PL216402B1 - Zawór do zamykania przepływu płynu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zawór do zamykania przepływu płynu.

Coraz liczniejsze doniesienia dotyczące zastosowania mikroprzepływowych układów w chemii pozwalają przewidywać bardzo szybki rozwój w najbliższej przyszłości technologii nazywanej 'laboratorium w chipie' (z ang. Lab-on-a-chip). Szczególnie obiecujące jest wykorzystanie generowanych w mikrokanałach kropli jako zminiaturyzowanych reaktorów, ze względu na ich małą objętość od pikolitrów, przez nanolitry po mikrolitry. Typowo, mikroukłady kropelkowe posiadają mnogość kanałów mikroprzepływowych, z ich wlotami i wylotami, które mogą się łączyć wewnątrz układu, w którym tworzone są krople roztworów otoczonych niemieszającą się z nimi fazą ciągłą. Dalej, krople wewnątrz układów mogą być łączone, transportowane wzdłuż kanałów z wymieszaniem ich zawartości, przetrzymywane w ustalonych lub zmiennych warunkach i wreszcie sortowane lub dzielone na rozgałęzieniach kanałów i odzyskiwane z układu. Wykorzystanie mikrolaboratoriów do prowadzenia reakcji chemicznych i biochemicznych wewnątrz mikrokropli posiada następujące zalety [H. Song, D. L. Chen and R. F. Ismagilov, Ang Chem Int Ed, 2006, 45, 7336-7356]: i) brak dyspersji czasu przebywania elementów płynu w kanale, ii) szybkie mieszanie, iii) możliwość łatwej kontroli kinetyki reakcji, iv) możliwość prowadzenia wielu reakcji równolegle oraz v) mała konsumpcja reagentów. Ze względu na te cechy mikroukłady kropelkowe mogą być cennym narzędziem dla chemii analitycznej, chemii syntetycznej, biochemii i mikrobiologii. Dostępne są doniesienia o wykorzystaniu kropelkowych układów mikroprzepływowych do kompertmentalizacji reakcji chemicznych i zastosowanie ich do badań syntez chemicznych [A Griffiths i inni, Compartmentalised combinatorial chemistry by microfluidic control, zgłoszenie patentowe USA nr US20060078893], czy reakcji biochemicznych [A. Hsieh i inni, Method and apparatus for rapid nucleic acid analysis, zgłoszenie patentowe USA nr US20080166720].

Dotychczas nieosiągniętym celem w badaniach nad układami mikroprzepływowymi, w których reakcje zachodzą wewnątrz kropli poruszających się lub przebywających wewnątrz mikrokanałów, jest stworzenie układów umożliwiających i) przesiewowe tworzenie małych objętości mieszanin reakcyjnych o ściśle kontrolowanym składzie, ii) tworzenie dowolnych przebiegów stężeń mnogości reagentów wewnątrz tychże mieszanin reakcyjnych, iii) prowadzenie wielu reakcji równolegle z jednoczesną kontrolą ich kinetyki. Aby osiągnąć ten cel, niezbędne jest umożliwienie sterowania tworzeniem kropli o zadanej, możliwie małej, objętości oraz w zadanym momencie emisji, zgodnie z protokołem - typowo egzekwowanym przy użyciu elektronicznego urządzenia sterującego. Korzystne jest, aby zawór kontrolujący generowanie kropli był urządzeniem zewnętrznym w stosunku do mikroukładu, co pozwoliłoby na uproszczenie konstrukcji mikrochipów a zarazem na zmieszenie kosztów jednostkowych płytek z mikrokanałami. Dalej, metoda tworzenia kropli na żądanie powinna umożliwiać tworzenie kropli w wystarczająco dużym zakresie ich objętości, aby umożliwić przesiewowe zmiany stężeń poszczególnych reagentów, w wymaganym zakresie, w mieszaninach reakcyjnych, wyłącznie za pośrednictwem zmiany parametrów kontrolowanych przez urządzenie sterujące.

