ES2683698T3 - Methods and systems for microfluidic processing - Google Patents

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ES2683698T3 ES02715213.1T ES02715213T ES2683698T3 ES 2683698 T3 ES2683698 T3 ES 2683698T3 ES 02715213 T ES02715213 T ES 02715213T ES 2683698 T3 ES2683698 T3 ES 2683698T3
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Kalyan Handique
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Abstract

Un dispositivo microfluídico (110) para procesar una muestra microfluídica que contiene células, que comprende: un módulo de lisis (300) configurado para recibir una muestra microfluídica que contiene células, en el que el módulo de lisis comprende una zona de lisis (302), en el que la muestra microfluídica es un líquido; un elemento de posicionamiento (312) configurado para inhibir el movimiento corriente abajo de la muestra microfluídica para posicionar la muestra microfluídica en una posición de lisis; un mecanismo de lisis (308) dentro de la zona de lisis (302), para liberar contenido intracelular a partir de células dentro de la zona de lisis; y un accionador de gas (314) dispuesto corriente arriba del elemento de posicionamiento (312) y la zona de lisis (302) de modo que una prima parte de la muestra microfluídica se dispone corriente arriba del accionador de gas (314) y una segunda parte de la muestra microfluídica se dispone corriente abajo del accionador de gas (314) y corriente arriba del elemento de posicionamiento (312), configurado el accionador de gas (314) para proporcionar una presión de gas suficiente para preparar una microgota (304) que tenga un volumen predeterminado que comprenda contenido intracelular liberado a partir de células de la muestra microfluídica que contiene células dentro de la zona de lisis (302) mediante la separación de la segunda parte de la muestra microfluídica de la primera parte de la muestra microfluídica y moviendo la segunda parte de la muestra microfluídica a un emplazamiento corriente abajo del mecanismo de lisis (308) y el elemento de posicionamiento (312).A microfluidic device (110) for processing a microfluidic sample containing cells, comprising: a lysis module (300) configured to receive a microfluidic sample containing cells, wherein the lysis module comprises a lysis zone (302) , in which the microfluidic sample is a liquid; a positioning element (312) configured to inhibit the downstream movement of the microfluidic sample to position the microfluidic sample in a lysis position; a lysis mechanism (308) within the lysis zone (302), to release intracellular content from cells within the lysis zone; and a gas actuator (314) disposed upstream of the positioning element (312) and the lysis zone (302) so that a premium part of the microfluidic sample is disposed upstream of the gas actuator (314) and a second part of the microfluidic sample is disposed downstream of the gas actuator (314) and upstream of the positioning element (312), the gas actuator (314) configured to provide sufficient gas pressure to prepare a micro drop (304) that has a predetermined volume comprising intracellular content released from cells of the microfluidic sample containing cells within the lysis zone (302) by separating the second part of the microfluidic sample from the first part of the microfluidic sample and moving the second part of the microfluidic sample at a location downstream of the lysis mechanism (308) and the positioning element (312).

Description

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DESCRIPCIONDESCRIPTION

Metodos y sistemas para procesamiento microflmdico Campo de la invencionMethods and systems for microfilm processing Field of the invention

La presente invencion se refiere a metodos y sistemas para procesar muestras mediante el uso de sistemas microflmdicos.The present invention relates to methods and systems for processing samples through the use of microfluidic systems.

AntecedentesBackground

Los dispositivos microflmdicos estan formados normalmente de sustratos (fabricados con silicio, vidrio, ceramica, plastico y/o cuarzo) que incluyen una red de microcanales a traves de los cuales fluye el fluido con el control de un mecanismo de propulsion. Los microcanales tienen normalmente al menos una dimension que es del orden de nanometros a cientos de micrometros.Microfluidic devices are normally formed of substrates (made of silicon, glass, ceramic, plastic and / or quartz) that include a network of microchannels through which the fluid flows with the control of a propulsion mechanism. The microchannels normally have at least one dimension that is of the order of nanometers to hundreds of micrometers.

Los dispositivos microflmdicos ofrecen varias ventajas sobre una instrumentacion a macro escala tradicional. Por ejemplo, en general, requieren muestras de fluido sustancialmente mas pequenas, usan mucho menos reactivo y procesan estos fluidos a velocidades sustancialmente superiores que el equipamiento a macro escala. Un dispositivo microflmdico puede utilizar solo cantidades mmimas de muestra para determinar propiedades qmmicas y ffsicas de la muestra, tales como sometiendo la muestra a procesamiento de fluidos.Micro-medical devices offer several advantages over traditional macro-scale instrumentation. For example, in general, they require substantially smaller fluid samples, use much less reagent and process these fluids at substantially higher speeds than macro-scale equipment. A microfilm device can use only minimal amounts of sample to determine chemical and physical properties of the sample, such as subjecting the sample to fluid processing.

En muchos casos, la precision de tal procesamiento de fluidos depende de las cantidades de muestra relativas y reactivo usados. Por ejemplo, cuando una muestra se analiza para su "huella genetica" de ADN, los resultados pueden depender de la concentracion de reactivos usado para aumentar el ADN presente en la muestra. De este modo, si se usa una relacion inadecuada de muestra con respecto a reactivo, el resultado puede ser impreciso. Puesto que los dispositivos microflmdicos procesan muestras y reactivos en cantidades mmimas, incluso las mas minima incertidumbre en la cantidad de reactivo o muestra usada puede presentar una incerteza en los resultados de un analisis microflmdico.In many cases, the accuracy of such fluid processing depends on the relative sample amounts and reagent used. For example, when a sample is analyzed for its "genetic fingerprint" of DNA, the results may depend on the concentration of reagents used to increase the DNA present in the sample. Thus, if an inadequate sample ratio with respect to reagent is used, the result may be inaccurate. Since microflmedic devices process samples and reagents in minute quantities, even the slightest uncertainty in the amount of reagent or sample used can present an uncertainty in the results of a microflmedic analysis.

Las variaciones en la cantidad de muestras y reactivos procesados por un dispositivo microflmdico pueden originarse de varias fuentes. Por ejemplo, algunos dispositivos microflmdicos manipulan corrientes continuas que fluyen de lfquido. Los cambios en la viscosidad del lfquido pueden alterar la tasa de flujo de las corrientes y, de manera correspondiente, el tiempo requerido para introducir una cantidad predeterminada de material a un emplazamiento dado del dispositivo microflmdico. La dilucion de la muestra puede producirse cuando se usa una corriente de flujo lfquida para mover componentes de la muestra de un emplazamiento a otro dentro de un dispositivo microflmdico.Variations in the amount of samples and reagents processed by a microflmed device may originate from various sources. For example, some microfluidic devices manipulate continuous streams that flow from liquid. Changes in the viscosity of the liquid may alter the flow rate of the streams and, correspondingly, the time required to introduce a predetermined amount of material to a given location of the microfilm device. Dilution of the sample can occur when a liquid flow stream is used to move components of the sample from one location to another within a microfilm device.

El analisis de micro fluidos de celulas dentro de fluidos corporales resulta especialmente problematico debido a la relativamente pequena cantidad de celulas disponibles para su analisis y la dificultad inherente en la manipulacion de tales materiales.The analysis of cell micro fluids within body fluids is especially problematic due to the relatively small amount of cells available for analysis and the inherent difficulty in handling such materials.

La manipulacion de muestras puede implicar el movimiento de una muestra entre distintos emplazamientos dentro de un dispositivo microflmdico. Por ejemplo, se usan campos electricos como mecanismo de propulsion para algunos dispositivos microflmdicos. En tales dispositivos, se aplica un alto voltaje, del orden de kilovoltios, a traves de electrodos dentro del dispositivo para generar, de este modo, un campo electrico en los microcanales. El campo impone una fuerza de iones dentro del fluido, propulsando, de este modo, los iones a traves del microcanal. El fluido mismo tambien puede propulsarse por el movimiento de iones que se mueven dentro del fluido.Sample manipulation may involve the movement of a sample between different locations within a microfilm device. For example, electric fields are used as a propulsion mechanism for some microfluidic devices. In such devices, a high voltage, of the order of kilovolts, is applied through electrodes within the device to thereby generate an electric field in the microchannels. The field imposes an ion force within the fluid, thus propelling the ions through the microchannel. The fluid itself can also be propelled by the movement of ions that move within the fluid.

Tambien se usa presion de gas para propulsar fluido a traves de los microcanales. En algunos dispositivos, una fuente de gas presurizado, externa al dispositivo microflmdico, se conecta al dispositivo microflmdico para suministrar una presion de gas, que propulsa el fluido. La presion de gas tambien puede generarse por una camara calentada dentro del dispositivo microflmdico mismo para propagar fluido dentro de un microcanal.Gas pressure is also used to propel fluid through the microchannels. In some devices, a source of pressurized gas, external to the micro-chemical device, is connected to the micro-medical device to supply a gas pressure, which propels the fluid. The gas pressure can also be generated by a heated chamber inside the microfilm device itself to propagate fluid within a microchannel.

El documento WO98/22625 A1 desvela dispositivos y metodos de amplificacion de acido nucleico isotermicos microfabricados. El documento US 6.130.098 desvela dispositivos a micro escala que permiten el movimiento y mezcla de microgotas a traves de microcanales.WO98 / 22625 A1 discloses microfabricated isothermal nucleic acid amplification devices and methods. US 6,130,098 discloses micro-scale devices that allow the movement and mixing of microdroplets through microchannels.

Sumario de la invencionSummary of the invention

El alcance de proteccion se define en las reivindicaciones independientes, a las cuales se debe hacer ahora referencia. Las caractensticas ventajosas se exponen en las reivindicaciones dependientes.The scope of protection is defined in the independent claims, to which reference should now be made. Advantageous features are set forth in the dependent claims.

De acuerdo con un aspecto de la invencion reivindicada, se proporciona un dispositivo microflmdico para procesar una muestra microflmdica que contiene celulas, que comprende: un modulo de lisis configurado para recibir una muestra microflmdica que contiene celulas, en el que el modulo de lisis comprende una zona de lisis, en el que la muestra microflmdica es un lfquido; un elemento de posicionamiento configurado para inhibir el movimiento corrienteIn accordance with one aspect of the claimed invention, a micro-medical device is provided for processing a micro-medical sample containing cells, comprising: a lysis module configured to receive a micro-medical sample containing cells, in which the lysis module comprises a lysis zone, in which the microflmedic sample is a liquid; a positioning element configured to inhibit the current movement

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abajo de la muestra microflmdica para posicionar la muestra microflmdica en una posicion de lisis; un mecanismo de lisis dentro de la zona de lisis, para liberar contenido intracelular a partir de celulas dentro de la zona de lisis; y un accionador de gas dispuesto corriente arriba del elemento de posicionamiento y la zona de lisis de modo que una prima parte de la muestra microflmdica se dispone corriente arriba del accionador de gas y una segunda parte de la muestra microflmdica se dispone corriente abajo del accionador de gas y corriente arriba del elemento de posicionamiento, configurado el accionador de gas para proporcionar una presion de gas suficiente para preparar una microgota que tenga un volumen predeterminado que comprenda contenido intracelular liberado a partir de celulas de la muestra microflmdica que contiene celulas dentro de la zona de lisis mediante la separacion de la segunda parte de la muestra microflmdica de la primera parte de la muestra microflmdica y moviendo la segunda parte de la muestra microflmdica a un emplazamiento corriente abajo del mecanismo de lisis y el elemento de posicionamiento.below the microflmedic sample to position the microflmedical sample in a lysis position; a lysis mechanism within the lysis zone, to release intracellular content from cells within the lysis zone; and a gas actuator disposed upstream of the positioning element and the lysis zone so that a first part of the micro-chemical sample is arranged upstream of the gas actuator and a second part of the micro-medical sample is disposed downstream of the actuator of gas and upstream of the positioning element, the gas actuator configured to provide a sufficient gas pressure to prepare a micro drop having a predetermined volume comprising intracellular content released from cells of the microflmedical sample containing cells within the zone of lysis by separating the second part of the micro-medical sample from the first part of the micro-medical sample and moving the second part of the micro-medical sample to a location downstream of the lysis mechanism and the positioning element.

De acuerdo con otro aspecto de la invencion reivindicada, se proporciona un metodo microflmdico para procesar una muestra microflmdica que contiene celulas, que comprende: el posicionamiento, usando un elemento de posicionamiento, de la muestra microflmdica que contiene celulas en una posicion de lisis con respecto a un mecanismo de lisis de una zona de lisis de un modulo de lisis de un dispositivo microflmdico, la muestra microflmdica que contiene celulas que comprende un lfquido que contiene celulas; el accionamiento del mecanismo de lisis para liberar material intracelular de celulas de la muestra microflmdica que contiene celulas; el accionamiento de un accionador de gas dispuesto corriente arriba del elemento de posicionamiento y la zona de lisis para proporcionar una presion de gas suficiente para separar una parte de la muestra microflmdica que contiene celulas que se encuentra corriente abajo del accionador de gas y corriente arriba del elemento de posicionamiento desde una parte de la muestra microflmdica que contiene celulas que se encuentra corriente arriba del accionador de gas y mover la parte corriente abajo de la muestra microflmdica que contiene celulas a un emplazamiento corriente abajo del mecanismo de lisis y el elemento de posicionamiento, siendo la parte corriente abajo de la muestra microflmdica una microgota que comprende material intracelular liberado a partir de celulas de la muestra microflmdica que contiene celulas y que tiene un volumen predeterminado.In accordance with another aspect of the claimed invention, a micro-medical method is provided for processing a micro-medical sample containing cells, comprising: positioning, using a positioning element, of the micro-medical sample containing cells in a lysis position with respect to to a lysis mechanism of a lysis zone of a lysis module of a micro-medical device, the micro-medical sample containing cells comprising a liquid containing cells; actuation of the lysis mechanism to release intracellular material from cells of the microflmedic sample containing cells; the actuation of a gas actuator disposed upstream of the positioning element and the lysis zone to provide a sufficient gas pressure to separate a part of the microflmed sample containing cells that are downstream of the gas actuator and upstream of the positioning element from a part of the microflmedic sample containing cells that is upstream of the gas actuator and moving the downstream part of the microflmedic sample containing cells to a location downstream of the lysis mechanism and the positioning element, the downstream part of the microflmedic sample being a droplet comprising intracellular material released from cells of the microflmedic sample containing cells and having a predetermined volume.

En general, un primer aspecto de la divulgacion se refiere a un sistema y metodo para mover muestras, tales como fluidos, dentro de un sistema microflmdico. En un aspecto, la divulgacion se refiere al uso de una pluralidad de accionadores de gas para aplicar presion en distintos emplazamiento dentro del sistema microflmdico para suministrar, de este modo, fuerza para mover muestras. Por ejemplo, en una realizacion, un primer accionador de gas proporciona una presion de gas suficiente para mover una primera muestra desde un primer emplazamiento a un segundo emplazamiento del dispositivo microflmdico. Un segundo accionador de gas proporciona una presion de gas para mover otra muestra desde un tercer emplazamiento a un cuarto emplazamiento del dispositivo microflmdico.In general, a first aspect of the disclosure relates to a system and method for moving samples, such as fluids, within a microfluidic system. In one aspect, the disclosure refers to the use of a plurality of gas actuators to apply pressure at different locations within the microfilm system to thereby supply force to move samples. For example, in one embodiment, a first gas actuator provides sufficient gas pressure to move a first sample from a first location to a second location of the microfilm device. A second gas actuator provides a gas pressure to move another sample from a third location to a fourth location of the microfilm device.

En otro ejemplo, una pluralidad de accionadores de gas cooperan para mover la misma muestra de fluido. Un primer accionador de gas proporciona una presion de gas suficiente para mover la microgota entre la primera y segunda zona de procesamiento del dispositivo microflmdico y, un segundo accionador de gas proporciona una presion de gas para mover la microgota a una tercera zona de procesamiento.In another example, a plurality of gas actuators cooperate to move the same fluid sample. A first gas actuator provides sufficient gas pressure to move the micro drop between the first and second processing zone of the microfilm device and, a second gas actuator provides a gas pressure to move the micro drop to a third processing zone.

En realizaciones preferentes, la pluralidad de accionadores son integrales con una red microflmdica a traves los cuales fluyen las muestras microflmdicas. Por ejemplo, puede fabricarse una pluralidad de accionadores de gas en el mismo sustrato que forma la red microflmdica. Un tal accionador de gas de acopla a la red en un primer emplazamiento para proporcionar presion de gas para mover una muestra microflmdica dentro de la red. Otro accionador de gas de acopla a la red en un segundo emplazamiento para proporcionar presion de gas para mover adicionalmente al menos una parte de la muestra microflmdica dentro de la red.In preferred embodiments, the plurality of actuators are integral with a micro-medical network through which the micro-chemical samples flow. For example, a plurality of gas actuators can be manufactured on the same substrate that forms the microfilm network. One such gas actuator engages the network at a first location to provide gas pressure to move a microflmed sample into the network. Another gas actuator engages the network at a second location to provide gas pressure to additionally move at least a portion of the micro-chemical sample within the network.

