ES2296735T3 - Dispositivo para distribuir pequeñas dosis de liquido controladas con precision. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para distribuir pequeñas cantidades de uno o varios líquidos, que comprende: un suministro de líquido (L); un conducto (10; 15; 32; 62) de suministro de gas que se puede conectar a un suministro de gas (G), dispuesto para suministrar selectivamente una presión de gas; y un conducto capilar (20) que tiene primer y segundo extremos abiertos (20a, 20b), estando adaptado el conducto capilar para ser llenado de líquido (L) a distribuir, y para inyectar dicho líquido; teniendo el dispositivo: (a) una configuración de llenado en la que líquido desde el suministro está en contacto con un extremo (20a) del conducto capilar (20) para llenar de líquido el conducto capilar; y (b) una configuración de separación del líquido e inyección del mismo, en la que: - líquido que se mantiene en el suministro de líquido está separado del líquido que llena el conducto capilar (20) para formar una cantidad discreta (V) de líquido que llena el conducto capilar sin estar en contacto con el líquido restante del suministro de líquido; - el conducto capilar, lleno de dicha cantidad discreta (V) de líquido, tiene su primer extremo (20a) en contacto con el suministro de gas y su segundo extremo (20b) directa o indirectamente en contacto con la atmósfera; y - dicha cantidad discreta (V) de líquido se puede inyectar desde el segundo extremo (20b) del conducto capilar por la aplicación de presión de gas al primer extremo (20a) del conducto capilar, caracterizado porque comprende: un depósito integrado (32; 61) que constituye el suministro de líquido (L) y está dimensionado para contener una cantidad de líquido que se puede distribuir como múltiples cantidades discretas (V), siendo el diámetro o la dimensión transversal del depósito integrado mucho mayor que el diámetro del conducto capilar (20) que se extiende a través de una superficie lateral que forma una pared inferior del depósito (32; 61); y un elemento (50; 15, 20, 42) montado de modo que pueda moverse en el dispositivo por encima de dicha pared entre una primera posición que define dicha configuración de llenado en la que el elemento desplazable (50; 15, 20, 42) permite el acceso del líquido en el depósito a la parte superior de la pared en la que desemboca el conducto capilar (20), y una segunda posición que define dicha configuración de separación e inyección de líquido, en la que el elemento desplazable (50; 15, 20, 42) bloquea el acceso del líquido en el depósito a la parte superior de la pared en la que desemboca el conducto capilar (20); estando dispuesto el dispositivo de tal manera que cada una de las cantidades inyectadas corresponde con precisión a la cantidad discreta (V) que llena el conducto capilar (20) en la configuración de separación e inyección de líquido.
Description
Dispositivo para distribuir pequeñas dosis de
líquido controladas con precisión.
La invención se refiere a un dispositivo para
distribuir pequeñas cantidades de uno o varios líquidos, útil en
varios contextos, incluyendo la realización de diversas síntesis así
como las aplicaciones de diagnóstico y de cribado de fármacos,
particularmente las que implican materiales biológicos, en las que
existe necesidad de dosificar con precisión el líquido
distribuido.
El uso de válvulas capilares pasivas como método
para controlar el flujo de fluido en un sistema microfluídico se
describe en "Hydrophobic microfluidics" ("Microfluídica
hidrófoba") por McNeely et al., SPIE Conference on
Microfluidic Devices and Systems II, Santa Clara, California,
septiembre de 1999, SPIE volumen 3877-786X/99.
Las patentes U.S.A. números 5.846.396 y
5.958.344, por ejemplo, describen un sistema de distribución de
líquido en el que se distribuye líquido entre un canal alimentador
conectado y una celda de reacción mediante un conducto que tiene
una barrera capilar interpuesta para verificar el flujo. El líquido
en el canal alimentador se mantiene permanentemente en contacto con
el líquido en el canal capilar. Como consecuencia, no se puede
controlar con precisión la cantidad de líquido que se está
distribuyendo.
La patente U.S.A. número 5.957.149 da a conocer
un dispositivo de distribución de fluido que contiene elementos de
válvula mecánica con resorte antagonista, lo que hace que su
estructura sea compleja.
El uso de jeringuillas para distribuir pequeñas
cantidades de líquidos está limitado por la dificultad para
inyectar en el aire debido a una velocidad insuficiente, y los
efectos de la tensión superficial hacen difícil inyectar pequeñas
cantidades.
Un sistema de diagnóstico que incluye una
estructura de mezcla dispuesta sobre un disco está disponible bajo
la marca registrada LabCD^{TM} de la firma Gamera Bioscience. Se
separan y se distribuyen pequeñas cantidades de líquidos por
rotación selectiva del disco, basándose en la fuerza centrífuga. No
obstante, este sistema tiene severas limitaciones en sus posibles
aplicaciones.
La inyección de pequeñas gotitas se conoce
también en el sector de impresión por chorros de tinta y se ha
propuesto aplicar esta técnica para generar microconjuntos de
gotitas de líquido en la producción de BioChips, al aplicar una
elevada aceleración a un módulo de impresión que tiene toberas
llenas de diferentes clases de líquido desde depósitos diferentes
(presentado en la 99 Conferencia de nanotecnología, Montreux, Suiza,
noviembre de 1999, por Ducreel Zengler).
