ES2930753T3

ES2930753T3 - Dispositivo y procedimiento para conducir un líquido a través de un medio poroso

Info

Publication number: ES2930753T3
Application number: ES19750091T
Authority: ES
Inventors: Daniel Kainz; Nils Paust; Yunpeng Zaho; Susanna Früh
Original assignee: Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Current assignee: Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Priority date: 2018-08-02
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2022-12-21
Anticipated expiration: 2039-07-30
Also published as: PL3829767T3; EP3829767B1; CN112770842A; EP3829767B8; DE102018212930B3; EP3829767A1; WO2020025630A1; CN112770842B; US20210154662A1

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo para guiar un líquido a través de un medio poroso, cuyo dispositivo tiene un módulo fluídico que puede girar alrededor de un centro de rotación que tiene una cámara de fluido y una estructura de flujo de entrada. Se dispone un medio poroso en la cámara de fluido para facilitar el flujo del líquido, que es provocado por la fuerza centrífuga e incide sobre una parte radialmente interior del material poroso, hacia una parte radialmente exterior del medio poroso. El medio poroso está distanciado lateralmente con respecto al flujo, al menos parcialmente, por las paredes de la cámara de fluido, de manera que existe una conexión de fluido entre la porción radialmente interna del medio poroso y la porción radialmente externa del medio poroso fuera de la medio poroso. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo y procedimiento para conducir un líquido a través de un medio poroso

CAMPO

[0001] La presente divulgación se refiere a dispositivos y procedimientos para conducir un líquido a través de un material poroso y en particular a dispositivos y procedimientos para conducir un líquido a través de un material poroso en el campo de la microfluídica centrífuga con respecto a un centro de rotación o un eje de rotación en la dirección radialmente hacia fuera utilizando la fuerza centrífuga.

ANTECEDENTES

[0002] La microfluídica centrífuga se ocupa de la manipulación de líquidos en el intervalo comprendido entre femtolitros y mililitros en sistemas rotativos. Tales sistemas son en su mayoría cartuchos desechables, que están hechos de un polímero, que se utilizan en o en lugar de rotores centrífugos. Dichos cartuchos se desarrollan con la intención de automatizar los procesos de laboratorio. Los procesos de laboratorio estándares, tal como pipeteo, centrifugación, mezcla o alicuotado, se pueden implementar en un cartucho microfluídico, que también se puede designar como un módulo de fluido. Para este propósito, los cartuchos contienen estructuras de fluido en forma de canales para guiar fluidos, así como cámaras para recolectar líquidos. Mediante la aplicación de una secuencia predefinida de frecuencias de giro en los cartuchos, el llamado protocolo de frecuencia, los líquidos situados en los cartuchos se pueden mover por la fuerza centrífuga.

[0003] La microfluídica centrífuga se utiliza principalmente en el análisis de laboratorio y en el diagnóstico móvil. La versión más común hasta la fecha de los cartuchos es un disco microfluídico centrífugo, que se utiliza en aparatos de procesamiento especiales. Tales discos se conocen, entre otros, bajo las denominaciones «Lab-on-a-disk», «LabDisk» o «Lab-on-CD». Otros formatos, como los tubos centrífugos microfluídicos, se pueden utilizar en rotores de equipos de laboratorio estándares ya existentes. Un tubo centrífugo de este tipo se conoce, por ejemplo, con la denominación "LabTube".

[0004] Los tests establecidos y a fabricar de forma económica para la detección de analitos en una muestra de análisis que utilizan un medio poroso como fase sólida son los llamados tests rápidos inmunocromatográficos (Lateral Flow Tests). Un ejemplo es un test de embarazo utilizando tiras de test de embarazo. Los medios porosos tienen una alta relación entre superficie y volumen y, por lo tanto, son especialmente adecuados como fase sólida para reacciones de unión a la superficie, como las que tienen lugar en tiras de test inmunocromatográficas. El flujo a través de la tira de test se determina por las propiedades de los medios porosos, que en el caso de las tiras de test ordinarias pueden estar hechas de nitrocelulosa, y se puede regular ligeramente mediante la elección del medio poroso. Además, los medios porosos están sujetos a fluctuaciones relacionadas con la fabricación, de modo que las tasas de flujo pueden variar adicionalmente según el lote o carga. Por lo tanto, el tiempo de incubación resultante para las biomoléculas que reaccionan en la tira de test también varía, lo que a su vez puede conducir a diferentes señales durante la selección. Por lo tanto, las tiras de test inmunocromatográficas son por lo general solo cualitativas o semicuantitativas. Los sistemas de tests rápidos inmunocromatográficos cuantitativos requieren largos períodos de desarrollo y eventualmente pueden ser propensos a errores debido a las fluctuaciones en la calidad. Además, solo se pueden usar biomoléculas con cinéticas de reacción rápidas, ya que los tiempos de incubación en la tira de test son generalmente cortos.

[0005] Para el desarrollo de tests inmunocromatográficos rápidos reproducibles, altamente sensibles y cuantitativos, el paso no debe depender de las propiedades intrínsecas del medio poroso, sino que idealmente debe ser controlable a través de una fuerza regulable externamente. Sin embargo, no es posible una integración de un control de flujo regulable externamente en tests inmunocromatográficos rápidos regulares.

[0006] Las plataformas microfluídicas de forma centrífuga pueden ofrecer aquí la posibilidad de un control de flujo a través de un medio poroso. En particular, hay dos enfoques para la integración de un medio poroso que debe fluir a través en un módulo de fluido centrífugo que se puede girar alrededor de un centro de rotación. Un primer enfoque consiste en un paso de un líquido a través del medio poroso con respecto al centro de rotación en la dirección radialmente hacia fuera. Un segundo enfoque consiste en un paso de un líquido a través del medio poroso con respecto al centro de rotación radialmente hacia dentro.

[0007] Ya se conocen estructuras y procedimientos que permiten que un medio poroso fluya a través de un líquido en el campo de gravedad centrífugo.

[0008] Hyundoo Hwang y otros, "Paper on a disc: balancing the capillary-driven flow with a centrifugal force", Lab Chip, 2011, 3404 -3406, describen un concepto de integración en el que un medio poroso se atraviesa radialmente hacia dentro y que es comparable por el modo de funcionamiento a las tiras de test inmunocromatográficas, ya que la fuerza motriz es la capilaridad del medio poroso. Sin embargo, el concepto descrito permite frenar el flujo capilar impulsado a través del medio poroso al contrarrestar la fuerza centrífuga de la fuerza capilar. Como medio poroso se incorporan en discos rotativos membranas cromatográficas (nitrocelulosa). Las tiras de membrana están pegadas en el disco en dirección radial. La muestra se deposita en una posición radialmente exterior y se desplaza radialmente hacia dentro debido a la capilaridad del medio poroso y ahora se puede frenar, detener de forma centrífuga o empujar hacia atrás en la dirección opuesta. Mediante el frenado se puede aumentar el tiempo de incubación y conseguirse una posible amplificación de la señal. Además, los autores derivan un modelo físico para predecir el nivel de llenado de la membrana en función de la frecuencia. Con este modelo se puede calcular el ajuste continuo de la frecuencia durante el procesamiento para lograr una tasa de paso constante a través de las membranas, donde aquí igualmente el factor limitante es la capilaridad del medio poroso.

[0009] Sascha Lutz y otros, "A fully integrated microfluidic platform for highly sensitive analysis of immunochemical parameters", Analyst, 2017, 142, 4206 - 4214, describen un módulo de fluido centrífugo con el que se lleva a cabo un inmunoensayo altamente sensible. Como fase sólida para los anticuerpos de captura, la nitrocelulosa se utiliza como medio poroso que se atraviesa en la dirección radialmente hacia dentro capilarmente. Durante el ensayo, la tasa de flujo a través del medio poroso se frena constantemente con un giro a una frecuencia de giro de 5 Hz. En el módulo de fluido descrito, adicionalmente a la membrana funcionalizada con anticuerpos de captura, se utiliza un llamado no tejido de residuos (no tejido de desechos) para extraer líquidos de lavado, que se procesan adicionalmente a la muestra a analizar, igualmente capilarmente a través de la membrana de nitrocelulosa y absorberlos radialmente dentro de la membrana.

[0010] El documento WO 2009/039239 A2 describe un sistema para detectar analitos en una muestra de análisis con ayuda de una unidad de flujo lateral en el campo de gravedad centrífugo. El líquido se aplica directamente sobre el medio poroso. Se describen dos procedimientos diferentes, donde en un primer procedimiento se atraviesa un material de soporte poroso radialmente hacia el interior(hacia dentro) y en un segundo procedimiento se atraviesa un medio poroso radialmente hacia el exterior (hacia afuera). En el primer caso, el flujo se frena mediante la aplicación de una fuerza centrífuga. En el segundo caso, el flujo impulsado de forma capilar se apoya centrífugamente. En ambos casos, la fuerza centrífuga se considera junto con la fuerza capilar.

[0011] El documento US 2007/0054270 A1 da a conocer un dispositivo microfluídico que presenta una o varias estructuras de microcanal. Entre otras cosas, se describe una cámara de reacción con una carga a granel esférica para experimentos. A este respecto, la cámara de reacción retiene las pequeñas bolas de tal modo y manera que se origina una columna homogénea a partir de pequeñas bolas. La carga a granel esférica llena toda la parte radialmente exterior de la cámara de reacción. La cámara de reacción representa al mismo tiempo una barrera física que debe evitar que el líquido fluya exteriormente alrededor de la carga a granel esférica. Por lo tanto, la cámara de reacción representa un dispositivo de sellado. Los experimentos llevados a cabo están caracterizados, por ejemplo, por la interacción de las pequeñas bolas como fase sólida con una sustancia disuelta en un líquido como reacción de unión a la superficie. Con el dispositivo descrito se pueden llevar a cabo varios experimentos en paralelo.

[0012] Por el documento US 2014/220673 A1 se conoce un dispositivo de filtro para el aislamiento y enriquecimiento de células tumorales circulantes, en el que un medio de filtro, cuyo extremo está dispuesto en una pared de un canal de fluido, presenta una matriz de canales unidimensionales que están dispuestos para converger hacia un centro de un flujo principal a través del mismo. Un flujo de líquido a través del canal de fluido se puede provocar por medio de fuerza centrífuga.

VISIÓN GENERAL

[0013] Además, existe una necesidad de dispositivos y procedimientos que, con un esfuerzo reducido, posibiliten un paso controlado de un medio poroso radialmente desde el interior radialmente hacia el exterior.

[0014] Este objetivo se logra mediante un procedimiento según la reivindicación 1 y un elemento según la reivindicación 13.

[0015] Ejemplos de la presente divulgación crean un dispositivo para conducir un líquido a través de un medio poroso con las siguientes características:

un módulo de fluido giratorio alrededor de un centro de rotación que presenta una cámara de fluidos y una estructura de afluencia,

un medio poroso que está dispuesto en la cámara de fluido para posibilitar un flujo del fluido provocado por la fuerza centrífuga, que incide sobre una sección radialmente interior del material poroso, a una sección radialmente exterior del medio poroso, donde el medio poroso está espaciado con respecto al flujo lateralmente al menos parcialmente de las paredes de cámara de la cámara de fluido, de modo que existe una conexión de fluido entre la sección radialmente interior del medio poroso y la sección radialmente exterior del medio poroso fuera del medio poroso, que representa entre las paredes de cámara y el medio poroso un posible camino de bypass para una corriente de líquido no a través del medio poroso,

donde la estructura de afluencia está configurada para limitar una afluencia del líquido provocada por la fuerza centrífuga a la sección radialmente interior del medio poroso a una primera tasa de flujo, y

donde una relación entre la primera tasa de flujo y una tasa de flujo máxima posible a través del medio poroso no es mayor de dos.

