ES2459269A1

ES2459269A1 - Dispositivo y método de encapsulado de sistemas microfluídicos

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Publication number: ES2459269A1
Application number: ES201231532A
Authority: ES
Inventors: Luis José Fernández Ledesma; Rosa María MONGE PRIETO; Guillermo Alejandro LLAMAZARES PRIETO; Rebeca GUERRERO GIMÉNEZ; Jorge Santolaria Mazo; Ignacio OCHOA GARRIDO; Aitor AGUILAR ALEJANDRE
Original assignee: Moldes Y Plasticos Aragon Sl; Moldes Y Plasticos Aragon S L; Universidad de Zaragoza; Centro de Investigacion Biomedica en Red en Bioingenieria Biomateriales y Nanomedicina CIBERBBN
Current assignee: Moldes Y Plasticos Aragon Sl; Moldes Y Plasticos Aragon S L; Universidad de Zaragoza; Centro de Investigacion Biomedica en Red en Bioingenieria Biomateriales y Nanomedicina CIBERBBN
Priority date: 2012-10-04
Filing date: 2012-10-04
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2032-10-04
Also published as: ES2459269B1; WO2014053678A1

Abstract

Dispositivo y método de encapsulado de sistemas microfluídicos. La presente invención hace referencia a un dispositivo y a un método destinados al encapsulado de sistemas microfluídicos, preferentemente sistemas "laboratorio en chip". Más concretamente, la invención se refiere a un dispositivo y a un método asociado al mismo, donde el dispositivo comprende una primera pieza de soporte configurada como base del dispositivo y alojamiento de un chip de cultivo celular, una segunda pieza de llenado de líquido, y una tercera pieza de encapsulado, configurables dichas tres piezas en, al menos, dos posiciones de acoplamiento que permiten, mediante su aplicación, la eliminación de burbujas de aire en el sistema microfluídico.

Description

Dispositivo y método de encapsulado de sistemas microfluídicos.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención hace referencia a un dispositivo y a un método destinados al encapsulado de sistemas microfluídicos, preferentemente utilizados en sistemas “laboratorio en chip” (también designados por su término en inglés, “lab-on-chip”). Más concretamente, la invención propuesta por el solicitante se refiere a un dispositivo y a un método diseñados, preferentemente, para el cultivo de células y/o para la circulación de fluidos a través de cultivos celulares.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Es conocido en el estado de la técnica correspondiente a los sistemas “lab-on-chip” que uno de los principales problemas, relacionados con el uso de dispositivos de microfluídica, es la aparición de burbujas de aire no deseadas en los circuitos de fluido. Típicamente, los chips, tubos, elementos de control de fluidos, depósitos, etc. de dichos sistemas necesitan ser conectados entre sí para crear un sistema fluídico y, tal y como muestra la experiencia en este campo técnico, es imposible evitar la aparición de burbujas en determinados regiones de los dispositivos, tales como los elementos conectores o las entradas y salidas de los chips. En algunas aplicaciones, sí es posible evitar la presencia de burbujas, mediante la alimentación/purgado de todo el sistema una vez montado, con un volumen total de al menos dos o tres veces el volumen muerto del circuito. Sin embargo, esta solución se puede aplicar sólo si el sistema es operado en un circuito abierto, ya que para un sistema cerrado, al conectar los extremos del circuito se producen nuevas burbujas de aire.

El problema anterior implica limitaciones graves en el campo de la microfluídica, y para resolverlo se han desarrollado, en los últimos años, dispositivos capaces de impedir el paso de las burbujas a lo largo del circuito microfluídico, confinándolas en un volumen localizado del dispositivo. Si bien estos dispositivos (conocidos con el nombre de trampas de burbujas) son capaces de limitar el impacto del aire en los cultivos microfluídicos, aumentan sustancialmente la complejidad del sistema final, introduciendo componentes adicionales (lo que aumenta los tiempos de montaje y mantenimiento de los dispositivos) y aumentando el volumen muerto del sistema. Además, las trampas de burbujas no resultan de utilidad en aplicaciones donde no se permite el flujo una vez que los chips microfluídicos están montados (como es el caso en aplicaciones de cultivo celular en chips microfluídicos), ya que cuando las células son introducidas en el chip, las entradas y las salidas de fluido están abiertas por lo que, de nuevo, es inevitable que se formen nuevas burbujas de pequeño tamaño. En estos sistemas, las burbujas de aire no pueden eliminarse mediante purgado, ya que las células necesitan tiempo para ser adheridas al sustrato de cultivo antes de aplicar cualquier flujo de líquido. Incluso esperando un tiempo suficiente para el asentamiento de las células, las burbujas crecerán continuamente si el chip no está integrado en un circuito de fluido cerrado. De nuevo, si el chip es integrado en el circuito, las pequeñas burbujas creadas durante la inserción de células dejarán de crecer, pero permanecerán en las entradas de dicho circuito. Finalmente, incluso si el flujo de purgado se aplica una vez que las células están totalmente adheridas al sustrato, es inevitable que algunas de las burbujas migren a la cámara de cultivo celular.

