor.

[0040] A câmara de detecção 37 é dotada de um sensor, que não é mostrado na Figura 2. O sensor pode ser um componente ou dispositivo para analisar uma amostra de líquido. Por exemplo, um sensor pode ser um componente ou dispositivo para detectar moléculas únicas (por exemplo, analitos biológicos e/ou químicos, como fons, glicose) presentes em uma amostra líquida. Diferentes tipos de sensores para detectar analitos biológicos e/ou químicos, como proteínas, peptídeos, ácidos nucleicos (por exemplo, RNA e DNA) e/ou moléculas químicas são conhecidos na técnica e podem ser utilizados na câmara de detecção. Em algumas modalidades, um sensor compreende uma membrana que está configurada para permitir o fluxo de íons de um lado da membrana para outro lado da membrana. Por exemplo, a membrana pode compreender um nanoporo, por exemplo, um nanoporo de proteína ou nanoporo de estado sólido. Em algumas modalidades, o sensor pode ser do tipo discutido com referência à Figura 1 acima, descrito no documento WO 2009/077734, cujo conteúdo é incorporado ao presente documento a título de referência. O sensor está conectado a um circuito elétrico, em uso. O sensor pode ser uma membrana seletiva de fons fornecida diretamente sobre uma superfície de eletrodo ou sobre uma solução iônica fornecida em contato com um eletrodo subjacente.

[0041] O sensor pode compreender um par de eletrodos. Um ou mais eletrodos podem ser funcionalizados para detectar um analito. Um ou mais dos eletrodos podem ser revestidos com uma membrana seletivamente permeável, como NafionTM.

[0042] Um projeto exemplificativo de um circuito elétrico 26 é mostrado na Figura 3. A função principal do circuito elétrico 26 é medir o sinal elétrico (por exemplo, sinal de corrente) desenvolvido entre o primeiro corpo do eletrodo comum e um eletrodo do arranjo de eletrodos. Isso pode ser simplesmente uma saída do sinal medido, mas em princípio também pode envolver uma análise mais aprofundada do sinal. O circuito elétrico 26 precisa ser suficientemente sensível para detectar e analisar correntes que são tipicamente muito baixas. A título de exemplo, um nanoporo de proteína de membrana aberta pode tipicamente passar a corrente de 100 pA para 200 pA com uma solução de sal a 1 M. A concentração iônica escolhida pode variar e pode estar entre, por exemplo, 10 mM e 2 M. De um modo geral, quanto maior a concentração iônica, maior o fluxo de corrente sob um gradiente potencial ou químico. A magnitude da diferença de potencial aplicada através da membrana também afetará o fluxo de corrente através da membrana e pode ser tipicamente escolhido como um valor entre 50 mV e 2 V, mais tipicamente entre 10 mV e 1 V.

[0043] Nessa implementação, o eletrodo 24 é usado como eletrodo de arranjo, e o eletrodo 21 é usado como eletrodo comum. Assim, o circuito elétrico 26 fornece ao eletrodo 24 um potencial de tensão de polarização em relação ao eletrodo 21, que está, o mesmo, no potencial do terra virtual e fornece o sinal de corrente ao circuito elétrico 26.

[0044] O circuito elétrico 26 tem um circuito de polarização 40 conectado ao eletrodo 24 e disposto para aplicar uma tensão de polarização que aparece efetivamente através dos dois eletrodos 21 e 24.

[0045] O circuito elétrico 26 também tem um circuito amplificador 41 conectado ao eletrodo 21 para amplificar o sinal de corrente elétrica que aparece através dos dois eletrodos 21 e 24. Tipicamente, o circuito amplificador 41 consiste em dois estágios de amplificador 42 e 43.

[0046] O estágio do amplificador de entrada 42 conectado ao eletrodo 21 converte o sinal de corrente em um sinal de tensão.

[0047] O estágio do amplificador de entrada 42 pode compreender um amplificador de impedância trans, como um amplificador operacional de eletrômetro configurado como um amplificador inversor com um resistor de realimentação de alta impedância, por exemplo, 500 MO, para fornecer o ganho necessário para amplificar o sinal de corrente que tipicamente tem uma magnitude da ordem de dezenas a centenas de pA.

[0048] Alternativamente, o estágio do amplificador de entrada 42 pode compreender um amplificador integrador comutado. Isso é preferencial para sinais muito pequenos, pois o elemento de realimentação é um capacitor e praticamente silencioso. Além disso, um amplificador integrador comutado tem capacidade de largura de banda mais ampla. No entanto, o integrador tem um tempo morto devido à necessidade de redefinir o integrador antes que ocorra a saturação da saída. Esse tempo morto pode ser reduzido para cerca de um microssegundo, portanto, não tem muita consequência se a taxa de amostragem necessária for muito maior. Um amplificador de transimpedância é mais simples se a largura de banda necessária for menor. Geralmente, a saída do amplificador do integrador comutado é amostrada no final de cada período de amostragem, seguido por um pulso de reinicialização. Técnicas adicionais podem ser usadas para amostrar o início da integração, eliminando pequenos erros no sistema.

[0049] O segundo estágio do amplificador 43 amplifica e filtra a saída do sinal de tensão pelo primeiro estágio do amplificador 42. O segundo estágio do amplificador 43 fornece ganho suficiente para elevar o sinal a um nível suficiente para processamento em uma unidade de aquisição de dados

44. Por exemplo, com uma resistência de realimentação de 500 MO no primeiro estágio do amplificador 42, a tensão de entrada para o segundo estágio do amplificador 43, dado um sinal de corrente típico da ordem de 100 PA, será da ordem de 50 mV e, nesse caso, o segundo estágio do amplificador 43 deve fornecer um ganho de 50 para aumentar o alcance do sinal de 50 mV para 2,5 V.

[0050] O circuito elétrico 26 inclui uma unidade de aquisição de dados 44 que pode ser um microprocessador executando um programa apropriado ou pode incluir hardware dedicado. Nesse caso, o circuito de polarização 40 é simplesmente formado por um amplificador inversor dotado de um sinal de um conversor digital-analógico 46 que pode ser um dispositivo dedicado ou parte da unidade de aquisição de dados 44 e que fornece uma saída de tensão dependente do código carregado na unidade de aquisição de dados 44 do software. Da mesma forma, os sinais do circuito amplificador 41 são fornecidos ao cartão de aquisição de dados 40 através de um conversor analógico-digital 47.

[0051] Os vários componentes do circuito elétrico 26 podem ser formados por componentes separados ou qualquer um dos componentes pode ser integrado a um chip semicondutor comum. Os vários componentes do circuito elétrico 26 podem ser formados por componentes dispostos em uma placa de circuito impresso. Para processar múltiplos sinais do arranjo de eletrodos, o circuito elétrico 26 é modificado essencialmente pela replicação do circuito amplificador 41 e do conversor A/D 47 para cada eletrodo 21 para permitir a aquisição de sinais de cada reentrância 5 em paralelo. No caso em que o estágio do amplificador de entrada 42 compreende integradores comutados, esses exigiriam um sistema de controle digital para manipular o sinal de amostragem e retenção e redefinir os sinais do integrador. O sistema de controle digital é configurado de maneira mais conveniente em um dispositivo de arranjo de portas programáveis em campo (FPGA). Além disso, o FPGA pode incorporar funções e lógica do processador necessárias para interagir com os protocolos de comunicação padrão, como USB e Ethernet. Devido ao fato de o eletrodo 21 ser mantido no chão, é prático fornecer o mesmo como comum ao arranjo de eletrodos.

[0052] Nesse sistema, polímeros como polinucleotídeos ou ácidos nucleicos, polipeptídeos como uma proteína, polissacarídeos ou quaisquer outros polímeros (naturais ou sintéticos) podem ser passados através de um nanoporo de tamanho adequado. No caso de um polinucleotídeo ou ácido nucleico, a unidade polimérica pode ser nucleotídeo. Como tal, as moléculas passam através de um nanoporo, enquanto as propriedades elétricas através do nanoporo são monitoradas e um sinal, característico das unidades poliméricas particulares que passam através do nanoporo, é obtido. O sinal pode, assim, ser utilizado para identificar a sequência de unidades poliméricas na molécula polimérica ou determinar uma característica de sequência. Uma variedade de tipos diferentes de medidas pode ser feita. Isso inclui, sem limitação: medições elétricas e ópticas. Um método óptico adequado envolvendo a medição da fluorescência é divulgado por J. Am. Chem. Soc. 2009, 131 1.652 a 1.653. Possíveis medições elétricas incluem: medições de corrente, medições de impedância, medições de tunelamento (Ivanov AP et al., Nano Lett. 2011 12 de janeiro; 11(1): 279 a 285) e medições FET (Pedido Internacional WO 2005/124888). As medições ópticas podem ser combinadas com as medições elétricas (Soni GV et al., Rev Sci Instrum. 2010 Jan;

81(1):014301). A medição pode ser uma medição de corrente transmembranar, como medição de corrente iônica que flui através do poro.

[0053] O polímero pode ser um polinucleotídeo (ou ácido nucleico), um polipeptídeo como uma proteína, um polissacarídeo ou qualquer outro polímero. O polímero pode ser natural ou sintético. As unidades poliméricas podem ser nucleotídeos. Os nucleotídeos podem ser de diferentes tipos que incluem diferentes nucleobases.

[0054] O nanoporo pode ser um poro da proteína transmembranar, selecionado, por exemplo, dentre MspA, lisenina, alfa-hemolisina, CsgG ou variantes ou mutações dos mesmos.

[0055] O polinucleotídeo pode ser ácido desoxirribonucleico (DNA), ácido ribonucleico (RNA), cDNA ou um ácido nucleico sintético conhecido na técnica, como ácido nucleico peptídico (PNA), ácido nucleico de glicerol (GNA), ácido nucleico de treose (TNA), ácido nucleico bloqueado (LNA) ou outros polímeros sintéticos com cadeias laterais de nucleotídeos. O polinucleotídeo pode ser de fita simples, fita dupla ou compreender regiões de fita simples e dupla. Tipicamente, cDNA, RNA, GNA, TNA ou LNA são de cadeia simples.

[0056] Em algumas modalidades, os dispositivos e/ou métodos descritos neste documento podem ser usados para identificar qualquer nucleotídeo. O nucleotídeo pode ser de ocorrência natural ou artificial. Um nucleotídeo normalmente contém uma nucleobase (que pode ser reduzida para "base"), um açúcar e pelo menos um grupo fosfato. A nucleobase é tipicamente heterocíclica. As nucleobases adequadas incluem purinas e pirimidinas e, mais especificamente, adenina, guanina, timina, uracil e citosina. O açúcar é tipicamente um açúcar pentose. Os açúcares adequados incluem, porém sem limitação, ribose e desoxirribose. O nucleotídeo é tipicamente um ribonucleotídeo ou desoxirribonucleotídeo. O nucleotídeo normalmente contém um monofosfato, difosfato ou trifosfato.

