ES2863594T3 - Dispositivo microfluídico de separación de plasma - Google Patents

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Abstract

Un dispositivo microfluídico con unos medios de separación de plasma accionados por capilaridad, que comprenden una membrana porosa (110, 310) con una superficie superior adaptada para recibir una muestra de sangre y una superficie inferior, una estructura de soporte que se extiende lateralmente (100) que tiene una superficie hidrofílica, en donde la superficie inferior de la membrana porosa y la superficie hidrofílica de la estructura de soporte están configuradas de manera que las superficies intersectan en un ángulo agudo y un flujo de capilaridad lateral del fluido filtrado se forma en las proximidades de la intersección de las superficies, con lo que se llena gradualmente el espacio entre dichas superficies divergentes, y un canal de capilaridad (120, 320) configurado para recibir y alojar el flujo de capilaridad lateral que llega desde el espacio entre las superficies divergentes, comprendiendo el canal de capilaridad una cubierta de canal y una parte inferior de canal desde la estructura de soporte que se extiende lateralmente, en donde una parte la superficie inferior de la membrana porosa está dispuesta sobre la parte superior de la cubierta del canal, en donde la membrana porosa se extiende diagonalmente entre la parte inferior del canal y la cubierta del canal formando una estructura de cuña de capilaridad (130, 330).

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo microfluídico de separación de plasma
Campo Técnico
La presente invención se refiere generalmente a un dispositivo microfluídico para líquidos, con una separación de sangre en accionada por capilaridad, que genera a la vez un flujo de capilaridad del plasma de sangre separado. Antecedentes de la invención
Los dispositivos microfluídicos son utilizados en una amplia gama de aplicaciones. Típicamente, un dispositivo microfluídico está definido para manejar pequeños volúmenes de fluido (pL, nL, pL, etc.), tienen un pequeño tamaño con al menos una dimensión en el rango del micrómetro, y/o utilizan efectos del microdominio. En tales dispositivos, y los fluidos pueden ser movidos, mezclados, separados o procesados de otro modo. Numerosas aplicaciones emplean técnicas de control de fluidos pasivas como fuerzas de capilaridad.
Un área importante de los microfluídicos es la de los dispositivos médicos. Los dispositivos microfluídicos pueden ser utilizados en aplicaciones analíticas o terapéuticas, por ejemplo para administrar medicamentos o para la manipulación de muestras de fluidos corporales.
Los ensayos basados en plasma sanguíneo constituyen un buen estándar en análisis clínicos de laboratorio, desarrollo de fármacos y monitorización de fármacos terapéuticos, en todo el mundo. El plasma normalmente se obtiene a través de centrifugación de muestras sanguíneas venosas, que típicamente requieren que sean tomadas muestras milimétricas del paciente. Sin embargo, si la etapa de centrifugación pudiera ser eliminada y todavía se proporcionara una cantidad de plasma al realizable y de volumen definido, las etapas que consumen tiempo y son costosas en la práctica clínica podrían ser reducidas en gran medida. De este modo, un método que solo requiere una micromuestra de sangre, por ejemplo de 50 pl obtenida por medio de punción digital, para extraer plasma es altamente preferida respecto a las muestras de plasma centrifugadas que requieren volúmenes milimétricos. Tal método podría ser altamente relevante para billones de muestras de sangre tomadas cada año en ensayos de análisis de laboratorio y en el desarrollo de fármacos tanto en humanos como en animales.
Para asegurar la facilidad de uso y la capacidad de uso en ajustes distribuidos, los dispositivos de extracción de plasma serían preferiblemente autónomos, es decir no requerirían ninguna fuente neumática, bomba neumática, ni otro equipo adicional. Uno de tales sistemas autónomos que utiliza las fuerzas de capilaridad procedente de los microcanales de polímero tratado superficialmente se describe en "Biomed Microdevices", vol. 8, no. 1, páginas 73­ 79, marzo de 2006 (S Thorslund et al).
El documento WO 2011/131471 describe un dispositivo para la separación de muestras, en particular para la separación de sangre, en el que el líquido de muestra es añadido a una unidad de alimentación. La muestra fluye en la dirección vertical a través de una unidad de separación tal como un filtro o una membrana, mediante lo cual las partículas de la muestra son retenidas y separadas. El líquido de muestra separado, en particular plasma sanguíneo, es recibido por una cámara de entrada debajo de la unidad de separación y es descargado desde la cámara de entrada en la dirección lateral por medio de un canal. El canal se extiende en la cámara de entrada, en donde el canal está formado por un rebaje en la parte inferior de la cámara de entrada.
El documento JP 2005265685 describe un dispositivo de análisis de componentes de plasma para detectar un componente que va a ser medido en el plasma obtenido separando eritrocitos en sangre completa, comprendiendo el dispositivo una primera película, una segunda película y una película de separación de plasma, y caracterizado por que un separador está dispuesto entre ambas películas, y al menos una de las películas es una película hidrofílica; el separador tiene una parte de muesca, y la parte de muesca en las películas forman una cámara de filtro, una cámara de reacción para detectar el componente que va a ser medido en el plasma, y un pasaje de capilaridad que comunica la cámara de filtro y la cámara de reacción; una entrada de vertido de sangre para aplicar toda la sangre a una membrana de separación de plasma está formada en la primera película; y la membrana de separación de plasma está dispuesta entre la entrada de vertido de sangre y el separador en una posición que se corresponde con la cámara de filtro.
El documento WO 2011/003689 A2 describe un aparato microfluídico para producir un flujo de volumen que es uniforme en el tiempo en un proceso de medida. En diversos procesos de solución y reacción es esencial tener un flujo de volumen específico dado o flujo de masa de fluido disponible para asegurar la disolución fiable del reactivo para asegurar que la reacción tenga lugar. En un aparato microfluídico en el que la separación de partículas a partir del fluido, particularmente sangre, se realiza a través de una membrana, el flujo de volumen a través de la membrana disminuye de forma continua. Para conseguir un flujo de volumen uniforme durante la medida, se llena un primer depósito desde un primer canal, de manera que el contenido del depósito puede ser en entonces suministrado al proceso de medida operando un tope de fluido. El vaciado del depósito tiene lugar con un flujo de volumen uniforme de 0,05 a 10 microlitros por segundo.
