MXPA01003692A - Componentes de un circuito de fluido basado en la dinamica de fluidos pasivos - Google Patents

Abstract

Se presentan métodos para controlar el flujo de fluido a través de microcanales mediante el uso de válvulas pasivas o medios de detención en los microcanales. Las válvulas pasivas actúan como barreras de presión que impiden el flujo de solución a lo largo de los medíos de detención hasta que se acumula suficiente fuerza para superar la fuerza de la barrera de presión. El uso bien planeado de tales medios de detención que actúan como válvulas pasivas permite que el flujo de fluidos a través de microcanales sea regulado para permitir que los fluidos sean mezclados o diluidos después de ser introducidos vía un solo canal, o ser separados en múltiples canales si la necesidad de ser entubados individualmente. El flujo a través de múltiples canales puede ser regulado para permitir que una serie de pozos o cámaras hermanas se llenen totalmente antes de que el fluido fluya más alláde cualquiera de los pozos o cámaras hermanas. El llenado de los pozos o cámaras hermanas de esta manera permite que todos los pozos o cámaras experimenten reacciones al unísono. También se presenta el uso de conductos de aire para prevenir que se atrape aire en los microcanales.

Description

COMPONENTES DE UN CIRCUITO DE FLUIDO BASADO EN LA DINÁMICA DE FLUIDOS PASIVOS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El movimiento de fluidos a través de canales a microescala tiene implicaciones importantes en un número de tecnologías. Por ejemplo, en el campo de la biología molecular, las reacciones en cadena - de la polimerasa (PCR) han sido efectuadas en un microcircuito integrado que contiene canales de flujo microfabricados (Patentes Estadounidenses 5,498,392; 5,587,128; 5,726,026). En el campo de la electrónica, las impresoras de chorro de tinta térmicas utilizan cabezas de impresión con microcanales a través de los cuales la tinta debe fluir en una forma bien controlada (Patente Estadounidense 5,119,116). El control apropiado de fluidos a través de microcanales ha sido un desafío, con las microdimensiones impartiendo dificultades no encontradas a escalas mayores. Las publicaciones y otros materiales utilizados aquí para ilustrar los antecedentes de la invención y proporcionar detalles adicionales con respecto a la práctica, se incorporan como referencia, y por conveniencia se agruparon respectivamente en la Lista de Referencias anexa. Los efectos superficiales describen el carácter de una superficie a microescala. Los materiales con frecuencia Ref: 128589 tienen electrones no unidos, moléculas polares expuestas, u otras características a nivel molecular que generan una carga superficial o características de reactividad. Debido al escalamiento esos efectos superficiales o fuerzas superficiales son sustancialmente más pronunciados en las microestructuras de lo que son en dispositivos de tamaño tradicional. Esto es particularmente cierto en sistemas que manejan fluidos a microescala, donde la dinámica del movimiento del fluido es gobernada por presiones externas y por atracciones entre líquidos y los materiales a través de los cuales están fluyendo. Este hecho puede ser utilizado para fabricar estructuras únicas que funcionen debido a esas fuerzas superficiales. Esta invención trata con el control pasivo de los fluidos dentro de un circuito microfluídico. El control pasivo es generado utilizando las fuerzas naturales que existen a microescala, especialmente la capilaridad, la cual es causada por la atracción o repulsión de un fluido hacia ciertos materiales. El propósito es detener el flujo de fluido a lo largo de una trayectoria en un circuito hasta que se genere suficiente presión para empujar el fluido a lo largo de los medios de detención, o hasta que los medios de detención sean en sí removidos o se vuelvan insignificantes. La presión que es generada debido a los medios de detención puede ser utilizada para mover fluido a través de un circuito de alguna manera creativa, o para retener el fluido en un lugar específico. La capilaridad usualmente es representada por la ecuación h=2sg:Lcos (?c) /grp, la cual describe la altura (o profundidad, h, de un fluido dentro de un tubo capilar comparado con el nivel de fluido fuera del tubo capilar. ?c, o el ángulo de contacto del fluido con el material del tubo capilar, gobierna si el fluido en el tubo está por encima o por debajo del nivel del fluido fuera del tubo. Si el ángulo de contacto del material del tubo capilar, con respecto al fluido, es menos de 90°, el material es considerado hidrofílico (amante del agua) . Si el ángulo de contacto del material del tubo, con respecto al fluido, es mayor de 90°, el material es considerado hidrofóbico (con fobia al agua) . sg? representa la tensión .superficial del fluido con respecto al ambiente (usualmente aire) (milijoules/m~) , g es la constante gravitacional (m/s2) , r es el radio del tubo capilar (m) , y p es la densidad del fluido (kg/m3). Las Figuras 1A-C ilustran el concepto de hidrofilicidad e hidrofobicidad. La Figura ÍA ilustra ?c . sgs es la tensión superficial entre un gas y un sólido, ss? es la tensión superficial entre un sólido y un líquido, y sg? es la tensión superficial entre un gas y un líquido. sgs = s«,L + sgscos (?c) . ?c (el ángulo está en grados) para el agua sobre varios materiales a aproximadamente a 20*C se muestran en la Tabla 1. La Figura IB ilustra que la tubería hidrofílica, tal como el vidrio, jala agua hacia el tubo. La Figura 1C es similar a la Figura IB pero ilustra que el uso de tubería hidrofóbica (tal como el Teflon©) empuja agua fuera del tubo.

