ES2265456T3

ES2265456T3 - Valvulas activadas por polimeros electroactivos o por materiales con memoria de forma, dispositivo que contiene dichas valvulas y procedimiento de puesta en practica.

Info

Publication number: ES2265456T3
Application number: ES01998156T
Authority: ES
Inventors: Francis Garnier; Bernard Mandrand; Patrick Broyer; Pierre Imbaud
Original assignee: Biomerieux SA
Current assignee: Biomerieux SA
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2007-02-16
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: EP1337757B1; FR2817604A1; AU2002222078A1; DE60119970D1; US6994314B2; WO2002044566A1; US20040108479A1; DE60119970T2; ATE327434T1; JP2004514855A; EP1337757A1; FR2817604B1

Abstract

Válvula (2), atravesada por al menos un canal (3), que permite dirigir al menos un fluido (F3) movido por medios de transferencia dentro de un dispositivo (1), comportando el dispositivo (1) al menos una cara (4), posiblemente plana, estando la válvula (2) constituida por una parte por una película (7 ó 16), flexible y/o que puede deformarse, fija en la totalidad o parte de la cara (4) de dicho dispositivo (1), y por otra parte por un accionador de la película (7 ó 16), que permite activar o desactivar dicha válvula (2), estando constituido este accionador por una fuente eléctrica, que actúa directamente sobre un polímero electroactivo o sobre un material con memoria de forma.

Description

Válvulas activadas por polímeros electroactivos o por materiales con memoria de forma, dispositivo que contiene dichas válvulas y procedimiento de puesta en práctica.

La presente invención se refiere al campo de la microfluídica en el que se usan válvulas para dirigir al menos un fluido movido por medios de transferencia dentro de una tarjeta de análisis.

Hasta ahora, la mayor parte de las tarjetas de análisis comportan rebajes en sus dos caras planas y paralelos a las caras, así como rebajes transversales a dichas caras, constituyendo el conjunto de estos rebajes una red de canales en la que se desplazan uno o varios fluidos. Dichos rebajes están delimitados, en las caras, por películas autoadhesivas. El control de los desplazamientos de fluidos se asegura mediante válvulas.

Este tipo de estructura no es reutilizable, ya que el uso de una válvula es eficaz una sola vez. Así, cuando se hace bascular la válvula a posición cerrada, la superficie autoadhesiva de la película entra asimismo en contacto con el resto de la tarjeta, y entonces la válvula no puede usarse más. La válvula queda en posición cerrada.

La única solución a este problema consiste así en la deposición en una película adhesiva de una capa inerte, es decir, no adhesiva, estando esta capa inerte realizada previamente por medio de cortes, debidos por ejemplo a la acción de troqueles y colocada con precisión con respecto a la película adhesiva.

Esto no es fácil de realizar técnicamente, y además el coste de fabricación de una película tan compleja así como las dificultades de la buena colocación de esta película en la tarjeta de análisis son incompatibles con una producción en cantidad muy grande.

La solicitud de patente WO-A-00/13.795 presentada por la solicitante propone una invención en un dispositivo o tarjeta de análisis que permite realizar una reacción o al menos dos reacciones en paralelo o enserie en su interior. El dispositivo está constituido, por una parte, por una red de canales dentro de la cual es posible la transferencia de al menos una muestra que se va a tratar y/o a analizar, y por otra parte, por al menos una válvula incorporada al dispositivo que permite la orientación de cada muestra transferida en la red y, con ello, el control de las transferencias, reacciones y análisis en dicho dispositivo. En la forma de realización de las figuras 1 a 3, se observa que se inserta una pastilla de elastómero entre la película autoadhesiva y el cuerpo de la tarjeta, lo que hace posible una reutilización de la válvula.

Esta estructura aporta así una buena solución, no obstante lo cual aumenta el número de elementos y el coste para permitir realizar una tarjeta de análisis funcional.

El documento WO-A-97/27.324 intenta encontrar una solución a este problema. Así, se refiere a una caja para realizar reacciones en paralelo que comporta una abertura de entrada y una abertura de salida para la transferencia de la o las muestras que se van a introducir en la caja. Existen válvulas en la caja, que tienen una construcción particular (cámara de Bursapak, válvula de pistón, válvula esférica). Estas válvulas permiten, bajo la acción de una fuerza exterior continua, mantener un canal cerrado. En esta forma de realización, la película está soldada a la
caja.

Sin embargo, esta construcción comporta un inconveniente importante. Éste consiste en la deformación de la cara de la caja que experimenta la soldadura de la película. Mientras que en un principio esta cara es completamente plana, la soldadura conlleva una deformación perjudicial para el buen uso ulterior de la caja. Esto puede ir del error de manipulación y/o de análisis a la imposibilidad de hacer funcionar las válvulas. Puede encontrarse el peor de los problemas cuando este tipo de caja se usa dentro de un autómata, lo que suele ser el caso. En esta configuración, la tarjeta deformada por la soldadura puede bloquear el conjunto del autómata, y con ello deteriorarlo.

Otro inconveniente de esta innovación reside en la absoluta necesidad de tener una soldadura precisa de la película en la tarjeta. Un error ínfimo puede conllevar un taponamiento de canales y/o una fuga de la válvula.

La solicitante ha presentado asimismo una solicitud de patente PCT/FR00/1.719 con prioridad del 22 de junio de 1999, que aporta una respuesta concreta al conjunto de inconvenientes del estado de la técnica desarrollados anteriormente. Así, la soldadura de la película en el cuerpo de la tarjeta de análisis se efectúa sin deterioro de la cara en que se realiza la soldadura. Además, la tolerancia para la posición de la soldadura es mayor, ya que sólo se circunscribe a la zona que constituye la válvula y no la asocia a la más cercana. Esta invención se refiere a una válvula, atravesada por al menos un canal, que permite dirigir al menos un fluido movido por medios de transferencia dentro de una tarjeta de análisis, comportando la tarjeta dos caras unidas una a la otra por un borde, caracterizada porque está constituida, por una parte, por una película, flexible y/o que puede deformarse, fija en parte a al menos una de las caras de dicha tarjeta, y por otra parte por un medio de compresión de la película, medio que puede estar activado o desactivado. La fijación se realiza al nivel de al menos una de las caras planas por medio de una fijación situada en un hueco periférico a la válvula, como una ranura. Además, la fijación se asegura por una soldadura periférica a la válvula en el fondo de la ranura.