[0016] Ejemplos de la presente divulgación crean un procedimiento para conducir un líquido a través de un medio poroso con las siguientes características:

facilitación de un módulo de fluido giratorio alrededor de un centro de rotación, que presenta una cámara de fluido y una estructura de afluencia, donde un medio poroso que está dispuesto en la cámara de fluido para permitir un flujo de líquido provocado por la fuerza centrífuga, que incide sobre una sección radialmente interior del material poroso, hacia una sección radialmente exterior del medio poroso, donde el medio poroso está distanciado con respecto al flujo lateralmente al menos parcialmente de las paredes de cámara de la cámara de fluido, de modo que una conexión de fluido entre la sección radialmente interior del medio poroso y la sección radialmente exterior del medio poroso existe fuera del medio poroso, que representa entre las paredes de cámara y el medio poroso un posible camino de bypass para una corriente de líquido no a través del medio poroso, donde la estructura de afluencia está configurada para limitar una afluencia de líquido provocada mediante la fuerza centrífuga a la sección radialmente interior del medio poroso a una tasa de flujo inicial, y donde una relación entre la primera tasa de flujo y una tasa de flujo máxima posible a través del medio poroso no es mayor de dos; y

[0017] giro del módulo de fluido alrededor del centro de rotación para provocar la afluencia del líquido a través de la estructura de afluencia a la sección radialmente interior del medio poroso y conducir el líquido a través del medio poroso.

[0018] Ejemplos de la presente divulgación se basan en el conocimiento de que mediante el aprovechamiento hábil de las ventajas de un sistema microfluídico centrífugo es posible conducir una corriente de líquido de forma controlada a través de un medio poroso, de modo que al menos la mitad de la corriente de líquido se conduce a través del medio poroso. En los ejemplos, la corriente de líquido se puede conducir de forma controlada a través de un medio poroso sin que se produzca un flujo alrededor del medio poroso. A este respecto, una cámara de fluido, en la que el medio poroso está dispuesto sin un sellado completo, lateral con respecto al flujo, está precedida por una estructura de afluencia, que limita la afluencia de tal manera que la afluencia corresponde como máximo al doble de la tasa de flujo máxima posible a través del medio poroso. De este modo, se consigue que de la corriente de líquido que incide sobre la sección radialmente interior del medio poroso, al menos la mitad se conduzca a través del medio poroso. Las estructuras de fluido que presentan la estructura de afluencia, la cámara de fluido y el medio poroso se pueden diseñar además para que la relación entre la primera tasa de flujo y la tasa de flujo máxima posible a través del medio poroso adquiera valores más pequeños, por ejemplo, un valor de 1 o por debajo, donde entonces toda la corriente de líquido puede fluir a través del medio poroso.

[0019] Ejemplos de la presente divulgación se basan en el conocimiento de que la integración de un medio poroso en una plataforma microfluídica centrífuga se puede combinar fácilmente con otras operaciones en la misma plataforma microfluídica centrífuga. En los ejemplos se puede implementar una separación de plasma sanguíneo con posterior alicuotado y posterior dilución y posterior mezcla con componentes para la realización de un inmunoensayo de flujo lateral posterior con un esfuerzo de manipulación mínimo y un volumen de muestra exacto. Debido a su gran relación superficie-volumen, el medio poroso se utiliza como sustrato para la reacción de unión a la superficie.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0020] Ejemplos de la presente divulgación se explican con más detalle a continuación con referencia a los dibujos adjuntos. Muestran:

Fig. 1 una representación esquemática de un ejemplo de un dispositivo para conducir un líquido a través de un medio poroso;

Fig. 2 una representación esquemática de otro ejemplo de un dispositivo para conducir un líquido a través de un medio poroso;

Fig. 3 una vista en planta esquemática de un ejemplo de estructuras de fluido con un canal de resistencia al flujo en forma de meandro;

Fig. 4 una vista en planta esquemática de un ejemplo de estructuras de fluido con un canal de resistencia al flujo recto; Fig. 5 un diagrama que muestra una cantidad de bypass de un líquido que pasa por delante del medio poroso dependiendo de un factor de diseño D.

Fig. 6 una vista en planta esquemática de un ejemplo de estructuras de fluido que presentan varias cámaras de fluido con estructuras de afluencia asociadas;

Fig. 7 una vista en planta esquemática de un ejemplo de estructuras de fluido que presentan varios medios porosos dispuestos uno detrás de otro en una cámara de fluido en la dirección de circulación;

Fig. 8 una vista en planta esquemática de un ejemplo de estructuras de fluido con una estructura de afluencia que presenta un elevador;

Fig. 9 una vista en planta esquemática de un ejemplo de estructuras de fluido que presentan una estructura de alicuotado radialmente interior;

Fig. 10 una vista en planta esquemática de un ejemplo de estructuras de fluido que presentan una estructura de alicuotado radialmente exterior;

Fig. 11 una vista en sección transversal esquemática de un ejemplo de estructuras de fluido con un medio poroso dispuesto en un techo de una cámara de fluido;

Fig. 12A una vista en sección transversal esquemática de un ejemplo de estructuras de fluido con un medio poroso dispuesto en un fondo de una cámara de fluido;

Fig. 12B una vista en perspectiva esquemática de las estructuras de fluido de la fig. 12A; y

Fig. 13A a 13D vistas en planta esquemáticas de ejemplos de medios porosos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

[0021] Ejemplos de la presente divulgación se detallan a continuación y se describen utilizando los dibujos adjuntos. Cabe señalar que los mismos elementos o elementos que presenta la misma funcionalidad están provistos con números de referencia iguales o similares, donde se omite típicamente una descripción repetida de elementos que están provistos con el número de referencia igual o similar. En particular, los elementos iguales o similares pueden estar provistos en cada caso de números de referencia que presenten un número igual con una letra diferente o ninguna minúscula. Las descripciones de elementos que presentan números de referencia iguales o similares son intercambiables entre sí. En la siguiente descripción se describen muchos detalles para proporcionar una explicación más completa de los ejemplos de la divulgación. Sin embargo, es obvio para los expertos en la materia que se pueden implementar otros ejemplos sin estos detalles específicos. Las características de los diferentes ejemplos descritos se pueden combinar entre sí, a menos que las características de una combinación correspondiente se excluyan mutuamente o dicha combinación se excluya expresamente.

[0022] Antes de que se expliquen con más detalle ejemplos de la presente divulgación, se dan definiciones de algunos términos utilizados en el presente documento.

[0023] Módulo de fluido: cuerpo en el que están formadas estructuras de fluido, donde el cuerpo puede estar configurado como un cuerpo de rotación o como un inserto para un cuerpo de rotación. Ejemplos de un módulo de fluido son cartuchos centrífugos en forma de discos microfluídicos de forma centrífuga o tubos centrífugos microfluídicos.

[0024] Estructuras de fluido: escotaduras, cavidades y canales formados en un módulo de fluido, que están diseñados para la manipulación de líquidos. Las estructuras microfluídicas centrífugas están diseñadas para manejar líquidos en el rango de femtolitros a mililitros en sistemas rotativos.

[0025] Altura hidrostática: distancia radial entre dos puntos en un módulo de fluido centrífugos (entre los cuales se sitúa líquido de una cantidad de líquido coherente).

[0026] Presión hidrostática: diferencia de presión inducida por la fuerza centrífuga entre dos puntos debido a la altura hidrostática entre ellos, la densidad del medio y la frecuencia de rotación.

[0027] Capilaridad: comportamiento de líquidos en contacto con capilares, por ejemplo, tubos estrechos o en un medio poroso. Estos efectos se causan por la tensión superficial de los propios líquidos y la tensión interfacial entre los líquidos y la superficie sólida.

[0028] Disipación viscosa: energía perdida al fluir un líquido en forma de energía térmica a través de fuerzas de cizallamiento internas.

[0029] Permeabilidad: magnitud cuantitativa de la permeabilidad de un medio poroso a gases o líquidos.

[0030] Inmunoensayo: un método de bioanálisis que utiliza la respuesta específica anticuerpo-antígeno para detectar un analito en una fase líquida.

[0031] Tiempo de incubación: tiempo en el que puede tener lugar una reacción específica para, por ejemplo, formar el complejo antígeno-anticuerpo.

[0032] Fase sólida: superficie de un sólido que se utiliza, por ejemplo, para una reacción de adsorción separadora. La superficie puede estar funcionalizada con sustancias.

[0033] Anticuerpo: una proteína que reconoce y se une específicamente a sustancias extrañas al cuerpo (antígeno).

[0034] Antígeno: sustancias extrañas al cuerpo que se reconocen por los anticuerpos y pueden unirse específicamente a los anticuerpos.

[0035] Analito: un componente que se encuentra en la muestra de análisis y que se debe detectar.

[0036] Bypass: corriente de líquido que no sigue el camino de fluido deseado, por ejemplo, flujo sobre o al lado de un medio poroso, en lugar de a través del medio poroso.

[0037] Rango dinámico: la relación entre la señal máxima todavía a diferenciar y la señal mínima todavía a diferenciar (límite de detección).

[0038] Prueba de flujo lateral (Lateral Flow Test): un procedimiento de separación fisicoquímica que combina cromatografía de película delgada y reacciones de afinidad bioquímica. Un test rápido para detectar analitos en forma de tira de test, que se compone por lo general de membranas que, debido a su capilaridad, extraen la muestra de análisis a través de la tira de test.

[0039] Radial: si se usa en el presente documento el término radial, se entiende en cada caso radial con respecto al centro de rotación R alrededor del cual se puede girar un módulo de fluido. En el campo centrífugo, una dirección radial es radial hacia fuera alejándose del centro de rotación y una dirección radial es radial hacia dentro hacia el centro de rotación. Un canal de fluido, cuyo comienzo está más cerca del centro de rotación que su extremo, disminuye radialmente, mientras que un canal de fluido, cuyo comienzo está más alejado del centro de rotación que su extremo, aumenta radialmente. Un canal que presenta una sección radialmente ascendente presenta así componentes direccionales que se elevan radialmente o bien discurren radialmente hacia dentro. Está claro que dicho canal no tiene que correr exactamente a lo largo de una línea radial, sino que puede correr en ángulo a la línea radial o curva.

[0040] Elevador: por un elevador se entiende aquí un canal de fluido que presenta un mínimo radial local entre una sección de canal ascendente radialmente y una sección de canal descendente radialmente.

[0041] Los ejemplos de la presente divulgación se refieren a una estructura, así como a un procedimiento para procesar uno o varios líquidos a través de un medio poroso bajo centrifugación. La dirección del flujo es radialmente hacia fuera.

