WO2017158211A1 - Sistema de carga y descarga de aire a presión controlada - Google Patents

Sistema de carga y descarga de aire a presión controlada Download PDF

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Francisco Antonio PERDIGONES SÁNCHEZ
José Manuel QUERO REBOUL
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    • B01L2400/0683—Valves, specific forms thereof phase change valves; Meltable, freezing, dissolvable plugs; Destructible barriers mechanically breaking a wall or membrane within a channel or chamber

Definitions

  • the area of the invention corresponds to industrial engineering, in particular to the manufacture or roicrofabncacióón, electronics and tluldica.
  • the sectors to which the invention would apply are the pharmaceutical for drug analysis and production devices; environmental for measuring parameters such as pH of water or any other fluid, included in a gaseous state; the chemical sector for the realization of devices for reactions and substance analysis in the devices in which the invention is incorporated: food sector for parameter measuring devices such as lactose, glucose or gluten; health sector for the realization of devices, portable or not, for blood, urine, or saliva analysis in others.
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26)
  • a connection system for controlled accumulation of energy in the form of pressure for devices is presented; whose main characteristic is the elimination of fluid connections and minimization of pressure losses, which characterizes as reliable and portable.
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) 7- US 7,744,762 B2, Micro ⁇ M Jic devizas and methods faciiitating high- ⁇ roughpu on- detection and separation techniques, June 2010; Original dealer: Virginia T h Intelectual Propérties-, Inc .; Inventors: luliana M. Lazar
  • the realization of devices for the flow of fluid samples is generally based on the use of external machines, such as syringe pumps or external pressure sources. This dependence makes them not very portable, that is, no 5 can be easily carried from one place to another.
  • the solutions proposed so far are based on the pressurization of cameras during the manufacturing process. This fact makes its usefulness very limited since the pressure is lost over time due to the porosity of the materials.
  • the solution proposed by this invention is the pressurization of the device in the
  • the present invention is defined as a mechanical and electronic connection system that produces energy accumulation in chambers and their subsequent opening.
  • a part of the system consists of a connection port consisting of a
  • the other part is a device formed by channels and chambers, which when connected to the connection port, so that the plunger is inserted into the mechanical port storing energy contractedly in the form of air pressure inside the chambers of said chambers. It has a valve that can be activated at will. In this way, s releases pressurized air
  • connection system for, controlled accumulation of energy in the form of pressure in chambers, will be described for the case of two chambers, (5) and (6 :) , in Figure 1 the parts of the connection system Said system is formed with a piston (2), which is inserted in a mechanical port (13), to which the chambers (5) and (or) in which to accumulate ia are connected
  • 35 energy Said chambers (5 ⁇ and (8), are initially at atmospheric pressure, and belong in this particular case., To a device (4) that is a microfiuidic platform
  • Figure 1 represents a section of the piano structure containing the axes (14) and (15) and Figure 2 is a plan view.
  • the plunger (2) is a plastic cylinder of circular section.
  • the mechanical port (13) of the iab on a chip 14 ⁇ is a circular section duct that adjusts pressure loss to the plunger (2).
  • Said channel m communicates the cameras ⁇ 5 ⁇ and (8 ⁇ found in the lab on a ehtp (4).
  • the iab on a chip (4) is inserted into the connection port fl), so that the piston (2) enters the cylindrical cavity corresponding to the mechanical port. (13), and at the same time, the electrical projection (1?) Of the iab on a: 0 chip (4) is introduced in ⁇ a ranur for the electrical connection (3).
  • the chambers (5) and (8) are charged with energy in the form of pressure, and each chamber at a desired pressure, where the previous chamber (5) will have a load pressure of less than the posterior (6), The energy charge is sequence! controlled, first loading the camera (5) and then the camera- (8).
  • Figure 3 shows the iab on a chip5 (4) inserted in the connection port (1)
  • FIG. 1 shows the configuration of the valve (7), in which the wall ( . 11) is arranged perpendicular to said valve and superimposed on it.
  • the valve (7) is activated by an electric current 0 from the groove of the. electrical connection (3) through the electronic projection (17) destroying its superimposed wall (1 1).
