ES2710294T3 - Chip microfluídico - Google Patents

Abstract

Chip (1) microfluídico que incluye por lo menos dos estratos que forman una pila de estratos (10), teniendo cada estrato por lo menos un canal (14) de flujo; un taladro (16) que se extiende a través de los estratos y que comunica con una pluralidad de canales de flujo; una válvula (20) que tiene un fuste (22) con una escotadura (222) en un lado del fuste para que el fluido fluya a través, un collarín (24) que está unido a la pluralidad de estratos, estando montado el fuste rotativamente en el taladro y estando situado coaxialmente con el collarín, incluyendo además la válvula un sistema de restricción proporcionado por una pareja de roscas (2240) cooperantes, estando adaptado el sistema de restricción a limitar o prevenir el movimiento axial del fuste con respecto al collarín, donde el fuste tiene una primera posición en el que la escotadura está alineada con cada uno de por lo menos dos canales de la pluralidad de canales de flujo proporcionando una vía de flujo entre dichos por lo menos dos canales de flujo, y una segunda posición en la que la escotadura está desalineada con por lo menos uno de dichos por lo menos dos canales de flujo, estando, por tanto, cerrada la vía de flujo entre dichos por lo menos dos canales de flujo.

Description

DESCRIPCION

Chip microflmdico

La presente invencion se refiere a chips microflmdicos. En particular, la presente invencion tiene que ver con las valvulas utilizadas en los chips microflmdicos.

Los chips microflmdicos se utilizan frecuentemente para aplicaciones “Lab-on-a-chip” (laboratorio en un chip) en las que se realiza un ensayo para examinar una muestra de un paciente. Un chip microflmdico puede tener un unico estrato o multiples estratos con un estrato, que tiene canales de flujo a traves de los que pueden pasar fluidos (lo mas comun lfquidos).

Para llevar a cabo un ensayo en un chip microflmdico, se introduce una muestra en un chip y se pasa a traves de una via particular a lo largo de la que los reactivos requeridos para consumar el ensayo se pueden liofilizar en la pared de la via. Los fluidos se mueven a lo largo del canal de flujo debido a la accion capilar o empleando aire comprimido para impulsar los fluidos a lo largo del canal. Para asegurar que los fluidos siguen la via deseada para consumar el ensayo, los chips microflmdicos emplean valvulas, actuadores y otras partes moviles para guiar y modificar la via a traves de los canales de flujo que siguen los fluidos.

Las valvulas se utilizan bien para regular la proporcion de flujo de los fluidos o bien para detener el flujo de los fluidos, bloqueando el canal de flujo o estrechando el canal de flujo hasta tal punto que el fluido ya no pueda pasar mas a lo largo del canal de flujo. Se utiliza un numero de diferentes tipos de valvula en los chips microflmdicos. Por ejemplo, se conocen valvulas espirales que aplican presion a un canal de flujo debido al movimiento axial cuando la valvula es girada, y se conocen valvulas de piston que permiten pasar el fluido alrededor de un cabezal de piston en una posicion, pero no en la otra. Los documentos EP 1258 720 y US 2011/0104024 revelan ejemplos de chips microflmdicos que contiene valvulas rotativas.

El diseno de los chips microflmdicos requiere con frecuencia muchas valvulas, accionadores y otras piezas moviles dentro del chip. Eso aumenta la complejidad de la manufactura de un chip, el coste de producir el chip y la fragilidad del chip. No obstante, se requieren esos elementos para asegurar la secuencia correcta seguida para consumar un ensayo.

Con la accion capilar, no se requiere ninguna interferencia activa para transportar lfquidos alrededor del chip. No obstante, el lfquido debe estar expuesto el ambiente para permitir que se produzca la accion capilar. Eso puede provocar contaminacion por el ambiente, dando lugar a un falso diagnostico si los lfquidos se contaminan por factores inducidos por el ambiente exterior. Ademas, el movimiento de los lfquidos tiende a ser lento por la accion capilar, limitado a un escaso volumen y solo es efectivo a una escala reducida. Adicionalmente, la accion capilar da lugar a un mezclado deficiente de lfquidos.

Para el uso de aire comprimido, se requiere una interfaz complicada entre el chip y el dispositivo suministrador del aire comprimido. Con frecuencia, el aire no se purifica antes de que sea bombeado al chip, por lo que cuerpos extranos pueden contaminar los lfquidos, lo que nuevamente puede tener un efecto en el resultado del ensayo. Debido a la presion, los lfquidos o el vapor del interior de la tarjeta pueden rezumar a traves de la interfaz al entorno exterior provocando contaminacion.

Hay, por tanto, una necesidad de simplificar el diseno de los chips monoflmdicos y ser, para ello, un metodo mas efectivo de transporte de fluidos alrededor de un chip microflmdico, mientras que se mantiene el riesgo de contaminacion en un mmimo.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invencion, se proporciona un chip microflmdico segun la reivindicacion 1.

En otras palabras, el invento proporciona una valvula en un chip microflmdico que es capaz de abrir y cerrar vfas de flujo entre diferentes canales de flujo, alineando o desalineando una escotadura con los canales de flujo relevantes por rotacion de un fuste de la valvula en el que esta situada la escotadura. La invencion permite, por ello, la conexion entre canales de flujo espedficos para ser abiertos y cerrados bajo demanda, mientras que se emplea la menor cantidad de espacio en el chip microflmdico.

Situar la escotadura en una cara del fuste reduce adicionalmente los riesgos de fugas, gradientes inaceptables de presion cuando los fluidos pasan a traves de la escotadura y problemas de alineacion que podnan experimentarse si se usasen las escotaduras en otras localizaciones.

La escotadura puede configurarse para proporcionar una via de flujo entre dos canales de flujo del mismo estrato. No obstante, tfpicamente se configura la escotadura para facilitar una via de flujo entre dos canales de flujo en estratos respectivamente diferentes. Eso permite mover los fluidos del chip microflmdico de un estrato a otro estrato, utilizando la escotadura del fuste de la valvula. Con eso, se mejora la capacidad del chip microflmdico como, por ejemplo, se pueden realizar mas ensayos en un unico chip microflmdico sin necesidad de agregar una muestra de control al chip en multiples localizaciones. Por ejemplo, eso sena posible si cada estrato se configurase para ejecutar un unico ensayo.

Tfpicamente, la escotadura tiene un area de la seccion transversal perpendicular a la direccion del flujo, cuando pasa fluido a traves de la escotadura que sea similar, o aproximadamente igual, al area de seccion transversal equivalente de los canales de flujo. Eso permite mantener la presion aproximadamente constante cuando pasa fluido pasa por la escotadura. Por ejemplo, puede haber una diferencia en las areas de la seccion transversal de hasta un 10% o 5% del area de la seccion transversal de uno de uno los canales de flujo perpendicular a la direccion de flujo. El uso de la valvula significa que el numero de localizaciones, en las que se agrega lfquido al chip, pueden reducirse, como una valvula unica es capaz de dirigir fluidos a diferentes partes del chip. Eso permite aislar mas el interior del chip de los factores exteriores, haciendo los ensayos mas fiables y menos susceptibles a la contaminacion, puesto que hay menos factores ambientales desconocidos. Ademas de eso, el numero de valvulas de un unico chip puede reducirse ya que una unica valvula puede configurarse para controlar multiples vfas de flujo, en vez de necesitar una valvula por via de flujo que necesite ser controlada. Eso reduce la cantidad de espacio de un chip ocupado por valvulas, lo que permite una mayor cantidad del chip dedicada a realizar un ensayo.

Las paredes de la escotadura pueden presentar una superficie concava en el interior del fuste. Se designa por “superficie concava” una superficie que se abre radialmente hacia dentro y axialmente a lo largo del lado del fuste. Naturalmente, como alternativa, sena posible que la escotadura tuviese una forma de una seccion plana en la cara del fuste. Si la escotadura forma una seccion plana en la cara del fuste, el fluido aun sena capaz de fluir a traves de la escotadura cuando estuviese alineada con los canales de flujo correctos. Eso es porque la seccion plana se desviara de la forma natural (es decir, la curvada hacia fuera) del fuste. De esa manera, una seccion plana en la cara del fuste conformara efectivamente un hueco, y por ello una escotadura en la cara del fuste.

Como alternativa adicional, la escotadura puede ser, por ejemplo, un hueco en el fuste tiene paredes laterales y pared trasera, y la pared trasera puede estar curvada de tal modo que la pared trasera de la escotadura mantenga una distancia constante desde un eje longitudinal central del fuste. Tal curva no formara una superficie concava, sino que se proyectara, en vez de ello, hacia fuera desde donde las caras de la escotadura encuentran la pared trasera, de modo que la profundidad de la escotadura sea, por ejemplo, constante con respecto a la cara del fuste a lo ancho de la escotadura. No obstante, una superficie concava permite mantener una cantidad optima de de fluido en la escotadura para un tamano dado del penmetro de la escotadura, mientras que permite una manufactura sencilla. Puede haber obviamente mucha formas adecuadas para la escotadura, que pueden ser concavas o no.

