MXPA01012959A

MXPA01012959A - Sistemas elastomericos, microfabricados, de valvulas y bombas.

Info

Publication number: MXPA01012959A
Application number: MXPA01012959A
Authority: MX
Inventors: Marc A Unger
Original assignee: California Inst Of Techn
Priority date: 1999-06-28
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2002-07-30
Also published as: EP1065378A3; US8695640B2; EP1065378A2; BR0011982A; US20140322489A1; EP1065378B1; GB2352283A; DE60018425D1; US20050226742A1; CA2721172A1; US8002933B2; EP1194693A2; JP2006247830A; WO2001001025A2; US20100200782A1; NO330662B1; EP2309130A3; KR20020036964A; US6793753B2; AU779988B2

Abstract

Se da a conocer un metodo para fabricar una estructura elastomerica, que comprende: formar una primera capa elastomerica sobre la parte superior de un primer molde micro- maquinado, este primer molde micro-maquinado tiene una primer proyeccion elevada, la cual forma un primer rebajo, que se extiende a lo largo de una superficie de fondo de la primera capa elastomerica; formar una segunda capa elastomerica sobre la parte superior de un segundo molde micro-maquinado, este segundo molde micro-maquinado tiene una segunda proyeccion elevada, la cual forma un segundo rebajo, que se extiende a lo largo de una superficie de fondo de la segunda capa elastomerica; unir la superficie de fondo de la segunda capa elastomerica sobre una superficie superior de la primera capa elastomerica.. de modo que un canal de control se forme en el segundo rebajo, entre la primera y segunda capas elastomericas; y colocar la primera capa elastomerica sobre la parte superior de un substrato plano, de modo que un canal de flujo se forme dentro del primer rebajo, entre la primera capa elastomerica y el substrato plano.

Description

SISTEMAS ELASTOMÉRICOS. MICROFABRICADOS.

DE VÁLVULAS Y BOMBAS REFERENCIA CRUZADAA SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud de patente, no provisional, reclama los beneficios de las siguientes solicitudes de patente provisionales, presentadas previamente: solicitud de patente provisional de EE.UU., No. 60/141,503, presentada el 28 de junio de 1999, solicitud de patente provisional de EE.UU., No. 60/147,199, presentada el 3 de agosto de 1999, y solicitud de patente provisional de EE.UU., No. 60/186,856, presentada el 3 de marzo del 2000. El texto de estas solicitudes de patente provisionales anteriores, se incorpora aquí como referencia.

DECLARACIÓN CONFORME A LOS DERECHOS DE INVENCIONES HECHAS BAJO INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO PATROCINADOS FEDERALMENTE El gobierno de EE.UU., tiene una licencia pagada en esta invención y el derecho, en circunstancias limitadas, de requerir que el propietario de la patente proporcione licencia a otros en términos razonables, como es provisto por los términos de la Concesión No. HG.01642-02, otorgada por el Instituto Nacional de Salud. íÁ lA -i -a,. j .z Si m ?z zJi».

CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere a estructuras micro-fabricadas y métodos para producir dichas estructuras micro-fabricadas, y a sistemas micro-fabricados para regular 5 el flujo del fluidos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se han intentado varios acercamientos de diseñar bombas y válvulas de micro-fluidos . Desgraciadamente, cada 10 uno de estos acercamientos sufre de sus propias limitaciones. Los dos métodos más comunes de producir estructuras micro electromecánicas ("MEMS"), tal como bombas y válvulas, son el micro-maquinado volumétrico basado en el 5 silicio (el cual es un método de fabricación de tipo substracción, por el cual al silicio de un solo cristal se suministra un patrón litográficamente y luego se trata químicamente para formar estructuras tridimensionales) , y el miero-maquinado superficial (el cual es un método de tipo 0 aditivo, donde las capas de materiales de tipo semiconductores, tal como el polisilicio, nitruro de silicio y varios metales se agregan en secuencia y se suministra un patrón para obtener las estructuras tridimensionales) .

Una limitación del primer acercamiento del micro-maquinado a base de silicio, es que la rigidez de los materiales semiconductores usados necesita altas fuerzas de actuación, que a su vez resulta en diseños grandes y complejos. De hecho, ambos métodos de micro-maquinado, de volumen y superficie, se limitan por la rigidez de los materiales usados. Además, la adhesión entre las varias capas del dispositivo fabricado es también un problema. Por ejemplo, en el micro-maquinado de volumen, las técnicas de unión de tipo oblea deben ser empleadas para crear estructuras de múltiples capas. Por otra parte, cuando el miero-maquinado superficial, las tensiones térmicas entre las varias capas del dispositivo limitan el espesor total de este dispositivo, a menudo de aproximadamente 20 mieras. Usando cualquiera de los métodos anteriores, se requieren la fabricación de zona limpia y el control de calidad cuidadoso.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La presente invención ilustra sistemas para fabricar y operar estructuras micro- fabricadas, tal como válvulas de conexión / desconexión, válvulas interruptoras, y bombas, por ejemplo compuestas de varias capas de elastómeros unidas juntas. Las presentes estructuras y métodos son adecuados idealmente para controlar y canalizar el movimiento de fluidos, pero no se limitan a esto. En un primer aspecto, la presente invención usa un proceso de litografía suave de múltiples capas, para formar estructuras elastoméricas micro- fabricadas, integradas (es decir, monolíticas) . Las ventajas de fabricación de las presentes estructuras por unir juntas capas de materiales elastoméricas suaves, incluyen el hecho que los dispositivos resultantes se reducen por más de dos órdenes de magnitud en el tamaño, en comparación con los dispositivos basados en silicio. Ventajas ulteriores del prototipo rápido, facilidad de fabricación y biocompatibilidad son también logradas. En aspectos preferidos de la invención, las capas elastoméricas separada se fabrican en la parte superior de moldes micro maquinados, de manera que se formen rebajos en cada una de las varias capas elastoméricas. Uniendo estas capas elastoméricas juntas, los rebajos, que se extienden a lo largo de varias capas elastoméricas, forman canales de flujo y líneas de control a través de la estructura elastomérica integral, monolítica, resultante. En varios aspectos de la invención, estos canales de flujo y líneas de control, los cuales se forman en la estructura elastomérica, pueden ser impulsados para funcionar como micro-bombas y micro-válvulas, como se explicará más adelante. tj.-j-kÁniíij.; , ^^^^^^ ^^^^^^¡fc En aspectos opcionales ulteriores de la invención, la estructura elastomérica monolítica se sella sobre la parte superior de un substrato plano, con los canales de flujo siendo formados entre la superficie del substrato plano y los rebajos, los cuales se extienden a lo largo de la superficie de fondo de la estructura elastomérica. En un aspecto preferido, las presentes estructuras elastoméricas monolíticas se construyen uniendo juntas dos capas separadas de elastómeros, con cada capa primero siendo moldeada separadamente de un molde micro maquinado. Preferiblemente, el elastómero usado es un material de curación de adición, de dos componentes, en el cual la capa elastomérica de fondo tiene un exceso de un componente, mientras la capa elastomérica superior tiene un exceso del otro componente. En una modalidad ejemplar, el elastómero usado es el hule de silicona. Dos capas de elastómeros se curan separadamente. Cada capa es curada separadamente antes que la capa superior se coloque sobre la capa de fondo. Las dos capas son luego unidas juntas. Cada capa tiene preferiblemente un exceso de uno de los dos componentes, de manera que las moléculas reactivas permanezcan en la interfaz entre las capas. La capa superior se ensambla sobre la parte superior de la capa de fondo y se calienta. Las dos capas se unen irreversiblemente, de modo que la resistencia de la interfaz se acerque o sea igual a la resistencia del elastómero volumétrico. Esto crea una estructura monolítica con patrones tridimensionales, compuesta totalmente de dos capas de elastómeros unidos juntos. Se pueden agregar capas adicionales por repetir simplemente el proceso, en donde las 5 nuevas capas, cada una con una capa de "polaridad" opuesta, se curan, y así se unen juntas. En un segundo aspecto preferido, una primera capa foto-protectora se deposita sobre la parte superior de una primera capa elastomérica. Esta primera capa foto-protectora 0 luego se forma en un patón, para dejar una línea o patrón de líneas de foto-protección sobre la superficie superior de la primera capa elastomérica. Otra capa de elastómero es luego agregada y curada, encapsulando la línea o patrón de líneas de la capa fotoprotectora. Una segunda capa foto-protectora 5 se agrega y forma un patrón, y otra capa de elastómero es agregada y curada, dejando una línea y patrones de líneas de la capa encapsulada foto-protectora en una estructura de elastómero monolítica. Este proceso puede ser repetido para agregar más patrones encapsulados y capas de elastómeros. En 0 seguida, se remueve la capa foto-protectora dejando uno o más canales de flujo y una o más líneas de control en los espacios, los cuales se han ocupado por la capa foto- protectora. Este proceso puede ser repetido para crear estructuras de elastómeros que tengan una multitud de capas. Í<Aa-»Ail-á j--ti->a . - ,-¿¿-~, . .._. - . . .„ »,»,,. A. AZ/AI , Í • A - »-A I li Una ventaja de las características de tamaños moderados en patrones (>/= 10 mieras) usando el método de capas foto-protectoras, es que se puede usar una película de transparencia de alta resolución como una máscara de 5 contacto. Esto permite que un solo investigador diseñe e imprima, patrones en el molde y la creación de un nuevo conjunto de dispositivos de elastómeros moldeados, típicamente todo dentro de 24 horas. Una ventaja más de cualquier modalidad anterior de 0 la presente invención, es que, debido a su naturaleza monolítica o integral (es decir, todas las capas se componen del mismo material) , es que las fallas de adhesión entre capas y los problemas de tensiones térmicas se evitan completamente . 5 Ventajas ulteriores del uso preferido de la presente invención de un hule o elastómero de silicona, tal como el RTV 615, fabricado por General Electric, es que es transparente a la luz visible, haciendo trenes ópticos de múltiples capas posible, permitiendo así la interrogación 0 óptica de varios canales o cámaras en el dispositivo de micro-fluidos. Como las capas de elastómero, configuradas apropiadamente pueden servir como lentes y elementos ópticos, la unión de las capas permite la creación de trenes ópticos de múltiples capas. Además, el elastómero GE RTV 615 5 es biocompatible. Siendo suave, las válvulas cerradas forman un buen sello aún si hay pequeñas partículas en el canal de flujo. El hule de silicona es también biocompatible y barato, especialmente cuando se compara con un silicio de un solo cristal. Las válvulas y bombas elastoméricas monolíticas también evitan muchos problemas prácticos que afectan los sistemas de flujo, basados en el flujo electro-osmótico. Típicamente, los sistemas de flujo osmótico sufren de la formación de burbujas alrededor de los electrodos y el flujo es dependiente fuertemente de la composición del medio del flujo. La formación de burbujas restringe seriamente el uso del lujo electro-osmótico en dispositivos microflúidicos, haciendo difícil construir dispositivos integrados que funcionen. La magnitud del flujo y aún su dirección, depende típicamente en una manera compleja de la resistencia y tipo iónico, la presencia de agentes tensoactivos y la carga en las paredes del canal de flujo. Asimismo, puesto que la electrólisis toma lugar continuamente, la capacidad final del amortiguador a resistir cambios en el pH puede también ser alcanzada. Igualmente, el flujo electro-osmótico ocurre siempre en la competencia con la electroforesis. Como moléculas diferentes pueden tener movilidades electro-foréticas diferentes, la separación electroforética no deseada puede ocurrir en el flujo electro-osmótico. Finalmente el flujo electro-osmótico puede no ser usado fácilmente cada detener el flujo, detener la difusión o equilibrar las diferencias de presión. Una ventaja más de las presentes estructuras elastoméricas, monolíticas, de válvula y bomba, es que ellas 5 pueden ser accionadas en velocidades muy altas. Por ejemplo, los presentes inventores han logrado un tiempo de respuesta para una válvula con una solución acuosa en ella, del orden de un milisegundo, de manera que la válvula se abre y cierra a velocidades que se acercan o exceden de 100 Hz. En 0 particular, una lista no exclusiva de intervalos de velocidades cíclicas para la abertura y cierre de la estructura de la válvula incluye entre aproximadamente 0.001 y 10000 ms, entre alrededor de 0.01 y 100 ms, entre alrededor de 0.1 y 100 ms, y entre alrededor de 1 y 10 ms. 5 Las velocidades cíclicas dependen de la composición y estructura de una válvula usada para una aplicación particular y el método de actuación y así las velocidades cíclicas fuera de los intervalos listados caerán dentro del ámbito de la presente invención. 0 Ventajas adicionales de las presentes bombas y válvulas son que su tamaño pequeño las hace rápidas y su suavidad contribuye a hacerlas durables. Asimismo, como ellas se acercan a la linealidad con la presión aplicada diferencial, esta relación lineal permite la dosificación Íl-U. ,---ai.: ' "~ - " ' "'-^*--' *. - > . , - A - ^.. ? del fluido y el cierre de la válvula, a pesar de las retro-presiones elevadas. En varios aspectos de la invención, una pluralidad de canales de flujo pasan a través de la estructura elastomérica con un segundo canal de flujo extendiéndose a través y arriba de un primer canal de flujo. En este aspecto de la invención, una membrana delgada de elastómero separa el primero y segundo canales de flujo. Como será explicado, el movimiento hacia debajo de esta membrana (debido al segundo canal de flujo que se presuriza o a la membrana accionada de otra manera) cortará el pasaje de flujo a través del canal de flujo inferior. En aspectos preferidos opcionales de los presentes sistemas, una pluralidad de válvulas, que se pueden dirigir individualmente, se forman conectadas juntas en una estructura elastomérica y son luego activadas en secuencia, de modo que se logre el bombeo peristáltico. Sistemas más complejos incluyen los sistemas de control en red o multicanalizados, las válvulas, que se pueden dirigir selectivamente, se disponen en una rejilla de válvulas, los sistemas de camas de reacción en redes o multicanalizados y los sistemas de síntesis de biopolímeros son también descritos .

Una modalidad de una estructura elastomérica micro fabricada, de acuerdo con la presente invención, comprende un bloque elastomérico, formado con un primero y segundo rebajos micro-fabricados, una porción del bloque elastomérico se puede desviar cuando la porción es accionada . Una modalidad del método de micro fabricación de una estructura elastomérica comprende las etapas de micro fabricar una primera capa elastomérica, micro fabricar una segunda capa elastomérica, colocar la segunda capa elastomérica en la parte superior de la primera capa elastomérica y unir una superficie de fondo de la segunda capa elastomérica sobre la superficie superior de la primera capa elastomérica. Una primera modalidad alternativa de un método de micro fabricar una estructura elastomérica comprende las etapas de formar una primera capa elastomérica en la parte superior de un primer molde micro maquinado, este primer molde micro maquinado tiene al menos una primera protuberancia elevada, que forma al menos un primer canal en la superficie de fondo de la primera capa elastomérica. Una segunda capa elastomérica se forma en la parte superior de un segundo molde micro maquinado, este segundo molde micro maquinado tiene al menos una segunda protuberancia elevada, que forma al menos un segundo canal en la superficie de „^^^^ fondo de la segunda capa elastomérica. La superficie de fondo de la segunda capa elastomérica se une sobre una superficie superior de la primera capa elastomérica, de modo que al menos un segundo canal sea encerrado entre la primera y segunda capas elastoméricas. Una segunda modalidad alternativa de un método de micro fabricar una estructura elastomérica, de acuerdo con la presente invención, comprende las etapas de formar una primera capa elastomérica sobre la parte superior de un substrato, curar la primera capa elastomérica y depositar una primera capa de tipo sacrificio sobre la superficie superior de la primera capa elastomérica. Una porción de la primera capa de sacrificio se remueve, de modo que un primer patrón del material de sacrificio permanece sobre la superficie superior de la primera capa elastomérica. Una segunda capa elastomérica se forma sobre la primera capa elastomérica, encapsulando así el primer patrón del material de sacrificio entre la primera y segunda capas elastoméricas. Esta segunda capa elastomérica es curada y luego el material de sacrificio se remueve formando así al menos un primer rebajo entre la primera y segunda capas de elastómero . Una modalidad de un método de actuación de una estructura elastomérica, de acuerdo con la presente invención, comprende suministrar un bloque elastomérico, z?-. ?... formado con un primero y segundo rebajos micro-fabricados, este primero y segundo rebajos micro-fabricados se separan por una porción de la estructura, la cual se puede desviar en cualquiera del primero o segundo rebajos, o en el otro del primero y segundo rebajos. Uno de los rebajos se presuriza de modo que la porción de la estructura elastomérica que separa el segundo rebajo desde el primer rebajo se desvía en el otro de los dos rebajos. En aspectos preferidos opcionales, los materiales magnéticos o conductivos pueden ser agregados para obtener capas de elastómeros que conducen magnética o eléctricamente, habilitando así la creación de todos los dispositivos electromagnéticos de elastómeros.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Parte I - Las Figuras 1 a 7A ilustran etapas sucesivas de un primer método de fabricación según la presente invención, como sigue: La Figura 1 es una ilustración de una primera capa elastomérica, formada sobre la parte superior de un molde micro maquinado; la Figura 2 es una ilustración de una segunda capa elastomérica, formada en la parte superior de un molde micro maquinado ; la Figura 3 es una ilustración de la capa elastomérica de la Figura 2, removida del molde micro maquinado y colocada sobre la parte superior de la capa elastomérica de la Figura 1 ; la Figura 4 es una ilustración, que corresponde a la Figura 3, pero que muestra la segunda capa elastomérica colocada sobre la parte superior de la primera capa elastomérica ; la Figura 5 es una ilustración, que corresponde a la Figura 4, pero que muestra la primera y segunda capas elastoméricas, unidas entre sí; la Figura 6 es una ilustración, que corresponde a la Figura 5, pero que muestra el primer molde micro maquinado removido y un substrato plano colocado en su lugar; la Figura 7A es una ilustración que corresponde a la Figura 6, pero que muestra la estructura elastomérica sellada sobre el substrato plano; la Figura 7B es una vista frontal en sección, que corresponde a la Figura 7A, que muestra un canal de flujo abierto; y Las Figuras 7C a 7G son ilustraciones que muestran las etapas de un método para formar una estructura elastomérica, que tiene una membrana formada de una capa elastomérica separada.

Parte II - La Figura 7H muestra el cierre de un primer canal de flujo, presurizando un segundo canal de flujo, como sigue: la Figura 7H, corresponde a la Figura 7A, pero que muestra un primer canal de flujo cerrado por presurización en el segundo canal de flujo.

Parte lll - Las Figuras 8 a 18 ilustran las etapas sucesivas de un segundo método de fabricar la presente invención, como sigue: la Figura 8 es una ilustración de una primera capa elastomérica, depositada sobre un substrato plano; la Figura 9 es una ilustración que muestra una primera capa foto-protectora, depositada en la parte superior de la primera capa elastomérica de la Figura 8 ; la Figura 10 es una ilustración, que muestra el sistema de la Figura 9, pero con una porción de la primera capa foto-protectora removida, dejando sólo una primera línea de capa foto-protectora; la Figura 11 es una ilustración, que muestra una segunda capa elastomérica, aplicada sobre la parte superior de la primera capa elastomérica, sobre la primera línea de la capa foto-protectora de la Figura 10, encerrando así la capa foto-protectora entre la primera y la segunda capa elastoméricas ; ?A Ji&yi .. » ^éuAí?.. .. .. . . . > - attj^1_^?»:: :|ll^__;^_^^j[^ rt^ la Figura 12 corresponde a la Figura 11, pero muestra la estructura monolítica integrada, producida después que la primera y segunda capas elastoméricas se han unido entre sí; la Figura 13 es una ilustración que muestra una segunda capa foto-protectora, depositada en la parte superior de la estructura elastomérica integral de la Figura 12; la Figura 14 es una ilustración, que muestra el sistema de la Figura 13, pero con una porción de la segunda capa foto-protectora removida, dejando solamente una segunda línea de capa foto-protectora; la Figura 15 es una ilustración que muestra una tercera capa de elastómero, aplicada sobre la parte superior de la segunda capa elastomérica y sobre la segunda línea de la capa fotoprotectora de la Figura 14, encapsulando así la segunda línea de la capa foto-protectora entre la estructura elastomérica de la Figura 12 y la tercera capa elastomérica; la Figura 16 corresponde a la Figura 15, pero muestra la tercera capa elastomérica curada para así estar unida a la estructura monolítica, compuesta de la primera y segunda capas de elastómero, previamente unidas; la Figura 17 corresponde a la Figura 16, pero muestra la primera y segunda líneas de capas foto- protectoras, para así suministrar dos traslapes alt-i -- .. Jii i,-. -a.-i.-4 I perpendiculares , pero que no se interceptan, los canales de fluj o que pasan a través de la estructura elastomérica integrada; y la Figura 18 es una ilustración que muestra el sistema de la Figura 17 , pero con el substrato plano bajo el mismo .

Parte IV - Las Figuras 19 y 20 muestran detalles ulteriores de diferentes secciones transversales de canales de flujo como sigue: la Figura 19 muestra una vista rectangular en sección transversal de un primer canal de fluj o; y la Figura 20 muestra la vista en sección transversal del canal de fluj o, que tiene una superficie superior curvada .

Parte V - Las Figuras 21 y 22 muestran los resultados experimentales logrados por las modalidades preferidas de la presente válvula micro fabricada: la Figura 21 ilustra la abertura de válvula vs . la presión aplicada para varios canales de fluj o ; la Figura 22 ilustra la respuesta de tiempo de una micro válvula RTV de lOOµm x 100 µm x 10 µm.