En estos sistemas por chorros de tinta, hasta el
momento en el que se inyecta una gotita, el líquido a distribuir en
las toberas se mantiene en contacto con el líquido desde el
depósito. Esto conduce a imprecisión en las cantidades de líquido
en las gotitas inyectadas. Los sistemas por chorros de tinta están
sometidos también a inconvenientes relacionados con los efectos de
evaporación y son inadecuados para inyectar líquidos altamente
viscosos. Además, los cabezales de inyección por chorros de tinta
son tendentes a la contaminación y a la posible degradación del
líquido debido a la generación de calor (por lo tanto, inadecuados
para aplicaciones con materiales biológicos) y no están diseñados
para ser desechados.
El documento WO 99/42805 describe un dispositivo
de distribución de líquido, tal como se establece en el preámbulo
de la reivindicación 1, para dosificar in situ reactivos en
una placa, siendo suministrados los reactivos desde una fuente
externa.
El documento
EP-A-0434149 describe un dispositivo
de distribución de líquido, tal como se establece en el preámbulo
de la reivindicación 1, en el que se suministra líquido desde una
pipeta mediante conductos capilares alargados bajo control de una
válvula rotatoria.
La invención da a conocer un dispositivo para
distribuir pequeñas cantidades de uno o varios líquidos, que es
particularmente adecuado para distribuir pequeñas cantidades de
líquido controladas con mucha precisión, que es de construcción y
funcionamiento sencillos y que se puede integrar fácilmente en
sistemas automatizados, particularmente para distribución
múltiple.
El dispositivo según la invención comprende un
suministro de líquido; un suministro de gas, dispuesto para
suministrar selectivamente una presión de gas; y un conducto capilar
que tiene primer y segundo extremos abiertos. El conducto capilar
está adaptado para ser llenado de líquido a distribuir, y para
inyectar dicho líquido. El conducto capilar está dimensionado para
favorecer el flujo capilar de un líquido. Típicamente, el conducto
capilar tiene dimensiones en las que la anchura no es mayor que
aproximadamente 1,5 mm, preferiblemente no es mayor que
aproximadamente 500 \mum, y posiblemente no es mayor que
aproximadamente 250 \mum o incluso 50 \mum.
El dispositivo de la invención tiene una
configuración de llenado en la que líquido desde el suministro está
en contacto con un extremo del conducto capilar para llenar de
líquido el conducto capilar; y una configuración de separación e
inyección de líquido.
En la configuración de separación e inyección de
líquido, el líquido que se mantiene en el suministro de líquido
está separado del líquido que llena el conducto capilar para formar
una cantidad discreta de líquido que llena el conducto capilar sin
estar en contacto con el líquido restante del suministro de líquido.
El conducto capilar, lleno de esta cantidad discreta de líquido,
tiene su primer extremo en contacto con el suministro de gas y su
segundo extremo directa o indirectamente en contacto con la
atmósfera. Esta cantidad discreta de líquido se puede inyectar
desde el segundo extremo del conducto capilar por la aplicación de
presión de gas al primer extremo del conducto capilar.
La invención está caracterizada porque comprende
un depósito integrado que constituye el suministro de líquido y
está dimensionado para contener una cantidad de líquido que se puede
distribuir como múltiples cantidades discretas, siendo el diámetro
o la dimensión transversal del depósito integrado mucho mayor que el
diámetro del conducto capilar que se extiende a través de una
superficie lateral que forma una pared inferior del depósito. La
invención comprende también un elemento montado de modo que pueda
moverse en el dispositivo por encima de dicha pared entre una
primera posición que define la configuración de llenado, en la que
el elemento desplazable permite el acceso del líquido en el
depósito a la parte superior de la pared en la que desemboca el
conducto capilar, y una segunda posición que define la
configuración de separación e inyección de líquido, en la que el
elemento desplazable bloquea el acceso del líquido del depósito a la
parte superior de la pared en la que desemboca el conducto
capilar.
El dispositivo está dispuesto de tal manera que
cada una de las cantidades inyectadas corresponde con precisión a
la cantidad discreta que llena el conducto capilar en la
configuración de separación e inyección de líquido. Es decir, la
cantidad discreta de líquido que llena el conducto capilar forma una
dosis exacta de líquido a distribuir, determinada por el volumen
del canal capilar (usualmente su diámetro y su longitud), menos un
volumen pequeño y constante que se pierde debido a los efectos de la
tensión superficial. Por ejemplo, un conducto capilar de 0,3 mm de
diámetro y 3 mm de largo proporciona una dosis inyectada de 211
nanolitros, menos un volumen muy pequeño constante y reproducible
que se pierde por efectos de la tensión superficial. El mismo
conducto con un diámetro de 0,1 mm proporciona una dosis inyectada
de 23 nanolitros. Estas cantidades se pueden determinar con mucha
precisión, y permanecen constantes durante el uso repetido bajo
condiciones dadas. Como consecuencia, la invención permite que se
distribuyan pequeñas cantidades de líquidos predeterminadas con
mucha precisión.
Además, el dispositivo es muy sencillo. El
dispositivo con su depósito integral combina una función de
almacenamiento de líquido con la capacidad de extraer, bajo
demanda, muestras por debajo de los microlitros sin necesidad de
pipetado, tal como en los sistemas convencionales.
La parte o partes que constituyen la zona para
separación e inyección de líquido se pueden producir fácilmente por
métodos sencillos que incluyen moldeo por inyección y
estratificación, para formar un conjunto de toberas desechable de
bajo coste para un sistema de distribución de líquido.
El dispositivo se puede usar para inyectar
fluidos que contienen células biológicas sin correr el riesgo de
dañarlas.
El dispositivo está destinado principalmente a
emplearse con disoluciones acuosas y, en consecuencia, está dotado
de superficies hidrófilas. Si se requiere, podría estar adaptado
para emplearse con superficies hidrófobas; no obstante, esto
requeriría la adaptación de la geometría del dispositivo y del
método de dosificación.
