ES2219434T3 - Modulo de pipeteado que comprende un sistema de acoplamiento de un accionador. - Google Patents
Modulo de pipeteado que comprende un sistema de acoplamiento de un accionador.Info
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Abstract
Un módulo de pipeteado que comprende: (a) un dispositivo de pipeteado micromecanizado (11) para pipetear volúmenes de líquido del orden de submicroli- tros y microlitros, incluyendo dicho dispositivo de pipeteado micromecanizado (11) una membrana (16), cuya zona central está adaptada para ser desplazada por un macroaccionador, y (b) un macroaccionador (41) adaptado para efectuar dicho desplazamiento de dicha membrana (16), caracterizado porque comprende además, (c) medios para el acoplamiento mecánico de dicho ma- croaccionador (41) a dicha membrana (16) de dicho dispositivo de pipeteado micromecanizado (11), comprendiendo dichos me- dios de acoplamiento, (d) un primer cuerpo (51) adaptado para soportar un ma- croaccionador, teniendo dicho primer cuerpo (51) una pared lateral con una superficie exterior y un fondo con una super- ficie exterior. (e) un macroaccionador (41) el cual tiene un extremo superior (45) y un extremo inferior (43), el cual está mecánicamente montado sobre dicho primercuerpo (51), (f) un segundo cuerpo (61) que tiene una superficie exterior superior, una superficie exterior inferior, y un orificio (62) para recibir dicho primer cuerpo (51), siendo el tamaño de dicho orificio (62) y el tamaño de dicho primer cuerpo (51) tales que la superficie exterior del primer cuer- po (51) ajusta perfectamente con dicho orificio (62), (g) medios (71, 72, 73, 75) para fijar la posición axial de dicho primer cuerpo (51) dentro de dicho orificio (62), y (h) medios para el montaje de dicho dispositivo micro- mecanizado (11) sobre dicho segundo cuerpo (61) de forma que el extremo superior (45) del accionador ejerce una fuerza o presión predeterminada sobre dicha membrana de dicho dispositivo micromecanizado (11).
Description
Módulo de pipeteado que comprende un sistema de
acoplamiento de un accionador.
La invención se refiere a un módulo de pipeteado
que comprende un dispositivo de pipeteado micromecanizado y un
sistema para el acoplamiento de un macroaccionador a una membrana de
dicho dispositivo pipeteador micromecanizado.
Dentro del ámbito de la invención un
macroaccionador es cualquier accionador que no puede ser fabricado
por un procedimiento de micromecanización y el cual por lo tanto, no
puede estar integrado en un dispositivo micromecanizado en el que es
necesario un accionador.
La solicitud de patente europea
EP-A 0865824 A1 describe un dispositivo de pipeteado
micromecanizado en donde se mueve una membrana por medio de un
accionador electrostático micromecanizado. Con este tipo de
accionador es difícil producir fuerzas que sean lo suficientemente
grandes como para desplazar la membrana con suficiente precisión, en
particular cuando el tamaño de la membrana y el tamaño de la
necesaria deflexión de la membrana tengan que aumentarse con el fin
de incrementar el volumen a pipetear. Con excepción de los
accionadores micromecánicos accionados térmicamente, la fuerza más
grande que puede aplicarse sobre la membrana con un accionador
micromecánico es aproximadamente de un Newton. Con el fin de
solventar esta limitación ha sido propuesto en consecuencia, emplear
un macroaccionador, p. ej., un accionador piezoeléctrico, para
conseguir la necesaria deflexión de la membrana de un dispositivo
pipeteador micromecanizado. Hasta ahora un método convencional
propuesto para este propósito ha sido unir un extremo del
macroaccionador a la membrana, p. ej., encolando este extremo a la
membrana, sin embargo esta unión tiene desventajas debido a que
limita fuertemente la flexibilidad del diseño de un módulo
pipeteador que consiste en un dispositivo de pipeteado
micromecanizado y un macroaccionador conectado al mismo.
Una reivindicación de la invención es la de
proporcionar un módulo de micropipeteado el cual comprende un
sistema de acoplamiento de acuerdo con la invención.
De acuerdo con la invención esta reivindicación
se logra con un módulo de pipeteado, de acuerdo con la
reivindicación 1.
Las versiones preferidas de la invención tienen
las características definidas por las reivindicaciones
dependientes.
Las ventajas obtenidas con un sistema de
acoplamiento de acuerdo con la invención, son como sigue:
- Un sistema de acoplamiento de acuerdo con la
invención permite el acoplamiento de un macroaccionador (accionador
macroscópico) a un dispositivo micropipeteador.
- La posición del macroaccionador con respecto al
dispositivo pipeteador micromecanizado es ajustable (antes de
emplear el mismo) con alta precisión (con una tolerancia o margen de
\pm 1 micrómetro o incluso menos de \pm 1 micrómetro) y en un
margen relativamente amplio. La posición del macroaccionador hacia
el dispositivo pipeteador micromecanizado puede ajustarse al
micrómetro con un adecuado sistema de medición (p. ej., medición con
láser de la deflexión de la membrana) y ser así lo suficientemente
preciso para las aplicaciones del microsistema.
