NL1024013C2 - Trapsgewijs (cascade) hydrodynamisch richten in microfluïde kanalen. - Google Patents

Trapsgewijs (cascade) hydrodynamisch richten in microfluïde kanalen. Download PDF

Info

Publication number
NL1024013C2
NL1024013C2 NL1024013A NL1024013A NL1024013C2 NL 1024013 C2 NL1024013 C2 NL 1024013C2 NL 1024013 A NL1024013 A NL 1024013A NL 1024013 A NL1024013 A NL 1024013A NL 1024013 C2 NL1024013 C2 NL 1024013C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
channels
fluid
center channel
hydraulic diameter
envelope
Prior art date
Application number
NL1024013A
Other languages
English (en)
Other versions
NL1024013A1 (nl
Inventor
Horst Haussecker
Narayan Sundararajan
Original Assignee
Intel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Intel Corp filed Critical Intel Corp
Publication of NL1024013A1 publication Critical patent/NL1024013A1/nl
Application granted granted Critical
Publication of NL1024013C2 publication Critical patent/NL1024013C2/nl

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0093—Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30—Micromixers
    • B01F33/301—Micromixers using specific means for arranging the streams to be mixed, e.g. channel geometries or dispositions
    • B01F33/3011—Micromixers using specific means for arranging the streams to be mixed, e.g. channel geometries or dispositions using a sheathing stream of a fluid surrounding a central stream of a different fluid, e.g. for reducing the cross-section of the central stream or to produce droplets from the central stream
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502761—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip specially adapted for handling suspended solids or molecules independently from the bulk fluid flow, e.g. for trapping or sorting beads, for physically stretching molecules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502769—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
    • B01L3/502776—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for focusing or laminating flows
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2215/00—Auxiliary or complementary information in relation with mixing
    • B01F2215/04—Technical information in relation with mixing
    • B01F2215/0413—Numerical information
    • B01F2215/0418—Geometrical information
    • B01F2215/0431—Numerical size values, e.g. diameter of a hole or conduit, area, volume, length, width, or ratios thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30—Micromixers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00783—Laminate assemblies, i.e. the reactor comprising a stack of plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00819—Materials of construction
    • B01J2219/00833—Plastic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00851—Additional features
    • B01J2219/00867—Microreactors placed in series, on the same or on different supports
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00891—Feeding or evacuation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0636—Focussing flows, e.g. to laminate flows
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
    • Y10T436/11—Automated chemical analysis
    • Y10T436/117497—Automated chemical analysis with a continuously flowing sample or carrier stream
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
    • Y10T436/25—Chemistry: analytical and immunological testing including sample preparation
    • Y10T436/2575—Volumetric liquid transfer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Description