El dispositivo se puede usar también para
distribuir líquidos mucho más viscosos que el agua pura.
Además, el dispositivo se puede usar para
recuperar volúmenes de reactivos valiosos sin pérdida, dado que
toda la cantidad de líquido se puede recuperar del dispositivo.
En una realización, el primer extremo del
conducto capilar se bifurca desde un conducto de suministro de
diámetro mucho mayor, teniendo el conducto de suministro un extremo
de suministro de líquido conectado al suministro de líquido y un
extremo de suministro de gas conectado al suministro de gas. Este
conducto de suministro puede tener cualquier forma y tamaño
convenientes en sección transversal, y puede variar incluso en forma
y tamaño según su longitud, siempre que sea mucho mayor que el
conducto capilar. El elemento desplazable es un pistón montado de
modo deslizante en el conducto de suministro, separando el pistón el
suministro de líquido y gas, siendo el pistón desplazable entre una
primera posición que define la configuración de llenado y una
segunda posición que define la configuración de separación e
inyección.
Ventajosamente, el conducto capilar y el
conducto de suministro están formados en un conjunto de toberas de
un solo uso, usando probablemente una técnica de moldeo y
estratificación.
El dispositivo (específicamente su parte del
conjunto de toberas) puede estar diseñado para distribuir
simultáneamente múltiples dosis de líquido y/o para distribuir
sucesivamente dosis de líquidos diferentes.
En realizaciones adicionales de la invención, el
conducto capilar es soportado por un conducto de suministro de
gas/aire que está montado de modo que pueda moverse con relación a
un depósito de líquido para admitir líquido y para inyectarlo
posteriormente.
En otra realización, el suministro de líquido y
el conducto de suministro de gas están contenidos en el elemento
desplazable dispuesto para desplazamiento con relación a un soporte
que incluye el conducto capilar, a efectos de alinear o desalinear
selectivamente el conducto de suministro de gas con el conducto
capilar.
El elemento desplazable puede ser generalmente
cilíndrico y puede estar montado rotativamente con relación al
soporte. En este caso, el conducto de suministro de gas puede ser un
orificio excéntrico paralelo al eje de rotación del elemento, que
se puede alinear o desalinear por rotación del elemento con un
orificio capilar en la parte inferior del soporte.
Dichos dispositivos pueden estar incluidos
convenientemente en un conjunto de los dispositivos accionables
rotativamente de manera individual o conjunta, que forma un
"almacén de microlíquido".
Alternativamente, el elemento desplazable es una
placa corrediza montada de modo deslizante entre placas
estacionarias enfrentadas que contienen, respectivamente, conductos
capilares y aberturas de suministro de gas, conteniendo la placa
corrediza una serie de depósitos de líquido y de conductos de
suministro de gas.
En los dibujos esquemáticos que se
acompañan:
las figuras 1A a 1D muestran el principio de
funcionamiento utilizado en un dispositivo según la invención;
la figura 2 es una vista global de un
dispositivo comparativo que funciona según el mismo principio;
la figura 3 muestra una realización de un
dispositivo según la invención ajustado con un pistón;
las figuras 4A y 4B muestran variaciones
adicionales;
la figura 5 es una vista parcial de una
disposición que proporciona dosificación múltiple;
las figuras 6A a 6C muestran el funcionamiento
de un dispositivo modificado según la invención para distribuir
pequeñas cantidades de dos líquidos diferentes;
las figuras 7A a 7C muestran otra realización
del dispositivo según la invención, en la que el conducto capilar
está montado de modo que pueda moverse para distribuir pequeñas
cantidades de un líquido;
las figuras 8A y 8B muestran una variación del
dispositivo de la figura 3, adaptado para accionamiento
rotatorio;
las figuras 9A, 9B y 9C muestran el dispositivo
de las figuras 8A y 8B, ajustado con una cubierta opcional, en
estados operativos diferentes;
la figura 10 muestra un conjunto de dispositivos
similar al de las figuras 8A y 8B; y
las figuras 11A y 11B muestran un dispositivo
modificado con desplazamiento lineal.
Tal como se muestra en las figuras 1A a 1D y en
la figura 2, un dispositivo para distribuir pequeñas cantidades de
uno o varios líquidos, comprende un suministro de líquido (L) y un
suministro de gas (G) dispuestos para suministrar, respectivamente,
el líquido (L) y el gas (G) (típicamente aire) a extremos opuestos
de un conducto de suministro (10).
Un conducto capilar (20), que tiene primer y
segundo extremos abiertos (20a), (20b), se bifurca desde el conducto
de suministro (10). El conducto capilar (20) tiene una longitud (l)
definida y un diámetro (d) de dimensiones capilares, mucho menor
que el diámetro (D) (o dimensión transversal) del conducto de
suministro (10).
Los conductos (10), (20) están contenidos en un
cuerpo de material hidrófilo, o de superficie revestida con un
material hidrófilo, de modo que pueden recibir disoluciones acuosas
así como otros disolventes.
La figura 1A muestra el dispositivo en un estado
de reposo, después de la inyección de una cantidad de líquido
(figura 1D). En este estado de reposo, el líquido (L) desde el
suministro es retirado del primer extremo (20a) del conducto
capilar. El gas (G) desde el suministro está en comunicación con la
atmósfera ambiente mediante el conducto capilar (20).
