RU2554573C2 - Смеситель с нулевым мертвым объемом и способ смешивания - Google Patents

Смеситель с нулевым мертвым объемом и способ смешивания Download PDF

Info

Publication number
RU2554573C2
RU2554573C2 RU2011147480/05A RU2011147480A RU2554573C2 RU 2554573 C2 RU2554573 C2 RU 2554573C2 RU 2011147480/05 A RU2011147480/05 A RU 2011147480/05A RU 2011147480 A RU2011147480 A RU 2011147480A RU 2554573 C2 RU2554573 C2 RU 2554573C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channel
fluid
mixing
expanding volume
channels
Prior art date
Application number
RU2011147480/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011147480A (ru
Inventor
Райнхольд ВИМБЕРГЕР-ФРИДЛЬ
ГИР Рональд К. ДЕ
Петер Х. БАУМА
Original Assignee
Конинклейке Филипс Электроникс Н.В.
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 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. filed Critical Конинклейке Филипс Электроникс Н.В.
Publication of RU2011147480A publication Critical patent/RU2011147480A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2554573C2 publication Critical patent/RU2554573C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • 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
    • B01F33/3017—Mixing chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/45—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads
    • B01F25/451—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads characterised by means for moving the materials to be mixed or the mixture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/45—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads
    • B01F25/452—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads characterised by elements provided with orifices or interstitial spaces
    • B01F25/4521—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads characterised by elements provided with orifices or interstitial spaces the components being pressed through orifices in elements, e.g. flat plates or cylinders, which obstruct the whole diameter of the tube
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/65—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms the materials to be mixed being directly submitted to a pulsating movement, e.g. by means of an oscillating piston or air column
    • 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
    • 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
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30—Micromixers
    • B01F33/3045—Micromixers using turbulence on microscale
    • 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
    • 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
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • 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
    • 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

