ES2667430B1 - Dispositivo conector para circuitos microfluidicos - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓN
DISPOSITIVO CONECTOR PARA CIRCUITOS MICROFLUÍDICOS
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se enmarca en el ámbito de los dispositivos microfluídicos y, de modo general, en el campo técnico relativo a la microfluídica para cultivo celular y análisis in vitro. Más concretamente, el objeto de la invención se refiere a un conector para dispositivos microfluídicos, que permite evitar la inserción de las burbujas presentes en los fluidos de trabajo durante la conexión de los componentes de un circuito fluídico a dichos dispositivos microfluídicos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El cultivo de células in vitro es una técnica ampliamente utilizada, que permite la observación del comportamiento, morfología y estado físico de las células, o la realización de análisis bioquímicos y ensayos bajo determinadas condiciones biológicas. Por otro lado, la microfluídica es la ciencia encargada del estudio del comportamiento de los microfluidos, disciplina de gran importancia en el estudio de procesos biológicos a microescala y mesoescala en la que se emplean dispositivos para tal fin, denominados dispositivos microfluídicos o dispositivos de microfluídica.
En los dispositivos de microfluídica para cultivo celular y análisis biológico se hace circular el fluido en el que se encuentran inmersas las células, con el objetivo de simular entornos biomiméticos en los cultivos, obteniéndose así resultados in vitro que son extrapolables a las situaciones in vivo en mayor o menor medida, en función de la reproducibilidad en el ensayo de las condiciones que la célula experimentaría en un organismo vivo. Es, por tanto, de vital importancia contar con dispositivos que permitan una óptima circulación de los fluidos de trabajo, evitando problemas derivados de las características de dichos dispositivos, con el objetivo de mejorar la reproducibilidad de los procesos en un organismo vivo.
Es conocido en el estado de la técnica que uno de los principales problemas relacionados con el uso de dispositivos de microfluídica, tanto para realizar cultivos celulares como en otro tipo de aplicaciones, es la aparición accidental de burbujas de aire en el fluido. Dichas
burbujas aparecen especialmente en determinadas zonas de los dispositivos, como pueden ser las conexiones con canales de circulación de fluidos o las entradas y salidas de los chips microfluídicos en los que se encuentra alojado el cultivo. Este problema implica graves limitaciones en la práctica, por lo que, en los últimos años, se han desarrollado diversos sistemas de eliminación de burbujas del fluido en su paso por el dispositivo microfluídico, bien confinándolas en una zona localizada de dicho dispositivo o bien evitando su presencia en el mismo, mediante el uso de trampas para burbujas, como el sistema empleado en la patente europea EP 1792655 B1. En este contexto, existen en el mercado dispositivos de microfluídica con distintos sistemas de eliminación de burbujas, que pueden estar integrados en el propio dispositivo, o colocados a la entrada del mismo, de forma que el fluido entrante ya no contenga burbujas de aire.
Otra de las soluciones existentes en el mercado, de menor complejidad y planteada como mejora de las mencionadas anteriormente, es el uso de piezas o sistemas de encapsulado como el dispositivo de la solicitud de patente internacional WO 2014/053678 A1. No obstante, estos sistemas presentan limitaciones derivadas de las conexiones entre el encapsulado y el dispositivo como, por ejemplo, la posibilidad de contaminación con flujos indeseados o contaminantes procedentes de otros canales de circulación de fluido. Asimismo, el uso de piezas o sistemas de encapsulado implica un riesgo de aparición de errores de conexión debidos a tolerancias de fabricación, y conlleva la necesidad de utilización de piezas elásticas en las juntas, para asegurar que dichas conexiones sean herméticas.
El principal inconveniente de los sistemas de eliminación de burbujas disponibles en la actualidad es que las burbujas eliminadas del fluido quedan atrapadas en el interior de las trampas o de los canales del dispositivo, lo que implica la necesidad de vaciado de dichos canales cada cierto tiempo, añadiendo riesgos y problemas derivados de dicha operación. Otra desventaja es la complejidad que añaden a los sistemas microfluídicos en los que están integrados, ya sea de manera interna o externa a los dispositivos de microfluídica.