El documento WO 2013/1447 43 A1 describe un sistema basado en una pastilla de laboratorio para la toma de muestras directa y múltiple, el control de volumen, la filtración de fluido, las reacciones bioquímicas, la transferencia de muestras, y la generación de una mancha seca sobre las tarjetas convencionales y comerciales para manchas de fluido secas.
Diferentes tipos de dispositivos de medición de volumen accionados por capilaridad se describen en el documento WO 2015/044454 que hasta ahora solo han sido probados con agua y sangre completa. No hay descripción en el documento WO 2015/044454 de un proceso de separación de plasma autónomo accionado por capilaridad, operable, integrado con un dispositivo microfluídico, adecuado para usos en el punto de atención o distribuidos. Compendio de la invención
La presente invención está por tanto dirigida a un dispositivo microfluídico autónomo que separa un volumen específico de plasma de una muestra de sangre de volumen desconocido.
Ser un aspecto general, la invención se refiere a un método para separar plasma sanguíneo en el que una membrana de separación de sangre está combinada con una bomba de capilaridad. Dicha membrana de separación de sangre es una estructura que separa las células sanguíneas y el plasma. La membrana puede ser fabricada a partir de componentes cerámicos, polímeros o materiales con base de celulosa. La bomba de capilaridad es una estructura o material de proporciona succión de capilaridad con el fin de facilitar la separación efectiva del plasma. En una realización de este aspecto general, la membrana es aplicada en una disposición geométrica que facilita la conexión de fluido efectiva entre la membrana y dicha bomba de capilaridad. Una realización de este tipo es una estructura geométrica con forma de cuña que proporciona una elevada fuerza de capilaridad en los planos de interés entre la membrana y la estructura de capilaridad. Otra realización incluiría un material poroso, proporcionando dichos poros o microcanales una elevada fuerza de capilaridad. Las realizaciones mencionadas pueden incluir medios para quitar el exceso de plasma de un volumen de plasma medido.
En aspectos de la invención, se pueden concebir otras modalidades físicas para mejorar el transporte de fluido a través de la membrana de separación de plasma. Una primera modalidad es tener una diferencia de presión a través de la membrana aplicando presión en la entrada o tener vacío en el lado de salida de la membrana. Dicho vacío podría ser almacenado o conseguido mediante medios activos, por ejemplo, creando una cavidad por ejemplo con una estructura similar a un l fuelle, por ejemplo habilitando la expansión de un cierto material. Una segunda modalidad es tener un potencial eléctrico a través de la membrana. Mediante lo cual, se podría conseguir flujo electroosmótico. Otra modalidad es proporcionar un material higroscópico en el lado de salida de la membrana para succionar de forma activa a través el líquido. Tal material higroscópico podría ser por ejemplo PVA. Se puede concebir que las modalidades así descritas se combinen.
En un aspecto, la invención está dirigida a un dispositivo microfluídico con unos medios de separación de plasma accionados por capilaridad, que comprenden una membrana porosa con una superficie superior adaptada para recibir una muestra de sangre y una superficie inferior, y una estructura de soporte que se extiende lateralmente que tiene una superficie hidrofílica. La superficie inferior de la membrana porosa y la superficie hidrofílica de la estructura de soporte están configuradas de manera que las superficies intersectan en un ángulo agudo, de manera que las superficies generalmente divergen desde la intersección. Cuando la muestra de sangre es recibida en forma de gota (al menos 30 pl) sobre la superficie superior de la membrana, se inicia la filtración de plasma y se forma un flujo de capilaridad lateral de fluido filtrado en las proximidades de la intersección de las superficies, llenando con ello gradualmente el espacio entre las superficies divergentes. Los medios de separación de plasma forman por tanto una bomba de capilaridad.
En este contexto, el flujo lateral es generalmente perpendicular a la dirección de flujo a través de la membrana y paralelo a la extensión lateral de la estructura de soporte del dispositivo microfluídico. La estructura de soporte puede ser un material hidrofílico en capas que es posible procesar para formar un dispositivo microfluídico con varias características diferentes, como se explicará con más detalle. También, en este contexto, se ha de entender que la expresión "en las proximidades" de la intersección significa condiciones geométricas para iniciar la succión de capilaridad desde la membrana porosa. Este efecto de iniciar el flujo lateral gradualmente llenado el espacio entre las superficies mencionadas tendrá lugar en una ubicación en donde las superficies están tan cerca que la superficie hidrofílica intersectará un menisco de fluido de un poro de la membrana porosa, lo que por cálculo se produce cuando la separación entre las superficies es menor de aproximadamente 50 pm. El ángulo entre las mencionadas superficies de intersección es un ángulo agudo, generalmente menor de 90 grados, preferiblemente menor de 45 grados.
El dispositivo microfluídico descrito comprende al menos un canal de capilaridad configurado para recibir y alojar el flujo de capilaridad lateral que llega desde el espacio entre las superficies divergentes.
El dispositivo microfluídico tiene un canal de capilaridad con una cubierta de canal y una parte inferior de canal desde la estructura de soporte que se extiende lateralmente y una membrana porosa se extiende diagonalmente entre la parte inferior del canal y la cubierta del canal formando una estructura de cuña de capilaridad.
En un aspecto, el dispositivo microfluídico tiene una membrana de separación de plasma y junto con la estructura de soporte forma alguna cámara con la estructura con forma de cuña. Cuando una gota de sangre es aplicada sobre la membrana, la cámara se llena gradualmente desde la región de intersección de la membrana y la superficie de la estructura de soporte.
En un aspecto, los dispositivos microfluídicos de la invención están provistos de un respiradero. El respiradero proporciona comunicación con la atmósfera circundante y puede estar situado en comunicación con el canal de capilaridad, preferiblemente la salida del canal.
Los dispositivos microfluídicos descritos así pueden comprender además al menos una válvula soluble que comprende una membrana soluble que tiene un primer lado orientado hacia el canal de capilaridad, y medios de capilaridad conectados al segundo lado de la membrana soluble, de manera que cuando la membrana es disuelta por el líquido, el líquido es transportado a través de la válvula hasta el segundo lado de la membrana por la acción de capilaridad. Los medios de capilaridad comprenden al menos un canal de capilaridad o una estructura que permite el llenado por capilaridad, tal como un material absorbente poroso, preferiblemente una matriz de papel absorbente. En un aspecto de la invención, el canal de capilaridad del dispositivo microfluídico es un canal de medición por capilaridad con un volumen definido que tiene una entrada y una salida, y una primera válvula soluble, con un primer tiempo de disolución, está situada entre la membrana porosa y la entrada del canal de capilaridad y una segunda válvula soluble, con un segundo tiempo de disolución, está situada después de la salida del canal de capilaridad. Para ciertos fines, el dispositivo microfluídico puede tener una primera válvula soluble con un tiempo de disolución más corto que la segunda largo la soluble.