Es por ello que se plantea, en el estado de la técnica, la necesidad de obtener circuitos microfluídicos capaces de evitar la presencia de burbujas, tanto en la microcámara o chip destinado al cultivo celular sometido a estudio, como en el circuito microfluídico destinado a la circulación de fluidos (por ejemplo, para la alimentación de las células de cultivo). Asimismo, otra necesidad derivada de las limitaciones técnicas de los dispositivos existentes en el estado de la técnica es la de permitir una inserción cómoda y sencilla de cualquier partícula (preferentemente, de células) o de líquidos directamente en el chip, mediante el uso de, por ejemplo, una micropipeta.

La presente invención está destinada a satisfacer dichas necesidades.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN

Tal y como se ha descrito en párrafos precedentes, un objeto de la presente invención se refiere a un sistema de encapsulado de un sistema microfluídico que sea capaz de proporcionar una inserción sencilla de las partículas (preferentemente, células de cultivo o nanopartículas funcionalizadas, por ejemplo nanopartículas de oro) o cualquier tipo de líquido que se dispense directamente en el chip, y que consiga, además, prevenir completamente la aparición de burbujas de aire en dicho chip. Para el contexto de la presente invención, el término “microfluídico” se interpreta como relativo a fluidos localizados en volúmenes del orden del microlitro (!l)

o inferiores, mientras que el término general “fluídico” se interpreta como relativo a fluidos localizados en canales,

cámaras o chips de cualquier volumen.

El objeto de la invención anteriormente descrito se consigue mediante un dispositivo que comprende:

-: una primera pieza de soporte configurada como base del dispositivo, que comprende un medio de alojamiento y soporte del chip de cultivo celular, estando dicho chip provisto de, al menos, un canal de entrada y al menos un canal de salida de líquido;

-: una segunda pieza de llenado que comprende conexiones fluídicas a los canales del chip de cultivo celular; medios internos de conexión hermética entre dichos canales del chip y las conexiones fluídicas; y sendos pozos de llenado comunicados aguas arriba con dichas conexiones fluídicas;

-: una tercera pieza de encapsulado, que comprende conectores microfluídicos a un circuito fluídico o microfluídico, y una cámara de purgado conectable a los pozos de llenado de la segunda pieza, estando dicha cámara, además, conectada a un filtro permeable a gases, pero impermeable a líquidos, comunicado con el exterior; donde el dispositivo comprende, asimismo:

-: medios externos de unión o acoplamiento entre la primera pieza y la segunda pieza;

-: medios externos de unión o acoplamiento entre la segunda pieza y la tercera pieza;

-: medios externos de cierre hermético entre la segunda pieza y la tercera pieza,

-: medios internos de conexión hermética entre los canales del chip y las conexiones fluídicas de la segunda pieza;

-medios internos de conexión hermética entre los conectores microfluídicos de la tercera pieza y las conexiones fluídicas de la segunda pieza; y donde el dispositivo, a través de los medios externos e internos de las piezas segunda y tercera, comprende, al menos, dos posiciones de configuración:

-: primera posición: comprende un acoplamiento y conexión externa entre la tercera pieza de encapsulado y la segunda pieza de llenado, mediante sus medios externos de unión o acoplamiento y sus medios externos de cierre hermético, pero sin existir una conexión hermética interna entre ambas piezas a través de los medios internos de conexión hermética entre los conectores microfluídicos de la tercera pieza y las conexiones fluídicas de la segunda pieza;

-: segunda posición: comprende, además del acoplamiento y conexión externa entre la tercera pieza de encapsulado y la segunda pieza de llenado de la primera posición, también su conexión hermética interna entre los conectores microfluídicos de la tercera pieza y las conexiones fluídicas de la segunda pieza, a través de los medios internos de conexión hermética.

En una realización preferente de la invención, la tercera pieza de encapsulado se encuentra conectada a un circuito fluídico o microfluídico. De este modo se consigue obtener sistemas fluídicos completos libres de burbujas de aire en sus canales y/o microcanales.