En otro aspecto, la divulgacion se refiere al uso de valvulas con la pluralidad de accionadores. Por ejemplo, en una realizacion, se acopla una valvula a una red microflmdica de modo que, cuando la valvula esta cerrada, afsla sustancialmente el segundo accionador de gas del primer accionador de gas. Tales valvulas pueden controlar la direccion de la fuerza propulsiva de los accionadores evitando que el gas en expansion viaje en determinadas direcciones, mientras que permiten que se expanda en la direccion deseada. Tambien amplfan el alcance sobre el cual un accionador puede propulsar una microgota, evitando que el gas se disipe en determinadas areas corriente arriba de la microgota.In another aspect, the disclosure refers to the use of valves with the plurality of actuators. For example, in one embodiment, a valve is coupled to a micro-medical network so that, when the valve is closed, it substantially loosens the second gas actuator of the first gas actuator. Such valves can control the direction of the propulsive force of the actuators by preventing the expanding gas from traveling in certain directions, while allowing it to expand in the desired direction. They also extend the range over which an actuator can propel a micro drop, preventing the gas from dissipating in certain areas upstream of the micro drop.

Otro aspecto de la presente divulgacion se refiere a un sistema de microfluido y metodo para procesar un fluido que contiene partfculas, tales como, por ejemplo, un lfquido que contiene celulas bacterianas o celulas humanas.Another aspect of the present disclosure relates to a microfluidic system and method for processing a fluid containing particles, such as, for example, a liquid containing bacterial cells or human cells.

En un aspecto, la divulgacion se refiere a la preparacion de una muestra de partfculas enriquecida a partir del fluido que contiene partfculas. Por ejemplo, un sistema microflmdico para preparar una muestra enriquecida incluye una zona de enriquecimiento y un miembro de circulacion de flujo dispuesto en comunicacion de fluido con la zona de enriquecimiento. El miembro de circulacion de flujo permite que el flujo del fluido que contiene partfculas pase a traves y salga de la zona de enriquecimiento, mientras que causa que las partfculas del fluido que contiene partfculas se acumulen dentro de la zona, preparando, de este modo, una muestra de partfculas enriquecida en la zona de enriquecimiento. El miembro de circulacion de flujo puede incluir una pluralidad de vfas, tales como poros,In one aspect, the disclosure relates to the preparation of a sample of particles enriched from the fluid containing particles. For example, a microfluidic system for preparing an enriched sample includes an enrichment zone and a flow circulation member arranged in fluid communication with the enrichment zone. The flow circulating member allows the flow of the fluid containing particles to pass through and out of the enrichment zone, while causing the particles of the fluid containing particles to accumulate within the zone, thereby preparing, a sample of enriched particles in the enrichment zone. The flow circulating member may include a plurality of vias, such as pores,

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que tengan un tamano suficiente para permitir el pasaje del fluido a traves de los mismos pero de un tamano suficientemente pequeno para permitir el pasaje de partfculas a traves de los mismos. Miembros de circulacion de flujo adecuados estan compuestos de, por ejemplo, elementos de filtro, tales como papel de filtro, vidrios porosos y geles porosos.that have a sufficient size to allow the passage of the fluid through them but of a size sufficiently small to allow the passage of particles through them. Suitable flow circulation members are composed of, for example, filter elements, such as filter paper, porous glasses and porous gels.

El sistema microflmdico puede incluir un accionador que mueve la muestra de partfcula enriquecida desde la zona de enriquecimiento sin esencialmente disolucion de la muestra de partfculas enriquecida. En una forma de realizacion, el accionador es un accionador de gas que mueve la muestra aumentando una presion de gas asociada con una parte corriente arriba de la zona de enriquecimiento con relacion a la presion de gas asociada con el canal corriente abajo. Por ejemplo, el accionador de gas puede incluir una fuente de calor en contacto termico con un volumen de gas. La expansion del gas cuando se acciona la fuente de calor crea una presion de gas suficiente para mover la muestra de partfcula enriquecida desde la zona de enriquecimiento a otro emplazamiento dentro del sistema microflmdico, tal como un emplazamiento que contiene modulos para procesamiento de fluidos adicional.The microfilm system may include an actuator that moves the enriched particle sample from the enrichment zone without essentially dissolving the enriched particle sample. In one embodiment, the actuator is a gas actuator that moves the sample by increasing a gas pressure associated with an upstream portion of the enrichment zone relative to the gas pressure associated with the downstream channel. For example, the gas actuator may include a heat source in thermal contact with a volume of gas. The expansion of the gas when the heat source is operated creates a sufficient gas pressure to move the enriched particle sample from the enrichment zone to another location within the microfilm system, such as a location containing modules for additional fluid processing.

En otro aspecto, la divulgacion se refiere a un sistema microflmdico y metodo para procesar una muestra de partfcula enriquecida que incluye celulas atrapadas en un lfquido. Por ejemplo, el sistema incluye una zona de lisis para recibir la muestra que contiene celulas enriquecida y un elemento de posicionamiento para posicionar la muestra que contiene celulas enriquecida en una posicion de lisis en las proximidades de un mecanismo de lisis. El mecanismo de lisis libera material intracelular, tal como ADN o ARN, a partir de las celulas. En una forma de realizacion, el mecanismo de lisis incluye electrodos para generar un campo electrico suficiente para liberar contenido intracelular a partir de las celulas. Como alternativa, el mecanismo de lisis puede lisar las celulas usando tecnicas qmmicas, termicas y/o ultrasonicas o cualquier combinacion de estas tecnicas.In another aspect, the disclosure refers to a microfluidic system and method for processing an enriched particle sample that includes cells trapped in a liquid. For example, the system includes a lysis zone to receive the sample containing enriched cells and a positioning element to position the sample containing enriched cells in a lysis position in the vicinity of a lysis mechanism. The lysis mechanism releases intracellular material, such as DNA or RNA, from the cells. In one embodiment, the lysis mechanism includes electrodes to generate a sufficient electric field to release intracellular content from the cells. Alternatively, the lysis mechanism can lyse the cells using chemical, thermal and / or ultrasonic techniques or any combination of these techniques.

En una forma de realizacion, la zona de lisis libera contenido intracelular a partir de celulas del fluido que contiene celulas y, a continuacion, prepara a partir de este fluido una microgota que contiene contenido intracelular liberador de las celulas. La microgota esta preferentemente preparada a partir de solo una parte del fluido que contiene celulas. Por ejemplo, una microgota preferente incluye menos de aproximadamente el 90 por ciento del fluido que contiene celulas. En otra realizacion, la zona de lisis recibe una microgota del fluido que contiene celulas y libera el contenido intracelular de las celulas dentro de la gota.In one embodiment, the lysis zone releases intracellular content from cells of the fluid containing cells and then prepares from this fluid a micro drop containing intracellular content releasing cells. The micro drop is preferably prepared from only a part of the fluid containing cells. For example, a preferred micro drop includes less than about 90 percent of the cell-containing fluid. In another embodiment, the lysis zone receives a micro drop of the fluid containing cells and releases the intracellular content of the cells within the drop.

En otro aspecto, la divulgacion se refiere a un sustrato microflmdico para procesar el contenido intracelular de celulas suspendidas en fluidos. El sustrato incluye una zona de enriquecimiento, un modulo de lisis, un modulo de formacion de microgota, modulo de mezcla y un modulo de amplificacion. La zona de enriquecimiento que prepara una muestra de partfculas enriquecida a partir del fluido que contiene celulas. El modulo de lisis, que esta acoplado a la zona de enriquecimiento para recibir la muestra de partfcula enriquecida, libera material intracelular de celulas dentro de la muestra para, de este modo, formar una muestra lisada. El modulo de formacion de microgotas forma, de este modo, una primera microgota de fluido a partir de la muestra lisada y la remite a un modulo de mezcla para mezclar con una microgota de reactivo. El modulo de amplificacion amplifica material intracelular dentro de la microgota formada a partir de la mezcla.In another aspect, the disclosure relates to a micro-chemical substrate to process the intracellular content of cells suspended in fluids. The substrate includes an enrichment zone, a lysis module, a micro drop formation module, mixing module and an amplification module. The enrichment zone that prepares a sample of enriched particles from the fluid that contains cells. The lysis module, which is coupled to the enrichment zone to receive the enriched particle sample, releases intracellular material from cells within the sample to thereby form a lysed sample. The micro-droplet formation module thus forms a first micro-drop of fluid from the lysed sample and sends it to a mixing module for mixing with a reagent micro-drop. The amplification module amplifies intracellular material within the micro drop formed from the mixture.

Otro aspecto de la divulgacion se refiere a un sistema de microfluido y metodo para procesar un fluido que contiene celulas, tales como, por ejemplo, un lfquido que contiene celulas bacterianas o celulas humanas. Por ejemplo, el sistema incluye una zona de lisis para recibir la muestra que contiene celulas y un elemento de posicionamiento para posicionar la muestra que contiene celulas en una posicion de lisis en las proximidades de un mecanismo de lisis. El mecanismo de lisis libera material intracelular, tal como ADN o ARN, a partir de las celulas. En una forma de realizacion, el mecanismo de lisis incluye electrodos para generar un campo electrico suficiente para liberar contenido intracelular a partir de las celulas. Como alternativa, el mecanismo de lisis puede lisar las celulas usando tecnicas qmmicas, termicas y/o ultrasonicas o cualquier combinacion de estas tecnicas.Another aspect of the disclosure relates to a microfluidic system and method for processing a fluid containing cells, such as, for example, a liquid containing bacterial cells or human cells. For example, the system includes a lysis zone to receive the sample containing cells and a positioning element to position the sample containing cells in a lysis position in the vicinity of a lysis mechanism. The lysis mechanism releases intracellular material, such as DNA or RNA, from the cells. In one embodiment, the lysis mechanism includes electrodes to generate a sufficient electric field to release intracellular content from the cells. Alternatively, the lysis mechanism can lyse the cells using chemical, thermal and / or ultrasonic techniques or any combination of these techniques.

En una forma de realizacion, la zona de lisis libera contenido intracelular a partir de celulas del fluido que contiene celulas y, a continuacion, prepara a partir de este fluido una microgota que contiene contenido intracelular liberador de las celulas. La microgota esta preferentemente preparada a partir de solo una parte del fluido que contiene celulas. Por ejemplo, una microgota preferente incluye menos de aproximadamente el 90 por ciento del fluido que contiene celulas. En otra realizacion, la zona de lisis recibe una microgota del fluido que contiene celulas y libera el contenido intracelular de las celulas dentro de la gota.In one embodiment, the lysis zone releases intracellular content from cells of the fluid containing cells and then prepares from this fluid a micro drop containing intracellular content releasing cells. The micro drop is preferably prepared from only a part of the fluid containing cells. For example, a preferred micro drop includes less than about 90 percent of the cell-containing fluid. In another embodiment, the lysis zone receives a micro drop of the fluid containing cells and releases the intracellular content of the cells within the drop.

Los elementos de posicionamiento ayudan a colocar la muestra de fluido que contiene celulas en las proximidades del mecanismo de lisis de modo que el mecanismo de lisis puede liberar material intracelular de las celulas. Estos elementos funcionan preferentemente de forma distinta de una valvula, que podna obstruir completamente el pasaje de material entre emplazamientos corriente arriba y corriente abajo adyacentes a la valvula. En su lugar, proporcionan normalmente resistencia al flujo de fluido en un emplazamiento deseado (la posicion de lisis) para controlar, de este modo, el emplazamiento del fluido.The positioning elements help to place the sample of fluid containing cells in the vicinity of the lysis mechanism so that the lysis mechanism can release intracellular material from the cells. These elements preferably work differently from a valve, which could completely obstruct the passage of material between upstream and downstream locations adjacent to the valve. Instead, they normally provide resistance to fluid flow at a desired location (the lysis position) to thereby control the fluid location.

En una forma de realizacion, el elemento de posicionamiento se dispone corriente abajo del mecanismo de lisis para posicionar una parte corriente arriba de una muestra que contiene celulas (tal como una microgota) en la posicion de lisis. El elemento de posicionamiento aumenta preferentemente una tension de superficie de una superficie corrienteIn one embodiment, the positioning element is disposed downstream of the lysis mechanism to position a part upstream of a sample containing cells (such as a micro drop) in the lysis position. The positioning element preferably increases a surface tension of a running surface

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abajo de la muestra que contiene celulas para inhibir, de este modo, el movimiento corriente abajo de la muestra. Por ejemplo, el elemento de posicionamiento puede incluir una cantidad de material de humectacion reducida, tal como material hidrofobo, dispuesto para entrar en contacto con una parte de la superficie corriente abajo de la microgota que contiene celulas.below the sample containing cells to thereby inhibit the movement downstream of the sample. For example, the positioning element may include a reduced amount of wetting material, such as hydrophobic material, arranged to come into contact with a part of the surface downstream of the microbead containing cells.

En otra realizacion, el elemento de posicionamiento se dispone corriente arriba de la zona de lisis para posicionar una parte corriente abajo de la microgota que contiene celulas en la posicion de lisis. El elemento de posicionamiento incluye una salida de ventilacion, que iguala sustancialmente una presion de gas corriente arriba de la microgota que contiene celulas con una presion de gas corriente abajo de la microgota que contiene celulas para detener, de este modo, el movimiento corriente abajo de la microgota que contiene celulas. Cuando la microgota esta en la posicion de lisis. Se dispone preferentemente una valvula para obstruir posteriormente el pasaje de gas entre la zona de lisis y la salida de ventilacion para permitir que una presion de gas corriente arriba mueva de nueva la gota adicionalmente corriente abajo para un procesamiento adicional. Por ejemplo, el sistema microflmdico puede incluir una zona de mezcla corriente abajo de la zona de enriquecimiento y/o zona de lisis, para mezclar la microgota que emerge de estas zonas con una cantidad predeterminada de material de reactivo.In another embodiment, the positioning element is arranged upstream of the lysis zone to position a downstream part of the micro drop that contains cells in the lysis position. The positioning element includes a ventilation outlet, which substantially equals a gas pressure upstream of the microbead containing cells with a gas pressure downstream of the microbead containing cells to thereby stop the movement downstream of the micro drop that contains cells. When the micro drop is in the lysis position. A valve is preferably arranged to subsequently obstruct the gas passage between the lysis zone and the ventilation outlet to allow an upstream gas pressure to move the drop further downstream for further processing. For example, the microfilm system may include a mixing zone downstream of the enrichment zone and / or lysis zone, to mix the micro drop that emerges from these zones with a predetermined amount of reagent material.

En otro aspecto, la divulgacion se refiere a un sustrato microflmdico para procesar el contenido intracelular de celulas suspendidas en fluidos. El sustrato incluye un modulo de lisis, un modulo de formacion de microgota, modulo de mezcla y un modulo de amplificacion. El modulo de lisis libera material intracelular de celulas dentro de la muestra para, de este modo, formar una muestra lisada. El modulo de formacion de microgotas forma, de este modo, una primera microgota de fluido a partir de la muestra lisada y la remite a un modulo de mezcla para mezclar con una microgota de reactivo. El modulo de amplificacion amplifica material intracelular dentro de la microgota formada a partir de la mezcla.In another aspect, the disclosure relates to a micro-chemical substrate to process the intracellular content of cells suspended in fluids. The substrate includes a lysis module, a micro drop formation module, mixing module and an amplification module. The lysis module releases intracellular material from cells within the sample to thereby form a lysed sample. The micro-droplet formation module thus forms a first micro-drop of fluid from the lysed sample and sends it to a mixing module for mixing with a reagent micro-drop. The amplification module amplifies intracellular material within the micro drop formed from the mixture.