- Se logra una fijación prácticamente libre de
movimiento, del macroaccionador con respecto al dispositivo
pipeteador micromecanizado.
- Durante la operación se mantiene una posición
libre de movimiento, del macroaccionador con respecto al dispositivo
pipeteador micromecanizado, incluso cuando el macroaccionador
ejerce relativamente grandes fuerzas sobre la membrana del
dispositivo pipeteador micromecanizado, o cuando sobre el
dispositivo de acoplamiento se imponen grandes fuerzas como un
todo.
- Se logra un acoplamiento exento de unión del
macroaccionador a la membrana, del dispositivo pipeteador
micromecanizado.
Este último acoplamiento exento de unión,
proporciona las siguientes ventajas adicionales:
- En el caso de que el dispositivo pipeteador
micromecanizado sea un dispositivo de micropipeteado que tiene una
membrana como elemento móvil, la intensidad de la fuerza de
relajación de la membrana puede ajustarse optimizando la posición
del macroaccionador con respecto al dispositivo pipeteador
micromecanizado. La posición optimizada del macroaccionador se
optimiza entre una fuerte fuerza de deformación del accionador y la
creciente fuerza de relajación de la membrana.
- El ajuste modular del sistema de acoplamiento
del accionamiento de acuerdo con la invención, proporciona un alto
grado de flexibilidad para la elección del necesario desplazamiento
de, y la fuerza ejercida sobre, la membrana del dispositivo de
micropipeteado. Este ajuste modular hace posible adaptar o bien la
membrana del dispositivo de micropipeteado o bien el tipo de
accionador. Cambiando la geometría de la membrana o los parámetros
del accionador se abre un amplio margen de posibles parámetros de
prestaciones del dispositivo completo, es decir un amplio margen de
volúmenes a desplazar, un amplio margen de fuerza aplicable a la
membrana, etc.
- El ajuste modular del módulo de pipeteado de
acuerdo con la invención, proporciona un alto grado de flexibilidad
para la selección del dispositivo de pipeteado micromecanizado y
del macroaccionador que ha de ser acoplado al mismo.
- A continuación se describen varios ejemplos de
versiones de la invención con referencia a los dibujos anexos en
donde:
La figura 1a es una vista esquemática de una
serie de módulos micromecánicos formados sobre una placa de silicio,
los cuales módulos son aptos para ser usados como componentes de un
dispositivo de pipeteado micromecánico,
La figura 1b es una vista esquemática de un
dispositivo de pipeteado micromecánico construido con uno de lo
módulos micromecánicos de la serie mostrada en la figura 1a,
La figura 2 es una representación de una sección
transversal longitudinal sobre la línea C-C de la
figura 1b,
La figura 3 es una representación parcial de una
sección transversal sobre la línea A-A de la figura
1b,
La figura 4 es un representación parcial de una
sección transversal sobre la línea B-B de la figura
1b,
La figura 5 es un representación de una sección
transversal longitudinal de una versión preferida que es similar a
la versión mostrada en la figura 1b, pero en donde la membrana 16
tiene una protuberancia 24,
La figura 6 muestra una vista esquemática en
perspectiva de una versión de un sistema de acuerdo con la
invención para el acoplamiento mecánico de un accionador 41 a la
membrana 16 de un dispositivo pipeteador micromecánico 11 del tipo
mostrado por las figura 1-5,
La figura 7 muestra una vista despiezada de los
componentes mostrados en la figura 6,
La figura 8a muestra el cilindro externo 61
mostrado en las figuras 6-7. Esta figura muestra en
particular como los segmentos de un perno 72 y 73 se mueven uno
contra otro dando vueltas al tornillo con un destornillador 74,
La figura 8b muestra una sección transversal de
la versión mostrada en la figura 8a, en un plano perpendicular al
eje longitudinal del orificio 75,
La figura 9 muestra esquemáticamente una vista
esquemática en perspectiva, de la versión mostrada en la figura 6 y
una vista despiezada de componentes adicionales de medios de
acoplamiento empleados para la fijación con alta precisión de la
posición del cilindro interior 51 en el orificio 62 del cilindro
exterior 61,
La figura 10 muestra una vista transversal en
sección de la versión mostrada en la figura 9 cuando los
componentes mostrados en la misma están montados. La figura 10
ilustra el posicionamiento del cilindro interior 51 en el orificio
del cilindro externo 61 por medio de los componentes adicionales de
los componentes de acoplamiento mostrados en la mitad inferior de
la figura 9,
La figura 11 muestra una parte de la unidad de
pipeteado que incluye un dispositivo de pipeteado micromecánico del
tipo mostrado en las figuras 6 a 8,
La figura 12 muestra un diagrama de deflexión del
centro de una membrana de un dispositivo de pipeteado micromecánico
en función de la presión ejercida sobre la membrana para causar
dicha deflexión de la membrana.