\newpage
La figura 1B muestra una configuración de
llenado en la que el líquido (L) desde el suministro está en
contacto con el primer extremo (20a) del conducto capilar (20) que
está lleno del líquido (L). Esto se consigue suministrando un
volumen (\DeltaV_{A}) de líquido (L), tal como se indica por la
flecha, de modo que el líquido cubre completamente el extremo (20a)
del conducto capilar (20) y se extiende a lo largo del conducto de
suministro (20) en el lado del suministro de gas, tal como se
muestra, penetrando el líquido en el conducto (20) y llenando el
mismo por acción capilar.
La figura 1C muestra una configuración de
separación e inyección de líquido, que se alcanza retirando el
volumen (\DeltaV_{A}) de líquido (L), tal como se indica por la
flecha, de modo que el líquido (L) que se mantiene en el suministro
de líquido está separado del líquido que llena el conducto capilar
(20). El líquido que se mantiene en el conducto (20) es retenido
por fuerzas capilares de manera que se define un volumen (V) preciso
de líquido. Este volumen (V) forma una cantidad discreta de líquido
que llena el conducto capilar (20), sin estar en contacto con el
líquido (L) restante del suministro de líquido.
Si por ejemplo el conducto (20) es de sección
transversal circular, el volumen definido de esta manera es igual a
V=\pid/2,1-e, en el que (e) es la reducción de
volumen producida por la curvatura del líquido en los extremos del
conducto (20). La reducción de volumen (e) es muy pequeña y depende
esencialmente de la tensión inducida por la forma, el ángulo de
contacto del material y la tensión superficial del líquido (L). Para
condiciones dadas, por lo tanto, (e) es constante y
reproducible.
En la configuración de separación e inyección de
líquido de la figura 1C, el volumen (V) de líquido en el conducto
(20) se puede inyectar desde su segundo extremo (20b) tras la
aplicación repentina de una presión de gas al primer extremo (20a)
del conducto capilar (20), suministrando un volumen
(\DeltaV_{B}) pulsatorio de aire desde el extremo de suministro
de gas, tal como se muestra en la figura 1D. En esta etapa, el
líquido (L) en el conducto de suministro (10) es retenido por
presión en el suministro de líquido y, por lo tanto, no se mueve.
Por consiguiente, el volumen (V) de líquido en el canal capilar (20)
se inyecta en el aire ambiente, inicialmente como un chorro que
tomará la forma de una o más gotitas según el volumen (V) y las
condiciones de inyección. La figura 1D muestra que se está
inyectando una única gotita de volumen (V).
A fin de evitar cualquier depósito no deseado de
líquido inyectado sobre la cara (21) en el plano del segundo
extremo o extremos (20b) del canal o canales capilares (20), puede
ser ventajoso tratar esta cara (21) para dejarla hidrófoba.
Una vez que se ha inyectado el volumen (V) de un
líquido, el dispositivo vuelve a su estado de reposo mostrado en la
figura 1, listo para un nuevo ciclo de inyección. La operación de
inyección se puede repetir entonces indefinidamente en tanto que el
suministro de líquido (L) sea suficiente, o se rellena para
compensar pérdidas.
La figura 2 muestra un dispositivo comparativo
en el que el conducto de suministro (10) conduce, en el extremo de
suministro de líquido, a un mecanismo de dosificación de líquido,
tal como una jeringuilla (30), ajustado con un pistón (31), y en el
extremo de suministro de gas a un depósito cilíndrico (40) de aire
ajustado con un pistón (41).
El mecanismo de dosificación de líquido es capaz
de desplazar un volumen (\DeltaV_{A}) seleccionado de líquido
en ambas direcciones al meter o sacar el pistón (31). La parte de
suministro de líquido del conducto (10) está conectada a un
depósito externo (32) de líquido por un sifón (33) para compensar
pérdidas de líquido. Se puede rellenar líquido (L) en el depósito
(32) cuando sea necesario o se desee.
El pistón (41) de la línea de suministro de aire
se puede accionar de modo suficientemente rápido para desplazar
repentinamente un volumen (V_{B}) suficiente de aire a efectos de
inyectar el volumen (V) de líquido desde el extremo (20b) del
conducto capilar (20), formando una tobera de inyección. Una pequeña
ventilación (42) de aire está dispuesta en la parte de suministro
de aire del conducto (10) para compensar la presión durante el
desplazamiento relativamente lento de líquido (L). No obstante, esta
ventilación (42) de aire es suficientemente pequeña para evitar una
caída de presión demasiado grande cuando se acciona el pistón
(41).
La figura 3 muestra una realización de un
dispositivo según la invención, que comprende además un pistón (50)
(preferiblemente hidrófobo) montado de modo deslizante en un
conducto de suministro (10) que conduce hacia dentro de un depósito
(32) que contiene el líquido (L). Tal como se muestra, el depósito
(32) está integrado en el dispositivo, extendiéndose el conducto
capilar (20) a través de una pared que es una prolongación de la
pared inferior del depósito (32). El pistón (50) separa los
suministros de líquido (L) y gas (G), y es desplazable entre una
primera posición (no mostrada) que define la configuración de
llenado y una segunda posición (mostrada en la figura 3) que define
la configuración de separación e inyección del dispositivo.
En su primera posición, el pistón (50) es
retirado por su biela de accionamiento (51), de modo que el líquido
(L) cubre el primer extremo (20a) del conducto capilar (20), como en
la figura 1B, y el conducto capilar (20) se llena de líquido (L)
por acción capilar.