[0057] O nucleotídeo pode incluir uma base epigenética ou danificada. O nucleotídeo pode ser marcado ou modificado para atuar como um marcador com um sinal distinto. Essa técnica pode ser usada para identificar a ausência de uma base, por exemplo, uma unidade ou espaçador básico no polinucleotídeo. De uso particular ao considerar medições de DNA modificado ou danificado (ou sistemas similares), são os métodos em que dados complementares são considerados. As informações adicionais fornecidas permitem a distinção entre um número maior de estados subjacentes.

[0058] O polímero também pode ser um tipo de polímero diferente de um polinucleotídeo, alguns exemplos não limitantes dos quais são os seguintes.

[0059] O polímero pode ser um polipeptídeo, caso em que as unidades de polímero podem ser aminoácidos de ocorrência natural ou sintéticos.

[0060] O polímero pode ser um polissacarídeo, caso em que as unidades de polímero podem ser monossacarídeos.

[0061] Um líquido condicionador fornecido no dispositivo para manter o sensor em estado úmido pode ser qualquer líquido compatível com o dispositivo (por exemplo, um líquido que não afeta adversamente o desempenho do sensor). Apenas a título de exemplo, quando o sensor compreende um nanoporo de proteína, seria aparente para um indivíduo versado na técnica que o líquido condicionador deveria estar livre de um agente que desnaturava ou inativava proteínas. O líquido condicionador pode, por exemplo, compreender um líquido tampão, por exemplo, um líquido iônico ou solução iônica. O líquido condicionador pode conter um agente tampão para manter o pH da solução.

[0062] O sensor é aquele que precisa ser mantido em uma “condição molhada”, a saber, um que é coberto por um líquido. O sensor pode compreender uma membrana, tal como, por exemplo, uma membrana seletiva de fons ou membrana anfifílica. A membrana, que pode ser anfifílica, pode compreender um canal de fons, como um nanoporo.

[0063] A membrana, que pode ser anfifílica, pode ser uma bicamada lipídica ou uma camada sintética. A camada sintética pode ser um copolímero de dibloco ou tribloco.

[0064] A membrana pode compreender um canal de fons, tal como um canal seletivo de íons, para a detecção de ânions e cátions. O canal iônico pode ser selecionado a partir de ionóforos conhecidos, tais como valinomicina, gramicidina e 14 derivados da coroa 4.

[0065] Voltando à Figura 2, a câmara de detecção tem uma entrada de líquido 38 e uma saída de líquido 39, para passar, respectivamente, o líquido para dentro e para fora da câmara de detecção 37. Na inserção da Figura 2, é mostrado, em corte transversal através do dispositivo 30, que a entrada 38 está em comunicação fluida com uma porta de admissão de amostra 33. A porta de admissão de amostra 33 está configurada para introduzir, por exemplo, entrega, uma amostra ao dispositivo microfluídico 30, por exemplo, para testar ou detectar. Uma vedação 33A, como um plugue, pode ser fornecida para vedar ou fechar a porta de admissão de amostra 33, quando o dispositivo estiver em seu estado inativo, para evitar qualquer entrada ou saída de fluido através da porta de admissão de amostra 33. Como tal, a vedação 33A pode ser fornecida dentro da porta de admissão de amostra 33 no estado inativo. De preferência, a vedação 33A é removível e substituível. A porta de admissão de amostra pode estar desejavelmente situada perto da câmara de detecção, como mostrado na Figura 2, em que a porta é fornecida diretamente na câmara de detecção. Isso reduz o volume de líquido da amostra que precisa ser aplicado ao dispositivo, reduzindo o volume do caminho do fluxo.

[0066] A jusante da saída 39 da câmara de detecção 37 é um canal de coleta de líquido 32. O canal de coleta de líquido pode ser um reservatório de coleta de resíduos e destina-se a receber fluido que foi expelido da câmara de detecção 37. Na extremidade mais a jusante, por exemplo a porção de extremidade, do canal de coleta 32 está uma porta de respiro 58, para permitir que o gás seja expelido à medida que o canal de coleta 32 recebe líquido da câmara de detecção e enche com o líquido.

[0067] No exemplo mostrado na Figura 2, a montante da câmara de detecção 37, está uma porta de suprimento de líquido 34, que é opcional. Essa porta fornece a oportunidade de fornecer líquido, por exemplo, um tampão, para o dispositivo, uma vez que o dispositivo 30 está em seu estado ativo. Também pode ser usado para fornecer amostras de maior volume, se desejado, e para descarga/perfusão de alto volume de amostras anteriores da câmara de detecção 37 antes de uma nova amostra ser entregue.

[0068] Como descrito abaixo em mais, o dispositivo é configurado para aceitar uma amostra na porta de admissão de amostra, que é posteriormente arrastada para a câmara de detecção por sua própria vontade, sem o auxílio de uma força ou pressão externa, por exemplo, por pressão capilar, conforme descrito abaixo. Isso elimina a necessidade de o usuário introduzir um líquido de teste no dispositivo sob uma pressão positiva aplicada.

[0069] Na Figura 2, o dispositivo 30 está em um estado inativo. Isso é alcançado pela provisão de uma válvula 31 que está configurada em um estado próximo, que é um estado que não permite o fluxo de fluido entre o canal de coleta de líquido 32 e a câmara de detecção 37, bem como a provisão da vedação 33A na porta de admissão de amostra 33, que veda ou fecha a porta de admissão de amostra 33. No estado inativo, como mostrado na Figura 2, o fluxo através da câmara de detecção 37 não é possível. A válvula 31 em um estado fechado é uma estrutura que serve como uma interrupção do caminho de fluxo entre a saída de líquido 39 da câmara de detecção 37 e o canal de coleta de líquido 32, impedindo que o líquido a montante (por exemplo, líquido da câmara de detecção 37) flua para dentro do canal de coleta de líquido 32. Da mesma forma, a válvula 31 em um estado fechado é uma armação que serve como uma interrupção do caminho de fluxo entre a porta de suprimento 34 e a câmara de detecção 37, impedindo que o líquido a montante (por exemplo, líquido introduzido pela porta de suprimento) fluindo para dentro da câmara de detecção 37. Como tal, a câmara de detecção 37 é isolada da porta de suprimento 34 e do reservatório de coleta de resíduos, na forma de canal de coleta de líquido 32 (que pode ser aberto para a atmosfera). Além disso, a provisão do plugue 33A que veda a porta de admissão de amostra 33 garante que a câmara de detecção 37 esteja totalmente isolada. O plugue 33A também pode servir a um propósito adicional: quando é removido, pode ser criada uma "sucção" na entrada 38, garantindo que a porta 33 fique molhada (e, portanto, pronta para receber fluido de amostra) à medida que o plugue 33A é removido. Como tal, o plugue 33A fornece uma ação de escorva. A ação de escorva pode extrair fluido do canal de coleta de líquidos (por exemplo, indiretamente, deslocar o fluido para dentro da câmara de detecção 37, que, por sua vez, é deslocada para a entrada 38 e a porta 33) ou um reservatório de escorva separado (consultas exemplos abaixo).

[0070] Em algumas modalidades, a válvula 31 serve para uma função dupla. Por exemplo, como mostrado na Figura 2, a válvula 31 pode ser configurada em um estado tal que a mesma atue um sistema de ativação. Um sistema de ativação pode completar o caminho de fluxo entre a saída de líquido 39 e o canal de coleta de líquido 32 (e também o caminho de fluxo entre a porta de suprimento 34 e a câmara de detecção 37). Além disso, como discutido em mais detalhes abaixo, essa ativação ocorre sem drenar a câmara do sensor 37 de líquido. Ou seja, o sensor 37 permanece não exposto ao gás ou a uma interface gás/líquido após a ativação. No exemplo da Figura 2, isso é alcançado pela rotação da válvula 31 em 90º (a partir da orientação representada) dentro da sede da válvula 31A. Isso leva os canais 31B da válvula a concluir interrupções do caminho de fluxo 36 entre a saída de líquido 39 e o líquido canal de coleta 32, bem como entre a porta de entrada de líquido de tampão 34 e a câmara de detecção 37. Nesse estado ativo, é possível que o líquido flua da porta de alimentação de tampão 34 (também referida neste documento como uma “porta de purga”) através da câmara de detecção 37 e para dentro do canal de coleta de líquido 32. No entanto, esse fluxo não ocorre livremente, como discutido em mais detalhes nas conexões com as Figuras Sa a f, abaixo.

[0071] Como resultado, a câmara de detecção 37 pode ser previamente cheia com um líquido condicionador, como um tampão, antes de girar a válvula 31 para a posição mostrada na Figura 2. Deve-se notar que o tipo do líquido condicionador não é particularmente limitado de acordo com a invenção, mas deve ser adequado de acordo com a natureza do sensor 35. Supondo que o plugue 33A tenha sido inserido e que a câmara do sensor 37 esteja adequadamente preenchida para que não haja bolhas de ar, não haverá oportunidade de o sensor entrar em contato com uma interface gás/líquido que seria potencialmente prejudicial ao sensor. Como tal, o dispositivo 30 pode ser manuseado com robustez, sem medo de danificar o próprio sensor.

[0072] A Figura 4a mostra um esquema de um dispositivo 30 correspondente ao da Figura 2. Na Figura 4, os canais de fluido são simplesmente mostrados como linhas. Além disso, a válvula 31 é mostrada como duas válvulas separadas 31 a montante e a jusante da câmara de detecção 37. Isso é por uma questão de clareza, mas em algumas modalidades pode ser desejável ter duas válvulas 31 separadas, como mostrado.

[0073] A Figura 4b mostra um corte transversal esquemático ao longo do caminho de fluxo através do dispositivo da Figura 4a. Isso pode não ser um corte transversal “real”, no sentido de que o caminho do fluxo pode não ser linear da maneira representada na Figura 4b. No entanto, o esquema é útil para entender os caminhos de fluxo disponíveis para o líquido no dispositivo

30. Em particular, a porta 34 de suprimento/purga de tampão a montante pode ser vista estar separada da câmara de detecção pela válvula 31 a montante. Mais a jusante a porta de respiro 58 pode ser vista estar separada da câmara de detecção 37 pela válvula 31 a jusante. Como tal, torna-se rapidamente evidente que a câmara de detecção 37 pode ser preenchida com fluido e isolada das portas a montante e a jusante 34 e 58. Além disso, fornecendo uma vedação sobre a porta de admissão de amostra 33, a câmara de detecção pode ser totalmente isolada.