  • the valve (8) has the same configuration and is activated in the same way as the valve (7).
  • the material of the valves is copper, with dimensions such that they act as a fuse against an electric current. When the fuse is destroyed due to a high fire, it breaks at the same time the wall that is superimposed.
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) closely - related to the pressures at which the cameras have been loaded.
  • FIGs. 4 and 5 the same scheme as in Figs. 1 and 2 is maintained, with the difference that the chamber (5) has been replaced by two chambers (18) (9) separated from each other by one. wall (22), so that they are individually connected to the mechanic port (13).
  • the chamber (18) has associated the wall (20) under which a valve is located.
  • the chamber (19) has an associated wall (21) under which its corresponding valve is located.
  • the camera (18) is connected through the wall (20) to the channel. ⁇ ). However, the cameras do not have to share a channel, as is the case of the camera (19) that communicates with the channel (23) through the wall (21).
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) cross section on the plane containing ai efe (48) and is perpendicular to a lab on cnip (4). and the figure? It is your plan view.
  • the system admits the inclusion of an inert fluid (47) in the lab on chip, as for example and depending on the application, stop other silioone or sterile saline solutions between others, located after the wall and outside the chamber. In this way, the fluid that is in resion has no direct contact with the samples to be boosted.
  • the schematic of this situation is shown in figure 8 and its plan view in figure 9, said figure represents the same system as in figure 1 but with the inert fluid (47), in. This is a liquid, included to perform that function.
  • the placement of this inert fluid (47) can be done in any of the pressurization configurations discussed above, and may also be different fluids depending on the chamber that precedes.
  • the system also supports the placement of samples in the chambers to be prestressed, so that they would be encapsulated in the lab on a chip. This particular case is shown in Figure 10, Figure 1 1 and its plan view ( Figure 12), where the configuration would be as follows:
  • the mechanical port (48) where the piston (4S) enters has previously been partially filled with a certain volume of a sample ⁇ 50 ⁇ : which is intended to be propelled into the channel (SI) and through the wall (S2). Figure 10.1. After this filling, if necessary it may be in an inert gas environment such as nitrogen, proceed to the
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) introduction of a plug (53) that closes the. mechanical port (48). Said plug (53) is inserted until it reaches the purge port (54), and also closes it, Figure 10.2. Once these two steps have been completed, the. Lab on chip device is used as in the previous cases, that is, it is inserted into the connection port, so that the plunger (49 ⁇ would be introduced into the mechanical port (48) and the electrical projection ⁇ ⁇ in ta corresponding slot (58), figure 1 1 and 12, in this' way, the plunger (49) pushes the plug ⁇ 53 ⁇ presunzando gas.
  • valve ⁇ 65 ⁇ above the valve is activated first wall (66) Driving the encapsulated liquid into the channel (87), so that it flows not penetrating the channel ⁇ 68) due to the difference in section.
  • the valve is activated: (89), destroying the wall (70) so that the pressure of that chamber is released and the sample impulse (58) is produced again.
  • the valve (71, activating the wall (72)) is activated : so that the sample (58) is again propelled along the channel (67).
  • the electronic copper tracks are made by photolithography and chemical attack on a printed circuit board "Frinted Ci ult SoardT (PCB) (76), see figure 15-4
  • a plastic cylinder is manufactured to form the plunger (2), see Figure 16-2.
  • a groove is applied to said sheet, by milling to place the electrical connection (3), see figure 16-3. To this slot are the connections of the electronic device responsible for valve activation.
  • Figure 7 This hole corresponds to the purge port of the encapsulation system (80).
  • Figure 7-1 corresponds to the
  • Figure 4 Parts of the mechanical and electrical connection system for an example of parallel chamber pressurization.
  • Figure 5 Plan view of the connection system shown in Figure 4.
  • Figure 6 Parts of the mechanical and electrical connection system for an example of parallel pressurization of chamber systems.
  • Figure 7 Plan view of the connection system for the case of Figure 8.
  • Figure 8 Cross section in which an inert fluid that separates sample and wall has been included.