Tabla 1 ?c para Materiales Seleccionados El término pgh, de la ecuación para la capilaridad, algunas veces es referido como la carga hidrostática debida a la presión de un fluido, P(Pa). Reescribiendo la ecuación de capilaridad con respecto a P da P (2sg?cos (?c) /r . Para afectar a los medios de detención sg?, ?c, r, o una combinación de cualquiera de los tres, necesita cambiar de un lado de los medios de detención al otro. Esto generará una barrera de presión, la cual hace que el fluido se detenga hasta que la barrera de presión sea superada o removida. Por ejemplo, si el radio de un canal fuese cambiado para afectar a los medios de detención, la ecuación que describe la presión requerida para empujar a lo largo de los medios de detención estaría dada por ?P=2sg?Cos (?c) / (l/r?-l/r2) , donde ri, es el radio del canal antes de los medios de detención y r es el radio del canal después de los medios de detención. Esta ecuación es una simplificación del sistema físico que puede estar presente. Un modelo verdadero tomaría en consideración las geometrías de canal reales y otras características físicas/químicas . La Figura ID ilustra un cambio en el radio del canal. Un canal de radio a cambia abruptamente a un canal de un radio más pequeño b. El canal de radio b nuevamente cambia abruptamente al canal más grande de radio a. Si el material fuera hidrofílico los medios de detención estarían en el punto donde el radio del canal se incrementa en tamaño. En este caso rx estaría dado por b y r2 estaría dado por a. Esto generaría un valor positivo para ?P, debido a que el coseno de los ángulos entre 0 y 90 grados (el ángulo de contacto del material) es positivo. Una ?P positiva sugiere una barrera de presión. Si el material fuera hidrofóbico los medios de detención estarían en el punto donde el canal disminuye en tamaño. En este caso ri estaría dado por a y r2 por b . Un valor del coseno negativo, debido a un ángulo de contacto mayor de 90 grados, sería multiplicado por un término negativo (l/r?-l/r2), dando como resultado una ?P positiva, o una barrera de presión. Sí el ángulo de contacto di material fuera a cambiar, tal como un canal hidrofílico que tiene una región hidrofóbica, esto también puede proporcionar medios de detención. Esta situación sería caracterizada por la ecuación ?P=2sg? [cos (?c?) -cos (TC2) ] /r, donde ?c? es el ángulo de contacto del material antes de los medios de detención (hidrofílicos) y ?c es el ángulo de contacto del material después de los medios de detención (hidrofóbicos) . Un coseno negativo de ?c2 daría como resultando una ?P positiva, significando una barrera de presión. Un cambio en la tensión superficial de un fluido que fluye a través de un circuito microfluídico, tal como recubriendo las paredes del canal con sales o tensoactivos absorbibles, podría también generar medios de detención. La ecuación que describe tal barrera de presión estaría dada por ?P=2cos (?c) (sgn-sg?2) /r, donde sgn es la tensión superficial de un fluido antes de los medios de detención y sg?2 es la tensión superficial de un fluido después de los medios de detención. En un material hidrofóbico sería necesario incrementar la tensión superficial a través de los medios de detención para crear una barrera de presión. Esta invención trata con ' el control pasivo de fluidos a través de canales microfluídicos utilizando los medios de detención descritos en los párrafos anteriores. De manera más específica, los medios de detención derivados reduciendo el radio o al área de flujo de sección transversal, de un canal de flujo que contiene fluidos acuosos, o polares, en un material hidrofóbico, o un material recubierto con una película hidrofóbica. También está abarcado el control de fluidos no polares dentro de un material hidrofílico o un material que haya sido recubierto con una película hidrofílica. Un canal corto estrecho, o restringido, con esas características puede actuar como una válvula pasiva. Puede utilizarse una variedad de combinaciones de material de canal y combinaciones de fluido para lograr el efecto deseado de controlar el flujo de fluido vía el uso de restricciones o estrechamientos dentro de los microcanales para actuar como válvulas. Los siguientes son algunos ejemplos de tales combinaciones útiles: (A) PTFE (Teflon© o politetrafluoroetileno) FEP (fluoruro de etilenpropileno) , PFA (perfluoroalcoxi alcano) o PVDF (polivinilideno flurado) como el material del canal y soluciones polares tales como el agua, solución salina o soluciones amortiguadoras que no posean un porcentaje significativo de tensoactivos, siendo este porcentaje conocido fácilmente determinado por un experto en la técnica. (B) Metales, vidrio, PMMA (polimetilmetacrilato) , policarbonato, Nylon 6/12 o PVC (cloruro de polivinilo) como el material del canal y soluciones no polares tales como el hexano, heptano, tolueno o benceno. (C) PTFE, FEP, PFA o PVDF como el material del canal con un recubrimiento hidrofílico tal como el ElastophilicMR y soluciones no polares tales como aquéllas mencionadas en (B) . (D) Metales, vidrio, PMMA, policarbonato, Nylon 6/12 o PVC como el material del canal con un recubrimiento hidrofóbico tal como el Teflon© y soluciones polares tales como aquellas mencionadas en (A) . El valvulaje depende del hecho de que el flujo en desarrollo de una corriente de fluido requiere presión, o trabajo, o energía extra, para desplazarse a través de medios de detención, por lo que sería, por lo tanto, preferible tomar una trayectoria de menos resistencia o detención en conjunto hasta que se acumule suficiente presión que fuerce al fluido a través de los medios de detención. El flujo en desarrollo se define como una corriente de fluido que avanza que posee una interfaz de solución y aire o algún otro gas en movimiento. El punto de interconexión se define como el menisco. Otras características del flujo en desarrollo es que las superficies de la cámara de fluido en la parte frontal de, o corriente abajo de, el menisco de avance no se alojan significativamente con el fluido que está fluyendo. El flujo establecido, por otro lado, es donde no existe el menisco de movimiento y donde todas las superficies de los canales de flujo están significativamente mojadas. El alcance de esta invención es el uso de varios medios detención que están diseñados para controlar el flujo de fluido en una red de canales de fluido. De manera más específica esta invención detalla el uso de restricciones cortas, o estrechamientos del canal de fluido, diseñados para controlar el flujo de fluido en una red de canales de fluido hidrofóbicos. El estrechamiento de la restricción, y su longitud, dependen del tipo y grado de control de fluido que se requiera. De manera general, sin embargo, únicamente es deseable una restricción corta, de modo que la restricción en sí no afecte significativamente el flujo establecido en el canal una vez que quede establecido.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención describe medios para controlar el flujo de fluidos a través de microcanales en una forma que permite mezclar o diluir los fluidos y/o la separación de los fluidos o un fluido en varios canales para un procesamiento múltiples. También describe varios medios para consolidar o combinar varias muestras o canales en un número menor de muestras o canales, y el uso de canales de escape de aire y medios de detención para facilitar el procesamiento de fluido complicado. El flujo de fluido a través de microcanales es controlado principalmente por restricciones o estrechamientos colocados para ese propósito en los canales, por ejemplo, por micromaquinación. Esas restricciones o estrechamientos actúan como válvulas. A diferencia de las válvulas las cuales requieren partes móviles, las restricciones o estrechamientos pueden ser estáticos y su función no depende de su movimiento. El flujo de fluido a través de los microcanales también puede ser controlado cambiando el ángulo de contacto o la tensión superficial, por ejemplo, incluyendo películas o sales o tensoactivos o por un parche hidrofóbico en un canal en otras circunstancias hidrofílico.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Las Figuras 1A-D ilustran el concepto de hidroficidad e hidrofobicidad. La Figura ÍA muestra la relación entre s (tensión superficial) y ?c (el ángulo de contacto entre el menisco del fluido y la pared de un canal) . La Figura IB ilustra el menisco formado cuando la tubería hidrofílica jala agua hacia ésta. La Figura 1C ilustra el menisco formado cuando una tubería hidrofóbica empuja agua lejos de la tubería. La figura ID ilustra un estrechamiento de canal para controlar pasivamente fluidos en materiales hidrofóbicos o hidrofílicos. Las Figuras 2A-J ilustran un método para mezclar dos fluido juntos utilizando sistema de bifurcación de microcanales que se unen juntos. Los canales incluyen medios de detención en los puntos "a" y "b" para controlar el flujo de fluido. Ambos fluidos entran en serie a través de un solo canal común y se mezclan después del punto "b". Las Figuras 2E-J ilustran la estructura de los medios de detención y la posición del fluido en los medios de detención, ya sea que los medios de detención sean una restricción hidrofóbica, restricción hidrofílica, un parche hidrofóbico o un parche de sal . Las Figuras 3A-G ilustran un método para dividir un fluido en una serie de canales hijos. El drenado de todos los pozos o cámaras hermanas antes de que el fluido fluya más allá de los pozos o cámaras es controlado por medios de detención en el extremo lejano de cada pozo o cámara. Las Figuras 3E-G ilustran una configuración diferente de los medios de detención, dependiendo de cual tipo esté siendo empleado . Las Figura 4A-G ilustran la presencia de aire o un gas, el cual puede ser atrapado en una serie de microcanales hidrofóbicos y el uso de un orificio de ventilación para permitir que el aire o gas escape, previniendo a la vez el fluido a través del orificio de ventilación. Las Figuras 4E-G ilustran medios de detención alternativos que permiten que el aire escape si los canales de fluido no son hidrofóbicos. Las Figuras 5A-D ilustran un método de canal estrecho de dos fluidos, para consolidar el fluido de múltiples canales en una cámara. La Figura 6 ilustra un método de canal estrecha, de dos fluidos, para consolidar el fluido de múltiples canales en una cámara, donde múltiples estrechamientos que conectan los canales conectan los medios de detención de cada una de las múltiples cámaras con la cámara de consolidación. Las Figuras 7A-D ilustran el concepto de utilizar orificios de ventilación de escape de aire en conjunto con cada uno de los dos canales, donde cada uno de los dos canales comprende medios de detención.