Mechanizm tworzenia kropli w układach mikroprzepływowych zasilanych - ze stałą wolumetryczną prędkością wpływu do układu mikroprzepływowego - w dwa niemieszające się płyny jest stosunkowo dobrze znany [P. Garstecki, M. J. Fuerstman, H. A. Stone and G. M. Whitesides, Lab Chip, 2006, 6, 437-446; Stone i inni, Method and Apparatus for Fluid Dispersion, zgłoszenie patentowe USA nr US20050172476). W typowym dla układów mikroprzepływowych zakresie niskich i średnich wartości liczb kapilarnych, tworząca się kropla efektywnie blokuje kanał lub przewężenie (dyszę), w którym przepływa faza ciągła. Efekt ten powoduje wzrost ciśnienia nad tworzącą się kroplą i ściskanie szyjki łączącej strumień fazy rozpraszanej z tworzącą się kroplą, prowadząc do jej pęknięcia i uwolnienia kropli. Prędkość urywania kropli jest proporcjonalna do wolumetrycznej prędkości przepływu fazy ciągłej, co determinuje czas, w którym kropla może być wypełniana zanim zostanie oderwana od zasilającego ją strumienia. Mechanizm ten zadaje więc maksymalną wielkość kropli jaka może być utworzona dla danej wartości przepływu fazy ciągłej, w danej geometrii mikroprzepływowego układu tworzącego krople. Stanowi to istotne ograniczenie techniczne w kontroli rozmiarów kropli w szerokim zakresie ich objętości za pomocą wyłącznie sterowania czasem przepływu fazy rozrywanej na krople.

Dotychczas ukazało się jedynie kilka publikacji dotyczących mikroprzepływowych układów pozwalających na tworzenie kropli na żądanie. Znakomita większość dotyczy zintegrowanych w chipie mikrozaworów kontrolujących przepływ cieczy rozpraszanej. Bardzo często w tego typu rozwiązaniach kanał, którym płynie faza rozpraszana, zwęża się w miejscu połączenia z kanałem z fazą rozpraszającą. Zwężenie to powoduje zwiększenie promienia krzywizny powierzchni międzyfazowej, co skutkuje

PL 216 402 B1 pojawieniem się ciśnienia Laplace'a, które zatrzymuje przepływ fazy rozpraszanej. Krótkotrwały przepływ płynu, jednoznaczny ze stworzeniem kropli, może być wywołany na kilka sposobów, m.in. i) poprzez obniżenie napięcia powierzchniowego na skutek podwyższenia temperatury [M. Prakash and N. Gershenfeld, Science, 2007, 315, 832-835; M. Prakash and N. Gershenfeld, Microfluidic bubble logic devices, zgłoszenie patentowe USA nr US20070006926] lub ii) na skutek przyłożenia fali akustycznej do fazy rozpraszanej [Xu et al. J Micromech Microeng, 2008, 18]. Bransky et al. [Lab Chip, 2009, 9, 516-520], Lin et al. [J Micromech Microeng, 2008, 18] oraz Wang et al. [Lab on a Chip, 2009, 9, 1504-1506] zaprezentowali systemy DOD oparte na zaworze pneumatycznym. Wszystkie te układy były wykonane w elastycznym materiale - polidimetylosiloksanie (PDMS), co ogranicza w znaczącym stopniu możliwość zastosowania ich w przemyśle, ze względu na i) wysoką wartość stałej elastycznej polidimetylosiloksanu oraz ii) podatność na pęcznienie na skutek penetracji przez ciecze hydrofobowe. Galas et al. [New J. Phys., 2009, 11, 075027] zaprezentowali pneumatyczny zawór zaciskowy wykonany w pełni w PDMS będący dwoma wzajemnie prostopadłymi kanałami położonymi blisko siebie. Zawór znajduje się na porcie wlotowym mikroukładu, który jest wykonany również w PDMS. Dopuszczanie sprężonego powietrza do górnego kanału powoduje jego odkształcenie i zamknięcie światła kanału dolnego - zamknięcie zaworu. Przedstawione powyżej rozwiązania dotyczą zaworów na trwałe związanych z układem mikroprzepływowym, co powoduje konieczność fabrykacji mikrozaworu de novo dla każdej nowej mikropłytki.