Por tanto, se hace necesario disponer en el mercado de alternativas más sencillas para la eliminación de burbujas en dispositivos de microfluídica, que no requieran del uso de encapsulados ni de otros métodos de mayor complejidad, como aquellos que implican el uso de membranas o la generación de vacío en el dispositivo y que, adicionalmente, canalicen las burbujas eliminadas del fluido al exterior del dispositivo, de forma que éstas no queden
atrapadas en el interior del mismo, haciendo que sea necesario el vaciado o la limpieza cíclica de los canales microfluídicos.
A la vista de los problemas técnicos antes mencionados, el conector objeto de la presente invención está destinado a resolver dicha necesidad, mediante un conector que permite evitar de forma eficaz la presencia de burbujas en dispositivos de microfluídica, sin necesidad de un encapsulado accesorio y con un diseño sencillo. De este modo, la invención permite eliminar burbujas durante la conexión de un circuito fluídico a uno o más dispositivos de microfluidos, así como purgar dicho circuito fluídico antes de su conexión a los dispositivos in situ.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN
Un objeto de la presente invención es, pues, proporcionar una solución para evitar la presencia de burbujas en dispositivos microfluídicos, como alternativa a las soluciones existentes en el estado de la técnica. Para ello, se propone un conector para dispositivos microfluídicos que comprende un acoplamiento para uno o más canales de circulación de fluido, adaptado para la entrada o salida de dicho fluido a/desde el dispositivo microfluídico a través del conector.
Más concretamente, el objeto de la invención es un dispositivo conector apto para su aplicación a un circuito microfluídico, donde dicho dispositivo comprende al menos un acoplamiento entre un componente microfluídico externo y una entrada o salida de dicho circuito microfluídico. Ventajosamente, dicho acoplamiento está adaptado para alojar un medio de conexión entre el componente externo y el dispositivo conector; y comprende, adicionalmente, una abertura de escape configurada como medio de evacuación de gas (por ejemplo, aire) durante la conexión de dicho componente externo a la entrada o salida del circuito microfluídico.
Se consigue con ello evitar la presencia de burbujas en el dispositivo, eliminándolas durante la conexión y el paso de fluido del circuito microfluídico al dispositivo microfluídico, a través del acoplamiento objeto de la invención y de su abertura de escape asociada. De este modo, el fluido entrante al dispositivo microfluídico está libre de burbujas sin la necesidad de utilizar otros sistemas más complejos, tales como los sistemas de encapsulado.
En una realización preferente de la invención, el dispositivo conector comprende al menos
un pozo de vertido de fluido procedente de la abertura de escape, cuyo origen es bien el propio circuito microfluídico, o bien los componentes externos a conectar al dispositivo. Lo descrito anteriormente permite eliminar la necesidad periódica de vaciado y limpieza del conector durante la fase de purga previa a la conexión. De este modo, se facilita la eliminación del aire que entre en el circuito debido a cambios en la presión del mismo, succión o arrastre accidental del aire al interior de este, permitiendo una conexión segura y libre de burbujas. Asimismo, se consigue el aislamiento del fluido con burbujas desechado del circuito fluídico.
En una realización de la invención basada en el uso de un pozo de vertido, el dispositivo conector comprende al menos dos acoplamientos dispuestos sobre un mismo pozo de vertido. Alternativa o complementariamente, el dispositivo comprende un pozo de vertido dispuesto de forma que recoge el fluido procedente de un único acoplamiento a través de su abertura de escape correspondiente. El pozo de vertido permite recoger el fluido sobrante y purgar el circuito fluídico, de manera que no hay un trasvase incontrolado de líquido al interior del dispositivo de microfluidos, y supone una ganancia en higiene durante la recogida del líquido. Ello se traduce en facilidad de manejo para el usuario final y una menor probabilidad de contaminación.
En otra realización preferente de la invención, el circuito microfluídico comprende uno o más de los siguientes elementos, aisladamente o en combinación: canales o microcanales de circulación, cámaras o microcámaras de alojamiento de muestras biológicas, chips microfluídicos. Se consigue con ello una gran versatilidad, que hace al dispositivo apto para una gran variedad de aplicaciones biológicas y de microfluídica.
En otra realización preferente de la invención, el dispositivo comprende acoplamientos a, al menos, una entrada y una salida del circuito microfluídico. Se garantiza así que el fluido que llega y abandona el circuito microfluídico lo hace exento de burbujas de aire.
En otra realización preferente de la invención, el acoplamiento se basa en un medio de conexión por roscado. No obstante, dicho acoplamiento puede basarse en otros medios, como por ejemplo un medio de conexión por presión, o mediante clip.