En otra realización preferente de la invención, los medios externos de cierre hermético entre la segunda pieza y la tercera pieza comprenden una o más juntas herméticas de anillo. De este modo se obtiene un medio efectivo de conectar las piezas sin pérdida y/o entrada de aire/líquido en el sistema, mediante un único elemento de cierre.

En una realización preferente adicional de la invención, los medios externos de unión o acoplamiento de la primera pieza de soporte, de la segunda pieza de llenado y/o de la tercera pieza de encapsulado comprenden sistemas de cierre de tipo clip/agujero. Se consiguen, con ello, medios eficaces de acoplamiento externo que resultan, al mismo tiempo, fáciles de utilizar y aplicar por el usuario.

En otra realización de la invención los medios internos de conexión hermética de la segunda pieza de llenado o de la tercera pieza de encapsulado comprenden juntas tóricas. Se consigue con ello el aislamiento del sistema fluídico en las uniones de sus componentes, evitando así la entrada/salida de aire y/o líquido.

En una realización preferente de la invención, la primera pieza de soporte comprende una ventana configurada para la monitorización del chip de cultivo celular mediante microscopía. Se consigue con ello un medio de monitorización del chip fácilmente integrable en el sistema microfluídico del dispositivo.

Otro objeto de la presente invención es un método de encapsulado de un cultivo celular que comprende el uso de un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores. Preferentemente, dicho método comprende los siguientes pasos:

a) se aloja un chip equipado con una pluralidad de entradas/salidas sobre la primera pieza de soporte del dispositivo;

b) se acopla la segunda pieza de llenado a la primera pieza de soporte, conectando dichas piezas a través de medios externos de unión o acoplamiento de dichas piezas y proporcionando una conexión hermética entre los canales de entrada/salida del chip y los canales fluídicos de la segunda pieza, a través de medios internos de conexión hermética dispuestos en dicha segunda pieza;

c) se utiliza un medio de llenado de líquido para el llenado del chip y sus canales de entrada/salida, a través de las conexiones fluídicas de la segunda pieza y se purga de aire tanto el chip como los canales de entrada/salida, hasta saturar de líquido parcial o totalmente los pozos de llenado de la segunda pieza;

d) opcionalmente, una vez llenado de líquido tanto el chip como los canales de entrada/salida y los pozos de llenado con el medio de llenado, se insertan partículas (preferentemente, células de cultivo o nanopartículas funcionalizadas, por ejemplo nanopartículas de oro) y/o líquido en dicho chip;

e) se conecta la tercera pieza de encapsulado a un circuito fluídico en el que se integra el dispositivo, a través de los conectores microfluídicos de la tercera pieza.

f) se conecta la tercera pieza de encapsulado a la segunda pieza de llenado, a través de la aplicación de los medios de cierre hermético externo y de medios externos de acoplamiento o unión entre la segunda pieza y la tercera pieza, y configurando dichos medios externos de cierre hermético y medios externos de acoplamiento en la primera posición de configuración del dispositivo, pero sin aplicar los medios internos de conexión hermética entre las piezas segunda y tercera.

g) manteniendo el dispositivo en la primera posición de configuración, se bombea líquido a través del circuito fluídico, para purgarlo de aire.

h) una vez que todo el aire se ha retirado del circuito fluídico o microfluídico, se realiza la conexión hermética interna entre la tercera pieza y la segunda pieza, a través de los medios internos de conexión hermética, en la segunda posición de configuración del dispositivo, cerrando el circuito fluídico completo de dicho dispositivo y trasladando el líquido que satura los pozos de llenado y, opcionalmente, aire residual en el circuito, a la cámara de purgado.

Adicionalmente a las ya planteadas, otras características y ventajas de la invención se desprenderán de la descripción que sigue, así como de las figuras que acompañan al presente documento.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La Figura 1 muestra una vista externa en perspectiva del dispositivo de encapsulado de la invención, con sus tres piezas acopladas.

La Figura 2 muestra una vista en perspectiva de la primera pieza de soporte del dispositivo de la invención.

La Figura 3 muestra una vista en perspectiva de la segunda pieza de llenado de líquido del dispositivo de la invención.

La Figura 4 muestra una vista en perspectiva de la tercera pieza de encapsulado del dispositivo de la invención.

La Figura 5 muestra una vista en perspectiva del alojamiento de un chip de cultivo celular en la primera pieza de soporte del dispositivo.