Sin embargo, las películas flexibles que se usan en el estado de la técnica son inertes, es decir, que sólo tienen propiedades de deformaciones estructurales como consecuencia de restricciones físicas. La sucesión de estas restricciones, así como su intensidad, puede inducir una deformación constante, que puede conllevar bien el cierre o bien la apertura definitiva. Además, estas aperturas y/o cierres por deformación obligan a disponer de un mecanismo para accionar el movimiento de las películas flexibles, que es voluminoso, pesado y caro.

Existen películas que no son inertes, tratándose de polímeros conductores intrínsecos, que se definirán mejor por la exposición siguiente. Se conoce igualmente el uso de dichas películas como accionadores, como demuestran las solicitudes de patente siguientes:

- WO-A-99/07.997 se refiere a un motor rotatorio accionado por un polímero conductor,

- EP-A-0.735.518 que propone una célula de Braille provista de un accionador que contiene un polímero de conductividad eléctrica intrínseca, y

- WO-A-98/35.529 que presenta un accionador sónico de película de polímero dieléctrico elastomérico.

La solicitud de patente WO-A-97/22.825 propone un dispositivo microfluídico para suministrar o no un líquido o un gas presente en una bolsa a través de un conducto (48). El cierre o la apertura del conducto, cuyos tabiques son flexibles, se efectúa por una válvula que comprende un accionador piezoeléctrico que puede cerrar o abrir el conducto por medio de una lámina metálica. El cierre o la apertura se efectúan dependiendo del potencial eléctrico aplicado en el accionador. Asimismo, la patente US-A-6.033.191 se refiere más en particular a una bomba y no realmente a una válvula. Esta bomba posee entre otros un accionador piezoeléctrico que se superpone a la membrana de la bomba y se fija a la misma por medio de un agente de ligado conductor de la electricidad.

Al contrario que la presente invención, en la que el accionador está constituido por la única corriente eléctrica que va a deformar directamente la película, el accionador según el estado de la técnica, constituido por los dos documentos precedentes, está en dos partes, que experimentan directamente, para el piezoeléctrico, o indirectamente, para la lámina, el potencial eléctrico, siendo estas dos partes independientes del tabique que se deforma siempre bajo una acción indirecta de la corriente eléctrica.

Según la presente invención, se prevé usar polímeros conductores muy diferentes de los enumerados anteriormente, y que se denominan asimismo polímeros electroactivos. Permiten preparar válvulas y más precisamente miniválvulas, que están normalmente abiertas o cerradas y que pasan a estar respectivamente cerradas o abiertas cuando se les aplica una corriente eléctrica. Este mecanismo simplifica considerablemente su diseño y su funcionamiento.

Dichos polímeros son ya conocidos, pero su uso se limita por el momento a la investigación fundamental. El uso de estos materiales en las válvulas en las tarjetas de análisis de pequeña dimensión es, por tanto, particularmente interesante y no evidente.

Con respecto a las válvulas controladas mecánicamente o neumáticamente, las válvulas controladas por polímeros electroactivos o materiales con memoria de forma tienen las ventajas siguientes:

- reducción de la instrumentación asociada al direccionamiento de válvulas,

- miniaturización facilitada, una válvula puede tener un tamaño de un micrómetro (\mum), y con ello puede obtenerse una mayor densidad de válvulas, lo que permite manejar protocolos biológicos más complejos, que contienen, por ejemplo, más etapas, y

- asociación de dos válvulas de longitud al menos igual que el canal, que, mediante un control riguroso de su apertura y cierre, puede permitir crear una microbomba.

En el marco de la microbomba, existe la necesidad de sincronizar perfectamente la apertura y el cierre de las dos válvulas en cuestión, lo que se realiza eléctricamente, pero mucho más difícil mecánicamente, sobre todo con dimensiones del orden de algunos micrómetros.

A este efecto, la presente invención se refiere a una válvula, atravesada por al menos un canal, que permite dirigir al menos un fluido movido por medios de transferencia dentro de un dispositivo, comportando el dispositivo al menos una cara, posiblemente plana, con la válvula constituida, por una parte, por una película, flexible y/o que puede deformarse, fija en la totalidad o parte de la cara de dicho dispositivo, y por otra parte por un accionador de la película, que permite activar o desactivar dicha válvula, estando este accionador constituido por una fuente eléctrica que actúa directamente sobre un polímero electroactivo o sobre un material con memoria de
forma.

Preferentemente, el dispositivo está constituido por una tarjeta de análisis que comporta dos caras, posiblemente planas y unidas una a la otra por un borde, estando la válvula constituida por una parte por una película, flexible y/o que puede deformarse, fija en la totalidad o parte a al menos una de las caras.

Según una primera variante de realización, la película está constituida por al menos una capa de polímero electroactivo que permite activar o desactivar directamente la válvula.

Según esta primera variante, se representa una primera forma de realización en la que la película está constituida por una capa de polímero electroactivo asociado a una membrana porosa revestida en otra de sus caras por una capa metálica de oro o de plata, constituyendo el polímero electroactivo bien el electrodo positivo o bien el electrodo negativo y constituyendo la capa metálica el electrodo de polaridad complementaria del accionador o fuente de corriente eléctrica.

Según esta primera variante, se representa una segunda forma de realización en la que la película está constituida por una membrana porosa revestida en cada una de sus caras por una capa de polímero electroactivo, que constituye para una de las capas el electrodo positivo y para la otra el electrodo negativo del accionador o fuente de corriente eléctrica.

En estas dos formas de realización, una capa de polímero electroactivo está constituida por polianilina y/o polipirrol y/o politiofeno y/o poliparafenilvileno y/o poli-(p-piridilvinileno), posiblemente asociado al polietileno.

