ES2345771T3 - Disposicion microfluidica para la dosificacion de fluidos. - Google Patents
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Abstract
Disposición microfluídica para dosificar una o varias primeras cantidades dosificadas de líquido (A) y para separar éstas de una segunda cantidad de líquido (B), que comprende las siguientes características: - la disposición presenta un primer canal (2) y varios segundos canales (16); - el canal (2) presenta una entrada (11) y una salida (12); - la disposición presenta en la zona de la salida (12) una fuerza capilar que es superior o igual a la fuerza capilar en la zona de la entrada; - los segundos canales (16) se ramifican en uno o varios puntos de derivación (4) del primer canal (2); - los segundos canales (16) tienen una mayor fuerza capilar que el primer canal (2) en los puntos de ramificación (4); - los segundos canales (16) tienen un volumen predeterminado; - los segundos canales (16) empiezan en los puntos de ramificación (4) y terminan en un cierre de capilaridad (9); - los segundos canales (16) están divididos en primeras secciones (6), segundas secciones (7) y terceras secciones (8), formando de esta manera un segundo sistema de canales; - la primera sección (6) está diseñada en forma de ranura y constituye un canal, la segunda sección (7) está diseñada en forma de rebaje y la tercera sección (8) está diseñada en forma de ranura y forma un canal; - la primera sección (6) está conectada al primer canal (2) en el punto de ramificación (4); - en la primera sección se une la segunda sección (7); - la tercer sección (8) se une a la segunda sección (7) y termina en el cierre capilar (9); - en el cierre capilar (9) se une de manera correspondiente un tercer canal (10); - cada uno de los terceros canales (10) presentan una segunda salida (13); - las segundas salidas (13) presentan de modo correspondiente un cierre capilar; - los canales (2, 16, 10) están dispuestos en forma de ranuras o cubetas en una superficie, estando recubiertos por una tapa.
Description
Disposición microfluídica para la dosificación
de fluidos.
La presente invención se refiere a una
disposición microfluídica para la dosificación y separación de una o
varias primeras cantidades de fluido dosificadas con respecto a una
segunda cantidad de fluido.
En el estado de la técnica se conocen diferentes
disposiciones microfluídicas. Estas disposiciones microfluídicas
son utilizadas, por ejemplo, para la dosificación e inyección de
líquidos para análisis químicos en húmedo, bioquímicos y de
diagnóstico. En ellos se procede, entre otros, al llenado de un
elemento de volumen con una primera cantidad definida de líquido.
Esta cantidad definida de líquido es separada de una segunda
cantidad de líquido sobrante. La separación de la cantidad de
líquido sobrante de la cantidad de líquido dosificada tiene lugar
en la actualidad mediante elementos mecánicos o mediante una fase
gaseosa. La fase gaseosa puede ser conseguida mediante la
aspiración de la cantidad de líquido sobrante. De igual manera es
posible que la cantidad de líquido sobrante sea "expulsada" por
un impulso de presión de la cantidad de líquido dosificada.
Un inconveniente de las disposiciones
microfluídicas conocidas hasta el momento para la dosificación y
separación mediante una fase gaseosa, consiste en que para la
generación de depresión o bien de sobrepresión (aspiración o
expulsión) para la separación de la primera cantidad de líquido con
respecto a la segunda, se deben prever medios de generación de
presión mediante los cuales se genera la necesaria presión. Por el
contrario, para la dosificación propiamente dicha no es necesaria
una aportación de presión, puesto que las cantidades de líquido a
dosificar son llenadas en el volumen de dosificación mediante
fuerzas capilares. Esto se da a conocer, por ejemplo, en la
publicación WO 99/46 045. Asimismo, la dosificación podría tener
lugar básicamente con medios de generación de presión por la
aspiración o insuflado. Esta posibilidad se ha mostrado ya, no
obstante, en el pasado como compleja y es sustituida siempre que
ello sea posible por el llenado mediante fuerzas capilares.
Por el documento US 2002/0195463 A1 (por
ejemplo, figuras 12a, b) se conoce una disposición con la que se
pueden transportar desde un primer canal cantidades de líquido a
segundos canales para medir las cantidades de líquido en estos
segundos canales. La cantidad sobrante de líquido del primer canal,
que no puede ser recibida en los segundos canales, será alimentada
mediante una diferencia de presión desde el primer canal. Los
segundos canales desembocan en terceros canales. Estos terceros
canales no se describen de forma adicional. En particular, no se
describe que los líquidos sean tomados de los terceros canales.
Otra disposición microfluídica es conocida por
el documento US 6.117.396. La disposición que se da a conocer en
aquél documento posibilita de modo correspondiente la medición de
primeras cantidades de líquido y la separación con respecto a una
segunda cantidad de líquido. La disposición presenta de modo
correspondiente un primer canal por intermedio del cual se llenan
una serie de segundos canales. Las cantidades dosificadas pueden ser
suministradas a terceros canales. No es posible la retirada de
cantidades de líquido de los terceros canales.