La figura 1a muestra esquemáticamente una placa
de silicio 14 sobre la cual se ha dispuesto una serie de módulos
micromecánicos. Cada uno de estos módulos puede ser usado como
componente de un dispositivo de pipeteado micromecánico 11.
La figura 1b muestra esquemáticamente un
dispositivo de pipeteado micromecánico 11. Con este dispositivo
pueden pipetearse volúmenes de líquido del orden de submicrolitro y
microlitro. El dispositivo 11 es un dispositivo de pipeteado
construido formando un solo cuerpo que comprende una estructura
micromecánica construida formando un solo cuerpo sobre una placa de
silicio 14.
El dispositivo de pipeteado micromecánico 11,
mostrado en la figura 1b, comprende tres capas dispuestas una
encima de otra y conectadas entre sí inseparablemente por medio de
una unión anódica u otro procedimiento de unión p. ej., una unión
directamente con el silicio: un primer cristal o capa de silicio
26, un segundo cristal o capa de silicio 27 y una capa de placa de
silicio 14 dispuesta entre las capas 26 y 27. La capa de placa de
silicio 14 está inseparablemente conectada a las capas 26 y 27 por
medio de uno de los procedimientos de unión mencionados más arriba.
La capa de placa de silicio 14 de la figura 1b tiene una superficie
de aproximadamente 25 x 10 mm^{2} para los pequeños volúmenes del
orden fijado (del orden de submicrolitro o microlitro).
La capa de la placa de silicio 14 comprende una
cámara 15 y un canal 18 formados por micromecanizado sobre la placa
14. La pared del fondo de la cámara 15 es una membrana 16. La
cámara 15 tiene una abertura 17 que está conectada a un extremo del
canal 18. El extremo opuesto del canal 18 forma una entrada/salida
12 del dispositivo de pipeteado 11. Una punta de pipeta 13 se
conecta a la entrada/salida 12 por medio de un elemento de conexión
28 y un film sellante 29. El elemento de conexión 28 está hecho p.
ej., de un material plástico llamado PMMA
(polimetilmetacrilato).
La figura 2 muestra una sección longitudinal
sobre la línea C-C de la figura 1b. Como muestra la
figura 2, un dispositivo de pipeteado micromecánico 11 mostrado en
la figura 1b comprende la cámara 15 que tiene una membrana 16 como
pared de fondo, un canal 18, un orificio 19 en el cristal o capa de
silicio 27, proporcionando este orificio un acceso para un medio
accionador 19 para desplazar la membrana 16, y un medio sensor 21
para generar una señal de salida en función del desplazamiento de
la membrana 16. Una porción de la membrana 16 es parte del medio
sensor 21 y la señal de salida generada por este medio sensor es
representativa del desplazamiento de la membrana 16.
El sensor 21 es de preferencia un sensor de
desplazamiento. El sensor 21 de la figura 2 es un sensor de
desplazamiento que comprende un condensador eléctrico como elemento
de medición. El sensor 21 de la figura 2 puede ser reemplazado por
un sensor electroóptico.
El dispositivo de pipeteado micromecánico 11
comprende además una cámara 23 formada por una parte del canal 18 y
el medio sensor 22 para generar otra señal de salida en función del
desplazamiento de la membrana 16. Una porción del canal 18 es parte
del medio sensor 22.
El sensor 22 es por ejemplo un sensor de presión
o un sensor de medición de flujo. El sensor 22 de la figura 2 es un
sensor de presión que comprende un condensador eléctrico como
elemento de medición. El sensor 22 puede ser también un sensor
piezorresistente.
El volumen comprendido dentro de la cámara 15 es
adecuado para ser modificado por el desplazamiento de la membrana
16. La cámara 15 tiene solamente una abertura 17 la cual está
permanentemente abierta y la cual permite que el fluído fluya hacia
el, y desde el interior de la cámara 15.
El canal 18 establece una conexión del fluído
directa, sin válvulas, y permanente, entre la abertura 17 de la
cámara 15 y la entrada/salida 12 del dispositivo de pipeteado
11.
La figura 3 muestra una representación parcial de
una sección transversal en la línea A-A de la
figura 1b. La figura 3 muestra en particular la forma de la sección
transversal de la cámara 15 y un ejemplo del ancho y profundidad de
la capa de la placa 14 del dispositivo de pipeteado 11. La línea a
trazos de la figura 3 muestra la posición que toma la membrana 16
cuando se desplaza p. ej., por medio de un accionador colocado
debajo de la membrana 16 pero que no está representado en la figura
3.
La figura 4 muestra una representación parcial de
una sección transversal en la línea B-B de la
figura 1b. La figura 4 muestra en particular la forma de la sección
transversal de la cámara 23 del dispositivo 11.
La figura 5 es una representación de una sección
transversal longitudinal de una versión preferida que es similar a
la versión mostrada en la figura 1b, pero en donde la membrana 16
tiene un promontorio 24.