En otra realización preferente de la invención, la entrada o la salida del circuito microfluídico están equipadas con un medio de conexión estanca. Más preferentemente, dicha conexión
comprende una o más juntas tóricas, eliminándose la necesidad de otros medios internos de conexión y evitando los problemas derivados de sus tolerancias propias.
En otra realización preferente de la invención, uno o más de los elementos que conforman el dispositivo conector están fabricados con un material biocompatible. Más preferentemente, dicho material comprende metacrilato (PMMA), policarbonato (PC), polímeros o copolímeros de olefina cíclica, fotorresinas poliméricas o materiales afines.
En otra realización preferente de la invención, uno o más de los elementos que conforman el dispositivo conector están fabricados con un material ópticamente transparente o radiotransparente.
Se aportan, a continuación, definiciones de algunos de los términos principales empleados en la presente descripción, y de su ámbito de interpretación a la luz de la invención aquí reivindicada:
Un dispositivo conector se ha de interpretar como un medio de conexión de un circuito microfluídico alojado en dicho dispositivo con uno o más componentes microfluídicos externos a dicho dispositivo.
Un circuito microfluídico ha de interpretarse como cualesquiera elementos microfluídicos alojados en el dispositivo conector, tales como canales o microcanales, cámaras o microcámaras de alojamiento o cultivo, chips microfluídicos, o elementos análogos utilizados en el ámbito de la microfluídica o de las tecnologías de sistemas de laboratorio en chip.
Una entrada al circuito microfluídico ha de interpretarse como cualquier medio de paso a través del cual se introduce fluido en dicho circuito, y donde dicha entrada está configurada para su conexión con un componente microfluídico externo al dispositivo conector.
Una salida del circuito microfluídico ha de interpretarse como cualquier medio de paso a través del cual se extrae fluido de dicho circuito, y donde dicha salida está configurada para su conexión con un componente microfluídico externo al dispositivo conector.
Un acoplamiento de componentes microfluídicos externos al dispositivo conector ha de interpretarse como cualquier medio configurado para conectar una entrada o una salida del
circuito microfluídico con un canal de circulación conectado a un componente microfluídico externo al dispositivo conector.
Un componente microfluídico externo ha de interpretarse como cualquier elemento configurado con medios de circulación o alojamiento de fluido en un sistema microfluídico, tales como circuitos externos adicionales, bombas de circulación, fuentes de alimentación de fluido, etc.
Una abertura de escape ha de interpretarse como una abertura practicada en el propio acoplamiento del dispositivo conector, dispuesta de forma que permite la salida o expulsión de gases durante el proceso de purga o pre-conexión de un componente microfluídico externo a una entrada o salida del dispositivo conector. Como ejemplo, en un acoplamiento roscado, la abertura puede disponerse paralela al eje de la rosca y en su perímetro longitudinal exterior, de forma que siempre quede libre una porción de dicha abertura para el escape de aire hasta completar el recorrido de cierre de dicha rosca.
Un pozo de vertido ha de interpretarse como cualesquiera medios de recepción y/o alojamiento del fluido procedente de la abertura de escape durante el procedimiento de conexión de un componente microfluídico externo a una entrada o salida del dispositivo conector, con fines de almacenamiento o desechado de dicho fluido, aislándolo de la zona de conexión fluídica y canales del dispositivo.
La expresión "comprende” ha de interpretarse, cuando se aplica a la relación entre un elemento principal respecto a otros elementos secundarios, como que dicho elemento principal incluye o contiene dichos elementos secundarios, pero sin exclusión de otros elementos adicionales.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Para completar la descripción de la invención y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de sus características técnicas, se acompaña el presente documento de un juego de figuras donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se representa lo siguiente:
La Figura 1 muestra una vista en perspectiva superior del conector objeto de la invención, según una realización preferente de la misma.
La Figura 2 muestra dos vistas en planta y alzado del conector objeto de la invención, según otra realización preferente de la misma.
La Figura 3 muestra una vista externa en perspectiva isométrica del conector objeto de la invención, según la realización preferente de la misma según la Figura 2.
REFERENCIAS NUMÉRICAS UTILIZADAS EN LAS FIGURAS
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Se expone, a continuación, una descripción detallada de la invención, referida a una realización preferente de la misma basada en las Figuras 1-3 del presente documento.