La invención se plantea el objetivo, teniendo en
cuanta los inconvenientes indicados de las disposiciones del estado
de la técnica, de dar a conocer una disposición microfluídica en la
que la separación de una o varias primeras cantidades de líquido
dosificadas, con respecto a la segunda cantidad de líquido sobrante
de modo global, se consiga sin medios generadores de presión.
Este objetivo se consigue mediante una
disposición microfluídica según la reivindicación 1. La invención se
basa en el concepto de utilizar fuerzas capilares, también para la
separación de las cantidades de líquido dosificadas con respecto a
las cantidades de líquido sobrantes. A efectos de que se puedan
utilizar estas fuerzas capilares, la disposición microfluídica debe
estar realizada de acuerdo con la forma definida en la
reivindicación 1. Por esta razón, una disposición microfluídica
según la invención, presenta un primer canal y varios segundos
canales. El primer canal tiene una entrada y una salida. En la zona
de la salida se produce una fuerza capilar más elevada que en la
zona de la entrada. Los segundos canales se desvían en uno o varios
puntos de derivación con respecto al primer canal y terminan en un
medio para la retención de la corriente de líquido (medio de
interrupción), que está realizado en forma de cierre capilar. En
este caso, los dos canales tienen una fuerza capilar superior que
el primer canal en los puntos de derivación. Además, los segundos
canales tienen un volumen predeterminado. Para el transporte de
líquidos se han dispuesto de manera correspondiente los canales de
la disposición microfluídica. Esto es válido, por ejemplo, con
respecto a las superficies en sección transversal, la disposición
de las superficies transversales, las características superficiales
y otros. Para un canal se trata de una ranura o de un rebaje en una
superficie que está cerrado mediante una tapa. Un canal, en el
sentido de la invención, puede ser básicamente cualquier estructura
que sea apropiada para conducir líquido o un gas en el transporte en
una dirección determinada.
Los segundos canales están divididos en tres
secciones, de manera que los segundos canales constituyen un
segundo sistema de canales. La primera y la segunda secciones están
constituidas en forma de ranura, mientras que la segunda sección
está constituida en forma de rebaje. La primera sección está unida
al punto de derivación con el primer canal. La segunda sección se
une a la primera sección. La tercera sección se une con la segunda
sección y termina en el cierre capilar.
La fuerza capilar de las secciones del segundo
sistema de canales aumenta ventajosamente desde los puntos de
derivación hacia el cierre capilar.
En los cierres capilares en los extremos de los
segundos canales se une, de manera correspondiente, un tercer
canal. Estos terceros canales terminan en segundas salidas que
presentan un cierre capilar. Con intermedio de la segunda salida con
los cierres capilares es posible retirar los líquidos de los
terceros canales.
La dosificación y la separación tienen lugar de
manera tal que una cantidad de líquido que se encuentra en la
entrada, a causa de la fuerza de la capilaridad que existe en la
entrada, es aspirada al primer canal y transportada en la dirección
de la salida. En la trayectoria desde la entrada a la salida, una
parte de la cantidad de líquido transportada en el primer canal
será transportada en los puntos de derivación de los segundos
canales, puesto que los segundos canales en la zona del punto de
derivación presentan una mayor fuerza capilar que el primer canal.
Los segundos canales serán llenados con el líquido hasta que el
volumen definido de cada segundo canal esté completamente lleno. La
cantidad de líquido que se encuentre entonces en el primer canal o
en la entrada será transportada a causa de la fuerza de la
capilaridad dentro del primer canal hacia su salida. Si la
totalidad de la cantidad de líquido sobrante ha sido transportada a
la salida, en el primer canal se encuentra una fase gaseosa. Con
respecto a esta fase de gas, la cantidad de líquido dosificada en el
segundo canal es fluídicamente separada de la cantidad de líquido
sobrante.
La fuerza capilar más elevada del segundo canal
con respecto al primer canal en el punto de derivación puede ser
alcanzada de esta forma, de manera que en la transición del primer
canal al segundo canal se produzca una variación brusca de las
características geométricas o una variación brusca de las
características superficiales de la pared en la transición. Una
medida de la fuerza de la capilaridad en la transición está
constituida por la diferencia de presión que se puede calcular de
acuerdo con la siguiente fórmula, que se ha dado a conocer, por
ejemplo, en una publicación de Hosokawa y otros (K. Hosokawa, T.