Parte VI - Las Figuras 23A a 33 muestran varias estructuras micro-fabricadas, en un conjunto de red, de acuerdo con los aspectos de la presente invención: la Figura 23A es una vista esquemática superior de una válvula de conexión / desconexión; la Figura 23B es una vista en sección en elevación a lo largo de la línea 23B-23B en la Figura 23A; la Figura 24 es una vista esquemática superior de un sistema de bombeo peristáltico; la Figura 24B es una vista en sección en elevación a lo largo de la línea 24B-24B en la Figura 24A; la Figura 25 es una gráfica que muestra los regímenes de bombeo, logrados experimentalmente, vas. la frecuencia para una modalidad del sistema de bombeo peristáltico de la Figura 24; la Figura 26A es una vista esquemática superior de una línea de control que actúa simultáneamente múltiples líneas de flujo; la Figura 26B es una vista en elevación en sección a lo largo de la línea 26B-26B en la Figura 26A; la Figura 27 es una ilustración esquemática de un sistema muíticanalizado, adaptado para permitir el flujo a través de los varios canales ; la Figura 28A es una vista de planta de una capa de flujo de una estructura de la cámara de reacción que se puede dirigir; la Figura 28B es una vista de planta de una capa de canal de control de una estructura de la cámara de reacción que se puede dirigir; la Figura 28C es una vista en perspectiva, con piezas separadas, de una estructura de la cámara de reacción que se puede dirigir, formada uniendo la capa del canal de control de la Figura 28B a la parte superior de la capa de flujo de la Figura 28A; la Figura 28D es una vista en elevación en sección, que corresponde a la Figura 28C, tomada a lo largo de la línea 28D-28D en la Figura 28C; la Figura 29 es una vista esquemática de un sistema adaptado para dirigir selectivamente el flujo del fluido en cualquiera de un arreglo de pozos de reacción; la Figura 30 es una vista esquemática de un sistema adaptado para el flujo lateral que se puede seleccionar entre los canales de flujo paralelos; la Figura 31A es una vista de planta de fondo de la primera capa (es decir, la capa del canal de flujo) del elastómero de un arreglo de flujo que se puede cambiar; la Figura 3IB es una vista de planta de fondo de una capa de canal de control de un arreglo de flujo que se puede cambiar; la Figura 31C muestra el alineamiento de la primera capa de elastómero de la Figura 31A, con un conjunto de canales de control en la segunda capa de elastómero de la Figura 3 IB; la Figura 3ID también muestra el alineamiento de la primera capa de elastómero de la Figura 31A con el otro conjunto de canales de control en la segunda capa de elastómero de la Figura 3IB; la Figura 32 es una vista esquemática de un sistema integrado para la síntesis de biopolímeros; la Figura 33 es una vista esquemática de un sistema integrado más para la síntesis de biopolímeros; la Figura 34 es una micrografía óptica de una sección de una estructura de prueba, que tiene siete capas de elastómero unidas juntas; las Figuras 35A-35D muestran las etapas de una modalidad de un método para fabricar una capa de elastómero que tiene una vía vertical formada en la misma; la Figura 36 muestra una modalidad de un aparato de clasificación, de acuerdo con la presente invención; la Figura 37 muestra una modalidad de un aparato para fluir los gases del proceso sobre una oblea semiconductora, de acuerdo con la presente invención; la Figura 38 muestra una vista, con piezas separadas, de una modalidad de una estructura de arreglo de micro-espejo, de acuerdo con la presente invención; la Figura 39 muestra una vista en perspectiva de una primera modalidad de un dispositivo de refracción, de acuerdo con la presente invención; la Figura 40 muestra una vista en perspectiva de una segunda modalidad de un dispositivo de refracción, de acuerdo con la presente invención; la Figura 41 muestra una vista en perspectiva de una tercera modalidad de un dispositivo de refracción, de acuerdo con la presente invención; las Figuras 42A-42J muestra vistas de una modalidad de una estructura de válvula, normalmente cerrada, de acuerdo con la presente invención; la Figura 43 muestra una vista de planta de una modalidad de un dispositivo para llevar a cabo las separaciones, de acuerdo con la presente invención; las Figuras 44A-44D muestran vistas de planta, que ilustran la operación de una modalidad de una estructura de pluma celular, de acuerdo con la presente invención; ^^^^^^^^~^^^^^^^^^^^^^^^^^ las Figuras 45A-45B muestran vistas de planta y en sección transversal, que ilustran la operación de una modalidad de una estructura de jaula celular, de acuerdo con la presente invención; las Figuras 46A-46B muestran vistas en sección transversal, que ilustran la operación de una modalidad de una estructura de rejilla celular, de acuerdo con la presente invención; la Figura 47 muestra una vista de planta de una modalidad de la estructura del oscilador de presión, de acuerdo con la presente invención; las Figuras 48A y 48B muestran vistas de planta, que ilustran la operación de una modalidad de estructura de válvula de acción lateral, de acuerdo con la presente invención; y la Figura 49 proyecta el módulo de Young versus el porcentaje de la dilución del elastómero GE RTV 615 con el fluido de silicona GE SF96-50.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA PRESENTE INVENCIÓN La presente invención comprende una variedad de estructuras elastoméricas micro-fabricadas, las cuales se pueden usar como bombas o válvulas. También se señalan métodos para fabricar las estructuras elastoméricas preferidas.

Métodos de fabricación de la presente invención: Se suministran dos métodos ejemplares de fabricación en la presente invención. Se entenderá que la presente invención no se limita a la fabricación por uno o el otro de estos métodos. Más bien, otros métodos adecuados de fabricación de las presentes micro estructuras, que incluyen modificar los presentes métodos, son también considerados . Las Figuras 1 a 7B ilustran las etapas en secuencia de un primer método preferido de fabricación de la presente micro estructura (la cual se puede usar como una bomba o válvula) . Las Figuras 8 a 18 ilustran etapas en secuencia de un segundo método preferido de fabricación de la presente micro estructura (la cual también se puede usar como una bomba o válvula) . Como será explicado, el presente método de las Figuras 1 a 7B implica usar capas de elastómero pre-curadas, las cuales se ensamblan y se unen. A la inversa, el método preferido de las Figuras 8 a 18 implica curar cada capa de elastómero "en el sitio" . En la siguiente descripción "canal" se refiere a un rebajo en la estructura elastomérica, la cual puede contener un flujo de fluido o de gas .

J - t.-ÍU-.I El Primer Método Ejemplar: Haciendo referencia a la Figura 1, se suministra un primer molde 10 micro-maquinado. Este molde 10 micro maquinado se puede fabricar por un número de métodos de proceso convencionales de silicio, que incluyen, pero no se limitan a, la fotolitografía, de tratamiento de iones y litografía de haces de electrones. Como se puede ver, el molde 10 micro-maquinado tiene una línea o proyección elevada 11, que se extiende a lo largo del mismo. Una primera capa elastomérica 20 se moldeo en la parte superior del molde 10, de modo que un primer rebajo 21 se forme en la superficie de fondo de la capa elastomérica 20 (rebajo 21, que corresponde en dimensión a la proyección 11), como se muestra. Como se puede ver en la Figura 2, también se suministra un segundo molde 12 micro-maquinado, que tiene una proyección 13 elevada, se extiende a lo largo del mismo. Una segunda capa elastomérica 22 se moldea en la parte superior del molde 12, como se muestra, de modo que un rebajo 23 sea formado en su superficie de fondo, que corresponde a las dimensiones de la proyección 13. Como se puede ver en las etapas en secuencia ilustradas en las Figuras 3 y 4, la segunda capa elastomérica 22 es luego removida del molde 12 y colocada sobre la parte superior de la primera capa elastomérica 20.

-..Al-. J. --J.S-. ¿ j Como se puede ver, el rebajo 23, que se extiende a lo largo de la superficie de fondo de la segunda capa elastomérica 22, formará un canal 32 de flujo. Haciendo referencia a la Figura 5, la primera y segunda capas elastoméricas 20 y 22 separadas (Figura 4) son luego unidas juntas para formar una estructura elastomérica 24 integrada (es decir, monolítica) . Como se puede ver en la etapa en secuencia de las Figuras 8 y 7A, la estructura elastomérica 24 luego se remueve del molde 10 y se coloca sobre la parte superior de un substrato plano 14. Como se puede ver en las Figuras 7A y 7B, cuando la estructura elastomérica 24 se ha sellado en su superficie de fondo al substrato plano 14, el rebajo 21 formará un canal 30 de flujo. Las presentes estructuras elastoméricas forman un sello hermético reversible con casi cualquier substrato plano liso. Una ventaja de formar un sello de esta manera es que las estructuras elastoméricas pueden ser desprendidas, lavadas y reutilizadas . En los aspectos preferidos, el substrato plano 14 es de vidrio. Una ventaja más de usar el vidrio es que éste es transparente, permitiendo la interrogación óptica de los canales de elastómero y depósitos. Alternativamente, la estructura elastomérica se puede unir sobre una capa de elastómero plana por el mismo método como se describió antes, que forma un enlace permanente y de alta resistencia. Esto puede probar ser ventajoso cuando se usan retropresiones mayores. Como se puede ver en las Figuras 7A y 7B, los canales, 30 y 32, de flujo se disponen preferiblemente en un ángulo entre sí con una membrana pequeña 25 del substrato 24, que separa el canal 30 de flujo del fondo del canal 32 de flujo. En aspectos preferidos, el substrato plano 14 es de vidrio. Una ventaja de usar el vidrio en las presentes estructuras elastoméricas puede ser que se desprenden, lavan y reutilizan. Una ventaja más de usar el vidrio es que se puede emplear la detección óptica. Alternativamente, el substrato plano 14 puede ser un propio elastómero, el cual prueba es ventajoso cuando se usan retro-presiones mayores. El método de fabricación, justamente descrito, puede variar para formar una estructura que tiene una membrana compuesta de un material elastomérico diferente de aquél que forma las paredes de los canales del dispositivo. Este método de fabricación variante se ilustra en las Figuras 7C-7G Haciendo referencia a la Figura 7C, se suministra un primer molde micro-maquinado. Este molde 10 micro maquinado tiene una línea o proyección elevada 11, que se extiende a lo largo del mismo. En la Figura 7D, la primera capa elastomérica 20 se moldea en la parte superior del ->*«k . * •"—•*•* primer molde 10 micro-maquinado, de manera que la parte superior de la primera capa elastomérica 20 esté a ras con la parte superior de la línea o proyección elevada 11. Esto puede lograrse controlando cuidadosamente el volumen del 5 material elastomérico colocado sobre el molde 10 con relación a la altura conocida de la línea elevada 11. Alternativamente, la configuración deseada puede ser formada por el moldeo de inyección. En la Figura 7E, un segundo molde 12 micro-0 maquinado, que tiene una proyección elevada 13, que se extiende a través del mismo, también se suministra. La segunda capa elastomérica se moldea en la parte superior del segundo molde 12 como se muestra, de modo que el rebajo 23 se forme en su superficie de fondo, que corresponde a las 5 dimensiones de la proyección 13. En la Figura 7F, la segunda capa elastomérica 22 se remueve del molde 12 y se coloca en la parte superior de la tercera capa elastomérica 222. Esta segunda capa elastomérica 22 se une a la tercera capa elastomérica 20 0 para forma un bloque elastomérico integral 224 usando las técnicas descritas en detalle abajo. En este punto en el proceso, el rebajo 23, anteriormente ocupado por la línea elevada 13, formará un canal de flujo 23. ;.iii L.Í.A .A. ^^^^j^^^^^díw En la Figura 7G, el bloque elastomérico 224 se coloca en la parte superior del primer molde 10 micro- maquinado y la primera capa elastomérica. El bloque elastomérico y la primera capa elastomérica 20 son luego unidos juntos para formar una estructura elastomérica integrada 24 (es decir, monolítica) , que tiene una membrana compuesta de una capa elastomérica separada 222. Cuando la estructura elastomérica 24 se ha sellado en su superficie de fondo a un substrato plano, de la manera antes descrita en relación con la Figura 7A, el rebajo, anteriormente ocupado por la línea elevada 11, formará un canal de flujo 30. El método de fabricación variante, ilustrado anteriormente en conjunto con las Figuras 7C-7G, ofrece la ventaja de permitir que la porción de membrana sea compuesta de un material separado que el material elastomérico del resto de la estructura. Esto es importante, debido a que el espesor y las propiedades elásticas de la membrana juegan un papel clave en la operación del dispositivo. Asimismo, este método permite que la capa de elastómero separada fácilmente sea sometida al acondicionamiento, antes de la incorporación en la estructura de elastómero. Como se discute en detalle abajo, ejemplos de la condición potencialmente deseada incluyen la introducción de especies conductoras magnética o eléctricas para permitir la actuación de la membrana y/o la A kté ? -i.-i _ A] ^& SÍ ±M introducción de contaminantes en la membrana, con el fin de alterar su elasticidad. Mientras el método anterior se ilustró en relación con la formación de varias capas elastoméricas configuradas, formadas por duplicar el moldeo en la parte superior del molde micro maquinado, la presente invención no se limita a esta técnica. Otras técnicas pueden ser empleadas para formar las capas individuales del material elastomérico configurado, que se van a unir juntas. Por ejemplo, una capa configurada de material elastomérico puede ser formada cortando con láser o el moldeo de inyección o por métodos que utilizan el tratamiento químico y/o materiales de sacrificio, como se discute abajo en conjunto con el segundo método ejemplar.

El Segundo Método Ejemplar Un segundo método ejemplar de fabricar una estructura elastomérica, la cual se puede usar como una bomba o válvula, se señala en las etapas en secuencia mostradas en las Figuras 8 a 18. En este aspecto de la invención, los canales de flujo y control se definen por formar primero un patrón foto-protector sobre la superficie de una capa elastomérica (u otro substrato, el cual puede incluir el vidrio) dejando una línea elevada foto-protectora, donde un canal se desea.

En seguida, una segunda capa de elastómero se agrega sobre ella y una segunda capa foto-protectora forma cierto patrón sobre la segunda capa de elastómero, dejando una línea elevada foto-protectora, donde un canal se desea. Una tercera capa de elastómero se deposita sobre ella. Finalmente, la capa foto-protectora se remueve, disolviéndola fuera del elastómero con un solvente apropiado, con los huecos formados por la remoción de la capa foto-protectora, llegando a ser los canales de flujo que pasan a través del substrato. Haciendo referencia primero a la Figura 8, se suministra un substrato plano 40 Una primera capa elastomérica 42 se deposita luego y cura sobre la parte superior del substrato plano 40. Haciendo referencia a la Figura 9, una primera capa 44A foto-protectora se deposita luego sobre la parte superior de la capa elastomérica 42. Haciendo referencia a la Figura 10, una porción de la capa 44A foto-protectora se remueve, de manea que sólo una primera línea de la capa foto-protectora 44B permanezca, como se muestra. Haciendo referencia a la Figura 11, una segunda capa elastomérica 46 es luego depositada sobre la parte superior de la primera capa elastomérica 42, y sobre la primera línea de la capa foto-protectora 44B, como se muestra, encerrando así la primera línea de la capa foto- protectora 44B entre la primera capa elastomérica 42 y la -j-Ajl ? ? Á 8AAZ segunda capa elastomérica 46. Haciendo referencia a la Figura 12, las capas elastoméricas 46 son luego curdas sobre la capa 42 cada unir las capas juntas y formar un substrato elastomérico monolítico 45. 5 Haciendo referencia a la Figura 13, una segunda capa 48A foto-protectora luego se deposita sobre la estructura elastomérica 45. Haciendo referencia a la Figura 14, una porción de la segunda capa 48A foto-protectora se remueve, dejando sólo una segunda línea 48B foto-protectora 0 sobre la parte superior de la estructura elastomérica 45 como se muestra. Haciendo referencia a la Figura 15, una tercera capa elastomérica 50 es luego depositada sobre la parte superior de la estructura elastomérica 45 (comprendida de una segunda capa elastomérica 42 y la primera línea de la 5 capa foto-protectora 44B) y la segunda línea 48B de la capa fotoprotectora, como se muestra, encerrando así la segunda línea de la capa foto-protectora 48B entre la estructura elastomérica 45 y la tercera capa elastomérica 50. Haciendo referencia a la Figura 16, una tercera 0 capa elastomérica 50 y la estructura elastomérica 45 (que comprende la primera capa elastomérica 42 y la segunda capa elastomérica 46 unidas entre sí) , luego se unen juntas formando la estructura elastomérica monolítica 47, que tiene líneas foto-protectoras 44B y 48B, que pasan a través de la 5 misma, como se muestra, haciendo referencia a la Figura 17, ízí.? *i .i ¿.é ¿..Ai .. . . «t..,,.. ..i...,i i . i las líneas foto-protectoras 44B, 48B luego se remueven (por ejemplo, por un solvente) de modo que un primer canal 60 de flujo y un segundo canal 62 de flujo sean suministrados en su lugar, pasando a través de la estructura elastomérica 47, como se muestro. Finalmente, haciendo referencia a la Figura 18, el substrato plano 40 puede ser removido desde el fondo de la estructura monolítica integrada. El método descrito en las Figuras 8 a 18 fabrica una estructura de elastómero con patrones, que utiliza el desarrollo de capas foto-protectoras encapsuladas dentro del material de elastómero. Sin embargo, los métodos, de acuerdo con la presente invención, no se limitan a utilizar capas foto-protectoras. Otros materiales, tal como los metales, pueden también servir como materiales que se sacrifican, cada ser removidos en forma selectiva al material de elastómero que rodea, y el método permanecerá dentro del ámbito de la presente invención. Por ejemplo, como se describe en detalle abajo en relación con las Figuras 35A a 35D, el metal de oro puede ser grabado en forma selectiva al elastómero RTV 615 utilizando la mezcla química apropiada.

Capa y Dimensiones del Canal Preferidas Micro fabricado se refiere al tamaño de las características de la estructura elastomérica fabricada de acuerdo con una modalidad de la presente invención. En ~ y-Ay *~-->-~¡ general, la variación en al menos una dimensión de las estructuras micro-fabricadas se controla al nivel de mieras, con al menos una dimensión siendo microscópica (es decir debajo de 100 µm) . La micro fabricación implica típicamente las técnicas de fabricación de semiconductores o MEMS, tal como la fotolitografía y revestimiento rotatorio, que se diseñan para producir las dimensiones características en el nivel microscópico, con al menos alguna de las dimensiones de la estructura micro fabricada requiriendo un microscopio para resolver/ formar la imagen razonablemente de la estructura . En aspectos preferidos, los canales de flujo 30, 32, 60 y 62 tienen preferiblemente relaciones de ancho a profundidad de 10:1. Una lista no exclusiva de otros intervalos de relaciones de ancho a profundidad, de acuerdo con las modalidades de la presente invención, son de 0.1:1 hasta 100:1, más preferiblemente de 1:1 hasta 50:1, aún más preferido de 2:1 hasta 20:1 y especialmente preferido de 3:1 hasta 15:1. En un aspecto ejemplar, los canales de flujo 30, 32, 60 y 62 tienen anchos de alrededor de 1 a 1000 mieras. Una lista no exclusiva de otros intervalos de anchos de los canales de flujo, de acuerdo con las modalidades de la presente invención, es de 0.01 a 1000 mieras, más preferiblemente de 0.05 a 1000 mieras, aún más preferiblemente de 0.2 a 500 mieras, todavía más preferiblemente de 1 a 250 mieras y especialmente preferido de 10 a 200 mieras. Anchos ejemplares de canales incluyen de 0.1, 1, 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 5 240 y 250 mieras. Los canales de flujo 30, 32, 60 y 62 tienen profundidades de alrededor de 1 a 100 mieras. Una lista no exclusiva de otros intervalos de profundidades de los canales de flujo, de acuerdo con las modalidades de la 0 presente invención es de 0.01 a 1000 mieras, más preferiblemente de 0.05 a 500 mieras, aún más preferido de 0.2 a 250 mieras, todavía más preferido de 1 a 100 mieras, especialmente de 2 a 20 mieras, y más especialmente de 5 a 10 mieras. Profundidades de canales ejemplares incluyen de 5 0.01, 0.02, 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 7.5, 10, 12.5, 15, 17.5, 20, 22.5, 25, 30, 40, 50, 75, 100, 150, 200 y 250 mieras. Los canales de flujo no se limitan a estos intervalos de dimensiones especificados y los ejemplos dados 0 anteriormente, y pueden variar en ancho con el fin de afectar la magnitud de la fuerza requerida para desviar la membrana en longitud, como se discute abajo, en conjunto con la Figura 27. Por ejemplo, canales de flujo extremamente estrechos que tienen un ancho en el oren de 0.01 µm, pueden 5 ser útiles en aplicaciones ópticas y otras, como se discute abajo en detalle. Las estructuras elastoméricas que incluyen porciones que tienen canales de aún mayor ancho del descrito abajo son también consideradas por la presente invención y ejemplos de aplicaciones que utilizan canales de flujo más anchos incluyen el depósito de fluido y las estructuras de canal mezcladoras. La capa elastomérica 22 puede ser moldeada gruesa para la estabilidad mecánica. En una modalidad ejemplar, la capa 22 es de 50 mieras hasta varios centímetros de espesor y más preferiblemente de alrededor de 4 mm de espesor. Una lista no exclusiva de intervalos de espesores de la capa elastomérica, de acuerdo con otras modalidades de la invención, se encuentra entre 0.1 µm y 10 cm, 1 µm y 5 cm, 10 µm y 2 cm, y 100 µm y 10 mm. Por lo tanto, la membrana 25 de la Figura 7B, que separa los canales de flujo 30 y 32, tienen un espesor típico entre 0.01 y 100 mieras, más preferiblemente de 0.05 a 500 mieras, aún más preferiblemente de 0.2 a 250 mieras, todavía más preferiblemente de 1 a 100 mieras, especialmente de 2 a 50 mieras y más especialmente de 5 a 40 mieras. Como tales, los espesores de la capa elastomérica 22 es alrededor de 100 veces el espesor de la capa elastomérica 20. Espesores de membrana ejemplares incluyen 0.01, 0.02, 0.03, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 1, 2, 3, 5, 7.5, 10, 12.5, 15, 17.5, 20, 22.5, 25, 30, 40, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 750 y 1000 mieras. Similarmente, la primera capa elastomérica 42 puede tener un espesor preferido de alrededor o igual a aquél de la capa elastomérica 20 ó 22; la segunda capa elastomérica 46 puede tener un espesor preferido de alrededor o igual a aquél de la capa elastomérica 20; y la tercera capa elastomérica 50 puede tener un espesor preferido alrededor o igual a aquél de la capa elastomérica 22.