  • Figure 1 Cross section of the system connected to the connection port, where the encapsulated sample is held
  • Figure 12 Plan view of the system connected to. connection port, in which the encapsulated sample is shown
  • Figure 13 System without connecting to the connection port, in which samples are combined with two presumed cameras.
  • Figure 14 System connected to! connection port : in which combined samples with two chambers to be pressed are combined.
  • Figure 15 Lab manufacturing process in a c ip, Figure 16. Connection port manufacturing process
  • Figure 18 Plunger on the upper face of the device, without inserting.
  • Figure 19 Plunger inserted through the upper face of the chamber pressurization device.
  • Figure 20 Plunger on the underside of the device, without inserting.
  • Figure 21 Plunger inserted through the lower face of the chamber pressurization device.

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Abstract

La presente invención tiene por objeto un sistema de carga y descarga de aire a presión controlada. Se trata de un sistema de conexión mecánica y electrónica, que produce acumulación de energía en cámaras de dispositivos fluidicos, y su posterior apertura para impulsar muestras de liquides. El sector al que pertenece su elaboración es la ingeniería industrial. Los principales usos de esta invención son los siguientes: en la fabricación de dispositivos fluidicos de control de muestras hace que dicho control sea fiable, facilitando el uso a nivel usuario puesto que la presurización y conexión eléctrica es simultánea, en procesos biológicos o químicos que impliquen movimiento controlado de muestras y, en concreto, su inclusión en plataformas lab on chip o μTAS, lo que proporcionarla un salto de calidad en la versatilidad de protocolos automáticos de laboratorio en dispositivos del tamaño de una tarjeta de crédito aproximadamente

Description

Titulo
Sistem de carga y descarga de aire a presión controlada Objeto de la inveríción
El objeto de la presente Invención es un sistema de conexión mecánica y electrónica, que produce acumulación de energía en cámaras de dispositivos fluidicos, y su posterior 'apertura- para impulsar muestra de liquides.
ES área de la invención corresponde a la ingeniería industrial, en particular a la fabricación o roicrofabncacíón, electrónica y tluldica. Los sectores a los que se aplicaría la invención son el farmacéutico para dispositivos de análisis y producción d fármacos; medioambiental para dispositivos de medida de parámetros como por ejemplo pH del agua o cualquier otro fluido, incluido en estado gaseoso; el sector químico para la realización de dispositivos para reacciones y anáfisis de sustancias en los dispositivos en que se incorpore la invención: sector alimenticio para dispositivos de medida de parámetros como por ejemplo lactosa, glucosa o gluten; sector sanitario para la realización de dispositivos, portables o no, de análisis de sangre, orina, o saliva emr otros.
Estado de ta técnica
Actualmente, el control de volúmenes pequeños de fluidos, del orden de los mlcroiltros o nanolitroS: es uno de los aspectos que están más en auge debido a que su potencial no Ha sido completamente desarrollado. Asimismo, debido a la mejora que suponen estos avances si s combinan con aplicaciones biológicas o químicas, se van desarrollando en paralelo sistemas que mejoran cada vez más a los sistemas de medidas tradicionales de laboratorios. Especialmente, esta mejora consiste en la minlmfeadón de los volúmenes líquidos a usar, disminuyendo de esta forma el coste del análisis y al mismo tiempo reduciendo ios tiempos de diagnóstico, pudiéndose llegar a diagnóstico en tiempo real. Además, se pueden integra en un mismo dispositivo tratamientos de laboratorio muy variados, como mezclados, lavados, reacciones químicas, sensado, etc. Por ello ei equipamiento de laboratorio se ve reducido a un pequeño laboratorio que cabe en una tarjeta de! orden de ios centímetros. Esto también implica un mayor control de la medida puesto que la localización de dicho equipamiento dentro de la tarjeta siempre será ei mismo, y al mismo tiempo puede ser controlado electrónicamente, Al ser tan pequeño, es posible trasladar al dispositivo-laboratorio de un lugar a otro. Junto a todas estas
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) c r cterísticas, además se busca que sea de muy bajo coste para que su competividad en el mercado sea grande.