Las Figuras 8A-C ilustran el uso de orificios para permitir la introducción de aire, otro gas, o un segundo fluido a ser introducido para forzar los fluidos a lo largo de los medios de detención. Las Figuras 9A-D ilustran un método de desplazamiento físico con el cual se aplica presión a una región flexible de un circuito, forzando por lo tanto el fluido en el circuito a moverse. Las Figuras 10A-C ilustran tres versiones de un circuito de consolidación Las Figuras HA-E ilustran la combinación de medios de detención y orificios de ventilación de escape de aire para permitir que el fluido evite una sección del circuito del fluido particular. La región evitada puede ser posteriormente perfundida por medios de detención corriente abajo que generan una contrapresión suficiente para superar los medios de detención originales que previnieron el flujo hacia la región no perfundida.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención es un método para usar medios de detención pasivos en microcanales para controlar el flujo de fluido a través de los microcanales. Un microcanal se define aqu-í como un canal que tiene un diámetro de 0.1 a 1000 micrones. Se toma ventaja de los efectos superficiales entre un fluido y las paredes del recipiente que contiene el fluido. Esos efectos superficiales entran en juego a microescala. Los medios de detención están diseñados para impedir el flujo de fluido bajo ciertas condiciones, permitiendo por lo tanto el control del fluido. Esos medios de detención actúan como válvulas pasivas debido a que regulan el flujo de fluido pero no se mueven. Un ejemplo del efecto de fuerzas superficiales es la capilaridad. La capilaridad, o acción capilar, es demostrada cuando el agua es jalada hacia un tubo capilar de vidrio abierto sin que sea aplicada ninguna presión externa. Esto es causado por las fuerzas de tensión superficial entre el agua y la superficie de vidrio, la cual jala el agua hacia el tubo capilar. A más estrecho el tubo capilar mayor el efecto de la fuerza que jala el agua hacia el tubo. Un parámetro físico que caracteriza la magnitud de la fuerza capilar es el ángulo de contacto entre el agua y el vidrio. Para ángulos de contacto menores de 90°, el material, por ejemplo, vidrio es considerado hidrofílico y el agua es jalada hacia el tubo. Cuando el material tiene un ángulo de contacto mayor de 90° se considera hidrofóbico. En el caso hidrofóbico se requiere presión extra para empujar agua hacia un tubo abierto. A más estrecho el tubo mayor la fuerza que se requiere. Sin embargo, ambos casos, una vez que el agua ha sido introducida en el tubo las velocidades de flujo del agua dependen más de gradientes de presión y fricción y menos de si el material es hidrofóbico o hidrofílico. Los medios de detención se generan alterando el carácter de un microcanal de tal manera que se genere una barrera de presión. Una barrera de presión se hace creando un cambio abrupto en la fuerza capilar que experimenta un fluido mientras fluye a través de un microcanal. Un cambio abrupto en la fuerza capilar puede efectuarse cambiando el diámetro del microcanal a través del cual el fluido está fluyendo, cambiando el ángulo de contacto del material del microcanal, o cambiando la tensión superficial del fluido que fluye, o por una combinación de esos métodos. En un material hidrofóbico una barrera de presión puede ser generada haciendo disminuir el diámetro del canal de flujo. Esta restricción (un estrechamiento) deberá ser suficiente para hacer que el fluido fluya en canales alternos que tengan un diámetro mayor que los medios de restricción. Un estrechamiento de un canal puede ser efectuado por diferentes medios. Por ejemplo, un canal de diámetro en otras circunstancias constante puede tener un resalto o reborde en uno o más puntos que cause un estrechamiento justo en aquellos puntos. Otra alternativa es un canal de un diámetro que se estrecha súbitamente hasta un canal de un diámetro menor, es decir, un estrechamiento de canal ancho a un canal menos ancho. La magnitud de la barrera de presión que es generada es proporcional al estrechamiento de la restricción comparada con el estrechamiento del canal antes de la restricción. Una restricción corta tendrá un efecto mínimo sobre el flujo de fluido una vez que el flujo se establezca a través de la restricción. Se prefiere que la restricción sea de 1-1000 µm de longitud, de manera más preferible 5-500 µm de longitud, y de manera más preferible 10-300 µm de longitud. En un material hidrofílico una barrera de presión puede ser generada por una restricción de canal, de manera similar al método descrito para un material hidrofóbico. Sin embargo, en este caso el fluido no deseará salir de una restricción, debido a las fuerzas capilares que lo están reteniendo allí. La magnitud de la barrera de presión que es generada es proporcional al estrechamiento de la restricción comparada con el estrechamiento del canal después de la restricción. Una restricción corta tendrá un efecto mínimo sobre el flujo de fluido una vez que el flujo se establezca a través de la restricción. También, en un material hidrofílico, una barrera de presión puede ser generada cambiando el ángulo de contacto del canal de flujo. Las técnicas de microfabricación, por ejemplo, permiten la aplicación precisa de películas delgadas de varios materiales que tienen una amplia gama de ángulos de contacto. La magnitud de la barrera de presión es proporcional a la diferencia de los cosenos de los ángulos de contacto de los materiales que comprenden los medios de detención . Los medios de detención también pueden ser generados cambiando la tensión superficial del fluido dentro del microcanal. Esto, también, podría ser realizado utilizando técnicas de microfabricación para depositar películas delgadas de varias sales o tensoactivos que sean absorbidas en el fluido. La magnitud de la barrera de presión que es generada es proporcional a la diferencia en las tensiones superficiales del fluido sobre cada lado de los medios de detención. Es ventajoso utilizar la dinámica de fluidos pasivos para controlar el flujo de fluido en los microcanales o conjuntos de microcanales. Por ejemplo, si dos canales hijos se ramifican de un canal principal, los medios de detención en uno de los canales pueden alentar el flujo del fluido en el canal sin medios de detención. Sin embargo, una vez que el fluido ha empujado a lo largo de los medios de detención, los medios de detención, si están diseñados apropiadamente, deberán tener un efecto despreciable sobre el flujo establecido dentro de los canales. En este caso los medios de detención actúan como una válvula pasiva.

El uso de microcanales puede ser incorporado en una variedad de técnicas, por ejemplo, dirigiendo una muestra en múltiples cámaras o muestras o combinación o mezclado de múltiples muestras juntas. Pueden diseñarse muchas variaciones de las configuraciones de los microcanales para una necesidad particular, los siguientes ejemplos ilustran algunos de los diseños que son muy útiles.