Técnicas y Materiales de la Construcción de Litografía Suave de Múltiples Capas Unión Litográfica Suave: Preferiblemente, la capas elastoméricas 20 y 22 (o las capas elastoméricas 42, 46 y 50) se unen entre sí, usando productos químicos que son intrínsecos a los polímeros que comprenden capas de elastómero con patrones. Más preferiblemente, la unión comprende la unión de "cura de adición" de dos componentes. En un aspecto preferido, las varias capas de elastómero se unen entre sí en una unión heterogénea, en la cual las capas tienen diferente química. Alternativamente, una capa homogénea se puede usar en la cual todas las capas serán de la misma composición química. En tercer lugar, las capas de elastómero respectivas pueden, opcionalmente, ser engomadas juntas por un adhesivo. En un cuarto aspecto, las capas elastoméricas pueden ser elastómeros termoestables unidos juntos por calor. En un aspecto de la unión homogénea, las capas elastoméricas se componen del mismo material de elastómero con la misma entidad química en una capa, que reacciona con la misma entidad química en la otra capa, para unir las capas juntas. En una modalidad, la unión entre las cadenas de polímeros de las capas de elastómero puede resultar de la activación de un agente de entrelazamiento debido a la reacción de luz, calor o química con una especie química separada . Alternativamente, en un aspecto heterogéneo, las capas elastoméricas se componen de diferentes elastómeros, con una primera entidad química en una capa que reacciona con una segunda entidad química en otra capa. En un aspecto heterogéneo ejemplar, el proceso de unión usado para unir las capas elastoméricas respectivas juntas pueden comprender la unión entre sí de dos capas de silicona RTV 615, La silicona RTV 615 es un hule de silicona de cura de adición, de dos partes. La parte A contiene grupos de vinilo y el catalizador; la parte B contiene grupos de hidruro de silicio (Si-H) . La relación convencional de RTV 615 es de 10A:1B. Para la unión, una capa puede ser hecha con 30A_1B - <* *. - a XÍ A» .. (es decir un exceso de grupos vinilo) y la otra con 3A:1B (es decir, un exceso de grupos S-H) . Cada capa se cura separadamente. Cuando las dos capas se llevan en contacto y calor a temperatura elevada, ellas se unen 5 irreversiblemente, formando un substrato elastomérico monolítico . En un aspecto ejemplar de la presente invención, las estructuras elastoméricas se forman utilizando el Sylgar 182, 184 ó 186, o los diacrilatos de uretano alifáticos, tal 0 como (pero no limitado a) el Ebecryl 270 o Irr 245 de UCB Chemical . En una modalidad, de acuerdo con la presente invención, estructuras elastoméricas de dos capas se fabrican de Urethane Ebe 270 acrilado puro. Una capa de 5 fondo delgada se recubre girando a 8000 rpm durante 15 segundos a 170°C. Las capas superior y de fondo se curaron inicialmente bajo luz ultravioleta durante 10 minutos bajo nitrógeno, utilizando un dispositivo Modelo ELC 500, fabricado por la corporación Electrolite. Las capas 0 ensambladas, luego se curan por 30 minutos adicionales. La reacción se catalizó por la mezcla del 0.5% en vol/vol de Irgacure 500, fabricado por Ciba-Geigy Chemicals. El material elastomérico resultante exhibió una elasticidad moderada y adhesión al vidrio. ?..¡.,i z. Ai A . Az i .?JJM En otra modalidad, de acuerdo con la presente invención, las estructuras elastoméricas de dos capas se fabricaron de una combinación de 25% de Ebe 279 / 50% de Irr245 / 25% de alcohol isopropílico de una capa delgada de fondo, y el Urethane Ebe 270 acrilado puro, como una capa superior. La capa de fondo delgada se curó inicialmente durante 5 minutos y la capa superior se curó inicialmente durante 10 minutos, bajo luz ultravioleta y bajo nitrógeno, utilizando un dispositivo Modelo ELC500, fabricado por la corporación Electrolite. Las capas ensambladas luego se curaron por 30 minutos más. La reacción se catalizó por una mezcla del 0.5% en vol/vol de Irgacure 500, fabricado por Ciba-Geigy Chemicals. El material elastomérico resultante exhibió una elasticidad moderada y se adhirió al vidrio. Alternativamente, se pueden usar otros métodos de unión, que incluyen la activación de la superficie del elastómero, por ejemplo por exposición de plasma, de manera que las capas / substrato de elastómero se unirá cuando se coloque en contacto. Por ejemplo, un posible acercamiento para unir juntas las capas de elastómero compuestas del mismo material, se señala por Duffy et al ., "Prototipo Rápido de Sistemas Microfluídicos en Poli (dimetilsiloxano) " , Analytical Chemistry (1998) , 70, 4974-4984, incorporado aquí como referencia. Este artículo discute que exponiendo las capas de polidimetilsiloxano (PDMS) al plasma de oxígeno, - • í - nfirtT causa la oxidación de la superficie, con la unión irreversible ocurriendo cuando las dos capas oxidadas se colocan en contacto. Aún otro acercamiento para unir juntas capas sucesivas de elastómero es utilizar las propiedades adhesivas del elastómero sin curar. Específicamente, una capa delgada de elastómero sin curar, tal como el RTV 615, se aplica sobre la parte superior de una primera capa elastomérica curada. En seguida, una segunda capa elastomérica curada se coloca sobre la parte superior de la capa elastomérica sin curar. La capa media delgada del elastómero sin curar luego se cura para producir una estructura elastomérica monolítica. Alternativamente, el elastómero sin curar puede ser aplicado al fondo de una primera capa de elastómero curada, con la primera capa de elastómero curada colocada sobre la parte superior de una segunda capa de elastómero curada. La curación de la capa de elastómero delgada media de nuevo resulta en la formación de una estructura elastomérica monolítica. Cuando se emplea el encapsulado de las capas que se sacrifican para fabricar la estructura de elastómero, como se describió antes en las Figuras 8 a 18, la unión de capas elastoméricas sucesivas puede ser lograda vaciando el elastómero sin curar sobre una capa elastomérica curada previamente, y cualquier material de sacrificio con patrón. ,.k.iÁ aJttJ-1. ^^ ^^Mg& La unión entre las capas de elastómero ocurre debido a la interpenetración y reacción de las cadenas de polímero de una capa de elastómero sin curar, con las cadenas de polímero de una capa de elastómero curada. la curación subsiguiente de la capa elastomérica creará un enlace entre las capas elastomérica y creará también una estructura elastomérica monolítica. Haciendo referencia al primer método de las Figuras 1 a 7B, la primera capa elastomérica 20 puede ser creada por un revestimiento rotatorio de una mezcla de RTV sobre el molde microfabricado 12, a 2000 rpm durante 30 segundos, suministrando un espesor de aproximadamente 40 mieras. La segunda capa elastomérica 22 puede ser creada por el revestimiento rotatorio de una mezcla de RTV sobre el molde 11 microfabricado. Ambas capas, 20 y 22, pueden ser horneadas o curadas separadamente a alrededor de 80°C durante 1.5 horas. La segunda capa elastomérica 22 puede ser unida sobre la primera capa elastomérica 20 a unos 80°C durante alrededor de 1.5 hors. Los moldes, 10 y 12, micro maquinados, pueden ser capas foto-protectoras con patrones, sobre obleas de silicio. En un aspecto ejemplar, una capa foto-protectora Shipley SJR 5740 se giró a 2000 rpm, y formó patrones, con una película de transparencia de alta resolución, como una máscara y luego se desarrolló suministrando un canal inverso de aproximadamente 10 mieras de altura. Cuando se hornea a aproximadamente 200°C durante 30 minutos, la capa foto- protectora vuelve a fluir y los canales inversos llegan a ser redondos. En aspectos preferidos, los moldes se pueden 5 tratar con vapor de trimetilclorosilano (TMCS) por alrededor de un minuto, antes de cada uso, con el fin de prevenir la adhesión del hule de silicona. Usando varias técnicas de construcción de litografía suave de múltiples capas y los materiales señalados aquí, los presentes inventores han tenido éxito experimentalmente en crear redes de canales que comprenden hasta siete capas elastoméricas separadas de espesor, con cada capa siendo de unas 40 µm de grueso. Es previsible que los dispositivos que comprenden más de siete capas elastoméricas separadas, unidas juntas, puedan ser desarrollados .

Materiales Elastoméricos Adecuados Allcock et al., en Polymer Chemistry Contemporánea, 2a Ed. describe elastómeros en general como los polímeros que existen a una temperatura entre su temperatura de transición a vidrio y la temperatura de licuación. Los materiales elastoméricos exhiben propiedades elásticas, debido a que las cadenas de polímero se someten fácilmente al movimiento de torsión, para permitir el I -----i -. . -á ¿ i ,SÁ? i 1,-i desdoblamiento de las cadenas del esqueleto, en respuesta a una fuerza, con estas cadenas de esqueleto volviéndose a enrollar para asumir la configuración anterior, en la ausencia de la fuerza. En general, los elastómeros se deforman cuando se aplica la fuerza, pero luego regresan a su configuración original cuando la fuerza se remueve, la elasticidad exhibida por los materiales elastoméricos se puede caracterizar por el módulo de Young. Los materiales elastoméricos que tiene un módulo de Young entre alrededor de 1 Pa - 1 TPa, más preferiblemente entre alrededor de 10 Pa - 100 GPa, aún más preferiblemente entre alrededor de 20 Pa - 1 GPa, todavía más preferiblemente entre alrededor de 50 Pa - 10 MPa, y especialmente entre alrededor de 100 Pa -1 MPa, son útiles de acuerdo con la presente invención, aunque los materiales elastoméricos que tienen un módulo de Young fuera de estos intervalos pueden también ser utilizados, dependiendo de las necesidades de una aplicación particular. Los sistemas de la presente invención pueden ser fabricados de una amplia variedad de elastómeros. En un aspecto ejemplar, las capas elastoméricas 20, 22, 42, 46 y 50 pueden ser preferiblemente fabricadas del hule de silicona. Sin embargo, se pueden también usar otros elastómeros adecuados.

En un aspecto ejemplar de la presente invención, los presentes sistemas se fabrican de un polímero elastomérico tal como GE RTV 615 (formulación) , un elastómero de silicona (familia) entrelazado de vinil-silano 5 (tipo) . Sin embargo, los presentes sistemas no se limitan a esta formulación, tipo o aún esta familia de polímeros, más bien casi cualquier polímero elastomérico es adecuado. Un requisito importante para el método preferido de fabricación de las presentes micro válvulas es la capacidad de unir 10 capas múltiples de elastómeros juntos. En el caso de la litografía suave de múltiples capas, las capas de elastómeros se curan separadamente y luego se unen entre sí . Este esquema requiere que las capas curadas posean suficiente reactividad para unirse entre sí . Cualquiera de 5 las capas puede ser del mismo tipo y son capaces de unirse a sí mismas, o ellas pueden ser de dos tipos diferentes, y son capaces de unirse entre sí. Otras posibilidades incluyen el uso de un adhesivo entre las capas y el uso de los elastómeros termoestables. 0 Dada la tremenda diversidad de la química de polímeros, precursores, métodos sintéticos, condiciones de reacción y aditivos potenciales, existe un gran número de posibles sistemas de elastómeros que se pueden usar para obtener micro válvulas y bombas elastoméricas monolíticas. 5 Las variaciones en los materiales usados más probablemente -i^i...,?j.i.. serán impulsadas por la necesidad de propiedades particulares de materiales, es decir, la resistencia a solventes, rigidez, permeabilidad al gas o estabilidad de temperatura . Existen muchos tipos de polímeros elastoméricos.

Una breve descripción de las clases más comunes de elastómeros se presentan aquí, con el intento de mostrar que aún con polímeros relativamente "estándar", muchas posibilidades de unión existen. Polímeros elastoméricos comunes incluyen el poliisopreno, polibutadieno, policloropreno, poliisobutileno, poli (estireno-butadieno-estireno) , los poliuretanos, y las siliconas.

Poliisopreno, polibutadieno, policloropreno: El poliisopreno, polibutadieno y policloropreno, son todos polimerizados de monómeros de dieno y, por lo tanto, tienen un doble enlace por monómero cuando se polimerizan. Este enlace doble permite a los polímeros ser convertidos a elastómeros con la vulcanización (esencialmente, se usa el azufre para formar entrelazamientos entre los dobles enlaces por alentamiento) . Esto permitirá fácilmente la litografía suave de múltiples capas homogéneas, por la vulcanización incompleta de las capas que se van a - «.*»*»*••* unir; el encapsulado foto-protector sería posible por un mecanismo similar.

Poliisobutileno : El poliisobutileno no tiene enlaces dobles, pero está entrelazado para su uso como un elastómero, por incluir una cantidad pequeña (1%) de isopreno en la polimerización. Los monómeros de isopreno dan enlaces dobles pendientes sobre el esqueleto de poliisobutileno, que pueden luego ser vulcanizados, como antes .

Poli (estireno-butadieno-estireno) : Se produce el poli (estireno-butadieno-estireno) por la polimerización aniónica activa (es decir, no hay etapa natural de terminación de cadena en la reacción) , así los extremos del polímero "activo" pueden existir en el polímero curado. Esto hace un candidato natural para presentar el sistema de encapsulado de la capa foto-protectora (donde habrá abundancia del monómero sin reaccionar en la capa líquida vaciada sobre la parte superior de la capa curada) . La curación incompleta permitirá que la litografía suave de múltiples capas, homogénea (enlace A a A) . La química también facilitará obtener una capa con butadieno w-a- ¿-.I i .i extra ("A") y el agente acoplador y la otra capa ("B") con déficit de butadieno (para la litografía suave de múltiples capas, heterogénea) . El SBS es un "elastómero termoestable", lo que significa que arriba 5 de cierta temperatura funde y llega a ser plástico (en oposición a elástico) ; reduciendo la temperatura suministra de nuevo el elastómero. Así, las capas se pueden unir entre sí por calentamiento. 0 Poliuretanos Los poliuretanos se producen de di-isocianatos (A-A) y di-alcoholes o di-aminas (B-B) , el número de diferentes tipos de poliuretanos es enorme. La naturaleza A vs . B de los polímeros, sin embargo, debe 5 hacerlos útiles para la litografía suave de múltiples capas, heterogénea, justo como el RTV 615; por usar exceso de A-A en una capa y exceso de B-B en la otra capa. 0 Siliconas: Los polímeros de silicona tienen probablemente la mayor variedad estructural, y casi ciertamente tendrán el número más alto de formulaciones disponibles comercialmente. El entrelazamiento de vinilo a (Si-H) del RTV 615 (que permite tanto la litografía suave de i-?- LÁ áS&j-t. tl-aj múltiples capas, heterogénea, como el encapsulado foto-protector) ya se ha discutido, pero éste es sólo uno de los varios métodos de entrelazamiento usados en la química de polímeros de silicona. 5 Agentes de Entrelazamiento: Además del uso de los polímeros "puros" sencillos, discutido anteriormente, los agentes de entrelazamiento se pueden agregar. Algunos agentes 0 (como los monómeros que llevan enlaces dobles pendientes para la vulcanización) son adecuados para permitir la litografía suave de múltiples capas, homogénea (A a A) o el encapsulado de foto-protector; en tal acercamiento, el mismo agente se incorpora en 5 ambas capas de elastómero. Agentes complementarios (es decir un monómero que lleva un enlace doble pendiente, y otro que lleva un grupo de Si-H pendiente) son adecuados para la litografía suave de múltiples capas heterogénea (A a B) . En este acercamiento, se agregan 0 agentes complementarios a las capas adyacentes.

Otros Materiales : Además, los polímeros que incorporan materiales, tal como los clorosilanos o los metil-, etil- y fenilsilanos, y el polidimetilsiloxano (PDMS) tal como ÍAi- AJ. ?z. . z «.-fe-. , ..

Dow Chemical Corp. Sylgard 182, 184 ó 186, o diacrilatos de uretano alifáticos, tal como ( pero no limitado a) el Ebecryl 270 o Irr 245 de UCB Chemical, pueden también ser usados. La siguiente es una lista , no exclusiva, de materiales elastoméricos que se pueden utilizar en relación con la presente invención: poliisopreno,- polibutadieno, policloropreno, poliisobutileno, poli (estireno-butadieno-estireno) , los poliuretanos, y polímeros de silicona; o poli (bis (fluoroalcoxi) - fosfaceno) (PNF, Eypel-F) , poli (carborano-siloxanos) (Dexsil) , poli (acrilonitrilo-butadieno) (hule de nitrilo), poli (l-buteno) , poli (clorotrifluoroetileno- fluoruro de vinilideno) , copolímeros (Kel-F) , poli (etil-vinil-éter) , poli (fluoruro de vinilideno), poli (fluoruro de vinilideno - hexafluoropropileno) , copolímero (Viton) , composiciones elastoméricas de polivinilcloruro (PVC) , polisulfona, policarbonato, polimetilmetacrilato (PMMA) , y politetra-fluoroetileno (Teflón) .

Contaminación y Dilución: Los elastómeros pueden ser también "contaminados" con cadenas de polímeros no entrelazables de la misma clase. Por ejemplo, el RTV 615 se puede diluir con el fluido de .A i .i ......i silicona GE SF96. Este sirve para reducir la viscosidad del elastómero sin curar y reduce el módulo de Young del elastómero curado. Esencialmente, las cadenas del polímero capaces de entrelazare son extendidas aparte además por la adición de cadenas de polímeros "inertes!, así es nombrada una "dilución" . El RTV 615 cura en forma ascendente a un 90% de dilución, con reducción drástica en el módulo de Young. La Figura 49 proyecta el módulo de Young versus la dilución en porcentaje con el diluente GE SF96-50 del elastómero GE RTV 615, que tiene una relación de 30_1 A:B. La Figura 49 muestra que la flexibilidad del material de elastómero y así la responsabilidad de la membrana de válvula a una fuerza de actuación aplicada, puede ser controlada durante la fabricación del dispositivo. Otros ejemplos de contaminación de un material de elastómero pueden incluir la introducción de especies conductivas eléctricamente o magnéticas, como se describe en detalle abajo, en conjunto con métodos alternativos de acción de la membrana del dispositivo. Cuando se desea, la contaminación con partículas finas de material que tienen un índice de refracción diferente que el material elastomérico (es decir, sílice, diamante, zafiro) también se consideran como un sistema para alterar el índice de refracción del material. Las partículas que se absorben fuertemente u opacas pueden ser agregadas para hacer al elastómero de ..-.i . í-. ; color u opaco a la radiación incidente. Esto puede concebiblemente ser benéfico en un sistema que se puede dirigir ópticamente. Finalmente, contaminando el elastómero con especies químicas específicas, estas especies químicas contaminadas pueden ser presentadas en la superficie del elastómero, sirviendo así como anclas o puntos de partida para la derivación química ulterior.

Tratamiento Previo y Revestimiento Superficial Una vez que el material elastomérico se ha moldado o grabado en la configuración apropiada, puede ser necesario tratar previamente el material con el fin de facilitar la operación en relación con una aplicación particular. Por ejemplo, una posible aplicación para un dispositivo elastomérico, de acuerdo con la presente invención, es clasificar entidades biológicas, tal como células o el ADN. En tal aplicación, la naturaleza hidrofóbica de la entidad biológica puede causar se adhiera al elastómero hidrofóbico de las paredes del canal. Por lo tanto, puede ser útil tratar previamente el orden de la estructura elastomérica para impartir un carácter hidrofílico a las paredes del canal . En una modalidad de la presente invención, que utiliza el elastómero RTV615 de General Electric, esto se puede lograr hirviendo el elastómero configurado en ácido (por ejemplo, 0.01% de HCl, en agua, pH de 2.7, a 60°C, durante 40 minutos) . Otros tipos de tratamiento previo del material de elastómero son también considerados por la presente solicitud. Por ejemplo, ciertas porciones del elastómero pueden ser tratadas previamente para crear anclas para las reacciones químicas de la superficie (por ejemplo en la formación de cadenas de péptidos) , o sitios de unión para anticuerpos, como será ventajoso en una aplicación dada. Otros ejemplos del tratamiento previo del material de elastómero pueden incluir la introducción del material de reflejo en la superficie de elastómero, como se describe en detalle abajo en conjunto con la aplicación del arreglo de micro-espejo .