Abstract

Изобретение относится к смесителям текучих сред. Микрофлюидная система (1) содержит закрытый расширяющийся объем (35) для смешивания текучей среды; гибкую мембрану (40), обеспечивающую смешивание в закрытом расширяющемся объеме (35), поверхность (5), содержащую, по меньшей мере, один канал (20) для соединения по текучей среде первой стороны (10) поверхности (5) с закрытым расширяющимся объемом (35) на второй стороне (15) поверхности (5), причем канал (20) содержит первое отверстие (25) канала, по текучей среде соединяющее первую сторону (10) поверхности (5) с каналом (20), и второе отверстие (30) канала, по текучей среде соединяющее канал (20) с закрытым расширяющимся объемом (35), и расширяющийся объем (35) определяется гибкой мембраной (40), закрывающей второе отверстие (30) канала, когда в расширяющемся объеме (35) отсутствует жидкость. Изобретение также относится к способу использования такой микрофлюидной системы (1). Изобретение обеспечивает процесс смешивания с улучшенными характеристиками. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к микрофлюидной системе, содержащей:
- закрытый расширяющийся объем для смешивания текучих сред;
- гибкую мембрану, позволяющую смешивать текучие среды в закрытом расширяющемся объеме.
Изобретение дополнительно относится к устройству, содержащему такую микрофлюидную систему.
Изобретение дополнительно относится к способу использования такой микрофлюидной системы.
Уровень техники изобретения
Вариант осуществления микрофлюидной системы, упоминаемой выше, известен из патентной заявки США 2005/0019898 A1. Этот документ описывает устройство смешивания текучих сред, содержащее камеру, имеющую две диафрагменные области. Диафрагменные области перемещаются внутрь камеры и наружу посредством накачивания и откачивания двух смешивающих полостей, чтобы создавать движение текучей среды внутри камеры. Смешивание является результатом движения текучей среды, получающегося при работе смесительных полостей и диафрагменных областей. Недостаток известного устройства состоит в том, что смешивание требует улучшения и что смесительные полости и сопутствующее средство для накачивания и откачивания смесительных полостей занимают объем. Текучая среда не может быть удалена из смесительной камеры, кроме как замещением ее другой текучей средой (воздухом), которая требует другого источника текучей среды и дополнительных мер герметизации.
Картридж, имеющий резервуары переменного объема, раскрыт в патентной заявке США 2007/0053796 А1. Картридж содержит смесительный компонент, выполненный с возможностью смешивания различных растворов, чтобы создавать раствор продукта, и один или более каналов, обеспечивающих соединение по жидкости между смесительным компонентом и одной или более камерами в картридже. Смешивающий элемент может содержать множество резервуаров переменного объема, соединенных по жидкости друг с другом. Один или более резервуаров переменного объема могут, по меньшей мере, частично, определяться гибким элементом, расположенным поверх отверстия в смесительном канале.
Устройство анализа для выполнения гомогенно-фазового анализа раскрывается в публикации WO 02/41994 А2. Упомянутое устройство анализа содержит средство поддержки испытательного вещества, камеру пробы для приема пробы текучей среды и, по меньшей мере, устройство управления текучей средой для управления движением текучей среды в камеру пробы и/или из нее, в котором устройство управления текучей средой содержит камеру выпуска текучей среды, по текучей среде соединенную с камерой пробы, и гибкую перемещаемую диафрагму, перемещение которой изменяет объем камеры выпуска, так чтобы позволить и/или ограничить поток текучей среды между камерами выпуска и пробы.
Сущность изобретения
Задача изобретения состоит в том, чтобы создать микрофлюидную систему с улучшенными характеристиками смешивания. В соответствии с изобретением эта задача осуществляется с помощью микрофлюидной системы, соответствующей п. 1 формулы изобретения.
Изобретение основано на установлении того факта, что имеется канал, через который одна или более текучих сред поступают в закрытый расширяющийся объем, закрытый гибкой мембраной, и когда текучие среды, которые должны смешиваться, поступают через канал в расширяющийся объем, вблизи мембраны внутри расширяющегося объема создается хаотическая структура потока. Хаотическая структура потока приводит к эффективному смешиванию текучей среды, поступающей в расширяющийся объем. Изобретение обеспечивает гомогенизацию одной текучей среды, поступающей в закрытый, расширяющийся объем, или смешивание двух или более различных текучих сред. Для изобретения гомогенизация и смешивание расцениваются как единое понятие, обозначенное термином "смешивание". В предпочтительном варианте конструкции напряжение, возникающее в гибкой мембране в результате расширения мембраны, по мере того, как расширяющийся объем заполняется текучей средой, имеет тенденцию выталкивать текучую среду обратно в канал, через который текучая среда поступила в расширяющийся объем. Для этой тенденции выталкивания текучей среды обратно никакое внешнее воздействие не требуется. Однако внешнее воздействие может быть приложено с помощью или без помощи гибкой мембраны. Заполнение и опустошение расширяющегося объема могут повторяться так часто, как требуется для определенного качества смешивания, причем степень заполнения может быть различной, в зависимости от необходимости, так что одна и та же конструкция может использоваться для различных объемов в зависимости от применения.
Следовательно, микрофлюидная система, соответствующая изобретению, обеспечивает улучшенное смешивание по сравнению со смешиванием, получаемым на предшествующем уровне техники, описанном выше. Кроме того, изобретение не требует резервуара, удаления газа, который вытесняется движущейся жидкостью, или дополнительного объема. Делая закрытый объем расширяющимся, никакой дополнительный объем не требуется, и вся текучая среда может возвращаться в систему без отведения или использования перемещающейся текучей среды.