Ejemplo 1 Uso de Válvulas Pasivas en Microcanales para Mezclar Muestras Las Figuras 2A-J muestran el uso de medios de detención en microcanales para regular el flujo de fluido a través de los canales. En la Figura 2A, el fluido en el canal principal encuentra medios de detención "a" que hacen que el flujo sea desviado hacia el canal 2. En la Figura 2B, el fluido en el canal 2 se encuentra medios de detención "b" los cuales tienen una barrera de presión mayor que los medios de detención "a". Como resultado, el flujo de fluido es detenido por los medios de detención "b" y el fluido es forzado a lo largo de los medios de detención "a" hacia el "canal 1. La Figura 2C ilustra el fluido en el canal 1 en el punto en el tiempo en el cual alcanza los medios de detención "b". Esto produce la humectación de todas las superficies sobre todos los lados de los medios de detención "b". El menisco que ha estado presente en los medios de detención "b" desaparece por lo tanto, permitiendo que el fluido pase libremente por los medios de detención "b" . En la Figura 2D, el flujo procede en ambos canales 1 y 2 sin obstrucción. Este ejemplo mostrado en las Figuras 2A-J muestra un método mediante el cual los fluidos pueden ser mezclados después de su inserción en un conjunto de microcanales vía un solo microcanal. El ejemplo muestra un primer fluido insertado primero en un canal principal. Una cantidad medida precisamente de este primer fluido puede ser insertada en el canal principal. Después de la inserción del primer fluido, es insertado un segundo fluido en el canal principal detrás del primer fluido. Este segundo fluido fuerza al primer fluido a lo largo del canal principal hasta que son alcanzados los medios de detención "a". El primer fluido es forzado por estos medios de detención hacia el canal 2. Una vez que el canal 2 es llenado y el primer fluido alcanza los medios de detención "b", el flujo a través del canal 2 se detiene debido a que los medios de detención "b" tienen una barrera de presión mayor que los medios de detención "a". La fuerza del fluido en el canal principal fuerza entonces el segundo fluido (todo el primer fluido en este ejemplo ha entrado en el canal 2) a lo largo de los medios de detención "a". Cuando el segundo fluido alcanza el punto de los medios de detención "b" la barrera de presión de los medios de detención "b" es superada debido a la humectación de ambos lados de los medios de detención "b" y la remoción del menisco que se ha formado originalmente en este punto. En este punto el fluido fluirá a través de los canales 1 y 2 de acuerdo a sus impedancias respectivas, y el primer fluido que estaba en el canal 2 se mezclarán con el segundo fluido el cual estaba en el canal 1, este mezclado ocurre en un canal 1 después de los medios de detención "b". La Figura 2E ilustra la geometría y posición del fluido detenido si los medios de detención "a" fueran de una restricción hidrofóbica. La Figura 2F ilustra la geometría y posición del fluido detenido si los medios de detención "b" fueran de una restricción hidrofóbica. La Figura 2G ilustra la geometría y posición del fluido detenido si los medios de detención "a" fueran de una restricción hidrofílica. La Figura 2H ilustra la geometría y posición del fluido detenido si los medios de detención "b" fueran de una restricción hidrofílica. La Figura 21 ilustra la geometría y posición del fluido detenido si los medios de detención "a" fueran de un parche hidrofóbico o una película de sal. La Figura 2J ilustra la geometría y posición del fluido detenido si los medios de detención "b" fueran de un parche hidrofóbico de mayor ángulo de contacto que el "a", o una película de sal que genere una tensión superficial mayor en el fluido que la de "a". El ejemplo de mezclar fluidos como se ilustra en las Figuras A-J es un modelo muy simple. Podrían ser utilizados modelos más complejos en los cuales están implicados más canales para mezclar más de dos fluidos juntos o para mezclar dos fluidos en un punto en el tiempo y otros fluidos en puntos en el tiempo posteriores, por ejemplo, teniendo bifurcaciones similares al canal 2 más lejos corriente abajo. Los fluidos que son insertados en el canal principal pueden ser insertados por varios medios. El canal principal puede abarcar un solo orificio en cual todos los fluidos son insertados o puede abarcar múltiples orificios a través de los cuales el fluido puede ser insertado. El volumen de los fluidos insertados puede ser igualado con los volúmenes de los canales para producir un llenado preciso de los canales y el mezclado apropiado de los fluidos.

Ejemplo 2 Llenado de Múltiples Canales o Cámaras con un Solo Fluido Otro ejemplo de utilización de válvulas pasivas es en una red de canales hijos paralelos que fluyen a través de un conjunto de pozos o cámaras paralelas. La meta en este caso es para un fluido o muestra a ser distribuida uniformemente a través de todos los canales, y para llenar simultáneamente todos los pozos o cámaras y para que el fluido en los pozos o cámaras se detenga en los pozos o cámaras y no continúe fluyendo hacia el canal externo del pozo o la cámara hasta que se desee. Una vez que se desee que el fluido continúe fluyendo, se desea que el fluido fluya igualmente más hacia abajo del circuito de fluido, e igualmente hacia otro conjunto de cámaras o pozos, si están presentes. Esto se efectúa automáticamente debido a la dinámica de fluidos pasivos. Cuando el fluido en un canal principal fluye hacía los canales hijos paralelos y los pozos o cámaras, las imperfecciones en las paredes del canal alentarán el incremento del flujo en un canal sobre otro. El canal con incremento de flujo alcanzará el pozo o cámara y la llenará antes de que sus pozos o cámaras hermanas sean llenadas. Sin embargo, los medios de detención localizados en puntos estratégicos en los canales hijos de ramificación permitirán al fluido llenar los canales de ramificación y capturarlo y detenerlo en cada generación de los medios de detención antes de proceder más hacia abajo del circuito de fluido. Cada generación de medios de detención necesitará tener una barrera de presión mayor que la generación previa, para asegurar que el fluido no pase medios de detención en una ramificación o bifurcación sin primero capturar esa generación de medios de detención en todas las bifurcaciones. Para asegurar que cada pozo o cámara sea igualmente llenada los pozos o canales está diseñados con medios de detención en sus salidas. Debido a que requiere mayor presión para que el fluido en el pozo o cámara llenada se desplace a través de los medios de detención, el incremento de la presión que es generado empujará el fluido en los canales restantes para hacer que superen cualquier pequeña imperfección de la pared y capturar el fluido que ya está en el pozo o cámara. En consecuencia, los medios de detección actúan como una válvula pasiva que permite una división uniforme del fluido de un solo canal en varios canales hijos. También permite que una muestra específica de un canal principal sea distribuido uniformemente a través de una red de canales. Las estructuras relativas de los medios de detención dependerán de los materiales, el fluido, y la presión que se requiera para empujar el fluido a lo largo de cualesquier imperfecciones y hacia todos los canales, pozos o cámaras. Las Figuras 3A-G ilustran el efecto de las imperfecciones en los microcanales y el uso de medios de detención para superar los problemas que podrían haber sido causados por las imperfecciones. También ilustra como una muestra en el canal principal puede ser distribuida uniformemente a través de múltiples canales hijos. En la Figura 3A el fluido en una bifurcación o ramificación encuentra menos fricción y se desplaza más allá que el fluido en otra ramificación o bifurcación, pero se detiene en la primera generación de medios de detención. La Figura 3B ilustra la distribución de un fluido y muestra cuando el fluido en un conjunto de bifurcaciones o ramificaciones alcanza la segunda generación de medios de detención. La Figura 3C muestra que los medios de detención en la salida de los pozos o cámaras permite que todas las cámaras sean llenadas, cuando la contrapresión generada por esos medios de detención hace que el fluido en todas las bifurcaciones o ramificaciones empuje a lo largo de cualesquier medios de detención previos y llene las cámaras igualmente. La Figura 3D muestra que una vez que todos los pozos o cámaras son llenadas, y el procesamiento deseado en los pozos o cámaras se ha completado, el fluido puede ser empujado hacia fuera de los pozos o cámaras, a través de los canales de salida, y más abajo del circuito de fluido hasta que sea encontrada la siguiente generación de medios de detención. En la Figura 3A- D el fluido oscuro es una mezcla y el fluido más claro es el fluido del sistema. Las marcas en el fondo de cada Figura representan las posiciones de varias generaciones de medios de detención. La Figura 3E muestra la geometría y posición del fluido detenido si los medios de detención fueran de una restricción hidrofóbica. La Figura 3F ilustra la geometría y posición del fluido detenido si los medios de detención fueran de una restricción hidrofílica. La Figura 3G ilustra la geometría y posición del fluido detenido si los medios de detención fueran de un parche hidrofóbico o una película de sal . También está claro a un experto en la técnica que el aparato mostrado en las Figuras 3A-G no necesita limitarse a 8 pozos o cámaras, dado que podrían estar presentes mucho más pozos o cámaras. Además, no existe necesidad de que los pozos o cámaras sean todos del mismo tamaño. Esto hace la división de una sola muestra inyectada en un punto "a" en muchos pozos o cámaras separadas un aspecto muy simple. Muchos pozos o cámaras de reacción pueden ser llenados sin la necesidad de entubar individualmente en cada pozo o cámara. En lugar de que la muestra sea simplemente insertada en el aparato en el punto "a" y los microcanales y fuerzas físicas implicadas den como resultado el llenado de todos los pozos o cámaras.