Métodos de Operación de la Presente Invención: Las Figuras 7B y 7H muestran juntas el cierre del primer canal de flujo por presurizar un segundo canal de flujo, con la Figura 7B (una vista en sección frontal cortando a través del canal 32 de flujo en la Figura 7A correspondiente) , que muestra un primer canal 30 de flujo abierto; con la Figura 7H mostrando el primer canal de flujo 30 cerrado por presurización del segundo canal 32 de flujo. Haciendo referencia a la Figura 7B, el primer canal 30 de flujo y el segundo canal 32 de flujo se j^j muestran. La membrana 25 separa los canales de flujo, formando la parte superior del primer canal 30 de flujo y el fondo del segundo canal 32 de flujo. Como se puede ver, el canal 30 de flujo está "abierto". Como se puede ver en la Figura 7H, la presurización del canal 32 de flujo (o por gas o líquido introducido ahí) causa que la membrana 25 se desvíe hacia abajo, comprimiendo el flujo F que pasa a través del canal 30 de flujo. Por lo tanto, variando la presión en el canal 32, un sistema de válvula, que puede actuar linealmente, es provisto, de modo que el canal 30 de flujo pueda ser abierto o cerrado, moviendo la membrana 25, según sea deseado. (Para fines de ilustración solamente, el canal 30 en la Figura 7G se muestra en una posición "cerrada en su mayoría", más bien que una posición "completamente cerrada") . Se entenderá que exactamente los mismos métodos de abertura y cierre de válvula se pueden lograr con los canales 60 y 62 de flujo. Puesto que tales válvulas son accionadas moviendo el techo de los canales por sí mismos (es decir moviendo la membrana 25) , las válvulas y bombas producidas por esta técnica tienen un volumen muerto verdaderamente de cero, y las válvulas de interrupción hechas por esta técnica tienen un volumen muerto aproximadamente igual al volumen activo de la válvula, por ejemplo de alrededor de 100 x 100 x 10 µm = 100 pL. Tales volúmenes muertos y áreas consumidas por mover las membranas son aproximadamente de dos órdenes de magnitud mayores que las micro válvulas convencionales conocidas. Válvulas más pequeñas y más grandes y válvulas de cambio se consideran en la presente invención, y una lista no exclusiva de intervalos de volúmenes muertos incluyen 1 aL a 2 µL, 100 aL a 100 nL, 1 fL a 10 nL, 100 fL a 1 nL y 1 pL a 100 pL. Los volúmenes extremadamente pequeños, capaces de ser entregados por las bombas y válvulas, de acuerdo con la presente invención, representan una ventaja substancial. Específicamente, los volúmenes más pequeños conocidos, capaces de ser medidos por sistemas automáticos es de alrededor de diez veces mayores (1 µl) . Utilizando las bombas y válvulas de acuerdo con la presente invención, volúmenes de líquidos de 10 ni o menores, se pueden medir rutinariamente y disponer. La medición exacta de volúmenes extremadamente pequeños de fluidos, hecha posible por la presente invención, será extremamente valiosa en un gran número de aplicaciones biológicas, que incluyen las pruebas y ensayos de diagnóstico. La Ecuación 1 representa el modelo matemático, altamente simplificado de desviación de una placa rectangular, lineal, elástica, isotrópica de espesor uniforme por la presión aplicada: (1) w = (BPb4)/(Eh3) , donde w = desviación de la placa; B = coeficiente de configuración (dependiente de la longitud vs . el ancho y el soporte de los bordes de la placa) ; P = presión aplicada; b = ancho de la placa E = módulo de Young; y h = espesor de la placa.

Así, aún en esta expresión extremadamente simplificada, la desviación de una membrana elastomérica en respuesta a una presión, será una función de: la longitud, ancho y espesor de la membrana, la flexibilidad de la membrana (módulo de Young) y la fuerza de acción aplicada. Debido a que cada uno de estos parámetros variará ampliamente, dependiendo de las dimensiones reales y la composición física del dispositivo elastomérico particular, de acuerdo con la presente invención, un amplio intervalo de espesores y elasticidades de la membrana, anchos de canales y fuerzas de impulso se consideran por la presente invención. Se debe entender que la fórmula justamente presentada es sólo una aproximación, puesto que, en general, la membrana no tiene un espesor uniforme, el espesor de la membrana no es necesariamente pequeño en comparación con la longitud y ancho, y la desviación no es necesariamente pequeña compara a la longitud, ancho o espesor de la membrana, No obstante, la ecuación sirve como una guía útil para ajustar los parámetros variables para lograr una respuesta deseada de la desviación versus la fuerza aplicada. Las Figuras 21a y 21b ilustran la abertura de válvula vs . la presión aplicada para un ancho de 100 µm de un primer canal 30 de flujo y ancho de 50 µm de un segundo canal 32 de flujo. La membrana de esta dispositivo se formó por una capa de General Electric Silicones RTV 615, que tiene un espesor de aproximadamente 30 µm y un módulo de Young de aproximadamente 759 kPa . Las Figuras 21a y 21b muestran la extensión de la abertura de la válvula para ser substancialmente lineal sobre la mayoría del intervalo de las presiones aplicadas. Mientras la presente invención no requiere este comportamiento de actuación lineal, modalidades de la invención son <insertadas aquí>. La presión del aire se aplica para accionar la membrana del dispositivo a través de una pieza de 10 cm de largo de tubo de plástico, que tiene un diámetro externo de 0.635 mm, conectado a una pieza de 25 mm de un tubo hipodérmico de acero inoxidable, con un diámetro externo de 0.635 mm y un diámetro interno de 0.330 mm. Esta tubería se colocó en contacto con el canal de control por la inserción en el bloque elastomérico en una dirección normal al canal de control. La presión del aire se aplicó al tubo hipodérmico desde una válvula de solenoide miniatura LHDA externa, fabricada por Lee Co. La conexión de dispositivos convencionales de micro fluido a un flujo de fluido externo posee un número de problemas, evitados por la configuración externa, justamente descrita. Uno de tales problemas es la fragilidad de sus conexiones con el ambiente externo. Específicamente, los dispositivos convencionales de micro fluidos se componen de materiales inflexibles, duros (tal como el silicio) , al cual los tubos o tuberías permiten la conexión a elementos externos que se deben unir. La rigidez del material convencional crea una tensión física significante de los puntos de contacto con la tubería externa, pequeña y delicada, haciendo a los dispositivos convencionales de micro fluido propensos a fracturarse y a ocurrir escapes en estos puntos de contacto. En contraste, el elastómero de la presente invención es flexible y puede penetrar fácilmente por la conexión externa por un tubo compuesto de material duro. Por ejemplo, en una estructura de elastómero fabricada utilizando el método mostrado en las Figuras 1 y 7B, un agujero, que se extiende desde la superficie exterior de la estructura dentro del canal de control, puede ser hecho penetrando el elastómero con el tubo hipodérmico de metal, después que la pieza de elastómero superior se ha removido del molde (como se muestra en la Figura 3) y antes que esta pieza se haya unido a la pieza de elastómero inferior (como se muestra en la Figura 4) . Entre estas etapas, el techo del canal de control se expone a la vista del usuario y es accesible a la inserción y colocación apropiada del agujero. En seguida de la terminación de la fabricación del dispositivo, el tubo hipodérmico de metal se inserta en el agujero para completar la conexión de fluido. Asimismo, el elastómero de la presente invención se doblará en respuesta a la fuerza física en el punto de contacto con una conexión externa, haciendo a la conexión física externa más robusta. Esta flexibilidad reduce substancialmente la oportunidad de escape o fractura del presente dispositivo. Otra desventaja de los dispositivos convencionales de micro fluidos es la dificultad en establecer un sello efectivo entre el dispositivo y sus conexiones externas. Debido al diámetro extremadamente estrecho de los canales de estos dispositivos, aún regímenes moderados de flujo de fluido pueden requerir presiones extremadamente altas. El escape indeseado en la junta entre el dispositivo y las conexiones externas puede ser producido. Sin embargo, la flexibilidad del elastómero del presente dispositivo también ayuda en superar este escape relacionado con la presión. En ¡ i.i-ÍM particular, el material elastomérico flexible se dobla para conformarse alrededor de la tubería insertada con el fin de formar un sello resistente a la presión. Mientras el control del flujo de material a través 5 del dispositivo se ha descrito utilizando la presión del gas aplicado, otros fluidos se pueden usar. Por ejemplo, el aire se puede comprimir y así experimenta algún retardo finito entre el tiempo de aplicación de la presión por la válvula de solenoide externa y el tiempo que esta presión es 0 experimentada por la membrana. En una modalidad alternativa de la presente invención, la presión se puede aplicar desde una fuente externa a un fluido no compresible tal como el agua o aceites hidráulicos, que resultan en una transferencia casi instantánea de la presión aplicada a la 5 membrana. Sin embargo, si el volumen desplazado de la válvula es grande o el canal de control es estrecho, la viscosidad mayor de un fluido de control puede contribuir a retardar en la actuación. El medio óptimo para transferir la presión, por lo tanto, dependerá de la aplicación particular 0 y la configuración del dispositivo, y ambos medios, gaseosos y líquidos, se consideran por la invención. Con la presión externa aplicada, como se describió antes, aplicada por un sistema de bomba / tanque, a través de un regulador de presión y una válvula miniatura externa, otros métodos de aplicación de la presión externa son i?i -fe- 4¿-. también considerados por la presente invención, que incluyen tanques de gas, compresoras, sistemas de pistón y columnas de líquido. Igualmente se considera el uso de fuentes de presión que ocurren naturalmente, tal como pueden encontrarse dentro de los organismos vivos, por ejemplo la presión de la sangre, presión gástrica, la presión presente en el fluido cerebro-espinal, la presión presente en el espacio intra-ocular, y la presión ejercida por los músculos durante la flexión normal . Otros métodos de regular la presión externa son también considerados, tal como válvulas miniatura, bombas, bombas peristálticas macroscópicas, válvulas de contracción y otros tipos de equipo que regula el fluido, tal como es conocido en la técnica. Como se puede ver, la respuesta de las válvulas, de acuerdo con las modalidades de la presente invención se han mostrado experimentalmente como lineales casi perfectamente sobre una gran porción de su intervalo de viaje, con histéresis mínima. Por consiguiente, las presentes válvulas son adecuadas idealmente para medir micro fluidos y el control del fluido. La linealidad de la respuesta de válvula demuestra que las válvulas individuales son bien modeladas como resortes de la Ley de Hooke . Asimismo, las presiones elevadas en el canal de flujo (es decir, la retropresión) pueden ser contrarrestadas simplemente aumentando la presión de impulso.

Experimentalmente, los presentes inventores han logrado el cierre de válvula a retro-presiones de 70 kPa, pero también se consideran presiones mayores. La siguiente es una lista no exclusiva de los intervalos logrados por la presente invención: 10 Pa - 25 MPa; 100 Pa - 10 MPa, 1 kPa - IMPa, 1 kPa - 300 kPa, 5 kPa - 200 kPa y 15 kPa -100 kPa. Mientras las válvulas y bombas no requieren un impulso lineal para abrirse y cerrarse, la respuesta lineal permite que las válvulas se usen más fácilmente como dispositivos de medición. En una modalidad de la invención, la abertura de la válvula se usa para controlar el régimen de flujo por ser accionada parcialmente a un grado de cierre conocido. La actuación de la válvula lineal hace más fácil determinar la cantidad de la fuerza de actuación requerida para cerrar la válvula a un grado de cierre deseado. Otro beneficio de la acción lineal es que la fuerza requerida para el impulso de válvula puede ser determinado fácilmente de la presión en el canal de flujo. Si la actuación es lineal, la presión aumentada en el canal de flujo puede ser contrarrestada agregando la misma presión (fuerza por área unitaria) a la porción accionada de la válvula. La linealidad de la válvula depende de la estructura, composición y método de impulso de la estructura de válvula. Asimismo, si la linealidad es una característica deseable en una válvula, depende de la aplicación. Por lo tanto, tanto las válvulas que actúan linealmente como no linealmente, se consideran en la presente invención, y la presión varía en que en la válvula de impulso lineal variará con la modalidad específica. La Figura 22 ilustra la respuesta de tiempo (es decir el cierre de la válvula como una función del tiempo, en respuesta a un cambio en la presión aplicada) de una micro válvula RTV de 100 µm x 10 µm x 10 µm, con una tubería de aire de 10 cm de largo conectada del chip a una válvula neumática, como se describió antes. Dos períodos de señales de control digitales, la presión real de aire en el final de la tubería y la abertura de la válvula, se muestran en la Figura 22. La presión aplicada en la línea de control es de 100 kPa, que es substancialmente mayor de los 40 kPa requeridos para cerrar la válvula. Así, cuando se cierra, la válvula es empujada para cerrar con una presión de 60 kPa mayor que lo requerido. Cuando se abre, sin embargo, la válvula es impulsada atrás a su posición de descanso sólo por su propia fuerza de resorte (<_ 40 kPa) . Así, la tcierre se espera sea menor que la Xa erta • Hay también un retardo entre la señal de control y la respuesta de presión de control, debido a las limitaciones de la válvula de miniatura usada para controlar la presión. Nombrando a tales retardos con t, y 1/e las constantes de tiempo t, los valores son tab?erta = 3 . 83 mS / tabierta = 1 88 ms, tcerrada = 2 . 15 ms , Tcerrada = 0 . 51 ms , . Si 3ta cada una se permite abrir y cerrar, la válvula va confortablemente a 75 Hz cuando se llena con la solución acuosa. Si uno usa otro método de impulso, el cual no sufra del retardo de abertura y de cierre, esta válvula operará a 375 Hz . Nótese que la constante del resorte puede ser ajustada cambiando el espesor de la membrana; esto permite la optimización para cualquier abertura o cierre rápido. La constante del resorte puede también ser ajustada cambiando la elasticidad (módulo de Young) de la membrana, como es posible introduciendo contaminantes en la membrana o utilizando un diferente material elastomérico para servir como la membrana (descrita antes en conjunto con las Figuras 7C-7H) . Cuando se miden experimentalmente las propiedades de la válvula, como se ilustra en las Figuras 21 y 22, esta abertura de la válvula se mide por fluorescencia. En estos experimentos, el canal de flujo se llenó con una solución de isotiocianato de fluoresceína (FTTC) en un regulador (pH < 8) , y la fluorescencia de un área cuadrada que ocupa el centro a aproximadamente 1/3 del canal es vigilada en un microscopio de epi-fluorescencia con un tubo foto-multiplicador con un ancho de banda de 10 kHz. La presión se vigiló con un sensor de presión del puente de Wheatstone (SenSym SSC15GD2) presurizado simultáneamente con la línea de control a través de conexiones neumáticas casi idénticas.

Secciones Transversales del Canal de Flujo: Los canales de flujo de la presente invención pueden, opcionalmente, estar diseñados con diferentes tamaños y configuraciones en sección transversal, que ofrecen diferentes ventajas, dependiendo de su aplicación deseada. Por ejemplo, la configuración en sección transversal del canal de flujo inferior bajo el canal cruzado superior) . Tal como la superficie superior curvada, facilita el sellado de la válvula como sigue. Haciendo referencia en la Figura 19, una vista en sección transversal (similar a aquélla de la Figura 7B) a través de los canales de flujo 30 y 32, se muestra. Como se puede ver, el canal 30 de flujo es rectangular en configuración en sección transversal. En un aspecto preferido alternativo de la invención, como se muestra en la Figura 20, la sección transversal de un canal 30 de flujo en su lugar tiene una superficie curvada superior. Haciendo referencia primero a la Figura 19, cuando el canal 32 de flujo se presuriza, la porción 25 de la membrana del bloque 24 elastomérico, que separa los canales 30 y 32 de flujo, se moverá hacia abajo a las posiciones sucesivas mostradas por las líneas de puntos 25A, 25B, 25C, 25D y 25E. Como se puede ver, el sellado incompleto puede resultar posiblemente en los bordes del canal 30 de flujo, adyacente al substrato 14 plano. En una modalidad preferida alternativa de la Figura 20, el canal 30a de flujo tiene una pared superior 25A curvada. Cuando el canal 32 de flujo se presuriza, la porción 25 de membrana se moverá hacia abajo a las posiciones sucesivas mostradas por las líneas de puntos 25A2, 25A3, 25A4 y 25A5, con porciones de borde de la membrana moviéndose primero dentro del canal de flujo, seguido por las porciones de membrana superior. Una ventaja de tener tal superficie superior curvada en la membrana 25A es que un sello más completo será provisto cuando el canal 32 de flujo se presuriza. Específicamente, la pared superior del canal 30 de flujo suministrará un borde de contacto continuo contra el substrato plano 14, evitando así la "isla" de contacto vista entre la pared 25 y el fondo del canal 30 de flujo en la Figura 19. Otra ventaja de tener una superficie de canal de flujo superior curvada en la membrana 25A es que la membrana puede ser fácilmente conformada a la configuración y el volumen del canal de flujo en respuesta a la actuación. Específicamente, donde se emplea el canal de flujo rectangular, el perímetro entero (2x altura del canal de flujo, más el ancho del canal de flujo) debe ser forzado en el canal de flujo. Sin embargo, donde un canal de flujo arqueado se usa, un perímetro menor de material (sólo la 5 porción arqueada semicircular) debe ser forzada dentro del canal. De esta manera, la membrana requiere menos cambio en el perímetro para la actuación y es, por lo tanto, más responsivo a una fuerza de actuación aplicada para bloquear el canal de flujo. 0 En un aspecto alternativo (no ilustrado) , el fondo del canal 30 de flujo está redondeado, de modo que su superficie curvada coincida con la pared superior curvada 25A, como se ve en la Figura 20, antes descrita. En resumen, el cambio de conformación real experimentado por la membrana en la actuación dependerá de la configuración de la estructura elastomérica particular. Específicamente, el cambio en conformación dependerá de la longitud, ancho y perfil de espesor de la membrana, su unión al resto de la estructura y la altura, ancho y configuración del flujo y los canales de control y las propiedades de material del elastómero usado. El cambio en conformación puede también depender del método de actuación, conforme la actuación de la membrana en respuesta a una presión aplicada variará algo de la actuación, en respuesta a la fuerza magnética o electrostática. is-..- i J- -. -.; I- Asimismo, el cambio deseado en conformación en la membrana también variará en dependencia de la aplicación particular para la estructura elastomérica. En las modalidades más sencillas, descritas antes, la válvula puede o estar abierta o cerrada, con la medición para controlar el grado de cierre de la válvula. En otras modalidades, sin embargo, puede ser conveniente alterar la configuración de la membrana y/o el canal de flujo, con el fin de lograr una regulación del flujo más complejo. Por ejemplo, el canal de flujo puede estar provisto con proyecciones elevadas debajo de la porción de membrana, tal como en la actuación de la membrana cierra sólo un porcentaje del flujo a través del canal de flujo, con el porcentaje de flujo bloqueado insensible a la fuerza de acción aplicada. Muchos perfiles de espesor de membrana y las secciones transversales del canal de flujo se consideran por la presente invención, que incluyen la rectangular, trapezoidal, circular, elipsoidal, parabólica, hiperbólica y poligonal, al igual que secciones de las configuraciones anteriores. Las configuraciones en sección transversal más complejas, tal como la modalidad con proyecciones, discutida inmediatamente antes o una modalidad que tiene concavidades en el canal de flujo, son también consideradas por la presente invención.

Técnicas Alternativas de Impulso de Válvula Además de los sistemas de impulso basados en la presión, antes descritos, sistemas de impulso opcionales, electrostáticos y magnéticos, son también considerados como 5 sigue. El impulso electrostático se puede lograr formando electrodos cargados opuestamente (los cuales tenderán a atraerse entre sí cuando una diferencial de voltaje se aplica a ellos) directamente en la estructura elastomérica 0 monolítica. Por ejemplo, haciendo referencia a la Figura 7B, un primer electrodo opcional 70 (mostrado en silueta) puede ser colocado sobre (o dentro) la membrana 25 y un segundo electrodo opcional 73 (también mostrado en silueta) puede ser colocado sobre (o dentro) el substrato plano 14. Cuando 5 los electrodos 70 y 72 se cargan con polaridades opuestas, una fuerza atractiva entre los dos electrodos causará que la membrana 25 se desvíe hacia abajo, por lo cual cierra la "válvula" (es decir, cierra el canal 30 de flujo) . Para que el electrodo de membrana sea 0 suficientemente conductivo, para soportar la actuación electrostática, pero no rígido mecánicamente para así impedir el movimiento de válvula, un electrodo suficientemente flexible debe ser provisto dentro o sobre la membrana 25. Dicho electrodo puede ser provisto por una capa delgada de metalización, contaminando el polímero con el 't - ¿ i .. -*.,.¿,¿ i material conductivo, o haciendo la capa superficial de un material conductivo. En un aspecto ejemplar, el electrodo presente en la membrana de desviación puede ser provisto por una capa de metalización delgada, la cual puede ser provista, por ejemplo, por depositar electrónicamente una capa delgada de metal, tal como de 20 nm de oro. Además de la formación de una membrana metalizada por depósito electrónico, otros acercamientos de metalización, tal como la epitaxia química, evaporación, electro chapeado y chapeado sin electrodos están también disponibles. La transferencia física de una capa de metal a la superficie del elastómero está también disponible, por ejemplo por evaporación de un metal sobre un substrato plano, al cual se adhiere pobremente, y luego la colocación del elastómero sobre el metal y desprendimiento del metal del substrato. Un electrodo conductivo 70 puede también ser formado, depositando negro de carbón (por ejemplo Cabot Vulcan XC72R) sobre la superficie del elastómero, o por frotado sobre el polvo seco o por exposición del elastómero a una suspensión de negro de carbón en un solvente, el cual causa el hinchamiento del elastómero (tal como un solvente clorado en el caso del PDMS) . Alternativamente, el electrodo 70 puede ser formado por la construcción de etoda la capa 20 del elastómero contaminado con el material conductivo (por ^¿^ ^»^ ejemplo el negro de carbón o partículas de metal finamente divididas) . Aún otra alternativa, el electrodo puede ser formado por depósito electrostático o por una reacción química que produzca el carbón. En experimentos conducidos por los presentes inventores, la conductividad se muestra aumenta con la concentración del negro de carbón de 5.6 x 10"16 hasta aproximadamente 5 x 10"3 (O-cm) A El electrodo inferior 72, el cual no se requiere se mueva, puede ser o un electrodo elástico, como se describió antes, o un electrodo convencional, tal como de oro evaporado, una placa de metal o un electrodo semiconductor contaminado. Alternativamente, la actuación magnética de los canales de flujo puede ser lograda fabricando la membrana que separa los canales de flujo con un material polarizable magnéticamente, tal como el hierro, o un material magnetizado permanentemente, tal como el NdFeB polarizado.