Дополнительное преимущество изобретения состоит в том, что устройство, соответствующее изобретению, компактно. Когда в закрытом, расширяющемся объеме отсутствует текучая среда, мертвый объем, по существу, равен нулю.
Вариант осуществления микрофлюидной системы, соответствующей изобретению, отличается тем, что гибкая мембрана закрывает второе отверстие канала.
Этот вариант осуществления обладает тем преимуществом, что расширяющийся объем полностью определяется гибкой мембраной, позволяя получить простой и легкий сборочный узел микрофлюидной системы, соответствующей изобретению. Как вариант, гибкая мембрана может располагаться в канале на втором отверстии канала.
Дополнительный вариант осуществления микрофлюидной системы, соответствующей изобретению, отличается тем, что гибкая мембрана упруга.
Этот вариант осуществления имеет то преимущество, что мембрана после расширения создает силу, имеющую тенденцию выталкивать текучую среду из расширяющегося объема. Это означает, что на текучие среды не требуется абсолютно никакое отдельное воздействие, чтобы перемещать текучую среду из расширяющегося объема после (одиночного цикла) смешивания.
Микрофлюидная система, соответствующая изобретению, отличается тем, что микрофлюидная система содержит множество каналов, ведущих в закрытый расширяющийся объем. Этот вариант осуществления обладает тем преимуществом, что он позволяет получить хаотические структуры потоков, отличающиеся от тех, которые могут быть получены с помощью одиночного канала.
Микрофлюидная система, соответствующая изобретению, отличается тем, что, по меньшей мере, в одном из каналов из множества каналов содержится направляющий распределитель.
Этот вариант осуществления имеет то преимущество, что обеспечение, по меньшей мере, одного, но не всех каналов из множества каналов, связывающих по текучей среде первую сторону поверхности закрытого расширяющегося объема, направляющим распределителем позволяет улучшить смешивание, вытесняя текучую среду из расширяющегося объема по пути, отличающемся от пути, по которому текучая среда поступила в расширяющийся объем.
Дополнительный вариант осуществления микрофлюидной системы, соответствующей изобретению, отличается тем, что геометрия канала выполнена с возможностью улучшения смешивания. Этот вариант осуществления обладает тем преимуществом, что позволяет улучшить смешивание. Известной конструкцией для улучшения смешивания является так называемая "елочная" конструкция, которая приводит к вращению области потока в зависимости от направления потока.
Дополнительный вариант осуществления микрофлюидной системы, соответствующей изобретению, отличается тем, что закрытый расширяющийся объем содержит конструкцию для улучшения смешивания.
Этот вариант осуществления обладает тем преимуществом, что позволяет улучшить смешивание. Возможность, которая может, при желании, быть дополнительно объединена с такой конструкцией, как елочная конструкция, (смотрите предыдущий вариант осуществления), создается одной или более канавками в днище камеры, которые действуют как расширенные отверстия канала. Дополнительный вариант осуществления микрофлюидной системы, соответствующей изобретению, отличается тем, что гибкой мембране предварительно придается определенная форма, чтобы улучшить смешивание.
Этот вариант осуществления имеет то преимущество, что он позволяет улучшить смешивание. Одним из вариантов осуществления предварительно сформованной гибкой мембраны является мембрана, предварительно сформованная как сложенный мешок, также называемая "сильфон". Кроме того, мембрана может быть предварительно сформована в том смысле, что она несимметрична относительно отверстия или отверстий канала или каналов, пропускающих текучую среду в закрытый расширяющийся объем.
Задача изобретения дополнительно осуществляется с помощью устройства, содержащего микрофлюидную систему, соответствующую любому из предшествующих вариантов осуществления. Устройство, содержащее микрофлюидную систему, соответствующую изобретению, может извлекать пользу из любого из предшествующих вариантов осуществления.
Вариант осуществления устройства, соответствующий изобретению, отличается тем, что устройством является картридж, причем картридж может вставляться в инструмент для совместной работы с картриджем.
Этот вариант осуществления имеет то преимущество, что картриджи, например, те, которые использовались при молекулярной диагностике, иногда требуют смешивания текучих сред. Следовательно, картридж, содержащий микрофлюидную систему, соответствующую изобретению, может получать пользу от любого из предшествующих вариантов осуществления изобретения. Дополнительный вариант осуществления устройства, соответствующего изобретению, отличается тем, что устройство является устройством для молекулярной диагностики.
Этот вариант осуществления имеет то преимущество, что устройство для молекулярной диагностики может требовать смешивания текучих сред. Следовательно, такое устройство, потенциально содержащее картридж, соответствующий предшествующему варианту осуществления, может получать пользу от любого из предшествующих вариантов осуществления изобретения.
Задача изобретения дополнительно реализуется способом смешивания текучих сред, содержащим этапы, на которых:
- обеспечивают микрофлюидную систему, содержащую:
поверхность, содержащую, по меньшей мере, один канал для соединения по текучей среде первой стороны поверхности с закрытым расширяющимся объемом на второй стороне поверхности, причем канал содержит первое отверстие канала, по текучей среде соединяющее первую сторону поверхности с каналом, и второе отверстие канала, по текучей среде соединяющее канал с закрытым расширяющимся объемом, причем расширяющийся объем определяется гибкой мембраной, закрывающей второе отверстие канала, когда в расширяющемся объеме нет никакой текучей среды;
- переносят текучую среду от первой стороны поверхности в закрытый расширяющийся объем, за счет чего закрытый расширяющийся объем, таким образом, расширяется;