Titel: Trapsgewijs (cascade) hydrodynamiech richten in microfluïde kanalen
ACHTERGROND VAN DE OPENBAARMAKING
Toepassingsgebied van de uitvinding
De uitvinding heeft algemeen betrekking op fluïdum 5 transportfenomenen en meer in het bijzonder op het regelen van fluïdumstroming in microfluïde systemen en precieze lokalisatie van deeltjes/moleculen in dergelijke fluïdumstromen.
Korte beschrijving van aanverwante technologie 10 Miniaturisatie van een verscheidenheid aan laboratoriumanalyses en functies biedt een aantal voordelen zoals bijvoorbeeld het verschaffen van substantiële besparingen in tijd en kosten van analyses en benodigde ruimte voor de instrumenten waarmee de analyses worden uitgevoerd. Een dergelijke miniaturisatie kan zijn belichaamd in microfluïde systemen. Deze 15 systemen zijn bruikbaar in chemisch en biologisch onderzoek zoals bijvoorbeeld DNA volgordebepaling en immunochromatografietechnieken, bloedanalyse en identificatie en synthese van een uitgebreid scala van chemische en biologische soorten. Meer in het bijzonder worden deze systemen gebruikt bij het scheiden en transporteren van biologische 20 macromoleculen, bij het uitvoeren van proeven (bijvoorbeeld enzymproeven, immuniteitsproeven, receptorbindende proeven en andere proeven bij het screenen naar affecteren van biochemische systemen).
Gebruikelijk wordt in microfluïde processen en inrichtingen typerend gebruik gemaakt van microscopische kanalen waardoor 25 verscheidene fluïda worden getransporteerd. Binnen deze processen en inrichtingen kunnen de fluïda worden gemengd met additionele fluïda, worden onderworpen aan veranderingen in temperatuur, PH en ionische 1024013 2 concentratie en worden gescheiden in samenstellende elementen. Voorts zijn deze inrichtingen en processen tevens bruikbaar in andere technologieën zoals bijvoorbeeld in inktjet printtechnologie. De geschiktheid van microfluïde processen en inrichtingen kan additionele besparingen bieden 5 welke zijn gerelateerd aan de kosten van de menselijke factor (of fout) in het uitvoeren van dezelfde analyses of functies, zoals bijvoorbeeld arbeidskosten en de kosten verbonden aan fouten en/of imperfectie van menselijke handelingen.
Het vermogen om deze complexe analyses en functies uit te voeren 10 kan worden beïnvloed door de snelheid en efficiëntie waarmee deze fluïda worden getransporteerd in een microfluïde systeem. In het bijzonder beïnvloedt de snelheid waarmee de fluïda in deze systemen stromen de parameters waarvan de analyseresultaten kunnen afhangen. Bijvoorbeeld, wanneer een fluïdum moleculen bevat waarvan de afmeting en structuur 15 dient te worden geanalyseerd, dan zou het systeem zodanig moeten zijn ontworpen dat verzekerd is dat het fluïdum de betreffende moleculen op een ordelijke wijze door een detectieapparaat transporteert met een zodanige stroomsnelheid dat het apparaat de benodigde afmeting- en structuuranalyses kan uitvoeren. Er is een verscheidenheid aan kenmerken 20 die in het ontwerp van microfluïde systemen kunnen worden opgenomen teneinde te verzekeren dat de gewenste stroming wordt gerealiseerd. In het bijzonder kan fluïdum worden getransporteerd door interne of externe drukbronnen zoal geïntegreerde micropompen en door gebruik van mechanische kleppen om fluïda om te leiden. Gebruik van akoestische 25 energie, elektrohydrodynamische energie en andere elektrische middelen voor het bewerkstelligen van fluïdumbeweging zijn ook overwogen. Aan elk daarvan kleven echter bepaalde nadelen, met name slechte werking. Bovendien doet de aanwezigheid van elk van deze middelen in een microfluïde systeem de kosten van het systeem toenemen.
1024013 3
Microfluïde systemen omvatten typerend meerdere micro fluïde kanalen welke zijn verbonden (en in fluïdumverbinding staan) met elkaar en met een of meerdere fluïdumre servoirs. Dergelijke systemen kunnen erg eenvoudig zijn, met slechts een of twee kanalen en reservoirs, of kunnen 5 tamelijk complex zijn, met talrijke kanalen en reservoirs. Microfluïde kanalen hebben algemeen ten minste één inwendige dwarsafinetdng die minder is dan ongeveer 1 millimeter (mm), welke zich kenmerkend uitstrekt van ongeveer 0,1 micrometer (pm) tot ongeveer 500 pm. Axiale afmetingen van deze microtransportkanalen kunnen reiken tot 10 centimeter (cm) of 10 meer.
Algemeen omvat een microfluïde systeem een netwerk van microfluïde kanalen en reservoirs, welke op een vlak substraat zijn gevormd door ertsen, spuitgieten, doordiepen of stampen. Door de micro-elektronische industrie ontwikkelde lithografische en chemische 15 etsprocessen worden stelselmatig gebruikt voor het vervaardigen van microfluïde inrichtingen op substraten van Silicon en glas. Soortgelijke etsprocessen kunnen ook worden gebruikt voor het vormen van microfluïde inrichtingen op verscheidene polymere substraten. Na vorming van het netwerk van microfluïde kanalen en reservoirs op het vlakke substraat 20 wordt het substraat typisch samengevoegd met een of meer vlakke platen, die kanaal- en reservoirbovenzijden en/of onderzijden afdichten, daarbij toegangsopeningen voor fluïduminjectie en afzuigpoorten verschaffend, alsmede elektrische verbindingen, afhankelijk van het eindgebruik van de inrichting.
25
Korte beschrijving van de tekening figuren
Voor een meer compleet begrip van de openbaarmaking wordt verwezen naar de volgende gedetailleerde beschrijving en bijbehorende tekening waarin: 1024013 4
Figuur 1 schematisch een gedeeltelijke dwarsdoorsnede toont van een uitvergrote microfluïde inrichting, ter illustratie van een eenstape (ongetrapt), hydrodynamisch fluïdum richten;
Figuur 2 schematisch een gedeeltelijke dwarsdoorsnede toont van 5 een uitvergrote microfluïde inrichting, ter illustratie van meeretappig (getrapt) hydrodynamisch fluïdum richten volgens de uitvinding; en
Figuur 3 een schematisch een gedeeltelijke dwarsdoorsnede toont van een uitvergrote microfluïde inrichting ter illustratie van meerstappige (getrapt) hydrodynamisch fluïdum richten volgens de uitvinding.
10 Hoewel de geopenbaarde werkwijze en inrichting vatbaar zijn voor uitvoeringsvormen in verscheidene vormen, zijn in de tekeningfiguren geïllustreerd (en zullen hierna worden beschreven) specifieke uitvoeringsvormen volgens de openbaarmaking, met dien verstande dat de openbaarmaking is bedoeld ter illustratie en niet is bedoeld om de 15 uitvinding te beperken tot de specifieke hierin beschreven en geïllustreerd uitvoeringsvormen.
Gedetailleerde beschrijving van de voorkeursuitvoeringsvormen De in deze beschrijving gebruikte term (of voorvoegsel) "micro" 20 verwijst algemeen naar structurele elementen of kenmerken van een inrichting of een onderdeel daarvan, met ten minste een vervaardigingsafineting in een bereik van ongeveer 0,1 micrometer (pm) tot ongeveer 500 pm. Zo zal bijvoorbeeld een in deze beschrijving als zijnde microfluïde aangeduide inrichting of proces ten minste één structureel 25 kenmerk omvatten met een zodanige afmeting. Bij gebruik voor het beschrijven van een fluïde element, zoals een kanaal, aansluitpunt of reservoir, verwijst de term "microfluïde" algemeen naar een of meer fluïde-elementen (bijv. kanalen, aansluitpunten en reservoirs) met ten minste één inwendige dwarsdoorsnede afmeting (bijv. diepte, breedte, lengte en 1024013 5 diameter) die kleiner is dan ongeveer 500 μιη en kenmerkend tussen ongeveer 0,1 μιη en ongeveer 500 μιη bedraagt.