[0042] La fig. 1 muestra esquemáticamente un ejemplo de un dispositivo para conducir un líquido a través de un medio poroso que presenta un módulo de fluido 10 giratorio alrededor de un centro de rotación o un eje de rotación R. El módulo de fluido 10 presenta una cámara de fluido 12 y una estructura de afluencia 14. Un medio poroso 16 está dispuesto en la cámara de fluido 12. El módulo de fluido se puede girar alrededor del centro de rotación R, de modo que mediante fuerza centrífuga se produce un flujo de líquido 18 a través de la estructura de afluencia 14, que incide sobre una sección radialmente interior 16a del medio poroso, como se indica en la fig. 1 a través de la flecha 18. El flujo de líquido 18 se limita por la estructura de afluencia a una primera tasa de flujo. El medio poroso 16 está dispuesto en la cámara de fluido 12 de tal manera que el líquido atraviesa el medio poroso 16 mediante fuerza centrífuga desde la sección radialmente interior 16a hasta una sección radialmente exterior 16b. Los bordes laterales del medio poroso 16 están espaciados de las paredes de cámara de la cámara de fluido, de modo que existe una conexión de fluido (bypass) entre una zona de la cámara de fluido 12 radialmente dentro del medio poroso 16 y una zona de la cámara de fluido 12 radialmente fuera del medio poroso 16. Según la presente divulgación, la estructura de afluencia limita la primera tasa de flujo que está ajustada con respecto a la tasa de flujo máxima posible a través del medio poroso, de tal manera que al menos el 50% del líquido fluye desde la sección 16a a la sección 16b a través del medio poroso.

[0043] En los ejemplos, la estructura de afluencia presenta al menos un canal de resistencia al flujo y/o al menos una boquilla y/o al menos un medio poroso y/o al menos una carga a granel de cuentas. En ejemplos, la estructura de afluencia desemboca a una distancia radial r desde un centro de rotación en una cámara de afluencia y a una distancia radial r2 desde el centro de rotación en la cámara de fluido, con r < r2. Por lo tanto, la estructura de afluencia es descendente radialmente, de modo que en caso de rotación por fuerza centrífuga se puede provocar un flujo de líquido a través de la estructura de afluencia.

[0044] La estructura de afluencia ofrece al flujo de líquido una resistencia al flujo, a través de la cual el flujo de líquido se limita a la primera tasa de flujo. La estructura de afluencia representa, por lo tanto, un elemento de resistencia al flujo cuya entrada de fluido puede desembocar en una cámara de afluencia (cavidad) y cuya salida de fluido desemboca en la cámara de fluido o está acoplada por fluido con una cámara de fluido. La cámara de afluencia se puede convertir fluyendo en el elemento de resistencia al flujo o incluso ser parte del elemento de resistencia. En los ejemplos, el elemento de resistencia al flujo puede estar formado por un medio poroso o una carga a granel de cuentas en la cámara de afluencia. En los ejemplos, el elemento de resistencia al flujo puede estar formado por una boquilla en la salida de la cámara de afluencia. En los ejemplos, el elemento de resistencia al flujo puede estar formado por un canal cuya entrada desemboca en la cámara de afluencia y cuya salida desemboca en la cámara de fluido.

[0045] En los ejemplos se puede indicar la pérdida de presión por flujo volumétrico para la definición de un elemento de resistencia. Un elemento puede contar luego como elemento de resistencia para la estructura de fluido si es válido:

con

R: resistencia fluida del elemento,

Ap: pérdida de presión sobre el elemento,

Q: flujo a través del elemento.

[0046] Si el elemento de resistencia está formado por un canal de resistencia al flujo, cada sección de una estructura de fluido se puede considerar como parte de un canal de resistencia al flujo, para cuya sección transversal de flujo ACh es válido:

1

100

mm4

[0047] En otras palabras, cualquier parte de una estructura de fluido que ofrece una sección transversal de flujo de menos de 0,1 mm2 se puede considerar como un componente de un canal de resistencia al flujo.

[0048] Como se explica en detalle a continuación, según la presente divulgación, las estructuras de fluido están configuradas de tal manera que se cumple la siguiente ecuación:

donde QCh es la tasa de flujo a través de la estructura de afluencia, Qmáx,m es el flujo máximo posible a través del medio poroso y D es un factor de diseño.

[0049] Qmáx,m se puede calcular a través de la ley de Darcy y muestra el flujo máximo posible a través del medio poroso, a una presión centrífuga aplicada, sin bypass. QCh se calcula o ajusta experimentalmente según el elemento de resistencia utilizado. Si el elemento de resistencia es un canal o una boquilla, la pérdida de presión se puede calcular de forma análoga a la ley Hagen-Poiseuille. En cuanto al cálculo de la pérdida de presión se puede remitir, por ejemplo, a M. Bahrami y otros, "Pressure Drop of Fully-Developed, Laminar Flow in Microchannels of Arbitray Cross-Section", Transactions oft he ASME, vol. 128, septiembre de 2006, páginas 1036 a 1044; I. Schwarz y otros, "System- level network simulation for robust centrifugal-microfluidic lab-on-a-chip systems", Lab Chip, 2016, 16, páginas 1873 a 1885; M. Richter y otros, "Microchannels for applications in liquid dosing and flow-rate measurement", Sensors and Actuators A: Physical, 1997, vol. 62, edición 1-3, páginas 480-483 y H. Bruus, "Theoretical Microfluidics" 2008, Oxford University Press, Oxford, vol. 18, capítulo 4, "Hydraulic resistance and compliance", páginas 71-90. A partir de la pérdida de presión se puede calcular a su vez la tasa de flujo. Si el elemento de resistencia es un medio poroso o una carga a granel de cuentas, se puede aplicar la ley de Darcy.

[0050] Dado que ambas leyes se derivan de las ecuaciones de Navier-Stokes y se diferencian solo por parámetros que tienen en cuenta la geometría correspondiente del elemento atravesado, la viscosidad del líquido se reduce al calcular la relación de las tasas de flujo. Ambos flujos QCh y Qmáx,m son impulsados de forma centrífuga. Por lo tanto, la velocidad angular y la densidad también se acortan igualmente al calcular la relación de las tasas de flujo. Por lo tanto, las estructuras de fluido se pueden diseñar independientemente de las propiedades de fluido y la frecuencia de rotación.

[0051] Si es necesario, la tasa de flujo a través de la estructura de afluencia se puede calcular utilizando los parámetros geométricos de la estructura de afluencia, la velocidad de rotación y las propiedades de fluido del líquido. Alternativamente, la tasa de flujo también se puede medir en tanto que se detecta el volumen de líquido que llega a través de la estructura de afluencia en un tiempo determinado. La tasa de flujo máxima posible a través del medio poroso se puede calcular, si es necesario, igualmente usando los parámetros del medio poroso y el líquido, o se puede determinar experimentalmente.

[0052] La fig. 2 muestra esquemáticamente una vista lateral de un ejemplo de un dispositivo para conducir un líquido a través de un medio poroso, que muestra esquemáticamente un sistema microfluídico centrífugo. La fig. 2 muestra esquemáticamente una vista lateral de un ejemplo de un dispositivo para conducir un líquido a través de un medio poroso, que representa un sistema microfluídico centrífugo. El dispositivo presenta un módulo de fluido 20 que está configurado como un cuerpo de rotación. Alternativamente, el dispositivo presenta uno o varios módulos de fluido 10 que están insertados en un cuerpo de rotación 20, como se indica en líneas a trazos en la fig. 2. En el módulo de fluido 10 o 20 pueden estar formadas estructuras de fluido como las que se describen en el presente documento. El módulo de fluido puede presentar, por ejemplo, un sustrato y una cubierta. El cuerpo de rotación 20 puede ser circular, con una abertura central, a través de la cual el cuerpo giratorio 20 puede estar colocado en una parte giratoria 22 de un dispositivo de accionamiento 24 a través de un dispositivo de fijación convencional. La parte giratoria 22 está montada de forma giratoria en una parte estacionaria 26 del dispositivo de accionamiento 24. El dispositivo de accionamiento 24 puede ser, por ejemplo, una centrífuga convencional, que puede presentar una velocidad de rotación ajustable, o una unidad de CD o DVD. Se puede proporcionar un equipo de control 30, que está diseñado para controlar el dispositivo de accionamiento 24 para aplicar una rotación o rotaciones de distintas frecuencias de rotación al cuerpo de rotación 20. El equipo de control 30 puede, como es obvio para los expertos en la técnica, implementarse, por ejemplo, mediante un dispositivo informático programado apropiadamente o un circuito integrado específico del usuario. El equipo de control 30 también puede diseñarse para controlar el dispositivo de accionamiento 24 en respuesta a las entradas manuales de un usuario para efectuar las rotaciones necesarias del cuerpo de rotación. En cualquier caso, el equipo de control 30 puede estar configurado para controlar el dispositivo de accionamiento 24 para aplicar la rotación necesaria en el cuerpo de rotación con el fin de implementar ejemplos de la presente divulgación. Se puede usar una centrífuga convencional con solo un sentido de rotación como dispositivo de accionamiento 24.

[0053] El módulo de fluido 10 o 20 presenta las estructuras de fluido descritas en el presente documento, que pueden estar formadas por cavidades y canales en la cubierta, el sustrato o en el sustrato y la cubierta. En los ejemplos, por ejemplo, se pueden reproducir estructuras de fluido en el sustrato 112, mientras se forman aberturas de llenado y aberturas de ventilación en la cubierta 114. En los ejemplos, el sustrato estructurado (incluidas las aberturas de llenado y las aberturas de ventilación) está dispuesto arriba y la cubierta está dispuesta abajo.

[0054] En los ejemplos de la presente divulgación, el módulo de fluido puede estar formado a partir de cualquier material adecuado, por ejemplo, un plástico, tal como PMMA (polimetacrilato de metilo), PC (policarbonato), PVC (policloruro de vinilo) o PDMS (polidimetilsiloxano), vidrio o similares. El cuerpo de rotación 20 se puede considerar una plataforma microfluídica centrífuga. En ejemplos preferidas, el módulo de fluido o el cuerpo de rotación pueden estar hechos de un termoplástico, tal como, por ejemplo, PP (polipropileno), PC, COP (polímero olefínico cíclico), COC (copolímero olefínico cíclico) o PS (poliestireno).

[0055] En los ejemplos, el dispositivo puede presentar además un dispositivo de regulación de temperatura 32, que está diseñado para controlar la temperatura del módulo de fluido. El dispositivo de regulación de temperatura 32, como se muestra en la fig. 2, puede estar implementado como un dispositivo calefactor externo. Alternativamente, el equipo calefactor puede estar integrado en el módulo de fluido o en el cuerpo de rotación que soporta el módulo de fluido. En los ejemplos, el dispositivo puede presentar además un dispositivo de detección 34, que está diseñado para detectar un resultado de una reacción del líquido con el medio poroso. Por ejemplo, el dispositivo de detección 34 puede estar diseñado para detectar ópticamente el resultado de la reacción. Por ejemplo, el equipo de detección puede estar implementado por una cámara. En los ejemplos, el dispositivo puede presentar además un aparato 36 para detectar una información sobre la viscosidad del líquido. En los ejemplos, el aparato 36 puede estar diseñado para medir una tasa de flujo a través de la estructura de afluencia, que a su vez es una medida de la viscosidad a una velocidad de rotación dada. Por ejemplo, el aparato 36 puede estar diseñado para determinar la cantidad de líquido que fluye a través de la estructura de afluencia en un tiempo determinado. En los ejemplos, el aparato 36 puede estar formado por una cámara. En los ejemplos, el dispositivo puede estar diseñado para ajustar la velocidad de giro del giro en función de la información detectada sobre la viscosidad, para ajustar la tasa de flujo a través del canal de afluencia a una tasa de flujo predeterminada. Como se muestra en la fig. 2, el dispositivo de regulación de temperatura 22 y los aparatos 34 y 36 pueden estar conectados por cable de forma comunicativa o acoplados de forma inalámbrica con el dispositivo de control. El dispositivo de control 30 puede estar configurado para obtener los resultados de detección de los aparatos 34 y 36, emitir o mostrar información sobre el resultado de reacción sobre la base de los resultados del aparato 34 y controlar el dispositivo de accionamiento 24 sobre la base de los resultados del aparato 36. Además, el dispositivo de control puede controlar el dispositivo de regulación de temperatura 32 para controlar o regular la temperatura del módulo de fluido a una temperatura predeterminada. Con este fin, además, un sensor de temperatura para detectar la temperatura del módulo de fluido puede estar acoplado con el dispositivo de control 30.