- возвращают перенесенную текучую среду из закрытого расширяющегося объема к первой стороне поверхности, возвращая, таким образом, закрытый расширяющийся объем к его первоначальному объему.
Вариант осуществления способа, соответствующего изобретению, отличается тем, что этапы переноса и возвращения повторяются так часто, как необходимо, чтобы достигнуть требуемого уровня смешивания.
Этот вариант осуществления обладает тем преимуществом, что смешивание может повторяться, проходя множество циклов смешивания, пока не будет достигнут требуемый уровень смешивания.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схематическое изображение микрофлюидной системы;
Фиг. 2 - схематическое изображение микрофлюидной системы согласно изобретению, содержащей множество каналов;
Фиг. 3 - схематическое изображение микрофлюидной системы согласно изобретению, содержащей направляющий распределитель;
Фиг. 4 - схематическое изображение варианта осуществления способа согласно изобретению.
Подробное описание вариантов осуществления
На фиг. 1 схематично представлена микрофлюидная система. На фиг. 1a схематично представлен вид сбоку микрофлюидной системы 1, соответствующей изобретению. Микрофлюидная система 1 содержит поверхность 5, причем поверхность 5 содержит первую сторону 10 и вторую сторону 15. Поверхность 5 дополнительно содержит канал 20. Канал 20 содержит первое отверстие 25 канала, по текучей среде соединяющее первую сторону 10 поверхности 5 с каналом 20. Канал 20 дополнительно содержит второе отверстие 30 канала, по текучей среде соединяющее канал 20 с закрытым расширяющимся объемом 35. Мембрана 40 закрывает второе отверстие 30 канала и определяет расширяющийся объем 35. Альтернативно, мембрана, способная расширяться подобно воздушному шару и помещенная на или внутри второго отверстия 30 канала (не показано), должна быть подходящей, чтобы создавать хаотический поток. Мультифлюидная система 1 также дополнительно содержит канал 45 для перенесения текучей среды, которая должна смешиваться, к каналу 20 и закрытому расширяющемуся объему 35. На фиг. 1 показана микрофлюидная система 1 в момент, в который текучая среда переносится через канал 45 и канал 20 в направлении закрытого расширяющегося объема 35. После попадания в закрытый расширяющийся объем 35 текучая среда движется, имея хаотическую структуру потока. Это является результатом прохождения через канал 20 и влияния мембраны 40, давящей на текучую среду, чтобы распределить ее по объему, занятому расширяющимся объемом 35. Хаотическая структура потока указывается стрелками 50. Хаотическая структура потока вводится посредством вытянутой области прохождения потока в переход от канала к фактически бесконечной камере. Расширяющийся объем, который расширяется в направлении, перпендикулярном основному направлению потока в канале, при том, что в то же время одновременно основное направление потока изменяется, когда текучая среда выходит из канала и поступает в расширяющийся объем, является подходящим для формирования хаотической структуры потока. Это особенно справедливо, если отверстие канала в расширяющийся объем находится не на оси симметрии расширяющегося объема. Мембрана с диаметром, приблизительно в 10 раз большим диаметра канала, должна быть подходящей для создания хаотического потока, особенно если высота расширяющегося объема в расширенном состоянии в 5-10 раз выше, чем высота канала. Для всех вариантов осуществления изобретения каналы, по текучей среде соединяющие первую сторону 10 с расширяющимся объемом 35, могут быть выполнены с возможностью улучшения смешивания. Канал может, например, содержать один или более выступов (не показаны). Текучая среда, протекающая через канал, должна двигаться вдоль выступов, в результате чего смешивание улучшается по сравнению с основным вариантом осуществления изобретения, показанного на фиг. 1a. Другой вариант должен иметь структуры внутри закрытой расширяющейся камеры на поверхности, обращенной к гибкой мембране. Такие структуры влияют на поток текучей среды и, следовательно, на смешивание. Такие структуры могут использоваться для создания асимметрии относительно расширения гибкой мембраны. Кроме того, может также использоваться структура, похожая на елочную структуру. Упомянутые выше варианты могут также использоваться в любой комбинации.
На фиг. 1b показана та же самая установка, что и на фиг. 1a. Однако на этом чертеже микрофлюидная система 1 показана в момент, в который текучая среда протекает из закрытого расширяющегося объема 35 через канал 20 и канал 45. По мере того, как текучая среда течет из расширяющегося объема 35, размер объема уменьшается. На чертеже это показано тем, что мембрана 40 теперь фактически находится непосредственно поверх второго отверстия 30 канала. Это показывает, что в закрытом расширяющемся объеме 35 не существует никакой текучей среды и пространство, занимаемое объемом 35, по существу, является нулевым. Поэтому смесительное устройство, соответствующее изобретению, имеет фактически нулевой мертвый объем. Следовательно, устройство компактно. Кроме того, микрофлюидная система 1, соответствующая изобретению, не требует дорогих материалов или средства для приведения в действие. Как результат, микрофлюидная система 1, соответствующая изобретению, может быть произведена дешево.
На фиг. 1с приведен вид сверху установки, показанной на фиг. 1a. Текучая среда, которая должна смешиваться, переносится через канал 45 и канал 20 в направлении закрытого расширяющегося объема 35. Под влиянием текучей среды внутри расширяющегося объема 35 мембрана 40 расширяется, как указано стрелками 55. Механические свойства мембраны 40 могут изменяться в зависимости от требований, от упругих до вязкоупругих. В неупругой конструкции расширение мембраны 40 под влиянием текучей среды, поступающей в расширяющийся объем 35, не приводит к появлению равнодействующей силы воздействия мембраны 40 на жидкость, выталкивающей текучую среду обратно в направлении канала 20. В этом случае необходимо отдельное приведение текучей среды в движение, чтобы удалить текучую среду из расширяющегося объема 35. Однако, если мембрана 40 будет упругой, расширение мембраны 40 приведет к появлению равнодействующей силы мембраны 40, воздействующей на текучую среду, выдавливая текучую среду обратно в направлении канала 20. В этом случае никакое отдельное приведение в движение не является абсолютно необходимым, чтобы удалить текучую среду из расширяющегося объема 35.