Al desplazar el pistón (50) hasta la posición de
la figura 3, el líquido (L) se vuelve a impulsar hacia el depósito
(32), de modo que el primer extremo (20a) del conducto capilar (20),
lleno de un volumen (V) discreto de líquido que está separado del
líquido (L) que se mantiene en el suministro desde el depósito (30),
está en contacto con el gas (G) desde el suministro. Al aplicar
entonces una presión repentina de gas, el volumen (V) de líquido se
puede inyectar desde el segundo extremo (20b) del conducto capilar
(20), como en la figura 1D. Para ello, el extremo de suministro de
gas está dotado de un dispositivo similar al depósito (40) de
aire/pistón (41) de la figura 2.
El pistón (50) se puede devolver entonces hasta
la primera posición, y repetir el ciclo de distribución.
Las figuras 4A y 4B muestran dos disposiciones
en las que el conducto de suministro (10) y el conducto capilar
(20) están formados en un conjunto de toberas de un solo uso. En
ambas figuras, un conducto de suministro (10) de sección
transversal generalmente semicircular se forma cubriendo con una
película estratificada (23) un bloque rectangular (22) de material
plástico moldeado. El conducto de suministro (10) está definido por
un rebaje de sección generalmente semicircular moldeado, mecanizado
o grabado en una cara superior del bloque (22).
En la figura 4A, un conducto capilar (20),
también de sección transversal generalmente semicircular, está
definido en la cara superior del bloque (22), conduciendo su primer
extremo (20a) hacia dentro del conducto de suministro (10) y
conduciendo su segundo extremo (20b) hacia dentro de una cara
exterior (21) en el lado del bloque (22)/(23) montado, formando una
tobera de distribución para inyección lateral.
En la figura 4B, un conducto capilar (20), de
sección transversal circular, conduce desde su segundo extremo
(20b) en la cara inferior (21) del bloque (22) hasta su primer
extremo (20a) que conduce hacia dentro del conducto de suministro
(10) aproximadamente a medio camino a lo largo del mismo. Su segundo
extremo (20b) forma de esta manera una tobera de distribución para
inyección vertical desde la cara del bloque principal.
En dichas realizaciones, en las que el conducto
principal de suministro (10) está definido en un lado por una
película estratificada (23), el mecanismo de generación de presión
puede estar dispuesto para aplicar una fuerza local contra una
parte de la película estratificada (23) que recubre el conducto de
suministro (10).
Por supuesto, son posibles otros diseños de
conjuntos de toberas de un solo uso. La técnica de estratificación
permite, en particular, que los conductos capilares (20) estén
configurados en una disposición no lineal.
Tal como se muestra en la figura 5, se pueden
diseñar dispositivos similares a los anteriores para distribuir
simultáneamente dosis múltiples de líquido en posiciones
predeterminadas. Un dispositivo como este comprende varios
conductos capilares (20) bifurcados desde un único conducto de
suministro (10). Se muestran cuatro conductos capilares (20) con
fines ilustrativos, dispuestos de tal manera que, en la
configuración, líquido (L) desde el suministro de líquido entra en
contacto con los primeros extremos (20a) de todos los conductos
capilares (20) para llenar cada uno de ellos de líquido. En la
configuración de separación e inyección de líquido, mostrada en la
figura 5, líquido (L) que se mantiene en el suministro de líquido
está separado de los volúmenes (V) de líquido discretos que llenan
los conductos capilares (20). De esta manera, los conductos
capilares (20), todos llenos de sus volúmenes (V) de líquido
discretos, tienen sus primeros extremos (20a) simultáneamente en
contacto con el suministro de gas y sus segundos extremos (20b) en
contacto con la atmósfera. Los volúmenes (V) de líquido discretos
en los conductos capilares (20) se pueden inyectar entonces
simultáneamente todos desde los segundos extremos (20b) por la
aplicación de presión de gas a los primeros extremos (20a), siendo
recibido el líquido inyectado en una bandeja de recogida (25) que
tiene un número correspondiente de cavidades (26) en alineación con
los conductos
capilares (20).
capilares (20).
Este dispositivo está adaptado particularmente
para llenar bandejas que tienen un conjunto de múltiples cavidades
(26), tal como por ejemplo 48 x 32 cavidades, cada una de las cuales
puede tener un volumen menor que 10 microlitros. Para dicho
conjunto de 1.536 cavidades, el espacio entre cavidades es
convenientemente del orden de 2,25 mm, que corresponde al espacio
entre los conductos capilares (20). Para dosificación múltiple,
puede estar previsto disponer una línea (o varias líneas) de ocho,
dieciséis o treinta y dos conductos capilares (20) que forman las
toberas de inyección. Especialmente para grandes números de toberas
de inyección, se tomarán precauciones para equilibrar la presión de
aire durante la inyección.
En el caso de que se desee distribuir
sucesivamente dosis de líquidos diferentes, el dispositivo, tal como
se muestra en las figuras 6A a 6C, puede tener un conducto de
suministro (10) con dos (o más) secciones (11) y (12) de suministro
de líquido conectadas a suministros de líquido (L1) y (L2)
respectivos y bifurcadas junto a una única sección (10) de
suministro de gas. El conducto capilar (20) está bifurcado desde
este conducto (10) de suministro de gas. Los suministros de líquido
(y secundariamente el suministro de gas) están dispuestos para
traer líquido (L1) o (L2) desde una sección (11) o (12) de
suministro de líquido seleccionada hacia dentro del conducto de
suministro (10) sobre el primer extremo (20a) del conducto capilar
(20) para la inyección de una cantidad discreta del líquido
seleccionado, según el mecanismo previamente descrito.
