ES2864739T3

ES2864739T3 - Método de conmutación centrífugo-neumática de líquido

Info

Publication number: ES2864739T3
Application number: ES18708690T
Authority: ES
Inventors: Ingmar Schwarz; Nils Paust; Steffen Zehnle; Mark Keller; Tobias Hutzenlaub; Frank Schwemmer
Original assignee: Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Current assignee: Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2021-10-14
Anticipated expiration: 2038-03-05
Also published as: CN110650801A; PL3592463T3; WO2018162413A1; US20190388886A1; CN110650801B; DE102017204002B4; EP3592463A1; US11141728B2; DE102017204002A1; EP3592463B1

Abstract

Método para conmutar líquido desde una zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302) a estructuras fluídicas aguas abajo (58, 94, 158, 210, 322) usando un módulo fluídico (50), que comprende: una zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302) en la que puede introducirse líquido (80), al menos dos trayectorias del fluido (60, 62, 206, 208, 320, 324) que conectan fluídicamente la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302) a estructuras fluídicas aguas abajo (58, 94, 158, 210, 322), en el que al menos una primera trayectoria del fluido (62, 206, 320) de las dos trayectorias del fluido comprende un canal de sifón, en el que un vértice de sifón (64, 212, 326) del canal de sifón se sitúa radialmente en el interior de una posición más exterior radial de la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302), en el que el vértice de sifón (64, 212, 326) está en una zona del canal de sifón con una distancia mínima al centro de giro, en el que las estructuras fluídicas aguas abajo (58, 94, 158, 210, 322) no están ventiladas o están únicamente ventiladas mediante un resistor de retardo de la ventilación (66), cuya resistencia fluídica es lo suficientemente alta como para reducir a la mitad una presión diferencial en las estructuras fluídicas aguas abajo a la presión ambiente, teniendo en cuenta que la ventilación a través de la resistencia fluídica sola tarda al menos 0,5 s, cuando el líquido (80) se introduce en la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302), de manera que un volumen de gas encerrado o un volumen de gas ventilado únicamente mediante el resistor de retardo de la ventilación (66) da lugar a las estructuras fluídicas aguas abajo (58, 94, 158, 210, 322) cuando se introduce el líquido en la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302), y una relación de una presión centrífuga producida por un giro del módulo fluídico (50) con respecto a una presión neumática predominante en el volumen de gas evita al menos temporalmente que el líquido alcance las estructuras fluídicas aguas abajo (58, 94, 158, 210, 322) a través de las trayectorias del fluido (60, 62, 206, 208, 320, 324), en el que puede producirse mediante el cambio de la relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática que el líquido alcance al menos parcialmente las estructuras fluídicas aguas abajo (58, 94, 158, 210, 322) a través de la primera trayectoria del fluido (62, 206, 320) y que el volumen de gas se ventile al menos parcialmente a la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302) a través de la segunda trayectoria del fluido (60, 208, 324) de las dos trayectorias del fluido. comprendiendo el método las etapas de: introducir al menos un líquido (80) en la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302) y retener el líquido en la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302) girando el módulo fluídico (50), de manera que el líquido se retiene en la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302) en un equilibrio casi estacionario dominado por la presión centrífuga y la presión neumática; y cambiar la relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática con el fin de pasar el líquido al menos parcialmente a través de la primera trayectoria del fluido (62, 206, 320) a las estructuras fluídicas aguas abajo (58, 94, 158, 210, 322) y de ventilar el volumen de gas al menos parcialmente a la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302) a través de la segunda trayectoria del fluido de las dos trayectorias del fluido, en el que a) la retención del líquido en la zona de retención de líquido (52) comprende generar una sobrepresión neumática en las estructuras fluídicas aguas abajo (58, 94, 158) antes de iniciar el paso, y cambiar la relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática comprende aumentar la velocidad de giro del módulo fluídico (50), aumentando la altura hidrostática del líquido y/o reduciendo la presión neumática, o b) la retención del líquido en la zona de retención de líquido comprende generar una presión negativa en las estructuras fluídicas aguas abajo (210, 322) con el fin de ajustar y retener los meniscos (102, 104, 122) en la zona de retención de líquido y las trayectorias del fluido primera y segunda (206, 208, 320, 324) sin pasar el líquido a las estructuras fluídicas aguas abajo (210, 322) a través de la primera trayectoria del fluido (206, 320), y en el que cambiar la relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática comprende reducir la velocidad de giro del módulo fluídico (50) y/o reducir la presión neumática en las estructuras fluídicas aguas abajo (210, 322).

Description

DESCRIPCIÓN

Método de conmutación centrífugo-neumática de líquido

La presente invención se refiere a métodos de conmutación centrífugo-neumática de líquidos desde una zona de retención de líquido a estructuras fluídicas aguas abajo usando una relación de presión centrífuga con respecto a presión neumática.

Introducción

La microfluídica centrífuga se encarga de la manipulación de líquidos en el intervalo de picolitros a mililitros en sistemas giratorios. Con frecuencia, tales sistemas son cartuchos poliméricos de un solo uso que se usan dentro de o en lugar de rotores centrífugos, con la intención de automatizar procesos de laboratorio. En este caso, pueden implementarse procesos de laboratorio convencionales, tales como pipeteo, centrifugación, mezclado o preparación de alícuotas en un cartucho microfluídico. Para ese fin, los cartuchos incluyen canales para el guiado de fluido, así como cámaras para la recogida de líquidos. Generalmente, tales estructuras configuradas para la manipulación de fluidos pueden denominarse estructuras fluídicas. Generalmente, tales cartuchos pueden denominarse módulos fluídicos.

Los cartuchos están provistos de una sucesión predefinida de frecuencias de giro, el protocolo de frecuencias, de manera que los líquidos que están en el interior de los cartuchos pueden moverse por la fuerza centrífuga. La microfluídica centrífuga se aplica principalmente en el análisis de laboratorio y en el diagnóstico móvil. Hasta ahora, la configuración más frecuente de cartuchos es un disco centrífugo-microfluídico usado en dispositivos de procesamiento específicos y conocida como “Lab-on-a-disk”, “LabDisk”, “Lab-on-CD”, etc. Otros formatos, tales como tubos de centrifugación microfluídicos conocidos como “LabTube” pueden usarse en rotores de dispositivos de laboratorio convencionales ya existentes.

Para usar las operaciones básicas fluídicas en un posible producto, la fortaleza y la facilidad de manipulación del proceso son de suma importancia. Además, es ventajoso cuando la operación básica se realiza de manera monolítica, de manera que no se necesitan componentes o materiales adicionales, lo que aumentaría significativamente el coste del cartucho por los costes del material o la tecnología de configuración y ensamblaje adicional (montaje).

En particular, la conmutación de líquidos es necesaria como una operación básica para realizar cadenas de procesos con el fin de separar etapas de procesamiento fluídico secuenciales entre sí. Por tanto, para los procesos de laboratorio automatizados en un rotor microfluídico centrífugo, los procesos de conmutación son indispensables.

Un ejemplo es la medición de volúmenes de líquido para generar alícuotas en la que, después de la etapa de medición, los líquidos se hacen avanzar a etapas del proceso posteriores. Ejemplos adicionales son procesos de incubación y mezclado, donde el tiempo de incubación o de finalización del proceso de mezclado tiene que alcanzarse antes de la progresión.

Un desafío importante en el desarrollo de cartuchos para la manipulación de fluido microfluídico centrífugo es la adaptación de las estructuras comprendidas a las características de los fluidos que se van a procesar, así como a las interacciones de los fluidos con los materiales de cartucho usados. En particular, esto da como resultado una necesidad de estructuras y métodos para conmutar fluidos que son en su mayoría independientes de las características de los fluidos y de sus interacciones con el material de cartucho. Esto incluye, en particular, las siguientes características de los fluidos y los materiales de cartucho: tensión superficial de los fluidos, su ángulo de contacto con los materiales de cartucho usados, las viscosidades de los fluidos y la composición química de los fluidos.

Un desafío adicional para el desarrollo de cartuchos microfluídicos son los requisitos de fabricación. Las estructuras exigentes con las tolerancias de producción dan lugar a costes de producción más altos y un riesgo de fallo superior de los cartuchos durante el procesamiento. Esto da lugar a una necesidad de estructuras y métodos para conmutar fluidos, en particular líquidos que son robustos frente a variaciones relacionadas con la producción en cuanto a su función. Además, hay una necesidad de estructuras que sean fáciles de producir estableciendo métodos de fabricación que permitan una alta precisión de producción. En particular, para los métodos de producción de moldeado por inyección y gofrado por inyección, hay una necesidad de estructuras y métodos para conmutar fluidos que puedan gestionarse sin transiciones de geometría de arista viva en oposición a, por ejemplo, las denominadas válvulas capilares.

En el campo de la microfluídica centrífuga, un protocolo de procesamiento generalmente actúa sobre todas las estructuras fluídicas de un cartucho a la vez. Generalmente, la creciente integración de etapas de procesamiento que funcionan de manera secuencial o en paralelo da lugar a cada vez más limitaciones para los protocolos de procesamiento admisibles. Con el fin de poder integrar todavía diferentes operaciones fluídicas en un cartucho microfluídico centrífugo, existe una necesidad de estructuras y métodos para conmutar fluidos para lo que una configuración adecuada dentro de unos límites amplios puede ajustar las condiciones exactas para la ocurrencia del proceso de conmutación.

Técnica anterior

A partir de la técnica anterior se conocen diferentes tipos de conmutación de líquidos en plataformas microfluídicas centrífugas. Puede encontrarse un resumen de estructuras y métodos activos y pasivos, así como monolíticos y no monolíticos en O. Strohmeier et al. “Centrifugal microfluidic platforms: Advanced unit operations and applications”, Royal Society of Chemistry 2015, Chem. Soc. Rev. A continuación, se comentará la técnica anterior, que se refiere a estructuras monolíticas pasivas y métodos asociados cuyo principio de conmutación se basa, entre otros, en una interacción entre las presiones inducidas centrífugamente y las presiones neumáticas.

S. Zehnle et al. „Pneumatic siphon valving and switching in centrifugal microfluidics controlled by rotational frequency or rotational acceleration”, Springer Verlag, Microfluid Nanofluid (2015) 19, páginas 1259 a 1269, describe varias estructuras y métodos asociados para la conmutación de líquidos en una plataforma microfluídica centrífuga. En este caso, en una primera válvula de presión negativa, se hace avanzar el líquido centrífugamente desde una primera cámara no ventilada, de manera que el gas dentro de la primera cámara se expande y da lugar a presión negativa en la primera cámara. El líquido se hace avanzar a la segunda cámara a través de un canal de salida que desemboca en una segunda cámara ventilada en un extremo exterior radial. Dado que un sifón cuyo extremo está ventilado también ramifica el canal de salida, parte del líquido también se hace avanzar al sifón. A una frecuencia de giro constante se da lugar a un equilibrio de los niveles de llenado, de manera que el nivel de llenado en la segunda cámara es igual al nivel de llenado en el sifón. Con una frecuencia de giro creciente, ambos niveles de llenado aumentan. Si el nivel de llenado en el sifón excede el vértice de sifón, el líquido se hará avanzar desde la primera y la segunda cámara a través del sifón y puede recogerse en una tercera cámara ventilada. En una segunda configuración de la válvula de presión negativa descrita se muestra que, con el respectivo dimensionado de las resistencias de flujo entre las respectivas cámaras, puede alcanzarse el vértice de sifón por la alta aceleración de giro, pero no a una aceleración de giro baja. En el documento DE 102013215002 B3 también se describen las respectivas funciones de válvula.

Además, en el documento expresado de S. Zehnle et al., se describe otro circuito de válvula donde el líquido se hace avanzar desde una primera cámara a través de un canal de salida a una segunda cámara y, a la vez, a un sifón ramificado. Dado que en este circuito de válvula adicional la primera cámara está ventilada y la segunda cámara no está ventilada, se encierra un volumen de gas y se comprime en la segunda cámara cuando se hace avanzar el líquido a la segunda cámara. Este volumen de gas se expande cuando la velocidad de giro se reduce y hace avanzar líquido al sifón. A una alta tasa de retardo de la velocidad de giro y del respectivo dimensionado de las resistencias de flujo, se hace avanzar suficiente líquido al sifón para llenarlo por completo, de manera que puede hacerse avanzar el líquido desde las cámaras primera y segunda a través del sifón y puede recogerse en una tercera cámara. Esta función de válvula también se describe en el documento EP 2817519 B1.

Además, a partir del documento DE 102013203293 B4 se conoce que un circuito de válvula de este tipo al que se hace referencia anteriormente puede estar opcionalmente provisto de un segundo sifón con el fin de guiar el líquido a través de uno o ambos sifones, dependiendo de la tasa de retardo de la velocidad de giro.

Todos los circuitos de válvula en el documento de S. Zehnle tienen en común que el extremo del sifón, a través del cual se hace avanzar el líquido, está ventilado. Por lo tanto, la tercera cámara que sirve meramente como una cámara de recogida también está ventilada y no está acoplada a un elemento fluídico adicional. Más allá de la función cómo cámara de recogida, esta no tiene otras funciones fluídicas y no puede influir en las funciones de válvula descritas por ningún tipo de dimensionado.

En D. Mark et al., “Aliquoting on the centrifugal microfluidic platform based on centrifugo-pneumatic valves”, Springer Verlag, Microfluid Nanofluid (2011) 10, páginas 1279 a 1288, se describe una estructura para preparar alícuotas de líquidos, en la que el líquido fluye secuencialmente a través de canal de suministro a una serie de canales de medición donde las denominadas válvulas centrífugo-neumáticas retienen el líquido durante un proceso de creación de alícuotas. Después de completar el proceso de creación de alícuotas, las válvulas centrífugo-neumáticas conmutan entre los canales y las cámaras de medición conectados a los canales de medición situados radialmente más al exterior aumentando la frecuencia de giro y pasan respectivamente a las cámaras situadas radialmente más al exterior. El principio de funcionamiento de las válvulas centrífugo-neumáticas descritas consiste en dos efectos complementarios. El primer efecto es que el líquido cierra el canal de conexión entre el canal de medición y la posterior cámara objetivo no ventilada cuando se llenan los respectivos canales de medición y de ese modo el paso de líquidos centrífugamente inducido desde el índice de medición a la cámara objetivo da lugar a una comprensión del gas presente en esta. La sobrepresión neumática resultante en la cámara objetivo contrarresta el flujo adicional del líquido a la cámara objetivo. El segundo efecto es que el canal de conexión entre el canal de medición y la cámara objetivo representa una válvula capilar en la abertura a la cámara objetivo que contrarresta la conmutación adicional del líquido a la cámara objetivo. La suma de ambos efectos da lugar al principio de funcionamiento de la válvula centrífugo-neumática. Al aumentar la frecuencia de giro pueden superarse ambos efectos de manera que pasa líquido a la cámara objetivo. Las respectivas válvulas centrífugo-neumáticas se describen en el documento DE 10 2008 003 979 B3, así como en D. Mark, “Centrifugo-pneumatic valve for metering of highly wetting liquids on centrifugal microfluidic platforms”, Lab Chip, 2009, 9, páginas 3599 a 3603.

Tales válvulas centrífugo-neumáticas permiten únicamente la comprensión de un bajo volumen de gas proporcionado por el canal de conexión entre el canal de medición y la estructura objetivo antes de que el líquido alcance la cámara objetivo. De ese modo, debido a las condiciones estructurales, la frecuencia de conmutación se limita a frecuencias bajas. Al mismo tiempo, la frecuencia de conmutación depende de las características del líquido, dado que el efecto de la válvula capilar, que es importante para las válvulas centrífugo-neumáticas, depende de la tensión superficial y de los ángulos de contacto entre el líquido y el material de cartucho. Además, desde la parte de válvula capilar descrita de las válvulas centrífugo-neumáticas, se puede dar lugar a la necesidad de una transición de arista viva del canal de conexión a la cámara objetivo, lo que provoca esfuerzos de producción adicionales.