На фиг. 2 схематично показана микрофлюидная система, соответствующая изобретению, содержащая множество каналов. Большинство элементов на этом чертеже идентичны элементам, показанным на фиг. 1. Идентичным элементам присвоены идентичные ссылочные позиции. Однако на этом чертеже микрофлюидная система 1, соответствующая изобретению, содержит множество каналов 20a-d, по текучей среде соединяющих первую сторону 10 поверхности 5 с закрытым расширяющимся объемом 35. Наличие множества каналов улучшает эффект смешивания. Различные каналы 20a-20d могут, как вариант, присоединяться к различным каналам подачи (подобно каналу 45 на этом чертеже), позволяя смешивать текучие среды, поступающие от различных источников (не показаны на этом чертеже). В этом случае в устройстве, соответствующем изобретению, должны присутствовать один или более каналов, подобных каналу 45 на этом чертеже, чтобы соединить один или более этих каналов с одним или более каналами, соединенными с расширяющимся объемом, как каналы 20a-20d на этом чертеже. Другими словами, одиночный канал подачи может быть соединен с множеством каналов, подающих текучую среду в закрытый расширяющийся объем (не показан). В этом случае одиночный канал подачи разветвляется на множество каналов, по текучей среде связанных с закрытым расширяющимся объемом. Может присутствовать множество таких каналов подачи. Короче, один вариант должен иметь конфигурацию "насадки для душа" на этом чертеже, в которой одиночный канал 45 подачи разветвляется на множество каналов 20a-20d, соединяющихся с расширяющимся объемом 35. В другом варианте должны иметься многочисленные каналы 45 подачи. Один или более этих многочисленных каналов 45 подачи могут разветвляться на множество каналов 20a-20d.
На фиг. 3 схематично представлена микрофлюидная система, соответствующая изобретению, содержащая направляющий клапан или распределитель. Большинство элементов на этом чертеже идентичны элементам, показанным на фиг. 2. Идентичным элементам присвоены идентичные ссылочные позиции. Однако на этом чертеже канал 20a и канал 20d каждый содержит направляющий распределитель. Канал 20a содержит направляющий распределитель 60a, и канал 20d содержит направляющий распределитель 60d. В настоящем варианте осуществления направляющие распределители были разработаны как гибкие элементы (откидные створки), которые открываются, когда текучая среда протекает в расширяющийся объем, и которые закрываются, когда текучая среда протекает в противоположном направлении. Другой пример направляющего распределителя формируется шаром в полости, который позволяет текучей среде проходить в одном направлении, и закрывается, когда давление текучей среды происходит в противоположном направлении. Эти и дополнительные примеры направляющих распределителей должны быть известны специалистам в данной области техники. В результате действия направляющих распределителей 60a и 60d текучая среда может поступать в расширяющийся объем 35 через канал 20a и канал 20d. Однако текучая среда не может покинуть расширяющийся объем 35 через те же самые каналы. Используя каналы (см. также фиг. 2) и/или используя направляющие распределители в одном или более, но не во всех каналах 20 (см. настоящий чертеж), могут быть достигнуты различные структуры потока, каждая из которых имеет свои собственные характеристики смешивания. В зависимости от требований к смешиванию при конкретном применении, желательности или допустимости множества каналов 20 или направляющих распределителей 60, может быть выбрана соответствующая конструкция.
На фиг. 4 схематично представлен вариант осуществления способа, соответствующего изобретению. На этапе 65 обеспечивается микрофлюидная система, соответствующая любому из вариантов осуществления изобретения. Затем, на этапе 70 текучая среда, которая должна смешиваться, переносится в направлении и внутрь закрытого расширяющегося объема. Под влиянием текучей среды, поступающей в расширяющийся объем, расширяющийся объем расширяется. По мере того, как текучая среда поступает в расширяющийся объем через канал и из-за наличия гибкой мембраны, определяющей расширяющийся объем, хаотическая структура потока устанавливается внутри расширяющегося объема, приводя в результате к смешиванию текучей среды. Под влиянием равнодействующей силы, возникающей за счет упругих характеристик гибкой мембраны или за счет отдельного приведения в движение, текучая среда затем возвращается из расширяющегося объема. Это делается на этапе 75. Согласно варианту осуществления способа, соответствующего изобретению, этап 70 и этап 75 могут повторяться так часто, как это может понадобиться, чтобы получить требуемый уровень смешивания. На данном чертеже это обозначается пунктирной стрелкой 80.
Следует отметить, что упомянутые выше варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и специалисты в данной области техники смогут разработать многочисленные альтернативные варианты осуществления, не отступая от объема приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения любые ссылочные позиции, помещенные между круглыми скобками, не должны рассматриваться как ограничение требования. Слово "содержащее" не исключает присутствие элементов или этапов, отличных от перечисленных в формуле изобретения. Единственное число элемента не исключает присутствия множества таких элементов. В системе, заявляющей несколько средств, некоторые из этих средств могут осуществляться одной и той же позицией считываемого компьютером программного обеспечения или аппаратурного обеспечения. Простой факт, что определенные меры повторяются во взаимно зависимых различных пунктах формулы изобретения, не указывает, что комбинация этих мер не может использоваться для достижения преимущества.