Ala hora de impulsar muestras en este tipo de dispositivos, la solución más común es conectar directamente el dispositivo a fuentes- externas de presió o a bombas de jeringa de caudal constante, como son el caso de las desarrolladas en US2008/G248S90A1 , 08760126982, US 2012/0087433Ά1 : US" 8,323,488 B2, US 8,747:804 B2, US 8,810,713 82, US 7,744,762 B¾ US 20040028586 Al , con la necesidad de emplear conexiones fíuidiea entre los actuadores externos y él dispositivo. Para hacer dicho dispositivo más manejable, portable y fiable es necesario eliminar ese tipo de conexiones fluidicas. En este sentido, y aumentando el nivel de desarrollo, se habla de sistemas que no requieren conexión fluídiea externa para producir el movimiento de líquidos, asi como tampoco trasladar ia muestra a otro dispositivo para realizar su medida, como- es el caso. de US 2012/0021527 Al . Este último caso se trata de un sistema en que un único fluido-muestra viaja sobre un recorrido único-, no reconfígurabíe, no así en US 8,685,325 B2 en que sí es reconíigurabie mediante eleetroweíting, Sin embargo, este último dispositivo tiene las desventajas de que necesita una red compleja de -electrodos asi como toda complicada inietfaz hacia la electrónica de control. En ese sentido, el sistema descrito en US 20080018886 A1 actúa por capiíaridad, sin fuerzas externas, no necesitando Interfacos, pero esto hace que no sea controlable externamente.
Existen soluciones más acabadas, como la de US 200S023281 A, US 2005/0130292 A1. US20050130226 Al , 11883673:97 B2 en que el sistema usa un sólido propálente para conseguir las impulsiones de líquidos, mediante actuación externa controlada, y un impulsor manual para distribución de un liquido patrón. Esto hace que el proceso de fabricación sea más completo debido a la colocación de dicho sólido con precisión rnierornétrica, Además, dado el tipo de actuación a bajá temperatura, podrían activarse sin control debido a las temperaturas sol-aire en muchos países, por lo que su uso es limitado. Esta última solución reivindica cámaras a presión en un dispositivo lab on ohip, por lo que la invención que se presenta en este documento es un buen complemento para ella Esto se debe a. que dichas cámaras presurizadas deben ser arga de alguna manera, en ese caso durante, el proceso de fabricación, lo que provoca pérdidas de presión con el tiempo, debido a ios materi les polimérioos usados. En este documento se propone un sistema de carga de cámaras, en el momento de su uso, minimizando pérdidas de presión. Además, es paraleli able y eficiente para movimiento, controlado de fluidos.. La características del sistema propuesto se amplían en el siguiente párrafo.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) En ia invención propuesta en este documento se présenla un sistema de conexió para acumulación controlada de energía en forma de presión para dispositivos; cuya principal característica es la eliminación de las conexiones fluidicas y mínímkacióo de pérdidas de presión, lo que caracteriza como fiable y portable.
La energía es acumulada en el momento de uso, eliminado asi: las pérdidas d presión debido al paso del tiempo en cámaras ligeramente permeables y ^recargadas durante su proceso de fabricación. Está energía acumulada es liberada actuando a través de la ranura para conexión eléctrica, medíante lo que se consigue la apertura de las válvulas asociadas a las cámaras, para producir de esta forma, el movimiento controlado de las muestras líquidas que se desean analizar. La apertura de dichas cámaras no tiene por qué depender de la temperatura o la presión ambiente, io qué hace que el sistema más robusto. Las dimensiones de las cámaras determinan, junto con la presión, el desplazamiento de las muestras. Relación dé patentes citadas:
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Inventores: Chong Ahn. Chein -Chong Hong, Suresh Murygesan. Sanghyo Kim, Gregory Beaucage.