F. Schwemmer et al., “Centrifugo-pneumatic multi-liquid aliquoting - parallel aliquoting and combination of multiple liquids in centrifugal microfluidics”, Royal Society of Chemistry 2015, Lab Chip, 2015, 15, páginas 3250 a 3258, describen estructuras que constan de un canal de entrada que tiene una alta resistencia fluídica, una cámara de medición, una cámara de presión conectada a la cámara de medición mediante un canal de conexión y un canal de salida que tiene baja resistencia fluídica. Las estructuras permiten la medición y posteriormente el avance de volúmenes de líquido. El orden del proceso de medición y conmutación es el siguiente: En primer lugar, el líquido que va a medirse se guía a la cámara de medición a través del canal de entrada a una alta frecuencia de giro, hasta que la misma se llena por completo el mismo. Después, el canal de conexión a la cámara de presión conectada radialmente con el interior se llena y el exceso de líquido se guía a la cámara de presión que presenta un purgador para ello, de manera que el líquido ya no puede salir de la cámara de presión. El volumen de gas en la cámara de medición y la cámara de presión desviado desde el momento de entrada del líquido en la cámara de medición da lugar a un aumento de la presión neumática en la cámara de presión. Después de completar el llenado de la estructura a través del canal de entrada, en una segunda etapa, el líquido avanza a estructuras fluídicas posteriores por la reducción de la frecuencia de giro. Esto se obtiene dado que la presión centrífuga en el canal de salida cae por debajo de la sobrepresión neumática en la cámara de presión y, por lo tanto, el líquido pasa esencialmente al canal de salida por sobrepresión neumática y otras presiones que tienen lugar. Debido a las resistencias fluídicas seleccionadas, se asegura que el paso tiene lugar esencialmente en el canal de salida y no atrás en el canal de entrada. En este caso, las estructuras pueden tener un sifón que asegura que, durante una etapa de medición, el líquido aún no avanza a una cámara de recogida. En estructuras donde la cámara de recogida se sitúa radialmente más al interior que la cámara de medición, puede omitirse el sifón. En el documento WO 2015/049112 A1 también se describe la respectiva creación de alícuotas.

Debido al principio de conmutación, tal creación de alícuotas centrífugo-neumáticas es adecuada únicamente para cadenas de procesos donde se va a realizar la conmutación mediante la reducción de la frecuencia de giro. Por encima de esto, tiene que obtenerse una mínima velocidad de desaceleración con el fin de pasar el líquido a un volumen objetivo, que da lugar a limitaciones para los dispositivos de procesamiento que pueden usarse. Si se va a realizar la conmutación mediante el aumento de la frecuencia de giro, dado que los procesos anteriores a la conmutación tienen que ejecutarse a una frecuencia de giro baja, tampoco puede usarse la creación de alícuotas centrífugo-neumáticas. Además, la creación de alícuotas centrífugo-neumáticas necesita espacio adicional para la cámara de presión que posiblemente se pierde para la introducción de estructuras para otras operaciones en el cartucho. La necesidad de mayores diferencias en las resistencias fluídicas entre los canales de entrada y salida da lugar a requisitos de producción adicionales, dado que se obtienen altas resistencias fluídicas mediante pequeñas secciones transversales de canal, lo que por lo tanto hace que las exigencias sobre las tolerancias de producción sean altas.

Wisam Al-Faqheri et al., “Development of a Passive Liquid Valve (PLV) Utilizing a Pressure Equilibrium Phenomenon on the Centrifugal Microfluidic Platform”, Sensors 2015, 15, páginas 4658 a 4676, describen la conmutación de un líquido que depende de una presión centrífuga que actúa sobre un líquido en una cámara de entrada, una presión capilar que actúa sobre el líquido en la cámara de entrada y una presión centrífuga que actúa sobre un líquido en una cámara de ventilación. Hay aire encerrado entre los líquidos en la cámara de entrada y la cámara de ventilación. Al aumentar la velocidad de giro, se supera la presión negativa generada en la cámara de entrada o la sobrepresión generada en la cámara de ventilación para transportar de ese modo líquido desde la cámara de entrada a través de un canal de fluido a una cámara objetivo. El documento US2012/295781A1 también forma parte de la técnica anterior.

Descripción de la invención

La invención se define por las presentes reivindicaciones. Se describe un módulo fluídico para la conmutación de líquidos, que se puede integrar monolíticamente y que es fácil de producir, casi independiente de características de líquido y material y que puede adaptarse a un amplio intervalo de condiciones de procesamiento, así como aparatos que tienen tales módulos fluídicos y métodos que usan un módulo fluídico de este tipo.

Las realizaciones se refieren a módulos, aparatos y métodos fluídicos para la retención y la conmutación específica de líquidos en cartuchos microfluídicos centrífugos.

Las realizaciones proporcionan un módulo fluídico para la conmutación de líquidos desde una zona de retención de líquido a estructuras fluídicas aguas abajo, que comprende:

una zona de retención de líquido en la que puede introducirse líquido,

al menos dos trayectorias del fluido que conectan fluídicamente la zona de retención de líquido a estructuras fluídicas aguas abajo,

en el que al menos una primera trayectoria del fluido de las dos trayectorias del fluido comprende un canal de sifón, en el que un vértice de sifón del canal de sifón se sitúa radialmente en el interior de una posición más exterior radial de la zona de retención de líquido,

en el que las estructuras fluídicas aguas abajo no están ventiladas o están ventiladas únicamente mediante un resistor de retardo de la ventilación cuando se introduce el líquido en la zona de retención de líquido, de manera que un volumen de gas encerrado o un volumen de gas ventilado meramente mediante un resistor de retardo de la ventilación da lugar a las estructuras fluídicas aguas abajo cuando se introduce el líquido en la zona de retención de líquido, y una relación de una presión centrífuga producida por un giro del módulo fluídico con respecto a una presión neumática predominante en el volumen de gas evite al menos temporalmente que el líquido alcance las estructuras fluídicas aguas abajo a través de las trayectorias del fluido,

en el que puede producirse mediante el cambio de la relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática que el líquido alcance al menos parcialmente las estructuras fluídicas aguas abajo a través de la primera trayectoria del fluido y que el volumen de gas se ventile al menos parcialmente a la zona de retención de líquido a través de la segunda trayectoria del fluido de las dos trayectorias del fluido.

Las realizaciones se basan en el conocimiento de que es posible, sobre una plataforma microfluídica centrífuga, generar, mediante el uso de respectivas estructuras fluídicas en respuesta al llenado de una zona de retención de líquido que puede inducirse centrífugamente, una presión diferencial neumática a la presión ambiente en estructuras fluídicas aguas abajo (posteriores) así como las trayectorias del fluido de conexión entre la zona de retención de líquido y estructuras fluídicas posteriores, mediante lo cual puede retenerse el líquido en la zona de retención de líquido en condiciones de procesamiento adecuadas, hasta que el líquido, inducido por un cambio adecuado de las condiciones de procesamiento, pueda pasar a las estructuras fluídicas posteriores. Durante este paso de líquido a las estructuras fluídicas aguas abajo a través de una de las trayectorias del fluido, la ventilación de las estructuras fluídicas aguas abajo puede tener lugar a través de la otra trayectoria del fluido. Mediante respectivas condiciones de procesamiento, tal como velocidad de giro y/o temperatura, la relación entre presión neumática y presión centrífuga puede fijarse o cambiarse con el fin de obtener las funcionalidades descritas.

Las realizaciones se basan además en el conocimiento de que, por ejemplo, durante un proceso de llenado inducido térmicamente de la zona de retención de líquido, puede desviarse gas a las estructuras fluídicas aguas abajo a través de las trayectorias del fluido de conexión entre la zona de retención de líquido y las estructuras fluídicas aguas abajo y de que el volumen de gas desviado, limitado meramente por el volumen de líquido, además puede seleccionarse de manera arbitraria por una configuración adecuada de las trayectorias del fluido de conexión, mediante lo cual las condiciones de procesamiento según las cuales se retiene el líquido en la zona de retención de líquido, así como las condiciones de procesamiento según las cuales el líquido avanza a las estructuras fluídicas aguas abajo pueden determinarse dentro de unos límites amplios y en su mayoría independientes de las características del líquido o las características del material de cartucho.

En realizaciones, el líquido puede introducirse en una cámara de fluido de la zona de retención de líquido por una presión centrífuga producida durante el giro del módulo fluídico mediante un canal de entrada que disminuye radialmente. De ese modo, debido al giro usado cuando se introduce el líquido en la zona de retención de líquido, puede obtenerse la relación entre una presión centrífuga y una presión neumática, lo que evita que el líquido alcance las estructuras fluídicas aguas abajo. En realizaciones, el canal de entrada puede estar además conectado a una cámara de fluido aguas arriba.

En realizaciones, una segunda trayectoria del fluido de las dos trayectorias del fluido es un canal de ventilación para las estructuras fluídicas aguas abajo cerradas por el líquido cuando se introduce el líquido a la zona de retención de líquido. Por tanto, es posible cerrar un canal de ventilación para las estructuras fluídicas aguas abajo a la vez que se introduce un volumen de líquido en la zona de retención de líquido, de manera que no son necesarios medios de separación.

En realizaciones, la primera trayectoria del fluido desemboca en la zona de retención de líquido en una zona exterior radial o en un extremo exterior radial, de manera que la zona de retención de líquido puede vaciarse mediante la primera trayectoria del fluido, al menos hasta la zona donde la primera trayectoria del fluido desemboca en la zona de retención de líquido. De ese modo, es posible vaciar una gran parte del líquido o todo el líquido de la zona de retención de líquido.

En realizaciones, la zona de retención de líquido comprende una primera cámara de fluido, en la que la primera trayectoria del fluido desemboca en la primera cámara de fluido en una zona exterior radial de la primera cámara de fluido o en un extremo exterior radial de la primera cámara de fluido. En tales realizaciones, la primera cámara de fluido puede no estar ventilada o puede estar ventilada únicamente mediante un resistor de retardo de la ventilación cuando se introduce el líquido en la zona de retención de líquido, de manera que se da lugar a un volumen de gas encerrado en la primera cámara de fluido y las estructuras fluídicas aguas abajo o un volumen de gas ventilado meramente mediante un resistor de retardo de la ventilación cuando se introduce el líquido en la zona de retención de líquido.

En realizaciones, la zona de retención de líquido comprende una primera cámara de fluido y una segunda cámara de fluido en las que puede introducirse líquido por una presión centrífuga producida por un giro del módulo fluídico, en la que la primera trayectoria del fluido desemboca en la primera cámara de fluido y la segunda trayectoria del fluido en la segunda cámara de fluido, y en la que la segunda trayectoria del fluido puede cerrarse por el líquido introducido en la segunda cámara de fluido. En tales realizaciones, la primera cámara de fluido y la segunda cámara de fluido pueden conectarse fluídicamente mediante un canal de conexión cuyo orificio en la primera cámara de fluido se sitúa radialmente más al interior que un extremo exterior radial de la primera cámara de fluido, de manera que fluye líquido desde la primera cámara de fluido a la segunda cámara de fluido cuando el nivel de llenado del líquido en la primera cámara de fluido alcanza el orificio y cierra la segunda trayectoria del fluido que desemboca en la segunda cámara de fluido. Tales realizaciones pueden permitir que, al principio, se retenga líquido en la primera cámara de fluido y que la conmutación se realice únicamente añadiendo líquido adicional, que puede ser líquido que difiere del primer líquido, a las estructuras fluídicas aguas abajo.

En realizaciones, la segunda trayectoria del fluido comprende un canal de sifón. Esto permite una flexibilidad aumentada en relación con el orificio de la segunda trayectoria del fluido en la zona de retención de líquido, así como una flexibilidad aumentada en relación con las condiciones de procesamiento, dado que se puede evitar que el líquido alcance las estructuras fluídicas aguas abajo mediante la segunda trayectoria del fluido. En tales realizaciones, la segunda trayectoria del fluido, por ejemplo, puede desembocar en la zona de retención de líquido en una zona exterior radial de la zona de retención de líquido. En tales realizaciones, un vértice del canal de sifón de la segunda trayectoria del fluido puede situarse radialmente más al interior que un vértice del canal de sifón de la primera trayectoria del fluido.

En realizaciones, la segunda trayectoria del fluido comprende un canal de sifón y se dispone una cámara intermedia de fluido en la segunda trayectoria del fluido entre el vértice del canal de sifón de la segunda trayectoria del fluido y el orificio de la segunda trayectoria del fluido en la zona de retención de líquido, en el que la cámara intermedia de fluido se llena al menos parcialmente con el líquido cuando se introduce el líquido en la zona de retención de líquido. La cámara intermedia de líquido puede tener un volumen más pequeño que una primera cámara de fluido de la zona de retención de líquido. En realizaciones, un extremo exterior radial de la cámara de fluido se sitúa radialmente en el exterior el vértice de sifón de la primera trayectoria del fluido. La primera cámara intermedia de fluido permite que una mayor cantidad de líquido alcance la segunda trayectoria del fluido antes de que su menisco alcance el vértice del canal de sifón de la segunda trayectoria del fluido.

En realizaciones, las estructuras fluídicas aguas abajo comprenden al menos una cámara de fluido aguas abajo en la que desembocan la primera trayectoria del fluido y la segunda trayectoria del fluido. Alternativamente, las trayectorias del fluido primera y segunda también pueden desembocar en diferentes cámaras de las estructuras fluídicas aguas abajo, siempre y cuando se asegure que existe compensación de presión entre los orificios de las trayectorias del fluido primera y segunda en las estructuras fluídicas aguas abajo durante la fase de retención de fluido. Por tanto, es posible recoger el líquido conmutado en las estructuras fluídicas aguas abajo. La primera trayectoria del fluido puede desembocar en la cámara de fluido aguas abajo radialmente más al exterior que la segunda trayectoria del fluido. De ese modo, el orificio de la segunda trayectoria del fluido en la cámara de fluido aguas abajo se mantiene libre para la ventilación cuando el líquido alcanza las estructuras fluídicas aguas abajo o se pasa a las mismas. La cámara de fluido aguas abajo puede ser una primera cámara de fluido aguas abajo, en la que las estructuras fluídicas aguas abajo pueden comprender una segunda cámara de fluido aguas abajo conectada fluídicamente a la primera cámara de fluido aguas abajo mediante al menos una tercera trayectoria del fluido. Por tanto, es posible implementar estructuras fluídicas que permiten una conmutación en cascada.

En realizaciones, las estructuras fluídicas aguas abajo pueden comprender una primera cámara de fluido aguas abajo y una segunda cámara de fluido aguas abajo, en las que la primera cámara aguas abajo se conecta fluídicamente con la segunda cámara de fluido aguas abajo mediante una tercera trayectoria del fluido y una cuarta trayectoria del fluido, en las que al menos la tercera trayectoria del fluido comprende un canal de sifón, en las que la tercera trayectoria del fluido y la cuarta trayectoria del fluido se cierran por el líquido cuando el líquido alcanza la primera cámara de fluido aguas abajo de las estructuras fluídicas aguas abajo a través de la primera trayectoria del fluido debido a un cambio de la relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática, en las que un volumen de gas encerrado o un volumen de gas ventilado meramente mediante un resistor de retardo de la ventilación da lugar a que la segunda cámara de fluido aguas abajo y una relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática predominante en el volumen de gas en la segunda cámara de fluido aguas abajo eviten al menos temporalmente que el líquido alcance la segunda cámara de fluido aguas abajo a través de las trayectorias del fluido (en particular, la tercera y la cuarta trayectoria del fluido) y en las que puede producirse mediante el cambio de la relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática en la segunda cámara de fluido aguas abajo que el líquido alcance al menos parcialmente la segunda cámara de fluido aguas abajo a través de la tercera trayectoria del fluido y que el volumen de gas se ventile desde la segunda cámara de fluido aguas abajo a la zona de retención de líquido a través de la cuarta trayectoria del fluido. Por tanto, es posible implementar estructuras fluídicas que permiten una conmutación en cascada.

Las realizaciones proporcionan un aparato para conmutar líquido de una zona de retención de líquido a estructuras fluídicas aguas abajo con un módulo fluídico tal como se describe en el presente documento, que comprende medios de accionamiento configurados para proveer al módulo fluídico de giro y un accionador configurado para producir el cambio de la relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática. En realizaciones, el accionador se configura para aumentar o reducir la velocidad de giro del módulo fluídico con el fin de producir el cambio de la relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática. En realizaciones, el accionador se configura para reducir la presión neumática en las estructuras fluídicas aguas abajo reduciendo la temperatura en las estructuras fluídicas aguas abajo y/o aumentando el volumen de las estructuras fluídicas aguas abajo y/o reduciendo la cantidad de gas en las estructuras fluídicas aguas abajo.

Las realizaciones proporcionan un método para la conmutación de líquidos desde una zona de retención de líquido a estructuras fluídicas aguas abajo mediante el uso de un módulo fluídico tal como se describe en el presente documento, que comprende:

introducir al menos un líquido en la zona de retención de líquido y retener el líquido en la zona de retención de líquido girando el módulo fluídico, de manera que el líquido se retiene en la zona de retención de líquido en un equilibrio casi estacionario dominado por la presión centrífuga y la presión neumática; y

cambiar la relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática con el fin de pasar el líquido al menos parcialmente a través de la primera trayectoria del fluido a las estructuras fluídicas aguas abajo y de ventilar el volumen de gas al menos parcialmente a la zona de retención de líquido a través de la segunda trayectoria del fluido de las dos trayectorias del fluido.