Breve descripcion de los dibujosBrief description of the drawings

La presente invencion se describe a continuacion en relacion con los siguiente dibujos, en los que:The present invention is described below in relation to the following drawings, in which:

la Fig. 1 muestra un sistema microflmdico segun la invencion; la Fig. 2 es una vista expandida de un dispositivo microflmdico.Fig. 1 shows a microfilm system according to the invention; Fig. 2 is an expanded view of a microflmed device.

la Fig. 3 es un esquema de una dispositivo microflmdico del sistema microflmdico de la Fig. 1;Fig. 3 is a schematic of a micro-medical device of the micro-medical system of Fig. 1;

Fig. 4, muestra una vista superior del dispositivo microflmdico de la Fig. 3;Fig. 4 shows a top view of the micro-medical device of Fig. 3;

la Fig. 5 muestra una vista en seccion transversal parcial del dispositivo microflmdico de la Fig. 4;Fig. 5 shows a partial cross-sectional view of the micro-medical device of Fig. 4;

la Fig. 6 muestra una vista en seccion transversal parcial de un sustrato superior del dispositivo microflmdico deFig. 6 shows a partial cross-sectional view of an upper substrate of the micro-chemical device of

la Fig. 2;Fig. 2;

la Fig. 7 muestra una segunda vista en seccion transversal parcial de un sustrato superior del dispositivo microflmdico de la Fig. 2;Fig. 7 shows a second partial cross-sectional view of an upper substrate of the microflmed device of Fig. 2;

la Fig. 8a muestra una vista superior de una zona de preparacion de microgota del dispositivo microflmdico de la Fig. 4 antes de la preparacion de una microgota;Fig. 8a shows a top view of a micro-drop preparation area of the micro-medical device of Fig. 4 before the preparation of a micro-drop;

la Fig. 8b muestra una vista de seccion transversal de la zona de preparacion de microgota de la Fig. 8a;Fig. 8b shows a cross-sectional view of the micro-drop preparation area of Fig. 8a;

la Fig. 9a muestra una vista superior de una zona de preparacion de microgota del dispositivo microflmdico de laFig. 9a shows a top view of a micro-drop preparation zone of the micro-chemical device of the

Fig.4 despues de la preparacion de una microgota;Fig. 4 after the preparation of a micro drop;

la Fig. 9b muestra una vista lateral de seccion transversal de la zona de preparacion de microgota de la Fig. 9a; las Fig. 10a-10c muestran vistas en seccion transversal de una barrera de fluido capilar asistida de la presente invencion;Fig. 9b shows a cross-sectional side view of the micro-drop preparation area of Fig. 9a; Fig. 10a-10c show cross-sectional views of an assisted capillary fluid barrier of the present invention;

las Fig. 11a-11c muestran vistas superiores de una barrera de fluido que comprende una salida de ventilacion; las Fig. 12a-12b muestran vistas superiores del modulo de lisis del dispositivo microflmdico de la Fig. 4, antes y despues de la preparacion de una muestra lisada;Fig. 11a-11c show top views of a fluid barrier comprising a ventilation outlet; Fig. 12a-12b show top views of the lysis module of the microflmed device of Fig. 4, before and after the preparation of a lysed sample;

las Fig. 13a y 13b muestran una segunda realizacion de un modulo de lisis de la invencion; la Fig. 14 muestra un circuito de impulsos asociado con el modulo de lisis de la Fig. 4; y las Fig. 15a y 15c muestran un segundo modulo de preparacion de microgota de la invencion.Figs. 13a and 13b show a second embodiment of a lysis module of the invention; Fig. 14 shows a pulse circuit associated with the lysis module of Fig. 4; and Fig. 15a and 15c show a second module of micro drop preparation of the invention.

Descripcion detallada de una realizacion preferenteDetailed description of a preferred embodiment

La presente invencion se refiere a sistemas microflmdicos y metodos para materiales de procesamiento, tales como muestras y reactivos. De manera mas espedfica, un aspecto de la invencion se refiere a sistemas microflmdicos y metodos para mover fluidos dentro de un sistema microflmdico. En una realizacion descrita a continuacion, el fluido incluye partfculas que tienden a moverse con el fluido. El componente de fluido del fluido que contiene partfculas es un gas o, preferentemente, un lfquido. Las partfculas del fluido que contiene partfculas son preferentemente partfculas enteras, tales como celulas bacterianas o celulas de un animal, tal como un humano. No obstante, pueden incluir material intracelular de tales celulas. Por ejemplo, un sistema de la invencion puede usarse para procesar una muestra de celulas bacterianas para determinar si las bacterias son patogenicas.The present invention relates to micro-chemical systems and methods for processing materials, such as samples and reagents. More specifically, one aspect of the invention relates to microfluidic systems and methods for moving fluids within a microfluidic system. In an embodiment described below, the fluid includes particles that tend to move with the fluid. The fluid component of the fluid containing particles is a gas or, preferably, a liquid. The particles of the fluid containing particles are preferably whole particles, such as bacterial cells or cells of an animal, such as a human. However, they can include intracellular material from such cells. For example, a system of the invention can be used to process a sample of bacterial cells to determine if the bacteria are pathogenic.

A. Vision de conjunto del sistemaA. System overview

La Fig. 1 representa un sistema microflmdico 100 que incluye un dispositivo microflmdico 110 y cartuchoFig. 1 depicts a microfilm system 100 that includes a microflm device 110 and cartridge

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correspondiente 120, que recibe una o mas muestras de fluido y procesa las muestras con control por ordenador 127 y adquisicion de datos y cuadro de control (DAQ) 126.corresponding 120, which receives one or more fluid samples and processes the samples with computer control 127 and data acquisition and control panel (DAQ) 126.

El ordenador 127 realiza preferentemente funciones de alto nivel, tales como suministrar una interfaz de usuario que permite al usuario seleccionar operaciones deseadas, notificando al DAQ 126 para las operaciones seleccionar y mostrando al usuario los resultados de tales operaciones. Estas operaciones incluyen, por ejemplo, someter una muestra a etapas de procesamiento dentro de diversas zonas de procesado del dispositivo microflmdico. El ordenador 127 puede ser un ordenador portatil para facilitar el transporte del sistema microflmdico.The computer 127 preferably performs high-level functions, such as providing a user interface that allows the user to select desired operations, notifying the DAQ 126 for the operations to select and showing the user the results of such operations. These operations include, for example, subjecting a sample to processing steps within various processing zones of the microfilm device. The computer 127 may be a portable computer to facilitate the transport of the micro-medical system.

El ordenador 127 se conecta al DAQ 126 mediante conexion 128, que proporciona datos I/O, conexion electrica, de tierra, reinicio y otra conectividad funcional. Como alternativa, puede proporcionarse n enlace sin cables 132 entre el ordenador 127 y el DAQ 126 para el intercambio de datos y senal de control a traves de elementos sin cables 132(a) y 132(b). Cuando el enlace de datos es un enlace sin cables, por ejemplo, el DAQ 126 puede tener una fuente energetica separada, tal como una batena.Computer 127 is connected to DAQ 126 via connection 128, which provides I / O data, electrical connection, ground, restart and other functional connectivity. Alternatively, a wireless link 132 can be provided between the computer 127 and the DAQ 126 for data exchange and control signal through wireless elements 132 (a) and 132 (b). When the data link is a wireless link, for example, DAQ 126 may have a separate energy source, such as a baton.

En general, el DAQ 126 controla el funcionamiento del dispositivo microflmdico 110 de acuerdo con el alto nivel de instrucciones recibidos del ordenador 127. De manera mas espedfica, para implementar una operacion deseada requerida por el ordenador 127, el DAQ 126 suministra las senales de control electricas adecuadas al cartucho 120 a traves de contactos 125.In general, the DAQ 126 controls the operation of the microflmed device 110 according to the high level of instructions received from the computer 127. More specifically, to implement a desired operation required by the computer 127, the DAQ 126 supplies the control signals electrical fittings to cartridge 120 through contacts 125.

El cartucho 120 proporciona conexiones electricas y opticas 121 para senales electricas y opticas entre el DAQ 126 y el sustrato microflmdico 110, permitiendo, de este modo, que el DAQ 126 controle el funcionamiento del sustrato.Cartridge 120 provides electrical and optical connections 121 for electrical and optical signals between DAQ 126 and microfilm substrate 110, thereby allowing DAQ 126 to control the operation of the substrate.

El cartucho portador de chip 120 se muestra siendo insertado dentro de (o retirado de) un recipiente de hardware de interfaz del DAQ 126 que tiene contactos electricos y opticos 125 estandarizados para corresponderse con contactos correspondientes 121 del cartucho portador de chip 120. La mayona de contactos son para senales electricas, mientras que unos determinados son para senales opticas (IR, visibles, UV, etc.) en caso de procesadores microflmdicos opticamente excitados u opticamente controlados. De modo alternativo (no se muestra), el DAQ 126 completo puede ser un chip ASIC unico que se incorpora en el cartucho portador de chip 120, en el que los contactos 121,125 se convertinan en vfas conductivas sobre una placa de circuito impresa.The chip carrier cartridge 120 is shown being inserted into (or removed from) a DAQ 126 interface hardware container having standardized electrical and optical contacts 125 to correspond with corresponding contacts 121 of the chip carrier cartridge 120. The mayonnaise of contacts are for electrical signals, while certain ones are for optical signals (IR, visible, UV, etc.) in the case of optically excited or optically controlled micro-chemical processors. Alternatively (not shown), the complete DAQ 126 may be a single ASIC chip that is incorporated into the chip carrier cartridge 120, in which the contacts 121,125 are converted into conductive vias on a printed circuit board.

B. Dispositivo microflmdicoB. Microfluidic device

La Fig. 2 ilustra la estructural general de un tipo preferente de dispositivo microflmdico. El dispositivo incluye un sustrato superior 130, que esta enlazado a un sustrato inferior 132 para formar una red de fluidos.Fig. 2 illustrates the general structural of a preferred type of microfilm device. The device includes an upper substrate 130, which is linked to a lower substrate 132 to form a fluid network.

El sustrato superior 130 representado en la FIG. 2 esta preferentemente formado de vidrio y tiene una red microflmdica 134 en su superficie inferior 136. Los expertos en la tecnica reconoceran que los sustratos compuestos de silicio, vidrio, ceramica, plastico y/o cuarzo son todos aceptables en el contacto de la presente invencion.The upper substrate 130 depicted in FIG. 2 is preferably formed of glass and has a microflmed net 134 on its lower surface 136. Those skilled in the art will recognize that substrates composed of silicon, glass, ceramic, plastic and / or quartz are all acceptable at the contact of the present invention. .

La red microflmdica incluye una pluralidad de zona. El numero de zonas, asf como la topologfa completa de la red microflmdica, dependera de la aplicacion particular para la que el dispositivo microflmdico esta disenado para realizar. Las zonas del dispositivo microflmdico pueden tener cualquier forma de seccion transversal, tal como generalmente arqueada o generalmente poligonal. Por ejemplo, una zona puede incluir canales, camaras u otros espacios sustancialmente encerrados. Por "sustancialmente encerrados" se refiere que los materiales entran o salen de las zonas solo a traves de vfas predeterminadas. Ejemplos de tales vfas incluyen canales, microcanales y similares, que se interconectan con diversas zonas. Las zonas preferentemente tienen al menos una dimension a micro escala, tal como inferior a aproximadamente 250 pm o, de manera mas preferente, inferior a aproximadamente 75 pm.The microflmedic network includes a plurality of zone. The number of zones, as well as the complete topology of the micro-medical network, will depend on the particular application for which the micro-medical device is designed to perform. The zones of the microflmedical device may have any form of cross section, such as generally arched or generally polygonal. For example, an area may include channels, cameras or other substantially enclosed spaces. By "substantially enclosed" it is meant that materials enter or leave the zones only through predetermined ways. Examples of such routes include channels, microchannels and the like, which are interconnected with various zones. The zones preferably have at least one micro-scale dimension, such as less than about 250 pm or, more preferably, less than about 75 pm.

Los canales y camaras de la red microflmdica se graban al aguafuerte en la superficie inferior 136 del sustrato superior 130 usando tecnicas fotolitograficas conocidas. De manera mas espedfica, plantillas o mascaras transparentes que contienen disenos opacos se usan para foto-definir objetos sobre la superficie del sustrato. Los patrones sobre las plantillas se generan con programas de diseno con ayuda de ordenador y pueden delinear estructuras con anchuras de trazo inferiores a un micrometro. Una vez se ha generado una plantilla, puede usarse casi indefinidamente para producir estructuras de replicas identicas. En consecuencia, incluso redes microflmdicas extremadamente complejas pueden reproducirse en cantidades en masa a un coste unitario gradual mmimo. Como alternativa, si se usa un material plastico, el sustrato superior puede formarse usando tecnicas de moldeo por inyeccion, en el que se forman microcanales durante el proceso de moldeado.The channels and cameras of the microfilm network are etched on the lower surface 136 of the upper substrate 130 using known photolithographic techniques. More specifically, templates or transparent masks containing opaque designs are used to photo-define objects on the substrate surface. The patterns on the templates are generated with design programs with the help of a computer and can delineate structures with stroke widths less than one micrometer. Once a template has been generated, it can be used almost indefinitely to produce identical replica structures. Consequently, even extremely complex microflmedic networks can be reproduced in bulk quantities at a minimal gradual unit cost. Alternatively, if a plastic material is used, the upper substrate can be formed using injection molding techniques, in which microchannels are formed during the molding process.

El sustrato inferior 132 puede incluir una base de vidrio 138 y una capa de oxido 140. Dentro de la capa de oxido 140, se forman calentadores resistivos 142 y conducciones electricas 144 usando tecnicas fotolitograficas. Las conducciones 144 se conectan a terminales 146 que se exponente en el borde del sustrato para permitir la conexion electrica al cartucho 120, permitiendo, de este modo, que el DAQ 126 controle los calentadores. De manera mas espedfica, para activar un calentador 142, el DAQ 126 aplica un voltaje a traves de un par de terminales 146 (a traves del cartucho 120) para suministrar corriente a traves de las conducciones 146 y el calentador 142, calentando,The lower substrate 132 may include a glass base 138 and an oxide layer 140. Within the oxide layer 140, resistive heaters 142 and electrical conduits 144 are formed using photolithographic techniques. The conduits 144 are connected to terminals 146 that are exposed at the edge of the substrate to allow electrical connection to the cartridge 120, thus allowing the DAQ 126 to control the heaters. More specifically, to activate a heater 142, the DAQ 126 applies a voltage across a pair of terminals 146 (through the cartridge 120) to supply current through the conduits 146 and the heater 142, by heating,

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de este modo, el elemento calentador resistivo 142.thus, the resistive heating element 142.

Se posicionan elementos calentadores de metal 142 de modo que, cuando los sustratos superiores e inferiores se enlazan juntos, los calentadores residen directamente por debajo de determinadas regiones de la red de fluidos del sustrato superiores para ser capaces de calentar el contenido de estas regiones. La capa de oxido de silicio 140 evita que los elementos de calentamiento 142 entren en contacto directamente con material en la red microflmdica.Metal heating elements 142 are positioned so that, when the upper and lower substrates are bonded together, the heaters reside directly below certain regions of the upper substrate fluid network to be able to heat the content of these regions. The silicon oxide layer 140 prevents heating elements 142 from coming into contact directly with material in the microfilm network.

La capa de oxido 140, los elementos de calentamiento 142 y conducciones resistivas 144 han sido fabricados usando tecnicas fotolitograficas bien conocidas, tales como las usadas para grabar al aguafuerte la red microflmdica.The oxide layer 140, the heating elements 142 and resistive conduits 144 have been manufactured using well known photolithographic techniques, such as those used to etch the microfilm network.

La Fig. 3 ilustra una vista de arriba a abajo del dispositivo microflmdico 110. Como se muestra, el sustrato tiene un modulo de entrada de muestras 150 y un modulo de entrada de reactivos 152 para permitir que los materiales de muestra y de reactivo, respectivamente, se introduzcan en el dispositivo 110. Preferentemente, los modulos de entrada 150, 152 estan dispuestos para permitir la entrada de material automatica usando un robot de laboratorio controlado por ordenador 154.Fig. 3 illustrates a top-down view of the microfilm device 110. As shown, the substrate has a sample input module 150 and a reagent input module 152 to allow the sample and reagent materials, respectively , are introduced into the device 110. Preferably, the input modules 150, 152 are arranged to allow automatic material entry using a computer controlled laboratory robot 154.

El sustrato tambien incluye modulo de procesamiento 156, 158, 160, 166 y 162 para procesar los materiales de muestra y de reactivo. Dentro de estos modulos de procesamiento, puede someterse una muestra diversas etapas de procesamiento ffsicas y qmmicas. Por ejemplo, el modulo de enriquecimiento 156 prepara una muestra de fluido que tiene una concentracion relativamente alta de partfculas de celulas, el modulo de lisis 160 libera material intracelular a partir de las partfculas de celulas el modulo de mezcla 166 mezcla la muestra resultante con determinados reactivos. Como otro ejemplo, puede usarse un modulo de procesamiento de amplificacion 162 para amplificar y detectar cantidades mmimas de ADN dentro de una muestra.The substrate also includes processing module 156, 158, 160, 166 and 162 to process the sample and reagent materials. Within these processing modules, a variety of physical and chemical processing steps can be submitted. For example, enrichment module 156 prepares a sample of fluid having a relatively high concentration of cell particles, lysis module 160 releases intracellular material from cell particles, mixing module 166 mixes the resulting sample with certain reagents As another example, an amplification processing module 162 can be used to amplify and detect minute amounts of DNA within a sample.