En experimentos conducidos por los presentes inventores, la silicona magnética se creó por la adición de polvo de hierro (alrededor de 1 µm de tamaño de partículas) hasta el 20% de hierro en peso. Cuando la membrana se fabrica con un material polarizable aplicado, esta membrana puede actuar por atracción en respuesta a un campo magnético aplicado. Cuando la membrana se fabrica de un material capaz de mantener la magnetización permanente, el material puede primero ser rl ?.l .í magnetizado por la exposición a un campo magnético suficientemente alto, y luego accionado o por atracción o repulsión en respuesta a la polaridad de un campo magnético no homogéneo aplicado. El campo magnético causa que el impulso de la membrana pueda ser generado en varias maneras. En una modalidad, el campo magnético es generado por una bobina inductiva, extremadamente pequeña, formada en o próxima a la membrana del elastómero. El efecto de impulso de dicha bobina magnética será localizado, permitiendo la actuación de una bomba individual y/o estructuras de válvula. Alternativamente, el campo magnético puede ser generado por una fuente mayor, más potente, en cuyo caso, el impulso será global y actuará múltiples bombas y/o estructuras de válvula a la vez. Es además posible combinar el impulso de presión con el impulso electrostático o magnético. Específicamente, una estructura de fuelle en la comunicación de fluido con un rebajo que puede ser impulsado electrostática o magnéticamente, para cambiar la presión en el rebajo y así impulsar una estructura de membrana adyacente al rebajo. Además del impulso eléctrico o magnético, como se describió antes, los sistemas de impulso opcionales, electrolítico o electrocinético, son también considerados por la presente invención. Por ejemplo, la presión de _*..»& -z i-? A impulso en la membrana puede surgir de una reacción electrolítica en un rebajo que se sobrepone a la membrana. En tal modalidad, los electrodos presentes en el rebajo aplicarán un voltaje a través de un electrólito en el rebajo. Esta diferencia de potencial causará la reacción electroquímica en los electrodos y resultará en la generación de especies de gas, dando lugar a un diferencial de presión en el rebajo. Alternativamente, la presión de impulso en la membrana puede surgir de un flujo de fluido eletrocinético en el canal de control. En tal modalidad, los electrodos presentes en los extremos opuestos del canal de control aplicarán una diferencia de potencial a través de un electrólito presente en el canal de control. La migración de especies cargadas en el electrólito a los electrodos respectivos pueden dar lugar a un diferencial de presión. Finalmente, es también posible accionar el dispositivo causando un flujo de fluido en el canal de control, basado en la aplicación de energía térmica, o por la expansión térmica o por la producción de gas desde un líquido. Similarmente, las reacciones químicas que generan productos gaseosos, pueden producir un aumento en la presión, suficiente para el accionamiento de la membrana.

A~?zi Á- M Sistemas con Redes: Las Figuras 23A y 23B muestran vistas de una sola válvula de conexión / desconexión, idéntica a los sistemas señalados antes (por ejemplo en la Figura 7A) . Las Figuras 24A y 24B muestran un sistema de bombeo peristáltico comprendido de una pluralidad de válvulas sencillas dirigibles de conexión / desconexión como se ve en la Figura 2, pero agrupadas juntas en una red. la Figura 25 es una gráfica que muestra los regímenes de bombeo, logrados experimentalmente, vs . la frecuencia para el sistema de bombeo peristáltico de la Figura 24. Las Figuras 26A y 26B muestra una vista esquemática de una pluralidad de canales de flujo, los cuales se pueden controlar por una línea de control sencilla. Este sistema está también comprendido de una pluralidad de válvulas dirigibles sencillas de conexión / desconexión de la Figura 23, multicanalizadas juntas, pero en un diferente arreglo de aquél de la Figura 23. La Figura 27 es una ilustración esquemática de un sistema multicanalizador, adaptado para permitir el flujo del fluido a través de canales seleccionados, comprendidos de una pluralidad de válvulas sencillas de conexión / desconexión de la Figura 23, unidos o juntos en redes. Haciendo referencia primero a las Figuras 23A y 23B, se muestra una vista esquemática de los canales de flujo 30 y 32. El canal 30 de flujo tiene preferiblemente un ,t.? » ??-flujo F de fluido (o gas) que pasa a través del mismo. El canal 32 de flujo (el cual cruza sobre el canal 30 de flujo, como ya se explicó aquí) , se presuriza de modo que la membrana 25 que separa los canales de flujo pueda ser oprimida en la trayectoria del canal 30 de flujo, cerrando el pasaje del flujo F a través de la misma, como ya se ha explicado. Como tal, el "canal de flujo" 32 puede también nombrarse como una "línea de control", la cual actúa como una válvula sencilla en un canal 30 de flujo. En las Figuras 23 a 26, una pluralidad de tales válvulas dirigibles se unen o forman juntas redes en varios arreglos, para producir bombas, capaces del bombeo peristáltico y otras aplicaciones lógicas de fluido. Haciendo referencia a las Figuras 24A y 24B, un sistema de bombeo peristáltico se suministra, como sigue. Un canal 30 de flujo tiene una pluralidad de canales de flujo, generalmente paralelos (es decir, líneas de control) 32A, 32B y 32C, que pasan sobre los mismos. Por la presurización de la línea de control 32A, el flujo F a través del canal de flujo 30 es cerrado bajo la membrana 25A en la intersección de la línea 32A de control y el canal 30 de flujo. Similaridad (pero no mostrada) , por la presurización de la línea de control 32B, el flujo F a través del canal 30 de flujo se cierra bajo la membrana 25B en la intersección de la línea de control 32B y el canal de flujo 30, etc. -ai, ? Í.JL Cada una de las líneas de control 32A, 32B y 32C se puede dirigir a forma separada. Por lo tanto la peristalsis puede ser accionada por el patrón de actuación 32A y 32C juntos, seguido por 32A, seguido por 32A y 32B juntos, seguido por 32B, seguido por 32b y C juntos, etc. Esto corresponde a un patrón sucesivo "101, 100, 110, 010, 011, 001", donde "0" indica "válvula abierta " y "1" es "válvula cerrada.". Este patrón peristáltico se conoce también como un patrón de 120° (haciendo referencia al ángulo de fase de la actuación entre las tres válvulas) . Otros patrones peristálticos son igualmente posibles, que incluyen patrones de 60 y 90°. En experimentos realizados por los inventores, un régimen de bombeo de 2.35 nl/s, se midió midiendo la distancia viajada por la columna de agua en una tubería delgada (0.5 mm de diámetro interno) con válvulas de 100 x 100 x 10 µm en una presión de actuación de 40 kPa. El régimen de bombeo aumentado con la frecuencia de actuación hasta aproximadamente 75 Hz, y luego casi constante hasta arriba de 200 Hz . Las válvulas y bombas son también bastante durables y la membrana de elastómero, canales de control, o unión nunca se ha visto que fallen. En los experimentos realizados por los inventores, ninguna de las válvulas en la bomba peristáltica, aquí descrita, mostraron algún signo de desgaste o fatiga después de más de 4 millones de actuaciones. Además de su durabilidad, ellas son también benignas. Una solución de E. coli bombeada a través de un canal y probada en la viabilidad, mostró un régimen de sobre vivencia del 94%. 5 La Figura 25 es una gráfica que muestra los regímenes de bombeo, logrados experimentalmente, vs . la frecuencia del sistema de bombeo peristáltico de la Figura 24. Las Figuras 26A y 26B ilustran otra manera de 0 ensamblar una pluralidad de válvulas que se pueden dirigir, de la Figura 21. Específicamente, una pluralidad de canales de flujo paléelos, 30A, 30B y 30C, son provistos. El canal de flujo (es decir la línea de control) 32 pasa a través de los canales de flujo 30A, 30B y 30C. La presurización de la 5 línea 32 de control cierra simultáneamente los flujos Fl, F2 y F3 por oprimir las membranas 25A, 25B y 25C ubicadas en las intersecciones de la línea de control 32 y los canales de flujo 30A, 30B y 30C. La Figura 27 es una ilustración esquemática de un 0 sistema multicanalizador, adaptado para permitir selectivamente que el fluido fluya a través de canales seleccionado, como sigue. La desviación hacia abajo de las membranas que separan los canales de flujo respectivos forman una línea de control que pasa por arriba (por ejemplo, las membranas 25A, 25B y 25C, en las Figuras 26A y --í---....... 26B) que dependen fuertemente en las dimensiones de la membrana. Por lo tanto, variando los anchos de la línea de control 32 del canal de flujo en las Figuras 26A y 26B, es posible tener una línea de control que pasa sobre múltiples canales de flujo, y aún solo accionar (es decir sellar) los canales de flujo deseados. La Figura 27 ilustra una vista esquemática de tal sistema como sigue. Una pluralidad de canales de flujo paralelos, 30A, 30B, 30C, 30D, 30E y 30F se colocan bajo una pluralidad de líneas de control paralelas 32A, 32B, 32C, 32D, 32E y 32F.

Los canales de control, 32A, 32B, 32C, 32D, 32E y 32F se adaptan para cerrar el fluido que fluye Fl, F2 , F3 , F4 , F5 y F6, que pasa a través de los canales de flujo paralelos 30A, 30B, 30C, 30D, 30E, y 30F, que usan cualquiera de los sistemas de válvulas antes descritos, con la siguiente modificación. Cada una de las líneas de control 32A, 32B, 32C, 32D, 32E y 32F tiene ambas porciones, anchas y estrechas. Por ejemplo, la línea de control 32A es ancha en ubicaciones dispuestas sobre los canales de flujo 30A, 30C y 30E. Similarmente, la línea de control 32B es ancha en las ubicaciones dispuestas sobre los canales de flujo 30B, 30D y 30F, y la línea de control 32C es ancha en las ubicaciones dispuestas sobre los canales de flujo 30A, 30B, 30E y 30F. . fj ,&*kz- k< En las ubicaciones donde la línea de control respectiva es ancha, su presurización causará que la membrana (25) que separa el canal de flujo y la línea de control se oprima significantemente dentro del canal de flujo, bloqueando así el pasaje de flujo a través del mismo. A la inversa, en las ubicaciones donde la línea de control respectiva es estrecha, la membrana (25) también será estrecha. Por lo tanto, el mismo grado de presurización no resultará en que la membrana (25) llegue a oprimirse en el canal de flujo (30) . Por lo tanto, el pasaje de fluido no será bloqueado. Por ejemplo, cuando la línea de control 32A se presuriza, bloqueará los flujos Fl, F3 y F5 en los canales de flujo 30A, 30C y 30E. Similarmente, cuando la línea de control 32C se presuriza, bloqueará los flujos Fl, F2 , F5 y F6 en los canales de flujo 30A, 30B, 30E y 30F. Como se puede apreciar, más de una línea de control se puede accionar al mismo tiempo. Por ejemplo, las líneas de control 32A y 32C pueden ser presurizadas simultáneamente para así bloquear todo el flujo de fluido, excepto F4 (con 32A bloqueando Fl, F3 y F5 ; y 32C bloqueando Fl, F2 , F5 y F6) . Presurizando selectivamente diferentes líneas de control (32) juntos y en varias secuencias, un mayor grado del control del flujo de fluido puede ser logrado. Asimismo, extendiendo el presente sistema a más de seis canales (30) de flujo paralelos y más de cuatro líneas (32) de control paralelas, y variando la colocación de las regiones anchas y estrechas de las líneas de control, se pueden fabricar sistemas de control de flujo de fluido muy complejas. Una propiedad de tales sistemas es que es posible accionar cualquier canal de flujo de los n canales de flujo, con sólo las 2 (log2n) líneas de control. Los inventores han tenido éxito en fabricar estructuras de micro fluido con densidades de 30 dispositivos/mm2, pero se pueden lograr mayores densidades.

Cámaras de Reacción que se Pueden Dirigir Selectivamente, a lo Largo de las Líneas de Flujo: En una modalidad más de la invención, ilustrada en las Figuras 28A, 28B, 28C y 28D, se suministra un sistema para dirigir selectivamente el flujo del fluido en una o más de una pluralidad de cama de reacción, dispuestas a lo largo de una línea de flujo. La Figura 28A muestra una vista superior de un canal 30 de flujo que tiene una pluralidad de cámaras de reacción 80A y 80B, dispuestas a lo largo. Preferiblemente, el canal 30 de flujo y las cámaras de reacción 80A y 80B se forman juntas como rebajos en la superficie de fondo de una primera capa 100 del elastómero. ..&.„...

La Figura 28B muestra una vista de planta de fondo de otra capa elastomérica 110 con dos líneas de control 32A y 32B, cada una siendo generalmente estrecha, pero que tiene porciones 33A y 33B de extensión anchas, formadas como rebajos ahí. Como se ve en la vista, con piezas separadas, de la Figura 28C, y la vista ensamblada de la Figura 28D, la capa elastomérica 110 se coloca sobre la capa elastomérica 100. Las capas 100 y 110 son luego unidas juntas, y el sistema integrado opera para dirigir selectivamente el flujo F de fluido (a través del canal 30 de flujo) en cualquiera o ambas de las cámaras 80A y 80B de reacción, como sigue. La presurización de la línea 32A de control causará que la membrana 25 (es decir, la porción delgada de la capa elastomérica 100, ubicada debajo de la porción 33A de extensión y sobre las regiones 82A de la cámara 80A de reacción) llegue a oprimirse, deteniendo así el pasaje del flujo de fluido en las regiones 82A, sellando efectivamente la cámara 80 de reacción desde el canal 30 de flujo. Como se puede ver también, la porción de extensión 33A es más ancha que el resto de la línea 32A de control. Como tal, la presurización de la línea 32A de control no resulta en la línea 32A de control, que sella el canal 30 de flujo. i .i- i..

Como se puede apreciar, cualquiera o ambas de las líneas de control, 32A y 32B pueden ser accionadas a la vez.

Cuando ambas líneas de control, 32A y 32B, se presurizan juntas, el flujo de la muestra en el canal 30 de flujo no entrará en alguna de las cámaras de reacción 80A y 80B. El concepto de controlar selectivamente la introducción de fluido en varias cámaras de reacción que se pueden dirigir, dispuestas a lo largo de una línea de flujo (Figura 28) , puede ser combinado con el concepto de controlar selectivamente el flujo de fluido a través de una o más de una pluralidad de las líneas de flujo paralelas (Figura 27) para suministrar un sistema en el cual una muestra o muestras de fluido pueden ser enviadas a cualquier cámara de reacción particular en un arreglo de las cámaras de reacción. Un ejemplo de tal sistema se suministra en la Figura 29, en donde los canales 32A, 32B y 32C de control paralelos, con porciones de extensión 34 (todas mostradas en silueta) dirigen selectivamente flujos de fluido Fl y F2 en cualquiera de los arreglos de las cavidades de reacción 80A, 80B, 80C u 80D, como se explicó antes; mientras la presurización de las líneas de control 32C y 32D cierran selectivamente los flujos F2 y Fl, respectivamente. En aún otra novedosa modalidad, el pasaje de fluido entre canales de flujo paralelos es posible. Haciendo referencia a la Figura 30, cualquiera o ambas de las líneas de control 32A o 3D pueden ser despresurizadas, de modo que el flujo del fluido a través de los pasajes laterales 35 (entre los canales de flujo paralelos, 30A y 30B) se permite. En este aspecto de la invención, la presurización de las líneas de control 32C y 32D cerrará el canal 30A de flujo entre 35A y 35B y también cerrará los pasajes laterales 35B. Como tal, el flujo que entra como flujo Fl viajará en secuencia a través de 30A, 35A y dejará 30B como el flujo F4.

Arreglos de Flujo Conmutables En aún otra modalidad novedosa, el pasaje de fluido puede ser dirigido selectivamente al flujo en cualquiera de dos direcciones perpendiculares. Un ejemplo de tal sistema de "arreglo de flujo conmutable" es provisto en las Figuras 31A a 3ID. La Figura 31A muestra una vista de fondo de una primera capa de elastómero 90 (o cualquier substrato adecuado) , que tiene una superficie de fondo con un patrón de rebajos, que forman una rejilla de canales de flujo, definida por un arreglo de postes sólidos 92, cada uno con canales de flujo que pasan alrededor de ellos. En aspectos preferidos, una capa adicional de elastómero se une a la superficie superior de la capa 90, de modo que el flujo del fluido sea dirigido selectivamente para moverse o en la dirección Fl o en la dirección perpendicular F2. La Figura 31 es una vista de fondo de la superficie de fondo de la segunda capa de elastómero 95, que muestra los rebajos formados en la configuración de líneas de control 95 alternativas "verticales", y líneas de control 5 94 "horizontales. Las líneas de control 96 "verticales" tienen el mismo ancho a lo largo, en tanto las líneas de control 94 "horizontales" tienen alternativamente porciones anchas y estrechas, como se muestra. La capa elastomérica 95 se coloca sobre la parte 10 superior de la capa elastomérica 90, de modo que las líneas de control 96 "verticales" se coloquen sobre los postes 92, como se muestra en la Figura 31C y las líneas de control 94 "horizontales" se coloquen con sus porciones anchas entre los postes 92, como se muestra en la Figura 3ID. 15 Como se puede ver en la Figura 31C, cuando las líneas de control 96 "verticales" se presurizan, la membrana de la estructura integrada, formada por la capa elastomérica, colocada inicialmente entre las capas 90 y 95, en las regiones 98, será desviada hacia abajo sobre el 20 arreglo de los canales de flujo de modo que el flujo sea sólo capaz de pasar en la dirección de flujo F2 (es decir, verticalmente), como se muestra. Como se puede ver en la Figura 3ID, cuando las líneas de control 94 "horizontales" se presurizan, la 25 membrana de la estructura integrada, formada por la capa ^ j|tíg lifa4-iti?b---j , * ,.>_- a.-» - .. . ; A A - j». _. i . ^. z - «. - - AJ-JHA - elastomérica, inicialmente colocada entre las capas 90 y 95 en las regiones 99, será desviada hacia abajo sobre el arreglo de los canales de flujo (pero sólo en las regiones donde ellas son más anchas) , de modo que el flujo es sólo capaz de para en la dirección de flujo Fl (es decir, horizontalmente) , como se muestra. El diseño ilustrado en la Figura 31, muestra un arreglo de flujo conmutable, que se va a construir de sólo dos capas elastoméricas, sin vías verticales que pasen entre las líneas de control en diferentes capas elastoméricas requeridas. Si todas las líneas 94 de control del flujo vertical se conectan, ellas pueden ser presurizadas desde una entrada. Lo mismo es cierto para todas las líneas de control de flujo horizontales, 96.