En realizaciones, retener el líquido en la zona de retención de líquido comprende generar una sobrepresión neumática en las estructuras fluídicas aguas abajo antes de iniciar el paso. En realizaciones, cambiar la relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática comprende aumentar la velocidad de giro del módulo fluídico, aumentado la altura hidrostática del líquido y/o reduciendo la presión neumática. En realizaciones, retener el líquido en la zona de retención de líquido comprende generar una presión negativa en las estructuras fluídicas aguas abajo con el fin de ajustar y retener meniscos en la zona de retención de líquido y las trayectorias del fluido primera y segunda sin pasar el líquido a través de la primera trayectoria del fluido a las estructuras fluídicas aguas abajo, en las que cambiar la relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática comprende reducir la velocidad de giro del módulo fluídico y/o reducir la presión neumática en las estructuras fluídicas aguas abajo y/o aumentar la altura hidrostática del líquido en la zona de retención de líquido.

En realizaciones, cambiar la relación comprende reducir la presión neumática reduciendo la temperatura en las estructuras fluídicas aguas abajo, aumentar el volumen de las estructuras fluídicas aguas abajo y/o reducir la cantidad de gas en las estructuras fluídicas aguas abajo.

En realizaciones, la segunda trayectoria del fluido no se llena por completo con líquido durante el paso del líquido a través de la primera trayectoria del fluido. En realizaciones, no se cambia la cantidad de gas en las estructuras fluídicas aguas abajo mientras el líquido está retenido en la zona de retención de líquido.

Las realizaciones se tratarán a continuación en mayor detalle con referencia a los dibujos adjuntos. Muestran:

la figura 1 una ilustración esquemática de estructuras fluídicas según una realización para la conmutación basada en sobrepresión;

la figura 2A a 2E ilustraciones esquemáticas para ilustrar el modo de funcionamiento de la realización de la figura 1;

la figura 3A a 3D ilustraciones esquemáticas de estructuras fluídicas según una realización en la que las estructuras fluídicas aguas abajo comprenden una cámara receptora de líquido y una cámara adicional;

la figura 4A a 4D ilustraciones esquemáticas de estructuras fluídicas según una realización, en las que se dispone una cámara intermedia fluídica en una trayectoria del fluido entre una zona de retención de líquido y estructuras fluídicas aguas abajo;

la figura 5A a 5D ilustraciones esquemáticas de estructuras fluídicas según una realización con posiciones de conexión cambiadas de la trayectoria del fluido;

la figura 6 una ilustración esquemática de estructuras fluídicas según una realización con estructuras en cascada;

la figura 7A a 7E ilustraciones esquemáticas para ilustrar el modo de funcionamiento de la realización de la figura 6;

la figura 8A a 8E ilustraciones esquemáticas de estructuras fluídicas según una realización para la conmutación basada en presión negativa;

la figura 9 una ilustración esquemática de estructuras fluídicas según una realización que tienen una zona de retención de líquido que comprende dos cámaras fluídicas;

la figura 10A a 10D ilustraciones esquemáticas para ilustrar el modo de funcionamiento de la realización de la figura 9;

la figura 11A a 11E ilustraciones esquemáticas para ilustrar el modo de funcionamiento de la realización de la figura 9 cuando se usan dos líquidos;

la figura 12A y 12B vistas laterales esquemáticas para ilustrar realizaciones de aparatos para la conmutación de líquidos; y

la figura 13A y 13B vistas superiores esquemáticas de realizaciones de módulos fluídicos.

Las realizaciones se refieren a estructuras microfluídicas para la conmutación centrífugo-neumática y métodos para la conmutación centrífugo-neumática, en particular para la conmutación centrífugo-neumática de líquidos desde una zona de retención de líquido que puede comprender una primera cámara a estructuras fluídicas aguas abajo o posteriores. En este caso, estructuras fluídicas aguas abajo o posteriores (en las que estas expresiones se usan de manera intercambiable en el presente documento) hacen referencia a estructuras fluídicas tales como canales o cámaras, las cuales alcanza el líquido desde estructuras fluídicas anteriores o aguas arriba (en las que estas expresiones se usan de manera intercambiable en el presente documento) durante la manipulación de las mismas. En este caso, las estructuras microfluídicas pueden comprender una primera cámara conectada a las estructuras fluídicas posteriores mediante al menos dos trayectorias del fluido, en las que al menos la trayectoria del fluido a través de la que pasa el líquido a las estructuras fluídicas posteriores durante la conmutación se configura en forma de un sifón. Las estructuras y el método pueden configurarse de manera que las presiones significativas en la dirección de o contra el llenado de la trayectoria para el paso de líquido las proporcionan presiones centrífugas o presiones neumáticas. La conmutación en la que las presiones centrífugas y la presión neumática dominan otras presiones puede denominarse conmutación centrífugo-neumática.

En realizaciones, pueden usarse sobrepresiones neumáticas y/o presiones negativas.

En caso de usar sobrepresiones, cuando se llena la primera cámara con un líquido, se desvía gas a las estructuras fluídicas posteriores por lo cual la sobrepresión neumática da lugar a lo mismo. Por el diseño adecuado dentro de unos límites amplios, esta sobrepresión neumática puede seleccionarse y determina significativamente, con condiciones de procesamiento inalteradas de otro modo, la frecuencia de giro (frecuencia de conmutación) necesaria para la conmutación del líquido. En este caso, antes del proceso de conmutación, la presión inducida centrífugamente en la primera cámara es inferior a la presión necesaria para mojar el vértice del canal con forma de sifón frente a la sobrepresión neumática en las estructuras fluídicas posteriores, por las que pasa el líquido a las estructuras fluídicas posteriores durante el proceso de conmutación. Esto representa un estado de equilibrio (casi estático). Al aumentar la frecuencia de giro del cartucho mediante la frecuencia de conmutación, la presión centrífuga puede aumentarse por encima de la presión de conmutación, mediante lo cual el sifón se moja y se inicia el paso del líquido a las estructuras fluídicas posteriores. Alternativamente o en combinación, la altura hidrostática del líquido puede aumentarse con el fin de iniciar el paso de líquido, por ejemplo, añadiendo líquido adicional a la zona de retención de líquido mediante estructuras fluídicas aguas arriba.

En caso de usar presión negativa para el principio de conmutación, en realizaciones, en primer lugar, las estructuras fluídicas posteriores pueden calentarse de manera que un gas ahí contenido se expande y parte de este gas puede escapar. Cuando pasa líquido posteriormente a la zona de retención de líquido y se aumenta la frecuencia de giro, el líquido en la trayectoria de conexión del fluido puede estar aproximadamente a la misma altura radial que en la zona de retención de líquido. Cuando se reduce la temperatura y las estructuras fluídicas posteriores, se da lugar a una presión negativa que actúa en la dirección de las estructuras fluídicas posteriores. Sin embargo, dado que las trayectorias de conexión se configuran en una forma de sifón, esto aumenta la altura hidrostática en las trayectorias de conexión, de manera que, en este caso, la fuerza centrífuga contrarresta el llenado adicional de la trayectoria de conexión. Este es el estado de equilibrio (casi estático) en condiciones de presión negativa. Entonces, al aumentar más la presión negativa y/o al reducir la presión centrífuga, puede iniciarse un proceso de conmutación.

Las realizaciones presentan métodos para retener líquidos e iniciar el proceso de conmutación por otros cambios de las condiciones de procesamiento junto con las estructuras asociadas. Todas las estructuras y los métodos tienen en común que la segunda conexión de fluido entre la zona de retención de líquido y las estructuras fluídicas aguas abajo puede usarse durante el paso para dejar que el gas escape desde las estructuras fluídicas aguas abajo a la zona de retención de líquido o una cámara de fluido de la zona de retención de líquido o para dejar que fluya ahí dentro, mediante lo cual puede reducirse la diferencia de presión neumática con las estructuras fluídicas aguas abajo.

A continuación, se especificarán algunas definiciones para términos que se usan en el presente documento.

Altura hidrostática hace referencia a la distancia radial entre dos puntos en un cartucho centrífugo, si se sitúa líquido de una cantidad continua de líquido en ambos puntos. Presión hidrostática hace referencia a la diferencia de presión entre dos puntos inducida por una fuerza centrífuga debido a la altura hidrostática entre los mismos. La resistencia fluídica efectiva de una estructura microfluídica es el cociente de la presión que hace avanzar un fluido a través de una estructura microfluídica y el líquido resultante fluye a través de la estructura microfluídica. La creación de alícuotas hace referencia a la división de un volumen de líquido en diversos volúmenes individuales separados, denominados alícuotas.

Calibrar hace referencia a medir un volumen de líquido definido fuera de un volumen de líquido superior. Frecuencia de conmutación es la frecuencia de giro de un cartucho microfluídico, en el que, cuando se excede la misma, se inicia un proceso de paso de líquido desde una primera estructura a una segunda estructura. Un canal de sifón es un canal microfluídico o parte de un canal microfluídico en el cartucho microfluídico centrífugo, donde una entrada y una salida del canal tienen una distancia superior desde el centro de giro que una zona intermedia del canal. Vértice de sifón hace referencia a la zona de un canal de sifón en un cartucho microfluídico con una distancia mínima desde el centro de giro.

Un resistor de retardo de la ventilación es el resistor fluídico por el cual se ventila una estructura fluídica en la que prevalece una presión diferencial neumática a la presión ambiente. En este caso, la resistencia fluídica es al menos igual de alta de manera que reducir la presión diferencial a la mitad lleva al menos 0,5 segundos considerando meramente la ventilación por el resistor fluídico. Esto se aplica a cualquier punto en el tiempo durante la ventilación.

Cuando se proporciona un resistor de retardo de la ventilación para las estructuras fluídicas aguas abajo en realizaciones, el curso cronológico de la caída de presión en estas estructuras fluídicas puede determinarse, por ejemplo, porque la zona de retención de líquido se llena con líquido a una temperatura constante durante la centrifugación y la altura hidrostática entre una cámara aguas arriba y una cámara de fluido en la que se retiene el líquido en las estructuras de retención de líquido se captura en el equilibrio casi estacionario por un sistema de cámara adecuado (por ejemplo, por exposición estroboscópica). La sobrepresión neumática existente en las estructuras posteriores es el resultado de la frecuencia de giro y la altura hidrostática. Por tanto, la tasa de degradación de la sobrepresión también puede determinarse a partir de esta información de imagen que da lugar a la magnitud del resistor de retardo de la ventilación. En otras realizaciones, tal como durante la conmutación a presión negativa, el método puede usarse de manera análoga porque se llena líquido en una frecuencia y una temperatura de inicio específicas y posteriormente se genera una rápida refrigeración definida. De nuevo, la magnitud del resistor de retardo de la ventilación es el resultado de la altura hidrostática en desarrollo en las trayectorias de conexión y su tasa de degradación.

Todos los líquidos que están en un estado de fluido casi estático cambian su posición dentro del cartucho donde se sitúan en dependencia directa de las condiciones de procesamiento. Esto significa que todos los procesos de transporte de fluido entre las estructuras fluídicas que funcionan en condiciones de procesamiento constantes son autónomos. Además, los procesos de transporte de líquido que son una sucesión de cambios de las condiciones de procesamiento disminuyen, durante el cambio de las condiciones de procesamiento en como máximo 1 s, su respectiva mitad tan pronto como el cambio de las condiciones de procesamiento se detiene de manera abrupta.

Una trayectoria de suministro de líquido es una estructura microfluídica a través de la cual el líquido fluye desde la zona de retención de líquido a una o varias estructuras fluídicas posteriores al mismo tiempo que se realiza el método de la invención. Una trayectoria de suministro de gas es una estructura microfluídica a través de la cual el intercambio de gas entre las estructuras fluídicas posteriores y la zona de retención de líquido tiene lugar al mismo tiempo que se realiza el método de la invención. Un volumen de recepción de líquido es una estructura microfluídica que proporciona un volumen al que pasa el líquido después de accionar el proceso de conmutación de la invención.

En este caso, un cartucho microfluídico es un aparato, tal como un módulo fluídico, que comprende estructuras microfluídicas que permiten la manipulación de líquido tal como se describe en el presente documento. Un cartucho microfluídico centrífugo es un respectivo cartucho que puede someterse a giro, por ejemplo, en forma de un módulo fluídico que puede insertarse en un cuerpo de giro o un cuerpo de giro.

Si se menciona un canal de fluido en el presente documento, este es una estructura cuya dimensión longitudinal desde una entrada de fluido a una salida de fluido es, por ejemplo, más de 5 veces o más de 10 veces superior a la(s) dimensión/dimensiones que define(n) la sección transversal de flujo. Por tanto, un canal de fluido tiene una resistencia de flujo para el flujo a través del mismo desde la entrada de fluido a la salida de fluido. Por otro lado, una cámara de fluido es una cámara que tiene tal dimensión que durante un flujo a través de la cámara, se da una resistencia de flujo insignificante en comparación con canales conectados, que puede ser, por ejemplo, 1/100 o 1/1000 de la resistencia de flujo de la estructura de canal con la resistencia de flujo más pequeña conectada a la cámara.

Antes de que se traten realizaciones de la invención en mayor detalle, debe observarse que ejemplos de la invención pueden aplicarse, en particular, en el campo de la microfluídica centrífuga que trata el procesamiento de líquidos en el intervalo de picolitros a mililitros. Por consiguiente, las estructuras fluídicas pueden tener dimensiones adecuadas en el intervalo de micrómetros para manipular respectivos volúmenes de líquido. En particular, pueden aplicarse realizaciones de la invención en sistemas microfluídicos centrífugos tal como se les conocen, por ejemplo, por el término “ lab-on-a-disk”.

Si se usa el término radial en el presente documento, siempre significará radial con respecto al centro de giro alrededor del cual puede girar el módulo fluídico o el cuerpo de giro. Por tanto, en el campo centrífugo, una dirección radial lejos del centro de giro disminuye radialmente y una dirección radial hacia el centro de giro se eleva radialmente. Por tanto, un canal de fluido cuyo inicio esté más cerca del centro de giro que su extremo disminuye radialmente, mientras que un canal de fluido cuyo inicio esté más separado del centro de giro de que su extremo se eleva radialmente. Por tanto, un canal que comprende una parte que se eleva radialmente comprende componentes direccionales que se elevan radialmente o que se extienden radialmente hacia el interior. Es obvio que un canal de este tipo no tiene que extenderse exactamente a lo largo de una línea radial, pero también puede extenderse en un ángulo a la línea radial o de manera curva.

Con referencia a las figuras 12A, 12B, 13A y 13B, se describirán en primer lugar ejemplos de sistemas microfluídicos centrífugos o módulos fluídicos donde puede usarse la invención.

La figura 12A muestra un aparato que tiene un módulo fluídico con forma de un cuerpo giratorio 10 que comprende un sustrato 12 y una tapa 14. La figura 13A muestra esquemáticamente una vista en planta del cuerpo giratorio 10. El sustrato 12 y la tapa 14 pueden ser circulares en la vista en planta, teniendo una abertura central 15 en la que se dispone un centro de giro R y mediante la cual el cuerpo giratorio 10 puede montarse en una pieza giratoria 18 de un aparato de accionamiento 20 mediante medios de montaje convencionales 16. La pieza giratoria 18 se soporta de manera giratoria en una pieza fija 22 del aparato de accionamiento 20. El aparato de accionamiento 20 puede, por ejemplo, ser una máquina centrífuga convencional con una velocidad de giro que puede ajustarse o también una unidad de CD o DVD. Pueden proporcionarse unos medios de control 24 que estén configurados para controlar el aparato de accionamiento 20 con el fin de proveer al cuerpo giratorio 10 de giros que tienen diferentes frecuencias de giro. Los medios de control 24 pueden configurarse para realizar un protocolo de frecuencias con el fin de obtener las funcionalidades descritas en el presente documento. Tal como es obvio para los expertos en la técnica, los medios de control 24 pueden, por ejemplo, implementarse por medios informáticos programados, un microprocesador o un circuito integrado de aplicación específica, respectivamente. Además, los medios de control 24 pueden configurarse para controlar el aparato de accionamiento 20 en respuesta a entradas manuales por parte de un usuario con el fin de producir los giros necesarios del cuerpo giratorio. En cada caso, pueden configurarse los medios de control 24 para controlar el aparato de accionamiento 20 con el fin de proveer al módulo fluídico de las frecuencias de giro necesarias con el fin de implementar realizaciones de la invención tal como se describe en el presente documento. Una máquina centrífuga convencional que tiene solo una dirección de giro puede usarse como aparato de accionamiento 20.