Las Figuras 6a-6b muestran, respectivamente, una vista en perspectiva lateral y una vista en perspectiva inferior de la conexión externa e interna de la segunda pieza de llenado con la primera pieza de soporte.

La Figura 7 muestra una vista en perspectiva superior del llenado de las conexiones fluídicas y de los pozos de la segunda pieza, mediante una pipeta.

La Figura 8 muestra una vista en perspectiva superior de la saturación de los pozos de la segunda pieza, mediante el llenado realizado con la pipeta mostrado en la Figura 7.

La Figura 9 muestra una vista en perspectiva de la conexión de la tercera pieza de encapsulado a un circuito fluídico o microfluídico.

Las Figuras 10a y 10b muestran, respectivamente, una representación externa e interna (en sección lateral) de la primera posición de configuración del dispositivo en su acoplamiento externo entre las piezas segunda y tercera.

La Figura 11 muestra una sección lateral del dispositivo durante el purgado de aire del dispositivo, realizado en su primera posición de configuración de acoplamiento externo entre las piezas segunda y tercera.

Las Figuras 12a y 12b muestran respectivamente, una representación externa e interna de la segunda posición de configuración del dispositivo en su acoplamiento externo e interno entre las piezas segunda y tercera, tras el purgado de aire y el encapsulado del dispositivo.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Según se muestra en las Figuras 1-12 del presente documento y, de acuerdo a lo previamente descrito en apartados anteriores, el dispositivo de la invención comprende, preferentemente, tres piezas acoplables (Figura 1) que dan lugar al encapsulado del chip de cultivo celular. Dichas piezas comprenden una primera pieza (1) destinada al alojamiento y fijación de un chip en el dispositivo, una segunda pieza (2) intermedia fijable a la primera pieza (1) y que proporciona un medio de inserción de fluido en el chip, y una tercera pieza (3) de encapsulado, acoplable a la segunda pieza (2), que proporciona un cierre hermético del chip, así como la conexión con los canales microfluídicos del circuito completo.

Más específicamente (según se muestra en la Figura 2), la primera pieza (1) hace de base del dispositivo y comprende un medio de alojamiento y soporte (4) del chip, preferentemente en una configuración apta para la observación de dicho chip mediante equipos de microscopía. Más preferentemente, la primera pieza (1) incluye una ventana (5) abierta, que permite que el objetivo del equipo de microscopía empleado pueda ser colocado en estrecho contacto con el chip. Adicionalmente, la primera pieza (1) comprende medios externos de unión o acoplamiento (6, 6’) a la segunda pieza (2) del dispositivo (en la Figura 1, cuatro uniones mediante presión de tipo clip).

La segunda pieza (2) de llenado (Figura 3) es una pieza intermedia destinada a su acoplamiento entre la primera

(1) y la tercera pieza (3). Dicha segunda pieza (2) proporciona un medio de aislamiento y llenado del chip, mediante conexiones fluídicas (7, 7’) con sus canales de entrada y salida. Preferentemente, la segunda pieza comprende medios externos de unión o acoplamiento (8, 8’) con la primera pieza (1) de soporte (en el ejemplo de la Figura 3, los medios de acoplamiento (8, 8’) son agujeros acoplables a los clips de la primera pieza (1) de soporte), así como medios internos de conexión hermética (9, 9’) (no representados en la Figura 3, por encontrarse en la región interior de la pieza, ver por ejemplo en Figura 6b), por ejemplo a través de juntas tóricas,

con los canales de entrada y salida del chip (para el contexto de la presente invención, el término “externo” se

aplica a aquellos elementos relativos a los componentes estructurales del dispositivo no relacionados con el

circuito fluídico, y el término “interno” se refiere a aquellos elementos estructurales del dispositivo relacionados

con el circuito fluídico). La ubicación de las entradas y salidas y el tamaño externo del dispositivo son las únicas restricciones impuestas al chip para que sea compatible con el sistema de encapsulado propuesto. Aparte de esta consideración, cualquier diseño de microcanales, cámara de cultivo o cualesquiera otros elementos pueden ser diseñados dentro del chip microfluídico.