Con el fin de efectuar una operación de pipeteado
con el dispositivo de pipeteado 11, se activa el medio accionador
para desplazar la membrana 16 para aspirar o expeler un volumen de
aire o de líquido, dentro ó a partir de la cámara 15. Este
desplazamiento de la membrana 16 ocasiona una correspondiente
aspiración o expulsión de un volumen de una muestra de un líquido,
dentro o respectivamente a partir de la punta de pipeta 13.
Cuando se emplea un dispositivo de pipeteado 11
para efectuar operaciones de pipeteado, el interior del dispositivo
de pipeteado se llena o bien con aire o bien con un sistema líquido
(p. ej., agua), separada del líquido pipeteado por un segmento de
aire. La muestra o reactivo es aspirado o expelido por la punta de
la pipeta cuando el accionador 19 desplaza la membrana 16. Cuando
se pipetea el líquido de pipeteado (por ejemplo una muestra de
líquido biológico o un reactivo para efectuar un ensayo de química
clínica) éste no entra en el canal 18 sino que permanece dentro de
la punta de la pipeta.
La figura 6 muestra una vista esquemática en
perspectiva de una versión de un sistema de acuerdo con la
invención para el acoplamiento mecánico de un macroaccionador 41,
p. ej., un disco piezo trasladador o cualquier otro tipo de
macroaccionador, a una membrana de un dispositivo de pipeteado
micromecanizado, p. ej., a la membrana 16 de un dispositivo de
pipeteado micromecánico 11, del tipo mostrado en las figuras
1-5. La figura 7 muestra una vista despiezada de
los componentes mostrados en la figura 6.
Como se puede apreciar en las figuras 6 y 7, el
sistema de acoplamiento comprende los siguientes componentes:
(a) Un dispositivo de pipeteado micromecanizado,
que tiene una membrana. El dispositivo de pipeteado micromecanizado
es p. ej., un dispositivo de pipeteado micromecanizado 11 del tipo
descrito más arriba con referencia a las figuras 1-5
y tiene una membrana 16 como elemento móvil. El dispositivo de
pipeteado micromecanizado 11 está p. ej., configurado y
dimensionado para permitir el pipeteado de volúmenes de líquido en
un margen entre un valor mínimo menor de un microlitro y un valor
máximo de aproximadamente 10 microlitros. La zona central de la
membrana 16 está adaptada para ser desplazada por un
macroaccionador.
(b) Un primer cuerpo (51) adaptado para sostener
un macroactivador, teniendo dicho primer cuerpo (51) una pared
lateral con una superficie externa y un fondo con una superficie
externa.
(c) Un macroaccionador 41 que tiene un extremo
superior 45 y un extremo inferior 43 y que está mecánicamente
ajustado a dicho primer cuerpo 51. En las versiones mostradas en
las figuras 6, 7, 9, 10, va roscado un tapón 45 en la punta del
extremo superior 45 del macroaccionador 41. El propósito de este
tapón es el de proteger la membrana para que no entre en contacto
con los bordes agudos de la punta del extremo superior 45 del
macroaccionador 41. El tapón 45 sin embargo, puede eliminarse si
esta última punta tiene una forma sin ningún borde agudo que pueda
dañar la membrana 16.
(d) Un segundo cuerpo 61 que tiene una superficie
externa superior, una superficie externa inferior, y un orificio 62
para recibir el primer cuerpo 51, siendo el tamaño de dicho
orificio 62 y el tamaño de dicho primer cuerpo 51 tales que la
superficie externa del primer cuerpo 51, ajusta perfectamente
dentro de dicho orificio 62.
(e) Los medios 71, 72, 73, 75, para fijar la
posición axial de dicho primer cuerpo 51 dentro de dicho orificio
62.
(f) Los medios para el montaje de dicho
dispositivo de pipeteado micromecánico 11 sobre dicho segundo
cuerpo 61 de tal forma que el extremo superior 45 del accionador
ejerce una fuerza o presión predeterminada sobre dicha membrana de
dicho dispositivo micromecanizado.
En una versión preferida, el primer cuerpo (51)
tiene una forma substancialmente cilíndrica y comprende una cámara
(52) para recibir el macroaccionador 41 y una parte substancial del
macroaccionador (41) está situado en la cámara (52) del primer
cuerpo (51).
Dentro del ámbito de la invención, el
macroaccionador 41 es cualquier accionador que no pueda fabricarse
mediante un proceso de micromecanizado, y que sea apto para ejercer
una fuerza sobre la membrana 16 mayor de un newton y a lo largo del
desplazamiento de la membrana de aproximadamente 10 micrometros o
más.