Las paredes de la escotadura pueden formar una simple superficie arqueada en un plano perpendicular al eje longitudinal central del fuste. Eso proporciona una simple superficie curvada para que el fluido pase por encima. Adicionalmente a la ventaja provocada dirigiendo el fluido hacia el centro de la escotadura, se reduce el potencial de flujo turbulento en la escotadura, lo que ralentizana la transmision de fluido a traves de la escotadura.

El fuste puede tener una seccion mas baja en una porcion extrema del fuste, en la que esta situada la escotadura, teniendo el resto de la seccion mas baja una superficie lisa que se extiende alrededor del fuste. Tener una superficie lisa (con lo que se entiende una superficie que tiene una rugosidad superficial inferior) permite al fuste tener un ajuste mas apretado en el taladro. Mientras permita todavfa la rotacion, cuanto mas apretado sea el ajuste que el fuste tenga con el taladro, menos probable es que el fluido rezume fuera del canal de flujo al taladro y alrededor del fuste. Ello es porque un ajuste mas apretado permite al fuste con eficacia sellar un extremo de un canal de flujo que se abre hacia el taladro, dificultando al fluido escapar del canal de flujo al taladro. Si la rugosidad de la superficie no fuese suficientemente baja, el fluido se saldna a lo largo de la cara del fuste, puesto que la topologfa de la cara del fuste permitina al fluido fluir a hoyos de la superficie y salir del canal de flujo al taladro. En lugar de ello, cuando la rugosidad de la superficie es baja hay menos hoyos, y los hoyos no son tan profundos. Por ello, la posibilidad de escapes es reducida. En vista de las ventajas que ofrece el fuste con una porcion lisa, la porcion lisa puede tener preferiblemente una rugosidad superficial de hasta 10 nm.

Una ventaja mas de la porcion lisa, que tiene una rugosidad superficial de hasta 10 nm, es que el fuste es capaz de estar hecho de termoplasticos moldeados por inyeccion, mientras que una superficie mas lisa necesitana el empleo de compuestos de superficie plana y se requerina el acabado posmoldeado, significando que se empleanan mas pasos de manufactura y el proceso de manufactura sena mas complejo.

La escotadura puede extenderse axialmente hacia abajo y abrirse en la base del fuste. Eso permite a la valvula proporcionar una via a un canal de flujo o estrato del chip microflmdico, que este debajo de la valvula o al lado del fuste en el extremo del fuste. Por ejemplo, eso podna proporcionar una via de flujo a un almacen de residuos o estrato de residuos del chip microflmdico.

El collann permite que la valvula tenga una parte que esta fijada a los estratos del chip microflmdico y proporcione un mecanismo de apoyo, distinto del taladro, para el fuste.

El sistema de restriccion puede limitar el movimiento axial del fuste dentro de un determinado campo tal como, por ejemplo, 1 cm. Eso permite un control mas preciso de la posicion del fuste con respecto al collann y respecto a los estratos del chip microflmdico, segun se restringe el movimiento del fuste, que a su vez reduce las posibilidades de desalineacion de la escotadura con un canal de flujo.

El sistema de restriccion puede comprender rafles cooperantes, teniendo el fuste y de collarrn un rail cada uno. Los rafles permiten al sistema de restriccion estar hecho de piezas del collarrn y del fuste. El sistema de restriccion puede estar hecho exclusivamente de partes del collarrn y del fuste, pero podna tener obviamente otros elementos que no sean parte del fuste o del collarrn. Sin una necesidad de piezas extra para permitir que funcione un sistema de restriccion, el sistema de restriccion puede ser sencillo y la manufactura del sistema de restriccion puede ser sencilla y de bajo coste.

Por supuesto, sena posible que el sistema de restriccion adoptase cualquier otra forma. Por ejemplo, el sistema de restriccion podna ser un rodamiento con el que el fuste y el collarrn podnan engranar. No obstante, aunque un rodamiento puede ser adecuado en varias aplicaciones de la invencion, un rodamiento es mas complejo que los rafles y por ello puede tener una posibilidad mayor de fallo.

Pudiendo ser el sistema de restriccion un par de roscas cooperantes, permite una conexion sencilla entre el fuste y el collarrn que es facil de manufacturar, resistente al desgaste y que permite una rotacion fiable y repetible del fuste respecto del collarrn con un grado conocido de movimiento axial respecto al grado de rotacion del fuste. Mientras que proporciona una pista a lo largo de la que puede guiarse el fuste, debido a la naturaleza helicoidal de las roscas helicoidales, debenan utilizarse las roscas cooperantes, el fuste sufrira desplazamiento axial cuando sea girado. Las roscas cooperantes permiten tambien extraer el fuste para limpieza o sustitucion.

Podna proporcionarse una obturacion entre el fuste y el collarrn. Eso proporciona una barrera entre el fuste y el collarrn, que esta unida la misma a los estratos. Como tal, el taladro y el y los canales de flujo estan aislados del entorno exterior en el que esta situado el chip por la obturacion y la union del fuste a los estratos del chip microflmdico. Eso reduce el riesgo de contaminacion de cualquier cosa sujeta en el chip microflmdico con contaminantes extranos.

La obturacion podna ser una de entre un numero de formas diferentes de la obturacion. La obturacion es preferiblemente una junta de estanqueidad, tal como una junta torica.

La obturacion puede formar una barrera entre la seccion inferior de la valvula y el sistema de restriccion. Eso reduce la posibilidad de que el fluido entre en contacto con el sistema de restriccion, que reduce la necesidad de limpiar el sistema de restriccion.

La valvula puede incluir ademas un elemento de union adaptado para acoplarse con un analizador de chip microflmdico para permitir que el fuste sea girado. Eso permite que un analizador de chip microflmdico, que esta tomando mediciones del chip, controle que ensayos se han realizado dirigiendo el fluido (los fluidos) a una parte apropiada del chip, y que vfas de flujo abrir y cerrar girando el fuste de la valvula. Eso significa que el chip microflmdico puede formar parte de sistema automatizado, y que la rotacion del fuste requerida para abrir una via de flujo entre canales de flujo pueden ser controlados por el dispositivo que toma mediciones del chip microflmdico. Eso reduce el riesgo de que un resultado de un ensayo sea erroneamente registrado, puesto que el dispositivo que hace las mediciones para un ensayo en particular girara el fuste para abrir la via de flujo para permitir que se realice el ensayo, o una parte en particular de un ensayo.

El elemento de union permite ademas que la valvula sea operada solo por rotacion del fuste. Eso simplifica las capacidades requeridas por el mecanismo de impulsion para operar la valvula, y permite a los componentes de la valvula ser menos robustos, y mas faciles de manufacturar asf puesto que experimentaran una friccion reducida y poco desgaste durante la operacion.

El elemento de union puede tener una pluralidad de rebordes poligonales, cada uno de los cuales forma un anillo alrededor de la circunferencia del fuste. Los rebordes permiten que el elemento de union sea acoplado para permitir una rotacion mas fiable y repetible del fuste.

El uso de rebordes poligonales mejora la fiabilidad de la rotacion del fuste ya que la posibilidad de que el elemento de union se deslice contra el dispositivo al que esta acoplado cuando es rotado es reducida proporcionando superficies contra las que acunarse.

Cada reborde es preferiblemente hexagonal o cada reborde es cuadrado. Se podnan emplear otras formas, la superficie externa de los rebordes podna estar rayada transversalmente o estar estructurada de otra forma. En esencia, para mejorar la fiabilidad de la rotacion, los nervios pueden tener una forma de estructura que eleve la resistencia al deslizamiento haciendo la superficie del elemento de union mas susceptible a la friccion.

Se puede proporcionar una pluralidad de escotaduras, cada una de las cuales es para cooperar con por lo menos dos canales de flujo de la pluralidad de canales de flujo. Eso tiene en cuenta que se establezca un numero de vfas de fluido entre canales de flujo. Naturalmente, para que cada via de flujo sea abierta, una escotadura adecuada necesita ser alineada con los respectivos canales de flujo girando el fuste. Tener una pluralidad de escotaduras no significa que habra siempre una via de flujo abierta. Eso dependera de las posiciones de las escotaduras y de las posiciones relativas de los canales de flujo. Naturalmente, por las mismas razones, eso tampoco significa que siempre habra una posicion en la que todas las vfas de flujo esten cerradas. Si estan abiertas y/o cerradas, las vfas de flujo dependeran de la disposicion de las escotaduras con respecto a cada una de ellas y de sus posiciones relativas a los respectivos canales de flujo con los cuales se pueden alinear. Tener mas de una escotadura aumenta la flexibilidad de cuantos ensayos, o partes de un ensayo, se ejecutan en un determinado momento, cuantos fluidos se emplean simultaneamente y desde donde se han introducido y el numero de vfas de flujo que pueden establecerse, porque, por supuesto, una unica escotadura podna usarse para multiples (diferentes) vfas de flujo.

Las escotaduras de la pluralidad de escotaduras pueden variar en longitud, anchura, profundidad y/o forma. Eso tiene en cuenta el establecimiento de vfas de flujo de diferentes longitudes y permite a las escotaduras ser ajustadas alrededor de cada una y ser hechas a medida para un uso espedfico si se requiere.