Diversos modulos del dispositivo microflmdico 110 estan conectados, tal como mediante canales 164, para permitir que los materiales se muevan de un emplazamiento a otro dentro del dispositivo 110. Los accionadores 168, 170, 172 asociados con el dispositivo microflmdico proporcionan una fuerza motriz, tal como una presion de gas, para mover el material de muestra y de reactivo junto con los canales y zonas. Por ejemplo, un primer accionador 168 mueve material corriente abajo a partir del modulo de procesamiento 156 al modulo de procesamiento 158. Cuando se finaliza el procesamiento dentro del modulo de procesamiento 158, un segundo accionador 170 mueve material corriente abajo para mezclar el modulo de procesamiento 160. Posteriormente, el accionador 170 o un accionador adicional mueve el material al modulo de mezcla 166, en el que el material se mezcla con un reactivo movido por el accionador 172. Finalmente, el accionador 172 u otro accionador, mueve el material mezclado al modulo 162.Various modules of the microfilm device 110 are connected, such as by channels 164, to allow the materials to move from one location to another within the device 110. The actuators 168, 170, 172 associated with the microflm device provide a driving force, such as a gas pressure, to move the sample and reagent material along with the channels and zones. For example, a first actuator 168 moves material downstream from the processing module 156 to the processing module 158. When the processing is completed within the processing module 158, a second actuator 170 moves material downstream to mix the processing module 160. Subsequently, the actuator 170 or an additional actuator moves the material to the mixing module 166, in which the material is mixed with a reagent moved by the actuator 172. Finally, the actuator 172 or other actuator, moves the mixed material to the module 162.

Puesto que cada accionador es preferentemente responsable de mover materiales dentro de solo un subconjunto de los modulos del dispositivo 110, los materiales de muestra pueden controlarse de forma mas precisa que si un solo accionador fuera responsable de mover material por todo el dispositivo entero. Las diversos elementos funcionales, del dispositivo microflmdico 110, que incluyen los accionadores, estan preferentemente bajo control informatico para permitir el procesamiento y analisis de muestras automatico.Since each actuator is preferably responsible for moving materials within only a subset of the modules of the device 110, the sample materials can be controlled more precisely than if a single actuator were responsible for moving material throughout the entire device. The various functional elements, of the micro-medical device 110, which include the actuators, are preferably under computer control to allow automatic sample processing and analysis.

C. Multiples accionadoresC. Multiple actuators

Los diversos accionadores del dispositivo microflmdico 110 cooperan para mover material entre distintos emplazamiento del dispositivo microflmdico 110. Por ejemplo, el accionador 168 mueve material, tal como una muestra enriquecida, entre una zona de enriquecimiento 931 y un modulo de preparacion de microgotas 158. El accionador 170 prepara una microgota a partir de la muestra enriquecida y, al hacerlo, mueve la microgota a la zona de lisis 950. El accionador 170 se usa para mover material desde la zona de lisis 950 al modulo de mezcla 166. Cabe destacar, sin embargo, que puede disponerse otro accionador en el intermedio entre la zona de lisis 950 y la zona de preparacion de microgota para mover la muestra lisada corriente abajo al modulo de mezcla 166.The various actuators of the microfilm device 110 cooperate to move material between different locations of the microflm device 110. For example, the actuator 168 moves material, such as an enriched sample, between an enrichment zone 931 and a micro-drop preparation module 158. actuator 170 prepares a micro drop from the enriched sample and, in doing so, moves the micro drop to the lysis zone 950. The actuator 170 is used to move material from the lysis zone 950 to the mixing module 166. It should be noted, without However, another actuator may be arranged in the intermediate between the lysis zone 950 and the micro-drop preparation zone to move the lysed sample downstream to the mixing module 166.

Los accionadores del dispositivo 110 tambien pueden cooperar en el movimiento de dos cantidades de material simultaneamente. Por ejemplo, tal como se ha descrito anteriormente, el accionador 172 y el accionador 170 cooperan para mezclas reactivo y gotas lisadas. Tales accionadores cooperativos pueden controlarse de forma independiente entre sf para asegurar un mezclado adecuado. Por ejemplo, si un material es conocido por ser viscoso, la fuerza motriz que puede ese material puede aumentarse de forma independiente de la fuerza motriz que mueve el otro material.The actuators of the device 110 can also cooperate in the movement of two quantities of material simultaneously. For example, as described above, actuator 172 and actuator 170 cooperate for reagent mixtures and lysed drops. Such cooperative actuators can be controlled independently of each other to ensure proper mixing. For example, if a material is known to be viscous, the driving force that this material can be increased independently of the driving force that moves the other material.

Los accionadores multiples y modulos de dispositivo microflmdico 110 son preferentemente conectables de forma operativa y aislables mediante las valvulas del dispositivo microflmdico. Por ejemplo, un estado cerrado de cualquiera de las valvulas 915, 216 afsla de forma operativa el modulo de preparacion de microgota 170 del modulo de enriquecimiento 156. De este modo, pueden usarse uno o mas accionadores para mover materiales entre emplazamientos predeterminados dentro de un dispositivo microflmdico 110, sin perturbar o poner en contacto material presente en un modulo aislado de forma operativa. La capacidad de conectar y aislar de forma operativa modulos deseados resulta ventajoso en dispositivos microflmdicos que tienen muchas funciones de procesamiento. Asimismo, estas valvulas tambien controlan la direccion de la fuerza propulsiva de los accionadores evitando que el gas en expansion viaje en determinadas direcciones, mientras que permiten que se expanda en la direccionThe multiple actuators and modules of the microfilm device 110 are preferably operatively connectable and insulated by the valves of the microflm device. For example, a closed state of any of the valves 915, 216 operatively affixes the micro-drop preparation module 170 of the enrichment module 156. Thus, one or more actuators can be used to move materials between predetermined locations within a predetermined location. micro-medical device 110, without disturbing or contacting material present in an operatively isolated module. The ability to operatively connect and isolate desired modules is advantageous in microfluidic devices that have many processing functions. Also, these valves also control the direction of the propulsive force of the actuators preventing the expanding gas from traveling in certain directions, while allowing it to expand in the direction

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deseada. Esto tambien amplfa el alcance sobre el cual un accionador puede propulsar una microgota, evitando que el gas se disipe en determinadas areas corriente arriba de la microgota.desired. This also extends the range over which an actuator can propel a micro drop, preventing the gas from dissipating in certain areas upstream of the micro drop.

Lo siguiente demuestra que el funcionamiento cooperativo de tales multiples accionadores es una realizacion ilustrativa que tiene una pluralidad de modulos de procesamiento, a saber, una zona de enriquecimiento 915, un modulo de preparacion de microgota 158, un modulo de lisado de celulas 160, un modulo de mezcla 166 y un modulo de manipulacion de ADN 167.The following demonstrates that the cooperative operation of such multiple actuators is an illustrative embodiment having a plurality of processing modules, namely an enrichment zone 915, a micro drop preparation module 158, a cell lysate module 160, a mixing module 166 and a DNA manipulation module 167.

1. Modulo de enriquecimiento1. Enrichment module

a. Estructura de modulo de enriquecimiento.to. Structure of enrichment module.

En cuanto a las Fig. 4 y 5, un dispositivo microflmdico 901 incluye un modulo de enriquecimiento 156 para concentrar muestras que se reciben en el mismo. Estas muestras incluyen fluidos que contienen partfculas, tales como fluidos que contienen celulas bacterianas. En general, el modulo de enriquecimiento 156 recibe un flujo de fluido que contiene partfculas desde un puerto de entrada 180 del modulo de entrada 150 y permite que el fluido pase a traves de la zona mientras que acumula partfculas dentro de la zona. De este modo, cuanto mas fluido fluya a traves de la zona, la concentracion de partfculas aumenta dentro del modulo. La muestra de fluido concentrada resultante se denomina en el presente documento como una muestra de partfcula enriquecida.As for Figs. 4 and 5, a microflm device 901 includes an enrichment module 156 to concentrate samples received therein. These samples include fluids that contain particles, such as fluids that contain bacterial cells. In general, the enrichment module 156 receives a flow of fluid containing particles from an input port 180 of the input module 150 and allows the fluid to pass through the area while accumulating particles within the area. In this way, the more fluid flows through the area, the concentration of particles increases within the module. The resulting concentrated fluid sample is referred to herein as an enriched particle sample.

El modulo de enriquecimiento incluye una zona de enriquecimiento 931 (Fig. 5), un miembro de circulacion de flujo 900, valvulas 915, 919 y un canal de introduccion de muestra 929. La valvula 919 se conecta entre el miembro de circulacion de flujo 900 y el accionador 168 como se muestra y la valvula 915 se conecta entre el miembro de circulacion de flujo y un canal corriente abajo 937 que conduce al modulo de procesamiento 158. Estas valvulas pueden ser de cualquier tipo adecuado para su uso en un dispositivo microflmdico, tales como valvulas termicamente accionadas, tal como se describe en la solicitud pendiente de publicacion n.° 09/953.921, presentada el 9 de septiembre de 2001. Las valvulas pueden ser reversibles entre los estados abierto y cerrado para permitir la reutilizacion del modulo de enriquecimiento 931.The enrichment module includes an enrichment zone 931 (Fig. 5), a flow circulation member 900, valves 915, 919 and a sample introduction channel 929. The valve 919 is connected between the flow circulation member 900 and the actuator 168 as shown and the valve 915 is connected between the flow circulating member and a downstream channel 937 that leads to the processing module 158. These valves can be of any type suitable for use in a microflmed device, such as thermally actuated valves, as described in the pending application for publication No. 09 / 953.921, filed on September 9, 2001. The valves may be reversible between the open and closed states to allow the reuse of the enrichment module. 931

El miembro de circulacion de flujo tambien se conecta al modulo de entrada de muestra 150 a traves del canal de introduccion de muestra 929 para permitir que el fluido fluya dentro de la zona de enriquecimiento. La valvula 913 esta conectada a este canal de introduccion de muestra para controlar el flujo de entrada y el flujo de salida del puerto de entrada.The flow circulating member is also connected to the sample input module 150 through the sample introduction channel 929 to allow the fluid to flow into the enrichment zone. Valve 913 is connected to this sample input channel to control the inlet flow and the outflow of the inlet port.

La Fig. 5 es una vista en seccion transversal de la zona de enriquecimiento que muestra el miembro de circulacion de flujo en mayor detalle. Como se muestra, el miembro de circulacion de flujo 900 tiene primera y segunda superficies 941, 943. La primera superficie 941 esta preferentemente adyacente a la camara de enriquecimiento 931. La segundo superficie 941 esta preferentemente separada de la camara de enriquecimiento 931 por el miembro de circulacion de flujo 900. El miembro de circulacion de flujo 900 esta formado preferentemente de un material que tiene vfas mas pequenas que el diametro de las partfculas a enriquecer, tal como poroso o inferior a aproximadamente 2 micrometros de diametro, por ejemplo, aproximadamente 0,45 micrometros. Materiales adecuados para construir el miembro de circulacion de flujo 900 incluyen, por ejemplo, medios de filtro tales como papel o tejidos, polfmeros que tienen una red de vfas y materiales vidriosos, tales como fritas de vidrio.Fig. 5 is a cross-sectional view of the enrichment zone showing the flow circulation member in greater detail. As shown, the flow circulating member 900 has first and second surfaces 941, 943. The first surface 941 is preferably adjacent to the enrichment chamber 931. The second surface 941 is preferably separated from the enrichment chamber 931 by the member of flow circulation 900. The flow circulation member 900 is preferably formed of a material having smaller than the diameter of the particles to be enriched, such as porous or less than about 2 micrometers in diameter, for example, approximately 0 , 45 micrometers. Suitable materials for constructing the flow circulating member 900 include, for example, filter media such as paper or fabrics, polymers having a network of glassware and glassy materials, such as glass frits.

Las Fig. 6 y 7 representan vistas de seccion transversal del sustrato superior 130 que ilustran una zona de enriquecimiento 931. Como se muestra, el fluido sale de la zona de enriquecimiento 931 a traves de la superficie 941, pasa a traves del miembro 900 y entra en un espacio 400. El espacio 400 puede incluir un material absorbente 402 para absorber el fluido saliente. De este modo, el espacio 400 proporciona preferentemente una region sustancialmente auto-contenida en la que se puede recoger fluido que sale de la zona de enriquecimiento sin entrar en contacto con partes exteriores del sistema microflmdico 100.Figs. 6 and 7 represent cross-sectional views of the upper substrate 130 illustrating an enrichment zone 931. As shown, the fluid exits the enrichment zone 931 through the surface 941, passes through the member 900 and enters a space 400. The space 400 may include an absorbent material 402 to absorb the leaving fluid. In this way, the space 400 preferably provides a substantially self-contained region in which fluid can be collected leaving the enrichment zone without coming into contact with external parts of the microfilm system 100.

El espacio 400 se forma durante la fabricacion del sustrato superior 130. Como se ha tratado anteriormente, caractensticas microflmdicas, tales como zonas y canales, se fabrican en la superficie 136 del sustrato 130. El espacio 400, sin embargo, se fabrica en una superficie 137, que se dispone preferentemente sobre el otro lado del sustrato 130, superficie opuesta 136. De este modo, incluso cuando la superficie 136 se corresponde con el sustrato inferior 132, el fluido puede salir de la zona de enriquecimiento 931 a traves del miembro de circulacion de flujo 900.The space 400 is formed during the fabrication of the upper substrate 130. As discussed above, microflamic features, such as zones and channels, are manufactured on the surface 136 of the substrate 130. The space 400, however, is manufactured on a surface 137, which is preferably disposed on the other side of the substrate 130, opposite surface 136. Thus, even when the surface 136 corresponds to the lower substrate 132, the fluid can exit the enrichment zone 931 through the member of 900 flow circulation.

El miembro de circulacion de flujo 900 y el material absorbente 402 no requieren adhesivos ni otras sujeciones para posicionarse dentro el sustrato 130. En cambio, el miembro de circulacion de flujo 900 y el material absorbente 402 puede estar formado de una forma y tamano que se corresponde sustancialmente con el espacio 400. La friccion mantiene, de este modo, el miembro de circulacion de flujo 900 y el material absorbente 402 en su lugar una vez se han colocado en el espacio 400. Cualquier hueco residual en los emplazamientos 404 entre el miembro de circulacion de flujo 900 y el sustrato 130 debe ser lo suficientemente pequeno para evitar que las partfculas salgan de la zona de enriquecimiento 931 a traves del hueco 404. Naturalmente, puede usarse adhesivo u otro medio de sujecion para asegurar el miembro de circulacion de flujo 900 o material absorbente 402.The flow circulation member 900 and the absorbent material 402 do not require adhesives or other fasteners to position themselves within the substrate 130. Instead, the flow circulation member 900 and the absorbent material 402 may be formed in a shape and size that is substantially corresponds to the space 400. The friction thus maintains the flow circulating member 900 and the absorbent material 402 in place once they have been placed in the space 400. Any residual gap in the locations 404 between the member of flow circulation 900 and the substrate 130 must be small enough to prevent particles from leaving the enrichment zone 931 through the gap 404. Naturally, adhesive or other fastening means can be used to secure the flow circulation member 900 or absorbent material 402.

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En una realizacion alternativa, un miembro de circulacion de flujo se forma integralmente con un sustrato mediante el uso de tecnicas de microfabricacion, tales como atacado qmmico, que introducen poros u otras v^as en el sustrato. Los poros proporcionan el pasaje de fluido entre la zona de enriquecimiento 931 y una parte externa del sustrato.In an alternative embodiment, a flow circulating member is integrally formed with a substrate through the use of microfabrication techniques, such as chemical attack, that introduce pores or other vias into the substrate. The pores provide the passage of fluid between the enrichment zone 931 and an external part of the substrate.

b. Funcionamiento de modulo de enriquecimientob. Enrichment module operation

Para enriquecer una muestra, el dispositivo 901 funciona de la siguiente manera. Haciendo referencia a la Fig. 4, las valvulas 915, 919 estan inicialmente cerradas y la valvula 913 esta abierta. Se introduce un fluido que contiene partfculas en el puerto de entrada 180. Puesto que la valvula 913 esta abierta, permite que la muestra pase a lo largo del canal 929 en la zona de enriquecimiento 931. Como alternativa, la zona de enriquecimiento 931 puede configurarse para recibir muestras directamente, tal como mediante inyeccion. Puesto que las valvulas 915 y 919 estan cerradas, se evita que el fluido se escape en el accionador 977 y el canal corriente abajo 937.To enrich a sample, the device 901 works as follows. Referring to Fig. 4, the valves 915, 919 are initially closed and the valve 913 is open. A fluid containing particles is introduced into the inlet port 180. Since valve 913 is open, it allows the sample to pass along channel 929 in enrichment zone 931. Alternatively, enrichment zone 931 can be configured to receive samples directly, such as by injection. Since the valves 915 and 919 are closed, the fluid is prevented from escaping into the actuator 977 and the downstream channel 937.