Fujii y I. Endo, "Hydrophobic Microcapillary vent for pneumatic
manipulation of liquid in \mu Tas", Proc. "Micro Total
Analysis Systems '98", pp. 307 - 310, Banff, Canadá):
en la que \gamma y \theta son
la tensión superficial del líquido y el ángulo de borde entre el
líquido y las paredes, w y h las medidas del canal por detrás de la
transición, y W y H las medidas del canal antes de la
transición.
De acuerdo con la invención, la disposición
microfluídica puede presentar un recipiente de entrada que está
preconectado a la entrada del primer canal. Este recipiente de
entrada puede tener, de acuerdo con la invención, una menor fuerza
capilar que el primer canal en la zona de la entrada.
Además, la disposición microfluídica puede
presentar un recipiente de salida, el cual está conectado
posteriormente a la salida del primer canal. Este recipiente de
salida tiene, de manera ventajosa, una mayor fuerza capilar que el
primer canal en la zona de la salida.
El primer canal de la disposición microfluídica
puede estar dividido, de acuerdo con la invención, entre entrada y
salida en secciones, de manera que el primer canal constituye un
primer sistema de canales. De manera ventajosa, las secciones del
primer sistema de canales pueden presentar una fuerza capilar
creciente desde la entrada a la salida.
En el tercer canal se puede constituir, por
ejemplo, una cámara de reacción en la que se disponen reactivos. El
líquido dosificado que está contenido en un segundo canal puede ser
transportado a un tercer canal donde el líquido dosificado puede
reaccionar con los reactivos de la cámara de reacción, dando lugar
al producto deseado.
Para el transporte en los terceros canales, la
fuerza capilar de los terceros canales puede ser superior a la de
los segundos canales.
Mediante las segundas salidas puede ser
extraído, por ejemplo, el producto de la disposición microfluídica.
Igualmente, es posible airear la disposición microfluídica y en
particular el segundo y tercer canales con intermedio de dicha
segunda salida. Con intermedio de la segunda salida se puede unir,
además, con una cámara de reacción adicional o bien con la
disposición según la invención.
En una disposición microfluídica, las primeras
secciones o todas las secciones del primer sistema de canales, del
segundo sistema de canales y/o del tercer sistema de canales, pueden
estar constituidas en forma de meandros, como recintos huecos y/o
con un material absorbente. Además, la disposición microfluídica
puede estar unida en el punto de derivación con un canal de
ventilación. En base a los dibujos se han mostrado disposiciones
microfluídicas para la dosificación y separación de una primera
cantidad de líquido con respecto a una segunda cantidad de líquido.
En los dibujos:
La figura 1 muestra una representación
esquemática de una disposición microfluídica que no corresponde a la
invención,
Las figuras 2 a 7 muestran un ejemplo de
realización de una disposición según la invención en distintas
situaciones de llenado, y
Las figuras 8a-8c muestran un
ejemplo simplificado de una conexión de un primer canal y de un
segundo canal.
Los ejemplos mostrados en las figuras 1 a 8c
para disposiciones microfluídicas pueden formar parte de una
disposición general más grande. Pueden estar dotadas, por ejemplo,
de otras disposiciones microfluídicas para iguales u otros
objetivos en un soporte de probetas, por ejemplo, de un material
plástico o silicio, en especial una placa de microtitulación.
El principio utilizado en la invención para el
llenado de canales se explicará en base al ejemplo simplificado de
una disposición, según las figuras 8a hasta 8c. La disposición
microfluídica, según las figuras 8a-8c, presenta un
primer canal (2) con una primera entrada y una primera salida (12).
En un punto de derivación (4) del primer canal (2), entre la
entrada (11) y la salida (12), un segundo canal (16) se desvía del
primer canal (2). Este segundo canal (16) tiene, en el primer punto
de derivación (4), una mayor fuerza capilar que el primer canal
(2). Además, el segundo canal (16) tiene un volumen determinado de
manera exacta. Un líquido que es colocado mediante la entrada (11)
en el primer canal (2) será transportado, a causa de las fuerzas de
capilaridad que actúan en el primer canal (2), hacia el punto de
derivación (4). A causa de la mayor fuerza capilar del segundo
canal (16) en comparación con el primer canal (2) en el punto de
derivación (4), una parte del líquido en el punto de derivación (4)
será transportada al segundo canal (16) y ello de forma tal hasta
que el segundo canal (16) esté completamente lleno de líquido. El
segundo canal (16) contiene, en este momento, una primera cantidad
de líquido dosificada de manera exacta. Otra parte del líquido que
ha sido colocada en la entrada (11) en el primer canal (2) será
transportada con intermedio del punto de derivación (4) en dirección
a la salida (12). En el momento en el que en la entrada (11) ya no
entre otro líquido adicional en el primer canal (2), se desplaza
una burbuja de gas en el primer canal (2). Esta alcanza, más pronto
o más tarde, el punto de derivación (4). Tan pronto como esta
burbuja ha pasado por el punto de derivación (4), la segunda
cantidad de líquido que se encuentra en la dirección de transporte
antes de la burbuja de gas estará separada fluídicamente de la
primera cantidad de líquido exactamente dosificada contenida en el
segundo canal (16). La segunda cantidad de líquido transportada al
primer canal con intermedio del punto de derivación (4) llega
después de haber alcanzado la salida (12) en la salida (12) del
primer canal (2).