El fuste puede hacerse de un termoplastico, que hace que el fuste sea sencillo de manufacturar y resistente a los fluidos con los que puede entrar en contacto.

De acuerdo con otro aspecto de la invencion, se ha proporcionado una valvula microflmdica segun la reivindicacion 13.

De acuerdo con otro aspecto mas de la invencion, se ha proporcionado un chip microflmdico segun la reivindicacion 14.

La region de mezclado proporciona una region del canal de flujo en la que es mas probable que exista turbulencia. Controlando la proporcion de flujo y la presion en el canal de flujo, se puede inducir la turbulencia en la zona de mezclado. Eso posibilita asegurar que los fluidos estan suficientemente mezclados a la vez que se limita la region en la que puede establecerse controladamente la turbulencia para solo una region del canal de flujo, mientras que se permite que el flujo en las otras partes del canal de flujo sea (o permanezca) laminar. La turbulencia se puede inducir mas prontamente en la zona de mezclado puesto que tendra un mayor numero de Reynolds (debido al area mayor de la seccion transversal) que en otras partes del canal de flujo.

La zona de mezclado puede tener una entrada y/o una salida, que proporciona un cambio gradual del area de la seccion transversal del canal de flujo, tal como una forma conica. Aunque tfpicamente, la region de mezclado tiene una entrada y/o una salida que proporciona una transicion escalonada en el area de la seccion transversal del canal de flujo. La transicion escalonada es un cambio subito del area de la seccion transversal. La transicion subita colabora a requerir la turbulencia en un flujo, cuado el flujo tiene que expandirse/contraerse para rellenar el espacio proporcionado en vez de tener un aumento/disminucion lento en el volumen que ha de rellenar.

Si la entrada y/o la salida habna de proporcionar una transicion conica, hay un cambio gradual en el area de la seccion transversal del canal de flujo proporcionando una via lisa a lo largo de la cual se puede guiar el flujo. Eso fomenta el flujo laminar mejor que un cambio subito o escalonado en el area de la seccion transversal debido al cambio gradual del area de la seccion transversal.

Convencionalmente, los canales reflujo tienen un area de seccion transversal consistente. No obstante, el canal de flujo puede tener una porcion conica que proporciona una transicion al area de la seccion transversal del canal de flujo. Tener una porcion conica en la canal de flujo ayuda a controlar la posibilidad de turbulencia del flujo con una transicion de mayor a menor haciendo mas posible que el flujo sea laminar, y con una transicion de menor a mayor haciendo mas posible que el flujo sea turbulento. Otros aspectos de la invencion pueden tener tambien un canal de flujo con una porcion conica.

Cualquier porcion conica del canal de flujo puede tener paredes curvadas o puede tener paredes planas.

Burbujas de aire o de gas pueden llegar a ser atrapadas o estar presentes en el interior del chip microflmdico, en particular en el canal o los canales de flujo. Dichas burbujas se pueden aislar en la zona de mezclado. Adicionalmente, la zona de mezclado puede tener un filtro adaptado para permitir el paso de gas que sale de la zona de mezclado. Las burbujas de gas pueden interferir con el resultado de un ensayo, asf pues, aislarlas en la zona de mezclado y permitirles ser evacuadas permite tener mas confianza en los resultados producidos por un ensayo. Las burbujas de gas pueden llegar a estar aisladas en la zona de mezclado debido a la forma de la zona de mezclado (por ejemplo, la salida conica), pero pueden ser aisladas en la zona de mezclado por otros medios.

El canal de flujo puede ser recto, curvado o seguir otra forma de via. No obstante, tfpicamente la al menos una parte del canal de flujo (que esta situada en la por lo menos una region de prueba) tiene una forma de serpentm. Eso tiene en cuenta la mayor longitud de canal en un area dada, significando que el tamano del chip se puede conservar en un mmimo mientras que permite grandes longitudes de canal. Tener canales largos significa tambien que se dispone de una distancia mas larga en la cual se mezclan fluidos cuando se requiere.

Puede haber solo una region, aunque tfpicamente, hay por lo menos dos regiones (que pueden, por ejemplo, ser conectadas mutuamente). Eso permite un ensayo mas complejo o un numero de ensayos a llevar a cabo utilizando un unico chip.

El por lo menos un estrato puede ser translucido en por lo menos una porcion de la localizacion en el estrato donde la por lo menos parte del canal de flujo pasa a traves de por lo menos una region de prueba. Eso permite tomar mediciones de fluidos que emiten luz por quimioluminiscencia, por tanto, evitando una necesidad de tener sensores, muestras o dispositivos de medicion embutidos o insertados en el chip microflmdico. Por supuesto, si hay multiples estratos en el chip microflmdico, uno mas de los estratos puede ser translucido mientras sigue produciendo la misma ventaja.

El chip microflmdico puede tener por lo menos un primer estrato y un segundo estrato, proporcionando la zona de mezclado una via de flujo entre el primer estrato y el segundo estrato. Eso significa que la transicion de un estrato al otro esta en una region donde la lisura de las paredes de la via de flujo es de menor importancia. Ordinariamente, las paredes debenan ser lisas de modo que no indujesen a turbulencia en el flujo. No obstante, un proposito de la zona de mezclado es inducir turbulencia, asf pues, una seccion rugosa o un artefacto en una pared de la zona de mezcla puede provocar menos disrupcion indeseada. Mucho mas, eso permite que la region de la zona de mezclado tenga un mayor volumen en el que mezclar fluido fluyendo a traves del canal de flujo.

Se describen mas abajo en detalle realizaciones de la invencion en relacion con las figuras acompanantes, en las que:

Figura 1 muestra una vista explosiva en perspectiva de una realizacion de la invencion;

Figura 2 muestra una vista en plano de la seccion transversal de un estrato de una realizacion de la invencion; Figura 3 muestra una vista de un plano de la seccion transversal de un estrato de una realizacion;

Figura 4 muestra esquematicamente un ejemplo de zona de mezclado;

Figura 5 muestra una vista de un plano transparente de una realizacion de la invencion;

Figura 6 muestra una vista en perspectiva de un chip microflmdico;

Figura 7 muestra una vista en perspectiva de un chip microflmdico con parte de un analizador de un chip microflmdico;

Figura 8 muestra una vista explosiva en perspectiva de la valvula y conducto de introduccion de muestras de una realizacion de la invencion;

Figura 9a muestra una vista en perspectiva de una porcion final de un fuste de una realizacion de la invencion; Figura 9b muestra una seccion transversal de una porcion final de un fuste de una realizacion de la invencion; Figuras 10a y 10b muestran respectivamente un ejemplo de vista lateral de una porcion de la invencion en una primera posicion y un ejemplo de vista plana de una porcion de la invencion en una primera posicion; Figuras 11a y 11b muestran respectivamente un ejemplo de vista lateral de una porcion de la invencion en una segunda posicion y de un ejemplo de vista plana de una porcion de la invencion en una segunda posicion; y

Figura 12 muestra una vista plana de una parte de una realizacion de la invencion.

El chip microflmdico de una realizacion se ha configurado para ser un chip de tipo ”lab-on-a-chip”. El chip microflmdico es capaz de realizar un ensayo completo en el chip. Eso incluye tener regiones de prueba, reactivos y lavados en el chip. El chip no se limita a realizar un simple ensayo espedfico, y es capaza de realizar uno de cualquier numero de ensayos, incluyendo ensayos de diagnosticos moleculares que requieren PCR (reaccion en cadena de polfmeros) y ensayos que requieren multiples fluidos en diferentes volumenes, mezcla de fluidos y transporte de fluidos a largas distancias.

Para comenzar y terminar un ensayo, el chip necesita hacer interfaz con un lector o analizador. Los lectores/analizadores son maquinas conocidas que hacen interfaz con chips microflmdicos para controlar los procesos, que se realizan en el chip, y recibir y evaluar los ensayos. El chip microflmdico de la invencion puede emplearse por sf mismo en una pequena maquina analizadora capaz de hacer interfaz con un unico chip, o puede emplearse con otros multiples chips similares o identicos en una maquina analizadora mayor.

En una realizacion de la invencion, el chip microflmdico tiene pocas configuraciones y, en particular, no tiene elementos electronicos o calefactores en el. No obstante, sena posible incluirlos si fuesen requeridos. La ausencia de elementos electronicos o calefactores y el numero mmimo de configuraciones significa que el chip es robusto, sencillo de manufacturar y adecuado para un transporte violento. El chip microflmdico se hace tambien de materiales que sean capaces de adaptarse y resistir variaciones de temperatura sin deformacion o dano. Por ejemplo, los estratos del chip microflmdico pueden hacerse de vidrio o plasticos, tales como el polipropileno.

Como se ha mostrado en la figura 1, el cuerpo del chip 1 microflmdico se compone de multiples estratos 10. Los estratos estan apilados unos encima de otros para formar una tarjeta 100, que puede entonces estar sujeta a un analizador (no mostrado). Un numero de estratos tiene por lo menos un canal de flujo a traves de cual es capaz de fluir fluido. Convencionalmente, las tarjetas “lab-on-a-chip” llevan y emplean predominantemente lfquidos, pero en algunas circunstancias pueden discurrir gases a lo largo de los canales de flujo, por ejemplo, utilizando aire/gas comprimido para impulsar lfquidos a lo largo de los canales de flujo.