De este modo, el miembro de circulacion de flujo 900 proporciona solo una trayectoria para que salga el fluido del canal de enriquecimiento. El fluido pasa a traves de la superficie 941 y sale de la zona de enriquecimiento 931 a traves de la segunda superficie 943, mientras que las partfculas se acumulan dentro de la zona. La zona de enriquecimiento 931 puede, por lo tanto, recibir un volumen de fluido que es mas grande que el volumen de la camara de enriquecimiento 931. De este modo, segun fluye el fluido a traves de la camara, la concentracion de partfculas dentro de la camara aumente en relacion con la concentracion en el fluido que contiene partfculas suministrado en la entrada de muestras. Cuando las partfculas son celulas, la concentracion o numero de celulas en la zona 931 preferentemente se vuelve lo suficientemente grande para realizar una analisis de reaccion en cadena de polimerasa (PCR) de polinucleotidos liberados de las celulas en un modulo de procesamiento corriente abajo.Thus, the flow circulation member 900 provides only one path for the fluid to flow out of the enrichment channel. The fluid passes through the surface 941 and leaves the enrichment zone 931 through the second surface 943, while the particles accumulate within the area. The enrichment zone 931 may, therefore, receive a volume of fluid that is larger than the volume of the enrichment chamber 931. Thus, as the fluid flows through the chamber, the concentration of particles within the chamber increases in relation to the concentration in the fluid containing particles supplied in the sample inlet. When the particles are cells, the concentration or number of cells in zone 931 preferably becomes large enough to perform a polymerase chain reaction (PCR) analysis of polynucleotides released from the cells in a downstream processing module.

la zona de enriquecimiento 931 prepara, de este modo, una muestra de partfcula enriquecida a partir de partfculas de fluidos que contienen partfculas recibidas en la misma. La muestra de partfcula enriquecida tiene una relacion sustancialmente superior de partfculas por volumen de fluido (PPVF) que la relacion correspondiente de fluido que contiene partfculas recibido por la zona de enriquecimiento. Las PPVF de la muestra de partfcula enriquecida es preferentemente al menos aproximadamente 25 veces, preferentemente aproximadamente 250 veces, mas preferentemente aproximadamente 1.000 veces superior que las PPVF del fluido que contiene partfculas.enrichment zone 931 thus prepares a sample of enriched particles from particles of fluids containing particles received therein. The enriched particle sample has a substantially higher ratio of particles per fluid volume (PPVF) than the corresponding ratio of fluid containing particles received by the enrichment zone. The PPVF of the enriched particle sample is preferably at least about 25 times, preferably about 250 times, more preferably about 1,000 times higher than the PPVF of the particle containing fluid.

Despues de que un volumen suficiente de fluido que contiene partfculas se haya recibido por la zona de enriquecimiento 931, la valvula 913 se cierra bloqueando mas, de este modo, el flujo de fluido en la zona de enriquecimiento y evitando que el material en la zona 931 vuelva al puerto de introduccion de muestra 180. A continuacion se abren las valvulas 915, 919, preferentemente cuando se accionan las fuentes de calor asociadas con las mismas. Cuando se abren, la valvula 919 permite al accionador 168 empujar la muestra enriquecida y, la valvula 915 permite que la muestra enriquecida se mueva corriente abajo.After a sufficient volume of fluid containing particles has been received through the enrichment zone 931, the valve 913 closes, thereby blocking the flow of fluid in the enrichment zone and preventing the material in the zone 931 return to the sample introduction port 180. The valves 915, 919 are then opened, preferably when the heat sources associated with them are actuated. When opened, valve 919 allows actuator 168 to push the enriched sample and, valve 915 allows the enriched sample to move downstream.

El accionador 168 proporciona una fuerza motriz que mueve la muestra de partfcula enriquecida desde la zona de enriquecimiento 931. El accionador 168 es preferentemente un accionador de gas, que proporciona una presion de gas cuando se acciona una fuente de calor 975, que esta en comunicacion termica con un volumen de gas 977. El accionamiento de la fuente de calor 975 aumente la temperatura y, por lo tanto, la presion, de gas 977. El miembro de circulacion de flujo y el fluido en el mismo evita sustancialmente que el gas se escape de la zona de enriquecimiento. De este modo, la presion de gas resultante mueve la muestra de partfcula enriquecida corriente abajo de la zona de enriquecimiento 931.The actuator 168 provides a driving force that moves the enriched particle sample from the enrichment zone 931. The actuator 168 is preferably a gas actuator, which provides a gas pressure when a heat source 975 is operated, which is in communication. thermally with a volume of gas 977. The actuation of the heat source 975 increases the temperature and, therefore, the pressure, of gas 977. The flow circulating member and the fluid therein substantially prevents the gas from escape from the enrichment zone. Thus, the resulting gas pressure moves the enriched particle sample downstream of the enrichment zone 931.

El accionador de gas puede incluir elementos para facilitar tecnicas de generacion de presion alternativas tales como generacion de presion qrnmica. En otra realizacion, el accionador puede disminuir un volumen de gas asociado con una parte corriente arriba de la zona de enriquecimiento para, de este modo, crear un diferencial de presion a traves de la muestra que mueve la muestra desde la zona de enriquecimiento. Un ejemplo de tal elemento es un accionador mecanico, tal como un piston o diagrama.The gas actuator may include elements to facilitate alternative pressure generation techniques such as chemical pressure generation. In another embodiment, the actuator can decrease a volume of gas associated with a portion upstream of the enrichment zone so as to create a pressure differential across the sample that moves the sample from the enrichment zone. An example of such an element is a mechanical actuator, such as a piston or diagram.

En lugar de generar una presion positiva corriente arriba de la zona de enriquecimiento, el accionador de gas puede disminuir una presion corriente abajo de la zona en relacion con una presion corriente arriba. Por ejemplo, el accionador de gas puede incluir un elemento refrigerante en contacto termico con un volumen de gas asociado con una parte corriente abajo de la zona. La contraccion del gas cuando se acciona el elemento refrigerante crea una diferencia de presion de gas entre las parte de corriente arriba y corriente abajo de la zona enriquecida para mover la muestra de partfcula enriquecida de la zona de enriquecimiento. Como alternativa, se puede usar un accionador mecanico para aumentar un volumen de gas asociado con una parte corriente abajo de la zona de enriquecimiento para, de este modo, disminuir la presion del gas y mover la muestra de partfcula enriquecida desde la zona de enriquecimiento.Instead of generating a positive pressure upstream of the enrichment zone, the gas actuator can decrease a pressure downstream of the zone in relation to an upstream pressure. For example, the gas actuator may include a cooling element in thermal contact with a volume of gas associated with a portion downstream of the area. The contraction of the gas when the cooling element is operated creates a difference in gas pressure between the upstream and downstream portions of the enriched zone to move the enriched particle sample from the enrichment zone. Alternatively, a mechanical actuator can be used to increase a volume of gas associated with a portion downstream of the enrichment zone to thereby decrease the gas pressure and move the enriched particle sample from the enrichment zone.

La muestra de partfcula enriquecida se mueve preferentemente corriente abajo sin esencialmente dilucion de la misma, es dear, la concentracion de las partfculas enriquecidas no disminuye sustancialmente cuando se mueve desde la zona de enriquecimiento 931. De este modo, la retiracion de partfculas del canal de enriquecimiento de la presente invencion no requiere diluir ni, de otro modo, poner en contacto las partfculas con un fluido distinto del fluido del fluido que contiene partfculas introducido en el canal de enriquecimiento. En contraposicion, en sistemasThe enriched particle sample preferably moves downstream without essentially dilution thereof, it is dear, the concentration of the enriched particles does not decrease substantially when it is moved from the enrichment zone 931. Thus, the removal of particles from the channel of Enrichment of the present invention does not require diluting or otherwise contacting the particles with a fluid other than the fluid of the fluid containing particles introduced into the enrichment channel. In contrast, in systems

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que concentran sustancias mediante adsorcion de superficie, la retiracion de las sustancias adsorbidas requiere un fluido de elucion, que entra en contacto y, de este modo, diluye las sustancias.which concentrate substances by surface adsorption, the removal of adsorbed substances requires an elution fluid, which comes into contact and thus dilutes the substances.

Cuando se retira de la zona de enriquecimiento de la presente invencion, la muestra de partfcula enriquecida se recibe preferentemente por el canal corriente abajo 937. El canal corriente abajo 937 conduce a otros modulos de procesamiento, que realizan el procesamiento adicional de la muestra de partfcula enriquecida. En la realizacion de la Fig. 3, la muestra de partfcula enriquecida se recibe mediante un modulo de preparacion de microgota 158, que prepara una muestra de microgota que comprende una parte de la muestra de partfcula enriquecida.When removed from the enrichment zone of the present invention, the enriched particle sample is preferably received by the downstream channel 937. The downstream channel 937 leads to other processing modules, which perform further processing of the particle sample. enriched In the embodiment of Fig. 3, the enriched particle sample is received by a micro-drop preparation module 158, which prepares a micro-drop sample comprising a part of the enriched particle sample.

2. Modulo de preparacion de microgota2. Microgout preparation module

a. Caracteristicas de una microgotato. Characteristics of a micro drop

Una microgota 802 es una muestra discreta que tiene un volumen predeterminado entre, por ejemplo, aproximadamente 1,0 picolitro y aproximadamente 0,5 microlitros. De este modo, microgotas preparadas mediante el modulo de preparacion de microgota proporciona una cantidad conocida de muestra para procesamiento adicional. El volumen de la microgota preparada mediante el modulo de preparacion de microgota es preferentemente esencialmente independiente de la viscosidad, conductividad electrica y fuerza osmotica del fluido de la microgota.An 802 micro drop is a discrete sample that has a predetermined volume between, for example, about 1.0 picoliter and about 0.5 microliters. Thus, micro drops prepared by the micro drop preparation module provides a known amount of sample for further processing. The volume of the micro-drop prepared by the micro-drop preparation module is preferably essentially independent of the viscosity, electrical conductivity and osmotic force of the micro-drop fluid.

La microgota 802 esta preferentemente definida por lfmites corriente arriba y corriente abajo cada uno formado por una interfaz lfquida de gas respectiva 804, 806. El lfquido de la interfaz se forma por una superficie de un lfquido que forma la microgota. El gas de la interfaz es gas presente en los canales microflmdicos del dispositivo microflmdico 901.The micro drop 802 is preferably defined by upstream and downstream limits each formed by a respective liquid gas interface 804, 806. The liquid from the interface is formed by a surface of a liquid that forms the microdrop. The gas of the interface is gas present in the microfluidic channels of the microflmed device 901.

b. Estructura y funcionamiento del modulo de preparacion de microgotab. Structure and operation of the micro drop preparation module

Haciendo referencia a las Fig. 8a-8b y 9a-9b, el modulo de preparacion de microgota 158 prepara una microgota 802 a partir de una muestra microflmdica recibida en el mismo. Este modulo incluye una zona de preparacion de microgota 800, un elemento de posicionamiento 979, un accionador de gas 170 y una valvula 216 que coopera para preparar la microgota 800 a partir de muestras microflmdicas recibidas desde la zona de enriquecimiento.Referring to Figs. 8a-8b and 9a-9b, the micro-drop preparation module 158 prepares a micro-drop 802 from a micro-medical sample received therein. This module includes a micro-drop preparation zone 800, a positioning element 979, a gas actuator 170 and a valve 216 that cooperates to prepare the micro-drop 800 from micro-chemical samples received from the enrichment zone.

Como se explico anteriormente, el accionador 168 de la zona enriquecida empuja la muestra enriquecida en la zona de preparacion de microgota 800. La muestra enriquecida se mueve hasta que alcanza el elemento de posicionamiento 979. En general, un elemento de posicionamiento inhibe el progreso corriente abajo de una muestra microflmdica para posicionar, de este modo, la muestra en un emplazamiento deseado. No obstante, como se explica con mas detalle a continuacion, el elemento de posicionamiento no inhibe de forma permanente el progreso de la muestra. En su lugar, permite que la muestra microflmdica continua corriente abajo en un tiempo posterior predeterminado.As explained above, the actuator 168 of the enriched zone pushes the enriched sample in the micro-drop preparation zone 800. The enriched sample moves until it reaches the positioning element 979. In general, a positioning element inhibits the current progress below a microflmed sample to position the sample in a desired location. However, as explained in more detail below, the positioning element does not permanently inhibit the progress of the sample. Instead, it allows the microfilmed sample to continue downstream at a predetermined later time.

El borde de ataque de la muestra microflmdica 808 que alcanza el elemento de posicionamiento 979 se posiciona corriente abajo desde una abertura 820 del accionador de gas 170. En consecuencia, una primera parte 821 de la muestra microflmdica 808 se dispone corriente arriba desde la abertura 820 y una segunda parte 822 de muestra microflmdica 808 se dispone corriente abajo de la abertura 820.The leading edge of the microflmed sample 808 reaching the positioning element 979 is positioned downstream from an opening 820 of the gas actuator 170. Consequently, a first part 821 of the microflmed sample 808 is arranged upstream from the opening 820 and a second part 822 of microfilm sample 808 is disposed downstream of the opening 820.

Haciendo referencia a las Fig. 8a-8b, se acciona el accionador de gas 170, tal como mediante DAQ 126, para generar, de este modo, una presion de gas suficiente para separar la microgota 802 de la segunda parte 822 de la muestra microflmdica 808. La presion de gas se proporciona preferentemente por el accionamiento de una fuente de calor 958, que calienta un volumen de gas asociado con un accionador de gas 957. Segun aumenta la presion, el gas se expande, separando, de este modo, una microgota 802 del resto de la muestra 808. La microgota 802 puede comprender solo una parte, tal como menos de aproximadamente el 75 % o menos de aproximadamente el 50 %, de la muestra microflmdica 808 recibida por la zona de preparacion de microgota 800. Las dimensiones de la microgota 802 se determinan por el volumen del canal entre la barrera de fluido 979 y la abertura 820. Por ejemplo, para un canal que tiene un area de seccion transversal uniforme, una longitud h de la microgota 802 se corresponde con una distancia d4 entre el elemento de posicionamiento 979 y la abertura 820. De este modo, puede configurarse un dispositivo microflmdico para preparar microgotas de cualquier volumen variando la longitud entre la barrera de fluido y la abertura de accionador correspondiente.Referring to Fig. 8a-8b, the gas actuator 170 is operated, such as by DAQ 126, to thereby generate a sufficient gas pressure to separate the microdroplet 802 from the second part 822 of the microflmed sample. 808. The gas pressure is preferably provided by actuating a heat source 958, which heats a volume of gas associated with a gas actuator 957. As the pressure increases, the gas expands, thereby separating a micro drop 802 of the rest of the sample 808. The micro drop 802 may comprise only a portion, such as less than about 75% or less than about 50%, of the microflmed sample 808 received by the micro drop drop zone 800. Dimensions of the micro drop 802 are determined by the volume of the channel between the fluid barrier 979 and the opening 820. For example, for a channel having a uniform cross-sectional area, a length h of the micro drop 802 corresponds to a distance d4 between the positioning element 979 and the opening 820. In this way, a microfilm device can be configured to prepare microdrops of any volume by varying the length between the fluid barrier and the corresponding actuator opening.

El accionamiento continuado del accionador de gas 170 sobrepasa el efecto inhibidor del elemento de posicionamiento 979, conduciendo, de este modo la microgota 802 a un emplazamiento corriente abajo de la zona de preparacion de microgota 800 mientras que la segunda parte 822 de la muestra microflmdica se mueve corriente arriba desde la microgota 802 hasta el modulo de lisis de celulas 160.The continued actuation of the gas actuator 170 exceeds the inhibitory effect of the positioning element 979, thereby leading the micro drop 802 to a location downstream of the micro drop drop zone 800 while the second part 822 of the microflmed sample is moves upstream from the microdrop 802 to the cell lysis module 160.