[0056] Los ejemplos de la presente divulgación se describen a continuación en particular con ayuda de un canal de resistencia al flujo como estructura de afluencia. Las siguientes enseñanzas son igualmente transferibles a otros elementos de resistencia.

[0057] En los ejemplos, el líquido se impulsa de forma centrífuga desde una primera cámara a través de un canal de resistencia al flujo a un medio poroso en una segunda cámara. El líquido humedece el medio poroso, por ejemplo, una membrana. La membrana se rellena con líquido y se origina una presión centrífuga en el líquido en la membrana. Bajo un nivel crítico, la fuerza capilar mantiene el líquido en la membrana. Por encima de un nivel crítico, eventualmente también completamente lleno, sale líquido radialmente fuera de la membrana. A este respecto, la tasa de flujo se ajusta a través del canal de resistencia al flujo de tal manera que solo se produce un determinado grado o ninguna transferencia del líquido sobre o junto al medio poroso.

[0058] Por lo tanto, siempre que el líquido moje el medio poroso, se puede implementar un paso independiente de la fuerza capilar y bien controlable a través de un medio poroso. Hasta ahora, la prevención del desbordamiento del medio poroso en el caso de líquidos impulsados desde dentro radialmente hacia fuera radialmente solo era posible a través de estructuras que impiden un flujo alrededor del medio poroso a través de una barrera física y, por lo tanto, representan un dispositivo de sellado. Mediante la presente divulgación se suprime la necesidad de un dispositivo de sellado. La tasa de flujo y, por lo tanto, el tiempo de permanencia de las muestras de análisis en el medio poroso se pueden ajustar con precisión en un amplio rango de trabajo.

[0059] La fig. 3 muestra esquemáticamente una vista en planta de las estructuras de fluido de un módulo de fluido giratorio alrededor de un centro de rotación. Las estructuras de fluido presentan una primera cámara de fluido 102, un canal de resistencia al flujo 103 y una segunda cámara de fluido 104. En el ejemplo mostrado en la fig. 3, el canal de resistencia al flujo 103 tiene forma de meandro. Un extremo radialmente interior del canal de resistencia al flujo 103 desemboca en la primera cámara de fluido 102, que representa una cámara de afluencia, y un extremo radialmente exterior del canal de resistencia al flujo 103 desemboca en la segunda cámara de fluido 104. En la segunda cámara de fluido 104 está dispuesto un medio poroso 105, que puede estar fijado en un lado a una pared de cámara de la segunda cámara de fluido 104. En todos los otros lados, el medio poroso puede estar espaciado de las paredes de la cámara. Ambas cámaras de fluido 102 y 104 pueden estar ventiladas.

[0060] El canal de resistencia al flujo 103 es descendente radialmente, de modo que durante la rotación alrededor del centro de rotación, el líquido 106, que se encuentra en la primera cámara de fluido 102, se puede impulsar por fuerza centrífuga a través del canal de resistencia al flujo. El fluido de la primera cámara de fluido se impulsa a este caso de forma centrifugada sobre una sección radialmente interior del medio poroso 105. El líquido que humedece el medio poroso llena el medio poroso y se origina una presión centrífuga en el líquido en el medio poroso. Por encima de un nivel crítico, eventualmente también completamente lleno, saldría líquido radialmente fuera del medio poroso. En los ejemplos de la presente divulgación, la resistencia de fluido del canal de resistencia al flujo 103 puede estar configurada de tal manera que, bajo rotación, la tasa de flujo resultante conduce desde la primera cámara de fluido 102 a la segunda cámara de fluido 104 con la siguiente condición: si todo el flujo de líquido procedente del canal de resistencia al flujo fluyera a través del medio poroso en dirección radialmente hacia fuera, se produciría una pérdida de presión viscosa pDarcy, que corresponde como máximo al doble de la presión hidrostática phid,mem del líquido en el medio poroso, si el medio poroso se llenara con líquido a lo largo de toda la longitud radial.

[0061] En otro ejemplo de la presente divulgación, la resistencia de fluido del canal de resistencia al flujo 103 puede estar configurada de tal manera que, bajo rotación, la tasa de flujo resultante conduce desde la primera cámara de fluido 102 a la segunda cámara de fluido 104 con la siguiente condición: si toda la corriente de líquido procedente del canal de resistencia al flujo fluyera a través del medio poroso en dirección radial hacia fuera, se produciría una pérdida de presión viscosa pDarcy, que corresponde como máximo al doble de la presión hidrostática phid,mem del líquido en cada elemento del medio poroso configurado radialmente, todavía tan pequeño, si el elemento del medio poroso, todavía tan pequeño, se llenaría con líquido a lo largo de toda la longitud radial del elemento, todavía tan pequeño.

[0062] Como se muestra en la figura 3, el medio poroso 105 puede estar provisto de una muesca 107 en la posición radialmente interior para conducir el flujo de líquido procedente del canal de resistencia al flujo 103 al medio poroso bajo rotación. Expresado en otras palabras, la muesca ayuda a absorber el líquido a través del medio poroso y, a este respecto, ayuda a evitar que el líquido fluya directamente a lo largo del medio poroso. El canto de muesca asciende hacia los puntos de corte con los dos bordes 108, 109 que discurren radialmente del medio poroso 105 en dirección radialmente hacia dentro.

[0063] Después de que el líquido ha fluido a través del medio poroso 105, puede abandonar la segunda cámara de fluido 104 a través de una salida 110.

[0064] La fig. 4 muestra otro ejemplo de estructuras de fluido de un módulo de fluido giratorio alrededor de un centro de rotación R. Según la fig. 4, un canal de resistencia al flujo 113 recto que desciende radialmente conecta una primera cámara de fluido 102 y una segunda cámara de fluido 104. En la segunda cámara de fluido 104 está previsto a su vez un medio poroso 105, cuyo borde radialmente interior en este ejemplo no presenta ninguna muesca. En la fig. 4 están dibujadas además magnitudes, a las que se hace referencia a continuación. Estos son la posición radial rin,m del extremo radialmente interior del medio poroso, la posición radial r2 de la desembocadura del canal de resistencia al flujo 113 en la segunda cámara de fluido 104 y, por lo tanto, la posición radialmente exterior de la columna de fluido, la longitud Ioh del canal de resistencia al flujo 113 y una posición radial n que corresponde a una posición radialmente interior de la columna de líquido del líquido 106 al 80% de un volumen de llenado inicial de la primera cámara de fluido 102. A este respecto, el volumen de llenado inicial puede corresponder al volumen con el que se llenan inicialmente la cámara de fluido y el canal de resistencia al flujo.

[0065] En los ejemplos de la presente divulgación, durante un giro del módulo de fluido alrededor del centro de rotación R, se produce un paso del líquido a través del medio poroso integrado en el módulo de fluido, por ejemplo, el medio poroso 105 en la fig. 4. El canal de resistencia al flujo 113 ajusta la tasa de flujo desde la primera cámara de fluido 102 a la segunda cámara de fluido 104.

[0066] Para que el medio poroso 105 se atraviese por el líquido y el medio poroso 105 en el campo de gravedad centrífugo no se rodee por el líquido (bypass), las estructuras de fluido deben seguir la siguiente condición:

con

r-i: posición radialmente interior de la columna de líquido al 80% del volumen de llenado inicial

r2: posición radialmente exterior de la columna de líquido

C^r: factor de geometría para calcular la resistencia de fluido en el canal de resistencia al flujo

Ich: longitud del canal de resistencia al flujo

Ach: superficie de sección transversal del canal de resistencia al flujo

D: factor de diseño

rin m: distancia radial entre el centro de rotación R y el extremo radialmente interno del medio poroso

Am: superficie de la sección transversal del medio poroso

^k: permeabilidad del medio poroso

[0067] El factor de geometría Cr es, por ejemplo, para una sección transversal cuadrada del canal de resistencia al flujo 28.4 y para canales redondos 8n, lo que corresponde aproximadamente a 25.1. Para los canales de resistencia rectangulares, C^rse calcula como sigue:

[0068] A este respecto, d representa la profundidad del canal y w la anchura del canal. Otros factores geométricos para secciones transversales de canal especiales se pueden tomar de la literatura especializada. Aquí, en particular se remite a M. Richter y otros, "Microchannels for applications in liquid dosing and flow-rate measurement", Sensors and Actuators A: Physical, 1997, vol. 62, edición 1-3, páginas 480-483.

[0069] La ecuación (1) se deriva de las siguientes ecuaciones físicas:

La ecuación para la presión centrífuga pcent en el canal de resistencia al flujo:

Pcent ~~ f^ C íz 2- ^ 2) (3)

con

w: velocidad de rotación

p: densidad del fluido

[0070] La ecuación para la presión hidrostática en el líquido en el medio poroso:

Ph id .m ~ f w 2((í-in,m lm )2-J"in,m2) (4)

donde Im es la longitud del medio poroso en la dirección de paso, es decir, la longitud radial del medio poroso.

[0071] La ecuación para la disipación viscosa en el canal de resistencia al flujo:

con

Qch: tasa de flujo a través del canal de resistencia al flujo

n: viscosidad del líquido

[0072] La ecuación de Darcy para la disipación viscosa en el medio poroso:

donde Q es la tasa de flujo a través del medio poroso.

[0073] Para el cálculo se adopta un medio poroso llenado. Por lo tanto, la fuerza capilar no necesita ninguna consideración. La tasa de flujo máxima libre de bypass a través del medio poroso Qmáx,m se determina equiparando la presión hidrostática en el líquido en el medio poroso con la disipación viscosa debido al paso a través del medio poroso:

P h iá , m ^“ V D a rc y ⁽7⁾

[0074] Dado que la presión hidrostática en el líquido en el medio poroso aumenta de forma cuadrada, la pérdida de presión por disipación viscosa aumenta linealmente sobre la longitud radial del medio poroso, ambas ecuaciones se derivan según la longitud radial de la membrana Im y se equiparan en el punto Im=0. De este modo se garantiza que la presión centrífuga en toda la longitud del medio poroso sea mayor o igual que la disipación viscosa.