Los estratos 10a, 10b y 10c del chip microflmdico, que tienen canales de fluido y/o entradas para fluidos, poseen estratos 10d maleables intercalados entre ellos. Estos reducen la posibilidad de escapes de un estrato al pasar el fluido a lo largo de un canal de flujo. Los estratos maleables pueden estar hechos de material flexible transparente, pelmulas y/u hojas metalicas delgadas. Los estratos maleables alivian el estres, que puede formarse cuando el chip esta sujeto en una mordaza mecanica (tal como una mordaza en un analizador), y luego calentado segun la flexibilidad de esos estratos permita al chip retener su forma y reducir las posibilidades de rezumar de los canales de flujo.

El estrato 10a superior de una superficie cimera de un chip microflmdico mostrado en la figura 1 tiene orificios 12 a traves de los cuales pueden introducirse reactivos en los canales de flujo del chip. Los orificios permiten que los reactivos sean introducidos en los chips microflmdicos mediante jeringas, bombas, pipetas u otros dispositivos que sean capaces de retener y expulsar lfquidos o alimentar lfquidos a una localizacion particular. Alternativamente, se pueden usar ampollas (mostradas en las figuras 6 y 7) para introducir fluidos en el chip a traves de los orificios. Cuando se emplean ampollas, estan situadas en el chip y se rellenan durante el proceso de manufactura/preparacion del chip. Las ampollas se pueden romper mediante accionadotes de un analizador, que impulsa el flujo contenido dentro de una ampolla en particular a un canal de flujo para esa ampolla. Eso se describe con mayor detalle mas abajo. Naturalmente, se pueden usar otros dispositivos de introduccion de fluidos en vez de jeringas, bombas, pipetas o ampollas. Eso dependera de que dispositivo tiene un analizador en particular para introducir reactivos en un chip. Tambien es posible agregar reactivos a un chip microflmdico durante el proceso de manufactura. Comunmente se hace eso poniendo reactivo desecado en una pared de un canal de flujo.

Igual que actuando como un sitio para introducir fluidos en el chip, un orificio puede actuar como un lugar para evacuar o eliminar fluido del chip. Por ejemplo, un orificio puede actuar como una valvula de descarga de contrapresion y puede ser una valvula de paso unico. Eso permitira que los gases sean expulsados del chip cuando la presion dentro del chip o dentro de un estrato del chip sea demasiado alta.

Cualquier exceso de fluido es transferible a un deposito de residuos (no mostrado) que forma parte del analizador. No obstante, sena posible mantener el exceso de fluido en el chip, por ejemplo, teniendo un estrato de residuos como uno de los estratos del chip.

Como se ha mostrado en la figura 2, que muestra una vista en planta de la seccion transversal del estrato 10b central del chip microflmdico (por tanto, mostrando la estructura interna del estrato) cada orificio 12 de la capa 10a superior alimenta directamente una entrada 12b para canales 14 de flujo del estrato 10b del chip.

La figura 2 muestra un numero de canales 14 situados en el estrato 10b. La forma de un canal de flujo en particular o canales de flujo depende del proposito del canal o los canales de flujo. Hay un canal 141 de flujo mostrado en la figura 2, que tiene una forma parecida a la de un serpentm (por ejemplo, un canal de flujo con un numero de secciones paralelas unidas por extremos alternos con una curva de 180°, o vuelta en U, en el canal) y que tiene una gran area de seccion transversal. Por ejemplo, el canal 141 de flujo puede ser de 1,300 mm de ancho por 0,050 mm de altura, teniendo por tanto un area de seccion transversal de 0,065 mm2 (milfmetros cuadrados). En vez de tener una seccion transversal rectangular, sena posible obviamente tener una seccion transversal con otra forma tal como circular o elfptica.

El tamano del canal 141 de flujo fomenta el flujo turbulento en el canal. En tal caso, cuando el fluido es impulsado a traves del canal 141 de flujo a suficiente velocidad, el flujo sera turbulento. Resulta eso porque el flujo que pasa por el canal tendra un numero de Reynolds mayor que en un canal de flujo mas estrecho. La cuota de flujo de un fluido y la presion ejercida sobre un fluido son controlables en el chip microflmdico, asf pues se puede realizar el flujo turbulento aumentando la cuota de flujo a una velocidad umbral suficiente. Tener flujo turbulento permite que dos o mas fluidos puedan mezclarse mutuamente con efectividad a lo largo de la longitud de la via.

A causa de la forma semejante a un serpentm, el canal 141 de flujo de la figura 2 tiene una larga longitud de via dentro de una pequena superficie. Por ejemplo, el canal 141 de flujo puede tener una longitud de via de 241,5 mm en un area de 576,0 mm2 (por ejemplo, un area equivalente a un cuadrado de lados de 24,0 mm de longitud). Tener una larga longitud de via dentro de una pequena superficie es util si se pone material liofilizado a lo largo del canal de flujo segun posibilita un mezclado eficiente del material liofilizado con un fluido cuando hay necesidad de conservar la superficie base de un canal de flujo en un mmimo. El mezclado de un reactivo desecado puede ser favorecido tambien por un flujo turbulento en el canal de flujo.

Por razones de eficacia de espacio, los canales de flujo pensados para transportar un fluido de un lugar a otro son rectos o tienen tan pocas curvas como sea posible. No obstante, cuando hay muchos canales de flujo, los canales de flujo pueden tener mas curvas con el fin de llegar a la disposicion mas eficiente; mas como se planifica y se lleva a cabo una disposicion para una tarjeta de circuito impreso.

Como se ha mostrado en la figura 2, los estratos tambien tienen aberturas alineadas que definen un taladro 16 en el que se puede implantar un fuste 22 de una valvula 20 (mostrada en la figura 8). Los estratos tienen tambien un segundo juego de aberturas alineadas que definen un segundo taladro 18 en el se puede situar un conducto 30 de introduccion de muestras. El conducto de introduccion de muestras es capaz de hacer interfaz directamente con un analizador para permitir que el analizador introduzca una muestra en el chip microflmdico. Alternativamente, se puede hacer uso del conducto de introduccion de muestra por parte de un usuario tal como, por ejemplo, un practicante medico para introducir una muestra en el chip antes de colocar el chip en un analizador.

El canal 141 de flujo proporciona una via de flujo que esta en comunicacion con el taladro 16. No obstante el area de la seccion transversal de una entrada del canal de flujo al taladro es mayor que la de la mayona del canal de flujo. Eso es porque hay una porcion 11 conica (tambien mostrada en las figuras 10b y 11b en una mayor ampliacion). La porcion conica proporciona una transicion de un area de la seccion transversal grande en el taladro a un area de seccion transversal mas pequena. La reduccion del area de la seccion transversal aumentara la cuota de flujo. La figura 2 muestra tambien una union 13 donde dos fluidos son capaces de mezclarse. Los fluidos se introducen por la entrada a los dos canales de flujo que se encuentran en la confluencia. Impulsando fluidos a lo largo de esos canales de flujo, los fluidos son forzados a reunirse mutuamente en la confluencia provocando que se mezclen y pasen en combinacion a traves del resto del circuito de canales de flujo. Otras confluencias (tanto en forma de T como es la confluencia 13 o formada de otro modo) se pueden emplear para mezclar mutuamente mas fluidos. La figura 3 muestra una vista de la seccion transversal a traves de un estrato 10c inferior del chip microflmdico. En esta realizacion, el estrato esta formado por dos piezas. En otras realizaciones, el estrato 10c inferior puede hacerse de una o mas piezas. Una pieza del estrato base tiene una region 15 de extraccion. La region de extraccion es una seccion del estrato que ha sido vaciada por ataque de acido. La region de extraccion esta situada en la base del taladro 16. La region 15 de extraccion se usa para recoger varios fluidos y puede ser usada para mezclar fluidos antes de que sean transportados a otras partes del chip microflmdico. Multiples canales de flujo alimentan la region de extraccion. Eso incluye un canal del conducto 30 de introduccion de muestras y puede incluir tambien canales de orificios 12 de manera que la muestra y el reactivo o los reactivos puedan mezclarse en funcion de la configuracion del chip microflmdico.

La region 15 de extraccion contiene perlas magneticas (no mostradas). Las perlas magneticas se tratan de modo que se adhiera fluido a la superficie de cada perla. Las perlas magneticas son capaces de ser movidas por un campo magnetico que el analizador es capaz de rastrear a lo largo de la region 15 magnetica. El campo magnetico puede ser alterado y movido por el analizador. Eso permite que las perlas magneticas sean movidas a lo largo de la region de extraccion, lo que hace que el fluido que esta adherido a las perlas se mezcle con otro fluido en la region de extraccion. Para disociar el fluido de las perlas, se introduce un reactivo en la region de extraccion para evitar la adherencia entre el fluido y las perlas magneticas.