Adicionalmente, con el objetivo de proporcionar un medio de aislamiento y llenado del chip alojado entre las piezas primera (1) y segunda (2), la segunda pieza (2) comprende pozos de llenado (10, 10’) comunicados con las conexiones fluídicas (7, 7’) de la segunda pieza (2), y situados a un nivel aguas arriba de dichas conexiones (7, 7’). Dichos pozos de llenado (10, 10’) permiten la introducción de líquido en el chip, por ejemplo mediante una pipeta, hasta que tanto dicho chip como sus canales de entrada y salida queden llenados, con la saturación de los pozos (10, 10’) como límite de capacidad del circuito fluídico comprendido entre la primera (1) y la segunda pieza (2). La existencia de los pozos de llenado (10, 10’) resulta de gran importancia, como se verá más adelante, para evitar cualquier formación de burbujas durante el uso del dispositivo.

Asimismo, para su conexión con la tercera pieza (3), la segunda pieza (2) comprende:

-: medios externos de unión o acoplamiento (11, 11’), configurados para acoplar la segunda pieza (2) a la tercera pieza (3) (en el ejemplo de la Figura 3, los medios de acoplamiento (11, 11’) son agujeros acoplables a clips (elementos (6, 6’) en la Figura 2) de la tercera pieza (3)).

-: medios externos de conexión hermética (11’’), configurados para proporcionar una conexión hermética entre las piezas segunda (2) y tercera (3) (en el ejemplo de la Figura 3, los medios externos de conexión hermética (11’’) comprenden un cierre hermético de anillo).

Por su parte, la tercera pieza (3) (Figura 4 del presente documento) constituye la pieza superior del dispositivo, que permite el encapsulado hermético de la unión de piezas primera (1) y segunda (2) una vez se ha realizado el

llenado del chip, de sus canales de entrada/salida, de las conexiones fluídicas (7, 7’) y de los pozos de llenado (10, 10’). Por otra parte, dicha tercera pieza (3) comprende también medios externos de unión o acoplamiento

(12) con la segunda pieza (2) (preferentemente, mediante un sistema de clips/agujeros como en las uniones de las piezas primera (1) y segunda (2)), y medios internos de conexión hermética (13) (no representados en la Figura 4 por encontrarse en la región interior de la pieza, ver por ejemplo en Figura 10b), por ejemplo mediante juntas tóricas, a las conexiones fluídicas (7, 7’) de la segunda pieza (2).

Adicionalmente, la tercera pieza (3) de encapsulado comprende conectores estándar microfluídicos (14) configurados para permitir una conexión directa al circuito fluídico en el que se integra el chip junto con las piezas primera (1) y segunda (2). Finalmente, la tercera pieza (3) comprende también una cámara de purgado (15) (no representada en la Figura 4 por encontrarse en la región interior de la pieza, ver por ejemplo en Figura 10b)

conectable a los pozos (10, 10’) de la segunda pieza (2) de llenado, y equipada dicha cámara (15) con un filtro

(16) para permitir el intercambio de aire entre los pozos (10, 10’) y el exterior, lo que permite evitar, como se verá a continuación, la contaminación del circuito completo.

Para evitar la presencia de burbujas en el interior del circuito microfluídico, los medios externos de unión o

acoplamiento (11, 11’, 12) y los medios externos de cierre hermético (11’’) de las piezas segunda (2) y tercera (3)

comprenden, al menos, dos posiciones de configuración de dicho acoplamiento o unión en el dispositivo: -Primera posición: La tercera pieza (3) se encuentra acoplada a la segunda pieza (2) mediante la aplicación de los medios de cierre hermético externo (11, 11’) de la segunda pieza (2) y de los medios externos de acoplamiento o unión (12) de la tercera pieza (3), pero sin aplicarse los medios internos de conexión hermética

(13) entre ambas (preferentemente, las juntas tóricas (13) de la tercera pieza (3) se sitúan a una distancia comprendida entre 1 y 3 mm de las conexiones fluídicas (7, 7’) conectadas con los pozos (10, 10’) de la segunda pieza (2)).

-: Segunda posición: La tercera pieza (3) se encuentra acoplada a la segunda pieza (2) (preferentemente, los medios internos de conexión hermética (13) de la tercera pieza (3) se acoplan a las conexiones fluídicas (7, 7’) de la segunda pieza (2)), realizándose, además del cierre externo de la primera posición, un cierre interno entre ambas piezas (2, 3) con una conexión hermética con el chip de cultivo celular.