El ejemplo mostrado en la figura 1 para una
disposición microfluídica presenta un primer canal (2), un segunda
canal (16) y un tercer canal (10). De esta manera presentan, tanto
el primer canal (2), el segundo canal (16) como el tercer canal
(10), varias secciones, de manera que los canales (2, 16, 10) a
continuación serán designados primer sistema de canales (2),
segundo sistema de canales (16) o bien tercer sistema de canales
(10). Además, el primer ejemplo de realización presenta un
recipiente de entrada (1), un recipiente de salida (3) y un canal
de ventilación (5). En vez del canal de ventilación (5) para la
ventilación del sistema de canales, se puede disponer también una
ventilación con intermedio del recipiente de entrada (1), el cual
está unido, de manera que no se ha mostrado, para el llenado de un
líquido con el medio ambiente. Los componentes descritos del primer
ejemplo de realización de una disposición microfluídica están
dispuestos como cavidades en un soporte de probetas. Las cavidades
están constituidas en forma de rebajes, cavidades y/o regatas en una
superficie del soporte de las probetas. Esta superficie del soporte
de las probetas es recubierta a continuación mediante una lámina,
una tapa o elementos similares.
El recipiente de entrada (1) puede ser llenado
con un líquido desde el exterior con intermedio de una abertura, no
mostrada. En dicho recipiente de entrada se une el primer sistema de
canales (2) que está constituido por un canal, una entrada (11) y
una salida (12), entre las cuales se extiende el canal. El
recipiente de entrada (1) está conectado con intermedio de la
entrada (11) al primer sistema de canales (2). En la salida (12) del
primer sistema de canales (2) se une el recipiente de salida (3).
Este recipiente de salida (3) está unido, con intermedio de un
canal de ventilación, con el medio ambiente. De manera alternativa,
el recipiente de salida (3) puede ser aireado mediante orificios,
canales o similares situados en la tapa. Entre la entrada y la
salida (12) se deriva del canal del primer sistema de canales (2) en
un punto de desviación (4) el segundo sistema de canales (16). La
forma y superficie de la sección transversal de los canales en el
punto de derivación (4) en la transición del primer sistema de
canales (2) o el segundo sistema de canales (16) varían de manera
brusca. En estos puntos un canal más aplanado y ancho pasa,
considerado en la dirección de transporte, a un canal profundo y
estrecho.
El segundo sistema de canales (16) está
constituido por tres secciones (6, 7, 8), a saber, en una primera
sección (6) que está realizada en forma de ranura y que constituye
un canal, una segunda extensión (7) que está realizada en forma de
rebaje y una tercera sección (8) que está realizada en forma de
ranura y por lo tanto constituye un canal. De esta manera, la
primera sección (6) está unida en el punto de derivación (4) con el
primer sistema de canales (2). En esta primera sección (6) se une la
segunda sección (7) que se une a continuación con la tercera
sección (8). El canal constituido por la tercera sección (8)
desemboca en un tapón o cierre capilar (9). En este cierre capilar
(9) se une a continuación el tercer sistema de canales (10) que en
lo esencial está constituido por un rebaje que está unido, por una
parte, con intermedio de dos canales con el cierre de capilaridad
(9) y, por otra parte, con una segunda salida (13) que desemboca en
el medioambiente. Además el segundo sistema de canales (16) y/o el
tercer sistema de canales (10) pueden estar dotados de un canal de
desaireación o bien de ventilación.
En el punto de derivación (4) se ramifica,
además del segundo sistema de canales (16), también el canal de
ventilación (5) que por su otro extremo desemboca en el
medioambiente.
Los sistemas de canales individuales del ejemplo
de realización presentan una diferente fuerza capilar. Así, por
ejemplo, la fuerza capilar del segundo sistema de canales (16) es
mayor en un punto de derivación (4) que la fuerza capilar del
primer sistema de canales (2) en dicho punto de derivación (4).
Además, la fuerza capilar del primer sistema de canales (2) es
mayor que la fuerza capilar del recipiente de entrada (1).
Inversamente, es por lo contrario la fuerza capilar del primer
sistema de canales (2) menor o igual que la del recipiente de
salida (3). Dentro del segundo sistema de canales (16) las secciones
(6, 7, 8) pueden mostrar igual fuerza capilar. No obstante, es
ventajoso que la fuerza capilar de la tercera sección (8) sea mayor
que la de la segunda sección (7), y la de la segunda sección (7)
mayor que la de la primera sección (6). El canal de ventilación (5)
tiene preferentemente una fuerza capilar que es menor que la del
primer sistema de canales (2). Igualmente, el canal de desaireación
(14) tiene preferentemente una fuerza capilar que es menor que la
del recipiente de salida (3).