Ejemplo 3 Uso de un conducto de Aire en un Circuito Microfluídico Otra aplicación de los medios de detención es la de un conducto de escape de aire. En un material hidrofóbico que utiliza un canal estrecho como medios de detención toma una considerable cantidad de presión para forzar el fluido hacia un canal o conducto extremadamente pequeño (del orden de unos cuantos micrones de diámetro) . Debido a que esta agua fluirá fácilmente por tal conducto y continuará hacia abajo hacia el canal, ésta está dentro y no entra al conducto. El aire, por otro lado, no tendrá dificultad en moverse a través del conducto si su trayectoria en el fluido es restringida. Este hecho permite un método para liberar burbujas de aire que puedan quedar atrapadas dentro de un canal de fluido. Un conducto de escape de aire similar puede ser fabricado en materiales hidrofílicos utilizando una restricción y a continuación ampliando el canal, o utilizando un parche hidrofóbico o de sal . La Figura 4A muestra el desplazamiento del fluido hacia abajo, hacia dos canales que se unen juntos. La Figura 4B muestra el fluido en el canal inferior que alcanza la intersección antes que el fluido en el canal inferior. En tal caso será atrapada una burbuja de aire en el fluido en el canal superior y evitará que el fluido en ese canal se desplace aún más. La Figura 4C ilustra como puede ser superado esto por la adición de un conducto de escape de aire. En este caso, el fluido en el canal superior puede continuar fluyendo a medida que la burbuja de aire se desplace hacia fuera del canal hacia el conducto de aire. En esta ilustración el conducto de aire está representado por un canal estrecho largo, lo que puede ser indicativo de medios de detención en un material hidrofóbico. La Figura 4D ilustra el fluido en ambos canales combinándose en un solo canal y continuando desplazándose hacia abajo del circuito de fluido. La Figura 4E ilustra la geometría y posición del fluido detenido si los medios de detención fueran de una restricción hidrofóbica, en lugar de un canal estrecho, largo, hidrofóbico. La Figura 4F ilustra la geometría y posición del fluido detenido si los medios de detención fueran de una restricción hidrofílica . La Figura 4G ilustra la geomet ría y posición del fluido detenido si los medios de detención fueran de un parche hidrofóbico o una película de sal . Otra aplicación de un conducto de escape de aire es permitir que el aire escape de un circuito fluídico con fluido llene el circuito . Esto usualmente se hace haciendo conductos de escape de aire en el punto final en un circuito de fluido, lo cual permitiría que el aire escape del sistema cerrado . La utilización de los conductos de escape de aire se describe en las Figuras 5A-D, Figura 6, Figuras 8A-C, y Figuras 10A-C las cuales se describen con mayor detalle en los siguientes ejemplos .

Ejemplo 4 Consolidación de Fluidos La consolidación es el caso donde el contenido de dos o más canales o pozos es combinado en un número menor de canales o pozos. Un ejemplo sería cuando se efectúan cuatro reacciones de secuenciamiento de ácido nucleico separadas y a continuación se desee combinar las cuatro reacciones en un solo pozo para correrse sobre un gel u otro dispositivo analítico. En este ejemplo se exponen cuatro métodos de consolidación un tanto diferentes.

A) Método de Canal Estrecho con Dos Fluidos Este método utiliza fluidos con un fluido más viscoso siendo utilizado para forzar un fluido menos viscoso a través de microcanales hacia una cámara o pozo para combinar el fluido menos viscoso de múltiples cámaras o pozos en un menor número de cámaras o pozos. Este método es ilustrado por las Figuras 5A-D. El canal o pozos a ser unidos son llenados con un fluido. La salida de los pozos o canales contiene medios de detención utilizados para contener el fluido en ese punto en el circuito de fluido. En algún punto corriente arriba existe un segundo fluido que es más viscoso que el primero. Existen canales estrechos que conectan los medios de detención de los canales o pozos al punto de unión. El primer fluido es detenido en los medios de detención (Figura 5A) . Conforme el segundo fluido viscoso avanza en el canal, forzará al primer fluido a través de los medios de detención en el canal estrecho y en el punto de unión o cámara de consolidación (Figura 5B) . Cuando el segundo fluido alcanza los medios de detención no se detiene debido a que el menisco del fluido desapareció. Sin embargo, la presión requerida para forzar la solución más viscosa a través del canal más estrecho es utilizada en su lugar para empujar el primer fluido en un canal vecino hacia el punto de unión (Figura, 5C) . Este proceso se repite hasta que todos los pozos o canales son vaciados del primer fluido y se detiene el bombeo (Figura 5D) . Las Figuras 3E-G ilustran las posibles geometrías y posiciones del fluido detenido si los medios de detención en la salida en los canales o pozos fueron de una restricción hidrofóbica, una restricción hidrofílica, o un parche hidrofóbico o película de sal, respectivamente. Si el material fuera hidrofóbico, únicamente sería necesario un canal estrecho largo, en lugar de ambas de una restricción y a continuación un canal estrecho largo. La utilización de conductos de escape de aire en la cámara de consolidación sería similar a aquélla descrita en el Ejemplo 3 y las Figuras 4E-G. Puesto que los canales de conexión estrechos son muy similares existe una alta probabilidad de que sean obstruidos por partículas pequeñas. Para reducir este riesgo pueden hacerse canales redundantes. Esto es ilustrado por la Figura 6. Esto ayudará a asegurar la probabilidad de que esté presente un canal abierto para permitir la consolidación apropiada.

B) Canal de Unión con Restricción y Método de Ventilación de Escape de Aire El concepto de tener un orificio de ventilación de escape de aire para permitir la liberación de lo que normalmente sería una burbuja atrapada se describió anteriormente en el Ejemplo 3. Aquí se muestra una variación en un método de consolidación, donde están presentes medios de detención (véanse las Figuras 7A-D) . La Figura 7A muestra dos fluidos, cada uno entrando a un canal. Cada canal tiene medios de detención en el punto donde los dos canales a la izquierda se unen para convertirse en un solo canal. Esto permite que el fluido en ambos canales sea capturado en sí en el punto donde los canales se unen (Figura 7C) . La presencia de un orificio de ventilación de aire en cada uno de los dos canales iniciales asegura que ningún canal tendrá un cierre de aire y ambos avanzarán hacia la región de unión. Una vez que el fluido rompe a través de sus medios de detención mojará la otra superficie de los medios de detención en el canal vecino, eliminando su menisco. Esto permitirá que ambos fluidos fluyan hacia el canal de unión y se mezclen juntos (Figura 7D) . La estructura y posición del fluido en los medios de detención y sus conductos de escape de aire ha sido mostrado en las Figuras 2E-J y 4E-G.

C) Método de Desplazamiento de Aire Otro método de consolidación requiere el uso de orificios de que provienen de una tercera dimensión, por ejemplo, de arriba o de abajo. Los orificios poseen medios de detención en su punto de conexión al canal de fluido de modo que, bajo presiones de operación normales, el fluido no fluirá hacia ellos. El fluido fluye hacia los pozos o canales y es detenido en un lugar conocido debido al uso de medios de detención (Figura 8A, existen medios de detención a la derecha de cada uno de los cuatro pozos iniciales entre cada pozo y el microcanal de salida) . El aire u otro gas es empujado a través de los orificios (que aparece como orificios a la izquierda de los cuatro pozos iniciales en las Figuras 8A-C) hacia los canales de fluido. El aire desplazará el fluido corriente abajo a lo largo de los medios de detención (Figura 8B) , y en este caso, hacia el pozo de consolidación (Figura 8C) . Los conductos de escape de aire en el pozo de consolidación permiten que el aire desplazado salga del sistema, de modo que el fluido pueda llenar el pozo de consolidación. Un segundo fluido, además del aire, podría también ser empujado a través de los orificios y utilizado para desplazar volúmenes del pozo hacia la cámara de consolidación.