El chip microflmdico tiene tambien regiones de examen biomarcador dentro del estrato 10c inferior. Cada region de examen biomarcador forma una parte espedfica de un ensayo y esta contenida en la otra pieza del estrato 10c inferior mostrado en la figura 3. Una region de examen para un biomarcador particular sera una region en la que una combinacion particular de reactivos se habra introducido en una muestra en el momento que llega a esa region de la tarjeta. La combinacion de reactivos usada tendra en cuenta un resultado indicativo de un biomarcador particular para ser evaluado y registrado por el analizador debido a la hibridizacion de la muestra y el reactivo o reactivos. Parte de un ensayo puede requerir que la muestra (y los reactivos mezclados) sea calentada. Como consecuencia, esa pieza del estrato 10c inferior es una region 17 termica, que tiene un canal 143 de flujo de tipo serpentm que retiene el fluido sobre un calefactor del analizador. El calentamiento puede provocar quimioluminiscencia, que es detectable por una camara del analizador. Para ser capaz de detectar quimioluminiscencia y conducir analisis adecuados sobre la luz emitida, la luz necesita ser visible desde fuera del chip. Para asegurar que la luz es visible fuera del chip, el estrato 10c inferior y/o otros estratos tienen una region opticamente transparente o translucida (no mostrada) a traves de la cual es capaz de pasar la luz.

El canal 143 de flujo de tipo serpentm del estrato inferior tiene un area de la seccion transversal menor que el canal 141 de flujo de tipo serpentm del estrato 10b central. Por ejemplo, el canal 141 de flujo puede tener 0,6500 mm de ancho por 0,0500 mm de altura, teniendo por tanto un area de la seccion transversal de 0,0325 mm2. Como con el canal de flujo mayor de tipo serpentm, en vez de tener una seccion transversal rectangular, podna ser posible obviamente que el canal de flujo tuviese una seccion transversal de forma diferente, tal como circular o elfptica. El area menor de la seccion transversal posibilita que el flujo de fluido a traves del canal 14d de flujo mas estrecho tenga un menor numero de Reynolds, lo que hace menos posible la turbulencia. La longitud del canal 143 de flujo de tipo serpentm puede ser, por ejemplo, de 48,0 mm en un area de 16,8 mm2.

El fluido puede ser pasado al canal 143 de flujo de tipo serpentm desde los orificios 12 sin pasar a traves de la region 15 de extraccion. Se hace eso pasando fluido a lo largo del canal 142 de flujo, que pasa directamente desde las entradas 12b (vease la figura 2) al canal 143 de flujo de tipo serpentm. Hay una interfaz entre el estrato 10b central y el estrato 10c inferior, que proporciona una via de flujo de fluido entre los dos estratos; esta situada en el punto donde ese canal 142 de flujo se encuentra con el canal 143 de flujo en la region termica del estrado 10c. En la interfaz hay una “zona de mezclado” 14a (veanse las figuras 3 a 5).

Hay dos zonas 14a de mezclado en el chip microflmdico (aunque puede haber menos o mas si la configuracion del chip lo requiere). Una zona de mezclado esta situada entre el canal 141 de flujo de tipo serpentm en el estrato 10b central y el canal 143 de flujo del estrato 10c inferior, y la otra zona de mezclado esta situada entre el canal 142 de flujo de las entradas 12b y el canal 143 de flujo en el estrato inferior. Cada zona de mezclado tiene una entrada desde el respectivo canal de flujo del estrato 10b central y una salida al canal 143 de flujo en el estrato 10c inferior. Cada zona de mezclado tiene un area de seccion transversal mayor en la via de flujo que los canales de flujo de las respectivas entradas y salidas. Esencialmente, cada zona de mezclado proporciona una region en un canal de flujo general (que puede estar hecho de multiples canales de flujo) con una mayor area de seccion transversal que las otras vfas del canal de flujo general.

El area transversal mayor de cada zona de mezclado fomenta la turbulencia en el flujo que pasa por la respectiva zona de mezclado, que, cuando ocurre, mezcla el fluido. Al pasar de una zona de mezclado al canal 143 de flujo en el estrato 10c inferior toda turbulencia inducida disminuye y el flujo se asienta quedando un flujo laminar. Eso es porque el area de la seccion transversal disminuye respecto de la de la zona de mezclado.

Si se mezcla un fluido al entrar al canal 141 de flujo en el estrato 10c inferior, las regiones de prueba a traves de las que pasa el canal de flujo estaran expuestas a una mezcla consistente de flujo. Eso significa que habra una desviacion reducida o delta (por ejemplo, un error) en una muestra capturada por una region de prueba al comienzo del canal en comparacion con una region de prueba del final del canal. El posible bajo numero de Reynolds de este canal de flujo significa tambien que, cuando la mezcla el fluido esta expuesta a una fuente de calor, hay un alto nivel de confianza de que cada componente del fluido recibira la misma cantidad de calentamiento. Eso significa en particular que el ^pC^r sera muy eficiente.

Alternativamente, si el fluido no esta mezclado previamente al entrar al canal 143 de flujo del estrato 10c inferior (eso significara que el flujo ha de ser flujo laminar al pasar por la zona de mezclado, lo que es posible mediante control de la cuota de flujo y de presion), es posible exponer las regiones de prueba a un numero de fluidos en un orden deseado. Eso se debe a que solo una pequena cantidad de mezclado entre dos fluidos adyacentes ocurre entonces en la frontera entre los dos fluidos. Ese mezclado es dominado por difusion natural. Un ensayo se puede adaptar, por eso, de modo que las regiones de prueba espedficas sean expuestas a fluidos espedficos en momentos espedficos. Fluidos espedficos pueden ser expuestos tambien al calor en un momento particular.

La forma de la zona de mezclado coopera tambien a fomentar la turbulencia y a controlar la cantidad de turbulencia (o la falta de ella). Un esquema de una zona 14a de mezclado se muestra en la figura 4. Muestra esta la zona 14a de mezclado entre el canal 142 de flujo en el estrato 10b central y el canal 143 de flujo en el estrato 10c inferior. Esa zona de mezclado tiene una forma cilmdrica. En parte, se debe eso a que proporciona la interfaz en el canal de flujo general de un estrato a otro. La zona 14a de mezclado entre el canal 141 de flujo de tipo serpentm en el estrato 10b central y el canal 143 de flujo en el estrato 10c inferior tiene caractensticas similares.

La zona de mezclado mostrada en la figura 4 tiene un area de seccion transversal mayor que los canales 142 y 143 de flujo con los que esta en comunicacion. El area de seccion transversal es el area perpendicular a la via de flujo a traves de la zona de mezclado. Con eso, se quiere decir la via de la figura 4 a traves del canal 142 de flujo, en el cilindro, a lo largo de la longitud del cilindro y fuera por el canal 143 de flujo. En otras palabras, el area de la seccion transversal de la zona de mezclado es el area del cilindro en el plano A - A de la figura 4. Por ejemplo, esa area de la seccion transversal puede ser de 2 mm2.

El canal 142 de flujo del estrato 10b transversal esta en comunicacion con la zona 14a de mezclado por una entrada 14b. La entrada 14b es una transicion escalonada. En tal caso, la entrada tiene una transicion inmediata desde el area de la seccion transversal del canal 142 de flujo (el area en el plano B - B) a un area de seccion transversal que es significativamente mayor. Ese cambio subito de seccion transversal fomenta la formacion de vortices en el flujo, que implican turbulencia. En vez de tener una transicion escalonada, la entrada puede proporcionar un tipo de transicion alternativo, tal como una transicion conica que cuenta con una transicion gradual desde el canal de flujo a la zona de mezclado. Tener conicidad proporcionana un incremento gradual del area de la seccion transversal, que puede ayudar a mantener el flujo laminar.

El canal 143 de flujo del estrato 10c inferior esta en comunicacion con la zona de mezclado via una salida 14c a la zona de mezclado. La salida es tambien una transicion escalonada, desde el area de la seccion transversal de la zona de mezclado a la del canal de flujo (el area del plano C - C) que permite establecer o bien reestablecer un flujo laminar. Alternativamente, la salida podna proporcionar una transicion conica. Si se proporcionase una transicion conica en la salida (es decir, una disminucion gradual del area de la seccion transversal), eso favorece tambien al establecimiento o bien reestablecimiento de un flujo laminar en el canal de flujo a la salida de la zona 14a de mezclado.

La transicion en tamano del canal de flujo desde un canal de flujo con un area mayor de la seccion transversal a un canal flujo con un area menor de la seccion transversal a traves de la zona de mezclado realiza una funcion de fomentar el mezclado de fluidos, que pasan a traves de los canales y la zona de mezclado al tiempo que asegura un flujo continuo de fluido.

Adicionalmente, la zona de mezclado puede usarse como una region en la que aislar burbujas de aire/gas que han sido atrapadas en la tarjeta. La zona de mezclado posee un filtro (no mostrado) a traves del cual todo gas atrapado en la zona de mezclado puede ser evacuado. Como las burbujas de gas pueden causar perturbaciones en los resultados de un ensayo, resulta ventajoso aislar y eliminar burbujas de gas.