El volumen del recipiente de entrada (1) es
menor o igual a la suma de volúmenes del recipiente de salida (3) y
del segundo sistema de canales (16).
En estas condiciones, si el recipiente de
entrada (1) es llenado con un líquido, ocurre lo siguiente: a causa
de la mayor fuerza capilar en el primer sistema de canales (2), el
líquido contenido en el recipiente de entrada (1) será transportado
en el sistema de canales (2), el cual se llena desde la entrada (11)
en la dirección del punto de derivación (4). Tan pronto como el
líquido ha alcanzado el punto de derivación (4) se divide la
corriente de líquido. A causa de la mayor fuerza capilar del segundo
sistema de canales (16), una parte del líquido que entra desde la
entrada (11) en el primer sistema de canales (2) será alimentado en
el segundo sistema de canales (16). Otra parte sustancialmente más
reducida del líquido que entra en el primer sistema de canales (2)
será transportado con intermedio del punto de derivación (4) al
primer sistema de canales (2) hacia la salida de éste (12). Las
fuerzas capilares son escogidas, en este caso, entre sí, de forma
tal que el líquido que entra en el segundo sistema de canales (16)
ha llenado por completo este segundo sistema de canales (16) antes
de que el recipiente de entrada (1) y la parte del primer sistema de
canales (2) existente entre la entrada (11) y el punto de
derivación (4) se hayan vaciado completamente de líquido. Es decir,
en el momento en el que el líquido que entra en el segundo sistema
de canales (16) ha alcanzado el cierre de capilaridad (9), está
contenido todavía hay líquido en el punto de derivación (4) del
sistema de canales (2). De esta manera, se puede llenar por
completo el volumen predeterminado de este segundo sistema de
canales (16), de manera que en este segundo sistema de canales (16)
se establece un volumen de líquido exactamente dosificado. De igual
manera se puede proceder también de forma que el primer sistema de
canales (2) ya no contiene cantidad alguna de líquido en el punto de
derivación (4) cuando el segundo sistema de canales (16) está
completamente lleno.
Si el segundo sistema de canales (16) está
completamente lleno de líquido, de esta manera se puede introducir
líquido adicional en el segundo sistema de canales (16). El líquido
que todavía se encuentra en el recipiente de entrada y/o en el
primer sistema de canales (2) entre su entrada y el punto de
derivación (4) será transportado mediante la fuerza capilar del
primer sistema de canales (2) hacia el recipiente de salida (3), de
manera que la parte de líquido en el primer sistema de canales (2)
se separa de la parte de líquido que se encuentra en el segundo
sistema de canales (16) tan pronto como en la entrada (11) penetra,
en vez de líquido, un gas, por ejemplo, aire. El líquido del primer
sistema de canales (2) será extraído por aspiración de dicho primer
sistema de canales (2) de manera completa a causa de la mayor fuerza
capilar del recipiente de salida (3) con respecto al primer sistema
de canales (2). El aire impulsado de esta manera en el recipiente de
salida (3) será transportado con intermedio del canal de
desaireación (14) hacia fuera del recipiente de salida (3).
Tan pronto como la correspondiente cantidad de
líquido es transportada hacia fuera del recipiente de entrada (1) y
del primer sistema de canales (2) en el segundo sistema de canales
(16) o bien en el recipiente de salida (3), se encuentran dos
cantidades de líquidos separadas entre sí en el segundo sistema de
canales (16), por una parte, y el recipiente de salida (3) por
otra. La cantidad de líquido llenada inicialmente en el recipiente
de entrada (1) está dosificada de manera relativamente imprecisa.
Por el contrario, después del transporte de líquido desde el
recipiente de entrada (1) en el segundo sistema de canales (16) o
bien en el recipiente de salida (3), la cantidad de líquido (A)
contenida en el segundo sistema de canales (16) estará exactamente
definida a causa del volumen predeterminado de dicho sistema de
canales. En el recipiente de salida (3) se encuentra, por el
contrario, una cantidad de líquido sobrante, no definida (B). Ambas
cantidades contenidas en la disposición microfluídica, a saber, la
cantidad de líquido dosificada (A) contenida en el segundo sistema
de canales (16) y la cantidad de líquido no dosificada (B) contenida
en el recipiente de salida (3), están separadas entre sí
fluídicamente mediante la fase gaseosa contenida en el primer
sistema de canales (2).