El cuerpo giratorio 10 comprende las estructuras fluídicas descritas en el presente documento. Las estructuras fluídicas respectivas se indican meramente de manera esquemática en la figura 13A por zonas trapezoidales 28a a 28d. Por ejemplo, pueden disponerse diversas estructuras fluídicas cercanas entre sí en dirección azimutal tal como se indica en la figura 13A con el fin de permitir la manipulación paralela de diversos líquidos. Las estructuras fluídicas pueden estar formadas por cavidades y canales en la tapa 14, el sustrato 12 o en el sustrato 12 y la tapa 14. En realizaciones, por ejemplo, pueden formarse estructuras fluídicas en el sustrato 12 mientras que se forman aberturas de llenado y aberturas de ventilación en la tapa 14. En realizaciones, el sustrato estructurado (incluyendo agujeros de llenado y agujeros de ventilación) se dispone en la parte superior y la tapa se dispone en la parte inferior.

En una realización alternativa mostrada en la figura 12b, los módulos fluídicos 32 se incorporan en un rotor 30 y, junto con el rotor 30, forman el cuerpo giratorio 10. La figura 13B muestra esquemáticamente una vista en planta de un respectivo módulo fluídico. Los módulos fluídicos 32 pueden comprender, cada uno, un sustrato y una tapa en los que se pueden formar de nuevo respectivas estructuras fluídicas. El cuerpo giratorio 10 formado por el rotor 30 y el módulo fluídico 32 puede estar de nuevo provisto de un giro por un aparato de accionamiento 20 controlado por los medios de control 24.

En las figuras 12 y 13, un centro de giro alrededor del cual puede girar el módulo fluídico o el cuerpo giratorio se indica mediante R.

En realizaciones, el módulo fluídico o el cuerpo giratorio que comprende las estructuras fluídicas pueden formarse a partir de cualquier material adecuado, tal como un plástico como p MmA (polimetacrilato de metilo), PC (policarbonato), PVC (cloruro de polivinilo) o PDMS (polidimetilsiloxano), vidrio o similares. El cuerpo giratorio 10 puede considerarse una plataforma microfluídica centrífuga.

Tal como se comentará a continuación, en realizaciones, los medios de control 24 son un accionador que puede ajustar la velocidad de giro de los medios de accionamiento con el fin de iniciar el paso de líquido, es decir, producir el cambio de la relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática que produce la conmutación del líquido. En realizaciones, el accionador puede comprender adicionalmente uno o varios medios de calentamiento y/o medios de refrigeración para controlar la temperatura de las estructuras fluídicas para iniciar el paso de líquido. Por ejemplo, uno o varios elementos de control de la temperatura 40 (elemento de calentamiento y/o elemento de refrigeración) pueden integrarse en el cuerpo giratorio tal como se muestra en las figuras 12A y 12B. Alternativa o adicionalmente, puede proporcionarse uno o varios elementos de control de la temperatura externos 42 por los que puede ajustarse la temperatura de las estructuras fluídicas. Los elementos de control de la temperatura externos pueden, por ejemplo, configurarse para controlar la temperatura del ambiente y por tanto también del módulo fluídico. El control puede configurarse para controlar los elementos de control de la temperatura 40, 42 de manera que el accionador puede comprender el control 24 y los elementos de control de la temperatura en esas realizaciones.

Con referencia a las figuras 1 a 11, a continuación, se describirán realizaciones de módulos fluídicos (cartuchos microfluídicos) y estructuras fluídicas formadas en ellos.

La figura 1 muestra esquemáticamente estructuras fluídicas formadas en un módulo fluídico 50. El módulo fluídico 50 puede girar alrededor de un centro de giro R. Las estructuras fluídicas comprenden una zona de retención de líquido que comprende una primera cámara 52. Las estructuras fluídicas aguas arriba que comprenden una cámara aguas arriba 54, que se conecta a la primera cámara 52 mediante un canal de conexión que disminuye radialmente 56, se conectan a la primera cámara 52. En una zona exterior radial 57, por ejemplo el extremo exterior radial, el canal de conexión 56 desemboca en la primera cámara 52. La primera cámara puede llenarse centrífugamente mediante la cámara aguas arriba y el canal de conexión 56. En este caso, debe observarse que la primera cámara también puede llenarse de otras maneras que no sea centrífugamente, en la que el módulo fluídico está provisto de giro solo después del llenado con el fin de obtener el equilibrio entre presión centrífuga y presión neumática.

Además, el módulo fluídico 50 comprende estructuras fluídicas posteriores que comprenden una cámara de fluido 58 como un volumen de recepción de fluido y dos trayectorias del fluido 60, 62 que conectan fluídicamente la primera cámara 52 con la cámara de fluido 58. La trayectoria del fluido 62 comprende un canal de sifón cuyo vértice de sifón 64 se sitúa radialmente en el interior de la posición más exterior radial de la primera cámara 52. Las estructuras fluídicas posteriores con forma de la cámara de fluido 58 o bien no están ventiladas o bien pueden estar ventiladas mediante un resistor de retardo de la ventilación 66 que cumple la definición anterior. Un resistor de retardo de la ventilación de este tipo 66 puede estar provisto en todas las realizaciones descritas en el presente documento sin ser mencionado de manera específica.

En la realización mostrada, la primera trayectoria del fluido 60 entre la primera cámara y la estructura fluídica posterior 58 consisten en un canal que conduce desde una zona interior radial de la primera cámara 52, por ejemplo, el punto más al interior radial 68 de la primera cámara 52 a una zona interior radial de la cámara de fluido posterior 58, por ejemplo, al punto más al interior radial 70 de la cámara de fluido posterior 58. La segunda trayectoria del fluido 62 entre la primera cámara 52 y la cámara de fluido posterior 58 se conecta en una zona exterior radial, por ejemplo en el punto más exterior radial 72 de la primera cámara 52, a la misma y desemboca en una zona exterior radial, por ejemplo, el punto más exterior radial 74 de la cámara de fluido posterior 58 mediante el vértice de sifón 64.

Una pendiente radial se sitúa entre el respectivo orificio de las dos trayectorias del fluido 60 y 62 en la primera cámara de fluido 52 y el respectivo orificio en la cámara de fluido posterior 58.

Las realizaciones de un método de la invención incluyen introducir al menos un líquido en una primera cámara de la zona de retención de líquido. Esta introducción puede tener lugar por un paso inducido centrífugamente de líquido a la primera cámara 52. Posteriormente, puede tener lugar la retención inducida de manera centrífugo-neumática del líquido en la zona de retención de líquido, por ejemplo, la primera cámara 52. Posteriormente, puede tener lugar la conmutación del líquido a las estructuras fluídicas posteriores, por ejemplo, la cámara de fluido posterior 58. Durante el proceso de conmutación, al menos parte del líquido pasa a través de al menos una trayectoria del fluido (por ejemplo, trayectoria del fluido 62) desde la zona de retención de líquido (por ejemplo, primera cámara 52) a las estructuras fluídicas posteriores (por ejemplo, cámara de fluido 58). Las trayectorias del fluido a través de las cuales pasa líquido durante un proceso de conmutación se denominarán a continuación trayectorias de guiado de líquido. Durante el proceso de conmutación, puede pasar gas (normalmente aire) desde las estructuras de fluido posteriores hacia atrás a la zona de retención de líquido a través de al menos una trayectoria del fluido adicional (por ejemplo, trayectoria del fluido 62) entre la zona de retención de líquido (por ejemplo, primera cámara 52) y las estructuras de fluido posteriores (por ejemplo, cámara de fluido 58). A continuación, las trayectorias del fluido que lo permiten se denominarán trayectoria de guiado de gas.

A continuación, se describirá una realización de un método de este tipo basándose en el funcionamiento del módulo fluídico 50 mostrado en la figura 1 con referencia a las figuras 2A a 2E. Las figuras 2A a 2E muestran estados de funcionamiento fluídicos de la realización mostrada en la figura 1, al mismo tiempo que se lleva a cabo el método. Por razones de claridad, se omiten los respectivos números de referencia de las estructuras fluídicas en las figuras 2A a 2E.

En un primer estado mostrado en la figura 2A, el líquido 80 está en la cámara 54 aguas arriba de la primera cámara 52 y en el canal de conexión 56 entre la cámara aguas arriba 54 y la primera cámara 52. En este caso, parte de la cámara aguas arriba 54 está radialmente más cerca del centro de giro R que el vértice de sifón 64 del canal de guiado de fluido. El líquido puede introducirse en la cámara aguas arriba 54 y el canal de conexión 56, por ejemplo, mediante una abertura de entrada o mediante estructuras fluídicas aguas arriba adicionales. Al introducir el líquido 80, un volumen de aire que no está ventilado (o que está meramente ventilado mediante un resistor de retardo de la ventilación) se encierra en la primera cámara 52, la trayectoria del fluido 60 y 62 y la cámara de fluido aguas abajo 58. En otras palabras, la trayectoria del fluido 60 que representa un canal de ventilación también se cierra hacia la atmósfera por el líquido 80 dentro de la zona de retención de líquido.

Tal como se muestra en la figura 2B, posteriormente, el líquido 80, centrífugamente inducido, pasa desde la cámara aguas arriba 54 a la primera cámara 52, en la que el gas en la primera cámara 52, las estructuras fluídicas posteriores 58, así como las trayectorias de conexión 60, 62 se comprimen dado que la primera cámara 52 no está ventilada o está meramente ventilada mediante un resistor de retardo de la ventilación en este estado abierto. La cámara aguas arriba 54 puede ventilarse, de manera que puede prevalecer la presión atmosférica p0 en la misma. En este caso, el gas pasa preferiblemente a las estructuras fluídicas posteriores 58 mediante la trayectoria de guiado de gas 60. Las trayectorias del fluido 60, 62 entre la primera cámara 52 y las estructuras fluídicas posteriores se conectan entre sí mediante las estructuras fluídicas posteriores de manera que se asegura que prevalezca la misma sobrepresión neumática en las trayectorias del fluido. Al mismo tiempo que el llenado de la primera cámara 52, la trayectoria de guiado de líquido 62 también puede llenarse con líquido, pero no hasta el vértice de sifón 64.

La sobrepresión neumática Ap que se acumula en la primera cámara 52 y las estructuras fluídicas posteriores 58 contrarresta el llenado inducido centrífugamente de la primera cámara 52, así como el llenado del canal de guiado de fluido 62, de manera que el vértice de sifón 64 en el canal de guiado de fluido 62 no está mojado y se retiene el líquido dentro de la primera cámara 42, así como en la cámara 54 aguas arriba de la primera cámara 52. Por tanto, estas estructuras fluídicas representan una zona de retención de líquido.

La retención del líquido en la zona de retención de líquido se obtiene porque

1) el paso de líquido a la primera cámara 52 reduce la altura hidrostática entre la cámara aguas arriba 52 y la primera cámara 52, mediante lo cual se reduce la presión centrífuga que actúa en la dirección de llenado la primera cámara 52, y

2) la sobrepresión neumática en las estructuras fluídicas posteriores se eleva al mismo tiempo que el llenado progresivo de la primera cámara 52,

de manera que con una frecuencia de giro adecuada del cartucho se da lugar a un equilibrio entre las presiones que actúan en la dirección de llenado de la trayectoria de guiado de líquido 62 y las presiones que contrarrestan el llenado de la trayectoria de guiado de líquido. La respectiva frecuencia de giro adecuada puede determinarse fácilmente dependiendo de las geometrías y de las cantidades de líquido usadas.

En todas las realizaciones descritas en el presente documento, cuando las geometrías de las cámaras y los canales de guiado de fluido se seleccionan de manera adecuada, puede darse que la presión centrífuga y la sobrepresión neumática dominen con respecto a otras fuentes de presión, tal como la presión capilar, teniendo en cuenta las características del líquido arbitrarias y las características del material de cartucho. Esto significa que estas otras fuentes de presión no pueden producir una desviación del estado de llenado de la trayectoria de guiado de líquido que acciona un proceso de conmutación al cual se da lugar considerando meramente el equilibrio de la sobrepresión neumática y la presión centrífuga. Según la invención, este equilibrio también se realiza si las presiones involucradas varían continuamente por leves variaciones específicas de las condiciones de procesamiento, en las que se mantiene el estado cualitativo de la retención del líquido en la zona de retención de líquido (por ejemplo, la primera cámara). En otras palabras, al mismo tiempo que se retiene el líquido en un equilibrio casi estacionario, pueden darse ligeras variaciones de las condiciones de procesamiento sin accionar el proceso de conmutación.

Comenzando desde el estado de equilibrio mostrado en la figura 2B, el proceso de conmutación puede obtenerse aumentando la presión centrífuga mediante la frecuencia de conmutación o la presión de conmutación centrífuga. Esto puede obtenerse por ejemplo, porque

1) la frecuencia de giro aumenta o

2) la altura hidrostática aumenta añadiendo líquido en las estructuras fluídicas anteriores.

Al aumentar la presión centrífuga, pasa líquido adicional desde la cámara 54 aguas arriba de la primera cámara 52 a la primera cámara, de manera que aumenta el nivel de llenado en la primera cámara 52 y la trayectoria de guiado de líquido 62 y se llena el vértice de sifón 54 del canal de guiado de fluido 62, tal como se muestra en la figura 2C.

Alternativamente, el proceso de conmutación puede obtenerse reduciendo la sobrepresión neumática en las estructuras fluídicas posteriores, de manera que, con frecuencia de giro constante, pasa líquido, neumáticamente inducido, desde la cámara aguas arriba 54 a la primera cámara 52 y de ese modo se llena el vértice de sifón 64 de la trayectoria de guiado de líquido 62. Puede obtenerse una reducción de la sobrepresión neumática, por ejemplo, reduciendo la temperatura en las estructuras fluídicas posteriores, aumentando el volumen de las estructuras fluídicas posteriores o reduciendo la cantidad de gas en las estructuras fluídicas posteriores. Esto último puede tener lugar mediante un resistor de retardo de la ventilación, por ejemplo, el resistor de retardo de la ventilación 66 mostrado en la figura 1.

Como consecuencia de las variaciones en el estado del proceso descritas que accionan un proceso de conmutación o una combinación de las mismas, se llena la parte del canal con forma de sifón 64 en la trayectoria de guiado de líquido 62 que se extiende radialmente hacia el exterior, lo que aumenta la altura hidrostática en este canal. La presión centrífuga que resulta de la altura hidrostática entre primera cámara 52 y las estructuras fluídicas posteriores da lugar al paso de líquido desde la primera cámara 52 a las estructuras fluídicas posteriores, tal como se muestra en las figuras 2C a 2E.

Durante el paso de líquido, pasa gas desde las estructuras fluídicas posteriores mediante la al menos una trayectoria de guiado de gas 60 a la primera cámara 52, lo que contrarresta la acumulación de sobrepresión neumática adicional como consecuencia del paso de líquido a las estructuras fluídicas posteriores, véase la figura 2D. De ese modo, puede obtenerse el paso completo del líquido desde la primera cámara 52 a las estructuras fluídicas posteriores a una frecuencia de giro fija por encima de la frecuencia de conmutación, tal como se muestra en la figura 2E. Después del paso completo del líquido a la cámara de fluido aguas abajo, las estructuras fluídicas pueden estar a presión atmosférica p0.

La presión de conmutación y la frecuencia de giro asociada del cartucho (frecuencia de conmutación) pueden seleccionarse dentro de unos límites amplios por una selección adecuada de las posiciones y geometrías de las cámaras y las trayectorias de guiado de fluido.

A continuación, se comentarán realizaciones adicionales con más detalle. Debido a las dependencias entre la estructura y el método, se indican en conjunto las características específicas y las especificaciones del método que resultan de las características para las realizaciones. Donde se repetirían partes de la descripción en la descripción de las diferentes realizaciones, estas mismas se omiten parcialmente de manera que las partes de la descripción puedan aplicarse sobre las realizaciones. A pesar de que las realizaciones descritas solo muestran parcialmente una trayectoria del fluido entre las estructuras fluídicas anteriores y la primera cámara, así como solo una trayectoria de guiado de líquido y una trayectoria de guiado de gas entre la primera cámara y las estructuras fluídicas posteriores, esto no limita el número de posibles trayectorias de conexión entre las estructuras fluídicas y sirve meramente para simplificar la descripción de las realizaciones.

La figura 3A muestra esquemáticamente una realización de estructuras fluídicas de módulo fluídico 50 donde se llena la primera cámara de fluido completo 52 con líquido 80 en el estado de equilibrio casi estacionario mostrado en la figura 3B.