De hierin gebruikte term "hydraulische diameter" verwijst naar een diameter als gedefinieerd in tabel 5-8 van Perry's Chemical Engineers' 5 Handbook, 6de editie, pag. 5-25 (1984). Zie ook Perry's Chemical Engineers'
Handbook 7de editie, paragraaf 6-12 tot 6-13 (1997). Een dergelijke definitie is van toepassing op kanalen met een onronde dwarsdoorsnede of open kanalen en is tevens van toepassing op stroming door een ring.
Zoals bekend bij de vakman is een Reynolds getal (Nite) een van 10 verscheidene dimensieloze grootheden van de vorm:
N
" μ ’ welke alle evenredig zijn aan de verhouding tussen traagheidskracht en viskeuze kracht in een stroomsysteem. In het bijzonder is / een 15 karakteristieke lineaire afmeting van het stroomkanaal, vde lineaire snelheid, p de fluïdumdichtheid en //de fluïdumviscositeit. Ook is bij de vakman de term "stroomlijn" bekend, welke een lijn definieert die in de richting van stroming ie gelegen op elk punt op een gegeven moment. De term "laminaire stroom" definieert een stroming waarin de stroomlijnen van 20 elkaar gescheiden blijven over hun volledige lengte. De stroomlijnen hoeven niet recht te zijn noch hoeft de stroming stationair te zijn zolang aan dit | criterium is voldaan. Zie algemeen Perry's Chemical Engineers' Handbook, 6° editie, op pagina 5-6 (1984). Algemeen wordt, wanneer het Reynoldsgetal kleiner is dan of gelijk is aan 2100 de stroom verondersteld laminair te zijn 25 en wanneer het Reynoldsgetal groter is dan 2100 de stroom verondersteld niet-laminair (d.w.z. turbulent) te zijn. Bjj voorkeur zijn de fluïdumstromen door de verschillend microfluïde processen en inrichtingen in deze beschrijving laminair.
1024013 6
Onder verwijzing nu naar de tekeningfiguren, waarin gelijke verwijzingscijfers dezelfde of gelijksoortige elementen aangeven in de verschillende figuren, illustreert figuur 1 schematisch een gedeeltelijke dwarsdoorsnede van een uitvergrote microfluïde inrichting als voorbeeld 5 van enkelstaps (ongetrapt) hydrodynamisch richten van fluïdum. De inrichting is een lichaam 10 voorzien van een middenkanaal 12 en symmetrische, eerste en tweede richtkanalen 14 en 16 respectievelijk, in fluïdumverbinding met het middenkanaal 12 via een aansluitpunt 18. Als getoond in figuur 1 staat het eerste richtkanaal 14 in fluïdumverbinding 10 met een eerste reservoir 20 en het tweede richtkanaal 16 in fluïdumverbinding met een tweede reservoir 22. Doorgetrokken pijlen duiden de stroomrichting aan door de verschillende kanalen 12,14 en 16.
Als getoond heeft het middenkanaal 12 een vaste, inwendige diameter, aangegeven met dc. Stroomopwaarts van het aansluitpunt 18 15 stroomt een monsterfluïdum door het middenkanaal 12 met een snelheid vi en bezet daarin een gebied dat algemeen een hydraulische diameter di heeft, gedefinieerd door de binnenwanden van het middenkanaal 12. Stroomopwaarts van het aansluitpunt 18 is di identiek aan dc. Omhullingsfluïdum stroomt van de eerste en tweede reservoirs 20 en 22 20 respectievelijk, door de eerste en tweede richtkanalen 14 en 16 respectievelijk, en door het aansluitpunt 18 met een snelheid vri. Doordat de snelheid van de omhullingsfluïdumetromen identiek zijn, en afhankelijk van de dichtheden en viscositeit van de omhullings- en monsterfluïda, voegen de omhullingsfluïdumstromen die het middenkanaal 12 binnenkomen door het 25 aansluitpunt 18 zich samen ter vorming van een discrete omhulling 24 rond de monsterfluïdum8troom. De discretie van de omhulling 24 is gewaarborgd wanneer, zoals hierboven opgemerkt, de fluïdumstromen laminair zijn. Stroomafwaarts van het aansluitpunt 18 stroomt het monsterfluïdum door het middenkanaal 12 met hetzelfde debiet, maar met een andere (en hogere) 30 snelheid V2 en bezet daarin een gebied dat algemeen een hydraulische 1024013 7 diameter cb heeft. De omhullingsfluïdumstromen van het eerste en tweede reservoir 20 en 22 respectievelijk voegen zich samen ter vorming van de omhulling 24 rond het monsterfluïdum (waarvan een omtrek is weergegeven door de continue, gestreepte stroomlijn in het middenkanaal 12).
5 Algemeen wordt het enkelstaps (ongetrapt) hydrodynamisch richten als getoond in figuur 1 tot stand gebracht door het drieweg aansluitpunt 18 wanneer omhullingsfluïdum uit de richtkanalen 14 en 16 het monsterfluïdum in het middenkanaal 12 dichter naar de centrale as van het middenkanaal 12 dwingt, daarbij de snelheid van het monsterfluïdum 10 door het kanaal 12 verhogend van vi naar V2. Dit richten is weergegeven in figuur 1 door de continue, gestreepte lijnen in het middenkanaal 12. Ieder deeltje (of molecule) dat is gesuspendeerd in het monsterfluïdum in het middenkanaal 12 stroomopwaarts van het aansluitpunt 18, trekt richting de centrale as van het kanaal 12 terwijl het fluïdum door en voorbij het 15 aansluitpunt 18 stroomt. Ruimtelijke lokalisatie van de deeltjes (of moleculen) kan worden geregeld en gericht op deze wijze en worden geanalyseerd of gemanipuleerd in stroomafwaartse handelingen.
De maximum haalbare richtverhouding in een enkele richtstap is beperkt door hydrodynamische en geometrische beperkingen die een 20 asympotische relatie hebben. Meer in het bijzonder kan de richtverhouding (ie) worden uitgedrukt door de volgende vergelijking, waarbij di en da hydraulische diameters zijn als hierboven beschreven: ƒ = A. r’ *.
25
Idealitair is een grote richtverhouding gewenst. Echter, voor een enkele richtstap is deze verhouding onderworpen aan beperkingen, zoals die opgelegd door hydrodynamische effecten, druk gradiënten en kanaalafmetingen. Naarmate bijvoorbeeld druk in de richtkanalen 1024013 s toeneemt, is de stroom in het middenkanaal vatbaar voor terugstroom. In andere woorden, afhankelijk van de stroomsnelheid in het middenkanaal stroomopwaarts van het aansluitpunt zal het omhullingsfluïdum, indien het debiet van (of uitgeoefende druk door) het omhullingsfluïdum in de 5 richtkanalen te groot is, niet alleen in dat deel van het middenkanaal stroomafwaarts van het aansluitpunt stromen, doch ook in delen van het middenkanaal stroomopwaarts van het aansluitpunt; aldus effectief een terugstroom van het monsterfluïdum veroorzakend.
Ontdekt is dat dergelijke beperkingen kunnen worden overwonnen 10 door gebruik te maken van meerdere (of meerstappig) getrapte (cascade) aansluitpunten, waarbij het monsterfluïdum incrementeel wordt gericht, bij elk opvolgend aansluitpunt. In het bijzonder illustreren figuren 2 en 3 schematisch gedeeltelijke dwarsdoorsneden van uitvergrote microfluïde inrichtingen, ter illustratie van meerstappig (getrapt) hydrodynamisch 15 richten van fluïdum. In het bijzonder is in figuur 2 de inrichting een lichaam 28 met een middenkanaal 30 en symmetrische, eerste en tweede richtkanalen 32 en 34 respectievelijk, in fluïdumverbinding met het middenkanaal 30 via een eerste aansluitpunt 36. Als getoond in figuur 2 staat het eerste richtkanaal 32 in fluïdumverbinding met een eerste 20 reservoir 38 en het tweede richtkanaal 34 in fluïdumverbinding met een tweede reservoir 40. Doorgetrokken pijlen duiden de stroomrichting aan door de verschillende kanalen 30, 32 en 34.