Claims (12)

1. Микрофлюидная система (1), содержащая:
- закрытый расширяющийся объем (35) для смешивания текучей среды;
- гибкую мембрану (40), позволяющую производить смешивание в закрытом расширяющемся объеме (35),
отличающаяся тем, что
она дополнительно содержит:
- поверхность (5), содержащую множество каналов (20a, 20b, 20c, 20d) для связи по текучей среде первой стороны (10) поверхности (5) с закрытым расширяющимся объемом (35) на второй стороне (15) поверхности (5), причем каналы (20a, 20b, 20c, 20d) содержат первое отверстие (25) канала, по текучей среде соединяющее первую сторону (10) поверхности (5) с каналами (20a, 20b, 20c, 2Od), и второе отверстие (30) канала, по текучей среде соединяющее каналы (20, 20a, 20b, 20c, 20d) с закрытым расширяющимся объемом (35), причем расширяющийся объем (35) определяется гибкой мембраной (40), закрывающей второе отверстие (30) канала, когда текучая среда в расширяющемся объеме (35) отсутствует, при этом, по меньшей мере, один из каналов (20, 20a, 20b, 20c, 20d) содержит направляющий распределитель (60а, 60d).
2. Микрофлюидная система (1) по п.1, в которой гибкая мембрана (40) покрывает второе отверстие (30) канала.
3. Микрофлюидная система (1) по п.1 или 2, в которой гибкая мембрана (40) является упругой.
4. Микрофлюидная система (1) по п.3, в которой гибкой мембране (40) предварительно придана форма для улучшения смешивания.
5. Микрофлюидная система (1) по п.1, в которой геометрия канала (20a, 20b, 20c, 20d) выполнена с возможностью улучшения смешивания.
6. Микрофлюидная система (1) по п.1, в которой закрытый расширяющийся объем (35) содержит конструкцию для улучшения смешивания.
7. Микрофлюидная система (1) по п.1, в которой гибкой мембране (40) предварительно придана форма для улучшения смешивания.
8. Устройство, содержащее микрофлюидную систему (1) по любому из пп.1-7.
9. Устройство по п.8, которое является картриджем, причем картридж вставляется в инструмент для работы вместе с картриджем.
10. Устройство по п.8, которое является устройством для молекулярной диагностики.
11. Способ смешивания текучих сред, согласно которому:
- обеспечивают микрофлюидную систему, содержащую:
поверхность (5), содержащую множество каналов (20a, 20b, 20c, 20d) для соединения по текучей среде первой стороны (10) поверхности (5) с закрытым расширяющимся объемом (35) на второй стороне (15) поверхности (5), причем каналы (20a, 20b, 20c, 20d) содержат первое отверстие (25) канала, по текучей среде соединяющее первую сторону (10) поверхности (5) с каналами (20a, 20b, 20c, 20d), и второе отверстие (30) канала, по текучей среде соединяющее каналы (20a, 20b, 20c, 20d) с закрытым расширяющимся объемом (35), определяемым гибкой мембраной (40), закрывающей второе отверстие канала (30), когда в расширяющемся объеме (35) нет никакой текучей среды, при этом, по меньшей мере, один из каналов (20f, 20b, 20c, 20d) содержит направляющий распределитель;
- переносят (70) текучую среду от первой стороны (10) поверхности (5) к закрытому расширяющемуся объему (35), тем самым расширяя закрытый расширяющийся объем (35);
- возвращают (75) перенесенную текучую среду из закрытого расширяющегося объема (35) к первой стороне (10) поверхности (5), тем самым возвращая закрытый расширяющийся объем (35) к его первоначальному объему.
12. Способ по п.11, в котором этап (70) переноса и этап (75) возврата повторяются так часто, как необходимо для достижения желаемого уровня смешивания.
RU2011147480/05A 2009-04-23 2010-04-16 Смеситель с нулевым мертвым объемом и способ смешивания RU2554573C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09158646 2009-04-23
EP09158646.1 2009-04-23
PCT/IB2010/051671 WO2010122464A1 (en) 2009-04-23 2010-04-16 Mixer with zero dead volume and method for mixing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011147480A RU2011147480A (ru) 2013-05-27
RU2554573C2 true RU2554573C2 (ru) 2015-06-27