[0074] Também é instrutivo considerar a escala dos recursos apresentados nas Figuras 4a e 4b.

[0075] A porta de purga 34 e a porta de admissão de amostra 33 podem ser de projeto semelhante, pois ambas estão configuradas para receber um fluido a ser entregue ao dispositivo 30. Em algumas modalidades, as portas 33 e/ou 34 podem ser projetadas para acomodar o uso de um dispositivo de entrega de líquido, por exemplo, uma ponta de pipeta, para introduzir líquido nas portas. Em modalidades preferenciais, ambos os orifícios têm um diâmetro de cerca de 0,4 a 0,7 mm, o que permite absorver o fluido para os orifícios, além de limitar a possibilidade de o dispositivo 30 drenar livremente o líquido (discutido em mais detalhes abaixo). Em contrapartida, o tamanho da porta de respiro a jusante 58 é menos importante, pois não se destina, em uso rotineiro, à aceitação de dispositivos de fornecimento de líquidos (por exemplo, pipetas) ou fornecimento de líquido.

[0076] O tamanho do sensor varia e depende do tipo e do número de elementos sensores, por exemplo nanoporos ou eletrodos seletivos de fons, fornecidos no sensor. O tamanho do sensor 35 pode ser de cerca de 8 x 15 mm. Como discutido acima, pode ser uma variedade de canais sensores, com uma geometria microscópica de superfície que contém membranas com nanoporos.

[0077] O "volume saturado" do dispositivo 30 é o volume, por exemplo, o volume do caminho do fluxo, conexão entre as válvulas 31 (uma válvula controla o fluxo entre a saída de líquido 39 e o canal de coleta de líquido 32 e outra válvula controla o fluxo entre a porta de entrada de líquido tampão 34 e a câmara de detecção 37) que pode ser preenchida com líquido e vedada e isolada do ambiente quando o plugue 33a está presente, isto é, para vedar a porta de entrada simples 33, e as válvulas 31 são configuradas em um estado fechado. Em uma modalidade, o volume saturado pode ser de cerca de 200 ul, o que pode variar dependendo do projeto do caminho de fluxo nos dispositivos descritos no presente documento. No entanto, volumes menores são mais preferenciais (para reduzir o tamanho da amostra necessária, por exemplo) e, preferencialmente, o volume saturado é de 20 ul ou menos. Em outras configurações, o fornecimento da porta de purga 34 (e a conexão do caminho do fluido à câmara de detecção 37) pode não ser necessário; nesse caso, o volume saturado se estenderá da porta de admissão de amostra vedada 33 para a câmara de detecção 37 e passando pela saída de líquido 39 para a interrupção do caminho de fluxo 36.

[0078] Em contrapartida, é desejável que o canal de coleta de líquido 32 tenha um volume muito maior, por exemplo, um volume que seja pelo menos 3 vezes maior, por exemplo, pelo menos 4 vezes maior, pelo menos 5 vezes maior, pelo menos 10 vezes maior ou pelo menos 15 vezes maior que o volume saturado, para que o mesmo possa coletar o líquido expelido do volume saturado ao longo de vários ciclos de teste e descarga. Em uma modalidade, o canal de coleta de líquido 32 pode ter um volume de 2.000 ul. O raio hidráulico do canal de coleta de líquido é tipicamente de 4 mm ou menos.

[0079] Os tamanhos das válvulas 31 não são particularmente importantes (e, como discutido abaixo, podem ser fornecidas interrupções alternativas do canal de fluxo). As mesmas têm a função de isolar o volume saturado em conexão com o plugue 33a.

[0080] Além disso, mesmo no estado ativo, o dispositivo é resistente à secagem da câmara de detecção 37. Isso é discutido abaixo, com referência à Figura Sa, que é um corte transversal esquemático da câmara de detecção 37 de acordo com uma modalidade e conexões circundantes do dispositivo 30 da Figura 2 ou Figura 4, por exemplo.

[0081] Na Figura 5a, o sensor 35 é fornecido em uma câmara de detecção 37. A entrada de líquido de câmara de detecção 38 é conectada a montante da câmara de detecção 37, para simplificar a apresentação (isto é, embora a entrada de líquido 38 seja mostrada como entrando na câmara de detecção 37 de acima nas Figuras 2 e 4, a mudança na localização na Figura 5a não afeta o resultado da análise abaixo). A Figura 5a mostra uma restrição adicional 38a no diâmetro da entrada de líquido antes de atingir a câmara de detecção 37. Isso pode ser, por exemplo, devido a um alargamento da entrada 33 para facilitar a coleta/provisão de amostras. A jusante da câmara de detecção 37 está a saída de líquido 39 para o canal de coleta de líquido 32.

[0082] No diagrama, vários parâmetros e dimensões são indicados. As alturas (medidas em metros) são indicadas pelo símbolo Ah. Os raios de curvatura (medidos em metros) são indicados pelo símbolo R. Os raios das partes tubulares (medidos em metros) são indicados pelo símbolo r. A tensão superficial (medida em N/m) é indicada pelo símbolo y. A densidade do líquido (medida em kg/m?) é indicada pelo símbolo p. As taxas de fluxo (medidas em m/s) são indicadas pelo símbolo Q. Os ângulos de contato (medidos em graus) dos meniscos líquido/gás com as paredes do dispositivo são indicados pelo símbolo 9. Os subscritos "i" são usados para referenciar para condições na entrada, o subscrito "c" é usado para indicar condições na constrição, e o subscrito "o" é usado para indicar condições na saída.

[0083] O comportamento do fluido no sistema representado é controlado pelas pressões de bolha capilar e/ou Laplace, e a pressão de Poiseuille cai para limitar as taxas de fluxo. Como é geralmente conhecido, a pressão capilar em um menisco pode ser calculada usando a equação:

Equação 1 pela) Ih R em que R; e R7 são raios de curvatura em direções perpendiculares. No caso de um tubo, como um capilar, o raio de curvatura R, é o mesmo que o raio de curvatura R> e o raio de curvatura é relacionado ao raio do tubo pela seguinte equação: Equação 2

R cos

[0084] Além disso, em um canal retangular, em que R; não é o mesmo que Ro, os raios de curvatura são dados pelas seguintes equações: Equação 3 READ; RE em que a é, por exemplo, a largura da seção retangular e bé a altura da seção retangular.

[0085] Para fluidos newtonianos incompressíveis, assumindo o fluxo não acelerado da lâmina em um tubo de seção circular constante que é substancialmente maior que o seu diâmetro, as perdas de pressão podem ser calculadas a partir da equação de Hagen-Poiseuille: Equação 4 Pra = em que u é a viscosidade (medida em N.s/m?) do líquido, l é o comprimento do tubo através do qual o fluxo ocorre (em metros) e r é o raio do tubo (em metros).

[0086] Finalmente, a pressão estática é calculada de acordo com a seguinte equação: Equação 5 P, = pgt em que g é a aceleração devido à gravidade (9,81 m/s), ehé a altura da coluna de fluido.

[0087] A Figura 5b ilustra um cenário no qual um dispositivo ativado é inclinado para incentivar o fluido no dispositivo 30 a drenar para o canal de coleta de líquido 32. Ao considerar se o fluido permanecerá na abertura da entrada 38 (isto é, a porta de admissão de amostra 33), pode se entender que a pressão capilar na entrada (P.;) deve ser igual ou superior à pressão capilar na saída mais qualquer diferença na pressão hidrostática provocada pela entrada que não esteja na mesma altura da saída (essa diferença de altura é indicada como 3h na Figura 5b e nas equações abaixo) para evitar a drenagem livre. Isso é estabelecido na seguinte equação: Pai & Po, + OE.Sh

[0088] A partir dessa equação, em combinação com as equações | e 2, a diferença máxima de altura 3h antes da drenagem livre pode ser deduzida (assumindo o mesmo ângulo de contato 6 na entrada e na saída): rcosê . 2rcose rn r + pa. oi 2rcose cosê r r a pg

[0089] Substituir valores típicos das variáveis relevantes (por exemplo, r; ,= 0,4 mm, r.=3,0 mm, 6 = 82º, p = 1.000 kg/m?, 7 =0,072 N/m) indica que uma diferença na altura de cerca de 4 mm pode ser alcançada antes da entrada desaparecer.

[0090] Considerando isso ainda mais, e como mostrado na Figura Sc, se a diferença de altura exceder esse valor crítico, o menisco na porta de entrada 33 recuará para a entrada para a câmara de detecção. No limite antes do menisco se destacar dessa entrada (isto é, permitir a entrada de gás na câmara de detecção 37), o menisco terá o raio máximo de curvatura, sendo igual ao raio da entrada (ignorando qualquer constrição 38a). Nesse caso, o ângulo de contato 9 será zero e, portanto, o cenário de não drenagem é descrito por: Pat + e no limite: " pE.óh + , 27c0sô st o — 2711 os, sh | or

[0091] Novamente, usando os valores típicos mencionados acima, isso indica que a diferença permitida na altura entre a entrada na câmara de detecção e o menisco a jusante e a saída de resíduos pode ser da ordem de 36 mm. Como resultado, mesmo que a própria porta de entrada 33 não permaneça molhada, é improvável que a câmara de detecção 37 se molhe em uso normal, pois essa é uma diferença substancial de altura, o que indicaria uma quantidade incomum de inclinação.

[0092] Além disso, é improvável que a câmara de detecção se desumedeça pingando para fora pela entrada. Como mostrado na Figura 5d, o outro extremo do cenário considerado anteriormente é o limite antes que o líquido comece a pingar da entrada. Novamente, nesse caso, o raio de curvatura do menisco (dessa vez na outra direção) é igual ao raio de curvatura do próprio capilar de entrada. Nesse caso, supondo que gh seja a diferença de altura entre o menisco de entrada e o menisco de saída, e que a saída seja elevada para incentivar o fluxo para fora da entrada, o cenário sem gotejamento é descrito por: Pas 2 Py e no limite:

= = pg.5h - E neta r r 2 27COs8, r sh sh = nelr, + —— )

[0093] Mais uma vez, a substituição de valores típicos indica que o 3h máximo permitido é da ordem de 37 mm. Mais uma vez, isso está dentro de uma faixa tolerável para o manuseio normal em uso.

[0094] Portanto, a partir da análise acima, pode ser visto que uma vez que o dispositivo 30 é comutado de um estado inativo para um estado ativo, o sensor de líquido 35 permanecerá molhado, em condições normais. Além disso, mesmo que a porta de entrada 33 se torne umedecida, isso não resultará necessariamente no sensor sendo exposto a uma interface gás/líquido, porque é provável que a interface seja fixada na entrada da câmara de detecção 37.