En la realización mostrada en la figura 3A, tanto la trayectoria de guiado de líquido 62 como la trayectoria de guiado de gas 60 tienen un canal con forma de sifón. De nuevo, una cámara aguas arriba 54 se conecta fluídicamente a la primera cámara 52 mediante un canal de conexión 56 que desemboca en un extremo exterior radial 90 de la cámara aguas arriba 54. La trayectoria de guiado de líquido 62 y la trayectoria de guiado de gas 60 pueden desembocar en la primera cámara 52 y la cámara aguas abajo 58 como en la realización descrita con referencia a la figura 1. El vértice de sifón 64 de la trayectoria de guiado de líquido 62 se dispone radialmente en el interior del punto más al interior radial de la primera cámara y un vértice de sifón 92 del canal de sifón de la trayectoria de guiado de gas 60 puede situarse de manera preferible radialmente en el interior del vértice de sifón 64 de la trayectoria de guiado de líquido 62. En esta realización, las estructuras fluídicas posteriores comprenden, además de la cámara de fluido aguas abajo 58 que representa un volumen de recepción de líquido o una cámara receptora de líquido, un volumen separado adicional 94. El punto de conexión de la trayectoria de guiado de gas 60 al volumen de recepción de líquido 58 (en la realización mostrada, el punto más al interior radial del volumen de recepción de líquido 58) puede estar preferiblemente más cerca del centro de giro R del cartucho que el punto más exterior radial del volumen de recepción de líquido 58, mediante lo cual puede evitarse el mojado del punto de conexión 70 de la trayectoria de guiado de gas 60 con el líquido 80 que pasa durante el proceso de conmutación bajo la influencia de la fuerza centrífuga predominante durante el paso. El volumen opcional 94 separado del volumen de recepción de líquido 52 aumenta específicamente el volumen de las estructuras fluídicas posteriores, mediante lo cual puede reducirse la sobrepresión neumática en las estructuras fluídicas posteriores cuando se realiza el método de la invención. En la realización mostrada, el volumen adicional 94 se acopla a la trayectoria de guiado de gas 60 mediante una trayectoria del fluido 96. La trayectoria del fluido 96 desemboca en la trayectoria de guiado de gas 60 en un orificio 98, y en el volumen adicional 94 en un orificio 100.

En la realización mostrada en la figura 3A a 3D, las estructuras fluídicas anteriores comprenden la cámara 54 cuyo volumen incluye preferiblemente una fracción del volumen de la primera cámara 52, y que se conecta a la primera cámara 52 mediante la trayectoria del fluido 56 cuyo punto de conexión 90 a la cámara aguas arriba 54 está más cerca del centro de giro R del cartucho que el vértice de sifón 64 en la trayectoria de guiado de líquido 62. En realizaciones alternativas, el volumen de la cámara 54 también puede ser superior al volumen de la primera cámara 52. De nuevo, la cámara 54 puede ventilarse y puede estar a la presión atmosférica. El punto de conexión 57 de la trayectoria de conexión del fluido 56 entre la cámara anterior 54 y la primera cámara 54 puede situarse en cualquier posición de la primera cámara 52 y no tiene que estar dispuesto en una zona exterior radial de la misma.

La realización de una válvula de sifón de contrapresión neumática mostrada en la figura 3A a 3D se configura para comprimir el volumen completo de la primera cámara. La figura 3B muestra un estado de funcionamiento en el que existe un equilibrio entre la sobrepresión neumática en las estructuras fluídicas posteriores y las presiones en la dirección de llenado de las estructuras fluídicas posteriores. La figura 3C muestra un estado de funcionamiento donde el líquido pasa desde la primera cámara a las estructuras fluídicas posteriores y la figura 3D muestra un estado de funcionamiento después de que se complete el paso de líquido.

Durante el funcionamiento, se introduce líquido 80 en la primera cámara de fluido 52 mediante las estructuras fluídicas aguas arriba. En este caso, las estructuras fluídicas se configuran de manera que la primera cámara de fluido 52 se llena por completo con el líquido 80. Por el líquido introducido, se encierra un volumen de gas en las estructuras fluídicas aguas abajo. En la figura 3B, se ilustra el estado donde se retiene el líquido 80 en la primera cámara 52. El cartucho o el módulo fluídico pueden estar girando a una frecuencia de giro W1. El líquido está en la cámara 54 de las estructuras fluídicas anteriores, la primera cámara de fluido 52 y las partes de la trayectoria de guiado de líquido 62 y la trayectoria de guiado de gas 60 que se extiende radialmente hacia el interior. Debido a la diferencia hidrostática en altura entre el menisco líquido en las estructuras fluídicas anteriores y los meniscos 102, 104 en las trayectorias de conexión del fluido 60 y 62, una presión centrífuga actúa en la dirección de llenado de las trayectorias de conexión del fluido 60 y 62. Las presiones que contrarrestan el llenado del sifón con una distancia radial superior desde el centro de giro R (es decir, el sifón y la trayectoria de guiado de líquido 62) (sobrepresión neumátic a Ap y posiblemente presiones adicionales, por ejemplo, presión capilar) están en equilibrio con las presiones que actúan en la dirección de llenado de este sifón (presión centrífuga y posiblemente otras). De ese modo, el líquido está en un equilibrio casi estacionario.

Por la posición de los meniscos líquidos 102, 104 en la trayectoria de conexión del fluido 60, 62, puede usarse la estructura descrita para dimensionar la cantidad de líquido en la primera cámara 52 y las trayectorias de conexión del fluido, mediante lo cual puede obtenerse una alta precisión del volumen medido.

Empezando desde el estado mostrado en la figura 3B, al aumentar la frecuencia de giro a un valor > W1, que da lugar a un aumento de la presión centrífuga en la dirección de las estructuras fluídicas posteriores, o al reducir la contrapresión en las estructuras fluídicas posteriores, puede llenarse el vértice de sifón 64 de la trayectoria de guiado de líquido 62. Entonces, el líquido puede pasar posteriormente desde la primera cámara 52 al volumen de recepción de líquido 58 por la fuerza centrífuga que actúa, tal como se muestra en la figura 3C. Durante este proceso, el gas pasa desde la cámara de recepción de líquido 58 mediante la trayectoria de guiado de gas 60 a la primera cámara 52 que contrarresta un aumento de la sobrepresión neumática en la cámara receptora de líquido 58. Durante este paso de líquido, el volumen de gas permanece encerrado en las estructuras fluídicas aguas abajo o posteriores y la primera cámara en primer lugar, de manera que prevalece una sobrepresión neumática Ap en la misma, tal como se indica en la figura 3C. Después de completar el paso de líquido, tiene lugar una compensación de la sobrepresión neumática de las estructuras fluídicas posteriores y la primera cámara con las estructuras fluídicas anteriores mediante el canal de conexión 56. Después del paso de líquido, las estructuras fluídicas están a presión atmosférica p0 tal como se muestra en la figura 3D.

A continuación, se describirá una realización en la que se proporciona un volumen de cámara de compresión en la trayectoria de guiado de gas con referencia a las figuras 4A a 4D.

La figura 4A muestra estructuras fluídicas formadas en un módulo fluídico 50 que comprenden un canal de entrada 110, una primera cámara de fluido 52, una trayectoria de guiado de líquido 62, una trayectoria de guiado de gas 60, una cámara de fluido aguas abajo 58 y una cámara de volumen 112 dispuestas en la trayectoria de guiado de gas 60. El canal de entrada 110 puede estar de nuevo fluídicamente acoplado a una cámara aguas arriba (no mostrada en la figura 4A). Por tanto, de nuevo, el canal 110 puede proporcionar una conexión fluídica a estructuras fluídicas anteriores cuyo punto de conexión a la primera cámara de fluido 52 está radialmente en el interior del vértice de sifón 64 de la trayectoria de guiado de líquido 62. De nuevo se forman estructuras fluídicas aguas abajo por la cámara de fluido aguas abajo 58 que representa una cámara receptora de líquido.

La cámara receptora de líquido 58 se conecta a la trayectoria de guiado de gas 60 en un punto de orificio. El punto de orificio no se sitúa preferiblemente en la posición más exterior radial de la cámara receptora de líquido 58, por ejemplo, en una zona interior radial de la misma o en la posición más al interior radial 70. La cámara receptora de líquido 58 está además conectada fluídicamente a la trayectoria de guiado de líquido 62, de manera preferible radialmente en el exterior de la posición de conexión 72 entre la trayectoria de guiado de líquido 62 y la primera cámara de fluido 52. La trayectoria de guiado de líquido 62 puede desembocar en la cámara receptora de líquido 58 en una posición exterior radial, por ejemplo, en la posición más exterior radial 74.

En la realización mostrada en la figura 4A, la trayectoria de recepción de líquido 62 desemboca en la primera cámara de fluido 52 en una zona exterior radial, por ejemplo, la posición más exterior radial 72, y la trayectoria de guiado de gas 60 también desemboca en la primera cámara de fluido 52 en una posición exterior radial, por ejemplo, la posición más exterior radial 116 de la zona de la primera cámara de fluido 52 que está en el lado izquierdo en la figura 4A. La trayectoria de guiado de gas 60 comprende un canal de sifón cuyo vértice de sifón 92 se sitúa radialmente en el interior del vértice de sifón 64 de la trayectoria de guiado de líquido 62. La cámara de volumen 112, que también puede denominarse cámara de compresión parcial, se dispone en la parte que se eleva radialmente del canal de sifón de la trayectoria de guiado de gas 60, en la que la trayectoria de guiado de gas 60 desemboca en la cámara de compresión parcial 112 en puntos de orificio 118 y 120. La cámara de compresión parcial 112 se sitúa preferiblemente a una distancia radial superior del centro de giro que del vértice de sifón 64 de la trayectoria de guiado de líquido 62. La cámara de compresión parcial 112 puede conectarse a la primera cámara de fluido 52 por una parte de la trayectoria de guiado de gas 60, en la que el punto de conexión donde desemboca esta parte de la trayectoria de guiado de gas en la cámara de compresión parcial 112 se sitúa de manera preferible radialmente más separado del centro de giro que el vértice de sifón 64 de la trayectoria de guiado de fluido 62. Entonces, el punto de orificio 120 puede conectarse a las estructuras fluídicas aguas abajo mediante el canal de sifón de la trayectoria de guiado de gas 60 que comprende el vértice de sifón 92.

A continuación se describirá una realización de un método de la invención que usa estructuras fluídicas, tal como se muestra en la figura 4A con referencia a la figura 4B a 4D. En primer lugar, puede pasar líquido inducido centrífugamente desde estructuras fluídicas aguas arriba (no mostradas) mediante el canal de entrada 110 a la primera cámara de fluido 52. Bajo la influencia de la fuerza centrífuga, el líquido 80 llena la primera cámara desde el lado exterior radial en la dirección del lado interior radial. De ese modo, se llenan las trayectorias del fluido 60 y 62 que conectan la primera cámara de fluido 52 a las estructuras fluídicas posteriores, por ejemplo, la cámara de fluido aguas abajo 58 y el líquido 80 encierra gas (normalmente aire) en las estructuras fluídicas aguas abajo y las trayectorias de conexión del fluido 60 y 62. Por la elevación de la altura hidrostática entre el menisco líquido 122 en la primera cámara de fluido 52 y los meniscos 102, 104 en las trayectorias de conexión del fluido 60 y 62, se pasa líquido a la cámara de compresión parcial 112 bajo la influencia de la fuerza centrífuga, mediante lo cual el gas situado en la misma se desvía a las estructuras fluídicas posteriores. De ese modo, se genera en la misma sobrepresión neumática Ap que contrarresta un llenado adicional de la trayectoria de conexión del fluido 60 y 62. Se forma un equilibrio entre las presiones en la dirección de y contra el llenado de las trayectorias del fluido 60 y 62 donde el vértice de sifón 64 de la trayectoria de guiado de líquido 62 no está mojado y el menisco 122 del líquido en la primera cámara de fluido 52 se sitúa radialmente en el interior del vértice de sifón 64 de la trayectoria de guiado de líquido 62. En la figura 4B se muestra este estado de funcionamiento. Mediante el líquido 80, un volumen de gas se encierra en la trayectoria del fluido 60, 62 y las estructuras fluídicas aguas abajo 50 donde se genera la sobrepresión neumática Ap. Dado que se ventila la primera cámara de fluido 52, la zona de la primera cámara de fluido 52 por encima del menisco líquido 122 está a presión atmosférica p0.

Por una selección adecuada del volumen de compresión parcial 112 y los volúmenes de las estructuras fluídicas aguas abajo, la sobrepresión neumática Ap predominante en las estructuras fluídicas posteriores en el equilibrio puede seleccionarse de manera casi libre.

Al aumentar la frecuencia de giro, que empieza desde el estado de funcionamiento mostrado en la figura 4B, puede aumentarse la presión centrífuga en la dirección de llenado de la trayectoria de guiado de líquido 62, mediante lo cual se llena el vértice de sifón 64 de la trayectoria de guiado de líquido 62 y se inicia un paso inducido centrífugamente del líquido a las estructuras fluídicas posteriores 58. En realizaciones, la cámara de compresión parcial 112 tiene un volumen de líquido inferior a la primera cámara de fluido 52. Debido al paso de líquido desde la primera cámara de fluido 52 a las estructuras fluídicas aguas abajo mediante la trayectoria de guiado de líquido 62, se acumula una sobrepresión neumática adicional en el volumen encerrado de las estructuras fluídicas posteriores, lo que da lugar a un paso del líquido desde la cámara de compresión parcial 112 a la primera cámara de fluido 52. Tan pronto como la sobrepresión neumática Ap en las estructuras fluídicas aguas abajo excede la presión hidrostática que actúa en la primera cámara de fluido 52 en la trayectoria guiada de gas 60, el gas pasa desde las estructuras fluídicas posteriores 58 mediante la trayectoria de guiado de gas 60 a la primera cámara de fluido 52 y a través del líquido, este estado de funcionamiento se muestra en la figura 4C. El estado de funcionamiento después de que se complete el paso de líquido se muestra en la figura 4D.

Con referencia a la figura 5A a 5D, se describirá una realización con variaciones en la posición de conexión de la trayectoria del fluido. Las estructuras fluídicas mostradas en la figura 5A muestran una posible selección de opciones de variación cuando se seleccionan las posiciones de conexión entre la primera cámara de fluido 52 y las trayectorias de conexión del fluido 60 y 62, así como cuando se configura la trayectoria de guiado de gas 60 y las conexiones entre las trayectorias de conexión del fluido 60 y 62 y las estructuras fluídicas aguas abajo 58.

En realizaciones, la posición de conexión 132 entre las estructuras fluídicas anteriores (por ejemplo, el canal de entrada 110 y la cámara de fluido aguas arriba 54) y la primera cámara de fluido 52 puede situarse en unas posiciones que se seleccionan libremente de la primera cámara de fluido 52. Esto mismo se aplica a las posiciones de conexión 132, 134 de las trayectorias de conexión 60, 62 entre la primera cámara de fluido 52 y las estructuras fluídicas posteriores 58 a la primera cámara de fluido 52. En el caso de que haya una cámara de compresión parcial 112 en la trayectoria de guiado de gas 60, los puntos de conexión 132 y 180 de las conexiones entre la primera cámara de fluido 52 y la cámara de compresión parcial 112 y los puntos de conexión 120, 132 entre la cámara de compresión parcial 112 y las estructuras fluídicas posteriores 58 también pueden seleccionarse libremente. Preferiblemente, el punto de orificio 136 de la trayectoria de guiado de gas 60 a la cámara de fluido aguas abajo 58, es decir, el volumen objetivo líquido, no se sitúa en la posición más exterior radial del volumen objetivo líquido. Además, la posición de conexión 138 de la trayectoria de guiado de líquido 62 a la cámara de fluido aguas abajo 58 puede seleccionarse libremente. La posición de conexión 134 está preferiblemente en una zona exterior radial de la primera cámara de fluido 52 dado que la primera cámara de fluido 52 únicamente puede vaciarse hasta esta posición de conexión por encima de la trayectoria de guiado de líquido 62.

Basándose en la figura 5B a 5D, se describirá una realización de un método de la invención basándose en el funcionamiento mediante el uso de las estructuras fluídicas mostradas en la figura 5A. En primer lugar, el líquido que se induce centrífugamente desde las estructuras fluídicas aguas arriba, por ejemplo, la cámara aguas arriba 54, pasa a la primera cámara de fluido 52 y las trayectorias de conexión del fluido 60 y 62 conectadas con ella. En este caso, el nivel de llenado de la primera cámara de fluido 52 se eleva continuamente en dirección radial desde punto más exterior radial de la misma hacia posiciones situadas radialmente más al interior. Durante el proceso de llenado, el líquido entrante desvía el gas dentro de la primera cámara de fluido 52, mediante lo cual se pasa gas a las conexiones de las trayectorias de conexión del fluido 60, 62 entre la primera cámara de fluido 52 y las estructuras fluídicas aguas abajo que aún no han sido mojadas por el líquido. De ese modo, durante el proceso de llenado de la primera cámara de fluido 52, se da una compensación de presión entre la primera cámara de fluido 52 y las estructuras fluídicas posteriores siempre y cuando el nivel de llenado en la primera cámara de fluido 52 se sitúe radialmente en el exterior del punto de conexión más al interior radial.