Como puede apreciarse en particular a partir de
las figuras 8a y 8b, los medios para fijar la posición axial de
dicho primer cuerpo 51 dentro de dicho orificio 62 de un segundo
cuerpo 61, comprenden un primer segmento de perno 72 y un segundo
segmento de perno 73. Estos segmentos de perno 72, 73 están
colocados dentro de un orificio 75 del segundo cuerpo 61. Cada uno
de los segmentos de perno 72 y 73 tiene una pared de resbalamiento
la cual tiene el mismo radio de curvatura que la línea cerrada
definida por una sección transversal del orificio 62 del segundo
cuerpo 61. En una versión preferida dicha línea cerrada es un
círculo. Los medios para fijar la posición axial de dicho primer
cuerpo 51 dentro de dicho orificio 62 del segundo cuerpo 61
comprenden además un tornillo 71 que pasa a través del segmento de
perno 72 y va a conectar con el segmento de perno 73 con una
conexión de rosca, la cual se adapta para permitir que dichos
segmentos 72 y 73 se aprieten entre sí dando vueltas al tornillo 71
con un destornillador 74 con el fin de reducir el hueco inicial
existente entre el segmento de perno 72 y el segmento de perno 73 y
con ello reducir el espacio disponible para dicho primer cuerpo 51
en el orificio 62 del segundo cuerpo 61.
Se describe otro sistema de acoplamiento de aquí
en adelante con referencia a las figuras 9 y 10. Este sistema de
acoplamiento se basa en el sistema de acoplamiento de la versión
descrita más arriba con referencia a la figura 6 y comprende medios
adicionales para el ajuste con alta exactitud de la posición axial
del primer cuerpo 51 en el orificio 62 del segundo cuerpo 61.
La figura 9 muestra una vista perspectiva
esquemática de la versión mostrada en la figura 6 y una vista
despiezada de componentes adicionales de medios de acoplamiento
empleados para fijar con alta precisión la posición del cilindro
interior 51 en el orificio 62 del cilindro externo 61. La figura 10
muestra una vista en sección transversal de la versión mostrada en
la figura 9 cuando los componentes mostrados en la misma están
montados. La figura 10 ilustra el posicionamiento del cilindro
interior 51 en el perno del cilindro exterior 61 por medio de
componentes adicionales de componentes de acoplamiento mostrados en
la mitad inferior de la figura 9.
Los componentes adicionales de la versión de
acuerdo con las figuras 9 y 10 son como sigue:
(g) Una placa base 81 la cual se adapta para que
sea mecánicamente desmontable, conectada al primer cuerpo 51 y al
segundo cuerpo 61. La placa de base 81 tiene una superficie externa
superior y una cavidad 85 adaptada para recibir la parte inferior
de dicho primer cuerpo 51. La cavidad 85 se extiende hacia la pared
del fondo de la placa base 81, y esta pared del fondo tiene una
superficie interior.
(h) Primeros medios de conexión, p. ej.,
tornillos 84, para conectar mecánicamente el segundo cuerpo 61 a la
placa base 81 de forma que la superficie exterior inferior del
segundo cuerpo 61 contacte con la superficie exterior superior de la
placa base 81.
(j) un medio de resorte 82 que se adapta para ser
insertado entre la placa base 81 y el primer cuerpo 51 de tal forma
que cuando el segundo cuerpo 61 se conecte con la placa base 81, el
muelle 82 ejerza una fuerza sobre dicho primer cuerpo 51 y que la
fuerza empuje el primer cuerpo 51 hacia arriba a través del orificio
62 del segundo cuerpo 61.
(k) Segundos medios de conexión, p. ej., tornillo
83 para conectar mecánicamente el primer cuerpo 51 a la placa base
81 de tal forma que la distancia entre la superficie exterior del
fondo del primer cuerpo 51 y la superficie interior de la pared de
fondo de la placa base 81 puede ajustarse dentro de un cierto
margen. La función del segundo medio de conexión 83 es el de
ejercer sobre el primer cuerpo 51 una fuerza opuesta a la fuerza
ejercida sobre él por el muelle 82.
En la figura 12 se representa un diagrama típico
de la deflexión del centro de una membrana de un dispositivo de
pipeteado micromecánico en función de la presión ejercida sobre la
membrana para causar dicha deflexión.
Las ventajas proporcionadas por un sistema de
acoplamiento de acuerdo con la invención en el caso de que el
dispositivo de pipeteado micromecánico sea p. ej., un dispositivo
de micropipeteado 11 del tipo descrito con referencia a las figuras
1-5, será mejor comprendido si se tiene en cuenta
que cuando el dispositivo de micropipeteado 11 tiene una gran
membrana de m-silicio, ocurren los siguientes
hechos:
Una gran membrana de silicio
mono-cristalino (m-silicio) permite
grandes deflexiones. Las fuerzas de relajación aumentan con ello
progresivamente, es decir, la membrana se comporta como un resorte
progresivo con un aumento por encima del proporcional (con un
factor de proporcionalidad superior a la unidad) de las fuerzas de
relajación en función de la deformación. Por lo tanto en función de
la posición del accionador respecto a la membrana del accionador,
dentro del ámbito de la invención se puede escoger una diferente
carga previa de la membrana. Esto ofrece la posibilidad de ajustar
la fuerza de la fuerza de relajación por encima del golpe de
accionamiento, lo cual permite encontrar una posición optimizada
para el desplazamiento máximo de la membrana y la fuerza máxima de
la membrana, estando optimizada esta posición optimizada, entre la
fuerte fuerza de deformación del accionador y la creciente fuerza de
relajación de la membrana.