Por su parte, el método de encapsulado de sistemas microfluídicos propuesto en la presente solicitud se basa en el uso de un dispositivo según las realizaciones anteriormente descritas, y comprende preferentemente, uno o más de los siguientes pasos:

a) Tal y como se muestra en la Figura 5, se aloja un chip (17) equipado con una pluralidad de entradas/salidas (18, 18’) sobre la primera pieza (1) de soporte.

b) (Figuras 6a-6b del documento) Se acopla la segunda pieza (2) de llenado a la primera pieza (1) de soporte, conectando los medios de unión o acoplamiento (6, 6’, 8, 8’) de dichas piezas (Figura 6a) y proporcionando una conexión hermética entre los canales de entrada/salida (18, 18’) del chip (17) (mostrados dichos canales y el chip en la Figura 5) y los medios internos de conexión hermética (9, 9’) (por ejemplo, a través de juntas tóricas) dispuestos en el fondo de la segunda pieza (2) (Figura 6b).

c) Tal y como se muestra en la Figura 7, se utiliza un medio de llenado de líquido (19), preferentemente una micropipeta, para el llenado del chip (elemento (17) en Figura 5) y sus canales de entrada/salida (elementos (18, 18’) en Figura 5), a través de las conexiones fluídicas (7, 7’) de la segunda pieza (2) (Figura 7). Mediante llenados sucesivos con la micropipeta (19), se purga de aire tanto el chip (17) como los canales de entrada/salida (18, 18’), hasta llenar completamente de líquido el circuito fluídico, saturando parcial o totalmente los pozos de llenado (10, 10’). De este modo, se impide que el aire pueda acceder al chip (17) una vez llenado de líquido.

d) (Figura 8) Una vez llenado de líquido tanto el chip (elemento (17) en Figura 5) como los canales de entrada/salida (elementos (18, 18’) en Figura 5), y los pozos de llenado (10, 10’) con la pipeta (19), cualquier partícula (por ejemplo, células) o líquido se puede insertar en el chip (17), para su ubicación en cualquier cámara específica del mismo, mediante el uso de una pipeta (por ejemplo, el chip (17) podría ser alimentado por células mediante su inserción a través de una entrada dedicada en el mismo). Tal y como muestra en la Figura 8, la presencia de líquido en los pozos de llenado (10, 10’), que se encuentran aguas arriba de las conexiones fluídicas (7, 7’) de la segunda pieza (2) (Figura 7), de los canales de entrada/salida (elementos (18, 18’) en Figura 5) y del chip (elemento (17) en Figura 5), evita la inserción de burbujas durante la alimentación de dicho chip (17).

e) Tal y como se muestra en la Figura 9, se conecta la tercera pieza (3) (pieza de encapsulado) al circuito fluídico (20) en el que se integrará el dispositivo.

f) Se conecta la tercera pieza (3) de encapsulado a la segunda pieza (2) de llenado, a través de la aplicación de los medios de cierre hermético externo (11’’) de la segunda pieza (2) (preferentemente, un anillo hermético) y de los medios externos de acoplamiento o unión (11, 11’, 12) de la segunda pieza (2) y de la tercera pieza (3) (preferentemente mediante una pluralidad de sistemas de clip/agujero), y configurando dichos medios externos de cierre hermético (11’’) y medios externos de acoplamiento (11, 11’, 12) en la “primera posición” del dispositivo anteriormente descrita, pero sin aplicar el cierre hermético interno (13) entre las piezas segunda (2) y tercera (3) (ver Figuras 10a y 10b, donde se ilustra, respectivamente, en vistas externa e interna, la “primera posición” de configuración referida). Gracias a la aplicación de los medios de cierre hermético externo (11’’) (preferentemente, mediante un anillo hermético (11’’) en la segunda pieza(2)), los pozos de llenado (10, 10’) definidos en la segunda pieza (2) sólo están conectados con el exterior del dispositivo a través del filtro (16) ubicado en la parte superior de la tercera pieza (3), evitando así cualquier posible contaminación del chip (17) y de los pozos de llenado (10, 10’). En dicha primera posición, los conectores fluídic0s (14) de la tercera pieza (3) (concretamente, sus medios internos de conexión hermética (13)) se encuentran situados a cierta distancia (preferentemente, entre 1 y 3 mm) de las conexiones fluídicas (7, 7’) de la segunda pieza (2), quedando, además, preferentemente cubiertos por el líquido de los pozos de llenado (10, 10’) de dicha segunda pieza (2).

g) Manteniendo el dispositivo en la primera posición de acoplamiento, el líquido es bombeado a través del circuito fluídico (elemento (20), Figura 9), para asegurar que todas las burbujas puedan realizar, al menos, un ciclo completo (preferentemente, entre 2 y 3 veces el volumen muerto calculado en el circuito (20)). Como en dicha primera posición de configuración la tercera pieza (3) no se encuentra internamente conectada al circuito del chip (17) (sólo se encuentra conectada externamente a la segunda pieza (2), todas las burbujas quedan confinadas en el espacio interno definido en la cámara de purgado (15) entre las piezas segunda (2) y tercera (3), purgándose así todo el circuito del dispositivo (Figura 11). Además,