Siempre en estas dos formas de realización, la capa porosa está constituida por cualquier material o mezcla de materiales cuya porosidad deje pasar los iones, como teflón, poliamida, celulosa, poliacetato y/o policarbona-
to.

Según una segunda variante de realización, entre la película y el accionador está presente un mecanismo de control.

Según esta segunda variante, el mecanismo de control está constituido en la totalidad o en parte por un polímero electroactivo según se ha definido anteriormente, o por un material con memoria de forma, que permite activar o desactivar indirectamente la válvula.

En el caso en que se use un material de polímero electroactivo, el polímero electroactivo está constituido por una cinta longitudinal de al menos una capa de polímero electroactivo. En el caso en que se use un material con memoria de forma, está constituido por un hilo de aleación compleja cuya estructura se modifica en función de la temperatura, como una aleación de níquel y de titanio.

Además, según la segunda variante de realización, el material con memoria de forma coopera con una palanca basculante y en conjunto constituyen la totalidad o parte del mecanismo de control.

Más precisamente, la palanca basculante está constituida por una parte flexible y por una parte rígida, con la parte rígida cooperando con un medio de compresión de la válvula, el material con memoria de forma, la palanca y el medio de compresión constituyen conjuntamente la totalidad o parte del mecanismo de control.

La presente invención se refiere asimismo a una tarjeta de análisis que contiene al menos una válvula, como la descrita anteriormente.

La invención propone finalmente un procedimiento de activación de una válvula, como la descrita anteriormente, que consiste en:

- aplicar una corriente eléctrica a una película o un hilo de polímero electroactivo o a un metal con memoria de forma en posición de reposo, estando la válvula en posición abierta o cerrada,

- mantener la corriente para conservar la película o el hilo en posición activa correspondiente a una acción directa o indirecta sobre la válvula en posición cerrada o abierta, y

- detener la corriente para que dicha película o hilo recuperen su posición de reposo y dicha válvula recupere su posición abierta o cerrada.

Las figuras adjuntas se ofrecen a título de ejemplo ilustrativo y no tienen ningún carácter limitativo. Permitirán comprender mejor la invención.

La figura 1 representa una vista desde arriba de la tarjeta de análisis, según una primera forma de realización.

La figura 2 representa una vista en corte según A-A de la figura 1, cuando la válvula está en posición cerrada.

La figura 3 representa una vista en corte idéntica a la figura 2, cuando la válvula está en posición abierta.

La figura 4 representa una vista semejante a la figura 3, es decir, cuando la válvula está en posición abierta, de una segunda forma de realización.

La figura 5 representa una vista idéntica a la figura 4, pero cuando la válvula está en posición cerrada.

La figura 6 representa una vista desde arriba de las figuras 4 y 5.

La figura 7 representa una vista semejante a las figuras 3 y 4, es decir, cuando la válvula está en posición abierta, de una tercera forma de realización.

La figura 8 representa una vista idéntica a la figura 7, pero cuando la válvula está en posición cerrada.

La figura 9 representa una vista en perspectiva de una tarjeta de análisis según la invención en una cuarta forma de realización.

La figura 10 representa una vista en corte según B-B de la figura 9, cuando la válvula está en posición cerrada.

La figura 11 representa una vista en corte idéntica a la figura 10, cuando la válvula está en posición abierta.

La figura 12 representa una vista desde arriba de un conjunto de tarjetas de análisis, en vista parcial, según las figuras 10 y 11, en la que todas las válvulas visibles están en posición cerrada.

La figura 13 representa una vista idéntica a la figura 12, en la que sólo una de las válvulas visibles está en posición abierta.

La figura 14 representa una vista semejante a la figura 12, pero en la que todas las válvulas visibles en posición cerrada se cierran directamente por la palanca basculante.

Finalmente, la figura 15 representa una vista idéntica a la figura 14, en la que sólo una de las válvulas visibles está en posición abierta.

Tarjeta de análisis según la invención

Una tarjeta de análisis 1 según la invención es una combinación en un mismo soporte de unos centímetros cuadrados (cm^{2}) de funciones de gestión de fluidos (microfluídica), de reacción química y/o bioquímica, de separación de especies presentes en el fluido y de detección de estas especies. Estos sistemas pueden permitir asegurar de forma automática y autónoma todas las funciones de toda la cadena de análisis químico y/o bioquímico clásico manipulando sólo cantidades muy bajas de reactivos, comprendidas entre unos microlitros y unos nanolitros.

En la tabla 1 a continuación se representan las funciones que se encuentran más habitualmente para este tipo de tarjeta de análisis 1. Esta lista no es en absoluto exhaustiva.

\vskip1.000000\baselineskip

TABLA 1 Principales funciones usadas en las tarjetas de análisis según la invención

Gestión de fluidos	Reacción	Separación	Detección
Electroforesis
Electroósmosis	Mezcla	Electroforesis	Electroquímica
Microbombeo	Incubación	Electroósmosis	Espectroscopia
Microválvula	Calentamiento	Cromatografía
Captador

\vskip1.000000\baselineskip

Los materiales que pueden usarse para preparar estas tarjetas de análisis 1 son silicio, polímeros, cuarzo o vidrio. El uso de polímeros conductores y de polímeros electroactivos, definidos más adelante, permite realizar otras numerosas funciones.

La presente invención se refiere a una tarjeta de reacción 1 que está constituida por un paralelepípedo rectángulo que comporta una cara anterior 4 y una cara posterior 5 unidas una a otra, por un borde, denominado asimismo oblea 6. En la figura 1 se representa así, en trazo continuo, el conjunto de elementos que constituyen la cara anterior 4. Se observa, entre otros, un cierto número de canales 3 que desembocan en esta cara 4. Estos canales 3 están tabicados por medio de una película transparente 7, adherida a dicha cara anterior 4. No obstante, no es obligatorio que esta película 7, como las que se describirán más adelante, sea transparente, podría ser opaca, translúcida, etc. La naturaleza transparente permite, no obstante, visualizar mejor posiblemente la posición de una solución biológica que se va a probar, o cualquier otra solución introducida en la tarjeta 1. La cara posterior 5 comporta asimismo una película transparente de referencia 21 que tabica los canales 3 representados en trazo discontinuo ya que se encuentran, en algunos lugares, aflorando al nivel de esta cara posterior 5. Esta película 21 es muy semejante a la que se representa en la cara anterior 4 de las figuras 10 y 11, que constituye otra forma de realización, y se referencia como 16. Estas películas 16 y 21 están constituidas por películas BOPP (polipropileno con orientación biaxial) u otras películas de igual naturaleza, que están soldadas o adheridas al cuerpo de la tarjeta 1, siendo este cuerpo inerte con respecto a las soluciones transferidas y a las reacciones que experimentan. La naturaleza de la película 7 es, en cambio, bastante particular, ya que es de polímero electroactivo. Se detallará más a
continuación.