[0095] Também é possível considerar como essa estabilidade afeta a capacidade de fornecer amostra para a câmara de detecção 37. Na Figura Se, é considerado um primeiro extremo de retirar um fluido da "poça" na porta de entrada 33. Nesse caso, a pressão capilar que age para aspirar o fluido é equilibrada pelas perdas de fluxo laminar na entrada (com comprimento /): p. 2 MIA 20006 nr, "e 2rcose ari

USE A

[0096] Aplicando os valores típicos (incluindo uu = 8,9 x 10º N.s/m? e 1 = 3 mm), pode-se derivar uma vazão de 25 ul/s. Isso é mais do que suficiente quando os volumes de amostra são baixos, como em dispositivos microfluídicos com um volume total de cerca de 200 ul, por exemplo.

[0097] Em outro extremo, mostrado na Figura 5f, a amostra pode ser fornecida à porta de entrada 33 como uma gotícula (por exemplo, uma gota de sangue de um dedo ou uma gotícula de uma pipeta). Nesse caso, a força motriz é a pressão da bolha de Laplace para a gotícula: e =

[0098] Para uma gotícula de 1 mm, a pressão é de cerca de 144 Pa (usando os valores típicos). Uma aproximação 2D, em comparação com o cenário de absorção de poças, indica que isso é cerca de 20 vezes maior e, portanto, pode ser esperado um caudal de cerca de 500 ul/s para o mesmo arrasto viscoso.

[0099] Como resultado, pode ser visto que o dispositivo 30, por exemplo, as dimensões da entrada 38 e saída 39, bem como o canal de coleta de líquido 32, pode ser configurado não apenas para manter de forma robusta um estado úmido na câmara de detecção 37, mas também pode operar com facilidade para atrair fluido para a câmara de detecção 37. Quando a amostra foi fornecida, o dispositivo 30 retorna a um novo equilíbrio, no qual o dispositivo não irá desidratar/drenar a seco. Ou seja, o dispositivo 30 está configurado para evitar a drenagem livre da câmara de detecção 37. Em particular, a porta de admissão de amostra 33, a entrada da câmara de detecção 38 e o canal de coleta de líquido 32 são configurados para evitar essa drenagem, de modo que, quando o sistema de ativação foi operado para completar o caminho de fluxo a jusante da câmara de detecção 37, o sensor 35 permanece não exposto ao gás ou a uma interface gás/líquido, mesmo enquanto o dispositivo 30 está inclinado. Em outras palavras, a entrada da câmara de detecção 33 e o canal de coleta de líquido 32 são, assim, configurados para equilibrar pressões capilares e resistências de fluxo para evitar a drenagem livre da câmara de detecção 37 quando o caminho de fluxo estiver completo.

[00100] Ao considerar como a entrada da câmara de detecção e o canal de coleta de líquido são configurados para equilibrar as pressões capilares e as resistências de fluxo, é útil considerar como o dispositivo praticamente funciona. A preparação do dispositivo para o seu “estado ativo” é obtida completando o caminho do fluxo entre a saída do líquido e o canal de coleta de líquidos 32. As pressões capilares no canal de coleta a jusante e na porta de admissão de amostra são equilibradas de modo que, após a ativação do dispositivo, o gás não seja atraído para a porta de admissão de amostra, e a porta de admissão de amostra apresenta uma superfície úmida para um líquido de teste. Se a pressão capilar no canal de coleta de líquidos fosse maior do que na porta de admissão de amostra, o dispositivo seria drenado após a ativação, com o líquido tampão sendo arrastado para o canal de coleta.

[00101] Após a ativação do dispositivo e antes da adição de um líquido de teste, o dispositivo pode ser considerado estar em equilíbrio, ou seja, em que a pressão na porta de entrada é igual à pressão no canal de coleta a jusante. Nesse estado de equilíbrio, o líquido permanece na câmara de detecção e o gás não é atraído para a porta de entrada, de modo que a porta de entrada apresente uma superfície úmida a um líquido de teste a ser introduzido no dispositivo. O dispositivo está configurado para garantir que o equilíbrio de forças seja tal que a câmara de detecção permaneça cheia de líquido e esse líquido permaneça (pelo menos parcialmente) na entrada, na saída e no canal de coleta de líquido. Se o equilíbrio for perturbado ao mudar a posição do líquido (sem adicionar ou remover o líquido do sistema), há um Ímpeto para retornar a esse equilíbrio. Quando o líquido é movido, ele cria novas interfaces gás/líquido. Assim, esse equilíbrio de força e a restauração do equilíbrio serão efetivamente controlados pelas forças capilares nessas interfaces.

[00102] Idealmente, o equilíbrio de força é tal que, após a ativação ou adição de um volume de líquido, o líquido preenche a porta de admissão de amostra e apresenta uma superfície úmida. No entanto, alguns ajustes podem ser necessários após a ativação/perfusão, a fim de fornecer uma superfície úmida na porta de admissão de amostra. Em qualquer caso, a porta de entrada é configurada de modo que, após a adição de um líquido de teste à porta, a pressão capilar na porta de entrada seja menor que a pressão capilar no canal de coleta a jusante. Isso fornece a força motriz para aspirar o líquido de teste para o dispositivo, deslocando o líquido da câmara de detecção para o canal de coleta de líquido. Isso continua até que as pressões na porta de admissão de amostra e no canal de coleta de líquido voltem a atingir o equilíbrio. Essa força motriz pode ser fornecida pela mudança na forma de um volume de líquido aplicado à porta de entrada, conforme descrito na equação 1, em que um volume de fluido aplicado à porta, como mostrado na Figura 5f, com um raio particular de curvatura, “cai” na porta, reduzindo, assim, a taxa efetiva de curvatura e fornecendo uma pressão de Laplace (também pode haver outros componentes da pressão de acionamento geral, por exemplo, devido à pressão da cabeça do volume do líquido de teste, que reduzirá com o tempo à medida que esse volume for introduzido no dispositivo). O diâmetro de entrada de líquido é vantajosamente menor que o diâmetro do canal de coleta de líquido, de modo que o fluido esteja localizado na porta de entrada e sobre o sensor e que o líquido esteja presente no dispositivo como uma fase contínua, em oposição a fases discretas separadas por gás.

[00103] Outro volume de amostra pode ser subsequentemente aplicado ao dispositivo a fim de deslocar ainda mais o líquido tampão da câmara de detecção. Isso pode ser repetido várias vezes, de modo que o líquido tampão seja removido do sensor na câmara de detecção e substituído pelo líquido de teste. O número de vezes necessário para deslocar completamente o líquido tampão do sensor será determinado pelo volume interno do dispositivo, o volume da amostra de teste aplicada bem como o grau de força motriz que pode ser alcançado.

[00104] Assim, nessa modalidade particular, um líquido de teste pode ser aspirado para dentro do dispositivo e deslocar o líquido tampão sem a necessidade de o usuário aplicar pressão positiva adicional, por exemplo,

usando uma pipeta. Isso tem a vantagem de simplificar a aplicação de um líquido de teste ao dispositivo. Surpreendente e vantajosamente, a invenção fornece um dispositivo que pode ser fornecido em um “estado úmido”, em que o líquido pode ser deslocado do dispositivo pela mera aplicação de outro líquido no dispositivo.

[00105] Além disso, a análise acima considera apenas uma configuração linear. A Figura 6 é um plano esquemático de um exemplo de dispositivo microfluídico 30 em uma configuração alternativa. Nessa configuração, o canal de coleta de resíduos 32, a jusante da saída 39 da câmara 37 é fornecido em um caminho torcido ou tortuoso, para manter o canal 32 dentro de um raio máximo definido a partir da porta de admissão de amostra 38. Essa configuração permite um grande comprimento (e, portanto, volume) do canal de coleta de resíduos 32, mantendo a distância máxima do menisco a jusante dentro do raio máximo. Esse raio máximo permitido é determinado pela diferença de altura permitida entre a porta de entrada 38 e o menisco a jusante, que não resulta na drenagem da câmara do sensor 37. Em outras palavras, um arranjo puramente linear resultaria no menisco atingindo a diferença de altura máxima permitida após uma certa quantidade de uso, mas na disposição tortuosa o menisco é desviado de volta para ficar mais próximo da porta de entrada 33 e, portanto, a condição crítica não é alcançada. Isso ocorre porque a disposição tortuosa mantém o menisco a jusante mais próximo da porta de entrada, é necessário um ângulo de inclinação maior para obter a mesma diferença de altura (para qualquer quantidade de líquido no canal a jusante, assumindo que as dimensões do canal não mudam, apenas o caminho do canal).

[00106] Além disso, mesmo que a porta de admissão de amostra 33 seja umedecida, o dispositivo 30 pode ser operável para reinicializar o sistema no estado ativo. No exemplo das Figuras 2 e 4, líquido adicional pode ser fornecido à entrada 38 diretamente através da porta de admissão de amostra

33. Como alternativa, o reumedecimento pode ser incentivado puxando o líquido de volta através da saída 39 e da câmara de detecção 37 para a entrada 38 e porta de admissão de amostra 33. Outra alternativa é o fornecimento de fluido adicional por meio da porta de suprimento de tampão 34.

[00107] No entanto, em outras modalidades, pelo menos a parte a Jusante da válvula 31 da modalidade da Figura 2 pode ser omitida e substituída por outra forma de interrupção do caminho do fluxo. Por exemplo, o canal de resíduos a jusante 32 pode ser isolado do volume saturado por um tratamento de superfície (por exemplo, algo hidrofóbico), que formaria efetivamente uma barreira ao líquido a montante até que a interrupção fosse removida pelo fluxo forçado iniciado por uma ação de escorva ou descarga. Esse tratamento de superfície seria efetivamente uma válvula hidrofóbica. Com efeito, a interrupção 36 pode ser qualquer obstáculo ao fluxo que possa ser removido ou superado por um sistema de ativação.

[00108] As Figuras 7 e 8 são modalidades exemplificativas dos dispositivos aqui descritos.

[00109] A Figura 7 mostra um dispositivo 30, no qual uma pipeta 90 está sendo usada para fornecer amostra à porta de entrada 33. A porta 33 é fornecida centralmente acima do sensor na câmara de detecção 37, nesse exemplo. Nesse exemplo, e no exemplo da Figura 8, é fornecida uma válvula 31 do tipo ilustrado na Figura 2 (isto é, uma válvula única que abre e fecha os canais a montante e a jusante da câmara de amostra 37).