Síntesis de Biopolímeros Las presentes estructuras de válvulas elastoméricas, pueden también ser usadas en la síntesis de biopolímeros, por ejemplo, en sintetizar oligonucleótidos, proteínas, péptidos, ADN, etc. En un aspecto preferido, dichos sistemas de síntesis de biopolímeros pueden comprender un sistema integrado, que incluye un arreglo de depósitos, lógica de fluido (de acuerdo con la presente invención) para seleccionar el flujo desde un depósito particular, un arreglo de canales o depósitos en los cuales . .-. .i.áfe 'ft- se realiza la síntesis, y la lógica de fluido (también de acuerdo con la presente invención) para determinar en cuáles canales fluye el reactivo seleccionado. Un ejemplo de tal sistema 200 se ilustra en la Figura 32 como sigue. Cuatro depósitos 150A, 150B, 150C y 150D tienen bases A, C, T y G, dispuestas respectivamente, como se muestra. Cuatro canales 30A, 30B, 30C y 30D de flujo se conectan a los depósitos 150A, 150B, 150C y 150D. Cuatro líneas de control 32A, 32B, 32C y 32D (mostradas en silueta) se disponen a través con la línea de control 32A permitiendo el flujo sólo a través del canal 30A de flujo (es decir, sellan los canales de flujo 30B, 30C y 30D) , cuando la línea de control 32A se presuriza. Similarmente, la línea de control 32B permite el flujo solamente a través del canal de flujo 30B cuando se presuriza. Como tal, la presurización selectiva de las líneas de control 32A, 32B, 32C y 32 seleccionan en secuencia una base deseada A, C, T y G, desde un depósito deseado 150A, 150B, 150C o 150D. El fluido luego pasa a través del canal de flujo 120 en un controlador de flujo 125, con canales multicanalizados (que incluye, por ejemplo, cualquier sistema como se muestra en las Figuras 26A a 31D) , el cual, a su vez, dirige el flujo del fluido en uno o más de una pluralidad de canales o cámaras de síntesis, 122A, 122B, 122C, 122D o 122E, en los cuales la síntesis de fase sólida se puede llevar a cabo. ,-t i -i - La Figura 33 muestra una extensión ulterior de este sistema, en la cual una pluralidad de depósitos Rl a R13 (que pueden contener las bases A, T, C y G, o cualquier otro reactivo, tal como sería usado en la química combinatoria) , se conectan a los sistemas 200, como se indica en la Figura 32. Los sistemas 200 se conectan al controlador de flujo 125, de canales multicanalizados (que incluyen, por ejemplo, cualquier sistema como se muestra en las figuras 26A a 31D(, que, a su vez, se conectan a un arreglo de flujo conmutable (por ejemplo, como se muestra en la Figura 31) . Una ventaja de este sistema es que ambos controladores de flujo 125, de canales multicanalizados y sistemas 200 de selección del fluido, se pueden controlar por las mismas entradas de presión 170 y 172, con la condición que las líneas de control "horizontal de cierre" y "vertical de cierre" (160 y 162, en silueta) son también provistos. En aspectos alternativos más de la invención, una pluralidad de controladores de flujo de canales multicanalizados (tal como 125) pueden ser usados, con cada controlador de flujo inicialmente colocado apilado uno arriba de otro en una capa elastomérica diferente, con vías verticales o interconexiones entre las capas de elastómero (que pueden ser creadas por la formación de patrones litográficamente en capas resistentes al tratamiento químico en la parte superior de la capa de elastómero, luego grabar téi»t.«* .¿.¿.JU,. el elastómero y finalmente remover la capa protectora química antes de agregar la última capa de elastómero) . Por ejemplo, una vía vertical en la capa de elastómero puede ser creada grabando un agujero descendente sobre una línea elevada en un molde micro maquinado, y doblando la siguiente capa, de modo que el canal pase sobre ese agujero. En este aspecto de la invención, la síntesis múltiple con una pluralidad de controladores de flujo 125 de canales multicanalizados es posible. La unión de capas sucesivas del elastómero moldeado para formar una estructura de múltiples capas se muestra en la Figura 34, que es una micrografía óptica de una sección de una estructura de prueba compuesta de siete capas de elastómero. La barra de escala de la Figura 34 es de 200 µm. Un método de fabricar una capa de elastómero, que tiene la característica de vía vertical utilizada en una estructura de múltiples capas, se muestra en las Figuras 35A-35D. La Figura 35A muestra la formación de la capa 3500 de elastómero sobre el molde 3502 micro maquinado, que incluye la línea elevada 3502a. La Figura 35B muestra la formación de la capa bloqueadora 3504 grabada de metal sobre la capa de elastómero 3500, seguido por la formación de patrón de la máscara 3506 de foto-protección, sobre la capa bloqueadora --, .«..&.«. grabada 3504 para cubrir las regiones enmascaradas 3508 y dejar las regiones sin máscara expuestas 3510. La Figura 35C muestra la exposición al solvente que remueve la capa de bloqueo grabada 3504 en regiones sin enmascarar 3510. La Figura 35D muestra la remoción de la capa foto- protectora con patrones, seguido por el grabado subsiguiente del elastómero subyacente 3500 en las regiones sin máscara 3510, para formar la vía vertical 3512. La exposición subsiguiente a solventes remueve la capa bloqueadora grabada remanente 3504 en las regiones enmascaradas 3508 selectivas al elastómero rodeante 3500 y el molde 3502. Esta capa de elastómero puede luego ser incorporada en una estructura de elastómero por la litografía suave de múltiples capas. La serie de etapas puede ser repetida, según sea necesario, para formar una estructura de múltiples capas, que tiene el número deseado y la orientación de vías verticales entre canales de capas de elastómero sucesivas. Los inventores de la presente invención han tenido éxito en grabar vías a través de las capas GE RTV 615, usando una solución de fluoruro de tetrabutilamonio en un solvente orgánico. El oro sirve como el material de bloqueo de grabado, con el oro removido selectivo a la capa GE RTV 615 que utiliza una mezcla de KI/I2/H20. Alternativamente, las vías verticales entre canales en capas de elastómero sucesivas, pueden se formadas ^-Í ^^¿ B^^¿^^ utilizando una técnica de máscara negativa. En este acercamiento, una masca negativa de hoja de metal se hace con patrones, y la formación subsiguiente de una capa de bloqueo de grabado se inhibe, donde esta hoja de metal está presente. Una vez que el material de bloqueo de grabado tiene un patrón, se remueve la máscara de hoja de metal negativa, permitiendo la grabación selectiva del elastómero, como se describió antes . En aún otro acercamiento, las vías verticales pueden ser formadas en una capa de elastómero usando la ablación del material de elastómero a través de la aplicación de radiación desde un haz láser aplicado. Mientras el acercamiento anterior se describió en relación con la síntesis de biopolímeros, la invención no se limita a esta aplicación. La presente invención puede ser también función de una amplia variedad de acercamientos de síntesis química combinatoria.

Otras Aplicaciones Aplicaciones ventajosas de las presentes válvulas y bombas elastoméricas, micro-fabricadas, monolíticas, son numerosas. Por lo tanto, la presente invención no se limita a cualquier aplicación o uso particular de la misma. En aspectos preferidos, los siguientes usos y aplicaciones de la presente invención se consideran. 1. Clasificación de Células/ADN Las presentes bombas y válvulas de micro fluidos pueden también ser usadas en los citómetros de flujo para la clasificación celular y dimensión del ADN. La clasificación de objetos basados en el tamaño es extremamente útil en muchos campos técnicos. Por ejemplo, muchos ensayos en la biología requieren la determinación del tamaño de las entidades de tamaño molecular. De importancia particular es la medición de longitud, la distribución de moléculas de ADN en una solución heterogénea. Esto se hace comúnmente usando la electroforesis de gel, en que las moléculas se separan por su diferente movilidad en una matriz de gel en un campo eléctrico aplicado, y sus posiciones detectadas por la absorción o emisión de radiación. Las longitudes de las moléculas del ADN son luego inferidas de su movilidad. Mientras son potentes, estos métodos electro-foréticos poseen desventajas. Para moléculas del ADN medianas a grandes, la resolución, es decir, la diferencia en longitud mínima en que diferentes longitudes moleculares se pueden distinguir, se limita a aproximadamente el 10% de la longitud total . Para moléculas del ADN extremadamente grandes, el procedimiento convencional de clasificación no se puede trabaja. Asimismo, la electroforesis de gel es un procedimiento relativamente largo y puede requerir del orden de horas o días para su realización. La clasificación de entidades de tamaño celular es también una tarea importante. Los clasificadores convencionales de las células que fluyen se designan para tener una cámara de flujo con una boquilla y se basan en el principio del enfoque hidrodinámico con el flujo de envoltura. La mayoría de los clasificadores convencionales de células combinan la tecnología de la generación de gotas piezo-eléctrica y la desviación electrostática, para lograr la generación de gotitas y los regímenes de clasificación elevados. Sin embargo, este acercamiento ofrece algunas desventajas importantes. Una desventaja es aquélla de la complejidad, tamaño y costo del dispositivo de clasificación y requiere que sea reutilizable con el fin de tener un costo efectivo. La reutilización puede, a su vez, conducir a problemas con los materiales residuales, que causan la contaminación de las muestras y el flujo turbulento del fluido. Por lo tanto, existe la necesidad en la técnica de un dispositivo de clasificación sencillo, barato y fabricado fácilmente, que confíe en el control mecánico del flujo del fluido más bien que en las interacciones eléctricas entre las partículas y el soluto. tA-tafcH tA . i.*. ., tut*» - . y . _ A .? .* ,-- . . - - Á. ít ?.? La Figura 36 muestra una modalidad de un dispositivo de clasificación, de acuerdo con la presente invención. Este dispositivo de clasificación 3600 se forma de una estructura de válvula conmutadora, creada de los canales presentes en un bloque elastomérico. Específicamente, el canal 3602 de flujo tiene la forma de T, con un ramal 3602a del canal de flujo 3602 en comunicación de fluido con el depósito 3604 de la muestra, que contiene entidades 3606 que se pueden clasificar, de diferentes tipos, denotadas por su configuración (cuadrada, circular, triangular, etc.). El ramal izquierdo 3602b del canal 3602 de flujo está en comunicación de fluido con el depósito 3608 de desechos. El ramal derecho 3602c del canal de flujo 3602 está en comunicación con el depósito 3610 de recolección. Los canales de control 3512a, 3512b y 3512c se sobreponen y están separados del ramal 3602a del canal de flujo 3602 por porciones de membrana elastoméricas 3614a, 3614b y 3614c, respectivamente, Juntos, el ramal 3602a del canal de flujo 3602 y los canales de control 3612a, 3612b y 3612c forman la primera estructura 3616 de bomba peristáltica, similar a aquélla descrita en longitud antes en la conexión con la Figura 24a. El canal 3512d de control se sobrepone y está separado del ramal derecho 3602c del canal de flujo 3602 por una porción 3614d de membrana elastomérica. Juntos, el ramal "íií l ,.t S -Í AIZ,..,... derecho 3602c del canal 3602 de flujo y los canales de control 3612d forman la primera estructura de válvula 3618a. El canal de control 3612e se sobrepone y está separado del ramal izquierdo 3602c del canal de flujo 3602 por la porción 5 de membrana elastomérica 3614, Juntos, el ramal izquierdo 3602c del canal de flujo 3602 y el canal de control 3612c forma la segunda estructura de válvula 3618b. Como se muestra en la Figura 36, el canal 3602a del canal de flujo 3602 se estrecha considerablemente 10 conforme se acerca a la ventana 3620 de detección adyacente a la unta del ramal 3602a, el ramal derecho 3602b y el ramal izquierdo 3602c. La ventana 3620 de detección es de suficiente ancho para permitir la iluminación uniforme de esta región. En una modalidad, el ancho del ramal se 15 estrecha desde 100 µm a 5 µm en la ventana de detección. El ancho del ramal en la ventana de detección puede ser formado precisamente usando las técnicas de fabricación de la litografía suave o el encapsulado foto-protector, descritas extensamente antes, y dependerán de la naturaleza y el 20 tamaño de la entidad que se va a clasificar. La operación del dispositivo de clasificación, de acuerdo con una modalidad de la presente invención, es como sigue . La muestra se diluye a un nivel tal que sólo una 25 entidad sencilla que se puede clasificar, esperará estar presente en la ventana de detección en cualquier momento. La bomba peristáltica 3616 se activa fluyendo un fluido a través de las canales de control 3612a-c como se describió extensamente antes. Además, la segunda estructura de válvula 3618b se cierra fluyendo el fluido a través del canal 3612e de control. Como resultado de la acción de bombeo de la bomba peristáltica 3616 y la acción bloqueadora de la segunda válvula 3618, el fluido fluye desde el depósito de muestra 3604 a través de la ventana 3620 de detección en el depósito 3608 de desechos. Debido al estrechamiento del ramal 3604, las entidades de clasificación presentes en el depósito 3604 de muestra se llevan por este flujo de fluido regular, uno a la vez, a través de la ventana 3620 de detección. La radiación 3640 desde la fuente 3642 es introducida en la ventana de detección 3620. Es posible debido a la propiedad de transmisión del material elastomérico. La absorción o emisión de radiación 3640 por la entidad 3606 que se puede clasificar es luego detectada por el detector 3644. Si esta entidad clasificable 3606a dentro de la ventana de detección 3620 se intenta ser segregada y recogida por el dispositivo 3600 de clasificación, la primera válvula 3618a se activa y la segunda válvula 3618b se desactiva. Esto tiene el efecto de impulsar la entidad ...A^AA . clasificable 3606a en un depósito 3610 de recolección y al mismo tiempo transferir la segunda entidad clasificables 3606h en la ventana 3620 de detección. Si la segunda entidad clasificable 3602b es también identificada por la recolección, la bomba 3616 peristáltica continúa para fluir el fluido a través del ramal derecho 3602c del canal de flujo 3602 en el depósito 3610 de recolección. Sin embargo, si la segunda entidad 3606b no se va a recoger, la primera válvula 3618a se abre y la segunda válvula 3618b se cierra, y la primera bomba peristáltica reasume el bombeo de líquido a través del ramal izquierdo 3602b del canal de flujo 3602 dentro del depósito 3608 de desechos. Mientras una modalidad específica de un dispositivo de clasificación y un método para su operación se describieron en relación con la Figura 36, la presente invención no se limita a esta modalidad. Por ejemplo, el fluido no necesita fluir a través de los canales de flujo usando la estructura de la bomba peristáltica, sino puede, en lugar de ellos, fluir bajo presión con la válvula elastomérica meramente controlando la direccionalidad del flujo. En aún otra modalidad, una pluralidad de estructuras de clasificación pueden ser ensambladas en serie con el fin de realizar operaciones de clasificación sucesivas con el depósito de desechos de la Figura 36 simplemente reemplazado por el ramal de la siguiente estructura de clasificación. t ?. A, A ?.j..** - - * Asimismo, un método de alta producción de clasificación puede ser empleado, en que un flujo continuo de fluido desde el depósito de muestras, a través de la ventana y la junta en el depósito de desechos se mantiene, hasta que una entidad intentada para la recolección se detecta en la ventana. Al detectar una entidad que se va a recoger, la dirección del flujo de fluido por la estructura de bomba es invertida temporalmente con el fin de transportar las partículas deseadas de nuevo a través de la junta dentro del depósito de recolección. De esta manera, el dispositivo de clasificación puede utilizar un régimen de flujo mayor, con la capacidad de la retracción cuando una entidad deseada se detecta. Tal técnica de clasificación de alta producción alternativa puede ser usada cuando la entidad que se va a recoger es rara y la necesidad de la retracción no es frecuente. La calcificación, de acuerdo con la presente invención evitará las desventajas de clasificar el flujo electrocinético convencional, tal como la formación de burbujas, una fuerte dependencia de la magnitud del flujo y la dirección en la composición de la solución y los efectos de la química superficial, una movilidad diferencial de diferentes especies químicas y la viabilidad disminuida de organismos vivientes en el medio móvil . 2. Proceso de Semiconductores Los sistemas para el control del flujo del gas semiconductor (particularmente para las aplicaciones epitaxiales, en que cantidades pequeñas de gases se miden exactamente) , son también considerados por la presente invención. Por ejemplo, durante la fabricación de dispositivos semiconductores el material sólido se deposita en la parte superior de un substrato semiconductor, que utiliza un depósito de vapor químico (CVD) . Esto se logra exponiendo el substrato a una mezcla de materiales precursores del gas, tal que estos gases reaccionen y el producto resultante cristalice en la parte superior del substrato. Durante dichos procesos de CVD, las condiciones deben ser controladas cuidadosamente cada asegurar el depósito uniforme de material libre de defectos que pudieran degradar la operación del dispositivo eléctrico. Una fuente posible de no uniformidad es la variación en el régimen de flujo de los gases reactivos a la región sobre el substrato. El control pobre del régimen del flujo de gas puede también conducir a variaciones en los espesores de capas de una operación a otra, lo cual es otra fuente de error. Desgraciadamente, existe un problema significante en controlar la cantidad de gas que fluye dentro de la cámara de proceso, y mantener los regímenes de flujo estables en los sistemas de entrega de gas convencionales. Por lo tanto, la Figura 37A muestra una modalidad de la presente invención, adaptada para transportar, a regímenes de flujo controlables con precisión, procesar gas sobre la superficie de una oblea de semiconductor, durante un proceso de CVD. Específicamente, la oblea semiconductora 3700 está colocada sobre el soporte 3702 de oblea, ubicado dentro de la cámara de CVD. La estructura elastomérica 2704 contiene un número grande de orificios 3706, distribuidos uniformemente, y se coloca justo arriba de la superficie de la oblea 3700. Una variedad de gases de proceso fluyen a regímenes controlados cuidadosamente, desde los depósitos 3708a y 378b, a través de los canales de flujo en el bloque elastomérico 3704 y fuera de los orificios 3706. Como resultado del flujo controlado con precisión de los gases de proceso arriba de la oblea 3700, el material sólido 3710 que tiene una estructura extremadamente uniforme se deposita. La medición precisa de los regímenes de flujo de los gases reactivos, que utilizan las estructuras de válvula y/o bomba de la presente invención, es posible por varias razones. Primero, los gases pueden fluir a través de válvulas que responden en una manera lineal a una presión de actuación aplicada, como se discutió antes en relación con ^^ las Figuras 21A y 2 IB. Alternativamente o además de medir el flujo de gas usando las válvulas, el comportamiento predecible de las estructuras de bomba, de acuerdo con la presente invención, se puede usar para el proceso de medir con precisión el flujo del gas. Además de los procesos de depósito de vapor químico, descritos anteriormente, la presente técnica es también útil para controlar el flujo de gas en técnicas tal como la epitaxia de haces moleculares y el tratamiento químico de iones reactivos. 3. Arreglos de Micro-Espejo Mientras las modalidades de la presente invención, así descritas, se refieren a la operación de una estructura compuesta completamente de material elastomérica, la presente invención no se limita a este tipo de estructura. Específicamente, está dentro del ámbito de la presente invención combinar una estructura elastomérica con una estructura convencional de semiconductor a base de silicio. Por ejemplo, otros usos considerados de las presentes bombas y válvulas micro-fabricadas son las exhibiciones ópticas en que la membrana en una estructura elastomérica refleja luz o como una superficie plana o curvada dependen de si la membrana está activada. Como tal, la membrana actúa como un píxel (elemento de imagen) £-i j.i--d- . -i--- conmutable. Un arreglo de este píxel conmutable, con el sistema de circuitos de control apropiado, puede ser empelado como un arreglo de micro-espejo, digital o analógico. 5 Por lo tanto, la Figura 38 muestra una vista, con piezas separadas, de una porción de una modalidad de un arreglo de micro-espejo, de acuerdo con la presente invención. Este arreglo 3800 de micro-espejo incluye una 0 primera capa 3802 de elastómero, que se sobrepone y está separada de y la estructura de semiconductor subyacente 3804 por una segunda capa de elastómero 3806. la superficie 3804a de una estructura 3804 de semiconductor lleva una pluralidad de electrodos 3810. Estos electrodos 3810 se pueden dirigir individualmente a través de las líneas de hilera y columna de conducción, como se conoce por un experto ordinario en la materia. La primera capa elastomérica 3802 incluye una pluralidad de canales 3822 que se interceptan, subyacentes a una porción de membrana elastomérica 3802a, . que se refleja, conductiva eléctricamente. La primera capa elastomérica 3802 está alineada sobre la segunda capa elastomérica 3806 y el dispositivo semiconductor 3804 subyacente, de modo que los puntos de intersección de los canales 3822 se sobrepongan a los electrodos 3810. Í---1--. a ....