Tal y como se muestra en la Figura 1, la presente invención se refiere a un dispositivo conector (1) para su aplicación a un circuito microfluídico (2), donde dicho circuito (2) puede comprender uno o más medios de circulación o alojamiento de fluidos, tales como canales de circulación, cámaras o microcámaras de alojamiento, chips microfluídicos, o similares. De este modo, el dispositivo conector (1) de la invención se plantea, preferentemente, como un medio de conexión entre una o más entradas (3) y/o salidas (4) del circuito microfluídico (2) y uno o más componentes microfluídicos externos, donde el diseño y los elementos que conforman el dispositivo conector (1) garantizan que el fluido en circulación a través de dicho circuito microfluídico (2) llegue o abandone el mismo evitando la presencia de burbujas en la fase de purgado y conexión.
En diferentes realizaciones de la invención, el dispositivo conector (1) puede albergar elementos destinados al análisis in vitro (incluyendo, por ejemplo, cámaras de alojamiento o chips de cultivo como parte del circuito microfluídico (2)) o puede plantearse como un medio de eliminación de burbujas entre varios componentes externos (incluyendo, por ejemplo, microcanales de conexión o distribución como elementos del circuito (2), tal y como se muestra en la Figura 1), donde los mismos se encuentran conectados a las entradas (3) y/o a las salidas (4) del dispositivo (1).
Asimismo, en una realización de la invención ilustrada por la Figura 2, el dispositivo conector (1) puede comprender tanto entradas (3) como salidas (4) dispuestas en diferentes puntos de conexión con el circuito microfluídico (2). Mediante dicha realización, se garantiza la ausencia de burbujas tanto al llegar como al abandonar el circuito (2).
Para la conexión de las entradas (3) y/o las salidas (4) del dispositivo (1) con los componentes externos (por ejemplo, circuitos fluídicos externos adicionales, bombas de circulación, fuentes de alimentación de fluido, etc.), se plantea el uso de acoplamientos (5) correspondientes (Figuras 1-3), donde cada uno de dichos acoplamientos (5) está adaptado para alojar un canal de conexión entre el componente externo y el dispositivo conector (1) de la invención. Preferentemente, los acoplamientos (5) se basan en medios de conexión por roscado, si bien otros mecanismos tales como medios de conexión por presión o mediante clip son también posibles en el ámbito de la invención.
Para evitar la formación de burbujas al conectar los componentes fluídicos externos con el acoplamiento (5) y su respectiva entrada (3) o salida (4), dicho acoplamiento (5) está equipado con una abertura de escape (6) configurada como medio de evacuación de aire durante la fase de purga previa a la conexión de dicho componente externo. De este modo, cualquier burbuja procedente del componente a conectar será evacuada a través de la abertura de escape (6). Ello evita, además, tener que utilizar otros sistemas más complejos o que impliquen la necesidad de vaciado de dichos canales cada cierto tiempo, lo que añade riesgos de contaminación y problemas derivados de dicha operación. En el ejemplo de realización de las Figuras 1-3 basado en acoplamientos (5) por roscado, todas las burbujas de aire producidas durante el proceso de conexión (esto es, durante el roscado del canal de conexión externo al acoplamiento (5)) se eliminan a través de la abertura de escape (6) existente en dichos acoplamientos (5) roscados.
Como ventaja adicional del dispositivo conector (1) objeto de la invención, la existencia de una abertura de escape (6) permite la salida del exceso de fluido durante el proceso de cerrado del dispositivo microfluídico (2), evitando así sobrepresiones en el interior del circuito microfluídico (2).
Asimismo, en una realización preferente de la invención, el dispositivo conector (1) objeto de la invención comprende al menos un pozo de vertido (7) de fluido procedente de la abertura de escape (6), cuyo origen es bien el propio circuito microfluídico (2), o bien los componentes externos a conectar al dispositivo (1). El pozo de vertido (7) proporciona ventajas adicionales a la invención, ya que permite recoger el fluido de desecho perdido durante la conexión, almacenándolo para su análisis o su eliminación posterior, en el momento deseado. Preferentemente, el pozo de vertido (7) es un pozo abierto, para facilitar el acceso a su contenido con fines de análisis o eliminación.