3. Modulo de lisis de celulas3. Cell lysis module

Haciendo referencia de nuevo a la Fig. 3, un modulo de lisis 160 recibe la microgota 802 preparada por la zona de preparacion de microgota 800. En general, el modulo de lisis 160 libera material desde el interior de las partfculas, talReferring again to Fig. 3, a lysis module 160 receives the microdroplet 802 prepared by the microgout preparation zone 800. In general, the lysis module 160 releases material from inside the particles, such

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como mediante la liberacion de material intracelular de celulas.as by the release of intracellular material from cells.

Tal como se muestra en las Fig. 4 y 12, el modulo de lisis 160 incluye una zona de lisis 950, un mecanismo de lisis dentro de la zona de lisis (tal como electrodos 954) y un elemento de posicionamiento ventilado 200 posicionado corriente arriba de la zona de lisis. El mecanismo de lisis preferentemente incluye un conjunto de electrodos u otras estructuras para generar campos electricos dentro de la zona de lisis. El elemento de posicionamiento ventilado incluye preferentemente una salida de ventilacion 202, una valvula 204 y un segundo elemento de posicionamiento 206 para inhibir fluido que fluye en la salida de ventilacion.As shown in Figs. 4 and 12, lysis module 160 includes a lysis zone 950, a lysis mechanism within the lysis zone (such as electrodes 954) and a ventilated positioning element 200 positioned upstream from the lysis zone. The lysis mechanism preferably includes a set of electrodes or other structures to generate electric fields within the lysis zone. The ventilated positioning element preferably includes a ventilation outlet 202, a valve 204 and a second positioning element 206 to inhibit fluid flowing in the ventilation outlet.

Como se explico anteriormente, el accionador 170 del modulo de preparacion de microgota 158 conduce una microgota dentro del modulo de lisis de celulas 160. Segun la microgota se mueve dentro del modulo 160, el elemento de posicionamiento ventilado 200 posiciona la microgota 802 en una posicion de lisis con respecto a electrodos 954. De manera mas espedfica, segun la microgota llega a un modulo de lisis 160 pasa la abertura del elemento de posicionamiento 200, puesto que el segundo elemento de posicionamiento 206 impide que la microgota fluya dentro de la salida de ventilacion 202. Cuando el extremo posterior de la microgota pasa la abertura de la barrera 200, el gas de propulsion desde el accionador 170 se disipa a traves de la salida de ventilacion 202, igualando sustancialmente, de este modo, la presion de gas corriente arriba de la microgota 802 con una presion corriente abajo de la microgota 802. De este modo, la microgota detiene el movimiento en una posicion de lisis justo corriente abajo de la barrera 200. Preferentemente, en la posicion de lisis, sustancialmente toda la microgota 802 se dispone entre un borde corriente arriba 212 y un borde corriente abajo 214 de los electrodos 954.As explained above, the actuator 170 of the micro drop preparation module 158 conducts a micro drop within the cell lysis module 160. As the micro drop moves into module 160, the ventilated positioning element 200 positions the micro drop 802 in a position of lysis with respect to electrodes 954. More specifically, as the micro drop reaches a lysis module 160 passes the opening of the positioning element 200, since the second positioning element 206 prevents the micro drop from flowing into the outlet of ventilation 202. When the rear end of the micro drop passes the opening of the barrier 200, the propulsion gas from the actuator 170 is dissipated through the ventilation outlet 202, thereby substantially equalizing the upstream gas pressure of the micro-drop 802 with a pressure downstream of the micro-drop 802. In this way, the micro-drop stops the movement in a position of right lysis below the barrier 200. Preferably, in the lysis position, substantially all of the micro drop 802 is disposed between an upstream edge 212 and a downstream edge 214 of the electrodes 954.

Despues de colocar la microgota 802 en la posicion de lisis de celulas, un circuito de impulsos de DAQ 126 suministra una senal de voltaje pulsada a traves de los electrodos 954. En respuesta, los electrodos 954 generan un campo electrico pulsado en las proximidades de los electrodos. Puesto que la microgota esta posicionada en sus proximidades, las celulas dentro de la microgota se someten al campo pulsado. Preferentemente, sustancialmente todas las celulas, tal como superior a aproximadamente el 75 %, de la microgota se someten a un campo electrico suficiente para liberar material intracelular del mismo. El modulo de lisis prepara, de este modo, una microgota lisada que comprende una cantidad predeterminada de muestra.After placing the micro-drop 802 in the cell lysis position, a pulse circuit of DAQ 126 supplies a pulsed voltage signal through electrodes 954. In response, electrodes 954 generate a pulsed electric field in the vicinity of the electrodes Since the micro drop is positioned in its vicinity, the cells within the micro drop are subjected to the pulsed field. Preferably, substantially all cells, such as greater than about 75%, of the micro drop are subjected to an electric field sufficient to release intracellular material therefrom. The lysis module thus prepares a lysed micro drop comprising a predetermined amount of sample.

Se muestra un circuito de impulsos preferente en la Fig. 14. En general, este circuito genera una secuencia de impulsos de voltaje que proporciona una secuencia correspondiente de pulsos de campo electrico en las proximidades de los electrodos 954 que tiene una amplitud y duracion suficiente para liberar una cantidad deseada de material intracelular de celulas dentro de la microgota.A preferred pulse circuit is shown in Fig. 14. In general, this circuit generates a sequence of voltage pulses that provides a corresponding sequence of electric field pulses in the vicinity of electrodes 954 having an amplitude and duration sufficient for release a desired amount of intracellular material from cells within the micro drop.

Material intracelular presente en la microgota lisada es accesible para etapas de procesamiento adicionales. Por ejemplo, ADN y/o ARN liberado de celulas se encuentra accesible para su amplificacion mediante reaccion en cadena de polimerasa. Como se usa en el presente documento, el termino lisis no requiere que las celulas se rompan completamente. En su lugar, lisis se refiere a la liberacion de material intracelular. Por ejemplo, en lugar de romper las celulas, el campo electrico puede aumentar la porosidad de las membranas celulares por una cantidad que permita la liberacion de material sin una ruptura permanente de las membranas.Intracellular material present in the lysed drop is accessible for additional processing steps. For example, DNA and / or RNA released from cells is accessible for amplification by polymerase chain reaction. As used herein, the term "lysis" does not require that the cells be completely broken. Instead, lysis refers to the release of intracellular material. For example, instead of breaking the cells, the electric field can increase the porosity of the cell membranes by an amount that allows the release of material without a permanent rupture of the membranes.

Tambien pueden emplearse otros mecanismos de lisis para liberar material intracelular de celulas. Por ejemplo, puede liberarse material sometiendo celulas a otras fuerzas que incluyen, por ejemplo, choque o presion osmotico. Los productos qmmicos, seleccionados entre el grupo de tensioactivos, disolventes y antibioticos pueden ponerse en contacto con las celulas. tambien se pueden usar metodos de cizallamiento mecanico para liberar materiales intracelulares.Other lysis mechanisms can also be used to release intracellular material from cells. For example, material can be released by subjecting cells to other forces that include, for example, shock or osmotic pressure. Chemicals, selected from the group of surfactants, solvents and antibiotics, can be contacted with the cells. mechanical shearing methods can also be used to release intracellular materials.

La microgota lisada puede moverse corriente abajo hasta el modulo de mezcla 160 para un procesamiento adicional. Para mover la microgota lisada corriente abajo, la valvula 216, que esta depositada corriente arriba de la zona de lisis 950, se cierra. La valvula 204 tambien se cierra para evitar que el gas salga de la zona de lisis 950 a traves de la salida de ventilacion. El accionador 170 se acciona a continuacion, tal como se ha descrito anteriormente, para proporciona una presion de gas suficiente para mover la microgota lisada corriente abajo de la zona de lisis 950.The lysed drop can be moved downstream to the mixing module 160 for further processing. To move the lysed microbead downstream, the valve 216, which is deposited upstream of the lysis zone 950, is closed. The valve 204 also closes to prevent gas from leaving the lysis zone 950 through the ventilation outlet. The actuator 170 is then operated, as described above, to provide a sufficient gas pressure to move the lysed micro drop down the lysis zone 950.

En una realizacion alternativa, un modulo de lisis 300, como se muestra en las Fig. 13a, 13b, incluye una zona de lisis 302 que esta configurada para preparar una microgota lisada 304 de volumen predeterminado a partir de una muestra microflmdica 306, que puede tener un volumen indeterminado. La zona de lisis 302 incluye preferentemente un mecanismo de lisis tal como electrodos 308. Las conducciones electricas 310 proporcionan una conexion a un circuito de impulsos de DAQ 126, a traves de contactos 112, portador de chip 120 y contactos 125. Un elemento de posicionamiento 312 se dispone corriente abajo de la zona de lisis 302. Un accionador 314 se dispone corriente arriba de la zona de lisis. El accionador 314 incluye preferentemente un segundo elemento de posicionamiento 316 para evitar que el fluido de la muestra microflmdica entre en el mismo.In an alternative embodiment, a lysis module 300, as shown in Figs. 13a, 13b, includes a lysis zone 302 that is configured to prepare a lysed microdrock 304 of predetermined volume from a microflmed sample 306, which can have an undetermined volume The lysis zone 302 preferably includes a lysis mechanism such as electrodes 308. The electrical conduits 310 provide a connection to a pulse circuit of DAQ 126, through contacts 112, chip carrier 120 and contacts 125. A positioning element 312 is disposed downstream of the lysis zone 302. An actuator 314 is disposed upstream of the lysis zone. The actuator 314 preferably includes a second positioning element 316 to prevent fluid from the microfluidic sample from entering it.

La zona de lisis 302 funciona de la siguiente manera. La muestra microflmdica 306 entra en la zona de lisis 302 y se mueve corriente abajo hasta que una interfaz corriente abajo 316 de la muestra microflmdica 306 se encuentra con el elemento de posicionamiento 312. El elemento de posicionamiento 312 aumenta preferentemente una tension de superficie de la interfaz corriente abajo de la muestra microflmdica 306, inhibiendo, de este modo, un movimientoLysis zone 302 works as follows. The microflmed sample 306 enters the lysis zone 302 and moves downstream until a downstream interface 316 of the microflmed sample 306 meets the positioning element 312. The positioning element 312 preferably increases a surface tension of the downstream interface of the microflmed sample 306, thereby inhibiting a movement

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corriente abajo adicional y posicionando una parte de la muestra microflmdica en una posicion de lisis con respecto a electrodos 308. La posicion de lisis se define como el emplazamiento de la parte de la muestra microflmdica dispuesta corriente abajo del accionador 314 y corriente arriba del elemento de posicionamiento 312. Preferentemente, el accionador 314 y el elemento de posicionamiento 312 se disponen adyacentes a los electrodos 308 de modo que todo el material presente en la posicion de lisis se somete al capo electrico cuando se accionan los electrodos 308.further downstream and positioning a part of the microflmedical sample in a lysis position with respect to electrodes 308. The lysis position is defined as the location of the part of the microflmedical sample disposed downstream of the actuator 314 and upstream of the element of positioning 312. Preferably, the actuator 314 and the positioning element 312 are arranged adjacent to the electrodes 308 so that all the material present in the lysis position is subjected to the electric hood when the electrodes 308 are operated.

El accionamiento de electrodos 308 en la realizacion descrita anteriormente, proporciona un campo electrico suficiente para liberar material intracelular a partir de celulas presentes en l parte de la muestra microflmdica en la posicion de lisis. Una vez se ha liberado una suficiente cantidad de material intracelular, el accionador 314 se acciona para preparar la microgota lisada 304 a partir de la muestra microflmdica 306. El accionador 314 proporciona preferentemente una presion de gas suficiente para mover la microgota lisada 304 a una parte corriente abajo de un dispositivo microflmdico tal como un modulo de mezcla 166.The electrode drive 308 in the embodiment described above, provides a sufficient electric field to release intracellular material from cells present in part of the micro-medical sample in the lysis position. Once a sufficient amount of intracellular material has been released, the actuator 314 is actuated to prepare the lysed micro drop 304 from the microflmed sample 306. The actuator 314 preferably provides a sufficient gas pressure to move the lysed micro drop 304 to a part. downstream of a microfluidic device such as a mixing module 166.

4. Modulo de mezcla y modulo de entrada de reactivo4. Mixing module and reagent input module

Haciendo referencia de nuevo a la Fig. 4, una muestra lisada preparada por el modulo de lisis 160 se recibe por el modulo de mezcla 166. El modulo de mezcla 166 incluye una zona de mezcla 958. En esta zona, la muestra de celula lisada se pone en contacto, tal como por mezcla, con una cantidad de reactivo recibido desde el modulo de fuente de reactivo 152. El modulo de fuente de reactivo 152 incluye una zona de preparacion de microgota de reactivo (ZPMR) 434, que funciona preferentemente para preparar una microgota que tiene un volumen predeterminado de reactivo.Referring again to Fig. 4, a lysed sample prepared by the lysis module 160 is received by the mixing module 166. The mixing module 166 includes a mixing zone 958. In this area, the lysed cell sample it is contacted, such as by mixing, with an amount of reagent received from reagent source module 152. Reagent source module 152 includes a reagent microbead preparation zone (ZPMR) 434, which preferably works for Prepare a micro drop that has a predetermined volume of reagent.

a. Modulo de entrada de reactivoto. Reagent input module

El modulo de entrada de reactivo 152 es esencialmente el mismo que el modulo de formacion de microgota 158, sin embargo, esta espedficamente disenado para la formacion de una microgota de reactivo que tiene un volumen predeterminado que proporcionara una relacion deseada de reactivo con respecto a muestra cuando se mezcle con la microgota del modulo de lisis de celulas 160. El modulo 152 incluye un puesto de entrada 420, una valvula 422 y un accionador 172, cada uno de los cuales une un canal de fuente de reactivo 428. Un canal de desbordamiento 424, que tambien une el canal de fuente de reactivos 428, puede proporcionarse. El accionador 172 puede incluir un segundo elemento de posicionamiento 432 para evitar que el lfquido entre en el mismo.The reagent input module 152 is essentially the same as the micro drop formation module 158, however, it is specifically designed for the formation of a reagent micro drop that has a predetermined volume that will provide a desired ratio of reagent to sample when mixed with the micro drop of the cell lysis module 160. The module 152 includes an entry post 420, a valve 422 and an actuator 172, each of which links a reagent source channel 428. An overflow channel 424, which also links reagent source channel 428, can be provided. The actuator 172 may include a second positioning element 432 to prevent liquid from entering it.

Los materiales reactivos, que comprenden preferentemente al menos un lfquido, se introducen a traves del puerto de entrada 420, tal como con una pipeta o una jeringa. Ejemplos de materiales reactivos adecuados incluyen sustancias para facilitar el procesamiento adicional de la muestra de celula lisada, tales como enzimas y otros materiales para amplificar ADN en el mismo mediante reaccion en cadena de polimerasa (PCR). El material reactivo se mueve corriente abajo dentro del canal de fuente de reactivo 428 hasta que una parte corriente abajo del material reactivo entra en contacto con un elemento de posicionamiento 426. Cualquier material reactivo adicional que continua recibiendose dentro del modulo de fuente de reactivo entra preferentemente en el canal de desbordamiento 424. Cuando se finaliza la introduccion del reactivo, la valvula 422 se cierra para evitar que el reactivo salga del canal de fuente de reactivo a traves del puerto de fuente de reactivo 420.The reactive materials, which preferably comprise at least one liquid, are introduced through the inlet port 420, such as with a pipette or a syringe. Examples of suitable reactive materials include substances to facilitate further processing of the lysed cell sample, such as enzymes and other materials for amplifying DNA therein by polymerase chain reaction (PCR). The reactive material moves downstream into the reagent source channel 428 until a downstream portion of the reactive material comes into contact with a positioning element 426. Any additional reactive material that continues to be received within the reagent source module preferably enters in the overflow channel 424. When the reagent introduction is completed, the valve 422 is closed to prevent the reagent from leaving the reagent source channel through the reagent source port 420.

b. Modulo de mezclab. Mixing module

La zona de mezcla 958 del modulo de mezcla incluye adjunto primer y segundo canales 410, 412. Materiales que se mueven corriente abajo hacia la zona de mezcla 958 entran en contacto entre sf y preferentemente se mezclan en la misma. Debido a las dimensiones a micro escala de la zona de mezcla 958, la muestra y los materiales reactivos se mezclan preferentemente mediante difusion incluso en ausencia de otras fuentes de transporte en masa, tal como agitacion mecanica. Sin embargo, se debe entender que, las fuerzas de agitacion, tales como ondas acusticas pueden aplicarse para mejorar la mezcla dentro de la zona de mezcla 958.The mixing zone 958 of the mixing module includes attached first and second channels 410, 412. Materials that move downstream towards the mixing zone 958 come into contact with each other and preferably are mixed therein. Due to the micro-scale dimensions of the mixing zone 958, the sample and the reactive materials are preferably mixed by diffusion even in the absence of other mass transport sources, such as mechanical agitation. However, it should be understood that, stirring forces, such as acoustic waves, can be applied to improve mixing within the mixing zone 958.

c. Funcionamiento de modulo de mezcla y modulo de entrada de reactivoC. Mixing module operation and reagent input module

El modulo de fuente de reactivo 152 y el modulo de mezcla 166 funciona preferentemente del siguiente modo. Cuando una muestra lisada de la zona de lisis 950 esta lista para mezclarse con un material reactivo, se acciona el accionador 172 para preparar una microgota de reactivo. La microgota de reactivo se prepara a partir de la parte de material reactivo corriente abajo de una abertura 430 del accionador 172 y corriente arriba del elemento de posicionamiento 427. De este modo, asumiendo que las dimensiones del canal de fuente de reactivo 428 son constantes, el volumen de la microgota de reactivo se determina por la distancia entre el elemento de posicionamiento 426 y la abertura del accionador 430.Reagent source module 152 and mixing module 166 preferably operates as follows. When a lysed sample from lysis zone 950 is ready to be mixed with a reagent material, actuator 172 is actuated to prepare a reagent micro drop. The reagent micro drop is prepared from the reagent material part downstream of an opening 430 of the actuator 172 and upstream of the positioning element 427. Thus, assuming that the dimensions of the reagent source channel 428 are constant, The volume of the reagent micro drop is determined by the distance between the positioning element 426 and the opening of the actuator 430.