Do dziś dostępne jest tylko jedno doniesienie dotyczące zewnętrznych rozwiązań niewytworzonych w elastycznym materiale umożliwiających tworzenie kropli na żądanie: Vanapalli et. al, w pracy [Lab Chip 2009, 9, 982-990] przedstawili metodę polegającą na zasilaniu układu mikroprzepływowego w fazę rozpraszaną z pojemnika ciśnieniowego, którego ciśnienie było kontrolowane za pomocą elektronicznych zaworów dopuszczających sprężone powietrze. Metoda przedstawiona przez Vanapalli i inni pozwala na tworzenie kropli w zakresie długości od 2 do 12 szerokości kanału (200 mikrometrów).

Wykorzystanie komercyjnie dostępnych popularnych w przemyśle elektrozaworów sterowanych elektrycznie, jako zewnętrznych względem mikroukładów urządzeń do kontrolowanego dozowania mikroskopijnych ilości płynów (rzędu nano- i mikrolitrów), nie miało do tej pory miejsca. Spowodowane jest to wypychaniem podczas zamykania się zaworu z jego komory objętości płynów, które są wielokrotnie większe od objętość kropli tworzonych w mikrokanałach, w szczególności, są wielokrotnie większe od objętości danej obliczonej jako szerokość kanału mikroprzepływowego podniesionej do trzeciej potęgi. Taka objętość płynu wypychanego do układu podczas zamykania się zaworu może zniszczyć krople znajdujące się w mikrokanałach i praktycznie uniemożliwić kontrolę nad przepływem w układzie.

Dlatego też celem obecnego wynalazku jest zaproponowanie zaworu pozbawionego w/w wady.

Twórcy obecnego wynalazku nieoczekiwanie zauważyli, że umieszczenie na odcinku pomiędzy zaworem, a miejscem tworzenia się kropel w mikroukładzie elementu znacząco zwiększającego opory przepływu płynu umożliwia, w praktyczny sposób, znaczące i wystarczające ograniczenie wypychania płynu do układu mikroprzepływowego podczas zamykania się zaworu. Większość zaworów znanych w stanie techniki, np. elektromagnetyczne zawory tłokowe, elektromagnetyczne zawory zaciskowe czy zawory piezoelektryczne można zmodyfikować w ten sposób, aby opór na wylocie zaworu był wielokrotnie większy od oporu na wlocie do zaworu.

Jak dotąd nie istnieją inne rozwiązania pozwalające na tworzenie kropli na żądanie w takim lub szerszym zakresie, które byłyby kompatybilne z układami mikroprzepływowymi wykonanymi z różnych materiałów, o różnej stałej elastyczności i o różnej kompatybilności z substancjami chemicznymi.

Przedmiotem wynalazku jest zawór zewnętrzny sterowany komputerowo umożliwiający tworzenie kropli o objętościach rzędu pojedynczych nanolitrów lub większych (do mililitrów), który jest łatwointegrowalny z mikroukładami wytworzonymi zarówno w miękkich (m.in. polidimetylosiloksan), jak i w sztywnych (m.in. poliwęglan, szkło) materiałach.

Zgodnie z wynalazkiem, zawór do zamykania przepływu płynu, posiadający dolot, komorę, o sumarycznym oporze hydrodynamicznym RWLOT, otwór wylotowy o oporze hydrodynamicznym RWYLOT i element zamykający, charakteryzujący się tym, że w otworze wylotowym (18) znajduje się element zwiększający opór hydrodynamiczny w postaci przewodu kapilarnego, a zwłaszcza kapilary, dobrany tak, że sumaryczny opór hydrodynamiczny RWLOT jest znacznie mniejszy niż opór hydrodynamiczny RWYLOT przy czym stosunek oporów RWLOT/RWYLOT jest mniejszy niż 1/100, korzystnie mniejszy niż 1/10 000, jeszcze korzystniej niż 1/100 000, a najkorzystniej mniejszy niż 1/1 000 000.

PL 216 402 B1

Korzystnie, zawór według wynalazku jest tłokowym zaworem elektromagnetycznym.

Korzystnie, zawór według wynalazku zawiera umieszczony wewnątrz cewki elektromagnetycznej w tulejce tłok na sprężynie, zakończony elastyczną gumową membraną.