El líquido contenido en el volumen definido del
segundo sistema de canales (16) puede ser transportado al tercer
sistema de canales (10) después de aumentar el efecto del cierre
capilar (9). Esto se describe en base a la figura 7 para el segundo
ejemplo de realización.
El segundo ejemplo de realización, según la
invención, mostrado en las figuras 2 a 6, corresponde esencialmente
a la disposición mostrada en la figura 1. Por esta razón, los mismos
elementos de la disposición microfluídica de la figura 1 se han
indicado con las mismas referencias numéricas en las figuras 2 a 6.
La disposición, según la figura 1, y el ejemplo de realización de
la invención se diferencian solamente por el hecho de que en el
ejemplo de realización se han previsto tres segundos sistemas de
canales (16) y tres terceros sistemas de canales (10). Además, el
recipiente de entrada (1) se ha construido sustancialmente más
grande, de manera que el volumen de dicho recipiente de entrada (1)
es, incluso en este caso, menor o igual a la suma de volúmenes del
segundo sistema de canales (16) y del segundo recipiente de salida
(3).
Los tres segundos sistemas de canales (16) se
desvían en la dirección desde la entrada (11) a la salida (12)
entre sí, desde el canal del primer sistema de canales (2) al punto
de derivación (4). En el punto de derivación (4) se unen de manera
correspondiente las primeras secciones (6) del segundo sistema de
canales (16). Las primeras secciones (6) del sistema de canales
desembocan entonces, tal como se ha mostrado en la disposición,
según la figura 1, en una segunda sección (7) que entonces desemboca
en la tercera sección (8). La tercera sección (8) del segundo
sistema de canales (16) termina entonces de manera correspondiente
en un cierre capilar (9). Detrás del cierre capilar (9) se une
entonces, de manera correspondiente, un tercer sistema de canales
(10), el cual desemboca en una correspondiente segunda salida
(13).
En esta situación, en el ejemplo de realización
según la invención, según las figuras 2 a 6, si el recipiente de
entrada (1) es llenado desde el exterior con un líquido, este
líquido llega a la entrada (11) en el primer sistema de canales
(2). A causa de las fuerzas capilares que actúan, el líquido se
introduce en el canal del primer sistema de canales (2) (figura 2)
hasta que llega al primer punto de derivación (4). En este punto,
se deriva una corriente de líquido en el segundo sistema de canales
(16) mostrado a la izquierda en el dibujo. Este segundo sistema de
canales de la izquierda (16) será llenado por completo con el
líquido. Solamente entonces será impulsado el líquido
adicionalmente en el primer canal del primer sistema de canales (2)
(figura 3). Tan pronto como alcanza el punto de derivación (4)
dispuesto en la parte media, se deriva de la corriente del canal
del primer sistema de canales (2) una corriente de líquido adicional
al segundo sistema de canales (16) (figura 4) dispuesto en la parte
media. Tan pronto como éste ha sido llenado de manera completa hasta
el cierre de capilaridad (9) y la corriente de líquido ha alcanzado
en el canal del segundo sistema de canales (2) el punto de
derivación de la derecha (4), se llenará el segundo sistema de
canales de la derecha (16). Si también éste está completamente lleno
de líquido, el líquido restante en el canal del primer sistema de
canales (2) y en ciertos casos el líquido que permanece en el
recipiente de entrada (1) será transportado a causa de la fuerzas de
capilaridad al recipiente de salida (3) (figura 5), de manera que el
aire impulsado en el recipiente de salida (3) puede salir con
intermedio del canal de desaireación (14).
En el ejemplo de realización de la invención,
mostrado en las figuras 2 a 7, los volúmenes definidos del segundo
sistema de canales (16) serán llenados esencialmente uno después de
otro. Mediante una correspondiente disposición de los canales de la
primera sección (6) del segundo sistema de canales (16) y mediante
la correspondiente disposición del primer sistema de canales, la
fuerza capilar puede ser ajustada también de forma tal que el
segundo sistema de canales (16) será llenado de manera casi
simultánea. En este caso permanece el líquido que ha entrado en el
primer sistema de canales (2) no en los puntos de derivación hasta
el llenado completo, sino que será transportado sin retraso
sensible hacia la primera salida (13). Tan pronto como el líquido ha
alcanzado los puntos de derivación (4), empieza entonces el llenado
del segundo sistema de canales (16) conectado con el correspondiente
punto de derivación (4).
También en el ejemplo de realización, según la
invención, de acuerdo con las figuras 2 a 6, en la situación final
(figura 6), la cantidad de líquido (B) que se encuentra en el
recipiente de salida (3) será fluidicamente separado de la cantidad
de líquido (A) que se encuentra en el segundo sistema de canales
(16) mediante una fase gaseosa.