Als getoond heeft het middenkanaal 30 een vaste, inwendige diameter aangeduid met dc. Stroomopwaarts van het aansluitpunt 36 25 stroomt een monsterfluïdum vanuit een reservoir (niet getoond) en door het middenkanaal 30 met een snelheid vi en neemt daarin een gebied in dat algemeen een hydraulische diameter di heeft, gedefinieerd door de binnenwand van het middenkanaal 30. Stroomopwaarts van het aansluitpunt 36 is di identiek aan de. Omhullingsfluïdum stroomt vanuit de 30 reservoirs 38 en 40, door de richtkanalen 32 en 34 en door het eerste 102401 3·· 9 aansluitpunt 36 met een snelheid vri. Omdat de snelheid van de omhullingsfluïdumstromen identiek zijn, en afhankelijk van de dichtheden en viscositeit van de omhullings- en monsterfluïda, verenigen de omhullingsfluïdumstromen die het middenkanaal 30 binnenkomen door het 5 eerste aansluitpunt 36 zich ter vorming van een discrete, eerste omhulling 42 rond de monsterfluïdumstroom. De discretie van de eerste omhulling 42 is gewaarborgd indien, zoals hierboven aangegeven, de fluïdumstromen laminair zijn. Stroomafwaarts van het eerste aansluitpunt 36 stroomt het monsterfluïdum door het middenkanaal 30 met hetzelfde debiet, maar een 10 andere (en hogere) snelheid V2 en neemt daarin een gebied in, dat algemeen een hydraulische diameter d2 heeft. De omhullingsfluïdumstromen uit de eerste en tweede reservoirs 38 en 40 respectievelijk, verenigen zich teneinde de eerste omhulling 42 te vormen rond het monsterfluïdum (waarvan een omtrek is weergegeven door de continue, gestreepte stroomlijn in het 15 middenkanaal 30).
Een tweede aansluitpunt 44 stroomafwaarts (in de stroomrichting van het monsterfluïdum in het middenkanaal 30) van het eerste aansluitpunt 36 communiceert additioneel omhullingsfluïdum vanuit symmetrische, derde en vierde richtkanalen 46 en 48 respectievelijk, naar 20 het middenkanaal 30, dat reeds het door de eerste omhulling 42 omgeven monsterfluïdum bevat. Als getoond in figuur 2, staat het derde richtkanaal 46 in fluïdumverbinding met een derde reservoir 60 en het vierde richtkanaal 48 in fluïdumverbinding met een vierde reservoir 52. Doorgetrokken pijlen geven de stroomrichting aan door de verschillende 25 kanalen 30, 46 en 48.
Stroomafwaarts van het eerste aansluitpunt 36 en stroomopwaarts van het tweede aansluitpunt 44 stroomt het monsterfluïdum door het middenkanaal 30 met hetzelfde debiet, doch een verschillende (en hogere) snelheid V2 en neemt daarin een gebied in, dat algemeen een hydraulische 30 diameter cb heeft. Omhullingsfluïdum stroomt vanuit de derde en vierde 10 2401 3 10 reservoirs 50 en 52 respectievelijk, door de derde en vierde richtkanalen 46 en 48 respectievelijk en door het tweede aansluitpunt 44 met een snelheid Vr2. Omdat de snelheid van de omhullingsfluïdumstromen identiek zijn, en afhankelijk van de dichtheden en viscositeit van de omhullings- en 5 monsterfluïda, verenigen de stromen van omhullingsfluïdum die het middenkanaal 30 binnenkomen door het tweede aansluitpunt 44 zich ter vorming van een tweede, discrete omhulling 54 rond de stroom monsterfhiïdum en de eerste omhulling 42. De stromen omhullingsfluïdum uit het derde en vierde reservoir 50 en 52 respectievelijk verenigen zich ter 10 vorming van de tweede omhulling 54 rond het monsterfhiïdum (waarvan een omtrek is weergegeven door de continue, gestreepte stroomlijn in het middenkanaal 30).
Tezamen behelzen de eerste en tweede aansluitpunten 36 en 44 respectievelijk en de richtkanalen (32, 34,46 en 48) die in verbinding staan 15 met het middenkanaal 30 via deze aansluitpunten, een uitvoeringsvorm van een meerstappige (getrapte) werkwijze en inrichting voor hydrodynamisch richten van fluïdum, in het bijzonder twee richtstappen of aansluitpunten. Als getoond in Figuur 2 kan de inrichting additionele richtkanalen 56 en 58 omvatten, geschikt om additioneel omhullingsfluïdum te communiceren via 20 additionele aansluitpunt(en) 60 naar het middenkanaal 30. Overeenkomstig communiceren deze additionele richtkanalen met additionele reservoirs 62 en 64, welke een bron kunnen zijn voor het additionele omhullingsfluïdum. Om elke richtstap (fi) te regelen, individueel, in een inrichting als getoond in Figuur 2, kan de druk in elk reservoir (38, 40, 50, 52,62 en 64) worden 25 aangepast om het gewenste debiet van omhullingsfluïdum te genereren in de communicerende kanalen (32, 34, 46, 48, 56 en 58 respectievelijk).
Figuur 3 illustreert schematisch een gedeeltelijke dwarsdoorsnede van een uitvergrote microfluïde inrichting, ter illustratie van meerstappig (getrapt) hydrodynamisch richten van fluïdum. Algemeen komt deze 30 uitvoeringsvorm overeen met die geïllustreerd in Figuur 2, echter in Figuur 1024013 11 3 is de inrichting een lichaam 66 bevattende richtkanalen welke omhullingsfluïdum vanuit minder (en gemeenschappelijke) reservoirs 68 en 70 onttrekken. Overeenkomstig Figuur 2 is Figuur 3 evenwel ook in staat incrementeel hydrodynamisch fluïdum richten te verzorgen. Om elke 6 richtstap (fi) te regelen, individueel, in een inrichting zoals getoond in Figuur 3, waarin alle (of vele) van de richtkanalen met een enkel reservoir communiceren, kunnen de afmetingen van de individuele richtkanalen die met het enkele reservoir communiceren zodanig worden ontworpen om in die communicerende kanalen een gewenst debiet van omhullingsfluïdum te 10 produceren.
In een inrichting, zoals die getoond in Figuren 2 en 3, kan de totale richtverhouding (fn), bereikt in n richtstappen (of aansluitpunten) worden afgeleid met de volgende vergelijking, waarin fi elke individuele richtstap aanduidt: dn d2 d3 dn i-1 d(i+i) i-1
De richtverhouding van elke afzonderlijke richtstap (fi) kan worden aangepast door het debiet van omhullingsfluïdum te regelen dat het middenkanaal ter plaatse van het corresponderende aansluitpunt binnengaat. Alternatief kan de richtverhouding van elke afzonderlijke 20 richtstap (fi) worden aangepast door regelen van de druk die door het omhullingsfluïdum op het monsterfluïdum wordt uitgeoefend wanneer het omhullingsfluïdum het middenkanaal binnentreedt ter plaatse van het corresponderende aansluitpunt.
Voor n richtstappen (of aansluitpunten), elk communicerend met 25 richtkanalen met diameters d&i, verbonden met een enkel paar reservoirs 68 en 70 (zie Figuur 3) vereenvoudigt de voorgaande vergelijking tot: welke monotoon toeneemt voor 4 > 1. ! 1024013 12
De afstand tussen de opeenvolgende aansluitpunten hoeft niet identiek te zijn en kan door de vakman worden bepaald op basis van de beoogde toepassing. Overeenkomstig hoeven de lengten en hydraulische diameters van de verschillende microfluïde kanalen onderling niet identiek 5 te zijn en kunnen door de vakman worden bepaald op basis van de beoogde toepassing.