[00110] Na Figura 8, a imagem principal do dispositivo 30 mostra a presença do plugue ou vedação 33A na porta de admissão de amostra. À imagem expandida mostra o plugue 33A removido, revelando a porta de admissão de amostra 33 embaixo. Nesse exemplo, a porta de admissão de amostra 33 é fornecida na extremidade mais a montante da câmara 37 que contém o sensor 35. Isso é vantajoso porque, no estado ativado com a porta de purga a montante 58 fechada, a câmara de amostra 37 pode ser preenchida rapidamente por forçar a amostra através da porta 33, de modo a deslocar o líquido tampão já na câmara de amostra a jusante (isto é, não é possível deslocamento a montante, devido à porta de purga fechada 58).

[00111] Alguns cenários operacionais do dispositivo microfluídico 30 da presente invenção (isto é, como exemplificado pela Figura 8) são agora discutidos.

[00112] Em uma primeira configuração, a válvula 31 está aberta, assim como a porta de amostra 33 (isto é, o plugue 33A não está presente). A porta de limpeza/porta de fornecimento de tampão 34 está fechada. Nessa configuração, uma pipeta pode ser usada na porta de respiro 38 para retirar todo o líquido, inclusive da célula de amostra. Alternativamente, se for fornecido líquido a essa porta, ele deslocará o fluido através do reservatório de resíduos 32 para a câmara do sensor 37 e para fora da porta de amostra 33.

[00113] Em outra configuração, a válvula 31 e a porta de admissão de amostra 33 estão abertas e a porta de respiro 58 é vedada. Nesse cenário, uma pipeta pode fornecer fluido na porta de purga 34, que forçará o fluido através da célula, para dentro da câmara de amostra 37 (ou seja, através do volume saturado) e a jusante no reservatório 32. Isso também fará com que a porta de admissão de amostra 33 fique umedecida se já estiver desumedecido. Como alternativa, se a pipeta for usada para drenar o líquido, é possível drenar a câmara do sensor e a parte a montante do dispositivo.

[00114] Em outra configuração, a válvula 31, a porta de purga 34 e a porta de respiro 58 estão todas abertas. Nessa configuração, uma pipeta pode ser fornecida à porta de admissão de amostra 33 para fornecer amostra na câmara do sensor. Alternativamente, se a pipeta for aplicada para drenar o líquido da porta de admissão de amostra 33, a câmara do sensor 37 pode ser drenada. Se isso for feito lentamente, também é possível retirar o líquido do reservatório de resíduos 32.

[00115] Em outro cenário, a válvula 31 e a porta de purga 34 estão abertas, enquanto a porta de respiro 58 está fechada. Nesse cenário, é possível aplicar fluido através da porta de admissão de amostra 33 para forçar o fluido para fora da porta de purga 34, se necessário. Alternativamente, a extração de líquido da porta de admissão de amostra 33 atrairá ar para a célula através da porta de purga.

[00116] Em outra configuração, a válvula 31 e a porta de respiro 58 estão abertas, enquanto a porta de purga 34 está fechada. Nesse cenário, um fluido fornecido à porta de admissão de amostra 33 pode ser empurrado para a célula mais rapidamente, sem derramamento de fluido da porta de purga. Alternativamente, a extração de fluido da porta de admissão de amostra 33 nesse cenário drenará a célula e os resíduos a jusante, se feito rapidamente.

[00117] Em mais duas configurações, a válvula 31 está fechada. Em algumas configurações, a válvula de fechamento 31 pode conectar a porta de purga a montante 34 ao reservatório de resíduos a jusante 32, ao mesmo tempo em que isola a câmara de detecção (isto é, na disposição da Figura 2, a porta de purga a montante 34 não está tão conectada ao desperdício a jusante 32, mas aumentar o comprimento do canal da válvula 31B pode resultar em tal conexão). Quando uma conexão é feita, é possível encher os resíduos da porta de respiro 58 (ou seja, para que qualquer líquido derrame da porta de purga 34) ou para encher os resíduos da porta de purga 34 (ou seja, para que qualquer líquido derrame da porta de respiro 58). Além disso, o resíduo pode ser esvaziado retirando líquido de uma das portas de purga 34 ou da porta de respiro 58 (assumindo que a outra esteja aberta).

[00118] A Figura 9 mostra um exemplo de projeto de um canal de guia 91 que se estende da porta de admissão de amostra 92 de uma parte do dispositivo 90. O canal de guia afunila para fora da porta e serve para guiar uma ponta de pipeta 100 aplicada ao canal para a porta de admissão de amostra. O canal guia também se inclina para baixo em direção à porta de admissão de amostra, o que facilita o deslocamento da ponta da pipeta até a porta. Depois que a ponta da pipeta é direcionada para a porta de admissão de amostra, o usuário pode aplicar amostra líquida à porta a partir da ponta da pipeta. O colar 93 serve para delimitar a área do canal e agir como um suporte para uma ponta de pipeta aplicada diretamente à porta de admissão de amostra. Devido às dimensões da porta, que podem ter, por exemplo, 1 mm ou menos de diâmetro, pode ser um desafio para o usuário localizar a ponta da pipeta diretamente na própria porta de admissão de amostra. A área do canal afilado para fora fornece uma área de destino maior para o usuário localizar e guiar uma ponta de pipeta para a porta de admissão de amostra, caso isso seja necessário.

[00119] A Figura 11 ilustra um aparelho semelhante ao da Figura 10. O aparelho 200 tem um primeiro componente 210 que forma a base do dispositivo 200, enquanto o segundo componente 220 pode ser inserido e removido do componente base 210. O próprio componente base 210 pode ser composto de múltiplos componentes 211, 212. O primeiro e o segundo componentes 210, 220 têm, cada um, respectivos arranjos de conectores elétricos que formam uma conexão entre si quando o primeiro e o segundo componentes 210, 220 estão conectados. Isso permite que múltiplos segundos componentes sejam utilizados com um único componente de base 210. O corpo do segundo componente 220 é tipicamente produzido a partir de um material plástico com um grau de elasticidade. O material plástico pode, por exemplo, ser policarbonato.

[00120] O segundo componente 220 na Figura 11 é um aparelho microfluídico, ou seja, uma célula de fluxo. A célula de fluxo 220 é mostrada em vistas em perspectiva nas Figuras 12 e 13. A Figura 12 mostra uma vista de cima, enquanto a Figura 13 mostra uma vista de baixo. Na Figura 13, um arranjo de conectores (não mostrados) forma a parte inferior de um sensor

235. A base 210 da Figura 11 pode ter uma matriz correspondente de conectores elétricos para se conectar ao arranjo na célula de fluxo 220.

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[00121] A Figura 14 mostra um corte transversal esquemático através da célula de fluxo 220. O sensor 235 é fornecido em uma câmara de detecção

237. Líquido (por exemplo, um líquido tampão ou amostra a ser testada) pode ser fornecido à câmara de detecção através de um canal de entrada 261 Da mesma forma, o líquido pode deixar a câmara de detecção através de um canal de saída 262. O canal de entrada 261 e o canal de saída 262 são canais separados, para permitir fluxo contínuo de fluido através da câmara de detecção 237 do canal de entrada 261 para o canal de saída 262.

[00122] A célula de fluxo 220 pode ser construída de modo que o caminho de fluxo através do dispositivo seja feito de materiais com boas propriedades de retenção de líquido. Ou seja, os materiais são substancialmente impermeáveis a líquidos e também podem ser não porosos. Isso se aplica, em particular, à porção a montante que compreende o volume úmido antes da ativação - ou seja, a porção que inclui o canal de entrada 261, a câmara 237 e o canal de saída 262. As porções a jusante, como o canal de ponte discutido abaixo, não requerem propriedades de retenção de líquido tão altas, porque não são expostas ao fluido até após a ativação. Em qualquer caso, exemplos de materiais de barreira adequados incluem copolímero de olefina cíclica (COC) ou polímero de olefina cíclica (COP), que são rígidos com alta clareza. Outros materiais adequados, embora mais macios e translúcidos do que claros, incluem materiais à base de polietileno (PE) e polipropileno (PP). No entanto, a célula de fluxo 220 também pode incluir revestimentos, coextrusões, laminados ou porções adicionais feitas de materiais de barreira inferior (opcionalmente combinados com uma barreira secundária como parte da embalagem do dispositivo). Ou seja, a superfície do caminho do fluxo pode ser feita de materiais com boas propriedades de retenção de líquidos, e os materiais circundantes podem ser diferentes.

[00123] O canal de entrada 261 se comunica com um reservatório 233 que atua como uma porta de admissão de amostra para a célula de fluxo 220.

Em outras palavras, o reservatório 233 (quando a primeira vedação 251 é removida, veja abaixo) está aberto para os arredores da célula de fluxo 220, como pode ser visto na Figura 12. Isso permite que um usuário coloque uma amostra a ser testada no reservatório 233, em um estado ativo da célula de fluxo 220. Ao fornecer uma grande porta (por exemplo, 5 mm de diâmetro) 233, é fácil para um usuário fornecer uma amostra para a porta de entrada 233 sem introduzir gás na célula de fluxo 220.

[00124] Ou seja, a geometria da porta 233 é tal que fornece um reservatório durante o estado inativado (antes que as vedações 251 e 252 sejam removidas, veja abaixo). Também pode fornecer um reservatório momentaneamente se ou quando a amostra é adicionada, durante o estado ativado, mais rápido do que pode ser atraído para a célula de fluxo.

[00125] Uma vez ativada, a interface líquido/ar na extremidade da entrada de amostra do caminho do fluido é inclinada para ficar no canto entre o canal de entrada 261 e a porta/reservatório 233. A interface líquido/ar na outra extremidade do caminho do fluido é livre para assentar ao longo do canal de resíduos 232, com sua posição definida pelo volume de fluido. Devido às ações capilares, esse continua sendo o caso, mesmo que o fluido da célula evapore, independentemente da interface de líquido/ar na qual a evaporação ocorre - a interface na extremidade da entrada da amostra permanece estática enquanto a extremidade do resíduo retrai à medida que o volume de fluido diminui.

[00126] Para adicionar amostra à célula de fluxo 220, um usuário precisa apenas contatar a amostra com a interface líquido/ar na extremidade de entrada de amostra (isto é, na transição entre o canal de entrada 261 e a porta/reservatório 233). Isso pode ser diretamente ou adicionando a amostra na região de formação do reservatório para a porta 233, e permitindo que a amostra se mova (por exemplo, sob fluxo de gravidade) em direção à interface e entre em contato com a mesma. A porta de admissão de amostra

233 tem um diâmetro de entrada maior que um diâmetro de gota e pode ser vantajosamente em forma de prato. Assim, uma gota pode ser adicionada ao dispositivo capaz de se mover para o fundo do prato por gravidade e entrar em contato com o fluido no topo do canal de entrada 261 na interface com a porta de admissão de amostra. Os lados cônicos da porta de admissão de amostra 233 permitem que a gota se concentre no canal de entrada e minimizam a introdução de um gás na célula de fluxo, impedindo a formação de um vazio. A porta de admissão de amostra 233 também pode ter uma forma diferente da em forma de prato, por exemplo, um cone raso.