Tal como se muestra en la figura 5A, la posición de conexión 134 de la trayectoria de guiado de líquido 62 a la primera cámara de fluido 52 puede estar más cerca del centro de giro R que la posición de conexión 132 de la trayectoria de guiado de gas 60. Además, puede pasar más líquido a la primera cámara de fluido 52 del que puede recibir la primera cámara de fluido 52 y las trayectorias de conexión del fluido 60, 62 a la posición radial del punto de conexión situado radialmente más al interior (el punto de conexión 134 de la realización mostrada en la figura 5A). En este caso, la primera cámara de fluido 52 todavía puede configurarse ninguna ventilación adicional, de manera que puede acumularse una sobrepresión neumática Ap1 que no es idéntica a la sobrepresión neumática Ap en estructuras fluídicas posteriores en el volumen de gas encerrado por el líquido con paso continuo de líquido desde las estructuras fluídicas aguas arriba a la primera cámara de fluido 52. Durante el llenado de la primera cámara de fluido 52, además, puede llenarse la cámara de compresión parcial 112 en la trayectoria de guiado de gas 60 con líquido, mediante lo cual pasa gas a las estructuras fluídicas posteriores. Al seleccionar el punto de conexión 120 de la trayectoria del fluido 60 entre la cámara de compresión parcial 112 y las estructuras fluídicas aguas abajo 58 en una posición situada radialmente en el exterior del punto más al interior de la cámara de compresión parcial 112, puede producirse compresión de gas en la cámara de compresión parcial 112 de manera análoga a los procesos descritos en la primera cámara de fluido, tan pronto como el nivel de llenado del líquido en la cámara de compresión parcial 112 se sitúe radialmente en el interior del punto de conexión más al interior radial a la cámara de compresión parcial 112.

Mediante el respectivo llenado de la zona de retención de líquido que comprende la primera cámara 52 y la cámara de compresión parcial 112, puede obtenerse un estado de equilibrio donde el menisco 104 del líquido se sitúa en la zona de la zona con forma de sifón de la trayectoria de guiado de líquido 60 que se extiende radialmente hacia el interior y las presiones que actúan en la dirección de mojado del vértice de sifón 64 (presión centrífuga y posiblemente otras presiones, tal como la sobrepresión Ap1) están en equilibrio con las presiones que actúan frente al mojado (la sobrepresión neumática en las estructuras fluídicas posteriores y posiblemente otras presiones). En la figura 5B se muestra este estado de funcionamiento.

Empezando desde el estado mostrado en la figura 5B, de manera análoga a la descripción anterior, al aumentar la presión centrífuga o reducir la contrapresión neumática, puede obtenerse el mojado del vértice de sifón 64 de la trayectoria de guiado de líquido 62, mediante lo cual se inicia el paso de líquido desde la primera cámara de fluido 52 al volumen objetivo líquido 58 de las estructuras fluídicas aguas abajo. De ese modo, el nivel en la primera cámara de fluido 52 puede caer por debajo del punto de conexión 130 del canal de entrada 110 a la primera cámara de fluido 52, de manera que tiene lugar la ventilación de la primera cámara de fluido 52 a presión atmosférica p0. Tal como se comentó anteriormente con referencia a la realización descrita en la figura 4A a 4D, tan pronto como la sobrepresión neumática en las estructuras fluídicas aguas abajo exceda la presión hidrostática que actúa sobre la trayectoria de guiado de gas 60 en la primera cámara de fluido 52, puede pasar gas desde las estructuras fluídicas posteriores a la primera cámara de fluido mediante la trayectoria de guiado de gas y a través del líquido, este estado de funcionamiento se muestra en la figura 5C.

Dado que en la realización mostrada en la figura 5A a 5D el punto de conexión 134 entre la trayectoria de guiado de líquido 62 y la primera cámara de fluido 52 se sitúa radialmente dentro del punto más exterior radial de la primera cámara de fluido 52, el paso puede detenerse tan pronto como el menisco líquido 122 en la primera cámara de fluido 52 alcance la posición radial del punto de conexión 134. Tal como se muestra en la figura 5D, esto puede dar como resultado una retención de líquido en la primera cámara de fluido 52, que da lugar a la posibilidad, por el uso múltiple de la misma estructura fluídica con líquidos diferentes, de mezclar la misma en la primera cámara de fluido 52. Esto también puede usarse para generar una serie de dilución si, en una primera etapa, un volumen de un líquido que va a diluirse definido por una estructura fluídica permanece en la primera cámara de fluido después de la etapa de paso y, en las siguientes etapas, el líquido usado para la dilución pasa a la primera cámara de fluido por las estructuras fluídicas anteriores y se mezcla con el líquido que se va a diluir. Para ese fin, las estructuras fluídicas aguas abajo pueden proporcionarse mediante la disposición en cascada de las estructuras descritas, es decir, por casos de la desviación de la estructura descrita radialmente hacia el exterior.

La figura 6 muestra una realización de estructuras fluídicas en cascada en un módulo fluídico 50. En este caso, las estructuras fluídicas en cascada representan esencialmente una combinación de las realizaciones descritas con referencia a la figura 3A a 3D y 4A a 4D. En este caso, la colocación de la cámara de fluido aguas arriba 54, el canal de conexión 56, la primera cámara de fluido 52, la trayectoria de guiado de gas 60, la trayectoria de guiado de líquido 62 y la cámara de fluido aguas abajo 58 se corresponde con la colocación de las respectivas estructuras descritas anteriormente con referencia a la figura 3A a 3D. Estos elementos forman una primera estructura de conmutación en las estructuras fluídicas en cascada mostradas en la figura 6. Una trayectoria de guiado de gas 160, una trayectoria de guiado de líquido 162 y una cámara de fluido aguas abajo adicional 158 forman una segunda estructura de conmutación. Tal como se muestra en la figura 6, opcionalmente, puede proporcionarse un resistor de retardo de la ventilación 66. Se dispone una cámara de compresión intermedia 112 en la trayectoria de guiado de gas 160. La colocación de la trayectoria de guiado de gas 160, la cámara de compresión intermedia 112 y la trayectoria de guiado de líquido 162 pueden corresponderse esencialmente con la colocación de la trayectoria de guiado de gas 60, la cámara de compresión intermedia 112 y la trayectoria de guiado de gas 62 descritas anteriormente con referencia a la figura 4A. Tal como se muestra en la figura 6, la trayectoria de guiado de líquido 162 puede desembocar en la cámara de fluido aguas abajo 58 en una zona exterior radial, por ejemplo, la posición más exterior radial, y puede desembocar en la cámara de fluido aguas abajo 158 en una zona exterior radial, por ejemplo, la posición más exterior radial. La trayectoria de guiado de gas 160 puede desembocar en la cámara de fluido aguas abajo 58 en una zona exterior radial, por ejemplo, la posición más exterior radial, y puede desembocar en la cámara de fluido aguas abajo 158 en una zona interior radial, por ejemplo, la posición más interior radial. En definitiva, las trayectorias del fluido 160 y 162 tienen una pendiente radial, es decir, el orificio de las mismas en la cámara de fluido 158 está radialmente más lejos hacia el exterior que el orificio de las mismas en la cámara de fluido 58.

Por tanto, las estructuras fluídicas mostradas en la figura 6 representan dos estructuras de conmutación en cascada, en las que la cámara de fluido 58 representa una estructura fluídica aguas abajo para la primera estructura de conmutación y una zona de retención de líquido para la segunda estructura de conmutación. Con referencia a la figura 7A a 7E, se describirá a continuación una realización de un método de la invención para la conmutación en cascada de líquidos. La figura 7A a 7E muestran una ilustración de procesos fluídicos durante el método para la conmutación en cascada de líquidos usando el resistor de retardo de la ventilación 66. La figura 7A muestra el líquido 80 en la primera cámara de fluido 52 de la primera estructura de conmutación. La figura 7B muestra un paso de líquido a la cámara objetivo de líquido 58 de la primera estructura de conmutación a la vez que ilustra la primera cámara de fluido de la segunda estructura de conmutación. La figura 7C muestra el estado final del primer proceso de conmutación a la vez que representa el estado de equilibrio antes de iniciar el segundo proceso de conmutación. La figura 7D muestra el paso del líquido a la cámara objetivo de líquido 158 de la segunda estructura de conmutación. La figura 7E muestra el estado final después de que se complete el segundo paso de líquido.

En el método mostrado con referencia a la figura 7A a 7E, debido a la presencia de un resistor de retardo del desarrollo, se implementa un segundo proceso de conmutación.

En primer lugar, de manera análoga al método descrito anteriormente, el líquido que se induce centrífugamente pasa a la primera cámara de fluido 52 y las trayectorias de conexión del fluido 60, 62 y el gas predominante en las mismas se desvía a las estructuras fluídicas posteriores mediante lo cual se genera una sobrepresión neumática dentro de las mismas que contrarresta el llenado adicional y, por tanto, el mojado del vértice de sifón 64 en el canal de guiado de líquido 62. Las estructuras fluídicas aguas abajo comprenden la cámara de fluido aguas abajo 58, la trayectoria del fluido 160, 162 y la cámara de fluido aguas abajo 158. Después de que la primera cámara de fluido 52 se haya llenado preferiblemente por completo con líquido, se alcanza el estado casi estático mostrado en la figura 7A. Las presiones que actúan en la dirección de mojado del vértice de sifón 64 de la trayectoria de guiado de líquido 62 están en un equilibrio casi estático con las presiones que contrarrestan este mojado, mediante lo cual la sobrepresión neumática en las estructuras fluídicas aguas abajo se reduce lentamente a través del resistor de retardo de la ventilación 66. Como consecuencia, con frecuencia de giro constante o también reducida, debido a la reducción de la contrapresión neumática, puede obtenerse el mojado del vértice de sifón 64 de la trayectoria de guiado de líquido 62 y asociado a ello el inicio del proceso de paso a la cámara de fluido aguas abajo 58, es decir, el primer volumen objetivo de líquido. En la figura 7B se muestra este estado de funcionamiento. Además, alternativamente o en combinación, pueden usarse los otros cambios en las condiciones de proceso descritos en el presente documento para el inicio del proceso de conmutación, por ejemplo, aumentando la frecuencia de giro o reduciendo la sobrepresión neumática, por ejemplo, al reducir la temperatura.

Durante el primer proceso de paso, tal como se describe anteriormente con referencia a las figuras 3A a 3D, se ventila gas mediante la trayectoria de guiado de gas 60 a través de la primera cámara de fluido 52. Durante este primer proceso de paso, la sobrepresión que todavía hay a partir del primer proceso de desplazamiento de gas puede mantenerse parcialmente en las estructuras fluídicas posteriores de la segunda estructura de conmutación dado que no ha ocurrido una ventilación completa durante el paso. Esto se ilustra en la figura 7C por la sobrepresión neumática Ap que permanece en la cámara de fluido aguas abajo 158. Dentro del primer proceso de paso centrífugamente inducido, todavía de manera análoga a los procesos descritos anteriormente con referencia a la figura 4A a 4D, la primera cámara de fluido de la segunda estructura de conmutación, es decir, la cámara de fluido 58, y la cámara de compresión parcial 112 de la segunda trayectoria de guiado de gas 60 se llena con líquido y el gas contenido previamente en ella se desvía a las estructuras fluídicas aguas abajo 158. La sobrepresión neumática de construcción Ap da lugar al estado casi estático mostrado en la figura 7C donde las presiones que contrarrestan el mojado del vértice de sifón 164 de la trayectoria de guiado de líquido 106 están en equilibrio casi estático con las presiones que actúan en la dirección de mojado. Debido a la lenta y continua ventilación de la sobrepresión neumática en las estructuras fluídicas posteriores 158 de la segunda estructura de conmutación (debido al resistor de retardo de la ventilación 66), de nuevo, el mojado del vértice de sifón 164 de la trayectoria de guiado de líquido 162 puede obtenerse con una frecuencia de giro descendente o constante, mediante lo cual puede obtenerse el segundo paso de líquido a la cámara de fluido aguas abajo 158, es decir, la estructura objetivo de líquido de la segunda estructura de conmutación. Durante este paso de líquido, puede ventilarse gas desde la cámara de fluido 158 mediante la trayectoria de guiado de gas 160 a la cámara de fluido 58. El estado de funcionamiento del paso de líquido se ilustra en la figura 7D. El estado de funcionamiento después de que se complete el segundo paso de líquido a la cámara de líquido 158 se muestra en la figura 10E.

Por tanto, con referencia a la figura 6 a 7E, se ha descrito una realización para la conmutación de estructuras en cascada. No es necesario decir que también otras realizaciones descritas en el presente documento pueden ser en cascada, en las que cualquier variación de las condiciones del proceso puede usarse para iniciar los procesos de conmutación respectivos descritos en el presente documento. A pesar de que en la realización descrita se describe una estructura en cascada que usa un resistor de retardo de la ventilación como accionador, este no es obligatorio.

Generalmente, según la invención, el paso de líquido se produce por el cambio de la relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática. El cambio de esta relación puede tener lugar de diferentes maneras. En realizaciones, la relación puede cambiarse aumentando una velocidad de giro del módulo fluídico. Para ese fin, por ejemplo, unos medios de accionamiento por los cuales el módulo fluídico gira pueden controlarse, por consiguiente, por medio de unos respectivos medios de control. Alternativa o adicionalmente, es posible reducir la presión neumática para cambiar la relación. Para ese fin, puede proporcionarse un resistor de retardo de la ventilación que puede considerarse un accionador que se configura para reducir la presión neumática. Alternativamente o en combinación, puede reducirse la presión neumática controlando, en particular, reduciendo la temperatura del volumen de gas encerrado. Esto puede tener lugar mediante el control de la temperatura o bien de todo el módulo fluídico o al menos de partes del módulo fluídico donde se encierra el volumen de gas. Para ese fin, tal como se describe anteriormente con referencia a la figura 12A y 12B, pueden proporcionarse elementos de control de la temperatura. Alternativamente o en combinación, puede obtenerse una reducción de la presión neumática aumentando el volumen de las estructuras fluídicas aguas abajo. Las estructuras fluídicas aguas abajo pueden comprender, por ejemplo, una o varias cámaras de fluido cuyo volumen puede ajustarse.

Con referencia a la figura 8A a 8E, a continuación se describirá una realización donde se usa una presión negativa en las estructuras fluídicas aguas abajo, es decir, una reducción de la presión en las estructuras fluídicas aguas abajo por debajo de la presión atmosférica. En tales realizaciones, la conmutación puede tener lugar usando variaciones de temperatura y/o presión centrífuga.

Tal como ya se ha descrito, la reducción controlada por temperatura de la presión en las estructuras fluídicas posteriores que sirve para iniciar el paso de líquido desde la primera cámara de fluido al volumen objetivo líquido puede obtenerse por la reducción de la temperatura del gas en las estructuras fluídicas posteriores.

Tal como se muestra en la figura 8A, las estructuras fluídicas formadas en un módulo fluídico 50 comprenden un canal de entrada 200 que conecta una primera cámara de fluido 202 con estructuras fluídicas anteriores (no mostradas). La primera cámara de fluido 202 puede ventilarse mediante una trayectoria del fluido 204. La primera cámara de fluido 202 se conecta a estructuras fluídicas aguas abajo 210 que comprenden una cámara de recepción de fluido mediante una primera trayectoria del fluido 206 y una segunda trayectoria del fluido 208. La primera trayectoria del fluido 206 comprende un canal de sifón con un vértice de sifón 212. En la realización mostrada, la segunda trayectoria del fluido 208 también comprende un canal de sifón cuyo vértice de sifón 214 se dispone radialmente más hacia el interior que el vértice de sifón 212 de la primera trayectoria del fluido 206. La primera trayectoria del fluido 206 representa una trayectoria de guiado de líquido y la segunda trayectoria del fluido 214 representa una trayectoria de guiado de gas. Las trayectorias de conexión del fluido 206 y 208 no tienen que incluir ninguna cámara adicional. La trayectoria de guiado de líquido 212 se conecta a la primera cámara de fluido en una zona exterior radial, preferiblemente en la posición más exterior radial. La trayectoria de guiado de gas 208 se conecta a la primera cámara de fluido 202 en una zona de la misma que se moja con líquido cuando se llena la primera cámara de fluido 202. Tal llenado de la primera cámara de fluido puede tener lugar de manera centrífugamente inducida mediante el canal de entrada 200. Las posibles posiciones para los orificios de las trayectorias del fluido 206 y 208 en la primera cámara de fluido 202 son resultado de la geometría de la cámara y las cantidades de líquido usadas en el método. El vértice de sifón 212 de la trayectoria de guiado de líquido 206 está de manera preferible radialmente en el interior de la posición alcanzada durante el funcionamiento por el menisco del líquido en la primera cámara de fluido, en particular durante una primera etapa de procesamiento durante la que se retiene el líquido en la primera cámara de fluido 202 que representa una zona de retención de líquido. Tal como se muestra en la figura 8A, la trayectoria de guiado de gas 208 puede desembocar en las estructuras fluídicas aguas abajo 210 en una zona radialmente interior y la trayectoria de guiado de líquido 206 puede desembocar en las estructuras fluídicas aguas abajo 210 en una zona exterior radial.