[0075] Si se resuelve la ecuación (8) según Qmáx,m, el paso máximo posible se puede calcular toda la longitud radial del medio poroso. La ecuación correspondiente para el paso máximo posible a través del medio poroso es como sigue:

[0076] La tasa de flujo que se obtiene por el canal de resistencia al flujo se calcula como sigue:

Vcent Vvisc 0 ^)

[0077] Mediante la inserción de la ecuación (3) y la ecuación (5) en la ecuación (10) y resolviendo según la tasa de flujo QCh en el canal se obtiene:

[0078] Para garantizar un paso completo a través del medio poroso, se debe aplicar:

Qch — Qmáx,m 0 2 )

[0079] Al igualar las dos tasas de flujo Qmáx,m y QCh se define el punto de transbordo. En el punto de transbordo, la presión centrífuga de la columna de líquido en el medio poroso es igual a la disipación viscosa en el medio poroso, que se produce a través de la tasa de flujo predeterminada por el canal de conexión y un paso teóricamente completo a través del medio poroso. Si con una tasa de flujo constante la presión centrífuga fuera menor, se produciría un flujo alrededor del medio poroso.

[0080] Un factor de diseño D adicional y definido permite la adaptación posterior de la tasa de flujo a los requisitos específicos del módulo de fluido:

Qch ^—D ^{* Qmdx,m} O 3)

[0081] Resolviendo la ecuación (13) según D se obtiene:

[0082] En los ejemplos de la presente divulgación, la estructura de fluido se considera que funciona cuando al menos la mitad del líquido a procesar fluye a través del medio poroso. De este modo resultado que se selecciona un factor de diseño D de menos de dos.

[0083] Mediante la inserción de la ecuación (9) y la ecuación (11) en la ecuación (13), se obtiene la ecuación (1) arriba mencionada para interpretar la estructura.

[0084] La ecuación 1 se resuelve según D y se elige el factor de diseño de menos de dos, resulta:

[0085] En la tabla 1 se enumeran magnitudes típicas para el rango de trabajo de un módulo de fluido que se ha diseñado según la ecuación (16).

[0086] La fig. 5 muestra la cantidad en el bypass, referido a la cantidad aplicada, es decir, la cantidad de líquido que se suministra a través de la estructura de afluencia, representado para factores de diseño entre 0 y 3,5. Si el factor de diseño D es mayor que el factor de diseño crítico D=2, se pierde más de la mitad de la cantidad aplicada como bypass sobre o junto al medio poroso. Por lo tanto, en los ejemplos, la estructura de fluido está diseñada de tal manera que el 50 % o más de la cantidad aplicada fluye a través de la estructura porosa.

[0087] En los cálculos arriba mencionados se toma la posición radial n, que representa un nivel de llenado del 80% de un nivel de llenado inicial. En los ejemplos, en lugar de este nivel de llenado, se puede utilizar una posición radial n para el cálculo, que corresponde a la posición radial en la que el canal de resistencia al flujo desemboca en la primera cámara de fluido, es decir, la cámara de afluencia. Si se cumple la condición arriba mencionada para la posición radial n, en cualquier caso también se cumple para la posición radial r¡.

[0088] En los ejemplos, las estructuras de fluido pueden estar diseñadas de tal manera que una mayor parte de la cantidad aplicada fluya a través del medio poroso. En los ejemplos se puede seleccionar el factor de diseño D menor o igual a 1,5. En los ejemplos, el factor de diseño D se puede seleccionar menor o igual que 1, de modo que toda la cantidad aplicada fluya a través del medio poroso.

[0089] En los ejemplos, el módulo de fluido presenta una pluralidad de cámaras de fluido, en las que está dispuesto en cada caso un medio poroso, y una estructura de afluencia asociada a cada cámara de fluido, de modo que al mismo tiempo se puede conducir el líquido a través de varios medios porosos. Las estructuras de afluencia pueden limitar los flujos a las mismas tasas de flujo o pueden limitar los flujos a diferentes tasas de flujo, de modo que el líquido pase a diferentes tasas de flujo diferentes medios porosos.

[0090] Por lo tanto, en los ejemplos, las estructuras de fluido del módulo de fluido se pueden operar en paralelo para la integración de un medio poroso. Un ejemplo de tales estructuras de fluido se muestra en la fig. 6. Una primera cámara de fluido puede estar diseñada como un reservorio de fluido radialmente interior o como varios reservorios de fluido 102a, 102b, 102c conectados entre sí, radialmente interiores. Los reservorios de fluido 102a, 102b, 102c radialmente interiores pueden estar conectados a través de canales de fluido que conectan respectivamente secciones radialmente exteriores de los reservorios de fluido. El reservorio de fluido 102a está conectado por fluido a través de un canal de resistencia al flujo 103a con una cámara de fluido 104a de una pluralidad de segundas cámaras de fluido y está conectado a través de un canal de resistencia al flujo 103b con otra cámara de fluido 104b de la pluralidad de segundas cámaras de fluido. Cada uno de los reservorios de fluido 102b y 102c está conectado por fluido a través de un canal de resistencia al flujo 103c, 103d respectivo con una segunda cámara de fluido 104c, 104d asociada. En cada una de las segundas cámaras de fluido está dispuesto un medio poroso 105a a 105d. Por lo tanto, mediante el giro del módulo de fluido en el que están formadas las estructuras de fluido mostradas en la fig. 6, se puede impulsar el líquido en paralelo a través de una pluralidad de medios porosos. En otros ejemplos, otro número de segundas cámaras de fluido puede estar conectado con reservorios respectivos. En otros ejemplos pueden estar previstos como primeras cámaras de fluido reservorios no conectados entre sí por fluido, de modo que se pueden conducir diferentes líquidos a través de las estructuras porosas. Los canales de resistencia al flujo pueden presentar resistencias al flujo iguales o diferentes. Si los canales de resistencia al flujo presentan diferentes resistencias al flujo, se pueden implementar diferentes tasas de flujo en paralelo con la misma frecuencia de rotación.

[0091] En los ejemplos, varios medios porosos están dispuestos radialmente hacia el exterior uno detrás de otro en la cámara de fluido. Un ejemplo de este tipo se muestra en la fig. 7, donde tres medios porosos 105e, 105f y 105g están dispuestos radialmente hacia fuera uno detrás de otro en una cámara de fluido 102. Está claro que en otros ejemplos podría estar dispuesto otro número de medios porosos en la cámara de fluido. Por lo tanto, un número arbitrario de medios porosos 105e a 105g se puede atravesar secuencialmente, como se indica mediante una flecha 120 en la fig. 7. De este modo se puede impedir, por ejemplo, un funcionamiento en seco de medios porosos extendidos radialmente debido a una alta presión centrífuga.

[0092] En los ejemplos, la estructura de afluencia presenta un canal de resistencia al flujo que presenta un elevador con una sección de canal radialmente ascendente y una sección de canal radialmente descendente aguas abajo de la sección de canal descendente radialmente. En tales ejemplos se puede utilizar el canal de resistencia al flujo entre una primera y una segunda cámara de fluido para la conmutación adicional del líquido. Por ejemplo, la fig.

8 muestra estructuras de fluido en las que un canal de resistencia al flujo 103e, que presenta un elevador 130 con una sección radialmente ascendente 130a y una sección radialmente descendente 130b, está conectado por fluido entre una primera cámara 102 de fluido y una segunda cámara 104 de fluido. En la segunda cámara de fluido 104 está dispuesto a su vez un medio poroso 105. Por lo tanto, por ejemplo, en la primera cámara 102 se pueden mezclar otros reactivos 132 en el líquido 106 y después del proceso de mezcla se pueden conectar adicionalmente al medio poroso 105. En el ejemplo mostrado, el interruptor está realizado por el elevador 130. El interruptor se puede conmutar, por ejemplo, cambiando una frecuencia de giro de una primera frecuencia de giro a una segunda frecuencia de giro para activar un flujo del líquido a través del canal de resistencia al flujo 103e. En la primera frecuencia de rotación, una fuerza centrífuga que actúa sobre el líquido durante una rotación alrededor del centro de rotación R puede impedir que el líquido sea impulsado a través del canal de resistencia al flujo 103e. La frecuencia de giro se puede reducir entonces al menos temporalmente a una segunda frecuencia de giro, en la que el líquido se arrastra capilarmente a través del vértice del elevador 130, con lo que se activa el flujo de líquido a través del canal de resistencia al flujo 103e. La fuerza capilar en el canal de resistencia al flujo se puede adaptar adicionalmente mediante un tratamiento de superficie para evitar una conmutación prematura del elevador 130.

[0093] En los ejemplos, el módulo de fluido presenta una estructura de alicuotado, que presenta una pluralidad de salidas. La estructura de alicuotado proporciona una parte alícuota del líquido en cada salida. Cada salida de la estructura de alicuotado se acopla por fluido con otra de una pluralidad de cámaras de partes alícuotas. Cada una de una pluralidad de cámaras de fluido está conectada por fluido a través de una estructura de afluencia asociada a una cámara de partes alícuotas diferente.

[0094] Las figuras 9 y 10 muestran tales ejemplos. La fig. 9 muestra una estructura de alicuotado 150 dispuesta radialmente interiormente y la fig. 10 muestra una estructura de alicuotado dispuesta radialmente exteriormente.

[0095] Como se muestra en la fig. 9, la estructura de alicuotado 150 presenta una cámara de entrada 152 que está conectada por fluido a través de un canal de partes alícuotas 153 con cámaras de alicuotado 154a, 154b y 154c. Las cámaras de alicuotado 154a, 154b y 154c sirven para dividir el líquido 106 en una pluralidad de partes alícuotas. Las cámaras de alicuotado 154a, 154b y 154c están conectadas a través de respectivos canales de fluido radialmente descendentes con cámaras de partes alícuotas 102e, 102f y 102g. Las cámaras de partes alícuotas 102e, 102f y 102g representan las primeras cámaras de fluido, cada una de las cuales está acoplada a través de un canal de resistencia al flujo 103a, 103b y 103 asociado con una segunda cámara de fluido 104a, 104b y 104c. Un medio poroso 105a, 105b y 105c está dispuesto en cada una de las segundas cámaras de fluido 104a, 104b y 104c. El líquido se puede distribuir de forma centrífuga desde la cámara de entrada en las cámaras de alicuotado 154a, 154b y 154c, allí se mezcla con diferentes reactivos 132a, 132b y 132c y a continuación se impulsa a través del respectivo canal de resistencia al flujo 103a, 103b y 103c a través del respectivo medio poroso 105a, 105b y 105c.

[0096] Según la fig. 10, la estructura de alicuotado y en particular un canal de alicuotado de la estructura de alicuotado está dispuesto radialmente exteriormente. Una cámara de entrada 152 está conectada por fluido a través de un canal radialmente descendente 160 con un canal de alicuotado 162 que discurre esencialmente de forma azimutal. Las cámaras de alicuotado 164a, 164b y 164c están acopladas por fluido con el canal de animales de alicuotado 162. Las cámaras de alicuotado 164a, 164b y 164c están conectadas por fluido con las respectivas cámaras de compresión 166a, 166b, 166c. Además, las cámaras de alicuotado 164a, 164b y 164c están conectadas por fluido con las cámaras de partes alícuotas 102e, 102f y 102g a través de canales de conexión 168a, 168b y 168c que discurren radialmente hacia dentro (ascendente). Mediante el giro de las estructuras de fluido con una frecuencia de rotación adecuada se puede conseguir que el líquido 106 se distribuya en primer lugar en las cámaras de alicuotado 164a, 164b y 164c, donde a este respecto se comprime aire en las cámaras de compresión 166a, 166b y 166c. El exceso de líquido se recoge igualmente en las cámaras de compresión 166a, 166b y 166c y contribuye a un aumento adicional de la compresión del aire en las cámaras de compresión. Mediante la reducción de la frecuencia de rotación y/u otras medidas adecuadas, tal como, por ejemplo, el calentamiento, se puede provocar entonces que el aire se expanda en las cámaras de compresión y que el líquido se impulse a través de los canales de conexión 168a, 168b y 168c hacia las cámaras de partes alícuotas 102e, 102f y 102g. Allí, el líquido se puede mezclar de nuevo con diferentes reactivos 132a, 132b y 132c y, a continuación, se puede impulsar a través de un canal de resistencia al flujo 103a, 103b y 103c respectivo a través del medio poroso 105a, 105b y 105c respectivo.