[00127] A adição de uma amostra é ainda ilustrada na Figura 18, que mostra um fluido de amostra 291, um molde de célula de fluxo 292, um sensor 293 e um fluido de célula 294. Uma superfície de vedação 295 tem uma abertura/reservatório de porta de amostra 296 com um raio maior que o raio de gota de amostra 297. Isso permite que o fluido de amostra 291 entre em contato com a interface de ar do fluido celular 298, em vez de fazer uma ponte sobre a abertura e prender um vazio de ar entre as interfaces de fluido. A interface de ar de fluido celular 298 é inclinada para descansar no ponto de transição 298 por ação capilar devido à fixação na borda circular afiada 299 formada por uma superfície de fechamento na ferramenta de molde durante a fabricação. Se a interface de ar do fluido celular 298 for forçada a se afastar da borda 299, os afunilamentos das superfícies 284 e 285 em direção à borda 299 aumentam a força capilar atuando para retornar a interface de ar do fluido celular 298 de volta à borda 299. Em um caso extremo da interface de ar do fluido celular 298 sendo forçado a se afastar da borda 299, prender na borda 286 adiciona pressão de bolha de Laplace para resistir ao ar sendo atraído ainda mais em direção ao sensor 293.

[00128] Como o reservatório 233 está na face superior da célula de fluxo 220, está acima da câmara de detecção 235. No entanto, isso não é necessário, nem no sentido direto (isto é, o reservatório não precisa estar diretamente sobre a câmara de detecção) ou em um sentido absoluto (ou seja, oO reservatório não precisa estar em uma posição mais elevada que a câmara de detecção), porque o líquido é atraído pelo dispositivo pelo fluxo capilar, conforme explicado abaixo. O reservatório 233 pode ser posicionado na mesma altura ou abaixo da câmara de detecção 237.

[00129] A célula de fluxo 220 também é dotada de um canal de coleta de líquido residual 232. Em uso, o líquido que sai da câmara do sensor 237 através do canal de saída 262 é recebido pelo canal de coleta 232.

[00130] No entanto, imediatamente entre o canal de saída 262 e o canal de coleta 232 está uma barreira de fluxo 231. A barreira de fluxo 231 é uma parede que divide o canal de saída 262 do canal de coleta 232. Em outras palavras, na ausência da barreira 231, o caminho de fluxo a montante da barreira 231, terminando com o canal de saída 262 e o caminho de fluxo a jusante da barreira 231, começando com o canal de coleta 232, seria diretamente conectado um ao outro. A barreira 231 (e, portanto, a extremidade do canal de saída 262) se eleva acima da altura da câmara de detecção 237 na construção mostrada. No entanto, isso não é necessário porque o líquido é aspirado através do dispositivo pelo fluxo capilar, conforme explicado abaixo.

[00131] Em um estado ativo ou ativado, o líquido pode passar sobre a barreira 231 e passar para o canal de coleta de resíduos 232. No entanto, como mostrado na Figura 14, a célula de fluxo está em um estado inativo. Nesse estado, uma primeira vedação 251 cobre a porta de admissão de amostra 233, enquanto uma segunda vedação 252 cobre a extremidade do canal de saída de câmara de detecção 262. Na modalidade ilustrada, a primeira e a segunda vedações 251, 252 são ambas fornecidas como parte do mesmo elemento de vedação geral 250. Como mostrado, o elemento de vedação geral 250 também pode cobrir a entrada do canal de coleta de resíduos 232 no estado inativo. O elemento de vedação 250 pode ser fixado à superfície da célula de fluxo 220

44 / 54 por uma cola que é mais ou menos hidrofílica que a superfície. Em particular, essa cola pode ser deixada para trás quando a primeira e a segunda vedações 251, 252 estão removidas, conferindo propriedades de umedecimento favoráveis à superfície (por exemplo, desencorajando o fluxo de líquido para fora do reservatório 233 ou incentivando o fluxo de líquido para o canal de ponte 241 discutido abaixo).

[00132] A extremidade do canal de saída 262 e a entrada para o canal de coleta de resíduos 232 podem ser conectadas no estado ativo, sobre a barreira 231, através de uma cobertura de barreira 240. A cobertura de barreira 240 pode compreender um canal de ponte 241 para conectar o canal de saída 262 e o canal de coleta 232 e é discutida em mais detalhes abaixo.

[00133] O elemento de vedação 250 pode ainda compreender uma seção de revestimento de liberação 253. O revestimento de liberação 253 é fixado à segunda vedação 252. O revestimento de liberação 253 pode se estender além da segunda vedação 252 (como ilustrado, estendendo-se mais abaixo da cobertura de barreira 240) e também dobrar de volta sobre a vedação para incluir uma porção de pega 254.

[00134] Nessa disposição, a pega de puxar 254 fornece uma maneira simples de remover as vedações 251 e 252. Ou seja, puxando a pega 254, o revestimento de liberação 253 é puxado para trás por baixo da cobertura de barreira 240, pois a vedação 252 também é puxada de volta na mesma direção. Desse modo, qualquer adesivo remanescente no lado inferior da segunda vedação 252 não entra em contato com a barreira 240 à medida que é removida e exposta, mas é coberto pelo revestimento de liberação 253 à medida que o mesmo é puxado simultaneamente debaixo da cobertura de barreira 240 com a segunda vedação 252. À medida que a pega 254 é puxada ainda mais, a primeira vedação 251 também é removida da porta de admissão de amostra 233.

[00135] A cobertura de barreira 240 é preferencialmente suspensa, de modo que é empurrada em direção ao corpo principal da célula de fluxo 220. Como mostrado na Figura 12, a cobertura de barreira 240 pode ser inclinada no lugar por um meio de fixação como um parafuso ou cavilha 245. Em outras disposições, a cobertura de barreira 240 pode ser formada como uma peça única com o corpo formando os canais fluídicos. Em qualquer uma das disposições, a cobertura 240 pode ser flexível para permitir que a segunda vedação 252 seja removida e para que a cobertura 240 se ajuste e suporte contra a superfície exposta sob a vedação 252.

[00136] Como resultado, quando o elemento de vedação 250 é removido, o canal de ponte 241 da cobertura de barreira 240 é impelido para o lugar para formar um canal de conexão entre o canal de saída 262 e o canal de coleta de resíduos 232. O canal de ponte 241 pode ser cercado por uma gaxeta 244, como mostrado na Figura 15, para garantir uma boa vedação entre o canal de saída 262 e canal de coleta de resíduos 232. No entanto, uma vedação também pode ser criada sem uma gaxeta, através da fixação do fluido em torno do perímetro do canal de ponte 241. Alternativamente, a cobertura de barreira 240 pode ter um corpo principal feito de um material suspenso (por exemplo, metal ou um material plástico adequado), mas o canal de ponte 241 pode ser produzido a partir de outro material que facilita a vedação, como um material elastomérico. Esses materiais podem ser elastômeros termoplásticos (TPEs), como Thermolast K TF2 ATL da Kraiburg TPE GmbH & Co (Waldkraiburs, Alemanha), silicones, vulcanizados termoplásticos (TPVs) ou poliuretano termoplástico (TPU), por exemplo. Isso efetivamente incorpora a gaxeta no canal de ponte 241.

[00137] Portanto, uma vez que o elemento de vedação 250 foi removido, um caminho de fluxo contínuo através da célula de fluxo 220 é formado a partir da porta 233, através do canal de entrada 261 para a câmara do sensor 237, depois para o canal de saída 262 e através do canal de ponte 241 para o canal de coleta de resíduos 232. A conclusão desse caminho de

46 / 54 fluxo entre as porções a montante e a jusante de ambos os lados da barreira 231 coloca a célula de fluxo 220 em um "estado ativo". Ou seja, o estado ativo é aquele em que o líquido pode passar da porta de entrada 233, através da câmara do sensor e para o canal de coleta de resíduos 232. O canal de ponte 241 tem uma dimensão capilar, de modo que o líquido passa do canal de coleta 232 para o canal de saída 262.

[00138] Antes de o elemento de vedação 250 ser removido (e, assim, a primeira e a segunda vedações 251, 252 ainda estão no lugar), a célula de fluxo 220 está em um "estado inativo". Nesse estado, existe um volume fluídico vedado, ou "volume saturado", formado a partir da primeira vedação 251, através da porta de entrada fechada 233, do canal de entrada 261, da câmara de detecção 232 e do canal de saída 262 para a superfície da segunda vedação 252. Por outras palavras, o caminho de fluxo a montante da barreira 231 é encerrado. No estado inativo, a célula de fluxo é preenchida com um líquido da primeira vedação 251 na porta de admissão de amostra 233 até a segunda vedação 252 no final do canal de saída de câmara de detecção 262. Ao ter esse volume preenchido com líquido, tal como um líquido tampão, o sensor 235 é impedido de ser exposto a gás ou uma interface de gás/líquido. Por sua vez, isso protege os componentes delicados do sensor 235, como qualquer membrana dotada de nanoporos, por exemplo.

[00139] O benefício de fornecer um estado inativo no qual a célula de fluxo 220 é preenchida com líquido da primeira vedação 251 até a segunda vedação 252 é que a célula de fluxo pode ser preparada para uso e, em seguida, transportada facilmente sem interromper o arranjo de sensores. Em particular, excluindo qualquer gás e, portanto, qualquer interface de gás/líquido, do volume interno, não há chance de uma bolha romper a superfície do sensor 235 à medida que a célula de fluxo 220 é movida e potencialmente alterada orientação durante o transporte.

[00140] Em contrapartida, configurar a célula de fluxo para o estado

"ativo" removendo o elemento de vedação 250 permite que a amostra seja adicionada à porta 233 e o líquido possa fluir através da câmara de detecção 237 e para a coleta de resíduos 232. No entanto, a disposição da porta de entrada 233 e da barreira 231 em relação à câmara de detecção 237 significa que o líquido não será drenado livremente da câmara de detecção 237, mesmo no estado ativo. Isso ocorre porque as dimensões dos canais de entrada e saída 261, 262 significam que as forças capilares ditam o movimento do fluido.

[00141] Dito isso, a remoção inicial do elemento de vedação 250 pode fazer com que um líquido flua do volume saturado original, ou seja, para fora do canal de saída 262 e para o canal de ponte e potencialmente para o canal de resíduos 232. Em outras palavras, a remoção do elemento de vedação 250 pode ter um efeito de “escorva”, puxando um pouco de líquido através do dispositivo. No entanto, essa preparação não resultará no fluxo livre de fluido com o resultado de que a câmara de detecção 23 drena, devido ao equilíbrio das forças capilares.