En diferentes realizaciones de la invención, cada abertura de escape (6) puede estar conectada a un único pozo de vertido (7), o se puede disponer un mismo pozo (7) para recoger el fluido procedente de varias aberturas (6). El primer caso resulta ventajoso en aplicaciones de análisis, ya que permite mantener cada fluido aislado por cada componente externo conectado al dispositivo (1). Por su parte, el uso de un pozo de vertido (7) común puede resultar adecuado en aplicaciones de eliminación de fluido.
En diferentes realizaciones de la invención, es posible configurar los acoplamientos (5), las entradas (3) o las salidas (4) del circuito microfluídico (2) con medios de conexión estanca, tales como juntas tóricas, lo que supone una medida adicional para garantizar un adecuado acoplamiento del dispositivo conector (1) de la invención con los componentes microfluídicos externos.
Asimismo, los elementos que conforman el dispositivo conector (1) de la invención están fabricados, preferentemente, con materiales biocompatibles (es decir, de uno o más compuestos farmacológicamente inertes que no interfieran negativamente con los cultivos o materiales biológicos alojados en el circuito microfluídico), tales como el metacrilato (PMMA), policarbonato (PC), fotorresinas poliméricas como el SU-8, polímeros o copolímeros de olefina cíclica, etc.
Para aquellas aplicaciones de la invención destinadas al de análisis biológico por medio de
instrumental óptico, uno o más de los elementos que conforman el dispositivo conector (1) pueden ser ópticamente transparentes o radiotransparentes, para facilitar el acceso al material biológico de dicho instrumental.
Claims (14)
1. 
- Dispositivo conector (1) para su aplicación a un circuito microfluídico (2), donde dicho dispositivo (1) comprende al menos un acoplamiento (5) entre un componente microfluídico externo y una entrada (3) o salida (4) de dicho circuito microfluídico (2), caracterizado por que dicho acoplamiento (5) está adaptado para alojar un medio de conexión entre el componente externo y el dispositivo conector (1); y comprende, adicionalmente, una abertura de escape (6) configurada como medio de evacuación de gas durante la conexión de dicho componente externo a la entrada (3) o salida (4) del circuito microfluídico (2).
2. 
- Dispositivo conector (1) según la reivindicación anterior, donde el circuito microfluídico (2) comprende uno o más de los siguientes elementos, aisladamente o en combinación: canales o microcanales de circulación, cámaras o microcámaras de alojamiento de muestras biológicas, chips microfluídicos.
3. - Dispositivo conector (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende acoplamientos (5) a, al menos, una entrada (3) y una salida (4) del circuito microfluídico (2).
4. 
- Dispositivo conector (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el acoplamiento (5) comprende un medio de conexión por roscado.
5. 
- Dispositivo conector (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el acoplamiento (5) comprende un medio de conexión por presión o mediante clip.
6. 
- Dispositivo conector (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos un pozo de vertido (7) de fluido procedente de la abertura de escape (6), cuyo origen es bien el propio circuito microfluídico (2), o bien los componentes externos a conectar al dispositivo (1).
7. 
- Dispositivo conector (1) según la reivindicación anterior, que comprende al menos dos acoplamientos (5) dispuestos sobre un mismo pozo de vertido (7).
8. 
- Dispositivo conector (1) según cualquiera de las reivindicaciones 6-7, que comprende un pozo de vertido (7) dispuesto de forma que recoge el fluido procedente de un único acoplamiento (5) a través de su abertura de escape (7) correspondiente.
9. 
- Dispositivo conector (1) según cualquiera de las reivindicaciones 6-7, donde el pozo de vertido (7) es un pozo abierto.
10. 
- Dispositivo conector (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el acoplamiento (5), la entrada (3) o la salida (4) del circuito microfluídico (2) está equipada con medios de conexión estanca.
11. 
- Dispositivo conector (1) según la reivindicación anterior, donde los medios de conexión estanca comprenden una o más juntas tóricas.
12. 
- Dispositivo conector (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde uno o más de los elementos que conforman dicho dispositivo (1) están fabricados con un material biocompatible.
13. - Dispositivo conector (1) según la reivindicación anterior, donde el material biocompatible comprende metacrilato (PMMA), policarbonato (PC), polímeros o copolímeros de olefina cíclica, o fotorresinas poliméricas.
14. 
- Dispositivo conector (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde uno o más de los elementos que conforman dicho dispositivo (1) están fabricados con un material ópticamente transparente o radiotransparente.
Priority Applications (3)
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