Cada película 7, 16 ó 21 puede estar presente en toda la superficie de la tarjeta 1, como es el caso de las películas 16 y 21, o en ciertas porciones de dicha tarjeta 1, como en la película 7. No obstante, puede no haber película 21, en cuyo caso se sustituye por una pared hecha del mismo material que el resto del cuerpo de la tarjeta 1.

La película 16 delimita la cara exterior de las válvulas 2 según la forma de realización de las figuras 10 y 11. Este 16 es, así, de naturaleza suficientemente flexible para permitir el paso de un líquido que se va a probar, de una solución tratada, de un líquido de lavado, de un líquido de elución, etc. Puede estar constituido por una membrana de silicona, látex, elastómero, por ejemplo Santopren (marca registrada), películas complejas sándwich de dos grosores, como por ejemplo un par de PE/PET (polietileno/tetraftalato de polietileno) o de películas complejas sándwich de más de dos grosores, como por ejemplo un par de SEBS/SBS (estirenetileno/butilenestireno/estirenbutilen-
estireno).

Además, la película transparente 16 situada en la cara anterior 4, y la película transparente 21 situada en la cara posterior 5, pueden estar constituidas por una única y misma película transparente, lo que facilita la fabricación de la tarjeta 1 así equipada.

Una tarjeta de análisis 1, según la invención, comporta en general varias decenas de válvulas 2, como es, por ejemplo, el caso de las solicitudes de patente PCT/FROO/01.718, con prioridad del 22 de junio de 1999, y FR00/10.978 del 28 de agosto de 2000, presentadas por la solicitante. Además, en la solicitud de patente FR00/10.978 se expone un ejemplo de movimientos de fluidos (Fi de la figura 1) en el interior de la red de canales 3 o (F3 de las figuras 3, 4, 7 y 11) en las válvulas 2.

El control de estas válvulas 2 es objeto de un direccionamiento eléctrico que se precisará posteriormente.

Polímeros conductores

Para información, los polímeros conductores citados en el estado de la técnica anterior pueden ser de tres grandes tipos:

- los polímeros conductores extrínsecos, que están constituidos por una matriz polimérica aislante a la que se añaden partículas conductoras, generalmente de negro de carbono, que aseguran la conducción eléctrica del material; los polímeros conductores extrínsecos tienen numerosas aplicaciones industriales en el dominio del embalaje (antiestático o antielectromagnético), de la protección eléctrica y de la conéctica,

- los polímeros conductores iónicos, que pueden clasificarse en polímeros portadores de grupos iónicos, polímeros inflados de solución iónica y electrolitos de polímeros sólidos; la conductividad del polímero se asegura por medio de los iones presentes en el material; los polímeros conductores iónicos encuentran aplicación industrial en los generadores electroquímicos de polímeros,

- los polímeros conductores intrínsecos, que presentan una alternancia de enlaces sencillo y doble (polímero conjugado); esta estructura electrónica particular es responsable de sus propiedades conductoras, estando asegurada la conducción por las cadenas hidrocarbonadas del polímero; algunos tienen propiedades eléctricas (polianilina, polipirrol, politiofeno, poliacetileno) mientras que otros tienen propiedades electroluminiscentes (polifenilenvi-
nileno).

Polímeros electroactivos

Los polímeros electroactivos tienen la propiedad de deformarse cuando se someten a una tensión. Pueden dividirse en dos familias que responden por un movimiento pendular o por un movimiento longitudinal a una tensión eléctrica, como se representa claramente en la tabla 2 siguiente.

TABLA 2 Naturaleza de los polímeros electroactivos en función de su modo de desplazamiento

1

Existen productos en forma de hoja denominados Nafion {marca registrada) de un grosor de 180 \mum y fabricados por Dupont de Nemours en los Estados Unidos. Se trata de un polímero de perfluorosulfato, que se recubre a continuación con electrodos. Pueden encontrarse informaciones complementarias sobre este material en el artículo de S.G. Wax y R.R. Sands, Electroactive Polymer Actuators and Devices. SPIE Vol. 3669, marzo de 1999; 2-10, o en el artículo de Y. Bar-Cohen, S. Leary, M. Shahinpoor, J.O. Harrison y J. Smith, Electro-Active Polymer (EAP) actuators for planetary applications. SPIE Vol. 3669, marzo de 1999; 57-63. Los protones se intercambian por cationes móviles usados en el procedimiento de intercambio, que son generalmente sodio (Na^{+}) o litio (Li^{+}). Esto necesita la presencia de un disolvente para funcionar y absorbe mucha agua. Los grupos SO_{3}^{-} se fijan a la matriz de la membrana.

Direccionamiento eléctrico

En lo referente al problema del direccionamiento eléctrico de una matriz de n x n electrodos, correspondiente a válvulas electroactivas, presentes en una tarjeta de análisis, es posible usar una técnica de conexión directa o un multiplexado.

La conexión directa es el esquema de direccionamiento más simple. Consiste en unir cada elemento de la matriz X/Y por dos hilos de conexión. El soporte puede ser indiferentemente un soporte de silicio o de polímero de tamaño variable gracias a las microtecnologías y a las técnicas de circuitos impresos y de serigrafía.