D) Método de Desplazamiento Físico Este método también requiere el uso de una tercera dimensión. En este caso una porción, de manera preferible la parte superior o la parte inferior, del circuito de fluido se hace de modo que sea flexible en el punto donde ocurre el desplazamiento físico. La placa superior o inferior tiene una abertura que puede permitir que los medios de desplazamiento comprendan el circuito de fluido flexible para empujar el fluido más corriente abajo. Estos medios de desplazamiento pueden ser un fluido tal como el agua, un gas tal como el aire, o un obturador de algún tipo. Esto se ilustra en las Figuras 9A-D.

La Figura 9A muestra un circuito vacío. La Figura 9B muestra el circuito parcialmente lleno con fluido. El fondo del pozo está hecho de un material flexible. En este ejemplo, los medios de desplazamiento (agua) se introducen debajo del último pozo lleno con fluido. El agua comprime el fondo del pozo (Figura 9C) forzando el fluido del pozo hacia el pozo vacío vecino (Figura 9D) . Los medios de desplazamiento pueden ser introducidos en cualquier parte y no necesitan estar directamente en el último pozo llenado.

Ejemplo 5 Métodos de Consolidación de Canal Estrecho de Dos Fluidos Modificados El método descrito anteriormente en el Ejemplo 4, Sección A, e ilustrado en las Figuras 5A-D ha sido modificado para producir mejores resultados. En las Figuras 10B-C se ilustran dos modificaciones con la Figura 10A mostrando el diseño original para comparación. El diseño mostrado en la Figura 10B incorpora medios de detención justo corriente arriba de cada uno de los cuatro pozos. Esos medios de detención facilitan una distribución uniforme de una muestra en cada una de las bifurcaciones o ramificaciones de canal que conducen hacia los cuatro pozos. Aunque no se ilustra en la Figura 5A o 10A, los cuatro canales que conducen a los pozos podrían haberse bifurcado de una sola fuente o alternativamente podrían provenir de cuatro fuentes diferentes . En la práctica el diseño de la Figura 10B no trabaja muy bien. Esto se debe a que las restricciones hidrofóbicas o hidrofóbicas actúan como boquillas de chorro empujando el segundo fluido más viscoso hacia el primer fluido y causando un mezclado indeseable. Esto da como resultado que la consolidación sea menor que la óptima y se encuentra una cantidad mayor de la segunda solución en el pozo de consolidación grande a la derecha en la Figura 10B. Aunque este es útil como un método de mezclado, no es el resultado deseado en este caso. La Figura 10C ilustra una modificación del diseño de consolidación que elimina el mezclado indeseable con el diseño mostrado en la Figura 10B. El canal de entrada es colocado sobre el lado del pozo y el pozo está formado un tanto en forma de un perno giratorio donde un bulbo o sección es significativamente mayor que la otra sección y el canal que une los dos no es necesariamente estrecho y agudo. Esto permite que la velocidad del segundo fluido se "aletargue y estabilice en la primera sección antes de que interactúe con el volumen del primer fluido en la segunda sección grande. Si la transición entre la primera y segunda secciones es uniforme y gradual, el segundo fluido (si se elige apropiadamente) permanecerá intacto por sí mismo y habrá una clara división entre ' el primer y segundo fluidos cuando el segundo fluido llene el pozo y forcé al primer fluido a través del canal estrecho hacia el pozo de consolidación.