Family

ID=42317061

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011147480/05A RU2554573C2 (ru) 2009-04-23 2010-04-16 Смеситель с нулевым мертвым объемом и способ смешивания

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9174182B2 (ru)
EP (1) EP2421636B1 (ru)
JP (1) JP5551763B2 (ru)
KR (1) KR101677751B1 (ru)
CN (2) CN102413913A (ru)
BR (1) BRPI1007625B1 (ru)
RU (1) RU2554573C2 (ru)
WO (1) WO2010122464A1 (ru)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2799137A1 (en) 2013-04-30 2014-11-05 Koninklijke Philips N.V. Fluidic system for processing a sample fluid
DE102014200499B4 (de) 2014-01-14 2017-03-30 Robert Bosch Gmbh Mikrofluidisches System sowie Vorrichtung und Verfahren zum Leiten von Fluid in einem mikrofluidischen System
EP3222351A1 (en) * 2016-03-23 2017-09-27 Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) Microfluidic network device
WO2020027751A2 (en) * 2018-03-09 2020-02-06 Ihsan Dogramaci Bilkent Universitesi Hydraulic interface apparatus and operation method for microfluidic systems
WO2022159098A1 (en) * 2021-01-22 2022-07-28 Hewlett-Packard Development Company, L.P. In place fluid mixing within microfluidic device chamber
TWI757167B (zh) 2021-05-04 2022-03-01 國立清華大學 擾流穩定晶片、液滴生成系統及液滴製備方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2149054C1 (ru) * 1994-07-25 2000-05-20 Е.И. Дюпон Де Немур Энд Компани Устройство для химического смешивания и реакции
WO2002041994A2 (en) * 2000-11-24 2002-05-30 Nextgen Sciences Ltd Microfluidic devices and methods for chemical assays
US20040159616A1 (en) * 2003-02-13 2004-08-19 Cohee Donald R. Flexible disposable vessel
US20070053796A1 (en) * 2005-09-02 2007-03-08 Jen-Jr Gau Cartridge having variable volume reservoirs