La técnica del multiplexado consiste en integrar las funciones electrónicas bajo los electrodos de la matriz (decodificador de líneas-columnas). Estas funciones electrónicas permitirán, dependiendo de la elección de la línea y de la columna, direccionar específicamente un punto X/Y. Sólo las técnicas de la microelectrónica permiten preparar componentes que integran funciones electrónicas. Este tipo de esquema de direccionamiento, que hace uso de las tecnologías de circuitos integrados, se reserva a los componentes de pequeño tamaño preparados en silicio o en vidrio únicamente. Dichos principios de multiplexado se describen, por ejemplo, en la patente US-A-5.965.452.

La elección de un esquema de direccionamiento depende de la densidad de electrodos por cm^{2} planteada. Para una densidad de electrodos superior a 100 por cm^{2}, se emplea generalmente una matriz multiplexada por las técnicas de la microelectrónica sobre silicio o sobre vidrio. Atendiendo a su bajo coste por cm^{2}, esta técnica debe limitarse a componentes de pequeño tamaño, del orden de unos mm^{2}, y es conveniente para la realización de chips de ADN direccionable eléctricamente. Por el contrario, para densidades menos importantes, puede usarse el esquema de conexión directa.

Descripción de la invención

Las figuras 1 a 8 representan una primera forma de realización que usa una película 7 de polímero electroactivo, y que permite la acción directa de la fuente de corriente eléctrica sobre dicha película 7. Estas figuras describen en realidad tres alternativas diferentes de construcción, representadas respectivamente en las figuras 1 a 3 para la primera variante de realización, en las figuras 4 a 6 para la segunda variante de realización y en las figuras 7 y 8 para la tercera variante de realización.

Las figuras 9 a 13 representan una segunda forma de realización que usa una película 16, normal, es decir, idéntica a la película 21 situada en el dorso 5 de la tarjeta 1, y que permite la acción indirecta de la fuente de corriente eléctrica sobre dicha película 16, a través de un mecanismo de control 13 intermedio. Estas figuras describen una cuarta variante de realización.

En la continuación de esta descripción, la referencia a las variantes de realización se efectuará en relación con las explicaciones dadas anteriormente.

La presente invención se refiere a una tarjeta de análisis 1 que es un soporte mecanizado de pequeño tamaño, por ejemplo, de unos centímetros cuadrados y que permite, con ayuda de una red de circulación de fluidos, manejar (por ejemplo, por electroforesis, bombeo, válvulas, captadores) reacciones (mezcla, incubación, calentamiento...) químicas o bioquímicas y separar (electroforesis, cromatografía, etc.) o detectar (detección electroquímica, espectroscópica...) una o varias especies presentes en el fluido.

1°) Primera variante de realización

La figura 1 representa una primera variante de realización que repite en estas grandes líneas las características de las figuras 4 a 6 descritas en la solicitud de patente PCT/FR00/01.719 presentada por la solicitante con prioridad del 22 de junio de 1999, con la diferencia de que en las figuras de la presente invención no existe ninguna lengüeta flexible. En este caso, se observa que cada válvula 2 está constituida por una pequeña superficie plana situada al mismo nivel que el resto de la superficie plana de dicha tarjeta 1 (ver asimismo las figuras 2 y 3). Esta pequeña superficie plana comprende al menos un canal de llegada 3 y un canal de salida 3, estando el punto de intersección entre esta superficie y los canales 3 de llegada y de salida del fluido en contacto con la película 7 como se representa en la figura 2. En este caso, la válvula está cerrada. Se observa además en la figura 2 que la película 7 comporta una invaginación 25, que tiene por función taponar uno de los dos canales 3. Por supuesto, las invaginaciones 25 pueden taponar asimismo el otro canal 3 o los dos canales 3 de cada válvula 2. Además, en la válvula 2, puede haber más canales 3, es decir, tres y más.

Se observa asimismo que la tarjeta comporta un cierto número de compartimentos 17. Los compartimentos 17 están unidos a las válvulas por medio de los canales 3 y es posible, pero en la figura sólo se representan otras válvulas y otros compartimentos que están presentes en el resto de la tarjeta 1, lo que permite efectuar mezclas entre dos redes de canales 3 situadas en paralelo y ya no en serie.

En las figuras 2 y 3, se observa la presencia, en la cara superior 4 de la tarjeta 1, al menos en la válvula 2, de una película flexible 7 que no es autoadhesiva como se ha explicado en el análisis del estado de la técnica. Esta película 7 se suelda así en 10 a una ranura 9 periférica a la válvula 2. Esta técnica particular se describe aquí a título de ejemplo representativo de una forma de realización sin carácter limitativo, ya descrita además en la solicitud PCT/FR00/01.719. No obstante, en la cara inferior 5 de dicha tarjeta 1, es posible usar una película autoadhesiva 21 bien conocida en el estado de la técnica. Por supuesto, es posible asimismo tener una segunda película flexible 7 en esta otra cara en función de las posiciones de un solo lado o a ambas partes de la tarjeta 1 de válvulas 2. Las caras superior 4 y inferior 5 están unidas una a otra por un borde 6.

De hecho, el fluido o fluidos presentes en la tarjeta de análisis 1 se mueven según F1 dentro de esta tarjeta 1 por medio de una puesta bajo presión o una depresión que se crea. Se autoriza el movimiento del fluido en una válvula 2, según F3 de la figura 3, deformando la invaginación 25 según F2, por aplicación de una tensión eléctrica que provoca la movilización de los iones en la película de polímeros conductores. Esta movilidad de los iones conlleva la deformación, la contracción o la dilatación de la película por el desplazamiento de las moléculas de agua. La respuesta tensión-corriente es normalmente voltamograma que comporta una histéresis importante entre la oxidación y la reducción. Un ejemplo de la evolución de la corriente en función de la tensión aplicada puede encontrarse, por ejemplo, en el artículo de T.W. Lewis, L.A.P. Kane-Maguire, A.S. Hutchinson, G.M. Spinks y G.G. Wallace, Development of an all-polymer, axial force electrochemical actuator. Synthetic Metals 102 (1999) 1317-1318.