En una modalidad de un método de fabricación, de acuerdo con la presente invención, la primera capa elastomérica 3822 puede ser formada por el revestimiento rotatorio de material elastomérico sobre un molde que se caracteriza por canales de intersección, curar el elastómero, remover el elastómero configurado desde el molde e introducir un contaminante conductivo eléctricamente en la región superficial del elastómero configurado. Alternativamente, como se describió en relación con las Figuras 7C-7G anteriores, la primera capa elastomérica 3822 puede ser formada de dos capas de elastómero, insertando el material elastomérico en un molde que contiene canales que se interceptan, de modo que el material elastomérico está a ras con la altura de las paredes del canal, y luego unir una capa de elastómero contaminada, separada, al material elastomérico existente, para formar una membrana sobre la superficie superior. Alternativamente, la primera capa elastomérica 3802 puede ser producida de un elastómero conductivo eléctricamente, donde la conductividad eléctrica se debe o a las impurezas o a las propiedades intrínsecas del material de elastómero. Durante la operación de la estructura 3800 que se refleja, las señales eléctricas se comunican a lo largo de una línea de hilera y una línea de columna seleccionadas al i i. electrodo 3810a. La aplicación de voltaje al electrodo 3810a genera una fuerza de atracción entre el electrodo 3810a y la membrana sobrepuesta 3802a. Esta fuerza de atracción actúa en una porción de la membrana 3802a y causa que esta porción 5 de la membrana se doble hacia abajo dentro de la cavidad que resulta de la intersección de los canales 38aa. Como resultado de la distorsión de la membrana 3802a de plana a cóncava, la luz se refleja diferentemente en este punto en la superficie de la estructura 3802 del elastómero, que de 0 la superficie de membrana plana rodeante. Una imagen de píxel es creada de esta manera. La apariencia de esta imagen de píxel es variable y puede ser controlada alterando la magnitud del voltaje aplicado al electrodo. Un voltaje mayor aplicado al electrodo, aumentará la fuerza de atracción en la porción de la membrana, causando la distorsión ulterior en su configuración. Un voltaje menor aplicado al electrodo, disminuirá la fuerza de atracción en la membrana, reduciendo la distorsión en su configuración desde la plana. Cualquiera de estos cambios afectarán la apariencia de la imagen de pixel resultante. Una estructura de arreglo de micro-espejo variable, como se describe, puede ser usada en una variedad de aplicaciones, que incluyen la exhibición de imágenes. Otra aplicación para la estructura de arreglo de micro- t- j .. «j-.. -.«•-i - -,- .ii-il espejo variable, de acuerdo con una modalidad de la presente invención, será la conmutación de alta capacidad para un sistema de comunicaciones ópticas de fibras, con cada píxel capaz de afectar la reflexión y transferir un componente de señal de luz incidental . 5. Estructuras de Refracción La estructura del arreglo de micro-espejo, justamente descrita, controla la reflexión de la luz incidente. Sin embargo, la presente invención no se limita a controlar la reflexión. Aún potra modalidad de la presente invención habilita el ejercicio del control preciso sobre la refracción de la luz incidente, con el fin de crear estructuras de lente y de filtro. La Figura 39 muestra una modalidad de una estructura de refracción, de acuerdo con la presente invención. La estructura 3900 de refracción incluye una primera capa elastomérica 3902 y una segunda capa elastomérica 3904 compuesta de un material elastomérico capaz de transmitir la luz incidente 3906. la primera capa elastomérica 3902 tiene una porción convexa 3902a, la cual puede ser creada curando el material elastomérico formado sobre un molde micro maquinado, que tiene una porción cóncava. La segunda capa elastomérica 3904 tiene un canal 3905 de flujo y puede ser ?--ffii.l--creada de un molde micro maquinado que tiene una línea elevada, como se discutió externamente antes. La primera capa 3902 de elastómero se une a la segunda capa 3904 de elastómero, de manera que la porción conexa 3902a se coloque arriba del canal 3905 de flujo. Esta estructura puede servir para una variedad de propósitos. Por ejemplo, la luz incidente a la estructura elastomérica 3900 será enfocada en el canal de flujo subyacente, que permite la conducción posible de la luz a través del canal de flujo. Alternativamente, en una modalidad de un dispositivo elastomérico, de acuerdo con la presente invención, el líquido fluorescente o fosforescente puede fluir a través del canal de flujo, con la luz resultante desde el fluido refractada por la superficie curvada para formar una exhibición. La Figura 40 muestra otra modalidad de una estructura de refracción, de acuerdo con la presente invención. Esta estructura 400 de refracción es un tren óptico de múltiples capas basado en el diseño de lente de Fresnel. Específicamente, la estructura 400 de refracción se compone de cuatro capas de elastómero sucesivas 4002, 4004, 4006 y 4008, unidas entre sí. Las superficies superiores de cada primera, segunda y tercera capas de elastómero, 4002, 4004 y 4006, llevan muescas uniformes 4010 espaciadas regularmente por una distancia X que es mucho mayor que la J ? ?JL? longitud de onda de la luz incidente. Las muescas 4010 sirven para enfocar la luz incidente y pueden ser formadas a través del uso de un molde micro maquinado, como se describió extensamente antes. Primera, segunda y terceras capas de elastómero 4002, 5004 y 4006 funcionan como lentes Fresnel como comprenderá un experto ordinario en la materia. La cuarta capa elastomérica 4008 lleva muescas uniformes 4012, que tienen un tamaño mucho menor que las muescas de las capas elastoméricas sobrepuestas. Estas muescas 4012 están también espaciadas por una distancia Y mucho menor, que las muescas de las capas elastoméricas sobrepuestas, con Y del orden de la longitud de onda de la luz incidente, de modo que la capa elastomérica 4008 funcione como una rejilla de difracción. La Figura 41 ilustra una modalidad de una estructura de refracción, de acuerdo con la presente invención, que utiliza diferencia en el índice de refracción del material para lograr primariamente la difracción. La estructura 4100 de refracción incluye una porción elastomérica inferior 4102 cubierta por la porción elastomérica superior 4104. Ambas porciones elastomérica inferior 4102 y elastomérica superior 4104 se componen de un material que transmite la luz incidente 4106. La porción elastomérica inferior 4102 incluye una pluralidad de canales 4108 de flujo en serpentina, separados por zonas elastoméricas 4110. Los canales de flujo 4108 incluyen el fluido 4112 que tiene un diferente índice de refracción que el material elastomérico que compone las zonas 4110. El fluido 4112 es bombeado a través de los canales de flujo 4108 en serpentina por la operación de la estructura 4114 de bomba compuesta de canales de control paralelos 4116a y 4116b, que se sobreponen y separan de la porción de entrada 4108a del canal de flujo 4108 por la membrana móvil 4118. La luz 4106 incidente a la estructura 4100 de refracción encuentra una serie de canales de flujo 4108 rellenos de fluido, espaciados uniformemente, separados por zonas elastoméricas 4110. Como resultado de las diferentes propiedades ópticas del material presente en estas regiones de fluido / elastómero respectivas, porciones de la luz incidente no se refractan uniformemente e interactúan para formar un patrón de interferencia. Una pila de estructuras de refracción de la manera justamente descrita, pueden lograr la refracción aún más compleja y especializada de la luz incidente. Las estructuras elastoméricas de refracción, justamente descritas, pueden realizar una variedad de propósitos. Por ejemplo, la estructura elastomérica puede actuar como un filtro o interruptor óptico para bloquear longitudes de onda seleccionadas de la luz incidente. Asimismo, las propiedades de refracción de la estructura *.---._ pueden ser ajustadas fácilmente, dependiendo de las necesidades de una aplicación particular. Por ejemplo, la composición (y así el índice de refracción) del fluido que fluye a través de los canales de flujo, puede ser cambiada para afectar la difracción. Alternativamente, o en conjunto con el cambio de la identidad del fluido que fluye, la distancia que separa los canales de flujo adyacentes puede ser controlada con precisión durante la fabricación de la estructura, con el fin de generar un patrón de interferencia óptico que tenga las características deseadas. 6. Estructura de Válvula, Normalmente Cerrada Las Figuras 7B y 7H anteriores ilustran una estructura de válvula, en la cual la membrana elastomérica se puede mover desde una primera posición relajada a una segunda posición impulsada, en la cual se bloquea el canal de flujo. Sin embargo, la presente invención no se limita a esta configuración de válvula en particular. Las Figuras 42A-42J muestran una variedad de vistas de una estructura de válvula, normalmente cerrada, en que la membrana elastomérica se puede mover desde una primera posición relajada, que bloquea el canal de flujo, a una segunda posición impulsada, en donde está abierto el canal de flujo, que utiliza una presión de control negativa.

La Figura 42A muestra una vista de planta y la Figura 42B muestra una vista en sección transversal a lo largo de la línea 42B-42B', de la válvula 4200 cerrada normalmente en un estado no impulsado. El canal de flujo 5 4202 y el canal de control 4204 se forman en un bloque elastomérico 4206 que se sobrepone al substrato 4205. El canal 4202 de flujo incluye una primera porción 4202a y una segunda porción 4202b, separadas por una porción 4208. El canal 4204 de control se sobrepone a la porción separadora 0 4108. Como se muestra en la Figura 42B, en la posición no impulsada, relajada, la porción separadora 4008 permanece colocada entre las porciones 4202a y 4202b del canal de flujo, que interrumpen el canal 4202 de flujo. La Figura 42C muestra una vista en sección 5 transversal de la válvula 4200, en que la porción de separación 4208 está en una posición impulsada. Cuando la presión dentro del canal 4204 de control se reduce a debajo de la presión en el canal de flujo (por ejemplo por la bomba de vacío) , la porción separadora 4208 experimenta una fuerza de impulso que la lleva dentro del canal 4204 de control. Como resultado de esta fuerza de impulso, la membrana 4208, se proyecta dentro del canal 4204 de control, removiendo así el obstáculo para fluir el material a través del canal 4202 de flujo y creando un pasaje 4203. Al elevar la presión dentro del canal de control 4204, la porción I ti. .A .Í ?..? - , - separadora 4208 asumirá su posición natural, relajando de nuevo dentro y obstruyendo el canal 4202 de flujo. El comportamiento de la membrana en respuesta a la fuerza de impulso puede ser cambiado variando el ancho del 5 canal de control sobrepuesto. Por lo tanto, las Figuras 42D- 42H muestran vistas de planta y sección transversal de una modalidad alternativa de una válvula 4201, normalmente cerrada, en la cual el canal 4207 de control es substancialmente más ancho que la porción 4208 de 10 separación. Como se muestra en vistas en sección transversal, la Figura 42E-F a lo largo de la línea 42E-42- E' de la Figura 42D, debido al área mayor de material elastomérico, es requerida moverse durante el impulso, y la fuerza de impulso necesario que se va a aplicar se reduce. 15 La Figura 42G y H muestran vistas en sección transversal, a lo largo de la línea 40G-40G' de la Figura 40D. En comparación con la configuración de la válvula no impulsada, mostrada en la Figura 42G, la Figura 42H muestra que la presión reducida dentro del canal de control 4207 más 20 ancho puede, bajo ciertas circunstancias, tener el efecto no deseado de tracción del elastómero 4206 subyacente en alejamiento del substrato 4205, creando así un hueco indeseado 4212. - -- fi- r - iffiiÉilt-fT ttf -ntr" y¿.?? í Z- -A . . »....-,. . . , .... _ _^, , . . - i, i .i i tí &^yj- Por lo tanto, la Figura 421 muestra una vista de planta, y 42J una vista en sección transversal, a lo largo de la línea 42J-42J' de la Figura 421, de la estructura 420 de válvula, que evita este problema por caracterizar a la línea de control 4204 con un ancho mínimo, excepto en el segmento 4204a que traslapa la porción separadora 4208. Como se muestra en la Figura 42J, aún bajo las condiciones impulsadas, la sección transversal más estrecha del canal 4204 de control reduce la fuerza de atracción en el material 4206 de elastómero subyacente, impidiendo así que este material de elastómero sea impulsado en alejamiento del substrato 4205 y creando un hueco no deseado. Mientras la estructura de válvula, normalmente cerrada, impulsada en respuesta a la presión, se muestra en las Figuras 42A-42J, una válvula normalmente cerrada, de acuerdo con la presente invención, no se limita a esta configuración. Por ejemplo, la porción separadora que obstruye el canal de flujo puede alternativamente ser manipulada por campos eléctricos o magnéticos, como se describió antes en forma extensa. 7. Separación de Materiales En una aplicación más de la presente invención, una estructura elastomérica se puede utilizar para realizar - .a, s ?z. la separación de materiales. La Figura 43 muestra una modalidad de tal dispositivo. El dispositivo 4300 de separación caracteriza un bloque elastomérico 4301 que incluye un depósito 4302 de fluido en comunicación con el canal de flujo 4304. El fluido es bombeado del depósito 4306 de fluido a través del canal de flujo 4308, por la estructura 4310 de la bomba peristáltica, formada por los canales 4312 de control, que se sobreponen al canal de flujo 4304, como se ha descrito previamente, en longitud. Alternativamente, donde la estructura de la bomba peristáltica, de acuerdo con la presente invención, es incapaz de suministrar suficiente retro-presión, el fluido desde un depósito, colocado fuera de la estructura elastomérica, puede ser bombeado dentro del dispositivo elastomérico utilizando una bomba externa. El canal 4304 de flujo conduce a la columna de separación 4314 en la forma de un canal empacado con la matriz de separación 4316 detrás de la frita porosa 4318. Como es bien conocido en la técnica de la cromatografía, la composición de la matriz 4316 de separación depende de la naturaleza de los materiales que se van a separar y la técnica empleada de la cromatografía particular. La estructura de la separación elastomérica es adecuada para su uso con una variedad de técnicas cromatográficas, que incluyen, pero no se limitan a, la exclusión de gel, -1.*-^ A- -s .h .- ?.. permeación de gel, intercambio de iones, fase inversa, interacción hidrofóbica, cromatografía de afinidad, cromatografía rápida de líquido de proteínas (FPLC) y todos los formatos de la cromatografía de líquido de alta presión (HPLC) . Las altas presiones utilizadas para la HPLC pueden requerir el uso del uretano, diciclopentadieno y otras combinaciones de elastómeros. Las muestras se introducen en el flujo del fluido en la columna 4314 de separación, utilizando el canal de carga 4319. Este canal de carga 4319 recibe el fluido bombeado del depósito 4320 de la muestra a través de la bomba 4321. Al abrir la válvula 4322, y la operación de la bomba 4321, la muestra fluye desde el canal 4319 de carga dentro del canal 4304 de flujo. La muestra luego fluye a través de la columna de separación 4314 por la acción de la estructura de bomba 4312. Conforme un resultado de la movilidad diferencial de los varios componentes de la muestra en la matriz de separación 4318, estos componentes de muestra llegan a separarse y son eluídos de la columna 4314 en diferentes momentos. En la elusión desde la columna 4314 de separación, los varios componentes de la muestra pasan en la región 4324 de detección. Como es bien conocido en la técnica de la cromatografía, la identidad de los materiales eluídos en la región de detección 4324 puede ser determinada utilizando una variedad de técnicas, que incluyen, pero no se limitan a, la fluorescencia, espectroscopia de UV/visible/IR, etiqueta de radioactividad, detección amperométrica, espectroscopia de masa y resonancia magnético-nuclear (NMR) . Un dispositivo de separación, de acuerdo con la presente invención, ofrece la ventaja del tamaño extremadamente pequeño, de modo que sólo volúmenes pequeños de fluido y muestras se consumen durante la separación. Además, el dispositivo ofrece la ventaja de la sensibilidad aumentada. En los dispositivos convencionales de separación, el tamaño del lazo de la muestra prolongará la inyección de la muestra en la columna, que causa que el ancho de las crestas eluídas traslape potencialmente entre sí. El tamaño, extremadamente pequeño y la capacidad del canal de carga en general, impide que este comportamiento de difusión de cresta llegue a ser un problema. La estructura de separación mostrada en la Figura 43, representa sólo una modalidad de tal dispositivo, y otras estructuras se consideran por la presente invención. Por ejemplo, mientras el dispositivo de separación de la Figura 43 se caracteriza por un canal de flujo, un lazo de carga y la columna de separación orientada en un solo plano, que no se requiere por la presente invención. Uno o más del depósito de fluido, el depósito de muestra, el canal de flujo, el lazo de carga y la columna de separación pueden ser orientados perpendiculares entre sí y/o al plano del material elastomérico que utiliza vías estructuras cuya formación se describe en la longitud antes de la conexión con la Figura 35A-D. 8. Depósito de Células/Jaula de Células/ Molino de Células En aún otra aplicación de la presente invención, una estructura elastomérica se puede utilizar para manipular organismos u otro material biológico. Las Figuras 44A-44D muestran vistas de planta de una modalidad de la estructura de depósito de células, de acuerdo con la presente invención. El arreglo 4400 de depósito de células se caracteriza por un arreglo de canales 4402 de flujo, orientados ortogonalmente, con una estructura 4404 de "depósito" agrandada en la intersección de los canales de flujo alternativos. La válvula 4406 se coloca en la entrada y salida de cada estructura de depósito 4404. Las estructuras 4408 de bomba peristáltica se colocan en cada canal de flujo horizontal y en los canales de flujo verticales que carecen de una estructura de depósito abierto.

El arreglo 4400 de depósito de células de la Figura 44A se ha cargado con las células A-H, que se han clasificado previamente, tal vez por una estructura de clasificación, como se describió anteriormente en conjunto con la Figura 36. Las Figuras 44B-44C muestran el acceso y remoción de la célula C, clasificada individualmente, por 1) la abertura de las válvulas 4406 en cualquier costado de los depósitos adyacentes 4404a y 4404b, 2) bombear el canal de flujo horizontal 4402a para desplazar las células C y G, y luego 3) bombea el canal de flujo vertical 4402b para remover la célula C. La Figura 44D muestra que la segunda célula G se mueve de nuevo en su posición anterior en el arreglo 4400 de depósito de célula invirtiendo la dirección del flujo de líquido a través del canal de flujo horizontal 4402a. El arreglo 4404 de depósito de células, antes descrito, es capaz de almacenar materiales dentro de una posición seleccionada, que se puede dirigir, para el acceso rápido. Sin embargo, los organismos vivos, tal como las células, pueden requerir la admisión de alimentos y la expulsión de desechos, con el fin de permanecer viables. Por lo tanto, las Figuras 45A y 45B muestran vistas de planta y sección transversal (a lo largo de la línea 45B-45B1), respectivamente, de una modalidad de una estructura de jaula de células, de acuerdo con la presente invención.

La jaula 4500 de células se forma como una porción agrandada 4500a de un canal de flujo 4501 en un bloque elastomérico 4503, en contacto con el substrato 4505. La jaula 4500 de células es similar a un depósito de células individual, como se describió antes en las Figuras 44A-4D, excepto que los extremos 4500b y 4500c de la jaula de células 4500 no encierra completamente la región interior 4500a. Más bien, los extremos 4500a u 4500b de la jaula 4500 se forman por una pluralidad de pilares retractables 4502. Estos pilares 4502 pueden ser parte de una estructura de membrana de una válvula normalmente cerrada, como se describió antes externamente, en relación con las Figuras 42A-42J. Específicamente, el canal 4504 de control se sobrepone a los pilares 4502. Cuando la presión en el canal 4504 de control se reduce, los pilares elastoméricos se impulsan hacia arriba en el canal 4504 de control, abriendo así el extremo 4500b de la jaula 4500 de células y permitiendo que entre una célula. En la elevación de la presión en el canal 4504 de control, los pilares 4502 se relajan hacia abajo contra el substrato 4505 e impiden que una célula salga de la jaula 4500. Los pilares elastoméricos son de un tamaño y número suficientes para impedir el movimiento de una célula fuera de la jaula 4500, pero también incluyen huecos 4508 que permiten el flujo de los nutrientes dentro de la jaula 4500a con el fin de mantener las células ahí almacenadas. Los pilares 4502 en el extremo opuesto 4500c se configuran similarmente debajo del segundo canal de control 4500 para 5 permitir la abertura de la jaula y la remoción de la célula, según sea deseado . Bajo ciertas circunstancias, puede ser conveniente moler/ romper las células u otros materiales biológicos con el fin de tener acceso a las piezas componentes. 0 Por lo tanto, las Figuras 46A y 46B muestran vistas de planta y sección transversal (a lo largo de la línea 46B-46B'), respectivamente, de una modalidad de una estructura 4600 de molido de células, de acuerdo con la presente invención. El molino 4600 de células incluye un 5 sistema de postes interdigitales 4602 dentro del canal de flujo 4604, que se cierran juntos en la actuación de la membrana integral 4606 sobreponiendo el canal 4608 de control. Cerrando juntos, los postes 4602 trituran el material presente entre ellos. Los postes 4602 pueden estar espaciados en intervalos apropiados para romper las entidades (células) de un tamaño dado. De la ruptura del material celular, el espaciamiento de los postes 4602 en un intervalo de alrededor de 2 µm es apropiado. En modalidades alternativas de una estructura de molido de células, de acuerdo con la i¡?.?..¡ ,.-t-j .-...._-.¿..-..y, presente invención, los postes 4602 pueden estar colocados enteramente en la membrana colocada arriba o enteramente en el piso del canal de control. 9. Oscilador de Presión En aún otra aplicación más de la presente invención, una estructura elastomérica se puede utilizar para crear una estructura del oscilador de presión análoga a los circuitos del oscilador frecuentemente empleados en el campo de la electrónica. La Figura 47 muestra una vista de planta de una modalidad de dicha estructura del oscilador de presión. El oscilador de presión 4700 comprende un bloque elastomérico 4702 que caracteriza un canal 4704 de flujo ahí formado. El canal 4704 de flujo incluye una porción inicial 4704 próxima a la fuente 4706 de presión y una porción 4704b de serpentina, distal de la fuente 4706 de presión. La porción inicial 4704a está en contacto, con la vía 4708 en comunicación fluida con el canal 4710 de control formado en el bloque 4702 elastomérico arriba del nivel del canal 4704 de flujo. En una ubicación más distal de la fuente 4706 de presión que vía 4708, el canal 4710 de control se sobrepone y separa del canal 4704 de flujo por una membrana elastomérica, formando así la válvula 4712, como se describió previamente. ---¡-,---,-á .