El dispositivo microfluídico puede comprender una pluralidad de canales de capilaridad dispuestos en paralelo conectados a una respectiva pluralidad de válvulas solubles, en donde los medios de capilaridad de las válvulas solubles están conectados para recoger el líquido de las válvulas. El dispositivo microfluídico puede está formado como un laminado que comprende una primera capa de material que forma el canal de capilaridad, una segunda capa de material que comprende el material soluble, para formar la al menos una membrana soluble, y una tercera capa de material que comprende los medios de capilaridad.
Los dispositivos microfluídicos así descritos puede comprender además al menos una válvula soluble que comprende una membrana soluble que tiene un primer lado orientado hacia el canal de capilaridad, y medios de capilaridad conectados al segundo lado de la membrana soluble, de manera que cuando la membrana es disuelta por el líquido, el líquido es transportado a través de la válvula al segundo lado de la membrana mediante la acción de capilaridad. Los medios de capilaridad comprenden al menos un canal de capilaridad o una estructura que permite el llenado por capilaridad, tal como un material absorbente poroso, preferiblemente una matriz de papel absorbente.
En un aspecto la invención, el canal de capilaridad del dispositivo microfluídico es un canal de medición de capilaridad con un volumen definido que tiene una entrada y una salida, y una primera válvula soluble, con un primer tiempo de disolución, está situada entre la membrana porosa y la entrada del canal de capilaridad y una segunda válvula soluble, con un segundo tiempo de disolución, está situada después de la salida del canal de capilaridad. Para ciertos fines, el dispositivo microfluídico puede tener una primera válvula soluble con un tiempo de disolución más corto que la segunda válvula soluble. El dispositivo microfluídico puede comprender una pluralidad de canales de capilaridad dispuestos en paralelo, conectados a una respectiva pluralidad de válvulas solubles, en donde los medios de capilaridad de las válvulas solubles están conectados para recoger el fluido de las válvulas.
El dispositivo microfluídico puede estar formado como un laminado que comprende una primera capa de material que forma el canal de capilaridad, una segunda capa de material que comprende material soluble, para formar la al menos una membrana soluble, y una tercera capa de material que comprende los medios de capilaridad.
En un aspecto, se proporciona el dispositivo microfluídico de acuerdo con la invención, de manera que la superficie superior de la membrana porosa está alineada con una almohadilla absorbente o estructura absorbente, adaptada para recibir la muestra de sangre. La almohadilla absorbente puede ser esencialmente circular o con forma de "rosquilla" con el fin de guiar o ayudar al usuario a colocar de forma más precisa una gota de sangre en el dispositivo.
De este modo, la invención se refiere a un dispositivo microfluídico que comprende una disposición de separación de plasma que forma una bomba de capilaridad, un canal de capilaridad en conexión de fluido con la misma, teniendo el canal de capilaridad un volumen definido, al menos una válvula soluble que comprende una membrana soluble. La membrana soluble comprende material soluble por líquido y tiene un primer lado orientado hacia, es decir que se enfrenta a, el canal de capilaridad. Unos medios de capilaridad están conectados al segundo lado de la membrana soluble, de manera que cuando la membrana es disuelta por el líquido, el líquido es transportado a través de la válvula al segundo lado de la membrana mediante la acción de capilaridad.
Los dispositivos microfluídicos descritos de este modo puede comprender además al menos una válvula soluble que comprende una membrana soluble que tiene un primer lado orientado hacia el canal de capilaridad, y medios de capilaridad conectados al segundo lado de la membrana soluble, de manera que cuando la membrana es disuelta por el líquido, el líquido es transportado a través de la válvula al segundo lado de la membrana mediante la acción de capilaridad. Los medios de capilaridad comprenden al menos un canal de capilaridad o una estructura que permite el llenado por capilaridad, tal como un material absorbente poroso, preferiblemente una matriz de papel absorbente. En un aspecto de la invención, el canal de capilaridad del dispositivo microfluídico es un canal de medición por capilaridad con un volumen definido que tiene una entrada y una salida, y una primera válvula soluble con un primer tiempo de disolución está situada entre la membrana porosa y la entrada del canal de capilaridad y una segunda válvula soluble con un segundo tiempo de disolución está situada después de la salida del canal de capilaridad. Para ciertos fines, el dispositivo microfluídico puede tener una primera válvula soluble con un tiempo de disolución más corto que la segunda válvula soluble.
El dispositivo microfluídico puede comprender una pluralidad de canales de capilaridad dispuestos en paralelo conectados a una respectiva pluralidad de válvulas solubles, en donde los medios de capilaridad de las válvulas solubles están conectados para recoger el líquido de las válvulas. El dispositivo microfluídico puede estar formado como un laminado que comprende una primera capa de material que forma el canal de capilaridad, una segunda capa de material que comprende el material soluble, para formar la al menos una membrana soluble, y una tercera capa de material que comprende los medios de capilaridad.
La membrana soluble con los medios de capilaridad forman de este modo una válvula soluble. El canal de capilaridad y la válvula soluble cooperan para definir un volumen de líquido transportado a través del canal de capilaridad. De este modo, el volumen de líquido transportado a través de canal de capilaridad es una parte del líquido suministrado a la lumbrera de entrada.
El canal de capilaridad es adecuado para medir un volumen de líquido introducido en el mismo mediante la acción de capilaridad desde la lumbrera de entrada. La membrana soluble tiene una extensión lateral que es mayor que una dimensión de espesor de la membrana para facilitar la disolución y la fabricación del dispositivo. De este modo tiene un primer y un segundo lados. El material de la membrana es soluble por parte del líquido en un intervalo de tiempo que es razonable para que el dispositivo funcione, es decir menos de 1 hora, menos de 10 minutos o menos de 1 minuto, dependiendo de la aplicación. Por disolución de la membrana, se entiende que la membrana es disuelta de manera suficiente como para descubrir los medios de capilaridad conectados al segundo lado de la membrana. Con capilaridad se quiere significar una estructura que está configurada para activar un flujo de líquido mediante la acción de capilaridad.