Un módulo de pipeteado de acuerdo con la
invención comprende entre otros, los siguientes componentes
mostrados en las figuras 6 y 7:
(a) Un dispositivo de pipeteado micromecanizado
11 para el pipeteado de volúmenes de líquido en un margen entre un
valor mínimo más pequeño que un microlitro y un valor máximo de
aproximadamente 10 microlitros. El dispositivo de pipeteado
micromecanizado 11 incluye una membrana 16, cuya zona central está
adaptada para ser desplazada por un macroaccionador,
(b) Un macroaccionador 41 adaptado para efectuar
un desplazamiento de la membrana 16.
(c) Medios para el macroaccionador mecánicamente
acoplado 41 a la membrana 16 del dispositivo de pipeteado
micromecanizado 11.
El dispositivo de pipeteado micromecanizado 11 es
p. ej., como se ha descrito más arriba con referencia a las figuras
1 a 5. Por lo tanto el dispositivo de pipeteado micromecanizado 11
incluye una membrana 16 formada por una capa de silicio 14
dispuesta entre un cristal o capa de silicio superior 26 y un
cristal o capa de silicio inferior 27, teniendo dicho cristal o
capa de silicio inferior 27, un orificio 19 que da acceso al
macroaccionador 41 a la parte central de dicha membrana 16.
En una versión preferida la membrana 16 tiene un
promontorio 24 en su parte central. La ventaja que proporciona la
presencia del promontorio 24 en el punto de contacto es que asegura
una óptima transmisión del golpe y potencia del accionador.
Los medios para el acoplamiento mecánico del
macroaccionador 41 a la membrana 16 son p. ej., como se han descrito
más arriba con referencia a las figuras 6 a 10.
Una versión preferida de los medios para el
acoplamiento mecánico del macroaccionador 41 a la membrana 16
comprende además los medios para el montaje del dispositivo de
pipeteado micromecanizado 11 sobre el segundo cuerpo 61, y el
último medio comprende p. ej., los siguientes componentes:
(i) Una placa abrazadera 31 que cubre el
dispositivo de pipeteado micromecanizado 11.
(ii) Una placa soporte 33 que está situada debajo
del dispositivo de pipeteado micromecanizado 11 y que tiene una
ventana 32 que proporciona acceso al orificio 19 del cristal o
silicio inferior 27.
En esta versión preferida, el dispositivo de
pipeteado micromecanizado 11 está dispuesto entre la placa
abrazadera 31 y la placa soporte 33 y está montado con estas
placas sobre el segundo cuerpo 61, p. ej., por medio de los
tornillos 34.
A continuación, se describe una operación de
pipeteado efectuada con el dispositivo de pipeteado que comprende
el sistema de acoplamiento descrito más arriba, para el caso en el
que la membrana 16 tiene un promontorio 24, y es básicamente como
sigue:
La deflexión de la membrana 16 se efectúa con el
macroaccionador acoplado 41. El golpe del accionador sobre el
promontorio de la membrana 24 determina la deflexión de la
membrana, y por lo tanto el volumen desplazado. En la fase de
dispensación de la operación, el desplazamiento de la membrana 16
se logra al ser empujada en forma activa por el macroaccionador 41.
En cuanto a la fase de aspiración de la operación, las fuerzas de
relajación de la membrana 16 tiran ellas mismas de la membrana hacia
atrás hasta la posición inicial de la misma, determinada por la
posición del accionador. Es por lo tanto una operación de
accionamiento en forma pasiva.
Como ya se ha mencionado más arriba, dentro del
ámbito de la invención el macroaccionador 41 puede ser cualquier
accionador que no pueda ser fabricado por un proceso de
micromecanizado y que sea apto para ejercer sobre la membrana 16,
una fuerza de por lo menos un newton y esto a lo largo de un
desplazamiento de la membrana de 10 micrometros o más. Esta
capacidad del macroaccionador 41 es ventajosa en particular cuando
la punta del pipeteador del módulo de pipeteado micromecánico 11 es
relativamente larga y/o cuando el volumen que hay que pipetear es
relativamente grande.
La figura 11 muestra una parte de la unidad de
pipeteado que incluye un módulo de pipeteado del tipo descrito más
arriba y adecuado para el pipeteado de líquidos biológicos del
orden de micros y submicrolitros, en particular para uso industrial
en un diagnóstico in vitro comercial.