Tal como se muestra en la figura 6B, se trae en
primer lugar líquido (L1) para cubrir y llenar el conducto capilar
(20), retrayéndose posteriormente el líquido (L1) e inyectándose la
dosis de líquido (L1) en el conducto (20) por la aplicación de
presión de aire. Después de que se haya retraído el líquido (L1), se
puede traer líquido (L2) para cubrir y llenar el conducto capilar
(20), tal como se muestra en la figura 6C, retrayéndose entonces el
líquido (L2) e inyectándose posteriormente la dosis de líquido (L2).
De este modo, se pueden inyectar sucesivamente pequeñas cantidades
de cualquier número conveniente de líquidos diferentes.
Otra realización del dispositivo según la
invención mostrada en las figuras 7A a 7C comprende un conducto
capilar (20) montado en un extremo de un conducto (15) de suministro
de gas de diámetro mucho mayor. El primer extremo (20a) del
conducto capilar (20) está en el interior del conducto (15) de
suministro de gas. El segundo extremo (20b) del conducto capilar
(20) sobresale del extremo del conducto (15) de suministro de gas.
El suministro de líquido comprende un depósito (32) que contiene
líquido (L). El conducto (15) de suministro de gas, con su conducto
capilar (20) fijado, está montado de modo que pueda moverse en el
depósito (32) y conectado por medio de una membrana elástica (16) a
la parte superior de las paredes del depósito.
En una primera posición mostrada en la figura
7B, el conducto (15) de suministro de gas está levantado de manera
que el extremo (20b) del conducto capilar (20) esté en comunicación
con líquido (L) en el depósito (32), de modo que puede admitir
líquido (L). Esta posición define de esta manera la configuración de
llenado.
La pared inferior (35) del depósito (32) tiene
una abertura capilar (36) como prolongación del conducto capilar
(20). Esta abertura capilar (36) tiene preferiblemente el mismo
diámetro que el conducto capilar (20), y se llena también de
líquido (L) cuando el conducto capilar (20) se levanta hasta su
posición de llenado.
En una segunda posición, que define la
configuración de separación e inyección, mostrada en la figura 7C,
se baja el conducto (15) de suministro de gas por la acción de la
membrana elástica (16) hasta que el segundo extremo (20b) del
conducto capilar (20) llega a apoyarse contra la cara interior de la
parte inferior (35) del depósito (32), como prolongación de la
abertura capilar (36). En esta posición, el conducto capilar (20) y
la abertura capilar (36) contienen juntos una dosis predefinida de
líquido (L) a inyectar, que está separada del líquido en el
depósito (32).
Esta dosis predefinida de líquido (L) se puede
inyectar entonces desde la abertura (36) por la aplicación de
presión de aire mediante el conducto de suministro (15) y el
conducto capilar (20). Después de la inyección, el dispositivo
vuelve a la posición de reposo de la figura 7A, listo para llevar a
cabo otro ciclo de inyección.
La figura 8 muestra una variación del
dispositivo distribuidor ilustrado en la figura 3. La figura 8A es
una vista superior y la figura 8B es una sección transversal el
dispositivo. En este caso, el pistón (50) se sustituye por un
inserto circular (60) que comprende dos cavidades (61) y (62). Este
inserto (60) está montado rotativamente en un pocillo cilíndrico
definido en el soporte (42), de modo que se puede hacer girar
gracias a un accionador externo. La cavidad principal (61)
constituye un depósito integral que está lleno del líquido (L) para
ser almacenado en el dispositivo y ser distribuido. Se consigue el
cierre estanco al apretar el inserto (60) en la parte inferior del
pocillo. Una segunda cavidad (62) más pequeña está definida en el
inserto, próxima a la cavidad principal (61). El capilar (20) está
definido en la pared inferior del soporte (32), directamente debajo
de la cavidad secundaria (62) que sirve como conducto de suministro
de gas.
Un dispositivo mecánico externo, no mostrado,
mueve el inserto (60). Este dispositivo podría consistir en una
horquilla o brida accionada por un motor que se acoplara con el
inserto (60) para aplicar un par de fuerzas.
La figura 9 muestra el principio de
funcionamiento. En un primer movimiento rotatorio de un ángulo de
180º (desde la posición de inyección de líquido de la figura 8B
hasta la posición de llenado de la figura 9A), el depósito
principal (61) se mueve sobre el capilar (20) que se llena
inmediatamente por fuerzas capilares, tal como se ha descrito
anteriormente. A continuación, el inserto (60) se vuelve a girar
hasta su posición original (figura 9B), dejando el capilar (20)
lleno de una dosis bien controlada de líquido. En la última etapa,
se puede aplicar un impulso de presión (64) a través de la cavidad
secundaria (62), haciendo que se inyecte la dosis (65) de líquido.
La conexión al generador de impulsos de presión se podría obtener al
apretar simplemente la tubería sobre la parte superior de la
cavidad (62). El proceso de dosificación e inyección se puede
repetir tantas veces como sea necesario para inyectar varias dosis
del mismo líquido.
A fin de impedir la evaporación o la
contaminación del líquido, una tapa hermética (63) puede estar
colocada y apretada sobre la cavidad principal (61), tal como se
muestra en las figuras 9A-9C.
Los dispositivos, tal como se muestra en la
figura 8, pueden estar colocados en un conjunto unidimensional o en
un conjunto bidimensional, tal como se muestra en la figura 10, por
ejemplo en un formato estándar de placas de pocillos utilizado en
automatización de laboratorio (placas de 96 pocillos, u otros
formatos).