5 dado que dicho espacio interno (15) está conectado con el exterior a través del filtro (16) situado en la tercera pieza (3), la presión dentro del dispositivo no aumenta durante el proceso de encapsulado.

h) Una vez que todas las burbujas se han retirado del circuito, se realiza el acoplamiento completo de la tercera pieza (3) y de la segunda pieza (2), a través de sus medios internos de conexión hermética (13),

10 en la “segunda posición” de configuración del dispositivo antes descrita (ver Figuras 12a y 12b, donde se ilustra, respectivamente en vistas externa e interna, la segunda posición referida), con lo que se cierra herméticamente el circuito fluídico completo del dispositivo. Como consecuencia de la eliminación del aire en dicho circuito realizada en el paso (g), el chip (17) queda conectado al resto del circuito, evitando las burbujas y sin la necesidad de introducir, posteriormente, flujo adicional de líquido a través del chip (17).

15 i) Una vez cerrado el circuito fluídico completo, el cultivo de células estático o dinámico puede llevarse a cabo sin burbujas en el interior del dispositivo.

Finalmente, una vez descrita la presente invención y algunas de sus realizaciones preferentes, junto con sus

20 principales ventajas sobre el estado de la técnica, cabe resaltar, de nuevo, que su aplicación no ha de ser entendida como limitada necesariamente a una configuración determinada de los componentes descritos, ni a las realizaciones referidas en los ejemplos de la invención, sino que resulta aplicable también a otro tipo de configuraciones y procedimientos, mediante las adecuadas variaciones en sus elementos, siempre que dichas variaciones no alteren la esencia de la invención, así como el objeto de la misma.

Claims

REIVINDICACIONES

1.- Dispositivo de encapsulado de un sistema microfluídico, caracterizado porque comprende:

-

una primera pieza (1) de soporte configurada como base del dispositivo, que comprende un medio de alojamiento y soporte (4) de un chip (17) de cultivo celular, estando dicho chip (17) provisto de, al menos, un canal de entrada (18) y al menos un canal de salida (18’) de líquido;

-

una segunda pieza (2) de llenado que comprende conexiones fluídicas (7, 7’) a los canales (18, 18’) del chip

(17) de cultivo celular; medios internos de conexión hermética (9, 9’) entre dichos canales (18, 18’) del chip (17) y las conexiones fluídicas (7, 7’); y sendos pozos de llenado (10, 10’) comunicados aguas arriba con dichas conexiones fluídicas (7, 7’);

- una tercera pieza (3) de encapsulado, que comprende conectores microfluídicos (14) a un circuito (20) fluídico o microfluídico, y una cámara de purgado (15) conectable a los pozos de llenado (10, 10’) de la segunda pieza (2), estando dicha cámara (15), además, conectada a un filtro (16) permeable a gases, pero impermeable a líquidos, comunicado con el exterior; donde el dispositivo comprende, asimismo:

-

medios externos de unión o acoplamiento (6, 6’, 8, 8’) entre la primera pieza (1) y la segunda pieza (2);

-

medios externos de unión o acoplamiento (11, 11’, 12) entre la segunda pieza (2) y la tercera pieza (3);

-

medios externos de cierre hermético (11’’) entre la segunda pieza (2) y la tercera pieza (3),

-

medios internos de conexión hermética (9, 9’) entre los canales (18, 18’) del chip (17) y las conexiones fluídicas (7, 7’) de la segunda pieza (2);

-

medios internos de conexión hermética (13) entre los conectores microfluídicos (14) de la tercera pieza (3) y las

conexiones fluídicas (7, 7’) de la segunda pieza (2); y donde el dispositivo, a través de los medios externos (6, 6’, 8, 8’, 11, 11’, 11’’, 12) e internos (13) de las piezas segunda (2) y tercera (3), comprende, al menos, dos posiciones de configuración:

-

primera posición: comprende un acoplamiento y conexión externa entre la tercera pieza (3) de encapsulado y la segunda pieza (2) de llenado, mediante sus medios externos de unión o acoplamiento (11, 11’, 12) y sus medios externos de cierre hermético (11’’), pero sin existir una conexión hermética interna entre ambas piezas (2, 3) a través de los medios internos de conexión hermética (13) entre los conectores microfluídicos (14) de la tercera pieza (3) y las conexiones fluídicas (7, 7’) de la segunda pieza (2);