Así, la película 7 podrá deformarse y el fluido podrá pasar según F3 según se representa. Por tanto, es necesario que la película 7 sea de un material que se deforme bajo la acción de esta corriente eléctrica y que recupere la posición de obturación según la figura 2, a partir de lo cual dicha corriente deja de aplicarse.

Según un primer modo de construcción, el polímero electroactivo que forma la película 7 está constituido por una membrana porosa revestida en una de sus caras por una capa de oro o de plata, que constituye a la vez los electrodos positivo y negativo de la fuente de corriente eléctrica.

Según un segundo modo de construcción, el polímero electroactivo está constituido por una membrana porosa revestida en cada una de sus caras por una capa conductora, que constituye para una de las capas el electrodo positivo y para la otra capa el electrodo negativo de la fuente de corriente eléctrica.

Esta capa conductora está constituida por polianilina y/o polipirrol, que responden con un movimiento pendular a una excitación eléctrica.

2°) Segunda variante de realización

Esta variante repite los mismos constituyentes y, por tanto, las mismas referencias que los de la primera variante, a saber, la válvula 2, los canales 3, las caras 4 y 5 de la tarjeta de análisis 1, el borde 6 de dicha tarjeta 1, la película de polímero electroactivo 7 contenida en la cara 4 de la tarjeta 1, el hueco o ranura periférica 9 en la válvula 2, la soldadura periférica 10 situada en el fondo de la ranura 9 y la película 21.

Por el contrario, la cara superior 4 de la tarjeta 1 comporta un rebaje 26, cuyas dimensiones (diámetro y profundidad superiores) permiten:

- la presencia de un engrosamiento 27 (diámetro y profundidad inferiores) de la película 7, y

- que los dos canales 3 implicados en la válvula 2 desemboquen a la altura de este rebaje 26.

Cuando se aplica una diferencia de potencial según se ha definido anteriormente en la primera variante de realización, la película 7 podrá inflarse y el fluido no podrá ya pasar según F3 como se representa en la figura 5. Por tanto, es necesario que la película 7 sea de un material que se deforme bajo la acción de esta corriente eléctrica y que recupere la posición para dejar el paso al fluido según F3, ver la figura 4, a partir de lo cual dicha corriente deja de aplicarse.

Por tanto, es el efecto inverso de la primera variante de realización; cuando se aplica una corriente eléctrica, la válvula 2 según esta primera variante de realización está abierta, mientras que en 2 está cerrada según la segunda variante de realización, y viceversa.

Por supuesto, el rebaje 26 tiene un diámetro inferior a la parte plana circunscrita por la ranura periférica 9.

3º) Tercera variante de realización

Esta tercera variante repite los mismos constituyentes y, por tanto, las mismas referencias que los de las variantes primera y segunda, a saber, la válvula 2, los canales 3, las caras 4 y 5 de la tarjeta de análisis 1, el borde 6 de dicha tarjeta 1, la película de polímero electroactivo 7 contenida en la cara 4 de la tarjeta 1, el hueco o ranura periférica 9 en la válvula 2, la soldadura periférica 10 situada en el fondo de la ranura 9 y la película 21.

Por el contrario, la cara superior 4 de la tarjeta 1 comporta una concavidad 28, cuyas dimensiones son suficientes para que los dos canales 3 implicados en la válvula 2 desemboquen a la altura de esta concavidad 28.

Cuando se aplica una diferencia de potencial según se ha definido anteriormente en las variantes de realización primera y segunda, la película 7 podrá deformarse y adherirse a la forma de la concavidad 28, lo que impedirá que el fluido pase según F3 como se representa en la figura 8. Por tanto, es necesario que la película 7 sea de un material idéntico a las dos primeras variantes de realización expuestas anteriormente.

Una vez que cesa la acción de esta corriente eléctrica, la película 7 recupera su posición inicial, según la figura 7, y deja así el paso al fluido según F3.

Por supuesto, es posible abordar el fenómeno inverso, es decir, que el polímero electroactivo 7 cierre la válvula 2 en reposo y abra dicha válvula 2 cuando se aplica la corriente.

4°) Cuarta variante de realización

La figura 9 representa una tarjeta 1 diferente de las precedentes incluso si conserva la misma referencia. Así, se distingue por la ausencia de la película de polímero electroactivo 7 que se sustituye por una película 16, representada en las figuras 10 y 11, y cuyas características son esencialmente mecánicas, como se ha evocado anteriormente.

Esta cuarta variante se refiere a una tarjeta de reacción 1 que está constituida, a semejanza de las precedentes, por un paralelepípedo rectángulo que comporta una cara anterior 4 y una cara posterior 5 unidas una a otra por un borde que comporta un reborde 29.

En las figuras 10 y 11, se representa una válvula 2 más en detalle. Se nota que, en reposo, esta 2 está en posición cerrada, ya que la película 16 está dispuesta sobre la cara en la que desembocan los canales 3 que constituyen dicha válvula 2. La posición cerrada se hace posible por la presencia de un medio de compresión o lengüeta 8, fijo en la cara 4 de la tarjeta 1 por una parte de su superficie, con la otra suspendida sobre dicha válvula 2. Para asegurar un contacto y una estanqueidad perfecta de la válvula 2, una clavija de elastómero 11 contenida en la lengüeta 8 asegura la unión en reposo entre dicha lengüeta 8 y la película 16.

Se observa la presencia en el extremo libre de la lengüeta 8 de un bisel 12 que facilita la apertura de dicha válvula 2. El papel de este bisel 12 es permitir la basculación de dicha lengüeta 8, según F4 de la figura 11, bajo la acción de un elemento exterior, que se describirá posteriormente.

El modo de funcionamiento de esta válvula 2 es, por tanto, diferente de las tres variantes precedentes, ya que la corriente eléctrica no tiene acción directa sobre la película 16. Si se limita a observar la tarjeta 1, sólo la presencia o la ausencia de la lengüeta 8, por medio de su clavija de elastómero 11, permite respectivamente el cierre o la apertura de dicha válvula 2.