La figura 10 muestra dispositivos idénticos
colocados sobre un conjunto bidimensional (70) de n x n
dispositivos. Los depósitos están llenos de líquidos (L1), (L2),...
(Ln) diferentes. Se puede hacer girar y accionar individualmente
cada dispositivo, tal como se indica con el número de referencia
(66), para extraer una muestra dada de la placa.
Este dispositivo se denomina un "almacén de
microlíquido". Tiene la ventaja exclusiva de combinar una función
de almacenamiento de líquido, tal como se hace en placas
convencionales de pocillos de automatización de laboratorio, con la
capacidad de extraer, bajo demanda, muestras de un orden inferior al
microlitro sin necesidad de pipetado (tal como se hace en los
sistemas convencionales).
En vez de activación individual, todos los
pocillos se podrían activar al mismo tiempo: esto permitirá
"copiar" la placa rápidamente y sin perder reactivos valiosos,
dado que se extraen directamente de la placa.
Tal como se muestra en la figura 11, el
dispositivo puede tener un inserto desplazable por desplazamiento
lineal, que es adecuado para accionamiento colectivo. La figura 11A
muestra la disposición de una fila (o un conjunto bidimensional) de
un inserto (60) en forma de una placa que tiene una serie de
depósitos (61) y de cavidades secundarias (62) colocadas de modo
deslizante entre dos placas estacionarias (65), (66). La placa
inferior (66) contiene los capilares (20). La placa superior (65)
constituye una tapa y tiene aberturas (68) que están colocadas,
cuando el dispositivo está en una posición de reposo, sobre las
cavidades secundarias (62), tal como se ha descrito en relación con
la figura 8. Estas aberturas (68) están conectadas a un generador
(64) de impulsos de presión. El conjunto se puede llenar con
líquidos (L1), (L2),... (Ln) diferentes.
En la figura 11B, el llenado se obtiene moviendo
lateralmente la placa central (60), tal como se indica por las
flechas (66), a fin de colocar los líquidos sobre los capilares
(20). Luego, la placa (60) se vuelve a mover hasta su posición
original, dejando los capilares (20) llenos de una dosis controlada
de líquido. A continuación, se puede aplicar el impulso de presión
(tal como se muestra en la figura 11A) para inyectar la dosis de
líquido.
Esta configuración tiene la ventaja de ser
hermética. El depósito principal de líquido se puede llenar antes
de colocar la cubierta superior (65) o a través de orificios
adicionales en esta cubierta (65).
Se han descrito, a modo de ejemplo, diversas
realizaciones de la invención, aunque se comprende que se pueden
hacer modificaciones dentro del alcance de las reivindicaciones. En
particular, es posible combinar las características descritas,
tales como la disposición de múltiples toberas de inyección para
inyección simultánea y la disposición de líneas de suministro de
líquido bifurcadas para la inyección sucesiva de líquidos
diferentes, con otras realizaciones descritas.
Claims (11)
1. Dispositivo para distribuir pequeñas
cantidades de uno o varios líquidos, que comprende: un suministro
de líquido (L); un conducto (10; 15; 32; 62) de suministro de gas
que se puede conectar a un suministro de gas (G), dispuesto para
suministrar selectivamente una presión de gas; y un conducto capilar
(20) que tiene primer y segundo extremos abiertos (20a, 20b),
estando adaptado el conducto capilar para ser llenado de líquido
(L) a distribuir, y para inyectar dicho líquido; teniendo el
dispositivo:
(a) una configuración de llenado en la que
líquido desde el suministro está en contacto con un extremo (20a)
del conducto capilar (20) para llenar de líquido el conducto
capilar; y
(b) una configuración de separación del líquido
e inyección del mismo, en la que:
- -
- líquido que se mantiene en el suministro de líquido está separado del líquido que llena el conducto capilar (20) para formar una cantidad discreta (V) de líquido que llena el conducto capilar sin estar en contacto con el líquido restante del suministro de líquido;
- -
- el conducto capilar, lleno de dicha cantidad discreta (V) de líquido, tiene su primer extremo (20a) en contacto con el suministro de gas y su segundo extremo (20b) directa o indirectamente en contacto con la atmósfera; y
- -
- dicha cantidad discreta (V) de líquido se puede inyectar desde el segundo extremo (20b) del conducto capilar por la aplicación de presión de gas al primer extremo (20a) del conducto capilar,
caracterizado porque comprende:
un depósito integrado (32; 61) que constituye el
suministro de líquido (L) y está dimensionado para contener una
cantidad de líquido que se puede distribuir como múltiples
cantidades discretas (V), siendo el diámetro o la dimensión
transversal del depósito integrado mucho mayor que el diámetro del
conducto capilar (20) que se extiende a través de una superficie
lateral que forma una pared inferior del depósito (32; 61); y
un elemento (50; 15, 20, 42) montado de modo que
pueda moverse en el dispositivo por encima de dicha pared entre una
primera posición que define dicha configuración de llenado en la que
el elemento desplazable (50; 15, 20, 42) permite el acceso del
líquido en el depósito a la parte superior de la pared en la que
desemboca el conducto capilar (20), y una segunda posición que
define dicha configuración de separación e inyección de líquido, en
la que el elemento desplazable (50; 15, 20, 42) bloquea el acceso
del líquido en el depósito a la parte superior de la pared en la
que desemboca el conducto capilar (20);
estando dispuesto el dispositivo de tal manera
que cada una de las cantidades inyectadas corresponde con precisión
a la cantidad discreta (V) que llena el conducto capilar (20) en la
configuración de separación e inyección de líquido.