La microgota de reactivo se mueve corriente abajo hacia el canal 412 de la zona de mezcla de reactivo. Mientras tanto, una muestra de material lisado, tal como una microgota lisada, se mueve corriente abajo desde la zona de lisis 950 hacia el canal 410 de la zona de mezcla 958. El accionador 170 puede proporcionar la fuerza motriz para mover la microgota lisada corriente abajo. Como alternativa, como se trato con anterioridad, puede disponerse otroThe reagent microbead moves downstream to channel 412 of the reagent mixing zone. Meanwhile, a sample of lysate material, such as a lysed micro drop, moves downstream from the lysis zone 950 to the channel 410 of the mixing zone 958. The actuator 170 can provide the driving force to move the current lysed micro drop. down. Alternatively, as discussed above, another one may be provided.

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accionador corriente arriba de la zona de lisis 950 pero corriente abajo del accionador 170 para proporcionar la fuerza motriz necesaria.actuator upstream of lysis zone 950 but downstream of actuator 170 to provide the necessary driving force.

La muestra y material reactivo entran en un canal corriente abajo 438 de la zona de mezcla 958, cuando los materiales entran en contacto y se mezclan. Puesto que tanto la muestra lisada como el material reactivo se mezclan en forma de microgotas, la zona de mezcla 958 prepara una cantidad de material mezclado que tiene una relacion predeterminada de muestra con respecto a reactivo. Los volumenes de microgotas preparadas dentro del dispositivo microflmdico 110 son preferentemente independientes de las propiedades ffsicas, tales como la viscosidad, la conductividad electrica y fuerza osmotica, de las microgotas. De este modo, la zona de mezcla 958 prepara una cantidad de material mezclado que tiene una muestra con respecto a material reactivo que tambien es independiente de las propiedades ffsicas y qmmicas de los materiales mezclados. Una salida de ventilacion 440, que se encuentra corriente abajo de las diversas zonas del dispositivo microflmdico 110 asegura que la acumulacion de presion corriente abajo no inhibe el movimiento corriente abajo de muestra dentro del dispositivo microflmdico 110.The sample and reactive material enter a downstream channel 438 of the mixing zone 958, when the materials come into contact and mix. Since both the lysed sample and the reactive material are mixed in the form of micro-drops, the mixing zone 958 prepares an amount of mixed material that has a predetermined ratio of sample to reagent. The volumes of microdroplets prepared within the microfilm device 110 are preferably independent of the physical properties, such as the viscosity, electrical conductivity and osmotic force, of the microdroplets. Thus, the mixing zone 958 prepares an amount of mixed material that has a sample with respect to reactive material that is also independent of the physical and chemical properties of the mixed materials. A vent outlet 440, which is downstream of the various areas of the microfilm device 110 ensures that the accumulation of downstream pressure does not inhibit the downstream movement of the sample within the microflimetric device 110.

5. Modulo de manipulacion de ADN5. DNA manipulation module

La muestra de celula lisada mezclada y reactivo se reciben dentro de una zona de manipulacion de ADN 971 del modulo de manipulacion de ADN 162. El modulo 162 puede realizar, por ejemplo, la restriccion, digestion, ligacion, hibridacion y amplificacion de material de ADN. En una forma de realizacion, la zona de manipulacion de ADN 971 esta configurada para realizar la amplificacion de PCR de acidos nucleicos presentes dentro de la muestra de celula lisada. La salida de ventilacion 440 evita que aumente la presion dentro de la zona 971 segun la muestra de celula lisada y el reactivo estan siendo introducidos a la misma. Las valvulas 972 y 973 del modulo de manipulacion de ADN 162 pueden cerrarse para evitar que los sustratos dentro de la zona salgan, tal como mediante evaporacion, durante la amplificacion de PCR. La zona de manipulacion de ADN esta configurada con fuentes de calor bajo el control de ordenador 127 para permitir el ciclo termico de la zona de manipulacion de ADN durante la amplificacion, tal como entiende un experto en la tecnica.The mixed and reactive lysed cell sample is received within a DNA manipulation zone 971 of the DNA manipulation module 162. The module 162 can perform, for example, the restriction, digestion, ligation, hybridization and amplification of DNA material. . In one embodiment, the DNA manipulation zone 971 is configured to perform the PCR amplification of nucleic acids present within the lysed cell sample. The vent outlet 440 prevents the pressure inside the zone 971 from increasing according to the lysed cell sample and the reagent being introduced thereto. Valves 972 and 973 of the DNA manipulation module 162 can be closed to prevent substrates within the zone from leaving, such as by evaporation, during PCR amplification. The DNA manipulation zone is configured with heat sources under computer control 127 to allow the thermal cycle of the DNA manipulation zone during amplification, as is understood by one skilled in the art.

El sistema 901 tambien incluye un detector 981 para detectar la presencia de polinucleotidos amplificados producidos mediante PCR. El detector 981 es preferentemente un detector optico en comunicacion optica, tal como por una fibra optica 981, con la zona 971. Una fuente de luz, tal como un diodo laser, introduce luz a la zona de manipulacion de ADN 971 para generar fluorescencia indicadora de la cantidad de polinucleotidos amplificados presentes en la misma. La fluorescencia aparece a partir de etiquetas fluorescentes, incluidas en el reactivo y asociadas con los polinucleotidos cuando se amplifican.System 901 also includes a detector 981 to detect the presence of amplified polynucleotides produced by PCR. The detector 981 is preferably an optical detector in optical communication, such as by an optical fiber 981, with zone 971. A light source, such as a laser diode, introduces light to the DNA manipulation zone 971 to generate indicator fluorescence of the amount of amplified polynucleotides present therein. Fluorescence appears from fluorescent labels, included in the reagent and associated with polynucleotides when amplified.

D. Elementos de posicionamiento preferentesD. Preferred positioning elements

A continuacion se comentan elementos de posicionamiento preferentes.Next, preferred positioning elements are discussed.

1. Elementos de posicionamiento no humectantes1. Non-wetting positioning elements

Puede formarse un elemento de posicionamiento 979 mediante un material no humectante dispuesto para entrar en contacto con una muestra microflmdica. Las propiedades ffsico-qmmicas del material no humectante se escogen en consideracion del tipo de lfquido que forma la muestra microflmdica. Por ejemplo, cuando la muestra es una muestra microflmdica en una muestra acuosa, el elemento de posicionamiento comprende preferentemente un material hidrofobo. Un material hidrofobo ejemplar incluye un compuesto organico no polar, tal como un silano alifatico, que puede formarse modificando una superficie interna del dispositivo microflmdico 901. Para muestra microflmdicas formadas de disolventes organicos, el material no humectante puede comprender un material hidrofilo.A positioning element 979 can be formed by a non-wetting material arranged to come into contact with a microflmed sample. The physical-chemical properties of the non-wetting material are chosen in consideration of the type of liquid that forms the microflmed sample. For example, when the sample is a microflmed sample in an aqueous sample, the positioning element preferably comprises a hydrophobic material. An exemplary hydrophobic material includes a non-polar organic compound, such as an aliphatic silane, which can be formed by modifying an internal surface of the microfilm device 901. For microflimed samples formed of organic solvents, the non-wetting material may comprise a hydrophilic material.

Cuando una muestra microflmdica 808 se encuentra con el elemento de posicionamiento 979, el lfquido de muestra microflmdica experiencia una tension de superficie aumentada en la interfaz corriente abajo 810, cuya tension de superficie aumentada inhibe el movimiento corriente abajo continuado de la muestra microflmdica 808. Aumentar la diferencia de presion de gas entre las partes corriente arriba y corriente abajo de la muestra microflmdica supera la resistencia y mueve la muestra microflmdica corriente abajo.When a microflmed sample 808 meets the positioning element 979, the microflmed sample fluid experiences an increased surface tension at the downstream interface 810, whose increased surface tension inhibits the continued downstream movement of the microflmed sample 808. Increase The difference in gas pressure between the upstream and downstream parts of the microfilmed sample exceeds the resistance and moves the microflmed sample downstream.

2. Elementos de posicionamiento capilares asistidos2. Assisted capillary positioning elements

Haciendo referencia a las Fig. 10a-10c, otro tipo de elemento de posicionamiento puede formarse modificando las dimensiones del canal microflmdico para formar un elemento de posicionamiento capilar asistido (EPCA) 700. Un EPCA comprende una zona alimentada corriente arriba 702, una zona de carga 704 y una zona de detencion 704. Una muestra microflmdica 720 que se encuentra el EPCA se mueve corriente abajo hasta que una interfaz corriente abajo 710 de la muestra microflmdica entre en contacto con superficies corriente arriba 714 de la zona de carga 706. En este punto, la accion capilar causa que la muestra microflmdica se mueva corriente abajo hasta que la interfaz de muestra corriente abajo 710 se encuentra con la abertura 712 entre la zona de carga 704 y la zona de detencion 706. La tension de superficie resiste que la tendencia de la muestra microflmdica continue corriente abajo pasada la abertura 714. De este modo, la muestra microflmdica 720 se posiciona en un emplazamiento predeterminado a lo largo del eje del canal con respecto al elemento de posicionamiento 700.Referring to Fig. 10a-10c, another type of positioning element can be formed by modifying the dimensions of the microflmed channel to form an assisted capillary positioning element (EPCA) 700. An EPCA comprises a zone fed upstream 702, a zone of load 704 and a stop zone 704. A microflmed sample 720 that is found in the EPCA moves downstream until a downstream interface 710 of the microflmed sample comes into contact with surfaces upstream 714 of the load zone 706. In this point, the capillary action causes the microflmed sample to move downstream until the downstream sample interface 710 meets the opening 712 between the load zone 704 and the stop zone 706. The surface tension resists that the tendency of the microflmed sample continue downstream past the opening 714. In this way, the microflmed sample 720 is positioned at a predetermined location. rolled along the axis of the channel with respect to the positioning element 700.

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El volumen de la muestra microflmdica que se encuentra con el EPCA tiene preferentemente un volumen mas grande que el volumen de la zona de carga 704 para asegurar que la muestra microflmdica avanzara completamente hasta la abertura. Para fluidos que tienen tensiones de superficie similares y propiedades de interfaz como el agua, la profundidad d1 de la zona de carga 704 es preferentemente de aproximadamente el 50 % o menos de las profundidades respectivas d2, d3 de las zonas de detencion y alimentacion.The volume of the microflmed sample that meets the EPCA preferably has a larger volume than the volume of the loading zone 704 to ensure that the microflmed sample will advance completely to the opening. For fluids that have similar surface tensions and interface properties such as water, the depth d1 of the loading zone 704 is preferably about 50% or less of the respective depths d2, d3 of the stop and feed zones.

La tendencia de una muestra microflmdica en moverse en una direccion dada se rige por la relacion entre el radio de curvatura medio (RCM) de la parte frontal de la muestra microflmdica y el RCM de la parte trasera de la muestra microflmdica. Las curvaturas dependen del angulo de contacto del fluido de la muestra y las dimensiones de la zona en la que la microgota se esta moviendo. Un RCM ri de una interfaz de microgota en la zona de carga es preferentemente inferior al RCM r2 de una interfaz de microgota dentro de la zona de alimentacion o un RCM r3 de una interfaz de gota dentro de la zona de detencion. El RCM r2 es preferentemente mas grande que el RCM r3. De este modo, El radio de curvatura de la interfaz de microgota corriente abajo aumento cuando se encuentra con la cena de detencion inhibiendo, de este modo, el movimiento corriente abajo adicional. Preferentemente, el angulo de contacto del fluido con la pared esta sustancialmente constante por toda la zona de carga capilar asistida.The tendency of a micro-medical sample to move in a given direction is governed by the relationship between the mean radius of curvature (RCM) of the front part of the micro-medical sample and the RCM of the rear part of the micro-medical sample. The curvatures depend on the contact angle of the sample fluid and the dimensions of the area in which the micro drop is moving. An RCM ri of a micro-drop interface in the loading zone is preferably lower than the RCM r2 of a micro-drop interface within the feed zone or an RCM r3 of a drop interface within the stop zone. The RCM r2 is preferably larger than the RCM r3. Thus, the radius of curvature of the downstream micro drop interface increases when it encounters the stopping dinner, thereby inhibiting additional downstream movement. Preferably, the angle of contact of the fluid with the wall is substantially constant throughout the area of assisted capillary loading.

3. D. Elementos de posicionamiento ventilados3. D. Ventilated positioning elements

Haciendo referencia a las Fig. 11a-11c, un elemento de posicionamiento 500 funciona para posicionar una muestra microflmdica 502 reduciendo la presion de gas que actuan con una parte corriente arriba 504 de la muestra microflmdica en relacion con la presion de gas que actua con una parte corriente abajo 506 de la muestra microflmdica. El elemento de posicionamiento 500 incluye una salida de ventilacion 508 dispuesta en comunicacion gaseosa con una zona 510 a lo largo de la cual se mueve muestra microflmdica 502. La salida de ventilacion 508 se comunica preferentemente con la zona 510 a traves de un pasaje 526. La zona puede ser, por ejemplo, un canal o un conducto. El elemento de posicionamiento 500 puede incluir tambien un segundo elemento de posicionamiento 516, tal como un material no humectante, para sustancialmente evitar que el fluido de la muestra microflmdica entre en contacto con la salida de ventilacion.Referring to Fig. 11a-11c, a positioning element 500 functions to position a microfilm sample 502 by reducing the gas pressure acting with an upstream portion 504 of the microfilm sample in relation to the gas pressure acting with a downstream part 506 of the microflmedic sample. The positioning element 500 includes a ventilation outlet 508 arranged in gaseous communication with an area 510 along which micro-chemical sample 502 moves. The ventilation outlet 508 preferably communicates with the area 510 through a passage 526. The zone can be, for example, a channel or a conduit. The positioning element 500 may also include a second positioning element 516, such as a non-wetting material, to substantially prevent fluid from the microfluidic sample from coming into contact with the ventilation outlet.

Un estado abierto de una salida de ventilacion 512 permite el pasaje de gas entre la zona 510 y la salida de ventilacion 508. Un estado cerrado de la valvula 512 evita tal pasaje de gas. La valvula 514 esta preferentemente accionada termicamente e incluye una masa 514 de TRS.An open state of a vent 512 allows the passage of gas between zone 510 and the vent 508. A closed state of the valve 512 prevents such a passage of gas. The valve 514 is preferably thermally actuated and includes a mass 514 of TRS.

Un accionador 518 se dispone corriente arriba del elemento de posicionamiento 500. El accionador 518 es preferentemente un accionador de gas y puede incluir una fuente de calor 520 para calentar gas asociado con un accionador 518. El accionador 518 puede incluir un elemento de posicionamiento 522, tal como un material no humectante, para sustancialmente evitar que el fluido de la muestra microflmdica entre en el mismo.An actuator 518 is arranged upstream of the positioning element 500. The actuator 518 is preferably a gas actuator and may include a heat source 520 for heating gas associated with an actuator 518. The actuator 518 may include a positioning element 522, such as a non-wetting material, to substantially prevent fluid from the microfluidic sample from entering it.