El dispositivo microfluídico puede comprender un respiradero de aire antes de cada membrana soluble para permitir el llenado por capilaridad de líquido hasta la membrana.
De este modo, la membrana soluble puede ser utilizada para cancelar la comunicación de fluido con el canal de capilaridad, proporcionando de este modo un efecto de "pellizco" del líquido en el canal de capilaridad para definir un volumen ya introducido en el canal de capilaridad.
El canal de capilaridad puede tener una parte de entrada, conectada a la bomba de capilaridad, y una parte de salida, y en donde la al menos una válvula soluble está en conexión de capilaridad con la parte de salida del canal de capilaridad, y dispuesta para transportar líquido desde el canal de capilaridad cuando la membrana es disuelta. De este modo, el canal de capilaridad puede ser llenado para definir un volumen de líquido en el dispositivo, seguido de la liberación del volumen de líquido a través de la membrana soluble.
Los medios de capilaridad pueden comprender al menos un canal de capilaridad o una estructura que permite el llenado de capilaridad, tal como un material absorbente poroso, preferiblemente una matriz de papel absorbente. De este modo, el líquido puede ser transportado de forma efectiva sobre la membrana soluble una vez disuelta. El líquido puede ser, por ejemplo recogido en el material poroso para un análisis adicional.
El dispositivo puede comprender una pluralidad de canales de capilaridad dispuestos en paralelo, conectados a una respectiva pluralidad de válvulas solubles, en donde los medios de capilaridad de las válvulas solubles están conectados para recoger el líquido de las válvulas.
De este modo, los volúmenes de líquido definidos antes de las válvulas pueden ser liberados secuencialmente o en paralelo, por ejemplo, para realizar una secuencia predeterminada de reacciones en el dispositivo.
El dispositivo microfluídico puede comprender una pluralidad de válvulas solubles, distribuidas a lo largo de una trayectoria de flujo de capilaridad de líquido en el dispositivo microfluídico, que comprende el canal de capilaridad. De este modo, se puede realizar el procesamiento secuencial de líquido en el dispositivo.
El canal de capilaridad puede comprender una estructura de canal capilaridad ramificada que comprende una pluralidad de brazos laterales conectados por capilaridad a la pluralidad de válvulas solubles.
De este modo, el volumen de líquido puede ser dividido en una pluralidad de subvolúmenes para el procesamiento adicional en el dispositivo.
Los tiempos de disolución de la pluralidad de membranas solubles de las válvulas pueden ser personalizados individualmente para proporcionar una temporización predeterminada de eventos en el dispositivo microfluídico. La pluralidad de membranas solubles de las válvulas puede ser personalizada individualmente con diferentes espesores de membrana para proporcionar los diferentes tiempos de disolución.
De este modo, las operaciones de fluido se pueden realizar de una manera temporizada y secuencial para permitir procesos avanzados de múltiples etapas de fluidos en el dispositivo.
El primer lado de la al menos una membrana soluble de la válvula puede estar conectado a un canal de capilaridad de extremo cerrado, configurado de manera que el líquido que disuelve la membrana es transportado en el canal de capilaridad de extremo cerrado mediante fuerzas de capilaridad.
De este modo, el líquido cargado con el material disuelto de la membrana puede ser conducido al canal de capilaridad de extremo cerrado para permitir que el líquido tenga menos cantidad de material disuelto para propagarse a través de la membrana una vez disuelto. De este modo, por ejemplo, se puede mantener la viscosidad del líquido.
Si el dispositivo comprende una pluralidad de membranas solubles, más de una membrana soluble puede estar conectada a un respectivo canal de capilaridad de extremo cerrado.
De este modo, en cada membrana soluble, por ejemplo a lo largo de la trayectoria de flujo de líquido en el dispositivo, el líquido cargado con material disuelto de la membrana puede ser conducido a un respectivo canal de capilaridad de extremo cerrado.
El material de la membrana soluble puede ser disuelto por un fluido corporal, cuando el líquido es un fluido corporal, tal como la sangre.
El material de la membrana soluble puede comprender alcohol de polivinilo (PVA), polisacáridos solubles, gelatina y similares.
El material de la membrana soluble puede comprender al menos una sustancia que va a ser liberada en el líquido, tal como uno o más reactivos y/o una o más partículas.
De este modo, una vez disuelta, la sustancia puede ser liberada en el líquido que atraviesa la membrana.
Al menos una región de material soluble que comprende al menos una sustancia que va a ser liberada en el líquido, tal como uno o más reactivos y/o una o más partículas, puede estar distribuida a lo largo de una trayectoria de flujo de líquido en el dispositivo microfluídico.
De este modo, el dispositivo puede estar provisto de material soluble cargado con sustancias en diversas regiones a lo largo de la trayectoria de flujo del líquido en el dispositivo, que van a ser liberadas por el líquido que disuelve el material soluble. El material puede, por ejemplo, ser proporcionado como películas a lo largo de un canal de fluido o en una cámara de fluido.
La membrana de la válvula o la región soluble pueden comprender una estructura de múltiples capas que comprende diferentes sustancias que van a ser liberadas en el líquido.
El dispositivo puede comprender al menos un almacenamiento de una sustancia, tal como uno o más reactivos y/o una o más partículas, y al menos una membrana soluble dispuesta para obturar el al menos un almacenamiento, en donde la sustancia va a ser liberada en el líquido mediante la disolución de la membrana.
De este modo, la liberación de las sustancias líquidas en el líquido puede ser activada por el líquido que disuelve una membrana obturando alguna cámara de almacenamiento para la sustancia.
El dispositivo microfluídico puede comprender un laminado de capas de material que define una trayectoria de flujo para el líquido y que comprende al menos una capa de material soluble que forma la al menos una membrana soluble.
De este modo, se pueden formar una o más membranas de forma sencilla en el dispositivo microfluídico.
El dispositivo microfluídico puede comprender una pluralidad de membranas solubles formadas por una y la misma capa de material soluble en el dispositivo microfluídico.
La trayectoria de flujo de capilaridad en el dispositivo microfluídico puede comprender canales de capilaridad en ambos lados de la capa de membrana soluble, en donde una pluralidad de válvulas solubles está formada en la trayectoria de flujo que cruza a través de la capa de membrana soluble.