[0097] En los ejemplos, el medio poroso está fijado en una pared de cámara de la cámara de fluido y está dispuesto a una distancia de al menos otra pared de cámara de la cámara de fluido, de modo que existe un camino de bypass. En los ejemplos, el medio poroso está fijado en un techo de la cámara de fluido. En los ejemplos, el medio poroso está fijado en un fondo de la cámara de fluido. En los ejemplos, las estructuras de guiado están previstas en la cámara de fluido para conducir el líquido a la sección radialmente interior del medio poroso. En los ejemplos, la estructura de guiado puede presentar una muesca en la transición de la estructura de afluencia a la cámara de fluido, que está diseñada para conducir el líquido a la sección radialmente interior del medio poroso con la ayuda de fuerzas que resultan de la tensión superficial del líquido a conducir.

[0098] La fig. 11 muestra una vista en sección transversal esquemática de un ejemplo de estructuras de fluido, en las que un medio poroso 105, tal como, por ejemplo, una membrana porosa, está fijado en un techo 180 de una cámara de fluido 104. Un canal de resistencia al flujo 103 presenta una profundidad menor que la cámara de fluido 104 y desemboca en la cámara de fluido 104 en la zona dirigida hacia el techo 180. La cámara de fluido 104 y el canal 103 pueden estar estructurados, por ejemplo, desde una primera superficie en un sustrato, donde la superficie está provista de una cubierta que forma el techo 180. La cámara de fluido puede estar formada en el sustrato hasta una primera profundidad, en la que está dispuesto un fondo 182 de la cámara de fluido. El canal de fluido 103 puede estar formado hasta una profundidad menor en el sustrato. Una corriente de líquido se mueve a través del canal de resistencia al flujo 103 y debido a la tensión superficial a lo largo del techo 180 e incide sobre la sección radialmente interior 185 del medio poroso 105. Como se puede reconocer en la fig. 11, el material poroso está espaciado del fondo 182, de modo que existe un camino de bypass.

[0099] La fig. 12A muestra una vista en sección transversal esquemática de un ejemplo de estructuras de fluido en las que un material poroso está fijado sobre un fondo 182 de una cámara de fluido 104. La fig. 12B muestra una vista en perspectiva esquemática de las estructuras de fluido de la fig. 12A. Para la conducción de una corriente 111 del líquido 106 sobre el fondo de cámara 182 está previsto un canal de guiado 190, que está formado en una superficie 192 que discurre oblicuamente hacia el fondo de cámara. El canal de guiado 192 está formado por una muesca en la superficie 192. El canal abierto 190 conduce la corriente de líquido 111 desde el canal de resistencia al flujo 103 al fondo de cámara 182 y, por lo tanto, al medio poroso 105.

[0100] Cabe señalar que en las estructuras microfluidas descritas, las fuerzas gravitacionales son insignificantes frente a las fuerzas capilares y las fuerzas centrífugas.

[0101] En los ejemplos, el borde radialmente interior del medio poroso presenta una muesca con una arista de muesca, que asciende radialmente hacia los bordes laterales del medio poroso con respecto al flujo. La zona radialmente interior del medio poroso, sobre la que incide el líquido, se encuentra entre los bordes laterales del medio poroso, hacia los cuales asciende radialmente la arista de muesca. La muesca radialmente interior del medio poroso para evitar el flujo alrededor puede presentar diferentes geometrías en los ejemplos. Cuatro variantes posibles se muestran en las figuras 13A a 13D. Para la muesca es válido en cada caso que la arista de muesca ascienda hacia los puntos de corte S1, S2 con los dos bordes 108, 109 que discurren radialmente del medio poroso 105 en dirección radialmente interiormente. Según la fig. 13A, la muesca 107 presenta una forma redondeada con un máximo radial en el medio de la muesca. Según la fig. 13B, la muesca presenta una forma triangular, igualmente con un máximo radial en el medio de la muesca. Según la fig. 13C, la muesca 107b entre dos máximos radiales presenta un mínimo radial. Según la fig. 13D, la muesca 107c, partiendo de un máximo radial en el medio de la muesca hasta los puntos de corte S1, S2, presenta zonas discretas con diferente pendiente.

[0102] En los ejemplos de la presente divulgación, las estructuras de fluido están diseñadas de tal manera que la corriente de líquido de la estructura de afluencia incide en el centro o esencialmente en el centro sobre la sección radialmente interior del medio poroso. En los ejemplos, las estructuras de fluido están configuradas de tal manera que la corriente de líquido incide en el centro o esencialmente en el centro sobre la muesca. En los ejemplos, la estructura de afluencia puede estar dispuesta radialmente dentro de la sección radialmente interior del medio poroso y opuesta a la misma para dirigir la corriente de líquido hacia esta sección.

[0103] En los ejemplos de la presente divulgación, el líquido que se conduce a través del medio poroso contiene una mezcla de reacción para una interacción (bio)química en el medio poroso. Esta reacción puede ser adecuada, por ejemplo, para una conversión (bio)química o también para la detección de biomoléculas, tal como, por ejemplo, nanopartículas de oro o partículas fluorescentes con anticuerpos inmovilizados. Además, el líquido puede contener un analito que se debe detectar. Adicionalmente, el medio poroso puede estar impregnado con biomoléculas, por ejemplo, anticuerpos de captura, a los que pueden unirse sustancias del líquido.

[0104] En los ejemplos, el medio poroso representa una fase sólida para reacciones superficiales, donde el medio poroso puede estar impregnado con un componente reactivo, tal como, por ejemplo, biomoléculas. En los ejemplos, el medio poroso representa una fase sólida para reacciones de unión a la superficie.

[0105] En los ejemplos puede estar previsto un sistema de lectura óptico para leer el resultado de la reacción. Para ello, partes del módulo de fluido y del sistema pueden ser transparentes para permitir una lectura óptica a través de tales partes. Adicionalmente, en los ejemplos puede estar previsto un dispositivo de regulación de la temperatura para ajustar la temperatura del módulo de fluido en caso necesario de forma controlada durante el proceso completo. Esto posibilita implementar, por ejemplo, tasas de unión iguales de las sustancias en todos los módulos de fluidos.

[0106] En los ejemplos de la presente divulgación, por lo tanto, se provoca un movimiento lateral de una muestra líquida o de una reacción líquida a lo largo de un medio poroso, que también se puede designar como matriz de soporte porosa, radialmente hacia fuera, aplicándose en la muestra líquida una fuerza centrífuga mediante giro del módulo de fluido. De este modo, los ejemplos de la presente divulgación posibilitan la realización de un inmunoensayo de flujo lateral. El medio poroso puede presentar una estructura de poro abierto con un tamaño de poro medio en el intervalo de 0,05 a 250 micras y un espesor en el intervalo de 0,01 a 5 mm. El material poroso puede presentar un material sinterizado de poro abierto, un polímero de poro abierto, un material cerámico de poro abierto, una espuma polimérica de poro abierto, un material compuesto de poro abierto, un material de fibras naturales o sintéticas, una carga a granel de cuentas reticulada o nitrocelulosa.

[0107] Se ha reconocido que mediante ejemplos de la presente divulgación se pueden presentar, reducir o eliminar numerosas desventajas que se dan en los sistemas conocidos descritos al principio que ofrecen un control de flujo a través de un medio poroso, de las cuales se mencionan a continuación algunas. En los sistemas conocidos, la tasa de flujo depende de la capilaridad del medio poroso y, por lo tanto, los procedimientos descritos allí siempre están limitados por las propiedades limitadamente modificables del medio poroso. La tasa de flujo máxima posible está limitado por la fuerza capilar en un flujo radialmente hacia dentro, ya que la fuerza centrífuga solo puede frenar el flujo y no lo puede acelerar. Por lo tanto, los medios de alta viscosidad que se arrastran muy lentamente a través del medio poroso solo se pueden procesar de forma limitada, ya que se necesita una aceleración de la tasa de flujo en comparación con el flujo puramente capilar para acortar el tiempo necesario para el test de manera fácil para el usuario. La tasa de flujo depende de la columna de líquido ya ascendida en el medio poroso y, por lo tanto, depende del tiempo a una frecuencia de rotación constante. El volumen de líquido a procesar está limitado por la capacidad de absorción del medio poroso. Aunque se puede aumentar la capacidad de absorción mediante la incorporación de un llamado no tejido de residuos, el no tejido necesita espacio adicional y la conexión entre el medio poroso y el no tejido de residuos es una fuente adicional de variaciones de tasa de flujo entre los módulos de fluidos. Los procedimientos descritos en el documento WO 2009/039239 A2 son desventajosos, ya que el líquido se aplica directamente sobre el soporte de test poroso y se mueve mediante la aplicación posterior de una fuerza centrífuga. De este modo, el volumen de muestra está fuertemente limitado por la capacidad de absorción de líquido del medio poroso, ya que no es posible una administración continua de líquido con el aparato descrito. En el caso de la dirección de flujo radialmente hacia fuera, se centrifugaría adicionalmente de forma incontrolada el líquido residual que aún no ha sido absorbido por la centrifugación posterior. Por lo tanto, la cantidad de líquido está limitada a la capacidad de absorción del medio poroso. Esto es desventajoso, entre otras cosas, cuando se deben aplicar mayores cantidades de líquido, como, por ejemplo, mayores volúmenes de muestra o, tal como, por ejemplo, se producen durante el lavado. Además, la muestra de análisis se absorbe por el medio poroso de forma incontrolada durante la aplicación sobre el medio poroso. Para la dirección de flujo descrita radialmente hacia dentro son válidas de nuevo las desventajas indicadas a este respecto. En el documento US 2007/0054270 A1, el medio poroso es una carga de bolas incorporada en una cámara de reacción. Para retener las pequeñas bolas y garantizar un paso completo, se necesitan juntas. Cuanto menor se elige el diámetro de las pequeñas bolas, tanto más ventajosa será la relación superficie-volumen de la carga a granel. Sin embargo, al mismo tiempo aumenta el coste de fabricación para las juntas necesarias para la retención de las pequeñas bolas más pequeñas. Asimismo, en general, el almacenamiento previo de las cargas a granel de bolas es un desafío técnico. Las cargas a granel de bolas para la

microfluídica solo se pueden almacenar difícilmente en forma líquida en comparación con las cargas a granel en el mundo macro debido a los efectos de evaporación. Por lo tanto, para el secado de una carga a granel esférica se deben tomar precauciones costosas para garantizar la funcionalidad de la superficie esférica, para evitar que durante el transporte y almacenamiento las pequeñas bolas individuales entren en canales o cámaras no previstos para ello y para obtener una carga a granel homogénea después de la reconstitución, a saber, una distribución uniforme de las pequeñas bolas sin formación de cavidades.