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3932220A (en) 1970-08-11 1976-01-13 Liotta Lance A Method for isolating bacterial colonies
US5356814A (en) 1992-09-29 1994-10-18 Hoffmann-La Roche Inc. Disaggregation device for cytological specimens
US6239906B1 (en) 1997-09-04 2001-05-29 Andrew E. Lorincz Flexible microscope slide
SE9800070D0 (sv) 1998-01-14 1998-01-14 Hemocue Ab Blandningsmetod
US6180314B1 (en) 1998-05-27 2001-01-30 Becton, Dickinson And Company Method for preparing thin liquid samples for microscopic analysis
US6591852B1 (en) 1998-10-13 2003-07-15 Biomicro Systems, Inc. Fluid circuit components based upon passive fluid dynamics
FR2803225B1 (fr) 1999-12-29 2002-06-14 Biomerieux Sa Appareil d'analyse a compartiment reactionnel a geometrie variable, procede de mixage et de guidage de liquides
US6890093B2 (en) 2000-08-07 2005-05-10 Nanostream, Inc. Multi-stream microfludic mixers
WO2002029106A2 (en) 2000-10-03 2002-04-11 California Institute Of Technology Microfluidic devices and methods of use
EP1372848A4 (en) 2001-03-09 2006-08-09 Biomicro Systems Inc METHOD AND SYSTEM FOR MICROFLUIDIC INTERFERENCE WITH NETWORKS
EP1439910A2 (en) 2001-07-26 2004-07-28 Motorola, Inc. System and methods for mixing within a microfluidic device
US6660527B2 (en) 2002-03-28 2003-12-09 David Karl Stroup Fluid-transfer collection assembly and method of using the same
JP2005127864A (ja) * 2003-10-23 2005-05-19 Japan Science & Technology Agency マイクロミキシングデバイス
JP4375101B2 (ja) * 2004-04-28 2009-12-02 横河電機株式会社 化学反応用カートリッジおよびその作製方法および化学反応用カートリッジ駆動機構
US7832429B2 (en) * 2004-10-13 2010-11-16 Rheonix, Inc. Microfluidic pump and valve structures and fabrication methods
JP2006153785A (ja) 2004-12-01 2006-06-15 Hitachi Ltd 溶液攪拌装置及び分析システム
CN101203296A (zh) 2005-06-23 2008-06-18 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于混合液体介质的装置
JP2009517650A (ja) * 2005-11-25 2009-04-30 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 有孔性膜及び未分岐チャネルを有するマイクロ流体素子
EP2190580A1 (en) * 2007-08-27 2010-06-02 3M Innovative Properties Company Apparatus and method for processing a fluidic sample

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2149054C1 (ru) * 1994-07-25 2000-05-20 Е.И. Дюпон Де Немур Энд Компани Устройство для химического смешивания и реакции
WO2002041994A2 (en) * 2000-11-24 2002-05-30 Nextgen Sciences Ltd Microfluidic devices and methods for chemical assays
US20040159616A1 (en) * 2003-02-13 2004-08-19 Cohee Donald R. Flexible disposable vessel
US20070053796A1 (en) * 2005-09-02 2007-03-08 Jen-Jr Gau Cartridge having variable volume reservoirs

Also Published As

Publication number Publication date
BRPI1007625B1 (pt) 2020-03-10
JP2012524899A (ja) 2012-10-18
WO2010122464A1 (en) 2010-10-28
BRPI1007625A2 (pt) 2017-01-31
KR101677751B1 (ko) 2016-11-29
EP2421636A1 (en) 2012-02-29
KR20120016251A (ko) 2012-02-23
CN102413913A (zh) 2012-04-11
US9174182B2 (en) 2015-11-03
EP2421636B1 (en) 2012-10-03
CN105921066B (zh) 2018-11-06
RU2011147480A (ru) 2013-05-27
US20120100630A1 (en) 2012-04-26
JP5551763B2 (ja) 2014-07-16
CN105921066A (zh) 2016-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2554573C2 (ru) Смеситель с нулевым мертвым объемом и способ смешивания
Churski et al. High-throughput automated droplet microfluidic system for screening of reaction conditions
US20110146390A1 (en) Process for Continuous On-Chip Flow Injection Analysis
Yazdi et al. Adding the ‘heart’to hanging drop networks for microphysiological multi-tissue experiments
Lai et al. Design and dynamic characterization of “single-stroke” peristaltic PDMS micropumps
EP3222351A1 (en) Microfluidic network device
JP7398469B2 (ja) 真空充填式液滴生成マイクロ流体チップおよび関連方法
CN109488787A (zh) 流体控制结构及具有该结构的微流控芯片和其操作方法
US20130037115A1 (en) Method for performing a high throughput assay
CN111715149B (zh) 基于时序控制的定量加液装置、方法以及微流控芯片
US8309040B2 (en) Microfluidic control apparatus and method of assembling the same
JP7293196B2 (ja) 毛細管駆動流体システムにおいて流体を混合するための装置
US9492821B2 (en) Liquid feeder and chemical analyzer including same
US20090019928A1 (en) Metering assembly and method of dispensing fluid
Zhao et al. A multifunctional, plug-and-play and low-cost microfluidic connector system based on electronics standard
Nasabi et al. Design, characterization and application of a novel mono-layer pin-microvalve for microfluidic devices
JP4516824B2 (ja) 多流路切替弁
JP2020121290A (ja) 物質混合器、物質混合方法
de Boer et al. A modular microfluidic parallel dispensing system
Liu et al. FLUID-PARAMETER-INDEPENDENT MICRO-FLUIDIC DEVICE FOR RELIABLE GENERATION OF MULTI-COMPONENT DROPLETS