De este modo, una pluralidad de membranas solubles y canales de capilaridad puede ser formada de una manera sencilla en el dispositivo.
La invención se refiere además a un dispositivo microfluídico que incluye los medios de separación de plasma mencionados, que comprenden un canal de capilaridad de medición que tiene un primer y un segundo extremos, una primera membrana soluble en el primer extremo, una lumbrera de salida conectada al segundo extremo del canal de capilaridad de medición, una segunda membrana soluble conectada a la lumbrera de salida, medios de capilaridad para extraer el líquido cuando la respectiva membrana soluble es disuelta por el líquido, en donde las membranas solubles y el canal de capilaridad de medición está configurados de manera que en la primera membrana es disuelta antes que la segunda membrana por un líquido suministrado en la entrada.
Por lo tanto, el líquido proporcionado en la entrada del canal de capilaridad empieza a disolver la primera membrana soluble mientras una parte de líquido proporcionado en la entrada es introducida en el canal de capilaridad para alcanzar la segunda membrana soluble. El dispositivo está configurado de manera que la primera membrana soluble es disuelta por el líquido en la entrada antes de que la segunda membrana soluble sea disuelta por el líquido extraído a través del canal de capilaridad. De este modo, el exceso de líquido es transportado desde la entrada a través de la primera membrana disuelta por los medios de capilaridad para retirar el líquido de la entrada. El volumen de líquido en el canal de capilaridad es de este modo "pinchado", es decir formando una superficie de líquido libre que está vuelta hacia la entrada. Después, la segunda membrana soluble es disuelta, con lo que el volumen de líquido definido en la capilaridad de medición es extraído del canal de capilaridad por los medios de capilaridad para retirar el líquido de la lumbrera de salida. Un volumen definido de líquido es, de este modo, separado del volumen no definido de líquido proporcionado en la entrada.
El dispositivo microfluídico puede comprender generalmente al menos un canal de capilaridad de medición (que tiene un primer y un segundo extremos) y un primer lado de una primera membrana soluble (que tiene un primer y un segundo lados) y en donde el segundo extremo del canal de capilaridad de medición está conectado a una lumbrera de respiradero y a un primer lado de una segunda membrana soluble. Los segundos lados de la membrana están conectados a canales, estructuras o materiales con funcionalidad de capilaridad. Las dimensiones del canal de medición y el material, espesores y áreas de las membranas solubles son elegidos de manera que la primera membrana sea disuelta antes que la segunda membrana cuando el líquido está presente en la lumbrera de entrada. El dispositivo microfluídico puede comprender un canal microfluídico, en donde dicho canal de microfluídico introduce un retraso de tiempo para que el líquido se propague, regiones solubles en donde dichas regiones solubles introducen ciertos retrasos de tiempo, y en donde el dispositivo puede tener una singularidad a una pluralidad de dichas regiones solubles, siendo dichas regiones realizadas mediante, por ejemplo, una película delgada de un material polímero reabsorberte (por ejemplo, PVA). Estas diferentes regiones pueden proporcionar de este modo medios para tener eventos retrasados que se producen en el dispositivo, haciendo posible el manejo de, por ejemplo, el exceso de líquido.
La región soluble puede estar en contacto con una estructura que permita el llenado por capilaridad una vez que dicha región ha sido disuelta. La estructura que permite el llenado por capilaridad puede ser, por ejemplo, papel, matriz de algodón, un microcanal hidrofílico u otro medio poroso que permita la propagación de líquido adicional mediante acción de capilaridad.
El dispositivo microfluídico puede estar formado como un laminado que comprende una primera capa de material que forma el canal de capilaridad, una segunda capa de material que comprende el material soluble, para formar la al menos una membrana soluble, y una tercera capa de material que comprende los medios de capilaridad. De este modo, el dispositivo puede ser fabricado de una manera sencilla. Un método para fabricar un dispositivo microfluídico como se describe en el presente documento comprende las etapas de:
- proporcionar una primera capa de material que forma el canal de capilaridad,
- proporcionar una segunda capa de material que comprende el material soluble, para formar la al menos una membrana soluble,
- proporcionar una tercera capa de material que comprende los medios de capilaridad, y
- laminar la primera, segunda y tercera capas de material, y cualesquiera capas adicionales, tales como capas de cubierta, capas de separación, y/o capas adicionales de material que forman funciones de fluido en el dispositivo, formando por tanto un laminado que comprende el dispositivo microfluídico. De este modo, el dispositivo microfluídico puede ser fabricado de una manera sencilla y rentable, adecuada para la fabricación en masa. La tercera capa de material puede comprender al menos un canal de capilaridad o una estructura que permita el llenado por capilaridad, tal como un material absorbente poroso, preferiblemente una capa de papel absorbente. La laminación puede ser realizada con una región de unión entre las dos capas en el laminado, que comprende preferiblemente un adhesivo sensible al calor o a la presión, un adhesivo reactivo, cera o ser formada por medio de la activación superficial o la termocompresión. La laminación se puede realizar en varias etapas posteriores de alineación y laminación de capas del material del laminado.
La presente invención también se refiere a un método para preparar una muestra a partir de sangre completa que comprende las etapas de, en el dispositivo microfluídico anteriormente descrito, disponer una membrana de separación de plasma sanguíneo porosa en un ángulo agudo con una superficie hidrofílica de una estructura de soporte; aplicar al menos 30 pl de sangre completa a una superficie superior de la membrana y permitir la separación del plasma a través de la membrana; dejar un espacio con forma de cuña entre la membrana y la estructura de soporte que va a ser gradualmente llenado con plasma separado; y llenar un canal de capilaridad en comunicación de fluido, con dicho espacio con plasma separado.
El método puede comprender además cancelar la comunicación de fluido entre el espacio con forma de cuña y el canal de capilaridad disolviendo una válvula soluble en la entrada del canal de capilaridad.
El método puede comprender además disolver una segunda válvula soluble en la salida del canal de capilaridad. El método puede comprender además transportar un volumen medido de plasma separado a unos medios de capilaridad para formar una mancha de plasma de volumen definido.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 muestra una realización general que emplea a una membrana de separación de plasma dispuesta de acuerdo con la invención con un canal de capilaridad. Las estructuras de ensayo están ensambladas para un experimento de eficiencia de extracción. (A) sección transversal esquemática y (B) vista superior del dispositivo. La Figura 2 muestra la cinética de extracción de plasma de un filtro iPOC junto con canales de capilaridad.