Tanto en la disposición, según la figura 1, como
también en el ejemplo de realización, según la invención, de
acuerdo con las figuras 2 a 6, los rebajes del tercer sistema de
canales (10) están realizados en forma de cámaras de reacción. Es
decir, en dichos rebajes se han dispuesto reactivos. Mediante la
aplicación de una depresión a la segunda salida (13) de la
disposición microfluídica, mediante generación de una reducida
sobrepresión en las terceras secciones (8) del segundo sistema de
canales (16) (por ejemplo, por impulsión mecánica sobre la tapa de
la disposición microfluídica en la zona de una tercera sección (8),
mediante calentamiento local, mediante elementos piezoeléctricos u
otros), los cierres capilares (9) se pueden humedecer, es decir, se
puede interrumpir su efecto. Después de ello se pueden transportar
los líquidos (A) separados fluidicamente del líquido del recipiente
de salida con intermedio de los cierres capilares (9) en las cámaras
de reacción del tercer sistema de canales. El transporte tiene
lugar en este caso, ventajosamente, por el efecto de las fuerzas de
capilaridad, no obstante, es también posible un transporte por
efecto de la presión, bien sea sobrepresión o depresión. Los
líquidos dosificados (A) reaccionan entonces en las cámaras de
reacción con los reactivos dispuestos en aquellas, de manera que se
consigue el producto deseado.
El tipo y forma en que se generan las diferentes
fuerzas capilares de los sistemas de canales individuales o bien de
las secciones individuales de los sistemas de canales son conocidos
para los técnicos en la materia. Por ejemplo, para las fuerzas
capilares pueden ser determinantes las diferentes superficies en
sección transversal de los recintos huecos y de las ranuras.
También se pueden ajustar los bordes, cantos u otras posibilidades
similares, tales como la fuerza capilar. Además, se pueden colocar
materiales aspirables en los recintos huecos, los cuales al
establecer contacto con el líquido aspiran éste con mayor
velocidad.
De igual manera existen diferentes posibilidades
por las que se pueden conseguir cierres capilares (9). Una de ellas
consiste en una ampliación simple de la sección transversal de los
tramos de los canales. En este punto, se disminuiría la fuerza
capilar de manera que la corriente de líquido se para. Igualmente,
es conocido el prever superficies hidrofóbicas o superficies rugosas
en los canales para conseguir la interrupción de desplazamiento de
los líquidos.
Claims (17)
1. Disposición microfluídica para dosificar una
o varias primeras cantidades dosificadas de líquido (A) y para
separar éstas de una segunda cantidad de líquido (B), que comprende
las siguientes características:
- la disposición presenta un primer canal (2) y
varios segundos canales (16);
- el canal (2) presenta una entrada (11) y una
salida (12);
- la disposición presenta en la zona de la
salida (12) una fuerza capilar que es superior o igual a la fuerza
capilar en la zona de la entrada;
- los segundos canales (16) se ramifican en uno
o varios puntos de derivación (4) del primer canal (2);
- los segundos canales (16) tienen una mayor
fuerza capilar que el primer canal (2) en los puntos de ramificación
(4);
- los segundos canales (16) tienen un volumen
predeterminado;
- los segundos canales (16) empiezan en los
puntos de ramificación (4) y terminan en un cierre de capilaridad
(9);
- los segundos canales (16) están divididos en
primeras secciones (6), segundas secciones (7) y terceras secciones
(8), formando de esta manera un segundo sistema de canales;
- la primera sección (6) está diseñada en forma
de ranura y constituye un canal, la segunda sección (7) está
diseñada en forma de rebaje y la tercera sección (8) está diseñada
en forma de ranura y forma un canal;
- la primera sección (6) está conectada al
primer canal (2) en el punto de ramificación (4);
- en la primera sección se une la segunda
sección (7);
- la tercer sección (8) se une a la segunda
sección (7) y termina en el cierre capilar (9);
- en el cierre capilar (9) se une de manera
correspondiente un tercer canal (10);
- cada uno de los terceros canales (10)
presentan una segunda salida (13);
- las segundas salidas (13) presentan de modo
correspondiente un cierre capilar;
- los canales (2, 16, 10) están dispuestos en
forma de ranuras o cubetas en una superficie, estando recubiertos
por una tapa.
2. Disposición microfluídica, según la
reivindicación anterior, caracterizada porque una mayor
fuerza capilar de los segundos canales (16) en los puntos de
ramificación (4) con respecto a la fuerza capilar del primer canal
(2) es ajustada al cambiar de manera brusca las características
geométricas en las transiciones desde el primer canal (2) al segundo
canal (16).
3. Disposición microfluídica, según una de las
dos reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la
mayor fuerza capilar de los segundos canales (16) en los puntos de
ramificación (4) con respecto a la fuerza capilar del primer canal
(2) es ajustada al cambiar repentinamente las características
superficiales de las paredes en las transiciones desde el primer
canal (2) a los segundos canales (16).