La estructura 4700 del oscilador de presión opera como sigue. Inicialmente, la fuente 4706 de presión suministra presión a lo largo del canal 4704 de flujo y el canal 4710 de control, aunque vía 4708. Debido a la 5 configuración en serpentina del canal 4704b de flujo, la presión es menor en la región 4704b en comparación con el canal 4710 de flujo. En la válvula 4712, la diferencia de presión entre la porción 4704b del canal de flujo en serpentina y el canal 4710 de control sobrepuesto, 0 finalmente causa que la membrana de la válvula 4712 se proyecte hacia abajo en la porción 4704b de la porción del canal de flujo en serpentina, cerrando la válvula 4712. Debido a la operación continuada de la fuente 4706 de presión, sin embargo, la presión comienza a acumularse en la 5 porción 4704b del canal de flujo en serpentina detrás de la válvula cerrada 4712. Finalmente, la presión se iguala entre el canal 4710 de control y la porción 4704b del canal de flujo en serpentina, y la válvula 4712 se abre. Dada la operación continua de la fuente de 0 presión, la acumulación, antes descrita, y la liberación de presión continúan indefinidamente, lo que resulta en una oscilación regular de la presión. Dicho dispositivo de oscilación de presión puede realizar cualquier número de funciones posibles, que incluyen, pero no se limitan al sincronismo. l-t i- jJti 9. Válvula Impulsada Lateralmente Mientras la descripción anterior se enfocó en las estructuras de válvula elastoméricas micro-fabricadas, en 5 las cuales un canal de control se coloca arriba y se separa por una membrana elastomérica que interviene, desde un canal de flujo subyacente, la presente invención no se limita a esta configuración. Las Figuras 48A y 48B muestran vistas de planta de una modalidad de una estructura de válvula 0 impulsada lateralmente, de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La Figura 48A muestra una estructura 4800 de válvula accionada lateralmente, en una posición no impulsada. El canal 4802 de flujo se forma en una capa elastomérica 4804. El canal 4806 de control, que colinda con el canal 4802 de flujo, se forma también en una capa elastomérica 4804. El canal de control 4806 se separa del canal 4802 de flujo por una porción 4808 de membrana elastomérica. Una segunda capa elastomérica (no mostrada) se une sobre la capa elastomérica de fondo 4804 para encerrar el canal 4802 de flujo y el canal 4806 de control. La Figura 48B muestra la estructura 4800 de válvula accionada lateralmente en una posición impulsada. En respuesta a la acumulación de presión dentro del canal 4806 de control, la membrana 4808 se deforma en el canal 4802 de -AÁ. -*-j-.nl -. -_--. . -^M-i-I- . - - AJ.. Í . Í.. .Í flujo, el canal 4802 de flujo que bloquea. En la liberación de presión dentro del canal 4806 de control, la membrana 4808 se relejará de nuevo en el canal 4806 de control y abre el canal 4802 de flujo. 5 Mientras la estructura de válvula accionada lateralmente, es impulsada en respuesta a la presión, como se muestra en las Figuras 48A y 48B, una válvula accionada lateralmente, de acuerdo con la presente invención, no se limita a esta configuración. Por ejemplo, la porción de 0 membrana elastomérica ubicada entre los canales de flujo y de control colindantes, puede alternativamente ser manipulada por ampos eléctricos o magnéticos como se describió extensamente antes. 10. Aplicaciones Adicionales Los siguientes representan aspectos adicionales de la presente invención; las válvulas y bombas presentes se pueden usar para la entrega de drogas (por ejemplo, en un dispositivo de entrega de drogas que se puede implantar) ; y para el muestreo de fluidos biológicos (por ejemplo, por almacenar muestras en secuencia en una columna con tapones del fluido espaciador entre ellas) , en que las muestras pueden ser desviadas en diferentes depósitos de almacenamiento o pasadas directamente a los sensores - . ? . apropiados. Dicho dispositivo de muestra de fluido puede también ser implantado en el cuerpo del paciente. Los presentes sistemas pueden también ser usados para dispositivos que alivian la sobre-presión in vivo usando micro-válvulas o bombas. Por ejemplo, una micro-válvula biocompatible, que se puede implantar, se puede usar para aliviar las sobre-presiones en el ojo, las cuales resultan del glaucoma. Otros usos considerados de las presentes micro-válvulas conmutables incluyen el implante de un conducto espermático o tubo de Falopio, que permite el control de nacimiento reversible por períodos largos o períodos cortos, sin el uso de drogas. Asimismo, otros usos de la presente invención incluyen la secuencia del ADN, por la cual el ADN puede formar una secuencia, se suministra con una polimerasa y un apresto, y es luego expuesta a un tipo de base de ADN (A, C, T o G) en un momento con el fin de ensayar rápidamente la incorporación base. En tal sistema, las bases deben fluir dentro del sistema y las bases en exceso se lavan y separan rápidamente. El flujo impulsado por la presión, guiado por las micro-válvulas elastoméricas, de acuerdo con la presente invención, serán adecuadas idealmente para permitir dicho flujo rápido y lavado de reactivos. i l Otros usos considerados por los presentes sistemas de la presente micro-válvula y micro-bomba, incluyen usos con fragmentos pequeños del ADN. Por ejemplo, una muestra puede fluir dentro de un canal en circuito y bombeado alrededor del circuito con una acción peristáltica, de modo que la muestra pueda hacer muchas pasadas sobre las sondas por el arreglo del ADN. Dicho dispositivo suministrará la muestra que normalmente sería desechada, sobre las sondas no complementarias, la oportunidad de unirse a una sonda complementaria en lugar del desecho. Una ventaja de tal sistema de flujo en circuito es que reducirá el volumen de la muestra necesaria, y así aumentará la sensibilidad del ensayo . Existen aplicaciones ulteriores en la clasificación de alta producción, dichas aplicaciones pudieran beneficiarse por la distribución de pequeños volúmenes de líquido o por ensayos basados en glóbulos, en que la detección ultrasensible mejoraría substancialmente la sensibilidad del ensayo. Otra aplicación considerada es la disposición de arreglos de varios productos químicos, especialmente los oligonucleótidos, que pueden o no haberse fabricado químicamente en una acción previa del dispositivo, antes del depósito en un patrón o arreglo sobre un substrato por medio de la impresión de contacto a través de las salidas del -J. - i Í .1 canal de fluido en el dispositivo elastomérico en proximidad estrecha al substrato deseado, o por un proceso análogo a la impresión de inyección de tinta. Las presentes válvulas y bombas elastoméricas microfabricadas, pueden también ser usadas para construir sistemas para la distribución, mezcla y reacción de reactivos, para la síntesis de los oligonucleótidos, péptidos u otros biopolímeros. Aplicaciones ulteriores de la presente invención, incluyen las cabezas de impresión de inyección de tinta, en las cuales se usan pequeñas aberturas para generar un pulso de presión suficiente para expeler una gotita. Una micro-válvula accionada apropiadamente, de acuerdo con la presente invención, puede crear tal pulso de presión. Las presentes micro-válvulas y bombas pueden también ser usadas para distribuir digitalmente la tinta o pigmentos, en cantidades no necesariamente tan pequeñas como simples gotitas. La gotita será puesta en contacto con el medio que se imprime, más bien que sea requerida a ser disparada a través del aire. Aún otros usos de los presentes sistemas son en los circuitos lógicos de fluidos, que ofrecen las ventajas de poderse usar en aplicaciones resistentes a la radiación. Una ventaja más de dichos circuitos lógicos de fluido es que, siendo no electrónicos, dichos sistemas de circuitos lógicos no se sondearán por sensores electro-magnéticos, ofreciendo así un beneficio de seguridad. Aún otros usos de la presente invención tomarán ventaja de la remoción y reunión fáciles de estructuras de un substrato subyacente, tal como el vidrio, utilizando un substrato de vidrio con patrones con un aglutinante u otro material . Esto permite la construcción separada de un substrato con patrones y la estructura de elastómero. Por ejemplo, un substrato de vidrio puede tener un patrón con un micro-arreglo del ADN y una estructura de válvula y bomba de elastómero sellada sobre el arreglo en una etapa subsiguiente . 11. Aspectos Adicionales de la Invención Lo siguiente representa aspectos ulteriores de la presente invención: el uso de una membrana que se puede desviar para controlar el flujo de un fluido en un canal micro-fabricado de una estructura elastomérica; el uso de capas elastoméricas para hacer un dispositivo elastomérico micro-fabricado que contiene una porción móvil micro-fabricada, y el uso de un material elastomérico para hacer una válvula o bomba micro-fabricada. Una estructura elastomérica micro-fabricada, de acuerdo con una modalidad de la presente invención, comprende un bloque elastomérico, formado con rebajos micro- fabricados, una porción del bloque elastomérico se puede desviar cuando la porción es accionada. El rebajo comprende un primer canal micro- fabricado y un primer rebajo micro-fabricado, y dicha porción comprende una membrana elastomérica que se puede desviar en el primer canal micro-fabricado cuando es accionada la membrana. Los rebajos tienen un ancho en el intervalo de 10 hasta 200 µm y la porción tiene un espesor entre aproximadamente 2 y 50 µm. La estructura elastomérica micro-fabricada puede ser accionada a una velocidad de 100 Hz o mayor y no contiene substancialmente un volumen muerto cuando la porción es accionada . Un método de acción de una estructura elastomérica comprende el suministro de un bloque elastomérico formado con un primero y segundo rebajos micro-fabricados, dichos primero y segundo rebajos micro-fabricados están separados por una porción de membrana del bloque elastomérico que se puede desviar en uno del primero y segundo rebajos en respuesta a una fuerza de acción, y aplicar una fuerza de acción a la porción de membrana de modo que esta porción de membrana sea desviada en uno del primero y segundo rebajos. Un método de micro-fabricación de una estructura elastomérica, de acuerdo con una modalidad de la presente invención, comprende formar una primera capa elastomérica sobre un substrato, curar la primera capa elastomérica y «-*•*•* i formar un patrón en una primera capa de sacrificio, sobre la primera capa elastomérica. Una segunda capa elastomérica se forma sobre la primera capa elastomérica, encapsulando así la primera capa de sacrificio con patrón entre la primera y segunda capas elastoméricas, la segunda capa elastomérica se cura, y la primera capa de sacrificio con patrón se remueve selectiva a la primera capa elastomérica y la segunda capa elastomérica, formando así al menos un primer rebajo entre la primera y segunda capas de elastómeros. Una modalidad alternativa de un método de fabricación además comprende formar un patrón en la segunda capa de sacrificio sobre el substrato, antes de formar la primera capa elastomérica, de modo que esta segunda capa de sacrificio con patrón se remueva durante la remoción de la primera capa de sacrificio con patrón, para formar al menos un rebajo a lo largo del fondo de la primera capa elastomérica . Una estructura elastomérica micro-fabricada, de acuerdo con una modalidad de la presente invención, comprende un bloque elastomérico, un primer canal y un segundo canal, separados por una porción separadora de la estructura elastomérica, y un rebajo micro-fabricado en el bloque elastomérico, adyacente a la porción separadora, de manera que dicha porción separadora pueda ser accionada para desviarse en el rebajo micro-fabricado, 66. La desviación de - .i-fc- te-3--i. sA-Jh la porción separadora abre un pasaje entre el primero y segundo canales. Un método de controlar el flujo de fluido o gas, a través de una estructura elastomérica, comprende suministrar un bloque elastomérico, este bloque elastomérico tiene un primero, segundo y tercer rebajos micro-fabricados, y el bloque elastomérico tiene un primer canal micro-fabricad, que pasa a través del mismo, este primero, segundo y tercer rebajos micro-fabricados se separan del primer canal por primera, segunda y tercera membranas respectivas, que se pueden desviar en el primer canal, y desviar la primera, segunda y tercera membranas en el primer canal en una secuencia de repetición para bombear peristálticamente un flujo de fluido a través del primer canal. Un método de micro-fabricación de una estructura elastomérica, comprende micro-fabricar una primera capa elastomérica, micro-fabricar una segunda capa elastomérica; colocar la segunda capa elastomérica sobre la parte superior de la primera capa elastomérica; y unir una superficie de fondo de la segunda capa elastomérica sobre una superficie superior de la primera capa elastomérica. Mientras la presente invención se ha descrito aquí con referencia a sus modalidades particulares, una latitud de modificación, varios cambios y substituciones se intentan en la descripción anterior, y se apreciará que, en algunos casos, algunas características de la invención se emplearán sin el uso correspondiente de otras características, sin apartarse del ámbito de la invención como se indica. Por lo tanto, muchas modificaciones se pueden hacer para adaptar una situación o material particular a las enseñanzas de la invención, sin apartarse del espíritu y ámbito esenciales de la presente invención. Se pretende que la invención no esté limitada a la modalidad particular revelada como el mejor modo considerado para llevar a cabo esta invención, sino que esta invención incluirá todas las modalidades y equivalentes que se encuentren dentro del alcance de las reivindicaciones. Se incorporan aquí como parte de la presente especificación, todo el contenido del Apéndice A, "Válvulas y Bombas Monolíticas Micro-fabricadas por Litografía Suave de Múltiples Capas", Unger et al., Science, Vol. 288, páginas 113-116 (7 de abril del 2000) , que aparece aquí antes de las reivindicaciones y que se puede interpretar como formando parte de la presente especificación para todo propósito .

Claims

REIVINDICACIONES 1. Una estructura elastomérica, la cual comprende: un bloque elastomérico, formado con al menos un primero y segundo rebajos micro-fabricados, dichos primeros y segundos rebajos micro-fabricados se separan por una porción de membrana del bloque elastomérico, que se puede desviar en uno del primero y el segundo rebajo micro-fabricados, cuando dicha membrana es accionada.
2. La estructura elastomérica de la reivindicación 1, en que la porción de membrana responde substancialmente en forma lineal a una fuerza de accionamiento aplicada.
3. La estructura elastomérica de la reivindicación 1 , en que: dicho primer rebajo comprende un primer canal micro-fabricado y dicho segundo rebajo comprende un segundo canal micro-fabricado; y la porción de membrana comprende una membrana elastomérica, que se puede desviar en uno del primero o segundo canales micro-fabricados, cuando es accionada la membrana .
4. La estructura elastomérica de la reivindicación 1 , en que ; -. a A . dicho primer rebajo comprende un primer canal micro- fabricado; y la porción de membrana comprende una membrana elastomérica, que se puede desviar en el primer canal micro- fabricado, cuando se acciona la membrana.
5. La estructura elastomérica de la reivindicación 4, en que la membrana se puede desviar dentro del primer canal, cuando se presuriza el segundo rebajo micro- fabricado.
6. La estructura elastomérica de la reivindicación 4, en que el segundo rebajo micro-fabricado comprende un segundo canal micro-fabricado.
7. La estructura elastomérica de la reivindicación 4 , que además comprende : tercero y cuarto canales, dispuestos paralelos al segundo canal, en que el segundo, tercero y cuarto canales se separan del primer canal por una primera, segunda y tercera membranas, respectivamente, que se pueden desviar en el primer canal .
8. La estructura elastomérica de la reivindicación 1, en que esta estructura elastomérica comprende un material seleccionado de: i ? ?A Í . . . i i... poliisopreno, polibutadieno, policloropreno, poliisobutileno, poli (estireno-butadieno-estireno) , los poliuretanos, siliconas, diacrilatos de uretano alifáticos, poli (bis (fluoroalcoxi) fosfazeno) (PNF, Eypel-F) , poli (carborano-siloxanos) (Dexsil) , poli (acrilonitrilo-butadieno) (hule de nitrilo), poli (l-buteno) , poli (clorotrifluoroetileno-fluoruro de vinilideno) copolímeros (el-F) , poli (etil-vinil-éter) , poli (fluoruro de vinilideno), poli (fluoruro de vinilideno hexafluoropropileno) copolímero (Viton) , composiciones de elastómero del polivinilcloruro (PVC) , polisulfona, policarbonato, polimetilmetacrilato (PMMA) o politetrafluoroetileno (Teflón) .
9. La estructura elastomérica de la reivindicación 1, que además comprende un substrato plano, por ejemplo el vidrio, en que dicho substrato plano forma una pared de dicho primero y segundo rebajos micro-fabricados .
10. Un método para accionar una estructura elastomérico, el cual comprende: suministrar un bloque elastomérico, formado con un primero y segundo rebajos micro-fabricados, este primero y segundo rebajos micro-fabricados se sepan por una porción de membrana del bloque elastomérico, que se puede desviar en uno del primero y segundo rebajos, en respuesta a una fuerza de actuación; y aplicar una fuerza de actuación a la porción de membrana de modo que la porción de la membrana se desvíe en uno del primero y segundo rebajos.
11. El método de la reivindicación 10, en que la etapa de aplicar una fuerza de actuación comprende aplicar una presión al segundo rebajo micro-fabricado, para desviar la porción de membrana en el primer rebajo micro-fabricado.
12. Un método para controlar el fluido o flujo de gas a través de una estructura elastomérica, dicho método comprende : suministrar un bloque elastomérico, este bloque elastomérico tiene un primero, segundo y tercer rebajos micro- fabricados, y dicho bloque elastomérico tiene un primer canal micro-fabricado que pasa a través del mismo, dicho primero, segundo y tercer rebajos micro-fabricados están separados del primer canal por una primera, segunda y tercera membranas respectivas, que se pueden desviar en el primer canal ; y desviar la primera, segunda y tercera membranas dentro del primer canal, en una secuencia de repetición para bombear peristálticamente un flujo de fluido a través del primer canal .
13. Un método para micro-fabricar una estructura elastomérica, este método comprende: suministrar una primera estructura elastomérica micro-fabricada, que tiene al menos un primer rebajo; suministrar una segunda estructura elastomérica, que tiene al menos un segundo rebajo; y unir una superficie de la primera estructura elastomérica sobre una superficie de la segunda estructura elastomérica.
14. El método de la reivindicación 13, que además comprende : colocar la segunda estructura elastomérica sobre la parte superior de la primera estructura elastomérica, de manera que el primer rebajo y el segundo rebajo se separen por una porción de membrana de la estructura elastomérica y dicha porción de membrana se puede desviar en cualquiera del primer rebajo o el segundo rebajo; y unir la superficie de fondo de la segunda estructura elastomérica sobre una superficie superior de la primera estructura elastomérica.
15. El método de la reivindicación 14, en que: la primera estructura elastomérica se fabrica sobre un primer molde micro-maquinado, que tiene al menos .--mJj ,ti?. una proyección elevada, la cual forma dicho al menos un primer rebajo en el fondo de la primera estructura elastomérica; y la segunda estructura elastomérica se fabrica sobre un segundo molde micro-maquinado, que tiene al menos una proyección elevada, la cual forma dicho al menos un segundo rebajo en el fondo de la primera estructura elastomérica.
16. El uso de una membrana que se puede desviar, para controlar el flujo de fluido en un canal micro-fabricado de una estructura elastomérica.
17. EL uso de la reivindicación 16, en que el control del flujo de un fluido en dicho canal micro-fabricado se efectúa por la aplicación de una fuerza de actuación a la membrana.
18. El uso de la reivindicación 16, en que dicha estructura elastomérica micro-fabricada es monolítica.
19. El uso de la reivindicación 16, en que el control del flujo de un fluido en dicho canal micro-fabricado se efectúa por presurización del segundo canal micro-fabricado de la estructura elastomérica, para así desviar dicha membrana .
20. El uso de la reivindicación 16, en que dicha estructura elastomérica se forma con al menos un primero y segundo rebajos micro-fabricados, uno de dichos rebajos micro-fabricados forma dicho canal micro-fabricado, y en donde dicha membrana que se puede desviar separa dicho primero y segundo rebajos micro-fabricados y se puede desviar en uno del primero o segundo rebajos micro-fabricados, cuando es accionada.
21. El uso de capas elastoméricas unidas, para obtener un dispositivo elastomérico que contiene una porción que se puede desviar, micro-fabricada.
22. El uso de un material elastomérico para obtener una válvula de fluido micro-fabricada que no tiene substancialmente un volumen muerto, o una bomba peristáltica micro-fabricada .
23. Una estructura elastomérica micro-fabricada, la cual comprende: un bloque elastomérico, formado con rebajos micro-fabricados, que tienen un ancho menor de 1000 µm, una porción del bloque elastomérico, se puede desviar en uno de los rebajos, cuando la porción es accionada.
24. La estructura elastomérica micro-fabricada de la reivindicación 23, en que: el rebajo comprende un primer canal micro-fabricado y un primer rebajo micro-fabricado; y la porción comprende una membrana elastomérica que se puede desviar en el primer canal micro-fabricado, cuando es accionada la membrana.
25. La estructura elastomérica micro-fabricada de la reivindicación 24, en que la membrana se puede desviar en el primer canal, cuando se presuriza el primer rebajo micro-fabricado.
26. La estructura elastomérica micro-fabricada de la reivindicación 24, en que la membrana se puede desviar en el primer canal, cuando esta membrana es accionada electrostáticamente.
27. La estructura elastomérica micro-fabricada de la reivindicación 24, en que el primer rebajo micro-fabricado comprende un segundo canal micro-fabricado.
28. La estructura elastomérica micro-fabricada de la reivindicación 27, en que el primero y segundo canales micro-fabricados ambos pasan a través de la estructura elastomérica .
29. La estructura elastomérica micro-fabricada de la reivindicación 27, en que el segundo canal micro- fabricado pasa a través de la estructura elastomérica y el primer canal micro-fabricado pasa a lo largo de una superficie de la estructura elastomérica.
30. La estructura elastomérica micro-fabricada de la reivindicación 29, que además comprende: un substrato plano, colocado adyacente a la superficie de la estructura elastomérica, a lo largo de la cual pasa el primer canal micro-fabricado.
31. La estructura elastomérica micro-fabricada de la reivindicación 27, en que: el primer canal micro-fabricado tiene una configuración en T e incluye un tallo en comunicación de fluido con un primer ramal y un segundo ramal; la membrana elastomérica se sobrepone y se puede desviar dentro del primer ramal; y la estructura elastomérica además comprende un segundo rebajo que se sobrepone al segundo ramal, de modo que una segunda membrana elastomérica se pueda desviar en el segundo ramal, cuando la membrana es accionada, de manera que el flujo del fluido en el tallo pueda ser dirigido dentro de uno del primer ramal y el segundo ramal, actuando la segunda membrana elastomérica y la primera membrana elastomérica, respectivamente. l -t i . i 1 ?.? - ., „,. .i y.M z MA.Z, ? .í í.
32. La estructura elastomérica micro-fabricada de la reivindicación 27, que además comprende: tercero y cuarto canales, dispuestos paralelos al segundo canal, en que el segundo, tercero y cuarto canales se separan del primer canal por una primera, segunda y tercera membranas, respectivamente, que se pueden desviar en el primer canal .
33. La estructura elastomérica micro-fabricada de la reivindicación 23, en que esta estructura elastomérica comprende un material seleccionado del grupo que consta de: poliisopreno, polibutadieno, policloropreno, poliisobutileno, poli (estireno-butadieno-estireno) , los poliuretanos, siliconas, diacrilatos de uretano alifáticos, poli (bis (fluoroalcoxi) fosfazeno) (PNF, Eypel-F) , poli (carborano-siloxanos) (Dexsil) , poli (acrilonitrilo-butadieno) (hule de nitrilo), poli (l-buteno) , poli (cloro-trifluoroetileno-fluoruro de vinilideno) copolímeros (Kel-F) , poli (etil-vinil-éter) , poli (fluoruro de vinilideno), poli (fluoruro de vinilideno - hexafluoropropileno) copolímero (Viton) , composiciones de elastómero del polivinilcloruro (PVC) , polisulfona, policarbonato, polimetilmetacrílato (PMMA) o politetrafluoroetileno (Teflón) .
34. Una estructura elastomérica micro-fabricada, la cual comprende: un bloque elastomérico; un primer canal y un segundo canal , separados por una porción de separación de la estructura elastomérica; y un rebajo micro- fabricado, en el bloque elastomérico, adyacente a la porción de separación, de modo que dicha porción de separación pueda ser accionada para desviarse dentro del rebajo micro-fabricado . 10
35. La estructura elastomérica micro-fabricada de la reivindicación 34, en que el rebajo micro-fabricado experimenta una presión reducida, la cual causa que la porción de separación se desvíe dentro del rebajo 15 microfabricado.
36. La estructura elastomérica micro-fabricada de la reivindicación 34, en que la porción de separación "se puede desviar en el rebajo micro-fabricado, cuando la 20 porción de separación es accionada electrostáticamente. ¡tt|^^^^^