El elemento exterior que se aplica para permitir el desplazamiento según F4 de la lengüeta 8 se representa en las figuras 12 y 13. Se trata de un mecanismo de control 13 contenido en el chasis 30 de un aparato automático de análisis, no representado en las figuras. Este chasis 30 contiene al menos una palanca 15 que está constituida por varias partes:

- una base 31 para solidarizarse con dicho chasis 30,

- una parte flexible 18, que forma el eje de articulación de la parte siguiente 19,

- una parte rígida 19 para transmitir el movimiento de basculación según F6,

- un resalte de apoyo 20, cuya función se expondrá a continuación, y

- un extremo 24, posiblemente biselado, que actúa sobre la lengüeta 8 (movimiento según F4) y más precisamente en el bisel 12 de esta lengüeta 8.

Esta basculación según F6 es bien visible en la figura 13. Se trata de un hilo de material con memoria de forma 22, en el que cada uno de sus dos extremos está en contacto con un borne de conexión eléctrica 23 que permite el direccionamiento. Así, cada hilo 22 se direcciona y coloca eléctricamente a través de un simple transistor, no representado en las figuras, directamente controlado por la electrónica del instrumento. Por esto, en cada borne de conexión eléctrica 23 en serie, que permite el direccionamiento, se aplica una tensión del orden de uno a varios voltios, lo que dilata el o los hilos 22. Si los hilos 22 están en serie, la aplicación de una tensión en un borne 23 provoca la dilatación de todos los hilos 22 colocados en serie. Si, por el contrario, cada borne 23 separa eléctricamente los dos hilos eléctricos 22 que se tienden, el direccionamiento podrá

\hbox{efectuarse en relación con la totalidad o parte de  estos
hilos.}

A lo largo de un hilo 22, existe otro contacto con el resalte de apoyo 20 que sirve de medio de transmisión de la fuerza de reducción de diámetro F5 de dicho hilo 22, para asegurar la basculación F6 de la parte rígida 19 de la palanca 15. Dichos hilos 22 pueden estar constituidos por hilos de FLEXINOL (marca registrada) de aleación compleja de níquel-titanio que se han adquirido en la sociedad DYNALLOY Inc. (Costa Mesa, California, Estados Unidos). A temperatura ambiente, este hilo 22 se estira fácilmente, pero cuando es atravesado por una corriente suficiente, es decir, de 1.000 miliamperios (mA) aproximadamente bajo 0,3 voltios por centímetro (V/cm), su longitud se reduce del 3 al 5%, ejerciendo una tracción de 900 gramos.fuerza (g.fuerza) aproximadamente. No obstante, esta fuerza depende del diámetro del hilo, como se representa en la tabla 3 a continuación:

TABLA 3 Rendimiento de los hilos con memoria de forma en función de su diámetro

Diámetro del hilo	Fuerza de reducción	Fuerza de relajación	Corriente típica
(mm)	de diámetro	(g.fuerza)	(mA) bajo 0,3 V/cm
	(g.fuerza)
0,05	35	8	50
0,10	150	28	180
0,15	330	62	400
0,25	930	172	1.000
0,38	2.000	380	2.500

Los tiempos de respuesta permiten de 13 a 65 ciclos por minuto, para una temperatura de transición de 90°C. El número de ciclos es de 9 a 40 si esta temperatura es de 70°C. El tiempo de vida de este tipo de hilo 22 es de al menos un millón de ciclos.

Como se representa en las figuras 12 y 13, el aparato automático de análisis puede contener varias tarjetas 1 en paralelo, que podrían no obstante estar montadas también en serie, o ambas cosas a la vez (serie y paralelo). En una forma de realización de la invención, la distancia que separa dos tarjetas 1 en paralelo es de 25 mm. Asimismo, es posible tener, unas encima de otras, numerosas palancas 15, con objeto de permitir la apertura de varias válvulas 2 situadas alineadas en una tarjeta 1. El paso que existe entre dos palancas 15 adyacentes y que actúan sobre una misma tarjeta 1 está comprendido generalmente entre 1 y 5 mm. Preferentemente, este paso tiene un valor usado en el ámbito electrónico, como 3,96 mm, 2,54 mm o 1,28 mm.

5°) Quinta variante de realización

Las figuras 14 y 15 representan una tarjeta 1 diferente de las precedentes, aun cuando conserva la misma referencia. Así, esta 1 se distingue por la ausencia de la película de polímero electroactivo 7 que se sustituye por una película 16, representada en las figuras 10 y 11, y cuyas características son esencialmente mecánicas como se ha evocado anteriormente. Esta quinta variante es una evolución simplificada de la cuarta variante.

La diferencia esencial reside en el hecho de que la tarjeta 1 no comporta medios de compresión 8. La tarjeta 1 posee así válvulas normalmente abiertas en reposo, mientras que estarían normalmente cerradas para la cuarta variante.

El mecanismo de control 13 es así más simple, según esta quinta variante, ya que la palanca 32 actúa directamente sobre dicha tarjeta 1, y así el extremo libre de éste 32, no referenciado, está provisto de un medio de cierre estanco o clavija de compresión en el elastómero 33. Esta clavija comprime la película 16 cuando el hilo de material con memoria de forma 22, ya descrito en la variante precedente, no está bajo tensión.

Es posible asimismo prever que el hilo 22 se sustituya por una cinta longitudinal de un material de polímero electroactivo, según las tres primeras variantes de realización.