Ejemplo 6 Desviación Temporal de una Sección de Circuito de Fluido El Ejemplo 1 ilustra el uso de medios de detención para desviar fluido de una trayectoria hacia una trayectoria de ramificación o bifurcación de un circuito microfluídico. El Ejemplo 3 ilustra el uso de conductos de escape de aire para permitir que el aire que sería normalmente atrapado escape de un canal y permitir que el fluido fluya a través del canal, y eventualmente se combine con el fluido en un canal de unión. Utilizando esas técnicas puede ser desviado temporalmente una sección del circuito de fluido utilizando medios de detención que desvíen el fluido hacia una trayectoria diferente. Pueden ser utilizados medios de detención corriente abajo para superar la barrera de presión en los medios de detención originales, y a continuación puede ser utilizado un conducto de escape de aire para permitir que el fluido fluya a través de la región desviada y unir el circuito de fluido del cual ha sido cortado. Las Figuras HA-E ilustran esta técnica. En la Figura HA el fluido fluye hacia abajo de un canal principal y encuentra los medios de detención "a" que desvían el flujo hacia un canal lateral. Cuando el canal lateral se reúne se evita que el canal principal entre a la región desviada del canal principal debido a que los segundos medios de detención "b" desvían el fluido para que fluya más abajo del canal principal. En algún punto corriente abajo otros medios de detención con una barrera de presión mayor que la de los medios de detención originales "a" hacen que el fluido empuje a lo largo de los medios de detención "a". Un conducto de escape de aire localizado en el lado corriente arriba de los medios de detención "b" permite que el fluido fluya a través del canal principal. Cuando este alcanza los medios de detención "b" el menisco desaparece y la barrera de presión en los medios de detención "b" es eliminada. El fluido puede entonces fluir a través de ambos del canal principal y el canal lateral de acuerdo a sus impedancias respectivas. Es importante que la barrera de presión en los medios de detención "b" sea mayor que la barrera de presión en los medios de detención a" para asegurar que el fluido no empuje a lo largo de los medios de detención "b" antes de que empuje a lo largo de los medios de detención "a". La Figura "11B ilustra una situación similar, excepto donde se evita que el fluido en un canal principal entre a un canal lateral debido a los medios de detención "a" y "b" . La Figura 11C ilustra una cámara o pozo en el circuito de fluido que puede ser evitada inicialmente o perfundida inicialmente, dependiendo de la ubicación de los medios de detención y los conductos de escae de aire. La Figura 11D ilustra una cámara que se localiza en el punto de unión de los dos canales, donde una entrada hacia la cámara es una bifurcación o ramificación evitada del canal principal. La Figura HE ilustra un canal principal que incluye una cámara, y una serie de canales secundarios que contienen cámaras y que están desviadas, todos los cuales contienen medios de desviación para prevenir su perfusión, y conductos de escape de aire que permite su perfusión final. Los medios de detención en las posiciones corriente arriba de los canales secundarios están diseñados de modo que sus barreras de presión pueden ser superadas en la secuencia que se desee, en esta ilustración de la parte superior a la parte inferior, para que el circuito de fluido funciones apropiadamente. Los conductos de escape de aire pueden conducir secuencialmente a los canales secundarios que no han sido perfundidos aún, o puede conducir hacia afuera vía los conductos que se desplazan en una tercera dimensión. Los ejemplos anteriores demuestran métodos para diluir o mezclar dos fluidos que se desplazan uno" al lado del otro en un solo canal, métodos para permitir que canales de bifurcación o' ramificación dividan fluidos que fluyen, métodos para permitir que el aire escape de un circuito de fluido, métodos para consolidar canales o muestras, y métodos para desviar temporalmente una trayectoria de fluido, todos utilizando la dinámica de fluidos pasivos basada en barreras de presión creadas por la manipulación de las fuerzas capilares de los fluidos. Aunque la invención ha sido descrita en esta solicitud de patente con referencia a los detalles de las modalidades preferidas de la invención, deberá comprenderse que la descripción pretende ser ilustrativa más que tener un sentido limitante, puesto que se contempló que se ocurran fácilmente modificaciones a aquellos expertos en la técnica, dentro del espíritu de la invención y el alcance de las reivindicaciones anexas. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (63)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones . 1. Un circuito de fluido que comprende una pluralidad de microcanales conectados, caracterizado porque existe un estrechamiento de microcanal dentro de uno o más de los microcanales, el estrechamiento de microcanal tiene una entrada y una salida, el estrechamiento tiene una configuración de sección transversal en relación al microcanal que crea una barrera de presión que hace que el fluido que está fluyendo a través del circuito de fluido fluya preferiblemente en un microcanal de unión conectado corriente arriba del estrechamiento en lugar de fluir a lo largo del estrechamiento.
2. 2. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el estrechamiento puede ser superado por la humectación de ambos lados del estrechamiento.
3. 3. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el estrechamiento del microcanal corto comprende una superficie hidrofílica.
4. 4. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el estrechamiento del microcanal corto comprende una superficie hidrófóbica.
5. 5. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la tensión superficial entre el fluido y una superficie del estrechamiento es mayor que la tensión superficial entre un gas en los microcanales y la superficie del estrechamiento.
6. 6. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el estrechamiento está en el intervalo de 1-1000 µm de longitud.
7. 7. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el estrechamiento está en el intervalo de 5-500 µm de longitud.
8. 8. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el estrechamiento está en el intervalo de 10-300 µm de longitud.
9. 9. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además una pluralidad de estrechamientos de microcanal cortos, donde los estrechamientos crean barreras de presión que tienen diferentes fuerzas.
10. 10. Un circuito de fluido que comprende una pluralidad de microcanales conectados, caracterizados porque existen medios de detención dentro de uno o más de los microcanales, que hacen que el fluido que está fluyendo a través del circuito de fluido fluya en un microcanal de unión conectado corriente arriba de los medios de detención en lugar de que fluya a lo largo de los medios de detención, donde al menos uno de los microcanales se ramifica en una primera porción hacia un microcanal de unión el cual se reúne a uno de los microcanales en un segundo punto y donde el microcanal de unión comprende segundos medios de detención inmediatamente corriente arriba del segundo punto.
11. 11. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los microcanales forman ramificaciones o bifurcaciones similares a un árbol o un fractal.
12. 12. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito comprende uno o más pozos o cámaras.
13. 13. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito comprende uno o más pozos o cámaras unidas a un pozo o cámara de consolidación común por uno o más microcanales.
14. 14. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque comprende además uno o más orificios de ventilación.
15. 15. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque al menos una porción de los pozos o cámaras es flexible.
16. 16. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque los pozos comprenden una primera sección y una segunda sección, donde la primera sección es menor que la segunda sección y donde los microcanales salen hacia la primera sección de cada uno de los pozos, donde además la primera sección sale hacia la segunda sección donde la primera sección y la segunda sección se unen en un límite donde el límite forma un estrechamiento entre la primera sección y la segunda sección.
17. 17. Un circuito de fluido útil para consolidar o mezclar fluidos de dos o más microcanales, caracterizado porque el circuito de fluido comprende dos microcanales que se unen en una intersección para formar un microcanal, donde uno o ambos de los microcanales comprenden medios de detención inmediatamente corriente arriba de la intersección.
18. 18. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque uno o ambos de los dos microcanales comprenden un orificio de ventilación corriente arriba de la intersección.
19. 19. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además un orificio de ventilación de aire.
20. 20. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el orificio de ventilación es un canal o conducto estrecho.
21. 21. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el orificio de ventilación de aire comprende un estrechamiento de canal corto hidrofóbico, un parche hidrofóbico, o un parche de tensión superficial, o un estrechamiento de canal corto hidrofílico.
22. 22. Un circuito de fluido operado bajo una presión conocida, caracterizado porque comprende una pluralidad de microcanales, donde dos o más microcanales convergen y donde además uno de dos o más microcanales que convergen comprenden un orificio de ventilación donde el orificio de ventilación permite que los materiales gaseosos fluyan a través del orificio de ventilación,^ pero donde el orificio de ventilación evita que los fluidos fluyan a través del orificio de ventilación bajo tal presión.
23. 23. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el orificio de ventilación comprende un parche hidrofóbico, un parche de tensión superficial, un estrechamiento de canal corto hidrofóbico, o un estrechamiento de canal corto hidrofílico.
24. 24. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además uno o más oficios que permiten que un gas entre hacia el circuito de fluido.
25. 25. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque los orificios son suficientemente grandes para permitir que el gas pase a través de los orificios, pero suficientemente pequeño para evitar que los fluidos pasen a través de los orificios a una presión de operación específica.
26. 26. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además uno o más orificios que permiten que un fluido bajo presión entre en el circuito de fluido.
27. 27. Un circuito de fluido, caracterizado porque comprende un primer microcanal y un segundo microcanal, donde el segundo microcanal se ramifica o bifurca desde el primer microcanal corriente arriba de primeros medios de detención, dentro del primer microcanal y se reúne con el primer microcanal corriente abajo de segundos medios de detención dentro del primer microcanal, donde además los segundos medios de detención crean una barrera de presión mayor que los primeros medios de detención, el circuito de fluido comprende además un orificio de ventilación- entre los primeros medios de detención y los segundos medios de detención .
28. 28. Un circuito de fluido, caracterizado porque comprende un primer microcanal y un segundo microcanal, donde el segundo microcanal se ramifica o bifurca desde el primer microcanal en una primera intersección y se reúne con el primer microcanal en una segunda intersección, donde el segundo microcanal comprende primeros medios de detención en la primera intersección y segundos medios de detección en la segunda intersección, donde los segundos medios de detención crean una primera barrera de presión mayor que la de los primeros medios de detención, el circuito de fluido comprende además un orificio de ventilación entre los primeros medios de detención y los segundos medios de detención.