-

segunda posición: comprende, además del acoplamiento y conexión externa entre la tercera pieza (3) de encapsulado y la segunda pieza (2) de llenado de la primera posición, también su conexión hermética interna entre los conectores microfluídicos (14) de la tercera pieza (3) y las conexiones fluídicas (7, 7’) de la segunda pieza (2), a través de los medios internos de conexión hermética (13).
2.- Dispositivo según la reivindicación anterior, donde la tercera pieza (3) de encapsulado se encuentra conectada a un circuito fluídico (20) o microfluídico.
3.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios externos de cierre hermético (11’’) entre la segunda pieza (2) y la tercera pieza (3) comprenden una o más juntas herméticas de anillo.
4.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios externos de unión o acoplamiento (6, 6’, 8, 8’, 11, 11’, 12) de la primera pieza (1) de soporte, de la segunda pieza (2) de llenado y/o de la tercera pieza (3) de encapsulado comprenden sistemas de cierre de tipo clip/agujero.
5.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios internos de conexión hermética (9, 9’, 13) de la segunda pieza (2) de llenado o de la tercera pieza (3) de encapsulado comprenden juntas tóricas.
6.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la primera pieza (1) de soporte comprende una ventana (5) configurada para la monitorización del chip (17) de cultivo celular mediante microscopía.
7.- Método de encapsulado de sistemas microfluídicos que comprende el uso de un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
8.- Método según la reivindicación anterior, que comprende los siguientes pasos:

a) se aloja un chip (17) equipado con una pluralidad de entradas/salidas (18, 18’) sobre la primera

pieza (1) de soporte;

b) se acopla la segunda pieza (2) de llenado a la primera pieza (1) de soporte, conectando dichas

piezas a través de medios externos de unión o acoplamiento (6, 6’, 8, 8’) de dichas piezas (1, 2) y

proporcionando una conexión hermética entre los canales de entrada/salida (18, 18’) del chip (17) y los

canales fluídicos (7, 7’) de la segunda pieza (2), a través de medios internos de conexión hermética (9,

9’) dispuestos en dicha segunda pieza (2);

c) se utiliza un medio de llenado de líquido (19) para el llenado del chip (17) y sus canales de entrada/salida (18, 18’), a través de las conexiones fluídicas (7, 7’) de la segunda pieza (2) y se purga de aire tanto el chip (17) como los canales de entrada/salida (18, 18’), hasta saturar de líquido parcial o totalmente los pozos de llenado (10, 10’) de la segunda pieza (2);

5 d) opcionalmente, una vez llenado de líquido tanto el chip (17) como los canales de entrada/salida (18, 18’) y los pozos de llenado (10, 10’) con el medio de llenado (19), se insertan partículas y/o líquido en dicho chip (17); e) se conecta la tercera pieza (3) de encapsulado a un circuito fluídico (20) en el que se integra el dispositivo, a través de los conectores microfluídicos (14) de la tercera pieza (3).

10 f) se conecta la tercera pieza (3) de encapsulado a la segunda pieza (2) de llenado, a través de la aplicación de los medios de cierre hermético externo (11’’) y de medios externos de acoplamiento o unión (11, 11’, 12) entre la segunda pieza (2) y la tercera pieza (3), y configurando dichos medios externos de cierre hermético (11’’) y medios externos de acoplamiento (11, 11’, 12) en la primera posición de configuración del dispositivo, pero sin aplicar los medios internos de conexión hermética

15 (13) entre las piezas segunda (2) y tercera (3). g) manteniendo el dispositivo en la primera posición de configuración, se bombea líquido a través del circuito fluídico (20), para purgarlo de aire. h) una vez que todo el aire se ha retirado del circuito (20) fluídico o microfluídico, se realiza la conexión hermética interna entre la tercera pieza (3) y la segunda pieza (2), a través de los medios internos de

20 conexión hermética (13), en la segunda posición de configuración del dispositivo, cerrando el circuito fluídico completo de dicho dispositivo y trasladando el líquido que satura los pozos de llenado (10, 10’) y, opcionalmente, burbujas de aire residual en el circuito (20), a la cámara de purgado (15).

FIG. 1

FIG. 2

FIG. 3 FIG. 4

FIG. 5 FIG. 6a

FIG. 6b FIG. 7

FIG. 8 FIG. 9

FIG. 10a

FIG. 10b FIG. 11

FIG. 12a

FIG. 12