Dankzij de behoudswet voor laminaire stromen neemt de snelheid van het monsterfhiïdum toe na elk opeenvolgend aansluitpunt. Om overschrijding van de maximum toelaatbare fluïdumsnelheid te 10 verhinderen, dienen de inrichting en werkwijze te zijn ontworpen rekening houdend met de snelheden van de ingangsstroom (met een snelheid vi, als bijvoorbeeld in Figuren 2 en 3) en lichtstromen (met snelheden vri, Vr2 en Vi, als bijvoorbeeld in Figuren 2 en 3). In het geval dat een microfluïde systeem wordt gebruikt voor enkel-moleculedetectie (bijvoorbeeld moleculen van 15 belang in genoom of DNA sequentietechnieken) in een stroomafwaarts detectieapparaat, kunnen de voorgaande richteffecten worden gebruikt om intermoleculaire afstanden in het monster (molecule -dragend) fluïdum incrementeel op te rekken. Uitgaande van een zeer kleine afstand tussen naburige moleculen kan de afstand tussen de moleculen in toenemende 20 mate worden vergroot bij het passeren door de monster (moleculendragende) vloeistof van elke opeenvolgende richtstap, tot aan een punt waarop de moleculen voldoende uit elkaar zijn gelegen om snelle en nauwkeurige detectie door een detectieapparaat toe te laten. Dit is slechts één manier waarop hydrodynamisch richten met behulp van meervoudig getrapte 25 aansluitpunten bruikbaar kan zijn in microfluïde systemen.
Ofschoon laminaire fluïdumstromen de voorkeur genieten, zoals hiervoor opgemerkt, kunnen diffusie effecten aanwezig zijn, zelfs met dergelijke laminaire stromen. In het bijzonder, kunnen diffusie effecten worden gerealiseerd naarmate het tijdsinterval dat een omhullingsfluïdum 30 in contact doorbrengt met het monsterfhiïdum toeneemt. Het gerealiseerde 1024013 13 effect kan worden gedemonstreerd bij wijze van voorbeeld, waarbij een monsterfhü'dum tien van belang zijnde moleculen bevat. Terwijl dit monsterfluïdum door het middenkanaal stroomt en in contact geraakt met een omhullingsfhndum zal zijn stroming worden geregeld (of gericht).
5 Ondanks dat de stromen van beide fluïda laminair zijn, zullen, naarmate de tijdsduur gedurende welke het omhullings- en monsterfluïdum met elkaar in contact zijn toeneemt, diffusiekrachten veroorzaken dat een aantal van de tien van belang zijnde moleculen diffundeert vanuit de monsterfluïdumstroom naar de omhullingsfluïdumstroom. Deze 10 diffusiekrachten kunnen worden geregeld door bijvoorbeeld de fluïdumstromen aan te passen, de tijdsduur aan te passen gedurende welke het monsterfluïdum in contact doorbrengt met het omhullingsfluïdum, geschikte omhullingsfluïda te kiezen en/of door de lengte van het middenkanaal aan te passen. In bepaalde toepassingen kunnen de effecten 15 van diffusie gewenst (bruikbaar) zijn, terwijl in andere toepassingen zulke effecten ongewenst kunnen zijn. Deze diffusie effecten kunnen bijvoorbeeld bruikbaar zijn om een fluïdum detectievolume te verkrijgen waarin slechte een enkel, van belang zijnde molecule is achtergebleven.
De hydraulische diameter van elk van de microfluïde kanalen 20 bedraagt bij voorkeur tussen ongeveer 0,01 pm en ongeveer 500 pm, meer bij voorkeur tussen ongeveer 0,1 en 200 pm, nog meer bjjvoorkeur tussen ongeveer lp en ongeveer 100 pm, zelfs nog meer bjj voorkeur tussen ongeveer 5 pm en ongeveer 20 pm. De verschillende richtkanalen (32, 34, 46, 48, 56 en 58) kunnen dezelfde of verschillende hydraulisch diameters 25 hebben. Bij voorkeur hebben symmetrische richtkanalen hydraulische diameters van gelijke of in hoofdzaak gelijke afmeting. Afhankelijk van de specifieke toepassing kunnen de verschillende richtkanalen hydraulische diameters hebben die kleiner zijn dan (of groter dan) de hydraulische diameter van het middenkanaal.
1024013 14
Algemeen stroomt het omhullingsfluïdum door de richtkanalen en getrapte aansluitpunten met onderling verschillende debieten. Echter, bij voorkeur zijn de fluïdumstromen door symmetrische richtkanalen gelijk of in hoofdzaak gelijk. Voorts kan het omhullingsfluïdum door de respectieve 5 richtkanalen en respectieve getrapte aansluitpunten stromen met een debiet dat groter ie dan het debiet waarmee fluïdum door het middenkanaal onmiddellijk stroomopwaarts van de betreffende aansluitpunten stroomt.
Het lichaam van de hierin beschreven microfluïde inrichting en werkwijze omvat kenmerkend een verzameling van twee of meer 10 afzonderlijke substraten, welke, bij geschikte samenwerking of samenvoeging, het gewenste microfluïde apparaat vormen, dat wil zeggen omvattende de hierin beschreven kanalen en/of kamers. Kenmerkend kan de hierin beschreven microfluïde inrichting top en bodem substraatdelen omvatten en een inwendig deel, waarbij het inwendige deel in hoofdzaak de 15 kanalen, aansluitpunten en reservoirs van de inrichting bepaalt.
Geschikte substraatmaterialen omvatten, doch zijn niet beperkt tot een elastomeer, glas, op siliconen gebaseerd materiaal, kwarts, kwartsglas, saffier, polymeer materiaal en mengsels daarvan. Het polymeer materiaal kan een polymeer of copolymeer zijn, omvattende doch niet beperkt tot 20 polymethylmethacrylaat (PMMA), policarbonaat, polytetrafluorethyleen (bijvoorbeeld TEFLON™), polyvinylchloride (PVC), polydimethylsiloxaan (PDMS), polysulfon en mengsels daarvan. Dergelijke polymere substraatmaterialen hebben de voorkeur vanwege hun vervaardigingsgemak, lage kosten en inzetbaarheid, alsmede hun algemene 25 inertie._Dergelijke substraten worden eenvoudig vervaardigd door gebruikmaking van beschikbare microvervaardigingstechnieken en giettechnieken, zoals spuitgieten, doordiepen of stampen, of door polymerisatie van polymeer precursor materiaal in de matrijs. Het oppervlak van het substraat kan zijn behandeld met gebruikelijk door de 1024Q13 15 vakman in microfluïde inrichtingen gebruikte materialen om verscheidene stroomeigenschappen te verbeteren.
Gebruik van een veelvoud van getrapte aansluitpunten op een hierboven beschreven wijze resulteert in microfluïde stroomsystemen die 5 geen conventionele stroomregeluitrusting behoeven, zoals interne of externe drukbronnen, zoals geïntegreerde micropompen of mechanische kleppen voor het omleiden van fluïda. Gebruik van akoestische energie, elektrahydrodynamische energie en andere elektrische middelen om fluïdumbeweging te bewerkstelligen zijn evenmin nodig bij toepassing van 10 de veelvoud van getrapte aansluitpunten op een wijze als hierin beschreven. Zonder conventionele uitrusting is er minder kans op disfunctioneren van het systeem en totale kosten verbonden met de werking en vervaardiging van dergelijke systemen.
De hierin beschreven microfluïde werkwijzen en inrichting kunnen 15 worden gebruikt als onderdeel van een groter microfluïde systeem, zoals in samenwerking met instrumentatie voor het bewaken van fluïdumtransport, detectie instrumentatie voor detectie of waarnemen van resultaten van de handelingen uitgevoerd door het systeem, processoren, bijvoorbeeld computers voor het instrueren van de bewakingeinetrumentatie in 20 overeenstemming met voorgeprogrammeerde instructies, ontvangen van data van de detectie instrumentatie en voor het analyseren, opslaan en interpreteren van de data en het aanbieden van de data en interpretaties in een gemakkelijk toegankelijk rapportage opmaak.
De voorgaande beschrijving is slechte gegeven voor de duidelijkheid 25 van begrip en er dienen geen onnodige beperkingen uit te worden begrepen, aangezien wijzigingen binnen het raam van de openbaarmaking duidelijk zullen zijn voor de vakman.
1024013