La Figura 3 muestra una sección transversal esquemática de una pastilla de medición de extracción de plasma. Descripción detallada de las realizaciones
En lo que sigue, se expone una descripción detallada de las realizaciones de la invención.
Fabricación del dispositivo
La capa de microfluídica consta de transparencias de copiadora Xerox hidrofílicas (003R96002 Tipo C, Xerox Co. Ud., USA) y una cinta separadora de capilaridad (IVD 090448PV1 .001/09, Tesa GmbH, Alemania). Las diferentes capas fueron estructuradas separadamente con un plotter de corte (CE5000, Graphtec America lnc., USA) y laminadas juntas con un laminador (H600, GBC lnc., USA). Una solución de PVA líquida fue preparada a partir de gránulos de PVA (Mowiol® 4-88 Mw ~31.000, Sigma Aldrich lnc., USA) disolviéndola en agua DI y fue entonces revestida mediante giro, en láminas de silicona y secada para formar películas solubles delgadas. El espesor de la película que controla el tiempo de disolución fue ajustado a los tiempos de filtración requeridos para llenar el volumen de plasma en el canal de medición [13]. Las películas solubles fueron laminadas para formar la capa de microfluidos en las aberturas de la parte inferior de canal que forma las dos válvulas solubles. La capa de microfluidos fue entonces unida al apoyo de la pastilla que sujeta los parches de papel (Whatman 903, GE Healthcare, USA) que fueron utilizados como sustrato de capilaridad para absorber el exceso de plasma y el plasma medido. Un cuadrado grande de 9 x 9 mm2 de la membrana de filtración (membrana SG, de iPOC, Canadá) fue unido a la entrada de la pastilla de manera que el filtro formaba una estructura de cuña de capilaridad junto con la parte inferior del canal. Para unir la membrana de filtración a la pastilla fue utilizada una cinta adhesiva de doble cara (IVD 090448PV1 .001/09, Tesa GmbH, Alemania).
Filtro para el ensayo de interfaz de canal
Para estudiar y la formación de conexión líquida entre filtro en el canal de capilaridad, fue observada la estructura de cuña filmando el dispositivo desde el lado y a través de la parte inferior transparente.
Ensayo de eficiencia de extracción de plasma
Para medir la eficiencia de extracción de la membrana de filtración, fueron utilizados canales de capilaridad sin función de medición (no fueron utilizadas válvulas solubles) como se vio en el dispositivo de la Figura 1. Fueron aplicados diferentes volúmenes (30-60pl) de sangre humana venosa, extraídos en tubos tratados con EDTA fueron aplicados a la parte superior de la membrana de filtración. Volúmenes de plasma y tiempos de filtración fueron extraídos a partir de las grabaciones de vídeo.
Para probar el concepto, fueron aplicados 50 pl de sangre de capilaridad fresca a partir que una función digital a una pastilla como se muestra en la Figura 1 y en la Figura 3. Una grabación de vídeo desde la parte superior fue utilizada para verificar la correcta temporalización de los diferentes eventos y de la correcta función de la pastilla.
El dispositivo se muestra en la Figura 1 y su principio de funcionamiento se ilustra de forma adicional en la Figura 1. Para la separación del plasma y la medición del volumen, empezando desde una gota de sangre no medida, varios eventos consecutivos son programados previamente en el diseño del dispositivo. La Figura 1 muestra un dispositivo microfluídico general con unos medios de separación de plasma accionados por capilaridad de acuerdo con la invención. El dispositivo microfluídico tiene una estructura de soporte 100, una membrana porosa (filtro) 110, un canal de capilaridad 120 y un respiradero 140. La membrana porosa está dispuesta en un ángulo agudo con respecto a la superficie hidrofílica superior de la estructura de soporte. La estructura de soporte 100 se extiende lateralmente desde la intersección con el filtro 110 y proporciona generalmente una cubierta de canal y una parte inferior de canal para el canal de capilaridad 120.
Haciendo referencia a la Figura 1, cuando se añade una gota de sangre a la zona de aplicación de filtro 110, el plasma en la sangre es retirado a través del filtro por las fuerzas de capilaridad, dejando las células de sangre pegadas mecánicamente en el filtro. La conexión de fluido de capilaridad entre el filtro y del canal de capilaridad se está poniendo a prueba. Para el fin de la presente invención, el filtro está unido diagonalmente en el dispositivo microfluídico en una entrada del canal de capilaridad, formando una estructura de cuña de capilaridad 130 entre la parte inferior del canal y la cubierta del canal. El área de contacto entre el filtro y la parte inferior del canal forma un puente de capilaridad que permite que el plasma se filtre fuera de los poros del filtro y llene gradualmente la estructura de cuña 130 desde el punto de contacto hasta la entrada del canal.
La extracción del plasma del dispositivo de ensayo sin válvulas solubles, vista en la Figura 1, funciona en todo el rango de volúmenes ensayados, 30-60 pi (véase la Figura 2). Para 60 pi de sangre completa, podrían ser extraídos 19,5 pi de plasma. Para 30 pi de sangre aplicada, fueron extraídos 7,1 pi de plasma. La eficiencia de extracción de plasma creciente para volúmenes de sangre aplicados mayores puede ser explicada por el volumen muerto en y debajo de la membrana de filtración. Para asegurar el correcto funcionamiento de la extracción de plasma y de la pastilla de medición, fue diseñado su microcanal para tener un volumen de medición de 4 pi.
Aplicar al menos 30 pi de sangre completa a la membrana de separación de plasma dio lugar al llenado de plasma del microcanal. Aplicar menos de 30 pi es insuficiente para llenar el canal, más probablemente debido al volumen muerto debajo de la membrana y al volumen muerto de la propia membrana de filtración.
La estructura de cuña formada entre filtro de plasma y la parte inferior del canal proporciona un buen contacto de capilaridad entre el filtro y el canal. Se puede observar claramente cómo el plasma separado se propaga desde la parte más estrecha de la estructura de cuña donde la fuerza de capilaridad es la más elevada y gradualmente se llena hasta la entrada del canal.