En la unidad de pipeteado mostrado en la figura
11, un cabezal de pipeteado 92 contiene un módulo de pipeteado del
tipo descrito más arriba, y tiene una punta o aguja de pipeteado
13. La cabeza de pipeteado 92 se mueve por medio de un sistema de
transporte en tres direcciones ortogonales X, Y, Z. El sistema de
transporte 91 incluye una barra de transporte 93 para el transporte
en la dirección X, una barra de transporte 94 para el transporte en
la dirección Y, y unos medios 95 para el transporte de la cabeza de
pipeteado en la dirección Z. El sistema de transporte 91 está
controlado por el medio de control 96, el cual puede p. ej., ser
parte del medio de control de un analizador automático al cual
pertenece la unidad de pipeteado mostrada en la figura 11. Con esta
unidad de pipeteado, las operaciones de pipeteado pueden efectuarse
p. ej., sobre muestras o tubos de ensayo 99 contenidos en soportes
98 de una serie de soportes 97.
Con excepción del módulo de pipeteado
micromecánico 11, todos los otros componentes mostrados en las
figuras 6 y 7 están fabricados p. ej., de acero al cromo u otros
materiales adecuados. Estos componentes pueden fabricarse también p.
ej., de aluminio. El tapón 42 puede ser p. ej., de acero al cromo,
aluminio o latón amarillo.
- 11
- módulo de pipeteado micromecánico
- 12
- abertura de entrada/salida
- 13
- punta de pipeteado
- 14
- capa de placa silicio
- 15
- cámara
- 16
- membrana del accionador
- 17
- abertura
- 18
- canal
- 19
- orificio (para el acceso del activador a la membrana)
- 21
- electrodo de un sensor de desplazamiento
- 22
- electrodo de un sensor de presión
- 23
- cámara
- 24
- promontorio
- 25
- membrana sensora
- 26
- cristal o capa de silicio
- 27
- cristal o capa de silicio
- 28
- elemento de conexión
- 29
- film de sellado
- 31
- placa abrazadera
- 32
- ventana
- 33
- placa de montaje
- 34
- tornillo
- 41
- macroaccionador (p. ej., un accionador piezoeléctrico del tipo de disco
- 42
- tapón (roscado sobre el extremo superior de 41)
- 43
- extremo inferior de 41
- 44
- tuerca
- 45
- extremo superior de 41
- 51
- primer cuerpo
- 52
- orificio
- 61
- segundo cuerpo
- 62
- orificio
- 71
- tornillo
- 72
- segmento de perno
- 73
- segmento de perno
- 74
- destornillador
- 75
- orificio
- 81
- placa base
- 82
- muelle
- 83
- tornillo
- 84
- tornillo
- 85
- cavidad de la placa base 81
- 91
- sistema de transporte para el transporte de la punta de pipeteado 13
- 92
- cabezal de pipeteado
- 93
- barra de transporte en la dirección X
- 94
- barra de transporte en la dirección Y
- 95
- medios para el transporte del cabezal de pipeteado 92 en la dirección Z
- 96
- medios de control del sistema de transporte 91
- 97
- serie de soportes para tubos de ensayo 98 conteniendo cada uno p. ej., varias muestras o tubos de reactivo 99
- 98
- soporte para tubos de ensayo
- 99
- muestra o tubo de reactivo
Claims (8)
1. Un módulo de pipeteado que comprende:
(a) un dispositivo de pipeteado micromecanizado
(11) para pipetear volúmenes de líquido del orden de submicrolitros
y microlitros, incluyendo dicho dispositivo de pipeteado
micromecanizado (11) una membrana (16), cuya zona central está
adaptada para ser desplazada por un macroaccionador, y
(b) un macroaccionador (41) adaptado para
efectuar dicho desplazamiento de dicha membrana (16),
caracterizado porque comprende además,
(c) medios para el acoplamiento mecánico de dicho
macroaccionador (41) a dicha membrana (16) de dicho dispositivo de
pipeteado micromecanizado (11), comprendiendo dichos medios de
acoplamiento,
(d) un primer cuerpo (51) adaptado para soportar
un macroaccionador, teniendo dicho primer cuerpo (51) una pared
lateral con una superficie exterior y un fondo con una superficie
exterior,
(e) un macroaccionador (41) el cual tiene un
extremo superior (45) y un extremo inferior (43), el cual está
mecánicamente montado sobre dicho primer cuerpo (51),
(f) un segundo cuerpo (61) que tiene una
superficie exterior superior, una superficie exterior inferior, y un
orificio (62) para recibir dicho primer cuerpo (51), siendo el
tamaño de dicho orificio (62) y el tamaño de dicho primer cuerpo
(51) tales que la superficie exterior del primer cuerpo (51) ajusta
perfectamente con dicho orificio (62),
(g) medios (71, 72, 73, 75) para fijar la
posición axial de dicho primer cuerpo (51) dentro de dicho orificio
(62), y
(h) medios para el montaje de dicho dispositivo
micromecanizado (11) sobre dicho segundo cuerpo (61) de forma que el
extremo superior (45) del accionador ejerce una fuerza o presión
predeterminada sobre dicha membrana de dicho dispositivo
micromecanizado (11).