Las estructuras fluídicas mostradas en la figura 8A representan estructuras fluídicas para la conmutación de una válvula de sifón de ventilación centrífugo-neumática basada en la presión negativa, tal como se ilustrará en la siguiente descripción de una realización de un método de la invención usando las estructuras fluídicas mostradas en la figura 8A.

En una primera etapa, el líquido que se induce centrífugamente pasa desde estructuras fluídicas aguas arriba (no mostradas) a través del canal de entrada 200 a la primera cámara de fluido 202. En este caso, también pasa líquido a las zonas de las trayectorias de conexión con forma de sifón 206, 208 entre la primera cámara de fluido 202 y las estructuras fluídicas posteriores 210 que se extienden radialmente hacia el interior. A partir del momento de mojado del punto de conexión de la última de las trayectorias de conexión 206, 208, el líquido adicional que fluye a las trayectorias de conexión desvía el gas contenido en las trayectorias de conexión a las estructuras fluídicas aguas abajo, lo que da lugar a una sobrepresión en las estructuras fluídicas posteriores a una temperatura constante, tal como se muestra en la figura 8B. Esta sobrepresión como una diferencia de la presión atmosférica puede ser una pequeña fracción de la presión atmosférica de manera que se da lugar a una sobrepresión insignificante durante la introducción.

Empezando desde el estado de funcionamiento mostrado en la figura 8B, a una velocidad de giro preferiblemente constante, puede obtenerse la refrigeración de las estructuras fluídicas posteriores 210, por ejemplo, mediante la reducción de la temperatura ambiente o mediante la refrigeración de los elementos que están en contacto con los cartuchos, lo que da lugar a una presión negativa en las estructuras fluídicas posteriores tal como se indica en la figura 8C. En consecuencia, en dependencia de las condiciones de procesamiento (por ejemplo, frecuencia de giro, geometría de las cámaras y los canales, temperatura de inicio y de fin en las estructuras fluídicas posteriores, etc.) se da lugar a una nueva hidrostática entre los meniscos 102, 104 en las trayectorias de guiado de fluido 206, 208 y el menisco 122 del líquido en la primera cámara de fluido 202 que da lugar a un nuevo equilibrio entre las presiones en la dirección de llenado del vértice de sifón 212 de la trayectoria de guiado de líquido 206 (en esta realización la presión negativa neumática en las estructuras fluídicas posteriores y posiblemente otras presiones subordinadas) y las presiones frente a este llenado (en esta realización la presión centrífuga debido a la altura hidrostática variable y posiblemente otras presiones subordinadas), tal como se muestra en la figura 8C. Empezando desde el estado de funcionamiento que existe bajo estas condiciones de proceso, en una etapa siguiente, puede obtenerse el mojado del vértice de sifón 212 de la trayectoria de guiado de líquido 206 reduciendo la presión centrífuga, por ejemplo, reduciendo la frecuencia de giro o reduciendo la presión en las estructuras fluídicas posteriores además, por ejemplo por una reducción de temperatura adicional, y de ese modo el paso del líquido desde la primera cámara de fluido 202 a las estructuras fluídicas aguas abajo 210. Alternativa o adicionalmente, puede guiarse líquido a la cámara de fluido 202 con el fin de mojar el vértice de sifón, en el que puede aumentar el nivel de llenado por encima del vértice de sifón. Durante el paso de líquido, el líquido que ha pasado puede dar lugar a una compresión del gas existente en las estructuras fluídicas posteriores 210, de manera que se puede dar lugar a una sobrepresión dentro de las mismas, lo que da lugar a un paso de gas desde las estructuras fluídicas aguas abajo mediante la trayectoria de guiado de gas 208 a la primera cámara de fluido 202 tal como se muestra en la figura 8D. A continuación, la primera cámara de fluido 202 se vacía a sí misma por completo a las estructuras fluídicas aguas abajo mediante la trayectoria de guiado de líquido 206 tal como se muestra en la figura 8E.

En las realizaciones descritas anteriormente, la zona de retención de líquido comprende una primera cámara de fluido. En realizaciones alternativas, la zona de retención de líquido puede comprender varias cámaras de fluido que pueden conectarse mediante uno o varios canales de fluido o no.

A continuación se comentará, con referencia a la figura 9, una realización donde la zona de retención de líquido comprende varias cámaras de fluido y en la que puede tener lugar una conmutación por la reducción de presión controlada por temperatura.

De nuevo, se forman respectivas estructuras fluídicas en un módulo fluídico 50. Las estructuras fluídicas comprenden estructuras fluídicas aguas arriba, una zona de retención de líquido y estructuras fluídicas aguas abajo. La zona de retención de líquido comprende una primera cámara de fluido 300 y una segunda cámara de fluido 302. La primera cámara de fluido 300 y la segunda cámara de fluido 302 se conectan fluídicamente mediante un canal de conexión que disminuye radialmente 304. Las estructuras fluídicas aguas arriba comprenden una cámara de fluido aguas arriba 306 que puede comprender, en una zona exterior radialmente de la misma con respecto a un centro de giro R, segmentos de cámara 306a y 306b que permiten la medición de volúmenes de líquido. El segmento de cámara 306a se conecta fluídicamente a la primera cámara de fluido 300 mediante un canal de fluido 308 y el segmento de cámara 306b se conecta fluídicamente a la segunda cámara de fluido 302 mediante un canal de fluido 310. Un canal de entrada adicional 312 puede conectarse fluídicamente a la primera cámara de fluido 300. Un canal de entrada/canal de ventilación adicional 314 puede conectarse fluídicamente a la segunda cámara de fluido 302. En la figura 9 se muestra esquemáticamente una abertura de ventilación 316. Además, puede proporcionarse un canal de ventilación/llenado adicional 318.

En este caso, debe observarse que las estructuras fluídicas aguas arriba en las realizaciones mostradas en la figura 9 también pueden consistir meramente en un canal de entrada conectado fluídicamente a la primera cámara de fluido 300 y que permite el llenado de la primera cámara de fluido 300, por ejemplo, llenado inducido centrífugamente desde una cámara de entrada conectada fluídicamente al respectivo canal de entrada.

Tal como se muestra en la figura 9, la primera cámara de fluido 302 se conecta a estructuras fluídicas aguas abajo 322 con forma de una cámara de fluido aguas abajo mediante una trayectoria de guiado de líquido 320. La segunda cámara de fluido 302 se conecta a la estructura fluídica aguas abajo 322 mediante una trayectoria de guiado de gas 324. La trayectoria de guiado de líquido 320 comprende un canal de sifón con un vértice de sifón 326. En la realización mostrada, la trayectoria de guiado de gas 324 también comprende un canal de sifón con un vértice de sifón 328. La diferencia de altura hidrostática que puede obtenerse entre el menisco en la cámara 302 y el vértice de sifón 322 es preferiblemente más alta que la diferencia de altura hidrostática que se tiene que superar entre el menisco en la cámara 300 y el vértice de sifón 326.

La trayectoria de guiado de líquido 320 desemboca en la primera cámara de fluido 300 en una zona exterior radial, preferiblemente en un extremo exterior radial. La trayectoria de guiado de gas 328 desemboca en la segunda cámara de fluido 302 en una zona exterior radial, preferiblemente en un extremo exterior radial. La primera cámara de fluido 300 puede configurarse de manera que cuando se llena con un primer volumen de líquido, las estructuras fluídicas aguas abajo 322 permanecen ventiladas a la segunda cámara de fluido 302 mediante la trayectoria de guiado de gas 324. En la figura 10A se muestra este estado de funcionamiento donde se introduce un primer volumen de líquido 380 en la primera cámara de fluido 300. Todavía pueden realizarse cambios de la temperatura y/o la frecuencia de giro sin conmutar líquido a las estructuras fluídicas aguas abajo 322. Para el caso en el que las fuerzas capilares son insignificantes, el líquido se almacena virtualmente en la cámara de fluido 300 en este estado.

Si se introduce volumen de líquido adicional en la primera cámara de fluido 300, por ejemplo, mediante los canales 308 y/o 312, el volumen líquido en la primera cámara de fluido 300 se eleva hasta que el volumen en exceso fluye a la segunda cámara de fluido 302 mediante el canal de conexión 304 que representa un rebosamiento. Para ese fin, el orificio del canal de conexión en la primera cámara de fluido 300 se sitúa radialmente más al interior que un extremo exterior radial de la primera cámara de fluido 300. El exceso de volumen de líquido 382 que fluye a la segunda cámara de fluido 302 cierra de manera hermética la trayectoria de guiado de gas 324 desembocando en la segunda cámara de fluido 302 en un extremo exterior radial. Por tanto, ambas trayectorias del fluido 320 y 324 a las estructuras fluídicas aguas abajo se cierran de manera hermética después de que la trayectoria de guiado de líquido 322 se haya cerrado herméticamente cuando se introduce el volumen de líquido 380 en la primera cámara de fluido 300. En la figura 10B se muestra este estado de funcionamiento.

Empezando desde este estado de funcionamiento, tal como ya se ha descrito anteriormente con referencia a la figura 8A a 8B, puede generarse presión negativa en las estructuras fluídicas aguas abajo 322 al reducir la temperatura y la reducción respectiva de la presión, tal como se muestra en la figura 10C. Tal como también se describe con referencia a la figura 8A y 8E, posteriormente, al reducir la presión centrífuga y/al reducir la presión en las estructuras fluídicas posteriores además puede producirse que el líquido pase a las estructuras fluídicas aguas abajo 322 mediante la trayectoria de guiado de líquido 320 tal como se muestra en la figura 10D. En este caso, el canal de sifón de la trayectoria de guiado de líquido 320 se configura de manera que, por ejemplo, cuando se reduce la temperatura y de ese modo se induce la reducción de la presión, únicamente se conmuta este sifón, de manera que preferiblemente solo pasa el líquido de la primera cámara de fluido 300 y no el líquido de la segunda cámara de fluido 302. Una sobrepresión potencial en las estructuras fluídicas aguas abajo 322 debido al paso de líquido desde la primera cámara de fluido 300 ejerce presión en el líquido desde el canal de guiado de gas 324 atrás en la segunda cámara de fluido 302, mediante lo cual puede escaparse el aire a través de la segunda cámara de fluido 302 con forma de burbujas de aire que se elevan a través del líquido. Por tanto, todo el líquido puede pasar desde la primera cámara de fluido 300 a las estructuras fluídicas aguas abajo 322.

A una fuerte presión negativa, los canales de sifón de tanto la trayectoria de guiado de líquido 320 como la trayectoria de guiado de gas 324 pueden llenarse con líquido. De ese modo, tanto el líquido en la primera cámara de fluido 300 como el líquido en la segunda cámara de fluido 302 pasarían al menos parcialmente. Mediante el paso posterior del líquido a través de la trayectoria de guiado de fluido a la cámara 322, puede compensarse al menos parcialmente la presión negativa en la cámara 322. Al pasar cantidades de líquidos suficientemente grandes más allá de la compensación de la presión negativa, puede generarse una sobrepresión, que da lugar, en uno de los canales de sifón, en la realización mostrada en el canal de guiado de gas 324, a una inversión de la dirección de flujo del líquido, y posteriormente a un cambio de fase a gas, mediante lo cual se ventila gas desde las estructuras fluídicas posteriores 322 a la cámara 302.

Una configuración tal como se describe con referencia a las figuras 9 a 10D puede ser útil para medir un líquido antes de la conmutación a un volumen predefinido. No se conmutan volúmenes de líquido por debajo de los volúmenes objetivo.

Las estructuras fluídicas descritas con referencia a la figura 9 también pueden usarse para añadir un segundo líquido, tal como se comentará a continuación con referencia a las figuras 11A a 11E.

En este caso, la figura 11A corresponde al estado de funcionamiento de la figura 10A, donde se introduce un primer volumen de líquido 380 a la primera cámara de fluido 300 y se almacena de hecho en la primera cámara de fluido 300. Si un segundo líquido fluye a través del canal de entrada 310 a la segunda cámara de fluido 302, las estructuras fluídicas posteriores 302 se cierran de manera hermética. Adicionalmente, el segundo líquido puede fluir o bien exclusivamente a la segunda cámara de fluido 302 mediante el canal 310, o bien de manera dividida a la primera cámara de fluido 300 y la segunda cámara de fluido 302 mediante los canales 308 y 310. Los respectivos volúmenes suministrados pueden medirse en los segmentos de cámara 306a y 306b de la cámara de fluido aguas arriba 300, tal como se ilustra en la figura 11B. Cuando el segundo líquido fluye a la primera cámara de fluido 300 y la segunda cámara de fluido 302, los líquidos primero y segundo pueden mezclarse en la primera cámara de fluido 300.

Tal como se muestra en las figuras 11C a 11E, posteriormente, el líquido puede pasar de la primera cámara de fluido 300 a las estructuras fluídicas aguas abajo 322, tal como se describe anteriormente con referencia a las figuras 8A a 8E y 10A a 10B. En particular, el líquido puede pasar a las estructuras fluídicas aguas abajo al reducir la temperatura y al reducir por consiguiente la presión.

Las estructuras fluídicas tal como se describen con referencia a las figuras 9 a 11E pueden, en particular, ser útiles para almacenar un primer líquido en una primera cámara de fluido de una zona de retención de fluido, al mismo tiempo que todavía pasa un segundo líquido a través de etapas de proceso independientes adicionales. Generalmente, estas etapas de proceso pueden usar frecuencias de giro y temperaturas necesarias de manera libre sin que el líquido en la primera cámara de fluido 300 conmute mediante la trayectoria de guiado de líquido 320. Después del procesado, el segundo líquido puede añadirse en la primera cámara de fluido 300 y la segunda cámara de fluido 302. La mezcla de líquido resultante puede entonces avanzar al reducir la temperatura.

Resulta obvio para los expertos en la técnica que durante el uso descrito de presión negativa, la cámara de fluido de la zona de retención de fluido también puede dividirse en tres o más cámaras. En realizaciones, las diferentes cámaras de la zona de retención de líquido no tienen que estar conectadas mediante canales, excepto la conexión mediante las estructuras fluídicas aguas abajo y los canales de conexión que conectan la cámara de fluido a las estructuras fluídicas aguas abajo.

Generalmente, en realizaciones, la trayectoria de guiado de líquido desemboca en una cámara receptora de líquido de las estructuras fluídicas posteriores situadas en una posición radialmente en el exterior, una posición donde la trayectoria de guiado de líquido desemboca en una cámara de fluido de la zona de retención de líquido. En otras palabras, la trayectoria de guiado de líquido generalmente comprende una pendiente radial. Por tanto, es posible pasar el líquido desde la respectiva cámara de la zona de retención de líquido a las estructuras fluídicas posteriores mediante la trayectoria de guiado de líquido que comprende un canal de sifón mediante un vértice de sifón, que se dispone radialmente en el interior del orificio de la trayectoria de guiado de líquido en la cámara de fluido de la zona de retención de líquido.

En realizaciones, las estructuras fluídicas aguas abajo pueden comprender al menos una cámara de recepción de líquido a la que pasa el líquido. En realizaciones, la zona de retención de líquido puede comprender al menos una cámara de fluido desde la que pasa líquido a las estructuras fluídicas aguas abajo.

En realizaciones, las estructuras fluídicas se configuran de manera que las presiones centrífugas y la presión neumática desempeñan un papel superior al mismo tiempo que las fuerzas capilares pueden ser insignificantes. En realizaciones, las respectivas trayectorias del fluido pueden configurarse como canales de fluido, en los que pueden disponerse cámaras, por ejemplo, cámaras de compresión parcial, en las trayectorias del fluido.

Por tanto, las realizaciones proporcionan módulos fluídicos, aparatos y métodos en los que se proporcionan dos trayectorias de conexión del fluido entre una cámara en la que se retiene líquido antes de la conmutación y una estructura objetivo para el líquido después del proceso de conmutación. Esto permite una realización monolítica independiente característica casi líquida de una estructura para la conmutación de líquido al mismo tiempo que excede o cae por debajo de manera selectiva de una alta frecuencia de giro del cartucho. Las realizaciones proporcionan una válvula de sifón de ventilación centrífugo-neumática que comprende estructuras fluídicas en un portador de prueba centrífuga. Las estructuras fluídicas pueden comprender un primer número de cámaras, estructuras fluídicas posteriores, así como al menos dos trayectorias del fluido que conectan el primer número de cámaras a las estructuras fluídicas posteriores. Al menos una de las trayectorias del fluido entre el primer número de cámaras y las estructuras fluídicas posteriores incluye un canal de sifón, en el que se dispone la conexión mediante las trayectorias del fluido desde el primer número de cámaras a las estructuras fluídicas posteriores de manera que cuando se llena el primer número de cámaras con líquido, puede establecerse un estado en el que un volumen de gas encerrado por el líquido da lugar a las estructuras fluídicas posteriores o da lugar a un volumen de gas casi encerrado, en el que las estructuras posteriores comprenden ventilación con un resistor de retardo de la ventilación. En realizaciones de tales estructuras fluídicas, se proporciona un canal de sifón en al menos una de las trayectorias de conexión de fluido entre el primer número de cámaras y las estructuras fluídicas posteriores, en las que el vértice de sifón se sitúa dentro de la posición más exterior radial de una primera cámara en la que desemboca el canal de sifón. En realizaciones de estructuras fluídicas de este tipo, las estructuras fluídicas posteriores no están ventiladas. En realizaciones, el número de cámaras puede incluir una cámara o más de una cámara.