La figura 5 muestra una vista en planta a traves de multiples estratos de una realizacion, donde se muestra la configuracion interna de multiples estratos. Muestra el estrato superior, un estrato central y un estrato inferior, asf como la valvula 20 y el conducto 30 de introduccion de la muestra, cada uno de los cuales esta situado en taladros respectivos formados por un orificio en cada estrato. La figura 5 muestra tambien una region 17 termica como parte del estrato inferior, que esta situado debajo del estrato superior y del estrato central.

Como un chip es capaz de ejecutar un ensayo particular, necesita poder distinguirse de los chips que ejecutan ensayos diferentes. Ademas de eso, un chip puede tener diferentes componentes que otro chip. Eso significa que para ser capaz de arrancar, finalizar y analizar correctamente un ensayo y controlar un chip, un analizador necesita ser capaz de identificar para que ensayo a realizar esta configurado el chip y que componentes tiene el chip. Para hacerlo, el chip tiene dispositivos de alineacion, que en este caso se han hecho de orificios 19 a traves de los distintos estratos del chip microflmdico. Los dispositivos de alineacion permiten al chip ser situado correctamente con relacion a un analizador, y permiten al analizador usar la automatizacion correcta para asegurar la ejecucion correcta del chip.

En la figura 5, el estrato superior tiene orificios 12 para introducir reactivos en el canal 143 de flujo del estrato inferior. Los reactivos pueden introducirse directamente en los canales de flujo o indirectamente dirigiendose a traves de la region 15 de extraccion. Cuando se dirigen en la region 15 de extraccion, el fluido es capaz entonces de ser dirigido al canal 141 de flujo para mezclar mas los fluidos. No obstante, cuando pasa directamente al canal 143 de flujo del estrato inferior, los fluidos se bombean frecuentemente a traves de los otros distintos canales de flujo. Como se ha descrito arriba, los orificios 12 puede tener ampollas rellenas de fluido situadas sobre los mismos, las cuales son susceptibles de ser reventadas para permitir que el fluido pase a traves de los orificios y al canal 143 de flujo (vease, por ejemplo, la figura 5 descrita abajo). Las ampollas se revientan como parte del proceso de bombeo, que es capacitado por medio de accionadores. Los accionadores 1010 (vease la figura 6) impulsan fluido contenido en las ampollas a una entrada del canal 142 de flujo desde el deposito.

La figura 6 muestra el chip 1 microflmdico con un numero de ampollas 40. Cada ampolla es un deposito y esta situada sobre uno de los orificios 12 (no mostrados en la figura 6). El accionador 1010 forma parte de un analizador de chip microflmdico (no mostrado). El accionador tiene un fuste con una cabeza agrandada que actua como una clavija 1015. El accionador es movil por medio de una leva 1020 (vease la figura 7). La leva 1020 es rotativa y, debido a la forma de la leva, es capaz de impulsar al accionador hacia el chip 1. Al liberar la fuerza de impulso de la leva, el accionnador es capaz de volver a su posicion original. El movimiento del accionador hacia el chip 1 provoca que la clavija 1015 del accionador ejerza presion sobre la ampolla 40 con la que esta en contacto. Ejercer presion sobre la ampolla provoca que el fluido contenido en la ampolla sea impulsado a traves del orificio sobre el que esta situada la ampolla. Eso solo ocurre habitualmente cuado la presion ejercida esta por encima de una presion umbral, puesto que hay una membrana entre el interior de la ampolla y el orificio, que rompe al aplicar presion por encima de un umbral particular.

La leva provoca un movimiento del accionador 1010 a una velocidad conocida y en una cantidad conocida. Eso quiere decir que la cantidad de fuerza que es aplicada por el accionador a la ampolla se conoce o se calcula, y asf puede calcularse la presion resultante y la cuota de flujo del fluido impulsado a traves del orificio al canal de flujo. Utilizando una leva diferente (por ejemplo, en una ampolla diferente), la cantidad de presion ejercida puede modificarse. Eso se hace teniendo un soporte 1000 de levas, cada una de las cuales es capaz de mover un accionador.

Mas detalles de las levas, accionadores y soporte incluyendo como se controla el movimiento de los accionadores y el tipo de movimiento producido se revelan en la aplicacion de la patente UK GB1320542.2.

Con el fin de dirigir fluidos alrededor del chip cuando no se bombean fluidos a traves del chip por medio de los accionadores, se situa una valvula en el taladro 16 extendiendose a traves de los estratos del chip microflmdico. Como se muestra en la figura 8, la valvula tiene un fuste 22. El fuste es una pieza cilmdrica unica en la que hay tres secciones identificables. Por supuesto, el fuste podna estar hecho de multiples piezas.

Hablando en terminos generales, las secciones del fuste incluyen una seccion 226 superior, una seccion 224 media y una seccion 220 inferior del fuste 22. Las secciones superior e inferior estan situadas respectivamente en regiones terminales opuestas del fuste 22, y la seccion media esta situada entre las dos regiones terminales y esta cerca del punto medio a lo largo de la longitud del fuste, pero no necesariamente centrada en el mismo, solapando o situada encima.

La seccion 220 inferior del fuste 22 tiene una superficie 221 lisa, que tiene una rugosidad superficial de hasta 10 nm. Hay tambien una escotadura 222, que se encuentra en la seccion inferior (vease la figura 9a). La escotadura 222 tiene un penmetro rectangular con un lado 2220 largo orientado en la misma direccion que la longitud del fuste 22. Uno de los lados 2224 cortos de la escotadura esta situado al final del fuste y se abre hacia una base del fuste. En otras palabras, la escotadura se extiende desde un punto en la seccion 220 inferior del fuste hasta la base del fuste. La escotadura tiene una pared 2226 concava a traves de su anchura, que forma una unica superficie arqueada. Lo que significa que la escotadura es esencialmente un cilindro abierto por un lado con un extremo abierto. La pared 2226 concava se curva para encontrar los bordes en los lados de la escotadura, eso conforma un borde afilado en los lados de la escotadura. La pared concava tiene un radio de curvatura constante y describe un arco o un cfrculo correspondiente a un cuarto de la circunferencia de un cfrculo (vease la figura 9b). Naturalmente, la cantidad de un cfrculo descrito por la pared concava puede ser diferente, o el radio de curvatura puede variar a traves de la anchura de la pared, y la curvatura puede basarse en una forma distinta de un cfrculo (por ejemplo, podna basarse en una elipse mas excentrica que un drculo). La pared del fuste opuesta a la abertura en la base es plana. No obstante, dicha pared podna tener de una forma distinta. Por ejemplo, podna ser curvada.

La escotadura podna estar en una posicion diferente en la seccion 220 inferior y podna haber, claro esta, mas de una escotadura. La escotadura estana en una posicion diferente si los canales de flujo, a los cuales tema que proporcionar una via de flujo entre ellos, estuviesen situados en una posicion diferente respecto de la seccion inferior del fuste. Ademas, la abertura (es decir, el penmetro) que se extiende axialmente de la escotadura o de las escotaduras no tiene o no tienen que ser rectangular(es). En vez de eso la abertura o aberturas, o un numero de ellas, podna ser, por ejemplo, circular, cuadrada o tener una forma escalonada. La escotadura o las escotaduras puede o pueden una orientacion diferente tal como, por ejemplo, tener la dimension mas larga (cuado sea rectangular) discurriendo a traves (es decir, alrededor) del fuste, en vez de a lo largo de la longitud del fuste, o tener la dimension mas larga discurriendo diagonalmente a lo largo del fuste. Naturalmente, si la escotadura o las escotaduras tuviese o tuviesen una forma escalonada, unas secciones de la escotadura se extendenan a lo largo de la longitud del fuste y (otras) partes se extendenan transversalmente al fuste para establecer la forma escalonada. La orientacion de cada escotadura dependera de los canales de flujo, a los que la respectiva escotadura esta proporcionando una via de flujo entre ellos.

Si la escotadura (o escotaduras) tuviese (o tuviesen) una forma distinta de la rectangular, la escotadura (o escotaduras) aun puede (o pueden) tener una superficie curvada que sea adecuada para la forma de la escotadura. Para cualquier forma de escotadura, en vez de tener una superficie curvada, la escotadura (o escotaduras), o un numero de ellas, puede (o pueden) tener un numero de paredes planas que formen una superficie concava. Por ejemplo, una escotadura puede tener una pared concava que comprenda tres o mas superficies planas. Como una alternativa mas, la pared de una escotadura puede ser plana, formando por ello una superficie plana en la seccion inferior del fuste, que se desvfa de la superficie curvada del fuste. Eso aun permitira que el fluido fluya a traves de la escotadura. No obstante, si la escotadura solo tiene una superficie plana, habra una mayor posibilidad de que el fluido rezume de la escotadura. Si la parte trasera de la escotadura se retrasase respecto de la superficie del fuste, la superficie trasera de la escotadura puede tener una curva que sea complementaria de la curva de la superficie del fuste. En otras palabras, la superficie trasera de la escotadura puede ser curvada hacia fuera para seguir la curva del fuste.