[0108] En contraste con las técnicas conocidas, por medio de las estructuras descritas según ejemplos de la presente divulgación en el campo de la microfluídica centrífuga se puede obtener un paso a través de un medio poroso, siempre que el líquido humedece el medio poroso, independiente de la fuerza capilar, totalmente controlable y completo (o dependiendo de la elección del factor de diseño D al menos de más del 50 por ciento). Para la integración del medio poroso en la estructura no se necesita ningún dispositivo de sellado. El medio poroso se puede fijar fácilmente al techo o al fondo de una cámara de fluido. La tasa de flujo y, por lo tanto, el tiempo de permanencia de la muestra de análisis en el medio poroso se pueden ajustar con precisión mediante el diseño del canal de resistencia al flujo limitador de paso y la frecuencia de rotación, independientemente de la calidad de fabricación del medio poroso.

[0109] Por lo tanto, el tiempo de incubación no solo se puede prolongar, sino que también se puede acortar en comparación con un paso impulsado de forma capilar. Por lo tanto, por primera vez con el módulo de fluido de la presente divulgación es posible procesar volúmenes de muestra más grandes de una muestra viscosa de forma controlada en un marco de tiempo razonable. Ya no es necesaria eventualmente una dilución necesaria de la muestra de análisis para reducir la viscosidad. Esta posibilidad se basa, en particular, en tres factores que representan ventajas generales sobre otros sistemas:

- La longitud de recorrido de fluido a través del medio poroso permanece constante después del llenado inicial del medio poroso con el líquido a procesar, ya que no se necesitan otros no tejidos, tal como, por ejemplo, un no tejido de residuos, y por lo tanto no están previstos.

- La longitud de recorrido de fluido a través del medio poroso no influye en la tasa de flujo y, por lo tanto, se puede seleccionar arbitrariamente corta o larga.

- La fuerza de accionamiento del paso es solo la fuerza centrífuga. En consecuencia, mediante un aumento de la presión centrífuga en el líquido en el medio poroso, el líquido viscoso se puede procesar con tiempos de incubación que serían comparables a los de los líquidos de baja viscosidad.

[0110] Además, los ejemplos de la presente divulgación permiten compensar las fluctuaciones de viscosidad entre las muestras de análisis mediante una medición de viscosidad previa (interna en el disco o externa en el laboratorio) con un ajuste de frecuencia de rotación posterior, lo que conduce a tiempos de incubación constantes en todos los tests.

[0111] Ejemplos de la presente divulgación presentan un aparato para detectar una información sobre la viscosidad del líquido, donde el dispositivo está diseñado para ajustar la velocidad de giro del giro en función de la información detectada sobre la viscosidad, para ajustar la tasa de flujo a través del canal de afluencia. Según la presente divulgación, el diseño estructural es independiente de las propiedades del fluido y de la frecuencia de rotación. Sin embargo, esto no es válido para la tasa de flujo que se ajuste. Este depende de las propiedades del fluido y de la frecuencia de rotación. Así, por ejemplo, a la misma frecuencia, los fluidos de alta viscosidad fluyen más lentamente a través del módulo de fluido que los de baja viscosidad. Por lo tanto, las fluctuaciones de viscosidad de la muestra de líquido influyen en el tiempo de procesamiento necesario y, por lo tanto, también en el tiempo de permanencia de las biomoléculas en el medio poroso. Si se conoce la viscosidad, por ejemplo, mediante una determinación experimental o una medición en el módulo de fluido, la frecuencia de rotación se puede adaptar para lograr una tasa de flujo independiente de la muestra, por ejemplo, una tasa de flujo de siempre 0,05 ml/s, independientemente de la viscosidad. Por lo tanto, por ejemplo, el coeficiente de variación de un ensayo se puede reducir significativamente.

[0112] De ello se puede beneficiar especialmente en los ensayos que utilizan un medio poroso como fase sólida, tal como, por ejemplo, los ensayos de flujo lateral. Se debe esperar un aumento de la sensibilidad, por un lado, ya que se puede prolongar el tiempo de incubación de muestras de análisis de baja viscosidad. Por lo tanto, ya no se necesitan reactivos con una cinética de reacción rápida y las opciones de selección de los compañeros de reacción utilizables se amplían considerablemente. Por otro lado, a diferencia de los procedimientos conocidos, el volumen de muestra se puede seleccionar independientemente del tamaño de la membrana, ya que no se necesita un no tejido de residuos, y el volumen de la muestra solo está limitado por el diseño de la estructura microfluídica periférica. Además, las muestras viscosas se pueden procesar sin diluir. Ambas ventajas aumentan la probabilidad de que un analito de baja concentración en la muestra se une a la superficie del medio poroso.

[0113] Asimismo, los ejemplos de la presente divulgación permiten detener la corriente de líquido por primera vez frenando a una frecuencia de rotación de 0 Hz, ya que el flujo a través del medio poroso (la membrana) no está impulsada de forma capilar. Por consiguiente, se puede implementar una lectura continua durante todo el ensayo, lo que a su vez se puede utilizar para aumentar el rango dinámico del ensayo, ya que con altas concentraciones de analito, el ensayo se podría finalizar prematuramente.

[0114] Además, diferentes líquidos se pueden impulsar secuencialmente a través del medio poroso sin esfuerzo adicional. Por lo tanto, por ejemplo, las etapas de lavado se pueden llevar a cabo entre o después de las interacciones (bio)químicas en el medio poroso.

[0115] Además, en particular en comparación con un test rápido inmunocromatográfico conocido, se pueden rehidratar reactivos en condiciones controladas y en cámaras de mezcla especiales, lo que aumenta la capacidad de repetición del test en comparación con la rehidratación de un no tejido bajo un paso continuo. Igualmente, la capacidad de repetición se puede aumentar mediante la eliminación de otros no tejidos (no tejido de muestra, (de ejemplo), de conjugado y de residuo) y, con ello, también la eliminación de las superficies de conexión entre los componentes.

[0116] Asimismo, en comparación con una tira de test de flujo lateral, el volumen de muestra total se puede presionar sobre el medio poroso, de modo que se necesita menos volumen de muestra en general y, por lo tanto, menos reactivos para el mismo resultado, ya que no queda líquido en una almohadilla de muestra.

[0117] De forma complementaria, al final del proceso, el líquido se puede secar fácilmente mecánicamente en el medio poroso, por ejemplo, mediante un centrifugado. La membrana, a diferencia de los procedimientos conocidos en los que está implementado un flujo impulsado de forma capilar en la dirección radialmente hacia dentro, no se rellena de nuevo, sino que permanece sin rellenar, lo que proporciona un fondo constante para una posible evaluación óptica posterior y evita posibles reacciones de seguimiento de las biomoléculas sobre el medio poroso.

[0118] Por lo tanto, los ejemplos de la presente divulgación ofrecen las siguientes ventajas:

- Flujo completamente controlado de un líquido humedeciendo el medio poroso a través del medio poroso en la dirección radialmente exteriormente con poco o ningún bypass sin la necesidad de un dispositivo de sellado.

- El paso está desacoplado de las propiedades del material del medio poroso, tal como, por ejemplo, la permeabilidad y fuerza capilar

- La tasa de flujo a través del medio poroso solo se controla a través de la frecuencia de rotación y el canal de resistencia al flujo limitador de paso. Por lo tanto, la tasa de flujo se puede ajustar con precisión a un nivel constante, lo que a su vez permite un ajuste preciso de los tiempos de incubación.

- El diseño del módulo de fluido para evitar los flujos de bypass alrededor de un medio poroso integrado se realiza independientemente de la viscosidad y la densidad del líquido a procesar, así como independientemente de la frecuencia de rotación utilizada

- El volumen de muestra máximo no está limitado por la capacidad de absorción del medio poroso y se puede seleccionar arbitrariamente, no se necesitan medios porosos adicionales (almohadilla de muestra, de conjugado y de residuos)

- La aplicación de líquido en el medio poroso se puede detener en cualquier momento, de modo que se pueda llevar a cabo una selección del medio poroso en reposo

- Diferentes líquidos se pueden impulsar secuencialmente a través del medio poroso sin esfuerzo adicional, por ejemplo, para la realización de pasos de lavado

- El medio poroso se puede secar mecánicamente (centrifugado), lo que proporciona un fondo homogéneo en una selección óptica, así como evita las reacciones posteriores en el medio poroso.

[0119] Ejemplos de la presente divulgación crean un módulo de fluido para la microfluídica centrífuga, para el llenado, paso y vaciado de un medio poroso integrado, expuesto con un líquido que humedece el medio poroso desde radialmente interiormente hacia fuera radialmente, que se compone de al menos una primera cámara, que está conectada a al menos una segunda cámara a través de al menos un canal de conexión. La segunda cámara contiene al menos un medio poroso. La resistencia de fluido del canal de conexión está configurada de tal manera que, bajo centrifugación, el líquido fluye a través del medio poroso, donde, bajo rotación, la tasa de flujo resultante conduce desde la primera cámara a la segunda cámara con la siguiente condición: si todo el flujo del canal de resistencia al flujo fluyera a través del medio poroso desde radialmente interiormente hacia fuera radialmente, se produciría una pérdida de presión viscosa pDarcy, que correspondería como máximo a 2 veces la presión hidrostática phi d,mem del líquido en el medio poroso, si el medio poroso se llenara con líquido a lo largo de toda la longitud radial. En un módulo de fluido de este tipo, una estructura de canal de guiado que sigue al canal de resistencia al flujo puede conducir el líquido al medio poroso. El medio poroso puede presentar muescas en la posición radialmente interior, donde la arista de muesca asciende en los puntos de corte con los dos bordes que discurren radialmente del medio poroso en la dirección radialmente interiormente (dirección de punto de corte). La estructura puede estar realizada de modo que el canal de conexión entre la primera y la segunda cámara esté realizado como elevador. Una medición de viscosidad preconectada se puede utilizar para la adaptación de la frecuencia de rotación para el procesamiento del líquido. El líquido (fase acuosa) puede representar una mezcla de reacción para una interacción (bio)química en el medio poroso.

[0120] Ejemplos de la presente divulgación se refieren, por lo tanto, a módulos de fluidos, dispositivos y procedimientos para impulsar líquidos de forma controlada a través de un medio poroso en la dirección radialmente hacia fuera. A este respecto, el objetivo es garantizar, con un esfuerzo de manipulación mínimo, el flujo de un líquido a través de un medio poroso radialmente hacia fuera y evitar o limitar un flujo alrededor del medio poroso, con el fin de obtener así el control completo de la tasa de flujo a través del medio poroso. Un paso continuo a través de un medio poroso radialmente hacia fuera conlleva claras ventajas, pero hasta ahora se consideraba como un concepto de integración incontrolable y cargado de bypass después de publicaciones y testimonios de expertos.

[0121] Como entenderán los expertos en la materia, bajo el término líquido o fase líquida como se usa aquí, en particular también incluye líquidos que contienen componentes sólidos, tales como, por ejemplo, suspensiones, muestras biológicas y reactivos.