Ensayo de extracción de plasma de volumen medido
Como una etapa siguiente. Una pastilla microfluídica de extracción y medición está formada, véase la Figura 3 con características similares a las descritas en el documento WO 2015/044454. En la Figura 3A-C, una gota de sangre 300 es aplicada a la membrana de filtración 310 e inicia la extracción de plasma a lo largo de la cuña de capilaridad 330 en el canal de medición 320. La siguiente, y la etapa más crucial para la medición de volumen es separar de forma exitosa el plasma medido del exceso de plasma. Dos válvulas solubles 350, 351 en la parte inferior del canal, separan el canal capilaridad de un papel absorbente 360, véase la Figura 3. La acción de mojar cada una de las válvulas inicia un proceso de solución, que abre la válvula, conectando con ello el canal con el papel. Cuando el canal de medición 320 se empieza a llenar con plasma la primera válvula 350 situada más cerca de la entrada de canal entra en contacto con el plasma primero. Retrasada por el tiempo requerido para llenar el volumen del canal con plasma, la segunda válvula 351 se humedece y comienza a disolverse. El dispositivo está diseñado de manera que los tiempos de disolución de las válvulas, definidos por los espesores de las válvulas, como están descrito en el documento WO 2015/044454, son mayores que el tiempo de llenado del canal de capilaridad, asegurando que todo el canal de capilaridad se llenará antes de que la primera válvula se abra. La apertura de la primera válvula en la entrada del canal drena todo el plasma aguas arriba, es decir entre la primera válvula y la estructura de cuña, en un sustrato de papel absorbente, mientras que el plasma medido permanece atrapado en el microcanal, véase la Figura 3C. La apertura de la segunda válvula drena el plasma de volumen medido en el canal en la salida de la segunda válvula, véase la Figura 3E, formando una mancha de plasma de volumen definido 370, véase la Figura 3F. Adicionalmente, la primera válvula evita cualquier relleno del canal de medición drenando inmediatamente cualquier plasma nuevamente filtrado.
Se puede concluir que la presente invención, proporciona un dispositivo de toma de muestras fácil de utilizar, que es capaz de (a) separar plasma de sangre humana completa no procesada y (b) medir un volumen definido de plasma para un procesamiento adicional o un análisis aguas abajo. El principio de trabajo completamente autónomo de la pastilla hace posible nuevas posibilidades reduciendo los volúmenes de muestra requeridos, permitiendo la extracción de plasma en el punto de atención y ofreciendo una alternativa al procesamiento de sangre venosa mediante centrifugación. Esto es altamente relevante para el análisis de laboratorio clínico pero lo es especialmente en el campo de la monitorización de fármacos terapéuticos y del desarrollo de fármacos donde el principio demostrado puede ayudar a facilitar la recogida de datos de alta calidad a la vez que supone un beneficio para los pacientes.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo microfluídico con unos medios de separación de plasma accionados por capilaridad, que comprenden una membrana porosa (110, 310) con una superficie superior adaptada para recibir una muestra de sangre y una superficie inferior, una estructura de soporte que se extiende lateralmente (100) que tiene una superficie hidrofílica, en donde la superficie inferior de la membrana porosa y la superficie hidrofílica de la estructura de soporte están configuradas de manera que las superficies intersectan en un ángulo agudo y un flujo de capilaridad lateral del fluido filtrado se forma en las proximidades de la intersección de las superficies, con lo que se llena gradualmente el espacio entre dichas superficies divergentes, y un canal de capilaridad (120, 320) configurado para recibir y alojar el flujo de capilaridad lateral que llega desde el espacio entre las superficies divergentes, comprendiendo el canal de capilaridad una cubierta de canal y una parte inferior de canal desde la estructura de soporte que se extiende lateralmente, en donde una parte la superficie inferior de la membrana porosa está dispuesta sobre la parte superior de la cubierta del canal, en donde la membrana porosa se extiende diagonalmente entre la parte inferior del canal y la cubierta del canal formando una estructura de cuña de capilaridad (130, 330).
2. El dispositivo microfluídico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la membrana de separación de plasma y la estructura de soporte forman juntas una cámara con una estructura con forma de cuña.
3. El dispositivo microfluídico de acuerdo en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende, al menos una válvula soluble (350, 351) que comprende una membrana soluble que tiene un primer lado orientado hacia el canal de capilaridad, y medios de capilaridad conectados al segundo lado de la membrana soluble, de manera que cuando la membrana es disuelta por el líquido, el líquido es transportado a través de la válvula hasta el segundo lado de la membrana por la acción de capilaridad.
4. Es dispositivo microfluídico de acuerdo con la reivindicación 3, en el que los medios de capilaridad comprenden al menos un canal de capilaridad o una estructura que permite el llenado por capilaridad, tal como un material absorbente poroso, preferiblemente una matriz de papel absorbente.
5. El dispositivo microfluídico de acuerdo con la reivindicación 3 o 4, en el que el canal de capilaridad es un canal de medición por capilaridad con un volumen definido, en donde una primera válvula soluble, con un primer tiempo de disolución, está situada entre la membrana porosa y la entrada del canal de capilaridad y una segunda válvula, con un segundo tiempo del disolución, está situada después de la salida del canal de capilaridad.
6. El dispositivo microfluídico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en donde el dispositivo comprende una pluralidad de canales de capilaridad dispuestos en paralelo, conectados a una respectiva pluralidad de válvulas solubles, en donde los medios de capilaridad de las válvulas solubles están conectados para recoger líquido de las válvulas.
7. El dispositivo microfluídico de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la primera válvula soluble tiene un tiempo de disolución más corto que la segunda válvula soluble.
8. El dispositivo microfluídico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, formado como un laminado que comprende una primera capa de material que forma el canal de capilaridad, una segunda capa de material que comprende el material soluble, para formar la al menos una membrana soluble, y una tercera capa de material que comprende los medios de capilaridad.
9. El dispositivo microfluídico de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la superficie superior de la membrana porosa está alineada con una almohadilla absorbente adaptada para recibir la muestra de sangre.