La seccion 224 media del fuste es una seccion roscada con una rosca 2240 helicoidal como se muestra en la figura 8. La rosca 2240 helicoidal proporciona un rail grna que colabora con una rosca helicoidal del collann en el que esta sujeto coaxialmente el fuste. Eso proporciona la capacidad del fuste para ser rotado respecto del collann, que a su vez provoca que el fuste pueda rotar respecto de los estratos del chip microflmdico. Cuando se rota, la rosca helicoidal provoca que el fuste se mueva axialmente asf como rotativamente. Eso se debe a que la rosca del tornillo es helicoidal. La rosca helicoidal proporciona un sistema para conectar el fuste y el collann, que es sencillo de manufacturar, forma facilmente conjunto con la valvula y proporciona una conexion segura entre fuste y collann.

La seccion 226 superior del fuste tiene un elemento de union al que se acopla un analizador para hacer rotar el fuste. El elemento de union tiene un numero de rebordes 2262 (mostrados en la figura 8) que son mutuamente adyacentes axialmente en una porcion terminal del fuste, que esta en un extremo opuesto del fuste respecto de la esta situada la seccion 220 inferior. El penmetro exterior de cada reborde es hexagonal. Los hexagonos estan todos alineados, con lo que se quiere decir que los vertices de cada hexagono se alinean con los hexagonos de los nervios adyacentes formando una unica forma hexagonal alrededor del borde del fuste visto a lo largo de su eje. La forma hexagonal de la porcion terminal del fuste proporciona dientes contra los que un accionador de un analizador puede apoyarse para girar el fuste. Por supuesto, sena posible que esos rebordes tuviesen otra forma poligonal, tal como, por ejemplo, triangular, cuadrada, pentagonal u octogonal. Una forma mas sencilla sena, por ejemplo, la circular. No obstante, esa forma hana mas probable que un accionador analizador resbalase sobre el fuste cuado tratase de hacer girar el fuste, mientras que una forma poligonal reduce el riesgo. Pueden emplearse formas mas complejas que un hexagono. No obstante, se necesitana hacer una comparacion entre la reduccion de la posibilidad de resbalamiento en relacion con la complejidad de la forma y, por tanto, de la dificultad de manufactura.

Como se apuntado arriba, el fuste 22 esta conectado a un collarm 24 (mostrado en la figura 8) por la rosca 224 helicoidal. El collarm se emplea para sujetar el fuste; tiene un taladro a traves del mismo y se puede extraer acunado a un anclaje 25. El anclaje 25 esta adherido al estrato expuesto en la superficie del chip y tiene una parte que se extiende por el taladro 16 del chip. La parte asegura que la situacion del anclaje 25 no cambia respecto del taladro. Como el collarm y el anclaje son separables, es posible extraer y limpiar o sustituir la junta 26 torica. Cuando las partes de la valvula estan ensambladas, la junta torica esta entremedias (en otras palabras, ajustada entremedias) del collarm y el anclaje y es empujada contra el fuste cuando el fuste esta en su sitio. Debido a la adherencia del anclaje al estrato expuesto de la superficie del chip y al acunamiento del collarm al anclaje, el fuste se mantiene en su sitio respecto de los estratos y del taladro 16.

Hay una junta 26 torica (mostrada en la figura 8) alrededor de la seccion 220 inferior del fuste entre la escotadura 222 y la rosca 224 helicoidal (por ejemplo, vease la figura 10). Cuando el fuste 22 esta situado en el collarm 24, la junta torica forma una junta de estanqueidad entre el fuste y la pared interior del collarm. Eso detiene o limita la capacidad del fluido para pasar desde la seccion 220 inferior del fuste a la rosca 2240 helicoidal, la seccion 226 superior y fuera del collarm. Eso funciona tambien en la otra direccion para detener o limitar que cuerpos extranos pasen desde el exterior del collarm a la porcion lisa. Eso limita la contaminacion por los fluidos en el chip respecto del entorno exterior y la contaminacion de los fluidos en el chip por cuerpos extranos provenientes del entorno exterior.

Como se ha mostrado en las figuras 5 y 6, el collarm descansa en el estrato 10a superior del chip 1 microflmdico y esta unido con el. Eso permite que el fuste descanse en el taladro 16 de los estratos 10. El fuste esta en ajuste apretado con los lados del taladro. El ajuste apretado entre el fuste y los lados del taladro limita que el fluido fluya alrededor del fuste, permitiendo solo que el fluido fluya a traves de la escotadura, y no en al taladro entre el fuste y los lados del taladro. En las realizaciones mostradas, el ajuste entre el fuste y la pared del taladro es un ajuste apretado tal que el fuste esta en contacto con la pared del taladro pero es capaz de deslizar respecto de ella. De ese modo, la junta torica proporciona un sellado para aislar la seccion inferior del fuste y el interior del taladro respecto del entorno exterior, y el ajuste entre el fuste y la pared del taladro proporciona un sellado alrededor de los lados de la escotadura.

El taladro para la valvula pasa a traves de multiples estratos del chip, debido a que se han alineado multiples estratos en las aberturas, y por lo menos dos de los estratos tienen canales de flujo, que comunican con el taladro (vease, por ejemplo, las figuras 10 y 11). Con eso, quiere decirse que los canales de flujo tienen un extremo (abierto) y que se abre al taladro. Por supuesto, otros estratos pueden tener canales de flujo que se abran al taladro y cualquier estrato puede tener uno o mas canales de flujo que comunican con el taladro.

En el ejemplo mostrado en las figuras 10 y 11, se muestran dos estratos, el estrato 10b central y el estrato 10c inferior. Cada uno de los dos estratos tiene un canal 141, 15 de flujo, que estan situados uno encima del otro. El canal 15 de flujo del estrato 10c inferior es la region de extraccion donde se mezclan una muestra y reactivos, y que mantiene las perlas magneticas. Por eso, la region de extraccion esta conectada con al conducto 30 de introduccion de muestras y a los canales de flujo de los orificios 12 a traves de los que se introducen los reactivos al chip 1 microflmdico. El canal 15 de flujo (es decir, la region de extraccion) esta en la base del taladro en el que se situa el fuste de la valvula y cruza la base del taladro (vease la figura 9), asf el estrato 10c inferior tiene dos aberturas al taladro (aunque solo podfa tener una). El estrato 10b central tiene una via de flujo, que puede conducir a una region de deteccion, o a alguna otra parte del chip.

Durante el uso, los fluidos deseados se introducen en la region de extraccion y se mezclan. Durante ese tiempo, el fuste 22 es sujetado en una primera posicion (mostrada en la figura 10). En la primera posicion, la escotadura 222 esta sin alinear con cualquiera de los dos canales 141 y 15 de flujo. En el ejemplo mostrado en las figuras 10 y 11, en la primera posicion, el fuste se ha mantenido tambien sobre el canal 15 de flujo de la capa 10c inferior de modo que no bloquee el canal 15 de flujo del estrato 10c inferior. En la primera posicion, la escotadura esta situada contra un lado del taladro con ninguna abertura de canal de flujo. De ese modo, no fluye fluido a traves de la escotadura 222.

Como se ha mostrado en las figuras 10 y 11, la junta 26 torica esta situada sobre la escotadura 222. Eso presiona contra el lado del taladro o contra el lado del collarm (no mostrado) formando un sellado a traves del que se restringe el flujo de fluido.

Cuando se ha de dirigir fluido al canal 141 de flujo del estrato 10b central, el fuste 22 es girado a una segunda posicion (mostrada en la figura 11). En la segunda posicion, la escotadura 222 esta alineada con los canales 141, 15 de flujo del estrato 10b central y del estrato 10c inferior. Debido a la presion ejercida impulsando fluido al canal 15 de flujo del estrato 10c inferior, el fluido es impulsado a traves de la escotadura 222 y al canal 14b de flujo del estrato 10b central. El fluido pasa entonces al canal 141 de flujo y a traves del mismo del estrato 10b central. En el ejemplo mostrado en las figuras 10 y 11, al girar el fuste 22 desciende el fuste a la base del taladro. Eso bloquea la comunicacion del canal 15 de flujo del estrato 10c inferior a traves del taladro. El fuste 22 desciende debido a la rosca 2240 helicoidal de la seccion 224 media del fuste, que lo eleva el cuando es girado de un modo o baja el fuste cuando es girado del modo opuesto

La figura 10b y la figura 11b muestran la parte 11 conica del canal 141 de flujo. Cuando entra fluido en el canal 141 de flujo desde la valvula y pasa a traves de la seccion conica y la cuota de flujo aumenta debido a la reduccion del area de la seccion transversal del canal de flujo.