El elemento de posicionamiento 500 funciona preferentemente del siguiente modo. Haciendo referencia a la Fig. 11a, la muestra microflmdica 502 se mueve corriente abajo en la direccion de la flecha 524. La muestra microflmdica se mueve preferentemente por una presion de gas proporcionada a partir de un accionador corriente arriba, que no se muestra en las Fig. 9a-9c. La presion de gas actua con la parte corriente arriba 504.The positioning element 500 preferably operates as follows. Referring to Fig. 11a, the microflmed sample 502 moves downstream in the direction of arrow 524. The microflmed sample is preferably moved by a gas pressure provided from an upstream actuator, which is not shown in the Fig. 9a-9c. The gas pressure acts with the upstream part 504.

Haciendo referencia a la Fig. 11b, cuando la parte corriente arriba 504 pasa la abertura de la salida de ventilacion 508, el gas corriente arriba se disipa a traves de la salida de ventilacion 508, reduciendo, de este modo, la presion corriente arriba. La reduccion de presion, que preferentemente iguala las presiones corriente abajo y corriente arriba, reduce o elimina la fuerza motriz tendiendo a impulsar la muestra microflmdica corriente abajo.Referring to Fig. 11b, when the upstream portion 504 passes the opening of the vent outlet 508, the upstream gas dissipates through the vent outlet 508, thereby reducing the upstream pressure. The pressure reduction, which preferably equalizes the downstream and upstream pressures, reduces or eliminates the driving force tending to drive the micro-chemical sample downstream.

Haciendo referencia a la Fig. 11c, la salida de ventilacion 512 esta encerrada para evitar el pasaje de gas entre la zona 510 y salida de ventilacion 508. Preferentemente, el TRS 514 se mueve en el pasaje 526. Cuando se cierra la valvula 512, el accionamiento del accionador 518 proporciona una fuerza motriz para mover la muestra microflmdica 502 corriente abajo en la direccion de la flecha 528 para procesamiento adicional.Referring to Fig. 11c, the vent outlet 512 is enclosed to prevent the passage of gas between zone 510 and vent outlet 508. Preferably, the TRS 514 moves in the passage 526. When the valve 512 is closed, the actuator drive 518 provides a driving force to move the microfilm sample 502 downstream in the direction of arrow 528 for further processing.

4. Elementos de posicionamiento de fluido activo4. Active fluid positioning elements

Haciendo referencia a las Fig. 15a-15c, un modulo de preparacion de microgota 652 tiene una zona de preparacion de microgota 650, un elemento de posicionamiento de fluido activo 654, un accionador 656 y una valvula 658. Un segundo accionador 660 esta operativamente asociado con el elemento de posicionamiento activo 654 para introducir una muestra microflmdica 666 a la zona de preparacion de microgota 650. Un segundo accionador 660 se ubica preferentemente corriente arriba de la valvula 658. Un modulo de preparacion de microgota 652 prepara una microgota 668, que tiene un volumen predeterminado a partir de la muestra microflmdica 666 recibida en el mismo.Referring to Fig. 15a-15c, a micro-drop preparation module 652 has a micro-drop preparation zone 650, an active fluid positioning element 654, an actuator 656 and a valve 658. A second actuator 660 is operatively associated with the active positioning element 654 for introducing a micro-medical sample 666 to the micro-drop preparation zone 650. A second actuator 660 is preferably located upstream of the valve 658. A micro-drop preparation module 652 prepares a micro-drop 668, which has a predetermined volume from the microflmed sample 666 received therein.

Durante su funcionamiento, el modulo de preparacion microflmdico 652 recibe la muestra microflmdica 666, que se mueve corriente abajo debido a la fuerza motriz proporcionada por el segundo accionador 660. La fuerza motriz es preferentemente una presion de gas corriente arriba, que es mas grande que una presion de gas corriente abajo que actua con la muestra microflmdica 666. La muestra microflmdica se mueve corriente abajo hasta que una parte corriente abajo de la misma 670 se encuentra con el elemento de posicionamiento activo 654, que comprendeDuring operation, the microfilm preparation module 652 receives the microflmed sample 666, which moves downstream due to the driving force provided by the second actuator 660. The driving force is preferably an upstream gas pressure, which is larger than a downstream gas pressure acting with the microflmed sample 666. The microflmed sample moves downstream until a downstream portion thereof 670 meets the active positioning element 654, which comprises

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preferentemente un sensor 672 que tiene conducciones electricas 674. Las conducciones 674 estan en comunicacion electrica con pasadores I/O del dispositivo microflmdico para permitir que las senales del sensor 672 se reciban por un DAQ.preferably a sensor 672 having electrical conduits 674. The conduits 674 are in electrical communication with I / O pins of the microfluidic device to allow the signals of the sensor 672 to be received by a DAQ.

El elemento sensor 672 es preferentemente un par de contactos electricos. Para detectar la presencia del lfquido, el DAQ 126 aplica un pequeno voltaje a traves de las conducciones 674 y mide la corriente resultante. Segun el Kquido de la muestra microflmdica entra en contacto con el primer y segundo contactos, la corriente que pasa entre los mismos cambia, indicando, de este modo, al DAQ 126 que el lfquido ha llegado al sensor 672.The sensor element 672 is preferably a pair of electrical contacts. To detect the presence of the liquid, the DAQ 126 applies a small voltage across the conduits 674 and measures the resulting current. According to the liquid of the microflmed sample, it comes into contact with the first and second contacts, the current passing between them changes, thus indicating to DAQ 126 that the liquid has reached sensor 672.

Cuando se reconoce que el lfquido ha llegado al sensor 672, el DAQ ordena al segundo accionador 660 que disminuya una fuerza motriz corriente abajo que actua con la muestra microflmdica 666. Por ejemplo, el DAQ puede reducir una corriente que fluye a traves de una fuente de calor 676 asociada con un segundo accionador 660 reduciendo, de este modo, una temperatura de un gas en el mismo. La reduccion de temperatura reduce la presion de gas que actua con una parte corriente arriba 678 de muestra microflmdica inhibiendo, de este modo, el movimiento corriente abajo de la muestra microflmdica 666. La muestra microflmdica se posiciona de modo que la primera parte 680 se ubica corriente abajo del accionador 656 y una segunda parte 682 se ubica corriente arriba del accionador 656.When it is recognized that the liquid has reached the sensor 672, the DAQ instructs the second actuator 660 to decrease a downstream driving force that acts with the microflmed sample 666. For example, the DAQ can reduce a current flowing through a source of heat 676 associated with a second actuator 660 thereby reducing a temperature of a gas therein. The temperature reduction reduces the pressure of gas acting with an upstream portion 678 of the microflmed sample, thereby inhibiting the downstream movement of the microflmed sample 666. The microflmed sample is positioned so that the first part 680 is located downstream of the actuator 656 and a second part 682 is located upstream of the actuator 656.

Para preparar la microgota 668, el DAQ 126 acciona el accionador para proporcionar una fuerza motriz que prepara la microgota 668 a partir de la primera parte 680 de la muestra microflmdica 666. La microgota 668 se mueve corriente abajo mientras que la segunda parte 682 de la muestra microflmdica 666 se mueve corriente arriba del accionador 656. Durante la preparacion de microgota, la valvula 658 puede estar cerrada para aislar sustancialmente el accionador 656 del segundo accionador 660 y otras partes corriente arriba del dispositivo microflmdico.To prepare the micro drop 668, the DAQ 126 drives the actuator to provide a driving force that prepares the micro drop 668 from the first part 680 of the microflmed sample 666. The micro drop 668 moves downstream while the second part 682 of the Micro-medical sample 666 moves upstream of actuator 656. During the micro-drop preparation, valve 658 may be closed to substantially isolate actuator 656 from second actuator 660 and other parts upstream of the microflmed device.

El elemento de posicionamiento activo funciona preferentemente como un bucle cerrado que proporciona retroalimentacion del sensor 672 al DAQ. La retroalimentacion se indica cuando una muestra microflmdica ha alcanzado una posicion predeterminada dentro del dispositivo microflmdico. Cuando se recibe la retroalimentacion, el DAQ cambia el estado del accionador que proporciona la fuerza motriz para mover la microgota.The active positioning element preferably functions as a closed loop that provides feedback from sensor 672 to the DAQ. Feedback is indicated when a microfilm sample has reached a predetermined position within the microfilm device. When feedback is received, the DAQ changes the state of the actuator that provides the driving force to move the micro drop.

Mientras que la anterior invencion se ha descrito con referencia a determinadas realizaciones preferentes, debe tenerse en cuenta que el alcance de la presente invencion no queda limitado a estas. De este modo, un experto en la tecnica puede encontrar variaciones de estas realizaciones preferentes que, sin embargo, que se encuentran dentro del alcance de las reivindicaciones.While the previous invention has been described with reference to certain preferred embodiments, it should be noted that the scope of the present invention is not limited thereto. Thus, one skilled in the art can find variations of these preferred embodiments, which, however, are within the scope of the claims.

Claims (9)

55 1010 15fifteen 20twenty 2525 3030 3535 4040 45Four. Five 50fifty 5555 6060 6565 REIVINDICACIONES 1. Un dispositivo microflmdico (110) para procesar una muestra microflmdica que contiene celulas, que comprende:1. A micro-medical device (110) for processing a micro-medical sample containing cells, comprising: un modulo de lisis (300) configurado para recibir una muestra microflmdica que contiene celulas, en el que el modulo de lisis comprende una zona de lisis (302), en el que la muestra microflmdica es un lfquido; un elemento de posicionamiento (312) configurado para inhibir el movimiento corriente abajo de la muestra microflmdica para posicionar la muestra microflmdica en una posicion de lisis;a lysis module (300) configured to receive a micro-medical sample containing cells, in which the lysis module comprises a lysis zone (302), in which the micro-medical sample is a liquid; a positioning element (312) configured to inhibit the movement downstream of the microflmed sample to position the microflmed sample in a lysis position; un mecanismo de lisis (308) dentro de la zona de lisis (302), para liberar contenido intracelular a partir de celulas dentro de la zona de lisis; ya lysis mechanism (308) within the lysis zone (302), to release intracellular content from cells within the lysis zone; Y un accionador de gas (314) dispuesto corriente arriba del elemento de posicionamiento (312) y la zona de lisis (302) de modo que una prima parte de la muestra microflmdica se dispone corriente arriba del accionador de gas (314) y una segunda parte de la muestra microflmdica se dispone corriente abajo del accionador de gas (314) y corriente arriba del elemento de posicionamiento (312), configurado el accionador de gas (314) para proporcionar una presion de gas suficiente para preparar una microgota (304) que tenga un volumen predeterminado que comprenda contenido intracelular liberado a partir de celulas de la muestra microflmdica que contiene celulas dentro de la zona de lisis (302) mediante la separacion de la segunda parte de la muestra microflmdica de la primera parte de la muestra microflmdica y moviendo la segunda parte de la muestra microflmdica a un emplazamiento corriente abajo del mecanismo de lisis (308) y el elemento de posicionamiento (312).a gas actuator (314) disposed upstream of the positioning element (312) and the lysis zone (302) so that a premium part of the microflmed sample is arranged upstream of the gas actuator (314) and a second part of the micro-medical sample, downstream of the gas actuator (314) and upstream of the positioning element (312), the gas actuator (314) is configured to provide sufficient gas pressure to prepare a micro drop (304) having a predetermined volume comprising intracellular content released from cells of the microflmedic sample containing cells within the lysis zone (302) by separating the second part of the microflmedic sample from the first part of the microflmedic sample and moving the second part of the micro-medical sample at a location downstream of the lysis mechanism (308) and the positioning element (312). 2. El dispositivo microflmdico (110) segun la reivindicacion 1, en el que el dispositivo comprende un sustrato (130,2. The micro-medical device (110) according to claim 1, wherein the device comprises a substrate (130, 132) y en el que el mecanismo de lisis (308) y el accionador de gas (314) son integrales con el sustrato.132) and in which the lysis mechanism (308) and the gas actuator (314) are integral with the substrate. 3. El dispositivo microflmdico (110) segun la reivindicacion 1 o 2, en el accionador de gas (314) comprende una3. The microfilm device (110) according to claim 1 or 2, in the gas actuator (314) comprises a fuente de calor para calentar una cantidad de gas aumentando, de este modo, una presion de gas.heat source to heat an amount of gas thereby increasing a gas pressure. 4. El dispositivo microflmdico (110) segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento de posicionamiento (312) comprende una salida de ventilacion para igualar sustancialmente una presion de gas corriente arriba de la muestra microflmdica que contiene celulas con una presion de gas corriente abajo de la muestra microflmdica que contiene celulas cuando la muestra microflmdica que contiene celulas se encuentra en la posicion de lisis para inhibir, de este modo, el movimiento corriente abajo de la muestra microflmdica de que contiene celulas corriente abajo desde la posicion de lisis.4. The microfilm device (110) according to any one of the preceding claims, wherein the positioning element (312) comprises a ventilation outlet to substantially equalize a gas pressure upstream of the microflmed sample containing cells with a pressure of downstream gas of the microflmed sample containing cells when the microflmed sample containing cells is in the lysis position to thereby inhibit the downstream movement of the microflmed sample containing cells downstream from the position of lysis 5. Un metodo microflmdico para procesar una muestra microflmdica que contiene celulas, que comprende:5. A micro-medical method for processing a micro-medical sample containing cells, comprising: el posicionamiento, usando un elemento de posicionamiento (312), de la muestra microflmdica que contienethe positioning, using a positioning element (312), of the micro-medical sample containing celulas en una posicion de lisis con respecto a un mecanismo de lisis (308) de una zona de lisis (302) de un modulo de lisis (300) de un dispositivo microflmdico (110), la muestra microflmdica que contiene celulas que comprende un lfquido que contiene celulas;cells in a lysis position with respect to a lysis mechanism (308) of a lysis zone (302) of a lysis module (300) of a microfluidic device (110), the microflmedical sample containing cells comprising a liquid which contains cells; el accionamiento del mecanismo de lisis (308) para liberar material intracelular de celulas de la muestra microflmdica que contiene celulas;the actuation of the lysis mechanism (308) to release intracellular material from cells of the microflmedical sample containing cells; el accionamiento de un accionador de gas (314) dispuesto corriente arriba del elemento de posicionamiento (312) y la zona de lisis (302) para proporcionar una presion de gas suficiente para separar una parte de la muestra microflmdica que contiene celulas que se encuentra corriente abajo del accionador de gas (314) y corriente arriba del elemento de posicionamiento (312) desde una parte de la muestra microflmdica que contiene celulas que se encuentra corriente arriba del accionador de gas (314) y mover la parte corriente abajo de la muestra microflmdica que contiene celulas a un emplazamiento corriente abajo del mecanismo de lisis (308) y el elemento de posicionamiento (312), siendo la parte corriente abajo de la muestra microflmdica una microgota (304) que comprende material intracelular liberado a partir de celulas de la muestra microflmdica que contiene celulas y que tiene un volumen predeterminado.the actuation of a gas actuator (314) disposed upstream of the positioning element (312) and the lysis zone (302) to provide a sufficient gas pressure to separate a part of the microflmed sample containing cells that are current below the gas actuator (314) and upstream of the positioning element (312) from a part of the microflmed sample containing cells that are located upstream of the gas actuator (314) and move the downstream part of the microflmed sample which contains cells at a location downstream of the lysis mechanism (308) and the positioning element (312), the downstream part of the micro-medical sample being a micro drop (304) comprising intracellular material released from sample cells microfilm that contains cells and has a predetermined volume. 6. El metodo microflmdico segun la reivindicacion 5, en el que la etapa de posicionamiento comprende poner en contacto la superficie corriente abajo de la muestra microflmdica con un material hidrofobo.6. The microflmed method according to claim 5, wherein the positioning step comprises contacting the downstream surface of the microflmed sample with a hydrophobic material. 7. El metodo microflmdico segun cualquiera de las reivindicaciones 5 o 6, en el que la etapa de posicionamiento comprende aumentar un radio de curvatura de la muestra microflmdica.7. The microflmed method according to any one of claims 5 or 6, wherein the positioning step comprises increasing a radius of curvature of the microflmed sample. 8. El metodo microflmdico segun cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el que la etapa de posicionamiento comprende igualar sustancialmente una presion de gas corriente arriba de la muestra microflmdica con una presion de gas corriente abajo de la muestra microflmdica.8. The microfluidic method according to any one of claims 5 to 7, wherein the positioning step comprises substantially equalizing a gas pressure upstream of the microflmed sample with a gas pressure downstream of the microflmed sample. 9. El metodo microflmdico segun una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, en el que la segunda parte de la muestra microflmdica comprende menos de aproximadamente el 90 por ciento de la muestra microflmdica que contiene celulas.9. The microfluidic method according to any one of claims 5 to 8, wherein the second part of the microflmedic sample comprises less than about 90 percent of the microflmedic sample containing cells.
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