[00142] Em uso, o líquido é puxado para dentro do canal de entrada 261 do reservatório 233 por ação capilar. Para auxiliar na extração de fluido através da célula de fluxo 220, particularmente para fora do canal de saída 262 e para o canal de ponte 241, a cobertura de barreira 240 pode ser dotada dos mergulhadores 242 e 243, que são projeções que podem ser, por exemplo, circulares em perfil, embora outras formas sejam possíveis. O primeiro mergulhador 242 se estende da cobertura de barreira 240, através do canal de ponte 241 e para o canal de saída 262. O segundo mergulhador 243 se estende da cobertura de barreira 240, através do canal de ponte 241 e para dentro do canal de coleta de resíduos 232. Em algumas modalidades, apenas um mergulhador 242 no canal de saída 262 pode ser fornecido. Em outras modalidades, apenas um coletor 243 no canal de coleta de resíduos 232 pode ser fornecido em outras modalidades, como mostrado, os coletores 242 e 243 podem ser fornecidos.

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[00143] Os mergulhadores 242 e 243 ajudam a superar qualquer "fixação" de menisco que possa neutralizar a ação capilar durante o fluxo de líquido através da célula 220. Em outras palavras, quando o líquido se aproxima do final do canal de saída 262, o mergulhador penetra no líquido antes de o menisco atingir o final do canal de saída 262. Isso ajuda a ação capilar continuando a atrair o líquido para o canal de ponte 241. Da mesma forma, a provisão do mergulhador 243 ajuda a introduzir o fluido no canal de coleta 232 sem que o líquido sofra menisco prendendo na entrada do canal de coleta de líquido 232.

[00144] O fluxo do canal de ponte 241 para o canal de coleta de resíduos 232 também pode ser auxiliado fornecendo um canto arredondado no final do canal de ponte 241, reduzindo, assim, o número de arestas vivas e, portanto, o potencial de fixação. Esse canto arredondado 263 é mostrado na Figura 14, e as bordas arredondadas na entrada do tubo de descida 264 (que também auxiliam na progressão do líquido no canal) também podem ser vistas. Da mesma forma, um canto arredondado 265 pode ser fornecido entre o tubo de descida 264 do canal de coleta de resíduos 232 (isto é, a porção de entrada do canal 232 ao lado da barreira 231) no canal principal 266 do canal de coleta de resíduos 232. Isso é ilustrado na Figura 15. O canto arredondado 265 é fornecido em frente a uma borda/canto agudo do outro lado do canal. Embora o canto 265 seja arredondado, o corte transversal do canal em uma direção perpendicular à direção do fluxo pode ser retangular. Essa combinação permite que o fluido seja fixado na borda afiada enquanto o fluido pode progredir na curva, resistindo ao fluxo. Isso ocorre porque, com um ponto de contato fixado, o fluido pode formar seu ângulo de contato nativo com a superfície curva sem "esticar" a superfície do fluido exposto (isto é, exigindo que o trabalho seja feito na superfície) à medida que progride ao longo do canal.

[00145] A Figura 16 mostra uma disposição alternativa ao da Figura

49 / 54 15, com apenas um mergulhador 242. Detalhes adicionais de como os canais são formados a partir de peças moldadas superiores e inferiores - molde de montagem de célula de fluxo superior 271 e molde de montagem de célula de fluxo inferior 272 — são também mostrados. A Figura mostra a configuração após a remoção do elemento de vedação (não mostrado) da superfície de vedação 274 (superfície de vedação NB 274 corre continuamente da esquerda para a direita na Figura, embora aparentemente interrompida na seção específica que passa pelas portas). A vedação 275 é feita entre a cobertura de barreira 240 e a moldagem superior da célula de fluxo 271, encerrando um canal de ponte 241 entre o canal de saída de célula 262 e o canal de entrada de resíduos 232. A superfície 279 do canal de ponte pode ser hidrofílica para auxiliar a ação capilar Um mergulhador 242 é formado por uma protuberância da cobertura de barreira 240, que atravessa a superfície de vedação 274 e entra em contato com a interface de ar do fluido celular fixada na borda 281. Uma protuberância 282 da montagem de célula de fluxo que molda a parte inferior 272 se estende até a porta na montagem de célula de fluxo molda a parte superior 271, mas não atravessa a superfície de vedação 274, permitindo que o elemento de vedação fique plano contra a superfície de vedação 274. No entanto, o raio 283 impede a fixação para que o fluido celular possa progredir ao longo da superfície 274 e fazer contato com a protuberância 282. Depois que o fluido entra em contato com o molde de montagem de célula de fluxo mais baixo na protuberância 282, a ação capilar o puxa para baixo de uma superfície contínua, que tem um raio 265 tal que a fixação na borda superior de molde de montagem de célula de fluxo 285 resiste à progressão do frente de fluido ao longo do canal.

[00146] Para auxiliar ainda mais o fluxo em torno da barreira 231, o canal de ponte 241 e/ou a superfície da barreira voltada para o canal de ponte 241 pode ser dotado de características de umedecimento de superfície adequadas. Isso também pode se aplicar ao canal de resíduos, para evitar que o fluxo de líquido através do dispositivo seja preso no canal de resíduos. Para incentivar a ação capilar, o ângulo de contato dentro do caminho do fluxo é preferencialmente menor que 90º. Portanto, as superfícies em questão podem ter um ângulo de contato úmido de 90º ou menos com a água. Opcionalmente, as superfícies podem ser mais hidrofílicas do que aquelas para explicar as mudanças nas propriedades de umedecimento da amostra em comparação com as águas, por exemplo, com um ângulo de contato úmido de 75º ou menos com água.

[00147] No entanto, em alguns arranjos, pode ser desejável garantir que essas superfícies não sejam muito hidrofílicas, para evitar o efeito capilar resultante, superando a retenção de fluido na porta de entrada e puxando o líquido através do dispositivo e permitindo a entrada de ar, potencialmente expondo o sensor. Considerando a disposição da Figura Sc e o equilíbrio de pressões discutido acima, pode-se considerar que um ângulo de contato zero ocorre na entrada para causar um raio mínimo de bolha, a partir do qual é possível mostrar que a entrada de ar só ocorrerá se o canal de resíduos tiver um raio efetivo menor do que a porta de entrada (assumindo que as superfícies de fluido estejam na mesma altura). Na prática, o canal de resíduos pode ter um raio efetivo de pelo menos o dobro do tamanho da porta de entrada. No entanto, o dispositivo nem sempre está nivelado e, portanto, o efeito das superfícies de desperdício hidrofílicas ou com baixo ângulo de contato é reduzir o nível de pressão que pode ser tolerado como resultado da inclinação do dispositivo. Como resultado, o ângulo de contato é opcionalmente de 10º ou mais com água, além de opcionalmente de 20 ºC ou mais.

[00148] As propriedades da superfície podem ser controladas por tratamento físico ou químico. Isso se aplica em particular ao canal de ponte 241, pois é facilmente acessível durante a produção, mas também pode se aplicar a outros componentes, como a superfície da barreira voltada para o canal de ponte 241 e o canal de resíduos, como discutido acima.

[00149] Em termos de tratamento físico, o canal de ponte 241 pode ser projetado para ter um efeito capilar aumentado aumentando a área da superfície hidrofílica para superar as áreas locais de hidrofobicidade. Ou seja, a área da superfície pode ser aumentada em comparação com uma superfície plana/não texturizada. Isso pode ser alcançado texturizando, por exemplo, na superfície voltada para a barreira 231, para fornecer rugosidade microscópica e/ou características macroscópicas. Tais características macroscópicas podem ser fornecidas como pilares, rebarbas ou canais/ranhuras, por exemplo. Adicional ou alternativamente, um padrão não periódico e não determinístico pode ser criado na dita superfície. Tais características microscópicas podem ser fornecidas formando a superfície do canal de ponte com uma ferramenta de moldagem tendo um acabamento brilhante e/ou gravando a superfície. Tais características podem ter cerca de 0,2 mm de profundidade, por exemplo. Tais características podem ser produzidas como parte do molde para o canal de ponte 241.

[00150] Outra forma de tratamento físico pode incluir o fornecimento de um elemento fisicamente poroso no canal de ponte 241. Esse elemento pode ajudar a absorver o líquido para dentro e, subsequentemente, através do canal de ponte 241. Esse elemento pode preencher o canal de ponte 241. Esse elemento poderia ser uma esponja, por exemplo formado de celulose ou feito de tecido ou fibras. Em algumas modalidades, o elemento poroso pode se dissolver no líquido que flui através do dispositivo (após a remoção da vedação), pois terá servido a seu propósito uma vez que o líquido tenha sido assistido através do canal de ponte.

[00151] Em termos de tratamento químico, o canal de ponte 241 pode ser revestido com um produto químico adequado para aumentar a hidrofilicidade do canal. Tais produtos químicos podem ser revestimentos hidrofílicos comerciais, normalmente aplicados em um solvente transportador que evapora para deixar uma camada de componente hidrofílico para trás, como P100 e S100 de Jonnin (Ggórlóse, Dinamarca). Outras soluções que evaporam para deixar uma camada de componente hidrofílico para trás, como soluções salinas, também podem ser usadas.

[00152] Outra forma de tratamento químico pode ser alcançada fornecendo uma camada de um material diferente, como uma camada sólida ou de gel, entre a vedação e a superfície superior da barreira 231, sendo a camada adicional um material mais hidrofílico do que o material subjacente da 231. A camada adicional pode ser ligada ou fundida ao substrato material subjacente ou pode ser moldada em excesso. Uma vantagem dessa abordagem é que os diferentes materiais podem fornecer benefícios diferentes - por exemplo, o substrato principal pode ser um material com boas propriedades de barreira ao vapor de água, para garantir a contenção necessária de fluido dentro do dispositivo, enquanto a camada adicional pode ser feita de um material mais hidrofílico do que o substrato (como materiais com boas propriedades de barreira ao vapor são geralmente relativamente hidrofóbico em vez de hidrofílico) para incentivar o fluxo sobre a barreira 231. Exemplos dessa abordagem incluem o uso de Nylon 6 moldado (policaprolactama), que exibe um ângulo de contato com água de cerca de 63º, como a camada adicional ou uma fina folha de PET (tereftalato de polietileno) que exibe um ângulo de contato com a água em torno de 73º. Outros materiais que exibem propriedades hidrofílicas adequadas incluem álcool polivinílico (PVOH), com um ângulo de contato de cerca de 51º, acetato de polivinila (PVA), com um ângulo de contato de cerca de 61º, óxido de polietileno (PEO)/polietileno glicol (PEG), com um ângulo de contato de cerca de 63º, Nylon 6,6, com um ângulo de contato de cerca de 68º, nylon 7,7, com um ângulo de contato de cerca de 70º, polissulfona (PSU), com um ângulo de contato de cerca de 71º, polimetilmetacrilato (PMMA), com um ângulo de contato de cerca de 71º ou nylon 12, com um ângulo de contato de cerca de 72º.