2. Dispositivo, según la reivindicación 1, en el
que el primer extremo (20a) del conducto capilar se bifurca desde
un conducto de suministro (10) de diámetro mucho mayor, teniendo el
conducto de suministro un extremo de suministro de líquido
conectado al suministro de líquido (L) y un extremo de suministro de
gas conectado al suministro de gas (G), en el que dicho elemento
desplazable es un pistón (50) montado de modo deslizante en el
conducto de suministro (10), separando el pistón el suministro de
líquido y gas, siendo el pistón desplazable entre una primera
posición que define dicha configuración de llenado y una segunda
posición que define dicha configuración de separación e
inyección.
3. Dispositivo, según la reivindicación 2, en el
que el conducto capilar (20) y el conducto de suministro (10) están
formados en un conjunto de toberas de un solo uso.
4. Dispositivo, según la reivindicación 2, que
comprende una serie de conductos capilares (20) bifurcados desde el
conducto de suministro (10), en el que, en la configuración de
llenado, líquido desde el suministro de líquido (L) está en
contacto con un extremo de cada conducto capilar (20) para llenar de
líquido cada conducto capilar, y en la configuración de separación
e inyección de líquido:
- líquido que se mantiene en el suministro de
líquido (L) está separado de líquido que llena cada conducto
capilar (20) para formar una cantidad discreta (V) de líquido que
llena cada conducto capilar sin estar en contacto con líquido
restante del suministro de líquido;
- cada conducto capilar (20), lleno de su
cantidad discreta (V) de líquido, tiene su primer extremo (20a) en
contacto con el suministro de gas (G) y su segundo extremo (20b) en
contacto con la atmósfera; y
- dichas cantidades discretas (V) de líquido en
los conductos capilares (20) se pueden inyectar simultáneamente
desde los segundos extremos (20b) de los conductos capilares por la
aplicación de presión de gas a los primeros extremos (20a) de los
conductos capilares.
5. Dispositivo, según la reivindicación 2, en el
que el conducto de suministro (10) tiene al menos dos secciones de
suministro de líquido conectadas a suministros de líquido (L1, L2)
respectivos y bifurcadas juntas hasta una sección de suministro de
gas desde la que se bifurca el conducto capilar (20), estando
dispuestos dichos suministros de líquido para controlar líquido en
las secciones de suministro de líquido a efectos de traer líquido
desde una sección de suministro de líquido seleccionada sobre el
primer extremo (20a) del conducto capilar para la inyección de una
cantidad discreta del líquido seleccionado.
6. Dispositivo, según la reivindicación 1, en el
que el conducto capilar (20) comprende además una parte desplazable
transportada por un conducto (15) de suministro de gas que está
montada de modo que pueda moverse con relación a un depósito de
líquido (L) entre una posición en la que está alineada con el
conducto capilar en dicha pared inferior para admitir líquido y una
posición para inyectarlo posteriormente.
7. Dispositivo, según la reivindicación 8, en el
que la parte desplazable del conducto capilar (20) está montada en
un extremo de un conducto (15) de suministro de gas de diámetro
mucho mayor, con el primer extremo (20a) de la parte desplazable
del conducto capilar conduciendo al interior del conducto (15) de
suministro de gas y el segundo extremo (20b) de la parte
desplazable del conducto capilar sobresaliendo del conducto de
suministro de gas, comprendiendo dicho suministro de líquido un
depósito (32) de líquido (L), estando el conducto (15) de
suministro de gas montado de modo que pueda moverse en el depósito
entre una primera posición que define dicha configuración de
llenado, en la que el segundo extremo (20b) del conducto capilar
está en comunicación con el líquido (L) en el depósito, y una
segunda posición que define dicha configuración de separación e
inyección, en la que, en su segunda posición, la parte desplazable
del conducto capilar (20) se apoya por su segundo extremo (20b)
contra una pared del depósito (32), teniendo el depósito una
abertura capilar (36) como prolongación de la parte desplazable del
conducto capilar (20), de manera que en dicha configuración de
llenado, una cantidad discreta de líquido a distribuir está
contenida en la parte desplazable del conducto capilar (20)
prolongado por dicha abertura capilar (36).
8. Dispositivo, según la reivindicación 1, en el
que el depósito (61) de suministro de líquido y el conducto (62) de
suministro de gas están contenidos en dicho elemento desplazable
(60) que está dispuesto para desplazamiento con relación a un
soporte (42), con una pared inferior que incluye el conducto capilar
(20), para alinear o desalinear selectivamente el conducto (62) de
suministro de gas con el conducto capilar (20).
9. Dispositivo, según la reivindicación 8, en el
que el elemento desplazable (60) es generalmente cilíndrico y está
montado rotativamente con relación al soporte (42); el conducto (62)
de suministro de gas es un orificio excéntrico paralelo al eje de
rotación del elemento (60), y el soporte (42) tiene una parte
inferior donde está el orificio capilar (20) con el que se puede
alinear o desalinear el conducto de gas (62) por rotación del
elemento (60).
10. Dispositivo, según la reivindicación 9, que
comprende un conjunto de los dispositivos accionables rotativamente
de manera individual o conjunta.
11. Dispositivo, según la reivindicación 9, en
el que el elemento desplazable es una placa corrediza (60) montada
de modo deslizante entre placas estacionarias (65, 66) enfrentadas
que contienen, respectivamente, aberturas (62) de suministro de gas
y conductos capilares (20), conteniendo la placa corrediza (60) una
serie de depósitos de líquido (L1, L2,...) y de conductos (62) de
suministro de gas.
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