Claims (40)

1. Inrichting bruikbaar voor het regelen of richten van een stroom van een monsterfluïdum in een microfluïde proces, waarbij de inrichting een lichaam omvat, waarin een veelvoud van microfluïde kanalen ie vervaardigd, welke veelvoud van microfluïde kanalen een middenkanaal 5 omvat en richtkanalen in fluïdumverbinding met het midden kanaal via een veelvoud van getrapte aansluitpunten.
2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij het middenkanaal in fluïdumverbinding staat met een reservoir dat het monsterfluïdum bevat.
3. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de richtkanalen in 10 fluïdumverbinding staan met een of meerdere reservoirs, waarbij elk reservoir een omhullingsfluïdum bevat.
4. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij het lichaam een materiaal is, gekozen uit de groep bestaande uit een elastomeer, glas, een op siliconen gebaseerd materiaal, kwarts, kwartsglas, saffier, polymeer materiaal en 15 mengsels daarvan.
5. Inrichting volgens conclusie 4, waarbij het polymeer materiaal een polymeer of copolymeer is, gekozen uit de groep bestaande uit polymethylmethacrylaat, policarbonaat, polytetrafluorethyleen, polyvinylchloride, polydimethylsiloxaan, polysulfon en mengsels daarvan.
6. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij elk van de microfluïde kanalen een hydraulische diameter heeft en de hydraulische diameters van de richt kanalen alle gelijk zijn.
7. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij elk van de microfluïde kanalen een hydraulische diameter heeft en de hydraulische diameter van 25 elk van de richtkanalen kleiner is dan de hydraulische diameter van het middenkanaal. 10240 i 3
8. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij elk van de microfhnde kanalen een hydraulische diameter heeft en de hydraulische diameter van elk van de richtkanalen groter is dan de hydraulische diameter van het miHHftnlcannql,
9. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij elk van de microfluïde kanalen een hydraulische diameter heeft tussen ongeveer 0,01 micrometer (μιη) en ongever 500 μιη.
10. Inrichting volgens conclusie 9, waarbij de hydraulische diameter tussen ongeveer 0,1 μιη en 200 μιη bedraagt.
11. Inrichting volgens conclusie 10, waarbij de hydraulische diameter tussen ongeveer 1 μιη en ongeveer 100 μιη is.
12. Inrichting volgens conclusie 11, waarbij de hydraulische diameter tussen ongeveer 5 μιη en ongeveer 20 μιη is.
13. Werkwijze bruikbaar voor het regelen of richten van een stroom 15 van een monsterfluïdum in een microfluïde proces, omvattende de stappen: (a) voorzien van een lichaam met een veelvoud van microfluïde kanalen daarin vervaardigd, waarbij de veelvoud van microfluïde kanalen een middenkanaal omvat en richtkanalen in fluïdumverbinding met het middenkanaal via een veelvoud van getrapte (cascaded) aansluitpunten; 20 (b) voorzien van een stroom van het monsterfluïdum in het middenkanaal; (c) voorzien van stromen van omhuUingsfluïdum in de richtkanalen; en (d) regelen of richten van de stroom van monsterfluïdum door het 25 debiet aan te passen waarmee het omhuUingsfluïdum door de richtkanalen en getrapte aansluitpunten en in het middenkanaal stroomt.
14. Werkwijze volgens conclusie 13, waarbij de stroom van monsterfluïdum lnminair ie. 10 2401 3
15. Werkwijze volgens conclusie 13, waarbij de stromen van omhullingsfluïdum laminair zijn.
16. Werkwijze volgens conclusie 13, waarbij omhullingsfluïdum door de richtkanalen en getrapte aansluitpunten stroomt met onderling 5 verschillende debieten.
17. Werkwijze volgens conclusie 13, waarbij het omhullingsfluïdum door de respectieve richtkanalen en respectieve getrapte aansluitpunten stroomt met een debiet dat groter is dan het debiet waarmee fluïdum door het middenkanaal onmiddellijk stroomopwaarts van de respectieve 10 aansluitpunten stroomt.
18. Werkwijze bruikbaar voor het detecteren van moleculen in een microfluïde proces, omvattende de stappen: (a) voorzien van een lichaam met een veelvoud van microfluïde kanalen daarin vervaardigd, waarbij de veelvoud van microfluïde kanalen 15 een middenkanaal omvat en richtkanalen in fluïdumverbinding met het middenkanaal via een veelvoud van getrapte aansluitpunten; (b) voorzien van een stroom van het monsterfluïdum in het middenkanaal, waarbij het monsterfluïdum belangwekkende moleculen omvat, welke op een onderlinge afstand van elkaar zijn gelegen; 20 (c) voorzien van stromen van omhullingsfluïdum in de richtkanalen; (d) regelen of richten van de stroom van het monsterfluïdum door het debiet aan te passen waarmee het omhullingsfluïdum door de richtkanalen en getrapte aansluitpunten stroomt en in het middenkanaal; (e) vergroten van de afstand tussen de moleculen in het 25 monsterfluïdum om detectie van een enkele molecule toe te staan in een detectieapparaat; en (0 detecteren van de moleculen in het detectieapparaat.
19. Werkwijze volgens conclusie 18, waarbij de stroom van monsterfluïdum laminair is. 1024013
20. Werkwijze volgens conclusie 18, waarbij de stroom van omhullingsfluïdum laminair is.
21. Inrichting omvattende een lichaam met een veelvoud van microfluïde kanalen daarin vervaardigd, welk veelvoud van microfluïde 5 kanalen een middenkanaal omvat en richtkanalen in fluïdumverbinding met het middenkanaal via een veelvoud van getrapte aansluitpunten.
22. Inrichting volgens conclusie 21, waarbij het middenkanaal in fluïdumverbinding staat met een reservoir dat een monsterfhiïdum bevat.
23. Inrichting volgens conclusie 21, waarbij de richtkanalen in 10 fluïdumverbinding staan met een of meerdere reservoirs, waarbij elk reservoir een omhullingsfluïdum bevat.
24. Inrichting volgens conclusie 21, waarbij het lichaam een materiaal is, gekozen uit de groep bestaande uit een elastomeer, glas, een op siliconen gebaseerd materiaal, kwarts, kwartsglas, saffier, polymeer materiaal en 15 mengsels daarvan.
25. Inrichting volgens conclusie 24, waarbij het polymeer materiaal . een polymeer of copolymeer is, gekozen uit de groep bestaande uit polymethylmethacrylaat, polycarbonaat, polytetrafluorethyleen, polyvinylchloride, polydimethylsiloxaan, polysulfon en mengsels daarvan.
26. Inrichting volgens conclusie 21, waarbij elk van de microfluïde kanalen een hydraulische diameter heeft en de hydraulische diameters van de richtkanalen alle gelijk zijn.
27. Inrichting volgens conclusie 21, waarbij elk van de microfluïde kanalen een hydraulische diameter heeft en de hydraulische diameter van 25 elk van de richtkanalen kleiner is dan de hydraulische diameter van het middenkanaal.
28. Inrichting volgens conclusie 21, waarbij elk van de microfluïde kanalen een hydraulische diameter heeft en de hydraulische diameter van elk van de richtkanalen groter is dan de hydraulische diameter van het 30 middenkanaal. 1024013
29. Inrichting volgens conclusie 21, waarbij elk van de microfluïde kanalen een hydraulische diameter heeft van tussen ongeveer 0,01 micrometer (μιη) en ongever 500 μιη.
30. Inrichting volgens conclusie 29, waarbij de hydraulische diameter 5 tussen ongeveer 0,1 μιη en 200 μιη is.
31. Inrichting volgens conclusie 30, waarbij de hydraulische diameter tussen ongeveer 1 μιη en ongeveer 100 μιη is.
32. Inrichting volgens conclusie 31, waarbij de hydraulische diameter tussen ongeveer 5 μιη en ongeveer 20μχη is.
33. Werkwijze omvattende de etappen: (a) voorzien van een lichaam omvattende een veelvoud van daarin vervaardigde microfluïde kanalen, waarbij de veelvoud van microfluïde kanalen een middenkanaal omvat en richtkanalen in fluïdumverbinding met het middenkanaal via een veelvoud van getrapte aansluitpunten; 15 (b) voorzien van een stroom van een monsterfluïdum in het middenkanaal; (c) voorzien van stromen van omhullingsfluïdum in de richtkanalen; en (d) regelen of richten van de stroom van monsterfluïdum door het 20 debiet aan te passen waarmee het omhullingsfluïdum door de richtkanalen en getrapte aansluitpunten stroomt en in het middenkanaal.
34. Werkwijze volgens conclusie 33, waarbij de stroom van monsterfluïdum laminair is.
35. Werkwijze volgens conclusie 33, waarbij de stromen van 25 omhullingsfluïdum laminair zijn.
36. Werkwijze volgens conclusie 33, waarbij omhullingsfluïdum door de richtkanalen en getrapte aansluitpunten stroomt met onderling verschillende debieten. 1024013
37. Werkwijze volgens conclusie 33, waarbij het omhullingsfluïdum door de respectieve richtkanalen en respectieve getrapte aansluitpunten stroomt met een debiet dat groter is dan het debiet waarmee fluïdum door het middenkanaal onmiddellijk stroomopwaarts van de respectieve 5 aansluitpunten stroomt.
38. Werkwijze omvattende de etappen: (a) voorzien van een lichaam omvattende een veelvoud van daarin vervaardigde microfluïde kanalen, waarbij de veelvoud van microfluïde kanalen een middenkanaal omvat en richtkanalen in fluïdumverbinding 10 met het middenkanaal via een veelvoud van getrapte aansluitpunten; (b) voorzien van een stroom van het monsterfluïdum in het middenkanaal, waarbij het monsterfluïdum belangwekkende moleculen bevat, welke op een afstand van elkaar zijn gelegen; (c) voorzien van stromen van omhullingsfluïdum in de richtkanalen; 15 (d) regelen of richten van de stroom van het monsterfluïdum door het debiet aan te passen waarmee het omhullingsfluïdum door de richtkanalen en getrapte aansluitpunten stroomt en in het middenkanaal; (e) vergroten van de afstand tussen de moleculen in het monsterfluïdum om detectie in een detectieapparaat van een enkele . 20 molecule mogelijk te maken; en (f) detecteren van de moleculen in het detectieapparaat.
39. Werkwijze volgens conclusie 38, waarbij de stroom van monsterfluïdum laminair is.
40. Werkwijze volgens conclusie 38, waarbij de stroom van 25 omhullingsfluïdum laminair is. 1024013
NL1024013A 2002-08-30 2003-07-28 Trapsgewijs (cascade) hydrodynamisch richten in microfluïde kanalen. NL1024013C2 (nl)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US23217002 2002-08-30
US10/232,170 US20040043506A1 (en) 2002-08-30 2002-08-30 Cascaded hydrodynamic focusing in microfluidic channels