10. Un método para preparar una muestra a partir de sangre completa que comprende las etapas de:
(i) disponer en un dispositivo microfluídico, una membrana de separación de plasma de sangre porosa en un ángulo agudo con una superficie hidrofílica de una estructura de soporte, en donde dicha membrana de separación de plasma de sangre porosa se extiende diagonalmente entre una parte inferior del canal y una cubierta del canal de un canal de capilaridad configurado para recibir y alojar un flujo de capilaridad lateral, y una parte de la superficie inferior de la membrana de separación de plasma de sangre porosa está dispuesta en la parte superior de la cubierta del canal,
(ii) aplicar al menos 30 pl de sangre completa a una superficie superior de la membrana y permitir la separación del plasma a través de la membrana;
(iii) permitir que un espacio con forma de cuña entre la membrana y la estructura de soporte sea llenado gradualmente con el plasma separado;
(iv) llenar un canal de capilaridad en comunicación de fluido con dicho espacio, con plasma separado.
11. El método de la reivindicación 10, que comprende además cancelar la comunicación de fluido que entre el espacio con forma de cuña y el canal de capilaridad disolviendo una válvula soluble en la entrada del canal que capilaridad.
12. El método de la reivindicación 10 u 11, que comprende además disolver una segunda válvula soluble en la salida del canal de capilaridad.
13. El método de la reivindicación 12, que comprende transportar un volumen medido de plasma separado hasta los medios de capilaridad para formar una mancha de plasma de volumen definido.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017210199A1 (en) 2016-05-31 2017-12-07 Oregon State University Fluidic devices for chromatographic separation and methods of making and using the same
US11648553B2 (en) * 2016-11-18 2023-05-16 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Wettability-patterning method and designs for pumpless transport and precise manipulation of liquid volumes on and through porous materials
US11311874B2 (en) 2017-06-07 2022-04-26 Oregon Slate University Polymer-based well plate devices and fluidic systems and methods of making and using the same
JP7056863B2 (ja) * 2018-04-25 2022-04-19 ビービービー インコーポレイテッド 血液分析装置
JP7243994B2 (ja) * 2018-04-25 2023-03-22 ビービービー インコーポレイテッド 血液分析装置
US11207455B2 (en) 2018-05-14 2021-12-28 Oregon State University Membrane device for blood separation and methods of making and using the same
WO2019236822A1 (en) 2018-06-07 2019-12-12 Becton, Dickinson And Company Biological fluid separation device
WO2020045551A1 (ja) * 2018-08-31 2020-03-05 国立研究開発法人産業技術総合研究所 アッセイ装置
EP3847458A4 (en) * 2018-09-06 2022-06-15 Capitainer AB MICROFLUIDIC DEVICE
KR102430301B1 (ko) * 2018-11-19 2022-08-10 한국전자통신연구원 진단 키트
US20230014799A1 (en) * 2019-12-06 2023-01-19 The University Of North Carolina At Chapel Hill Wedge chamber device for mounting samples for microscopy
CN113617399A (zh) * 2020-05-06 2021-11-09 苏州国科均豪生物科技有限公司 一次性注入的高效微流控检测芯片
CN112934277B (zh) * 2021-01-25 2023-02-24 重庆大学 一种微流体芯片快速低耗样充样方法
WO2023277773A1 (en) 2021-06-29 2023-01-05 Capitainer Ab Microfluidic devices
KR20240026458A (ko) 2021-06-29 2024-02-28 캐피테이너 아베 미세유체 장치
CN114018835B (zh) * 2021-09-22 2023-03-17 浙江大学 微量全血预处理和血浆自动定量分配装置及分析方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9324310D0 (en) * 1993-11-26 1994-01-12 Univ Birmingham Liquid transfer device
US6063589A (en) * 1997-05-23 2000-05-16 Gamera Bioscience Corporation Devices and methods for using centripetal acceleration to drive fluid movement on a microfluidics system
US6084660A (en) * 1998-07-20 2000-07-04 Lifescan, Inc. Initiation of an analytical measurement in blood
DE10046173C2 (de) * 2000-09-08 2003-04-03 Inst Chemo Biosensorik Vorrichtung und Verfahren zur Separation von ungelösten Bestandteilen aus biologischen Flüssigkeiten
JP2005265685A (ja) * 2004-03-19 2005-09-29 Arkray Inc 血漿成分分析装置
EP1824600B1 (en) * 2004-10-18 2016-12-28 Life Technologies Corporation Fluid processing device including size-changing barrier
US20070026439A1 (en) * 2005-07-15 2007-02-01 Applera Corporation Fluid processing device and method
EP1963014A1 (en) * 2005-11-18 2008-09-03 Danfoss A/S Microfluid device and method for setting up a microfluid device
EP2268405B1 (de) * 2008-02-27 2017-01-04 Boehringer Ingelheim Microparts Gmbh Vorrichtung zur plasmaseparation
US20110168269A1 (en) * 2008-09-17 2011-07-14 Koninklijke Philips Electronics N.V. Microfluidic device
EP2216095A1 (en) * 2009-01-27 2010-08-11 Koninklijke Philips Electronics N.V. Microfluidic device for full blood count
JP5665864B2 (ja) * 2009-07-07 2015-02-04 ベーリンガー インゲルハイム マイクロパーツ ゲゼルシャフト ミットベシュレンクテル ハフツングＢｏｅｈｒｉｎｇｅｒ Ｉｎｇｅｌｈｅｉｍ ｍｉｃｒｏＰａｒｔｓ ＧｍｂＨ 血漿分離リザーバ
EP2375249B1 (en) * 2010-04-09 2019-12-25 F. Hoffmann-La Roche AG Devices and process for separating plasma from a blood sample
US9383293B2 (en) * 2010-04-23 2016-07-05 Boehringer Ingelheim Microparts Gmbh Device for plasma separation by means of a central channel structure
GB2491813A (en) * 2011-06-03 2012-12-19 Univ Dublin City A microfluidic device with sacrificial valve
WO2012178187A1 (en) * 2011-06-23 2012-12-27 Paul Yager Reagent patterning in capillarity-based analyzers and associated systems and methods
WO2013144743A1 (en) * 2012-03-31 2013-10-03 Dbs System Sàrl Device and method for dried fluid spot analysis
WO2015044454A2 (en) * 2013-09-30 2015-04-02 Göran Stemme A microfluidic device, use and methods
US10670579B2 (en) * 2014-03-21 2020-06-02 Dbs System Sa Device and method for separating a fluid mixture such as blood
US11033896B2 (en) * 2014-08-08 2021-06-15 Ortho-Clinical Diagnostics, Inc. Lateral-flow assay device with filtration flow control
CN104406831B (zh) * 2014-11-21 2017-08-25 广东万事泰集团有限公司 血液分离装置、血液分离检测装置及分离检测方法

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