Alternatywnie, korzystnie zawór według wynalazku zawiera poruszany siłą elektromagnetyczną zwężany ku dołowi tłok zaciskający wężyk, który znajduje się pomiędzy tłokiem a prętem zaworu.

Dzięki rozwiązaniu według wynalazku, podczas zamykania się zaworu płyn wypychany z jego komory jest wypierany do rezerwuaru, a nie do układu.

Szczegółowy opis wynalazku

Korzystne przykłady realizacji wynalazku zostaną obecnie omówione w odniesieniu do rysunków, na których:

Fig. 1 przedstawia schemat geometrii kanałów mikroukładu wykorzystywanego do tworzenia kropli.

Fig. 2 przedstawia schemat połączeń pomiędzy rezerwuarem dozowanego płynu, zaworem oraz mikroukładem.

Fig. 3 przedstawia schemat zaciskowego zaworu elektromagnetycznego.

Fig. 4 przedstawia zależność objętości kropli od czasu otwarcia zaworu przy kontroli przepływu tylko fazy rozpraszanej ilustrującą ograniczenie na maksymalną objętości kropli dla zadanych parametrów.

Fig. 5 przedstawia przykładowe przebiegi impulsów sterujących zaworami.

Fig. 6 przedstawia zależność objętości kropel od czasu otwarcia zaworu kontrolującego przepływ fazy rozpraszanej oraz od ciśnienia fazy rozpraszanej przy kontroli przepływu zarówno fazy rozpraszanej, jak i ciągłej.

Fig. 7 przedstawia schemat geometrii kanałów w układ mikroprzepływowym pozwalającym na tworzenie kropli będących mieszaninami każda o innym - arbitralnie zadanym składzie.

Fig. 8 przedstawia zdjęcie wygenerowanej sekwencji różnokolorowych kropelek (każda o innym składzie), która znajduje się w mikroukładzie.

Fig. 9 przedstawia przykładowe możliwe do wygenerowania przebiegi stężeń substancji (dla przykładu użyto atramentu czerwonego i niebieskiego oraz wody) w kolejnych kropelkach.

Fig. 10 przedstawia zdjęcie sekwencji kropli zawierających każda komórki bakterii Escherichia coli, fluoryzującą rezorufinę powstałą w wyniku metabolizowania przez bakterie rezazuryny oraz antybiotyk - ampicylinę.

Fig. 11 przedstawia schemat budowy elektromagnetycznego zaworu zaciskowego.

Krople tworzone są w układach mikroprzepływowych składających się z co najmniej dwóch warstw, z których co najmniej jedna posiada wytworzone w niej kanały służące transportowi płynów. Typowo, ale nie ograniczająco, kanały posiadają rozmiary poprzeczne kilkudziesięciu mikrometrów, kilkuset mikrometrów lub pojedynczych milimetrów.

W korzystnym przykładzie realizacji wynalazku, krople tworzone są w układzie zawierającym kanał (4) prowadzący fazę ciągłą (1), dochodzący do niego kanał (6) doprowadzający fazę rozpraszaną (2). Faza ciągła (1) doprowadzana jest do układu portem wlotowym (3), faza rozpraszana (2) jest doprowadzana portem wlotowym (5), a utworzone krople wyprowadzane są kanałem (7) do portu wylotowego (8) [fig. 1].

Układy takie mogą być wykonane w materiałach charakteryzujących się szerokim zakresem stałych elastyczności. Dla przykładu, układy mogą być wykonane w polidimetylosiloksanie, PDMS, lub w poliwęglanie, PC.

Układy (9) te zasilane są w płyny (10) poprzez porty wejściowe (11), za pomocą kapilar lub rurek (12) doprowadzających płyn (10) z zasobników ciśnieniowych (13) poprzez zawory (14), których stan kontrolowany jest elektrycznie [fig. 2].

Układ do tworzenia kropli na żądanie jest układem zawierającym doprowadzanie fazy ciągłej (1) do portu (3) oraz fazy rozpraszanej (2) do portu (5) poprzez linie zasilające oraz zawór opisany powyżej.

Korzystnie płyn (1) zwilża ściany kanałów, płyn (2) nie miesza się z płynem (1) i nie zwilża ścian kanału.