29. 29. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el primer microcanal comprende una cámara o pozo entre los primeros medios de detención y los segundos medios de detención.
30. 30. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque el primer microcanal comprende una cámara o pozo entre la primera intersección y la segunda intersección.
31. 31. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque el primer microcanal comprende una cámara o pozo en la segunda intersección.
32. 32. Un circuito de fluido, caracterizado porque comprende una pluralidad de microcanales conectados, donde existen medios de detención dentro de uno o más de los microcanales que hacen que el fluido que está fluyendo a través del circuito de fluido fluya en un microcanal de unión conectado corriente arriba de los medios de detención en lugar de fluir a lo largo de los medios de detención, donde el circuito de fluido comprende además un canal, una cámara donde la cámara comprende canales secundarios.
33. 33. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque los canales secundarios comprenden medios de detención.
34. 34. El circuito de fluido, de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque cada uno de los medios de detención puede crear barreras de presión que tienen diferentes fuerzas entre sí, y en un orden en el cual cada cámara secundaria se llenará.
35. 35. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque uno o más canales secundarios comprenden un orificio de ventilación.
36. 36. Un método para mezclar un primer fluido y un segundo fluido dentro de un circuito de fluido, el método se caracteriza porque comprende los pasos de: a) insertar el primer fluido en un microcanal principal del circuito de fluido, donde el primer fluido es forzado para fluir hacia un primer microcanal de un volumen conocido del circuito como resultado de primeros medios de detención dentro del microcanal principal y donde el primer microcanal comprende segundos medios de detención que crean una barrera de presión más fuerte que la de los primeros medios de detención, donde el primer fluido es de una cantidad sustancialmente igual al volumen del primer microcanal, y b) insertar el segundo fluido en el microcanal principal del circuito de fluido, donde el segundo fluido es forzado a lo largo de los primeros medios de detención hacia un segundo microcanal, y el primer microcanal y el segundo microcanal convergen en los segundos medios de detención, punto en el cual el primer fluido y el segundo fluido se mezclarán tras la inserción continua del segundo fluido o aplicación de una fuerza que haga que el primer y segundo fluidos se muevan.
37. 37. El método de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque el circuito de fluido comprende un orificio de ventilación.
38. 38. Un método para distribuir fluido de un canal a múltiples pozos, cámaras o canales de un circuito de fluido, caracterizado porque el método comprende los pasos de: hacer pasar el fluido de un canal a canales de ramificación o bifurcación que conducen a un primer conjunto de pozos, cámaras o canales, donde el primer conjunto de pozos, cámaras o canales comprende primeros medios de detención dentro de cada pozo, cámara o canal haciendo por lo tanto que todos los pozos, cámaras o canales corriente arriba de los primeros medios de detención se llenen antes de que el fluido se mueva a un segundo conjunto de pozos, cámaras o canales que comprende segundos medios de detención dentro de cada pozo, cámara o canal, donde los segundos medios de detención crean una barrera de presión más fuerte que la de los primeros medios de detención; y hacer que el fluido empuje a lo largo de los primeros medios de detención dentro del primer conjunto de pozos, cámaras o canales y para detenerse en los segundos medios de detención dentro del segundo conjunto de pozos, cámaras o canales.
39. 39. El método de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque el circuito de fluido comprende un orificio de ventilación.
40. 40. Un método para consolidar fluidos de múltiples pozos en un pozo, cámara o canal de consolidación común, caracterizado porque el método comprende: a) insertar los fluidos en microcanales de un circuito de fluido; a continuación b) forzar los fluidos a través de los microcanales y hacia pozos del circuito de fluido mediante la adición de un segundo fluido a los microcanales, donde el segundo fluido es más viscoso que los fluidos, y donde los pozos salen hacia los canales que son más estrechos que los pozos, y donde además los canales de salida se conectan al pozo, cámara o canal de consolidación común, donde se agrega suficiente un segundo fluido para forzar a los fluidos hacia el pozo, cámara o canal de consolidación común.
41. 41. El método de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el circuito de fluido comprende uno o más orificios de ventilación.
42. 42. El método de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque cada uno de los pozos sale hacia uno o más de un canal.
43. 43. El método para mover un fluido a través del circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque fuerza gas a través de uno o más orificios, por lo que el gas forza el fluido para moverse a través del circuito del fluido.
44. 44. El método para mover un fluido a través del circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque fuerza un segundo fluido bajo presión a través de uno o más orificios, por lo que el segundo fluido fuerza el primer fluido a moverse a través del circuito de fluido.
45. 45. El método para desplazar físicamente un fluido dentro del circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque aplica una fuerza a la porción flexible de los pozos o cámaras.
46. 46. El método para desviar temporalmente un microcanal dentro de un circuito de fluido aplicando un primer fluido al circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 27, hasta que el primer fluido alcanza los terceros medios de detención, caracterizado porque los terceros medios de detención crean una barrera de presión que es más fuerte que la de los segundos medios de detención, por lo que la aplicación de un primer fluido adicional, un segundo fluido o una fuerza hace que el primer fluido o el segundo fluido entren al microcanal.
47. 47. El método para desviar temporalmente un microcanal dentro de un circuito de fluido aplicando un primer fluido al circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 28, hasta que el primer fluido alcanza los terceros medios de detención, caracterizado porque los terceros medios de detención crean una barrera de presión que es más fuerte que la de los segundos medios de detención, por lo que la aplicación de un primer fluido adicional, • un segundo fluido o una fuerza hace que el primer fluido o el segundo fluido entren al microcanal.
48. 48. El método de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque los primeros medios de -detención y los segundos medios de detención son barreras capilares.
49. 49. El método de conformidad con la reivindicación 48, caracterizado porque las barreras capilares se seleccionan del grupo que consiste de un estrechamiento de canal corto hidrofóbico, un estrechamiento de canal corto hidrofílico, un parche hidrofóbico, y un parche de tensión superficial .
50. 50. Medios de detención pasivos para utilizarse en un circuito de fluido que contiene una pluralidad de microcanales conectados, los medios de detención. se caracterizan porque comprenden un estrechamiento de canal corto que tiene una entrada y una salida, el estrechamiento tiene al menos una dimensión menor que una dimensión correspondiente a la de la entrada y salida.
51. 51. Los medios de detención pasivos de conformidad con la reivindicación 50, caracterizado porque el estrechamiento es suficientemente corto para producir poca o ninguna caída de presión a través del estrechamiento en condiciones de flujo establecidas.
52. 52. Un método para controlar el flujo de fluido a través de un circuito de fluido que comprende al menos dos microcanales conectados, cada microcanal contiene una barrera de flujo pasiva que crea una barrera de presión de fluido, el método se caracteriza porque comprende: detener el fluido en un primer canal con una primera barrera de flujo pasiva, dirigiendo por lo tanto el fluido hacia un segundo microcanal vecino conectado; y superar la barrear de presión de la primera barrera de flujo pasiva por el fluido que acopla una segunda barrera de flujo pasiva en el segundo microcanal, donde la segunda barrera de flujo pasiva crea una barrera de presión más fuerte que la primera barrera de flujo pasiva.
53. 53. El método de conformidad con la reivindicación 52, caracterizado porque la primera barrera de flujo pasiva y la segunda barrera de flujo pasiva son barreras capilares.
54. 54. El método de conformidad con la reivindicación 53, caracterizado porque las barreras capilares se seleccionan del grupo que consiste de un estrechamiento de canal corto hidrofóbico, un estrechamiento de canal corto hidrofílico, un parche hidrofóbico, y un parche de tensión superficial .
55. 55. El método de conformidad con la reivindicación 52, caracterizado porque el segundo microcanal se ramifica o bifurca desde el primer microcanal en un punto inmediatamente arriba de la primera barrera de flujo pasiva.
56. 56. El método de conformidad con la reivindicación 55, caracterizado porque el segundo microcanal se reúne con el primer microcanal en un punto inmediatamente corriente abajo de la segunda barrera de flujo pasiva.
57. 57. El método de conformidad con la reivindicación 52, caracterizado porque el circuito de fluido comprende uno o más pozos y cámaras.
58. 58. El método de conformidad con la reivindicación 57, caracterizado porque los pozos comprenden una primera sección y una segunda sección, donde la primera sección es más pequeña que la segunda sección y donde un microcanal sale hacia la primera sección y cada uno de los pozos, donde además la primera sección sale hacia la segunda sección, donde la primera sección y la segunda sección se unen en un límite, donde el límite forma un estrechamiento entre la primera sección y la segunda sección.
59. 59. El método de conformidad con la reivindicación 52, caracterizado porque el circuito de fluido comprende uno o más pozos o cámaras unidas a un pozo o cámara de consolidación común por uno o más microcanales.
60. 60. El método de conformidad con la reivindicación 52, caracterizado porque el circuito de fluido comprende uno o más orificios de ventilación de aire.
61. 61. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la barrera de flujo pasiva se selecciona del grupo que consiste de un estrechamiento de canal corto hidrofóbico, un estrechamiento de canal corto hidrofílico, un parche hidrofóbico y un parche de tensión superficial.
62. 62. El circuito de fluido de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el orificio de ventilación permite que los materiales gaseosos fluyan a través del orificio de ventilación, pero donde el orifico de ventilación evita que los fluidos fluyan a través del orificio de ventilación.
63. 63. Un método para superar medios de detención capilares en un microcanal, caracterizado porque comprende los pasos de: detener el flujo de fluido en un circuito de fluido con medios de detención capilares que crean una barrera de presión debido a las fuerzas capilares que dependen de la presencia de una interfaz gas-fluido, donde los medios de detención capilares tienen un lado corriente arriba y un lado corriente abajo en el circuito de fluido, y donde la interfaz gas-fluido está conectada entre los lados corriente arriba y corriente abajo de los medios de detención capilares; y superar la barrera de presión mediante la introducción del fluido al lado corriente abajo de los medios de detención capilares y moja el lado corriente abajo de los medios de detención capilares para eliminar la interfaz gas-fluido en los medios de detención capilares.