4. Disposición microfluídica, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque un
recipiente de entrada (1) está conectado más arriba de la entrada
(11) del primer canal (2).
5. Disposición microfluídica, según la
reivindicación anterior, caracterizada porque el recipiente
de entrada (1) tiene una capilaridad menor o igual a la del primer
canal en la zona de la entrada (11).
6. Disposición microfluídica, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque un
recipiente de salida (3) está conectado más abajo de la entrada (12)
del primer canal (2).
7. Disposición microfluídica, según la
reivindicación anterior, caracterizada porque el recipiente
de salida (3) tiene una fuerza capilar que es superior o igual a la
del primer canal (2) en la zona de la salida (12).
8. Disposición microfluídica, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el primer
canal (2) está dividido en secciones entre la entrada (11) y la
salida (12) y por lo tanto forma un primer sistema de canales.
9. Disposición microfluídica, según la
reivindicación anterior, caracterizada porque las secciones
del primer canal (2) tienen una fuerza capilar que aumenta desde la
entrada (11) a la salida (12).
10. Disposición microfluídica, según la
reivindicación anterior, caracterizada porque la fuerza
capilar de las secciones (6, 7, 8) de los segundos canales (16)
sigue siendo la misma o aumenta desde los puntos de ramificación (4)
a los cierres capilares (9).
11. Disposición microfluídica, según la
reivindicación anterior, caracterizada porque la fuerza
capilar de los terceros canales (10) es superior o igual a la de los
segundos canales (6, 7, 8).
12. Disposición microfluídica, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las
secciones (6, 7, 8, 10) individualmente o en su conjunto del primer
sistema de canales (2), del segundo sistema de canales (16), del
tercer sistema de canales (10) y/o del recipiente de salida están
realizadas en forma de meandros.
13. Disposición microfluídica, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque todas las
secciones (6, 7, 8), individualmente o en su conjunto, del primer
canal (2), de los segundos canales (16) y/o de los segundos canales
(10) están realizadas en forma de espacios huecos.
14. Disposición microfluídica, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada por la disposición
de un material absorbente en las secciones (6, 7, 8) individuales o
en su conjunto del primer canal (2), de los segundos canales (16)
y/o del tercer sistema de canales (10), y/o en el recipiente de
salida (3).
15. Disposición microfluídica, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el primer
canal (2) está unido en la zona del punto de derivación (4) con un
canal de ventilación (5).
16. Soporte, en especial soporte para probetas,
caracterizado porque presenta una disposición microfluídica,
según una de las reivindicaciones 1 a 15.
17. Procedimiento para la dosificación de una o
varias primeras cantidades dosificadas de líquido (A) y para la
separación de éstas con respecto a una segunda cantidad de líquido
(B), utilizando una disposición microfluídica, según una de las
reivindicaciones anteriores, que comprende las siguientes
etapas:
- el líquido penetra con intermedio de la
entrada (11) dentro de un primer canal (2) debido a la fuerza
capilar presente en la entrada,
- el líquido es transportado en el primer canal
(2) desde la entrada (11) a una salida debido a la fuerza
capilar;
- el líquido es transportado hasta un primer
punto de ramificación (4) en el que un primer segundo canal (16) se
ramifica desde el primer canal;
- debido a la elevada fuerza capilar del segundo
canal (16) en el punto de ramificación (4), una primera parte del
líquido es transportada desde el primer punto de ramificación (4) al
primer segundo canal (16) hasta que éste está completamente lleno
con una primera cantidad de líquido (A);
- una segunda parte del líquido es transportada
desde el primer punto de ramificación (4) a otros puntos de
ramificación (4) en los que se ramifican otros segundos canales (16)
desde el primer canal (2);
- tan pronto como el primero de los segundos
canales (16) está completamente lleno y el líquido del primer canal
ha alcanzado un punto de ramificación (4) de otros puntos de
ramificación (4) debido a las fuerzas de capilaridad más elevadas de
los segundos canales (16) en los puntos de ramificación adicionales
(4), se transportan partes de la segunda parte de líquido de manera
sucesiva desde los puntos de ramificación adicionales (4) hacia
dentro de los otros segundos canales, hasta que estos ya están
completamente llenos con otras cantidades de líquido (A), de manera
que el llenado de uno de los segundos canales (16) empieza cuando el
segundo canal (16) que empieza en el punto de ramificación anterior
(4) está completamente lleno y el líquido del primer canal ha
alcanzado el punto de ramificación que sigue al anterior;
- la parte del líquido que permanece después del
último de los puntos de ramificación (4) en el primer canal (2) es
separada como segunda cantidad de líquido (B) por una fase gaseosa
con respecto a las primeras cantidades de líquido y es transportada
por capilaridad a la salida (12) donde sale del primer canal
(2).
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