PL 216 402 B1

Korzystnie, linia zasilająca (12) port (11) układu mikroprzepływowego (9) według powyższego opisu w płyn (10) składa się z przewodu (15) łączącego pojemnik ciśnieniowy (13) z zaworem (14) oraz z przewodu (12) łączącego zawór (14) z portem (11) układu mikroprzepływowego (9).

Korzystnie, przewód (12) łączący zawór (14) z układem (9) wykonany jest z materiału o wysokiej wartości stałej elastycznej. Szczególnie korzystnie stosowana jest kapilara stalowa.

Zgodnie z wynalazkiem, linia zasilająca układ (9) w płyn (10) ze zbiornika ciśnieniowego (13), skonstruowana jest tak, aby sumaryczny opór hydrodynamiczny RWLOT dla przepływu w przewodzie zasilającym (15), wlocie zaworu (16) i komorze zaworu (17) był znacząco mniejszy niż sumaryczny opór hydrodynamiczny RWYLOT dla przepływu przez ujście zaworu (18), przewód (12) łączący zawór z portem (11) oraz kanałem (19) doprowadzającym płyn do miejsca (20) tworzenia kropli w układzie mikroprzepływowym (9). Korzystnie stosunek oporów R_;YO7R., jest mniejszy niż 1/100, lub korzystniej mniejszy niż 1/10 000, lub jeszcze korzystniej mniejszy niż 1/100 000, lub najkorzystniej mniejszy niż 1/1 000 000.

Zgodnie z wynalazkiem nie ma znaczenia jaka kombinacja oporów poszczególnych elementów linii zasilającej determinuje korzystny stosunek oporów RWLoT/RW.LoT.

Korzystnie, jako zawór może być wykorzystany tłokowy zawór elektromagnetyczny zawierający element (21) zamykający światło ujścia zaworu (18). Korzystnie element zamykający (21) jest dociskany do krawędzi ujścia zaworu sprężyną, a odciągany za pomocą siły elektromagnetycznej wytworzonej przez cewkę elektromagnetyczną po podaniu sygnału elektrycznego. Korzystnie element zamykający znajduje się w szczelnym korpusie zaworu (14).

Inny przykład zaworu pokazany jest na fig. 11. Zawór ten zawiera umieszczony wewnątrz cewki elektromagnetycznej (44) w tulejce (45) tłok (46) na sprężynie (47) zakończony elastyczną gumową membraną (48).

W innym korzystnym przykładzie, przewód zasilający (15) może być połączony z elastyczną rurką (22) wprowadzoną do elektromagnetycznego zaworu zaciskowego (23). W takim rozwiązaniu, elektromagnetyczny element zaciskający (24) zamyka światło rurki (22) poprzez dociśnięcie do stopki (25). Dalej, korzystnie jest, aby rurka była na drugim jej końcu połączona z przewodem (12). W korzystnym przykładzie rurka (22) może prowadzić bezpośrednio do portu (11) układu mikroprzepływowego (9) [fig. 3].

W korzystnym przykładzie, dla powyższego zaworu można zastosować wężyk (22) z elastycznego i mechanicznie wytrzymałego materiału Tygon o średnicy wewnętrznej korzystnie poniżej 1 mm, lub korzystniej poniżej 500 μm, lub jeszcze korzystniej poniżej 250 μm, lub najkorzystniej poniżej 100 μm.

W innym korzystnym przykładzie jako zawór wykorzystuje się zawór piezoelektryczny.

Czas otwarcia zaworu reguluje się poprzez podanie zmiennego w czasie sygnału elektrycznego.

Znany w stanie techniki sposób wytwarzania kropli polega na tym, że krople na żądanie tworzy się kontrolując przepływ jedynie płynu (2), przy otwartym i ustalonym przepływie płynu (1). W takim przypadku mechanizm tworzenia kropli w mikroukładach (niskie wartości liczby kapilarnej) wprowadza ograniczenie na maksymalną wielkość kropli, jaka może być wytworzona przy ustalonym przepływie płynu (1). Przykład takiej zależności pokazany jest na fig. 4.