[0122] Ejemplos de la presente divulgación se pueden aplicar en particular en el campo de la microfluídica centrífuga, en el que se trata del procesamiento de líquidos en el rango de femtolitros a mililitros. Correspondientemente, en general, en los ejemplos de la divulgación se pueden conseguir diferentes resistencias al flujo (resistencias de fluido, resistencias hidráulicas) de los respectivos canales de fluido a través de diferentes secciones transversales de circulación. En ejemplos alternativos, también se pueden lograr diferentes resistencias a la circulación por otros medios, por ejemplo, diferentes longitudes de canal, obstáculos integrados en los canales y similares. Si se indica una comparación entre las resistencias a la circulación, entonces debe partirse, a este respecto, en cada caso de la resistencia a la circulación con respecto al mismo fluido, a menos que se indique lo contrario. Cuando se hace referencia a un canal de fluido en la presente invención, significa una estructura cuya dimensión de longitud desde una entrada de fluido a una salida de fluido es mayor, por ejemplo, que más de 5 veces o que más de 10 veces más grande, que la dimensión o dimensiones que define o definen la sección transversal de circulación. Por lo tanto, un canal de fluido puede presentar una resistencia a la circulación para que se fluya a través de él desde la entrada de fluido a la salida de fluido. Por el contrario, una cámara de fluido en esta invención es una cámara que puede presentar dimensiones tales que no ocurra una resistencia a la circulación relevante en ella.

[0123] Aunque algunos aspectos de la presente divulgación se han descrito como características en el contexto de un dispositivo, está claro que dicha descripción igualmente se puede considerar como una descripción de las características de procedimiento correspondientes. Aunque se han descrito algunos aspectos como características en relación con un procedimiento, está claro que una descripción de este tipo también se puede considerar como una descripción de las características correspondientes de un dispositivo o de la funcionalidad de un dispositivo, donde cada reivindicación puede estar como un ejemplo separado propio. Mientras que cada reivindicación se puede presentar como un ejemplo separado propio, cabe señalar que aunque las reivindicaciones dependientes en las reivindicaciones se refieren a una combinación específica con una o varias otras reivindicaciones, otros ejemplos también comprenden una combinación de reivindicaciones dependientes con el objeto de cualquier otra reivindicación dependiente o una combinación de cada característica con otras reivindicaciones dependientes o independientes. Dichas combinaciones están comprendidas, a menos que se indique que no se pretende una combinación específica. Además, se pretende que también se incluya una combinación de características de una reivindicación con cualquier otra reivindicación independiente, aunque esta reivindicación no dependa directamente de la reivindicación independiente.

[0124] Los ejemplos descritos anteriormente son solo representativos de los principios de la presente divulgación. Se debe entender que las modificaciones y variaciones de las disposiciones y las particularidades descritas son evidentes para los profesionales. Por lo tanto, se pretende que la divulgación esté limitada solo por las reivindicaciones adjuntas y no por las particularidades específicas que se establecen a efectos de la descripción y explicación de los ejemplos.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para conducir un líquido a través de un medio poroso con las siguientes características: un módulo de fluido (10) giratorio alrededor de un centro de rotación (R) que presenta una cámara de fluido (12, 104, 104a - 104d) y una estructura de afluencia (14, 103, 113, 103a - 103e),

un medio poroso (16, 105, 105a - 105g) que está dispuesto en la cámara de fluido (12, 104, 104a - 104d) para permitir un flujo de líquido provocado por la fuerza centrífuga, que incide sobre una sección radialmente interior del medio poroso (16, 105, 105a - 105g), hacia una sección radialmente exterior del medio poroso (16, 105, 105a -105g), donde el medio poroso (16, 105, 105a - 105g) está distanciado con respecto al flujo lateralmente al menos parcialmente de las paredes de cámara de la cámara de fluido (12, 104, 104a - 104d), de modo que una conexión de fluido entre la sección radialmente interior del medio poroso (16, 105, 105a - 105g) y la sección radialmente exterior del medio poroso (16, 105, 105a - 105g) existe fuera del medio poroso (16, 105, 105a - 105g), que representa entre las paredes de cámara y el medio poroso (16, 105, 105a - 105g) un posible camino de bypass para una corriente de líquido no a través del medio poroso (16, 105, 105a - 105g), donde la estructura de afluencia (14, 103, 113, 103a - 103e) está configurada para limitar una afluencia de líquido provocada mediante la fuerza centrífuga hacia la sección radialmente interior del medio poroso (16, 105105a - 105g) a una tasa de flujo inicial, donde una relación entre la primera tasa de flujo y una tasa de flujo máxima posible a través del medio poroso (16, 105, 105a - 105g) no es mayor de dos.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que la estructura de afluencia (14, 103, 113, 103a - 103e) presenta al menos un canal de resistencia al flujo (103, 113, 103a - 103e) y/o al menos una boquilla, y/o al menos un medio poroso (16, 105, 105a - 105g) y/o al menos una carga a granel de cuentas, y donde la estructura de afluencia (14, 103, 113, 103a - 103e) desemboca a una distancia radial n del centro de rotación (R) en una cámara de afluencia y desemboca a una distancia radial r2 del centro de rotación (R) en la cámara de fluido (12, 104, 104a - 104d), con r < r2.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que la estructura de afluencia (103e) presenta un canal de resistencia al flujo que presenta un elevador (130) con una sección de canal radialmente ascendente (130a) y una sección de canal radialmente descendente (130b) aguas abajo de la sección de canal radialmente ascendente (130a).

4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la sección radialmente interior del medio poroso (16, 105, 105a - 105g) presenta una muesca (107, 107b, 107c) con una arista de muesca que asciende radialmente hacia los bordes laterales del medio poroso (16, 105, 105a - 105g) con respecto al flujo.

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el medio poroso (16, 105, 105a -105g) es una fase sólida para reacciones de superficie, es una fase sólida para reacciones de unión a la superficie, está impregnado con componentes reactivos y/o está impregnado con biomoléculas.

6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que varios medios porosos (105e -105g) están dispuestos radialmente hacia fuera uno detrás de otro en la cámara de fluido (104).

7. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que en la cámara de fluido (12, 104, 104a - 104d) están previstas estructuras de guiado para conducir el líquido a la sección radialmente interior del medio poroso (16, 105, 105a -105g).

8. Dispositivo según la reivindicación 7, en el que las estructuras de guiado presentan una muesca (190) en la transición de la estructura de afluencia (103) a la cámara de fluido (104), que está diseñada para conducir el líquido a la sección radialmente interior del medio poroso (105) con la ayuda de fuerzas que resultan de la tensión superficial del líquido a conducir.

9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el módulo de fluido (10) presenta una pluralidad de cámaras de fluido (104a - 104d), en las que está dispuesto respectivamente un medio poroso (105a - 105d), y una estructura de afluencia (103a - 103d) para cada cámara de fluido (104a - 104d), de modo que el líquido se puede conducir simultáneamente a través de varios medios porosos (105a - 105d), donde las estructuras de afluencia (103a - 103d) limitan los flujos a tasas de flujo iguales o diferentes.

10. Dispositivo según la reivindicación 9, en el que el módulo de fluido (10) presenta las siguientes características:

una estructura de alicuotado (150) con una pluralidad de salidas, que está diseñada para proporcionar una parte alícuota del líquido en cada salida, y

una pluralidad de cámaras de partes alícuotas (154a - 154c), cada una de las cuales está acoplada por fluido a una salida de la estructura de alicuotado (150),

donde cada una de las cámaras de fluido (104a - 104d) está conectada por fluido a través de la estructura de afluencia (103a - 103d) asociada con una cámara de partes alícuotas (154a - 154c) diferente.

11. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que además presenta al menos una de las características siguientes:

un dispositivo de regulación de temperatura (32), que está diseñado para ajustar la temperatura del módulo de fluido (10),

un dispositivo de detección (34) que está diseñado para detectar un resultado de una reacción del líquido con el medio poroso (16, 105, 105a - 105g).

12. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que presenta un accionamiento (24), que está diseñado para aplicar el giro en el módulo de fluido (10) y que además presenta un aparato (36) para detectar una información sobre la viscosidad del líquido, donde el dispositivo está diseñado para ajustar la velocidad de giro del giro dependiendo de la información detectada sobre la viscosidad, para ajustar la tasa de flujo a través de la estructura de afluencia (14, 103, 113, 103a - 103e).

13. Procedimiento para conducir un líquido a través de un medio poroso (16, 105, 105a - 105g) con las siguientes características:

facilitación de un módulo de fluido (10) giratorio alrededor de un centro de rotación (R), que presenta una cámara de fluido (12, 104, 104a - 104d) y una estructura de afluencia (14, 103, 113, 103a - 103e), donde un medio poroso (16, 105, 105a - 105g) que está dispuesto en la cámara de fluido (12, 104, 104a - 104d) para permitir un flujo de líquido provocado por la fuerza centrífuga, que incide sobre una sección radialmente interior del medio poroso (16, 105, 105a - 105g), hacia una sección radialmente exterior del medio poroso (16, 105, 105a - 105g), donde el medio poroso (16, 105, 105a - 105g) está distanciado con respecto al flujo lateralmente al menos parcialmente de las paredes de cámara de la cámara de fluido (12, 104, 104a - 104d), de modo que una conexión de fluido entre la sección radialmente interior del medio poroso (16, 105, 105a - 105g) y la sección radialmente exterior del medio poroso (16, 105, 105a - 105g) existe fuera del medio poroso (16, 105, 105a - 105g), que representa entre las paredes de cámara y el medio poroso (16, 105, 105a - 105g) un posible camino de bypass para una corriente de líquido no a través del medio poroso (16, 105, 105a - 105g), donde la estructura de afluencia (14, 103, 113, 103a - 103e) está configurada para limitar una afluencia de líquido provocada mediante la fuerza centrífuga a la sección radialmente interior del medio poroso (16, 105105a - 105g) a una tasa de flujo inicial, y donde una relación entre la primera tasa de flujo y una tasa de flujo máxima posible a través del medio poroso (16, 105, 105a - 105g) no es mayor de dos; y

giro del módulo de fluido (10) alrededor del centro de rotación (R) para provocar la afluencia del líquido a través de la estructura de afluencia (14, 103, 113, 103a - 103e) hacia la sección radialmente interior del medio poroso (16, 105, 105a - 105g) y conducir el líquido a través del medio poroso (16, 105, 105a - 105g).

14. Procedimiento según la reivindicación 13, que además presenta una detención del giro del módulo de fluido (10) para detener el flujo del líquido a través del medio poroso (16, 105, 105a - 105g), o que además presenta una conducción de varios líquidos diferentes uno tras otro a través del medio poroso (16, 105, 105a - 105g).

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 13 o 14, en el que la estructura de afluencia (103e) presenta un canal de resistencia al flujo (103e) que presenta un elevador (130) con una sección de canal radialmente ascendente (130a) y una sección de canal radialmente descendente (130b) aguas abajo de la sección de canal radialmente ascendente (130a), donde el procedimiento presenta un cambio de una frecuencia de giro del giro entre una primera frecuencia de giro y una segunda frecuencia de giro para activar un flujo del líquido a través del canal de resistencia al flujo (103e) y que además presenta una mezcla de reactivos en el líquido en una cámara de fluencia (102) que precede al canal de resistencia al flujo (103e).