Publications (2)

Publication Number Publication Date
NL1024013A1 NL1024013A1 (nl) 2004-03-02
NL1024013C2 true NL1024013C2 (nl) 2005-07-19

Family

ID=22872139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1024013A NL1024013C2 (nl) 2002-08-30 2003-07-28 Trapsgewijs (cascade) hydrodynamisch richten in microfluïde kanalen.

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20040043506A1 (nl)
JP (1) JP2004093553A (nl)
KR (1) KR100508326B1 (nl)
CN (1) CN1482369A (nl)
DE (1) DE10334341A1 (nl)
GB (1) GB2392397B (nl)
HK (1) HK1060323A1 (nl)
NL (1) NL1024013C2 (nl)
TW (1) TW200412482A (nl)

Families Citing this family (85)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6692952B1 (en) * 1999-11-10 2004-02-17 Massachusetts Institute Of Technology Cell analysis and sorting apparatus for manipulation of cells
US7242474B2 (en) * 2004-07-27 2007-07-10 Cox James A Cytometer having fluid core stream position control
US11243494B2 (en) 2002-07-31 2022-02-08 Abs Global, Inc. Multiple laminar flow-based particle and cellular separation with laser steering
US8895298B2 (en) 2002-09-27 2014-11-25 The General Hospital Corporation Microfluidic device for cell separation and uses thereof
TW200500290A (en) * 2003-02-10 2005-01-01 Reveo Inc Micro-nozzle, nano-nozzle, manufacturing methods therefor, applications therefor
CA2529285A1 (en) * 2003-06-13 2004-12-29 The General Hospital Corporation Microfluidic systems for size based removal of red blood cells and platelets from blood
US7311476B2 (en) 2003-10-30 2007-12-25 Cytonome, Inc. Multilayer hydrodynamic sheath flow structure
US20050266433A1 (en) * 2004-03-03 2005-12-01 Ravi Kapur Magnetic device for isolation of cells and biomolecules in a microfluidic environment
US7438792B2 (en) * 2004-04-20 2008-10-21 The Regents Of The University Of California Separation system with a sheath-flow supported electrochemical detector
WO2006061025A2 (en) * 2004-12-09 2006-06-15 Inverness Medical Switzerland Gmbh A method of producing a micro fluidic device and a micro fluidic device
WO2006074665A2 (en) * 2005-01-12 2006-07-20 Inverness Medical Switzerland Gmbh A method of producing a microfluidic device and microfluidic devices
US20070196820A1 (en) * 2005-04-05 2007-08-23 Ravi Kapur Devices and methods for enrichment and alteration of cells and other particles
US20070026417A1 (en) * 2005-07-29 2007-02-01 Martin Fuchs Devices and methods for enrichment and alteration of circulating tumor cells and other particles
US20070026413A1 (en) * 2005-07-29 2007-02-01 Mehmet Toner Devices and methods for enrichment and alteration of circulating tumor cells and other particles
US20070026414A1 (en) * 2005-07-29 2007-02-01 Martin Fuchs Devices and methods for enrichment and alteration of circulating tumor cells and other particles
US20070026415A1 (en) * 2005-07-29 2007-02-01 Martin Fuchs Devices and methods for enrichment and alteration of circulating tumor cells and other particles
US20070026416A1 (en) * 2005-07-29 2007-02-01 Martin Fuchs Devices and methods for enrichment and alteration of circulating tumor cells and other particles
US8921102B2 (en) 2005-07-29 2014-12-30 Gpb Scientific, Llc Devices and methods for enrichment and alteration of circulating tumor cells and other particles
US20090181421A1 (en) * 2005-07-29 2009-07-16 Ravi Kapur Diagnosis of fetal abnormalities using nucleated red blood cells
US20070059680A1 (en) * 2005-09-15 2007-03-15 Ravi Kapur System for cell enrichment
US20070059683A1 (en) * 2005-09-15 2007-03-15 Tom Barber Veterinary diagnostic system
US20070059781A1 (en) * 2005-09-15 2007-03-15 Ravi Kapur System for size based separation and analysis
US8137912B2 (en) 2006-06-14 2012-03-20 The General Hospital Corporation Methods for the diagnosis of fetal abnormalities
US8372584B2 (en) 2006-06-14 2013-02-12 The General Hospital Corporation Rare cell analysis using sample splitting and DNA tags
US20080070792A1 (en) 2006-06-14 2008-03-20 Roland Stoughton Use of highly parallel snp genotyping for fetal diagnosis
US20080050739A1 (en) 2006-06-14 2008-02-28 Roland Stoughton Diagnosis of fetal abnormalities using polymorphisms including short tandem repeats
US8524173B2 (en) 2006-09-01 2013-09-03 Tosoh Corporation Microchannel structure and fine-particle production method using the same
AU2007324117B2 (en) 2006-10-05 2014-03-06 Massachussetts Institute Of Technology Multifunctional encoded particles for high-throughput analysis
CA2580589C (en) * 2006-12-19 2016-08-09 Fio Corporation Microfluidic detection system
WO2008083687A1 (en) * 2007-01-10 2008-07-17 Scandinavian Micro Biodevices Aps A microfluidic device and a microfluidic system and a method of performing a test
WO2009139898A2 (en) * 2008-05-16 2009-11-19 President And Fellows Of Harvard College Valves and other flow control in fluidic systems including microfluidic systems
US8790874B2 (en) 2008-06-17 2014-07-29 Axel Guenther Device for investigation of a flow conduit
US20090318303A1 (en) * 2008-06-20 2009-12-24 International Business Machines Corporation Microfluidic selection of library elements
PT2334812T (pt) * 2008-09-20 2017-03-29 Univ Leland Stanford Junior ¿diagnóstico não invasivo de aneuploidia fetal por sequenciação
BRPI0920747A2 (pt) * 2008-10-02 2018-06-26 Pixcell Medical Technologies Ltd imageamento optico com base em focalizacao viscoelastica
PL2440941T3 (pl) * 2009-06-10 2017-10-31 Cynvenio Biosystems Inc Sposoby i urządzenia z przepływem laminarnym
US8034629B2 (en) * 2009-06-26 2011-10-11 Massachusetts Institute Of Technology High precision scanning of encoded hydrogel microparticles
US9476101B2 (en) 2010-06-07 2016-10-25 Firefly Bioworks, Inc. Scanning multifunctional particles
US10908066B2 (en) 2010-11-16 2021-02-02 1087 Systems, Inc. Use of vibrational spectroscopy for microfluidic liquid measurement
MX2015012550A (es) * 2013-03-14 2016-02-10 Inguran Llc Aparatos y metodos para la clasificacion con alta capacidad de procesamiento de espermatozoides.
US9757726B2 (en) 2013-03-14 2017-09-12 Inguran, Llc System for high throughput sperm sorting
NZ711384A (en) * 2013-03-14 2018-06-29 Cytonome St Llc Hydrodynamic focusing apparatus and methods
US10662408B2 (en) 2013-03-14 2020-05-26 Inguran, Llc Methods for high throughput sperm sorting
US10371622B2 (en) 2013-03-14 2019-08-06 Inguran, Llc Device for high throughput sperm sorting
WO2014145075A2 (en) 2013-03-15 2014-09-18 The Trustees Of Princeton University Methods and devices for high throughpout purification
CN105264127B (zh) 2013-03-15 2019-04-09 Gpb科学有限责任公司 颗粒的片上微流体处理
US20150064153A1 (en) 2013-03-15 2015-03-05 The Trustees Of Princeton University High efficiency microfluidic purification of stem cells to improve transplants
CN103240023B (zh) * 2013-05-09 2015-01-07 四川大学 一种微手术刀触发液滴融合的方法
US8961904B2 (en) 2013-07-16 2015-02-24 Premium Genetics (Uk) Ltd. Microfluidic chip
JP6205055B2 (ja) * 2013-07-16 2017-09-27 プレミアム ジェネティクス （ユーケー） リミテッド マイクロ流体チップ
NZ752024A (en) 2013-10-30 2020-08-28 Abs Global Inc Microfluidic system and method with focused energy apparatus
US11796449B2 (en) 2013-10-30 2023-10-24 Abs Global, Inc. Microfluidic system and method with focused energy apparatus
EP3074122A4 (en) * 2013-11-27 2017-11-29 Bio-Rad Laboratories, Inc. Microfluidic droplet packing
EP3094405B1 (fr) * 2014-01-14 2019-12-18 Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) Dispositif microfluidique pour l'analyse de polluants en écoulement
WO2015116990A1 (en) * 2014-01-30 2015-08-06 The General Hospital Corporation Inertio-elastic focusing of particles in microchannels
CN103848394A (zh) * 2014-02-21 2014-06-11 上海大学 基于微流体芯片的多种纳米线阵列水力聚焦组装方法
JP2018509615A (ja) 2015-02-19 2018-04-05 プレミアム ジェネティクス （ユーケー） リミテッド 走査型赤外線測定システム
CN105149019B (zh) * 2015-06-29 2017-04-19 清华大学 用于二维流体动力聚焦的微流道结构和微流体芯片
US10976232B2 (en) 2015-08-24 2021-04-13 Gpb Scientific, Inc. Methods and devices for multi-step cell purification and concentration
CA2996529A1 (en) * 2015-08-24 2017-03-02 Gpb Scientific, Llc Methods and devices for multi-step cell purification and concentration
US11071982B2 (en) 2015-08-27 2021-07-27 Ativa Medical Corporation Fluid holding and dispensing micro-feature
US20170059459A1 (en) * 2015-08-27 2017-03-02 Ativa Medical Corporation Fluid processing micro-feature devices and methods
US20170059590A1 (en) 2015-08-27 2017-03-02 Ativa Medical Corporation Fluid holding and dispensing micro-feature
US9366606B1 (en) 2015-08-27 2016-06-14 Ativa Medical Corporation Fluid processing micro-feature devices and methods
DE102015115343B4 (de) * 2015-09-11 2017-10-26 Leibniz-Institut für Photonische Technologien e. V. Anordnung und Verfahren für die Fluidrotation
CN108603827A (zh) 2015-09-11 2018-09-28 莱布尼茨光电技术研究所 用于个体化的患者血液分析的装置
GB201516447D0 (en) 2015-09-16 2015-10-28 Sphere Fluidics Ltd Microfluidic structure
WO2018009184A1 (en) 2016-07-06 2018-01-11 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Microfluidic mixer
US11067494B2 (en) * 2016-09-15 2021-07-20 Indian Institute Of Science Multidimensional microfluid focusing device
CN107376796B (zh) * 2017-07-10 2019-09-17 于志远 一种微反应器的加工方法及微反应器
JP7393328B2 (ja) 2017-09-01 2023-12-06 ジーピービー・サイエンティフィック・インコーポレイテッド マイクロ流体を使用した治療的に活性な細胞を調製する方法
GB201720627D0 (en) * 2017-12-11 2018-01-24 Cambridge Entpr Ltd Fluidic apparatus and methods
US11331670B2 (en) 2018-05-23 2022-05-17 Abs Global, Inc. Systems and methods for particle focusing in microchannels
CN108896471B (zh) * 2018-07-31 2021-03-16 电子科技大学 基于led阵列微流通道活细胞相衬成像方法及系统
CN108896470B (zh) * 2018-07-31 2021-03-16 电子科技大学 基于led阵列的微流通道旋转细胞相衬成像方法及系统
EP3955735B1 (en) 2019-04-18 2024-05-22 ABS Global, Inc. System and process for continuous addition of cryoprotectant
EP3771899A1 (en) 2019-07-30 2021-02-03 Diatron MI PLC Flow cytometer
CN110787846B (zh) * 2019-11-05 2021-04-16 华中科技大学 一种一步式双层微液滴生成装置及方法
CN112973811B (zh) * 2019-12-17 2022-10-18 香港城市大学深圳研究院 一种基于层流扩散的血液中外泌体富集微流控芯片
US11628439B2 (en) 2020-01-13 2023-04-18 Abs Global, Inc. Single-sheath microfluidic chip
FR3108860B1 (fr) * 2020-04-07 2023-04-21 Centre Nat Rech Scient Microreacteurs en saphir
KR102134655B1 (ko) * 2020-04-23 2020-07-16 농업회사법인 상상텃밭 주식회사 용존산소량 및 양액 농도 조절이 가능한 양액 재배 장치 및 방법
CN113134331B (zh) * 2021-05-08 2021-10-26 南开大学 反应器、快检尾气二次气溶胶生成因子的系统及方法
WO2023146871A1 (en) * 2022-01-25 2023-08-03 President And Fellows Of Harvard College Microfluidic devices with autonomous directional valves
CN114645986B (zh) * 2022-03-30 2024-04-26 深圳麦科田生物医疗技术股份有限公司 一种同轴流体液路结构