Las realizaciones proporcionan un método para la retención y la conmutación de líquidos mediante el uso de una respectiva válvula de sifón de ventilación centrífugo-neumática, en la que uno o diversos líquidos se retienen en una zona de retención de líquido (un primer número de cámaras) en un equilibrio casi estático dominado por presiones centrífugas y presiones neumáticas, de manera que el posterior inicio de un paso de al menos un líquido desde la zona de retención de líquido a las estructuras fluídicas posteriores es posible meramente mediante el cambio de las presiones centrífugas y/o neumáticas que actúan. En realizaciones de un método de este tipo, durante el paso de líquido desde la zona de retención de líquido a las estructuras fluídicas posteriores, el gas pasa desde las estructuras fluídicas posteriores en una dirección de la zona de retención de líquido mediante al menos una trayectoria del fluido. En realizaciones de un método de este tipo, durante el paso de líquido desde la zona de retención de líquido a la estructura fluídica posterior, al menos una trayectoria de conexión del fluido entre la zona de retención de líquido y las estructuras fluídicas posteriores no se llena por completo con líquido. En realizaciones de un método de este tipo, no se cambia la cantidad de gas en las estructuras fluídicas posteriores por una trayectoria de fluido conectada al entorno, mientras el líquido está retenido en las zonas de retención de líquido. En realizaciones de un método de este tipo, se retiene líquido en la zona de retención de líquido en las estructuras fluídicas posteriores debido a una presión negativa neumática en las estructuras fluídicas posteriores antes de iniciar el paso. En realizaciones de un método de este tipo, se retiene líquido en la zona de retención de líquido debido a una sobrepresión neumática en las estructuras fluídicas posteriores antes de iniciar el paso.

Las realizaciones pueden comprender cualquier variación o combinación de las realizaciones esquemáticas mostradas y no se están limitadas por las mismas.

Por tanto, las realizaciones proporcionan métodos para conmutar líquido usando una válvula de sifón de ventilación centrífugo-neumática que comprende estructuras fluídicas, tal como se describe en el presente documento. En contra de la técnica anterior, las realizaciones de la estructura descrita pueden satisfacer, en relación con el método descrito en el campo de la microfluídica centrífuga, diversos requisitos para las operaciones unitarias de retención y posterior conmutación específica de líquido al mismo tiempo. Las realizaciones permiten una realización monolítica de las estructuras fluídicas asignadas en un cartucho microfluídico centrífugo. Las realizaciones ofrecen la opción de configurar la estructura de manera que el principio de funcionamiento es casi independiente con respecto a las características del líquido y del material de cartucho. Esto incluye, en particular, el ángulo de contacto entre el líquido y el material de cartucho, así como la viscosidad y la tensión superficial del líquido. Las realizaciones ofrecen la opción de adaptaciones adicionales de las estructuras fluídicas con el fin de determinar las condiciones de procesamiento necesarias para accionar un proceso de conmutación dentro de unos límites amplios. Las opciones de adaptación pueden, en particular, referirse a la opción de libre selección del volumen de gas pasado a las estructuras fluídicas posteriores y la sobrepresión neumática generada de ese modo.

Las realizaciones ofrecen la opción de iniciar el proceso de conmutación usando diferentes variaciones de las condiciones de procesamiento. Esto incluye, en particular, frecuencias de giro, temperaturas y tiempos de espera (cuando se usa un resistor de retardo de la ventilación) durante el procesamiento. Las realizaciones ofrecen la opción, retrocediendo en las variaciones de temperatura dependiendo del control del proceso, de conmutar un líquido cuando la frecuencia de giro se eleva por encima de una frecuencia umbral o cuando esta misma cae por debajo de una frecuencia umbral. Las realizaciones ofrecen la opción de producir las estructuras microfluídicas sin aristas vivas, es decir, con bajos requisitos sobre los métodos de producción, tales como moldeo por inyección y gofrado por inyección. Las realizaciones permiten evitar las presiones neumáticas que se elevan ampliamente en el volumen objetivo fluídico durante el paso de líquido después del proceso de conmutación. Las realizaciones ofrecen la opción de disponer en cascada las estructuras fluídicas. Finalmente, las realizaciones ofrecen la opción del uso múltiple de las estructuras fluídicas con el fin de retener diversos líquidos uno tras otro y de conmutarlos de manera específica.

Las realizaciones se configuran para cambiar la relación de presión centrífuga con respecto a una presión neumática con el fin de exceder un umbral, en el que se supera un vértice de sifón del canal de sifón en la primera trayectoria del fluido, de manera que tiene lugar el paso del líquido desde la zona de retención de líquido a las estructuras fluídicas posteriores.

Las realizaciones describen variaciones de las estructuras fluídicas y métodos asignados que muestran diferentes opciones para influir en el equilibrio de las presiones que actúan en la dirección de o frente al inicio del proceso de conmutación de la invención. Las realizaciones de la invención se basan además en el conocimiento de que el principio de conmutación descrito puede combinarse fácilmente con otras operaciones en la misma plataforma microfluídica centrífuga, por ejemplo, guiando líquido a una estructura de la invención después de operaciones fluídicas anteriores o disponiendo en cascada la estructura de conmutación descrita.

Claims

REIVINDICACIONES

Método para conmutar líquido desde una zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302) a estructuras fluídicas aguas abajo (58, 94, 158, 210, 322) usando un módulo fluídico (50), que comprende:

una zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302) en la que puede introducirse líquido (80),

al menos dos trayectorias del fluido (60, 62, 206, 208, 320, 324) que conectan fluídicamente la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302) a estructuras fluídicas aguas abajo (58, 94, 158, 210, 322),

en el que al menos una primera trayectoria del fluido (62, 206, 320) de las dos trayectorias del fluido comprende un canal de sifón, en el que un vértice de sifón (64, 212, 326) del canal de sifón se sitúa radialmente en el interior de una posición más exterior radial de la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302), en el que el vértice de sifón (64, 212, 326) está en una zona del canal de sifón con una distancia mínima al centro de giro,

en el que las estructuras fluídicas aguas abajo (58, 94, 158, 210, 322) no están ventiladas o están únicamente ventiladas mediante un resistor de retardo de la ventilación (66), cuya resistencia fluídica es lo suficientemente alta como para reducir a la mitad una presión diferencial en las estructuras fluídicas aguas abajo a la presión ambiente, teniendo en cuenta que la ventilación a través de la resistencia fluídica sola tarda al menos 0,5 s, cuando el líquido (80) se introduce en la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302), de manera que un volumen de gas encerrado o un volumen de gas ventilado únicamente mediante el resistor de retardo de la ventilación (66) da lugar a las estructuras fluídicas aguas abajo (58, 94, 158, 210, 322) cuando se introduce el líquido en la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302), y una relación de una presión centrífuga producida por un giro del módulo fluídico (50) con respecto a una presión neumática predominante en el volumen de gas evita al menos temporalmente que el líquido alcance las estructuras fluídicas aguas abajo (58, 94, 158, 210, 322) a través de las trayectorias del fluido (60, 62, 206, 208, 320, 324),

en el que puede producirse mediante el cambio de la relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática que el líquido alcance al menos parcialmente las estructuras fluídicas aguas abajo (58, 94, 158, 210, 322) a través de la primera trayectoria del fluido (62, 206, 320) y que el volumen de gas se ventile al menos parcialmente a la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302) a través de la segunda trayectoria del fluido (60, 208, 324) de las dos trayectorias del fluido.

comprendiendo el método las etapas de:

introducir al menos un líquido (80) en la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302) y retener el líquido en la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302) girando el módulo fluídico (50), de manera que el líquido se retiene en la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302) en un equilibrio casi estacionario dominado por la presión centrífuga y la presión neumática; y

cambiar la relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática con el fin de pasar el líquido al menos parcialmente a través de la primera trayectoria del fluido (62, 206, 320) a las estructuras fluídicas aguas abajo (58, 94, 158, 210, 322) y de ventilar el volumen de gas al menos parcialmente a la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302) a través de la segunda trayectoria del fluido de las dos trayectorias del fluido,

en el que

a) la retención del líquido en la zona de retención de líquido (52) comprende generar una sobrepresión neumática en las estructuras fluídicas aguas abajo (58, 94, 158) antes de iniciar el paso, y cambiar la relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática comprende aumentar la velocidad de giro del módulo fluídico (50), aumentando la altura hidrostática del líquido y/o reduciendo la presión neumática, o

b) la retención del líquido en la zona de retención de líquido comprende generar una presión negativa en las estructuras fluídicas aguas abajo (210, 322) con el fin de ajustar y retener los meniscos (102, 104, 122) en la zona de retención de líquido y las trayectorias del fluido primera y segunda (206, 208, 320, 324) sin pasar el líquido a las estructuras fluídicas aguas abajo (210, 322) a través de la primera trayectoria del fluido (206, 320), y en el que cambiar la relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática comprende reducir la velocidad de giro del módulo fluídico (50) y/o reducir la presión neumática en las estructuras fluídicas aguas abajo (210, 322).

Método según la reivindicación 1, en el que cambiar la relación comprende reducir la presión neumática reduciendo la temperatura en las estructuras fluídicas aguas abajo (210, 322), aumentar el volumen de las estructuras fluídicas aguas abajo (210, 322) y/o reducir la cantidad de gas en las estructuras fluídicas aguas abajo (210, 322).

3. Método según alguna de las reivindicaciones 1 o 2, en el que la segunda trayectoria del fluido (60, 208, 324) no se llena por completo con líquido durante el paso del líquido a través de la primera trayectoria del fluido (62, 206, 320).

4. Método según alguna de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la cantidad del gas en las estructuras fluídicas aguas abajo (58, 94, 158, 210, 322) no cambia mientras que se retiene el líquido en la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302).

5. Método según alguna de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la segunda trayectoria del fluido (60, 208, 324) de las dos trayectorias del fluido es un canal de ventilación para las estructuras fluídicas aguas abajo (58, 94, 158, 210, 322) cerrado por el líquido cuando se introduce el líquido en la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302).

6. Método según alguna de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la primera trayectoria del fluido (62, 206, 320) desemboca en la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302) en una zona exterior radial o en un extremo exterior radial, de manera que la zona de retención de líquido (52, 202, 300, 302) puede vaciarse mediante la primera trayectoria del fluido (62, 206, 320), al menos hasta la zona donde la primera trayectoria del fluido (62, 206, 320) desemboca en la zona de retención de líquido.

7. Método según alguna de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la zona de retención de líquido comprende una primera cámara de fluido (52, 202, 300), en la que la primera trayectoria del fluido (62, 206, 320) desemboca en la primera cámara de fluido (52, 202, 300) en una zona exterior radial de la primera cámara de fluido (52, 202, 300) o en un extremo exterior radial de la primera cámara de fluido (52, 202, 300).

8. Método según la reivindicación 7, en el que la primera cámara de fluido (52) no está ventilada o está ventilada únicamente mediante un resistor de retardo de la ventilación, cuya resistencia fluídica es al menos lo suficientemente alta como para reducir a la mitad una presión diferencial en la primera cámara de fluido (52) a la presión ambiente, teniendo en cuenta que la ventilación a través de la resistencia fluídica sola tarda al menos 0,5 s, cuando el líquido se introduce en la zona de retención de líquido, de manera que se da lugar a un volumen de gas encerrado en la primera cámara de fluido (52) y las estructuras fluídicas aguas abajo (58, 94) o un volumen de gas ventilado únicamente mediante el resistor de retardo de la ventilación cuando se introduce el líquido en la zona de retención de líquido.

9. Método según la reivindicación 7, en el que la zona de retención de líquido comprende además una segunda cámara de fluido (302) en la que puede introducirse líquido por una presión centrífuga producida por un giro del módulo fluídico (50), en la que la primera trayectoria del fluido (320) desemboca en la primera cámara de fluido (300) y la segunda trayectoria del fluido (324) desemboca en la segunda cámara de fluido (302), y en la que la segunda trayectoria del fluido (324) puede cerrarse por el líquido introducido en la segunda cámara de fluido (300).

10. Método según la reivindicación 9, en el que la primera cámara de fluido (300) y la segunda cámara de fluido (302) pueden conectarse fluídicamente mediante un canal de conexión (304) cuyo orificio en la primera cámara de fluido (300) se sitúa radialmente más al interior que un extremo exterior radial de la primera cámara de fluido (300), de manera que fluye líquido desde la primera cámara de fluido (300) a la segunda cámara de fluido (302) cuando el nivel de llenado del líquido en la primera cámara de fluido (300) alcanza el orificio y cierra la segunda trayectoria del fluido (324) que desemboca en la segunda cámara de fluido (302).

11. Método según alguna de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la segunda trayectoria del fluido (60, 208, 324) comprende un canal de sifón, en el que la segunda trayectoria del fluido (208, 324) desemboca en la zona de retención de líquido (52, 202, 302) en una zona exterior radial de la zona de retención de líquido (52, 202, 302), y en el que un vértice (92, 214, 328) del canal de sifón de la segunda trayectoria del fluido (60, 208, 324) se sitúa radialmente más al interior que un vértice (64, 212, 326) del canal de sifón de la primera trayectoria del fluido (62, 206, 320).

12. Método según la reivindicación 11, en el que una cámara intermedia de fluido (112) se dispone en la segunda trayectoria del fluido (60) entre el vértice (92) del canal de sifón de la segunda trayectoria del fluido (60) y el orificio (116, 132) de la segunda trayectoria del fluido (60) en la zona de retención de líquido (52), en el que la cámara intermedia de fluido (112) se llena al menos parcialmente con el líquido cuando se introduce el líquido en la zona de retención de líquido (52).

13. Método según alguna de las reivindicaciones 1 a 12, en el que las estructuras fluídicas aguas abajo comprenden al menos una cámara de fluido aguas abajo (58, 210, 322) en la que desemboca la primera trayectoria del fluido (62, 206, 320).

Método según la reivindicación 13, en el que la primera trayectoria del fluido (62, 206) desembocan en la cámara de fluido aguas abajo (58, 210) radialmente más al exterior que la segunda trayectoria del fluido (60, 208).

Método según la reivindicación 13 o 14, en el que la cámara de fluido aguas abajo (58) es una primera cámara de fluido aguas abajo y las estructuras fluídicas aguas abajo comprenden una segunda cámara de fluido aguas abajo (94, 158) conectada fluídicamente a la primera cámara de fluido aguas abajo (58) mediante al menos una tercera trayectoria del fluido (96, 160),

en el que la primera cámara de fluido aguas abajo (58) se conecta fluídicamente a la segunda cámara de fluido aguas abajo (158) mediante una tercera trayectoria del fluido (160) y una cuarta trayectoria del fluido (162),

en el que al menos la tercera trayectoria del fluido (160) comprende un canal de sifón,

en el que la tercera trayectoria del fluido (160) y la cuarta trayectoria del fluido (162) se cierran por el líquido cuando el líquido alcanza la primera cámara de fluido aguas abajo (58) de las estructuras fluídicas aguas abajo a través de la primera trayectoria del fluido (62) debido a un cambio de la relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática, en el que, en la segunda cámara de fluido aguas abajo (158), se da lugar a un volumen de gas encerrado o un volumen de gas que está ventilado únicamente mediante un resistor de retardo de la ventilación, cuya resistencia fluídica es al menos lo suficientemente alta como para reducir a la mitad una a presión diferencial en el volumen de gas a la presión ambiente, teniendo en cuenta que la ventilación a través de la resistencia fluídica sola tarda al menos 0,5 s, y una relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática predominante en el volumen de gas en la segunda cámara de fluido aguas abajo (158) evita al menos temporalmente que el líquido alcance la segunda cámara de fluido aguas abajo (158) a través de las trayectorias del fluido (160, 162),

en el que puede producirse por un cambio de la relación de la presión centrífuga con respecto a la presión neumática en la segunda cámara de fluido aguas abajo (158) que el líquido alcance al menos parcialmente la segunda cámara de fluido aguas abajo (158) a través de la tercera trayectoria del fluido (160) y el volumen de gas se ventila desde la segunda cámara de fluido aguas abajo (158) al menos parcialmente a la zona de retención de líquido a través de la cuarta trayectoria del fluido (162).