2. Un módulo de pipeteado de acuerdo con la
reivindicación 1, en donde dicho dispositivo de pipeteado
micromecanizado (11) tiene una membrana (16) formada por una capa
de silicio (14) dispuesta entre un capa superior de cristal o
silicio (26) y una capa inferior de cristal o silicio (27),
teniendo dicha capa inferior de cristal o silicio (27) un orificio
(19) que permite que dicho macroaccionador (41) tenga acceso a la
parte central de dicha membrana (16).
3. Un módulo de pipeteado de acuerdo con la
reivindicación 2, en donde dicha membrana (16) tiene un promontorio
(24) en su parte central.
4. Un módulo de pipeteado de acuerdo con la
reivindicación 1, en donde dicho primer cuerpo (51) tiene una forma
substancialmente cilíndrica y comprende una cámara (52) para
recibir dicho macroaccionador, estando situada una parte
substancial de dicho macroaccionador (41) en dicha cámara (52) de
dicho primer cuerpo (51).
5. Un módulo de pipeteado de acuerdo con la
reivindicación 1, en donde dichos medios (71, 72, 73) para fijar la
posición axial de dicho primer cuerpo (51) dentro de dicho orificio
(62) de dicho segundo cuerpo (61) comprende,
(i) un primer segmento de perno (72) y un segundo
segmento de perno (73) estando dichos segmentos de perno (72, 73)
situados dentro de dicho segundo cuerpo (61), y dichos segmentos de
perno (72, 73) tienen cada uno una pared lateral que tiene el mismo
radio de curvatura que una línea cerrada definida por una sección
transversal de dicho orificio (62) de dicho segundo cuerpo
(61),
(ii) un tornillo (71) que pasa a través de uno de
los segmentos de perno (72) y está conectado con el otro segmento de
perno (73) por una conexión roscada, estando adaptada dicha
conexión roscada para permitir que dichos segmentos de perno (72,
73) aprieten uno contra otro con el fin de reducir el tamaño del
hueco que existe entre dichos segmentos de perno (72, 73) y con
ello reducir el espacio disponible para dicho primer cuerpo (51) en
dicho orificio (62) de dicho segundo cuerpo (61).
6. Un módulo de pipeteado de acuerdo con la
reivindicación 5, en donde dicha línea cerrada es un círculo.
7. Un módulo de pipeteado de acuerdo con la
reivindicación 1, en donde dichos medios para el montaje de dicho
dispositivo de pipeteado micromecanizado (11) sobre dicho segundo
cuerpo (61) comprenden,
(i) una placa abrazadera (31) que cubre el
dispositivo de pipeteado micromecanizado (11) (11), y
(ii) una placa de montaje (33) situada debajo del
dispositivo de pipeteado micromecanizado (11) que tiene una ventana
(32) que permite que dicho macroaccionador (41) acceda a dicha
membrana (16), estando dicho dispositivo de pipeteado
micromecanizado (11) dispuesto entre la placa abrazadera (31) y la
placa de montaje (33) y estando montado con estas placas sobre
dicho segundo cuerpo (61).
8. Un módulo de pipeteado de acuerdo con la
reivindicación 1, en donde dicho dispositivo de pipeteado
micromecanizado (11) es un dispositivo construido formando un solo
cuerpo, el cual tiene una entrada/salida (12) que o bien es apta
para ser conectada a una punta de pipeteado desmontable (13) o bien
está construida de una pieza con una punta de pipeteado (13),
comprendiendo dicho dispositivo de pipeteado micromecanizado (11)
construido formando un solo cuerpo, una estructura micromecánica la
cual está construida formando un solo cuerpo sobre una placa de
silicio (14) y la cual comprende,
a) una primera cámara (15) situada dentro de
dicho dispositivo de pipeteado micromecanizado (11), en la cual el
volumen comprendido dentro de dicha primera cámara (15) puede ser
modificado por desplazamiento de una membrana (16) la cual
constituye una parte de una pared de dicha cámara (15), teniendo
dicha primera cámara (15) una abertura (17), la cual está
permanentemente abierta permitiendo que el fluído fluya al, y desde
el interior, de dicha primera cámara (15),
b) un canal (18) situado dentro de dicho
dispositivo de pipeteado micromecanizado (11), estableciendo dicho
canal (18) una conexión directa, sin válvulas y permanentemente
fluida entre la abertura (17) de la primera cámara (15) y la
entrada/salida (12) del dispositivo de pipeteado micromecanizado
(11),
c) estando dicho medio macroaccionador (41)
adaptado para ocasionar un desplazamiento de la zona central de
dicha membrana (16), con lo que tiene lugar una aspiración o una
dispensación de un volumen de aire o de un líquido al interior de,
o a partir de dicha primera cámara (15), que a su vez ocasiona la
aspiración o dispensación de un volumen de una muestra líquida al
interior de, o respectivamente, a partir de, la punta de pipeteado
(13).
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