W korzystnym przykładzie , wielkość kropli jest proporcjonalna od czasu otwarcia zaworu oraz do ciśnienia w zbiorniku ciśnieniowym dla płynu (2) dla pewnego, ograniczonego zakresu (26) wartości czasu otwarcia. W zakresie (27) dłuższych czasów otwarcia tworzone są krople o niekontrolowanej objętości.

Korzystnie, położenie zaworu kontroluje się podając do niego sygnał elektryczny w interwałach o długości toTWARTE rozdzielonych interwałami tZAMKNIĘTE. Zmiana wartości toTWARTE powoduje zmianę wielkości generowanych kropli. W korzystnym przykładzie, dla ustalonej wartości toTWARTE generowane są krople o jednakowej objętości. W innym przykładzie, dla ustalonej wartości toTWARTE zmiana wartości tZAMKNIĘTE. powoduje zmianę odstępów między kroplami. W innym przykładzie zmiana obu parametrów umożliwia tworzenie kropli o różnych objętościach i w różnych odstępach.

Przy zastosowaniu obecnego wynalazku, tworzenie kropli na żądanie odbywa się przy kontroli przepływu obydwu płynów (1) i (2). Pozwala to na uniezależnienie wielkości tworzonych kropli od ciśnienia płynu (1).

Praca zaworów kontrolujących przepływ płynów (1) i (2) kontrolowana jest zmiennymi w czasie sygnałami elektrycznymi (28) i (29). Korzystnie, sygnały elektryczne (28) i (29) są naprzemienne, co oznacza, że w interwale (30), kiedy sygnał (29) kontrolujący przepływ fazy rozpraszanej (2) ma war6

PL 216 402 B1 tość niezerową (zawór otwarty), to sygnał (28) kontrolujący przepływ fazy ciągłej (1) ma wartość zerową (zawór zamknięty). Korzystnie, po interwale (32), w którym faza (2) płynie i wypełnia tworzącą się kroplę, a przepływ fazy (1) jest zatrzymany, następuje interwał (33), w którym przepływ fazy (2) jest zatrzymany, oraz zsynchronizowany z nim interwał (31), w którym faza (1) płynie i unosi utworzoną kroplę w dół kanału [fig. 5].

Korzystnie, interwał (32) może być przesunięty względem interwału (30) o przesunięcie czasowe (34) na początku interwału i o przesunięcie czasowe (35) na końcu interwału. Przesunięcia (34) i (35) mogą mieć wartości ujemne lub dodatnie, lub mogą być równe zeru. W korzystnych przykładach realizacji wynalazku możliwe jest dobranie przesunięć czasowych (34) i (35) tak, aby kompensowały one, bądź wykorzystywały opóźnienia wynikające z bezwładności elektrycznej układu sterującego oraz bezwładności elektrycznej i mechanicznej zaworów, tak, aby czasy faktycznego otwarcia i zamknięcia zaworów kontrolujących każdą z faz były zsynchronizowane lub w przybliżeniu zsynchronizowane.

W korzystnym przykładzie przy wykorzystaniu zmodyfikowanego zaworu elektromagnetycznego Sirai V165, przesunięcia czasowe (34) i (35) mają wartość odpowiednio 4 ms i 20 ms, dobraną tak, aby rzeczywisty czas zamknięcia jednej z faz był zsynchronizowany z czasem otwarcia drugiej z faz.

W korzystnym przykładzie realizacji, objętość kropli tworzonych przy kontroli przepływu obu faz jest proporcjonalna od ciśnienia płynu (2) oraz czasu otwarcia zaworu kontrolującego przepływ płynu (2). Zależność ta zilustrowana jest na [fig. 6].

Układ mikroprzepływowy może być wyposażony w mnogość układów (36-38) do wytwarzania kropli na żądanie według wynalazku [fig. 7, fig. 8].

Wówczas układ taki może zawierać komorę (39), do której schodzą się kanały wylotowe układów (36-38) według wynalazku, służącą do łączenia kropli. Korzystnie, w pobliże komory (39) doprowadzone są zakończenia elektrod (40), co pozwala na zastosowanie pola elektrycznego dla ułatwienia łączenia się kropli w mieszaniny reakcyjne.