Como ejemplo, durante el uso, en el ejemplo donde los fluidos estan contenidos en una ampolla del chip multiflmdico, el chip esta insertado en el analizador y el analizador sujeta el chip en su sitio. Durante la sujecion, el analizador hace interfaz con la valvula helicoidal. Cuando el ensayo es ejecutado, las ampollas son reventadas por accionadotes mecanicos, lo que impulsa lfquido a la region de extraccion para mezclar con las perlas magneticas mantenidas en la region de extraccion. El conducto de introduccion de muestras alivia la presion provocada por la introduccion de los fluidos de la ampolla. Cuando la muestra se introduce a traves del conducto de introduccion de muestras, se mezcla con los fluidos de la region de extraccion. Un iman se rastrea entonces a traves de la region de extraccion, para tirar de las perlas magneticas a traves de la region de extraccion para recoger la muestra que se adhiere a la superficie tratada de las perlas. El iman es retirado entonces a un lado de la valvula, y la valvula es vuelta para conectar la region de extraccion al resto del circuito microflmdico. Se agregan reactivos para disociar la muestra de las paredes de las perlas. Eso causa un aumento de la presion, pues se ha agregado mas fluido puesto que la via al conducto de introduccion de muestras esta bloqueada ahora por la valvula. Eso provoca que los fluidos se banen en los circuitos microflmdicos. La muestra se mezcla ahora con reactivos liofilizados en el camino a un bfochip, donde se hibridiza para regiones de prueba discretas. Se agregan reactivos adicionales desde la direccion opuesta hacia una camara de residuos mas alla de la valvula de introduccion de muestras (es decir, desde la direccion en la que los fluidos estan fluyendo desde la region de extraccion). La muestra sufre entonces calentamiento hasta la deteccion de senal por una camara CCD de quimolumniscencia de las regiones de prueba. Como se ha apuntado arriba, la valvula 20 no se limita a tener solo una escotadura. Esta claro que tambien sena posible para una escotadura permitir que fluidos de un canal de flujo fluyesen a dos canales de flujo separados, que pueden estar en el mismo estrato como tales (y/o el canal de flujo del que los fluidos estan fluyendo) o pueden estar en diferentes estratos de cada uno (y/o el canal de flujo del que estan fluyendo los fluidos). La escotadura no tiene que estar en la base del fuste, simplemente tiene que ser capaz de conectar la fuente del fluido con el pretendido destino del fluido.

Como alternativa o como adicion a tener la junta torica para formar un sellado que mantenga los fluidos aislados del entorno exterior, puede haber una junta 162 de estanqueidad al lado del taladro 16 como se muestra en la figura 12. La junta 162 de estanqueidad esta situada alrededor de una abertura del canal 14 de flujo al taladro 16. Puede haber, por supuesto, una junta 162 de estanqueidad separada para cada abertura de un canal de flujo al taladro, o puede haber un numero de juntas de estanqueidad alrededor de uno o mas canales de flujo que se abren al taladro. La junta 162 de estanqueidad alrededor de la abertura del canal de flujo presiona contra la porcion suave del fuste (no mostrada en la figura 12) creando un sellado localmente alrededor de la abertura del canal de flujo. La junta 162 de estanqueidad permite que el fuste de la valvula sea girado, pero detiene el goteo de fluido pasado el canal definido del canal de flujo y la escotadura cuando estan alineados con el canal de flujo.

Sena posible obviamente tener multiples valvulas en el chip microflmdico. Eso significa que habna necesidad de tener un taladro para cada valvula que habfa de ser incluida en el chip, pero eso podna incluirse tambien.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Chip (1) microflmdico que incluye por lo menos dos estratos que forman una pila de estratos (10), teniendo cada estrato por lo menos un canal (14) de flujo; un taladro (16) que se extiende a traves de los estratos y que comunica con una pluralidad de canales de flujo; una valvula (20) que tiene un fuste (22) con una escotadura (222) en un lado del fuste para que el fluido fluya a traves, un collarm (24) que esta unido a la pluralidad de estratos, estando montado el fuste rotativamente en el taladro y estando situado coaxialmente con el collarm, incluyendo ademas la valvula un sistema de restriccion proporcionado por una pareja de roscas (2240) cooperantes, estando adaptado el sistema de restriccion a limitar o prevenir el movimiento axial del fuste con respecto al collarm, donde el fuste tiene una primera posicion en el que la escotadura esta alineada con cada uno de por lo menos dos canales de la pluralidad de canales de flujo proporcionando una via de flujo entre dichos por lo menos dos canales de flujo, y una segunda posicion en la que la escotadura esta desalineada con por lo menos uno de dichos por lo menos dos canales de flujo, estando, por tanto, cerrada la via de flujo entre dichos por lo menos dos canales de flujo.

2. El chip (1) microflmdico segun la reivindicacion 1, donde las paredes de la escotadura (222) forman una superficie concava, y/o las paredes de la escotadura forman una sencilla superficie arqueada en un plano perpendicular al eje longitudinal central del fuste.

3. El chip (1) microflmdico segun la reivindicacion 1 o 2, donde el fuste (22) tiene una seccion (220) inferior y una seccion terminal del fuste, en la que esta situada la escotadura (222), teniendo el resto de la seccion inferior una superficie lisa extendida alrededor del fuste.

4. El chip (1) microflmdico segun la reivindicacion 3, donde la superficie lisa tiene una rugosidad superficial de hasta 10 nm.

5. El chip (1) microflmdico segun la reivindicacion 3 o 4, donde la escotadura (222) se extiende axialmente hacia abajo y se abre a una base del fuste.

6. El chip (1) microflmdico segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el sistema de restriccion comprende railes cooperantes, teniendo un rail cada uno de los fuste y collarm.

7. El chip (1) microflmdico segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde hay una junta (26) estanca entre el fuste (22) y el collarm (24) y la junta (26) estanca es preferiblemente una empaquetadura tal como un anillo torico.

8. El chip (1) microflmdico segun la reivindicacion 7 como dependiente de una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, donde la junta (26) estanca forma una barrera entre la seccion (220) inferior de la valvula (20) y el sistema de restriccion.

9. El chip (1) microflmdico segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la valvula (20) incluye ademas un elemento de union, adaptado para acoplarse con un analizador de chip microflmdico, para permitir que el fuste (22) sea rotado, siendo el elemento de union preferiblemente una porcion (226) terminal del fuste que esta expuesta desde la pluralidad de estratos y es fijable por un analizador de chip microflmdico, y cuando el elemento de union es dicha porcion terminal el elemento de union tiene preferiblemente una pluralidad de rebordes (2262) poligonales, formando cada uno un anillo alrededor de la circunferencia del fuste.

10. El chip (1) microflmdico segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la escotadura (222) esta configurada para proporcionar una via de flujo entre dos canales (14) de flujo en los distintos estratos respectivos.

11. El chip (1) microflmdico segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el fuste (22) incluye una pluralidad de escotaduras (222), cada una de las cuales es para cooperar con por lo menos dos canales (14) de flujo de la pluralidad de canales de flujo, variando preferiblemente las escotaduras de la pluralidad de escotaduras en longitud, anchura, profundidad y/o forma.

12. El chip (1) microflmdico segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde por lo menos uno de los por lo menos dos canales (14) de flujo con los que la escotadura (222) esta alineada cuando esta en la primera posicion tiene una forma de serpentm y/o tiene una porcion conica que proporciona una transicion al area de la seccion transversal de dicho canal de flujo.

13. Valvula (20) microflmdica que posee: un collarm (24) que es acoplable a un chip (1) microflmdico; un fuste (22) situado coaxialmente con el collarm y rotativo alrededor del eje comun del fuste y el collarm, incluyendo el fuste una escotadura (222) en la que es capaz de fluir fluido, donde rotando el fuste, la escotadura se puede alinear simultaneamente con un pluralidad de canales (14) de flujo de un chip (1) microflmdico al que la valvula se puede acoplar para establecer una via de flujo entre los canales de flujo; y un sistema de restriccion proporcionado por una pareja de roscas (2240) cooperantes, estando el sistema de restriccion adaptado para limitar o prevenir el movimiento axial del fuste con respecto al collarm.

14. Chip microflmdico que comprende por lo menos un estrato (10) en el que esta situada por lo menos una region de prueba, teniendo el por lo menos un estrato un canal (14) de flujo, por lo menos una parte del cual esta situada en por lo menos una region de prueba, teniendo el canal de flujo una entrada (12b) y una region (14a) de mezclado entre la entrada y por lo menos una parte del canal de flujo situada en la por lo menos una region de prueba, donde el area de la seccion transversal del canal de flujo es mayor dentro de la region de mezclado que exteriormente en la region de mezclado; y comprendiendo ademas una valvula (20) microflmdica segun la reivindicacion 13.

15. El chip (1) microflmdico segun la reivindicacion (14), donde la region (14a) de mezclado tiene una entrada (142) y/o una salida (143) que proporciona una transicion escalonada al area de la seccion transversal del canal (14) de flujo, y/o el canal de flujo tiene una porcion conica que proporciona una transicion al area de la seccion transversal del canal de flujo, y/o la region de mezclado tiene un filtro adaptado para permitir el paso de gas fuera de la region de mezclado, y/o la por lo menos parte del canal de flujo tiene una forma de serpentm, y/o el estrato (10) es translucido en por lo menos una porcion de la situacion en el estrato, donde la por lo menos parte del canal de fluido pasa por la por lo menos una region de prueba, y/o el chip microflmdico tiene por lo menos un primer estrato y un segundo estrato, proporcionando la zona de mezclado una via entre el primer estrato y el segundo estrato.