Referencias

\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 1. \+ Dispositivo o tarjeta de análisis\cr  2. \+ Válvula\cr  3. \+
Canal\cr  4 y 5. \+ Caras de la tarjeta 1\cr  6. \+ Borde de la
tarjeta 1\cr  7. \+ Película de polímero electroactivo contenida en
la cara 4 de la tarjeta 1\cr  8. \+ Medio de compresión de la
película 7 o lengüeta flexible\cr  9. \+ Hueco o ranura periférica
de la válvula 2.\cr  10. \+ Soldadura periférica situada en el fondo
de la ranura 9\cr  11. \+ Medio de cierre estanco o clavija de
compresión de elastómero contenido en el medio o lengüeta 8\cr  12.
\+ Medio de apertura o bisel contenido en el medio o lengüeta 8\cr 
13. \+  Mecanismo de control\cr  14. \+ Material con memoria de
forma que constituye el mecanismo de control 13\cr  15. \+  Palanca
basculante que constituye el mecanismo de control 13\cr  16. \+ 
Película flexible y/o que puede deformarse contenida en la cara 4 de
la tarjeta 1\cr  17. \+ Compartimento de la tarjeta 1\cr  18. \+
Parte flexible de la palanca 15\cr  19. \+ Parte rígida de la
palanca 15\cr  20. \+ Resalte de apoyo de la palanca 15\cr  21. \+
Película contenida en la otra cara 5 de la tarjeta 1\cr  22. \+ Hilo
de material con memoria de forma\cr  23. \+ Borne de conexión
eléctrica que permite el direccionamiento\cr  24. \+ Extremo
biselado de la palanca 15 que actúa sobre la lengüeta 8\cr  25. \+
Invaginación de la película 7\cr  26. \+ Rebaje contenido en la cara
4 de la tarjeta 1\cr  27. \+ Engrosamiento 27 de la película 7 a la
altura del rebaje 26\cr  28. \+ Concavidad contenida en la cara 4 de
la tarjeta 1\cr  29. \+ Reborde de la tarjeta de análisis 1\cr  30.
\+ Chasis de un aparato automático de análisis\cr  31. \+ Base 31 de
la palanca 15 solidaria con el chasis 30\cr  32. \+ Palanca
basculante que constituye el mecanismo de control 13\cr  33. \+
Medio de cierre estanco o clavija de compresión en elastómero
contenido en la palanca 32\cr  F1. \+ Movimientos fluídicos en la
tarjeta 1\cr  F2. \+ Deformación de la película 7\cr  F3. \+
Transferencia fluídica en la válvula 2\cr  F4. \+ Basculación de la
lengüeta 8\cr  F5. \+ Fuerza de reducción de diámetro del hilo de
material con memoria de forma 22\cr  F6. \+ Basculación de la
palanca 15 bajo la acción del hilo de material con memoria de forma
20\cr}

Claims

1. Válvula (2), atravesada por al menos un canal (3), que permite dirigir al menos un fluido (F3) movido por medios de transferencia dentro de un dispositivo (1), comportando el dispositivo (1) al menos una cara (4), posiblemente plana, estando la válvula (2) constituida por una parte por una película (7 ó 16), flexible y/o que puede deformarse, fija en la totalidad o parte de la cara (4) de dicho dispositivo (1), y por otra parte por un accionador de la película (7 ó 16), que permite activar o desactivar dicha válvula (2), estando constituido este accionador por una fuente eléctrica, que actúa directamente sobre un polímero electroactivo o sobre un material con memoria de
forma.

2. Válvula, según la reivindicación 1, caracterizada porque el dispositivo (1) está constituido por una tarjeta de análisis (1) que comporta dos caras (4 y 5), posiblemente planas y unidas una (4) con la otra (5) por un borde (6), estando la válvula (2) constituida por una parte por una película (7 ó 16), flexible y/o que puede deformarse, fija en la totalidad o parte de al menos una de las caras (4 y/o 5).

3. Válvula, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque la película (7) está constituida por al menos una capa de polímero electroactivo que permite activar o desactivar directamente la válvula
(2).

4. Válvula, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la película (7) está constituida por una capa de polímero electroactivo asociado a una membrana porosa revestida en otra de sus caras por una capa metálica de oro o de plata, constituyendo el polímero electroactivo bien el electrodo positivo o bien el electrodo negativo y constituyendo la capa metálica el electrodo de polaridad complementaria del accionador o fuente de corriente eléctrica.

5. Válvula, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la película (7) está constituida por una membrana porosa revestida en cada una de sus caras por una capa de polímero electroactivo, que constituye para una de las capas el electrodo positivo y para la otra capa el electrodo negativo del accionador o fuente de corriente eléctrica.

6. Válvula, según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizada porque una capa de polímero electroactivo está constituida por polianilina y/o polipirrol y/o politiofeno y/o poliparafenilvileno y/o poli-(p-piridilvinileno), posiblemente asociado a polietileno.

7. Válvula, según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizada porque la capa porosa está constituida por cualquier material o mezcla de materiales cuya porosidad deja pasar los iones, como teflón, poliamida, celulasa, poliacetato y/o policarbonato.

8. Válvula, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque entre la película (16) y el accionador está presente un mecanismo de control (13).

9. Válvula, según la reivindicación 8, caracterizada porque el mecanismo de control (13) está constituido en la totalidad o en parte por un polímero electroactivo según las reivindicaciones 3 a 8, o por un material con memoria de forma (14), que permite activar o desactivar indirectamente la válvula (2).

10. Válvula, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 9, caracterizada porque el polímero electroactivo está constituido por una cinta longitudinal de al menos una capa de polímero electroactivo, o porque el material con memoria de forma (14) está constituido por un hilo de aleación compleja cuya estructura se modifica en función de la temperatura, como una aleación de níquel y de titanio.

11. Válvula, según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizada porque el material con memoria de forma (14) coopera con una palanca basculante (15) y constituyen en conjunto la totalidad o parte del mecanismo de control (13).

12. Válvula, según la reivindicación 11, caracterizada porque la palanca basculante (15) está constituida por una parte flexible (18) y por una parte rígida (19), cooperando la parte rígida con un medio de compresión (8) de la válvula (2), y el material con memoria de forma (14), la palanca (15) y el medio de compresión (8) constituyen en conjunto la totalidad o parte del mecanismo de control (13).

13. Tarjeta de análisis que contiene al menos una válvula, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.

14. Procedimiento de activación de una válvula, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque consiste en:

- aplicar una corriente eléctrica a una película o un hilo de polímero electroactivo o de un metal con memoria de forma en posición de reposo, estando la válvula en posición abierta o cerrada,

- mantener la corriente para conservar la película o el hilo en posición activa correspondiente a una acción directa o indirecta en la válvula en posición cerrada o abierta, y

- detener la corriente para que dicha película o hilo recupere la posición de reposo y dicha válvula recupere la posición abierta o cerrada.