Dodatkowo układ taki może obejmować silnie meandrujący odcinek kanału (41) ułatwiający mieszanie zawartości mieszanin reakcyjnych. Korzystnie, układ może być dodatkowo wyposażony w meandrujący segment kanału wylotowego (42), umożliwiający obserwację wielu mieszanin reakcyjnych jednocześnie oraz port wylotowy (43) umożliwiający przeniesienie sekwencji kropli do wężyka bądź do innego mikrokanału bez naruszenia ich integralności i kolejności.

W opisanym powyżej układzie mikroprzepływowym w każdym z układów (36-38) według wynalazku tworzenie kropli może być wzajemnie zsynchronizowane.

Korzystnie, zsynchronizowane może być tworzenie w układach (36-38) początków kropli, końców kropli bądź może być zadane inne wzajemne położenie kropli.

Łączenie się ze sobą kropli w komorze (39), w pobliżu której znajdują się elektrody (40), wspomagane może być przyłożeniem do nich zmiennej w czasie różnicy potencjałów elektrycznych, korzystnie wytwarzającej pole elektryczne o amplitudzie powyżej 10 V/m i częstotliwości zmian orientacji pola powyżej 10 Hz.

Otrzymywanie kropli będących mieszaninami kilku składników przez łączenie kropli będących każda roztworem jednego z tych składników eliminuje zagrożenie wzajemnej kontaminacji strumieni roztworów tych składników.

Łączenie kropli zgodnie z opisaną wyżej synchronizacją daje możliwość tworzenia sekwencji monodyspersyjnych kropli będących mieszaninami o arbitralnie zadanym składzie [fig. 8]. Dzięki kontroli objętości kropli tworzonych w układach (36-38) możliwe jest łączenie ich w mieszaniny reakcyjne o różnym, arbitralnie zadanym składzie. Możliwe jest zarówno uzyskanie ciągłych przebiegów stężeń w kolejnych kroplach, jak i dyskretnych zmian stężeń z jednej mieszaniny reakcyjnej na kolejną. Przykłady przebiegów stężeń dwóch barwników w sekwencji generowanych mieszanin reakcyjnych pokazane są na [fig. 9].

Zawory według wynalazku mogą być wykorzystane na przykład w układach do przesiewowych badań chemicznych, biochemicznych, oraz w diagnostyce medycznej i mikrobiologii. Dla przykładu, układ i metoda według wynalazku może być wykorzystana do badań toksyczności antybiotyków i mieszanin antybiotyków. [Fig. 10] ilustruje sekwencje mieszanin reakcyjnych wytworzonych za pomocą układu i metody według wynalazku, każda zawierająca bakterie Escherichia coli, ustalone stężenie markera metabolizmu (rezazuryny) oraz różne stężenia ampicyliny.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zawór do zamykania przepływu płynu, posiadający dolot, komorę, o sumarycznym oporze hydrodynamicznym RWLOT, otwór wylotowy o oporze hydrodynamicznym RWYLOT i element zamykający, znamienny tym, że w otworze wylotowym (18) znajduje się element zwiększający opór hydrodynamiczny w postaci przewodu kapilarnego, a zwłaszcza kapilary, dobrany tak, że sumaryczny opór hydrodynamiczny RWLOT jest znacznie mniejszy niż opór hydrodynamiczny RWYLOT, przy czym stosunek oporów RWLOT/RWYLOT jest mniejszy niż 1/100, korzystnie mniejszy niż 1/10 000, jeszcze korzystniej niż 1/100 000, a najkorzystniej mniejszy niż 1/1 000 000.
2. 2. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że jest tłokowym zaworem elektromagnetycznym.
3. 3. Zawór według zastrz. 2, znamienny tym, że zawiera umieszczony wewnątrz cewki elektromagnetycznej (44) w tulejce (45) tłok (46) na sprężynie (47) zakończony elastyczną gumową membraną (48).
4. 4. Zawór według zastrz. 2, znamienny tym, że zawiera poruszany siłą elektromagnetyczną zwężany ku dołowi tłok zaciskający (24) wężyk (22), który znajduje się pomiędzy tłokiem (24) a prętem (25) zaworu (23).