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000070080A1 (en) * 1999-05-17 2000-11-23 Caliper Technologies Corp. Focusing of microparticles in microfluidic systems
US6171865B1 (en) * 1996-03-29 2001-01-09 University Of Washington Simultaneous analyte determination and reference balancing in reference T-sensor devices

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6159739A (en) * 1997-03-26 2000-12-12 University Of Washington Device and method for 3-dimensional alignment of particles in microfabricated flow channels
US6540895B1 (en) * 1997-09-23 2003-04-01 California Institute Of Technology Microfabricated cell sorter for chemical and biological materials
AU3771599A (en) * 1998-05-18 1999-12-06 University Of Washington Liquid analysis cartridge
US6592821B1 (en) * 1999-05-17 2003-07-15 Caliper Technologies Corp. Focusing of microparticles in microfluidic systems

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6171865B1 (en) * 1996-03-29 2001-01-09 University Of Washington Simultaneous analyte determination and reference balancing in reference T-sensor devices
WO2000070080A1 (en) * 1999-05-17 2000-11-23 Caliper Technologies Corp. Focusing of microparticles in microfluidic systems

Also Published As

Publication number Publication date
DE10334341A1 (de) 2004-03-18
CN1482369A (zh) 2004-03-17
JP2004093553A (ja) 2004-03-25
GB2392397A (en) 2004-03-03
GB0310257D0 (en) 2003-06-11
GB2392397B (en) 2005-01-19
NL1024013A1 (nl) 2004-03-02
US20040043506A1 (en) 2004-03-04
TW200412482A (en) 2004-07-16
KR100508326B1 (ko) 2005-08-17
HK1060323A1 (en) 2004-08-06
KR20040019869A (ko) 2004-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NL1024013C2 (nl) Trapsgewijs (cascade) hydrodynamisch richten in microfluïde kanalen.
US11027278B2 (en) Methods for controlling fluid flow in a microfluidic system
Saias et al. Design, modeling and characterization of microfluidic architectures for high flow rate, small footprint microfluidic systems
Lee et al. The hydrodynamic focusing effect inside rectangular microchannels
Osborn et al. Microfluidics without pumps: reinventing the T-sensor and H-filter in paper networks
US7069943B2 (en) Microfluidic system including a bubble valve for regulating fluid flow through a microchannel
Kim et al. A serial dilution microfluidic device using a ladder network generating logarithmic or linear concentrations
Kim et al. A microfluidic-based dynamic microarray system with single-layer pneumatic valves for immobilization and selective retrieval of single microbeads
Moritani et al. Generation of uniform-size droplets by multistep hydrodynamic droplet division in microfluidic circuits
EP3993905B1 (de) Mikrofluidische vorrichtung und verfahren zum prozessieren und aliquotieren einer probenflüssigkeit
US20080160603A1 (en) Flow stabilization in micro-and nanofluidic devices
Mao et al. A droplet-generator-on-a-chip actuated by ECF (electro-conjugate fluid) micropumps
Agnihotri et al. Microvalves for integrated selective droplet generation, splitting and merging on a chip
Chen et al. Generation of dynamic chemical signals with microfluidic C-DACs
Zhang et al. PZT actuator-controlled high-frequency microdroplet generation: Reducing the restrictions of channel size, fluid viscosity, and flow rate
KR100442680B1 (ko) 미세 혼합 채널 장치
JP2004157097A (ja) 液体制御機構
JP2008116428A (ja) 粒子位置の制御方法および構造
Howell Three-Dimensional Particle Focusing
Neils et al. Combinatorial microfluidic devices for cell biology
Maltezos et al. Replication of three-dimensional valves from printed wax molds
EP4327368A2 (en) Fluidic transistors and uses thereof
Yan Chemical Signal Analysis with Fourier Microfluidics
Kawai et al. Improved passive cell distributing method for micro cellular diagnostic well array
Köhler et al. Microphotometric characterization of fluid segment populations generated in different simple microfluidic networks

Legal Events

Date Code Title Description
AD1A A request for search or an international type search has been filed
RD2N Patents in respect of which a decision has been taken or a report has been made (novelty report)

Effective date: 20050317

PD2B A search report has been drawn up
VD1 Lapsed due to non-payment of the annual fee

Effective date: 20080201