[00153] O equilíbrio das forças capilares através da célula de fluxo 220 significa que o fluido não flui livremente para o canal de ponte 241 e a coleta de resíduos 232 da câmara de detecção, sem alguma força motriz adicional. Essa força motriz pode ser o fornecimento de fluido adicional à porta de entrada 233. Também pode ser a presença de fluido no reservatório da porta de entrada 233 no momento em que a vedação 251 é removida. Em qualquer um dos casos, esse fluxo ocorre apenas até a interface líquido/ar a montante parar na transição entre o canal de entrada 261 e a porta/reservatório 233, devido ao equilíbrio das forças capilares, como discutido acima. Como tal, a ativação da célula de fluxo 220 não expõe o sensor 235 ao gás ou a uma interface gás/líquido. Em outras palavras, a ativação da célula de fluxo 220 não faz com que o líquido seja drenado através da célula de fluxo 220, de modo que a câmara do sensor 237 esvazie e exponha o sensor 235 ao ar. Além disso, uma proteção adicional contra a entrada de ar na célula 220 é fornecida pela fixação do fluido na borda entre a câmara 237 e o canal de entrada 261, e. durante inclinação excessiva ou aceleração da célula de fluxo 220. Uma vez concluídos esses eventos transitórios, a interface se moverá dessa borda de volta para a transição entre a entrada canal 261 e o porto/reservatório 233, por meio de ação capilar.

[00154] Após a adição da amostra, a vedação pode ser substituída sobre a porta de amostra e as portas de resíduos para reduzir a evaporação. Isso é mostrado na Figura 17. A Figura 17a ilustra uma célula 220 com o elemento de vedação 250 removido, para expor a porta de amostra 233. Também ilustra uma porta de resíduos de fluido 267 e uma porta de resíduos de ar 268. Essas portas permitem que o fluido seja retirado e removido da célula de fluxo 220 completamente. A porta 267 atua como um ponto de acesso para remover o fluido do canal de resíduos 232. À medida que o fluido é removido, apesar de o fluido estar em comunicação com o sensor 235, o ar substitui preferencialmente o fluido extraído a jusante, através da porta 268,

em vez do fluido da câmara de sensor a montante 237 e porta de amostra 233. A Figura 17b ilustra como o elemento de vedação 250 pode ser substituído, depois que a amostra é fornecida à porta 233, para reduzir a evaporação e proteger a porta 233 contra contaminação. O elemento de vedação 250 também pode ter coberturas de portas de descarte 269, que também ajudam a reduzir a evaporação das portas 267, 268 e também ajudam a evitar a contaminação. A vedação pode ter uma janela de transporte na região do porto de amostra e/ou porto de resíduos, para ajudar na inspeção do porto.

[00155] Será entendido que a invenção não está limitada às modalidades descritas acima e várias modificações e melhorias podem ser feitas sem se afastar dos conceitos descritos no presente documento. Exceto quando mutuamente exclusivos, qualquer um dos recursos pode ser empregado separadamente ou em combinação com outros recursos, e a divulgação se estende a e inclui todas as combinações e subconjuntos de um ou mais recursos descritos no presente documento.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo microfluídico para analisar um líquido de teste, caracterizado pelo fato de que compreende: uma barreira em ponte, uma porção a montante, posicionada a montante da barreira em ponte, para alojar um sensor fornecido em uma câmara de detecção e para receber um líquido de teste a ser analisado, sendo que a dita porção a montante compreende um canal de entrada e um canal de saída, e ser preenchida com um líquido entre o canal de entrada e o canal de saída; uma porção a jusante, posicionada a jusante da barreira em ponte para receber o líquido do canal de saída da porção a montante; uma vedação removível acoplável, configurada para encerrar a porção a montante e, quando o líquido é fornecido na porção a montante, - inibir o fluxo do líquido antes da remoção da vedação e, - após a remoção da vedação, permitir que o líquido passe a barreira da porção a montante para a porção a jusante.

2. Dispositivo microfluídico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma ponte é fornecida adjacente à barreira e em que após a remoção da vedação a ponte facilita que líquido flua da porção a montante para a porção a jusante por meio da barreira ou sobre a mesma.

3. Dispositivo microfluídico de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a vedação é adicionalmente configurada para inibir o líquido de fluir da porção de entrada para a porção de saída.

4. Dispositivo microfluídico de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a superfície da ponte voltada para a barreira tem um ângulo de contato molhado de 90º ou menos com água, opcionalmente 75º ou menos.

5. Dispositivo microfluídico de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a superfície da ponte voltada para a barreira tem um ângulo de contato molhado de 20º ou mais com água.

6. Dispositivo microfluídico de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que a superfície da ponte voltada para a barreira é dotada de uma camada ou tratamento quimicamente hidrofílica, opcionalmente uma camada mais hidrofílica que a superfície não tratada da ponte ou um tratamento de plasma.

7. Dispositivo microfluídico de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que a superfície da ponte voltada para a barreira compreende uma textura física para aumentar a área de superfície da superfície, opcionalmente pilares, rebarba e/ou ranhuras fornecidas na superfície.

8. Dispositivo microfluídico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a porção a montante é preenchida com líquido entre o canal de entrada e o canal de saída.

9. Dispositivo microfluídico para analisar o líquido de teste, caracterizado pelo fato de que: um sensor é fornecido em uma câmara de detecção; um canal de entrada de câmara de detecção e um canal de saída de câmara de detecção, cada um conectado com a câmara de detecção para respectivamente passar o líquido para dentro e para fora da câmara de detecção, e um reservatório formando uma porta de admissão de amostra para o dispositivo microfluídico, sendo que o reservatório está em comunicação fluida com o canal de entrada de câmara de detecção; um canal de coleta do líquido; uma barreira entre uma extremidade do canal de saída de câmara de detecção e o canal de coleta do líquido; uma primeira vedação, cobrindo a porta de admissão de amostra;

uma segunda vedação, cobrindo o final do canal de saída de câmara de detecção, prevenindo, assim, o líquido de fluir da câmara de detecção, sobre a barreira, para dentro do canal de coleta do líquido; em que o dispositivo microfluídico é preenchido com um líquido da primeira vedação na porta de admissão de amostra na extremidade do canal de saída de câmara de detecção, de forma que o sensor seja coberto com líquido e não exposto a uma interface de gás ou gás/líquido; e em que a primeira e a segunda vedação são removíveis para fazer com que o líquido entre o reservatório e a extremidade do canal de saída de câmara de detecção flua de modo que uma parte do líquido flua sobre a barreira.

10. Dispositivo microfluídico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma cobertura de barreira que forma um canal de ponte sobre a barreira para conectar o canal de saída de câmara de detecção ao canal de coleta de líquido.

11. Dispositivo microfluídico de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que uma superfície da cobertura de barreira voltada para a barreira tem um ângulo de contato molhado de 90º ou menos com água, opcionalmente 75º ou menos.

12. Dispositivo microfluídico de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a superfície da cobertura de barreira voltada para a barreira tem um ângulo de contato molhado de 20º ou mais com água.

13. Dispositivo microfluídico de acordo com a reivindicação a 12, caracterizado pelo fato de que a cobertura de barreira é inclinada para uma posição para conectar o canal de saída de câmara de detecção ao canal de coleta do líquido.

14. Dispositivo microfluídico de acordo com a reivindicação 10 a 13, caracterizado pelo fato de que a segunda vedação é posicionada debaixo da cobertura de barreira, entre a extremidade do canal de saída de câmara de detecção e o canal de ponte.

15. Dispositivo microfluídico de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um revestimento de liberação conectado à segunda vedação para ajudar com a remoção da vedação.

16. Dispositivo microfluídico de acordo com a reivindicação 15, quando dependente da reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a pega faz parte do revestimento de liberação.

17. Dispositivo microfluídico de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte do revestimento de liberação é posicionado entre a segunda vedação e a cobertura de barreira.

18. Dispositivo microfluídico de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 17, caracterizado pelo fato de que a cobertura de barreira compreende ainda um mergulhão, que se estende do canal de ponte em direção ao canal de saída de câmara de detecção, para encorajar o fluxo para o canal de ponte.

19. Dispositivo microfluídico de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 18, caracterizado pelo fato de que o canal de ponte compreende uma curva conectada a um tubo de descida ao lado da barreira, e em que a curva inclui um perfil curvo em pelo menos um lado.

20. Dispositivo microfluídico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dispositivo é configurado de tal forma que a remoção da primeira e da segunda vedações não faz com que o sensor fique exposto a uma interface de gás ou gás/líquido.

21. Dispositivo microfluídico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda vedação são conectadas de tal forma que possam ser removidas Juntas.

22. Dispositivo microfluídico de acordo com a reivindicação

21, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma pega de vedação anexada à primeira e à segunda vedação, que pode ser puxada para remover a primeira e a segunda vedação.

23. Dispositivo microfluídico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o canal de coleta de líquido compreende uma curva entre o tubo de descida ao lado da barreira e a porção principal do canal de coleta de líquido, e em que a curva inclui um perfil curvo em pelo menos um lado.

24. Dispositivo microfluídico de acordo com a reivindicação 15 ou qualquer reivindicação dependente da mesma, caracterizado pelo fato de que a segunda vedação é anexada à superfície do dispositivo microfluídico por uma cola que é mais ou menos hidrofílica que a superfície.

25. Dispositivo microfluídico de acordo com a reivindicação ou qualquer reivindicação dependente da mesma, caracterizado pelo fato de que a cobertura de barreira é inclinada para impelir o contato entre a extremidade do canal de saída de câmara de detecção e o canal de ponte.

26. Dispositivo microfluídico de acordo com a reivindicação 10 ou qualquer reivindicação dependente da mesma, caracterizado pelo fato de que a cobertura de barreira tem uma vedação para vedar entre a extremidade do canal de saída de câmara de detecção e o canal de ponte.

27. Método de preparar o dispositivo microfluídico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende remover a primeira e a segunda vedações, fazendo com que, assim, o líquido entre o reservatório e a extremidade da saída de câmara de detecção flua de forma que parte do líquido flua sobre a barreira para ativar o dispositivo.