13. · US 2005/0130.292 A , Smart dísposabfe plástic lafc-on-a-ohíp for point--oí--care tesiing: junio 200S, Concesionario original; The üniversíty Of C.íncinnati; inventores: Chong Ahn, Jin- oo Choi, Gregory Besucage, Joseph Nevin
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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) Descripción de la invención
ta realización dispositivos para ia impulsión de muestras fluidas está basado generalmente en la utilización de máquinas externas, como bombas de jeringa o fuentes de presión externas. Esta dependencia les hace poco portables, es decir, no 5 se pueden llevar de un lugar a otros con facilidad. Las soluciones propuestas hasta ahora están basadas en la presurizaelón de cámaras durante el proceso de fabricación. Este hecho hace que su utilidad sea muy limitada puesto que la presión se va perdiendo con el transcurso del tiempo debido a l porosidad de ios materiales. La solución que s propone con esta invención es la presurízación del dispositivo en el
10 momento de su uso, a ia vez que se realiza la conexión electrónica para controlar los distintos sensores y aguadores que podrían est r presentes en el dispositivo. Para ello, 1.a presente invención se define como un sistema de conexión mecánica y electrónica que produce acumulación de energía en cámaras y su posterior apertura. Una parte del sistema está formado por un puerto de conexión que consta de un
15 émbolo y una ranura para conexión eléctrica. La otra parte es un dispositivo formado por canales y cámaras, que al ser conectado al puerto de conexión, de forma que el émbolo se inserta en el puert mecánico almacenando energía contraídamente en forma de presión de aire en el interior de las cáma as Dichas cámaras posee una válvula que pueden ser activadas a voluntad. De esta forma, s libera aire a presión
?.Q en un canal perteneciente al dispositivo, en el. que se encuentran muestras liquidas que son arrastradas por ese aire, provocando su movimiento. El sistema admite la encapsulaclón de muestras., y un funcionamiento múltiple.
Además de las ventajas comentadas respecto a los dispositivos presurizados durante el proceso, el método de realización es sencillo y barato con respecto a ios que usan 25 solióos propelentes o microbombas integradas, que requieren un complejo proceso de fabricación, ocupan un espacio considerable en el dispositivo y necesitan un sistema de control complicado. Para terminar, el control de la situación de los líquidos no es necesario con ia solución propuesta, ya que está incluido en el propio diseño de las dimensiones de l invención,
30 La presente invención se refiere un sistema de conexión para, acumulación controlada de energía en forma de presión en cámaras, se describirá para el caso de dos cámaras, (5) y (6:), En la Figura 1 se muestran las partes del sistema de conexión. Dicho sistema está formado con un émbolo (2), que se inserta en un puerto mecánico (13), al que se encuentran conectadas las cámaras (5) y (ó) en las que acumular ia
35 energía. Dichas cámaras (5} y (8), están inioiaimente a presión atmosférica, y pertenecen en este caso particular., a un dispositivo (4) que es plataforma microfiuidica
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) lab or? a chip (LOC), La Figura 1 representa una sección de la estructura según piano que contiene a ios ejes (14) y (15) y ia Figura 2 es una vis a en planta.
El émbolo (2) es un cilindro de plástico de sección circular. El puerto mecánico (13) del iab on a chip 14} es un conducto de sección circular que ajusta sin pérdidas de S presión al émbolo (2). Dicho conducto m comunica can las cámaras {5} y (8} que se encuentran en el lab on a ehtp (4).
Para realizar la conexión se introduce el iab on a chip (4) en el puerto de conexión fl), ce forma que el émbolo (2) entra en la cavidad cilindrica correspondiente ai puerto mecánico . (13), y al mismo tiempo, se introduce el saliente eléctrico ( 1 ?) del iab on a:0 chip (4) en ía ranur para la conexión eléctrica (3) . Dé esta forma, las cámaras (5) y (8) quedan cargadas de energía en forma de presión, y cada cámara a una presión deseada, dónde la cámara previa (5) tendrá una presión de carga Inferior a ia posterior (6), La carga de energía es secuencia! controlada, cargándose e primer lugar la cámara (5) y posteriormente la cámara- (8). En la figura .3 se muestra el iab on a chip5 (4) insertado en el puerto de conexión (1)
Tras la Inserción del lab on chip (4) en el puerto de conexión (1) se tiene conexión eléctrica para activar las válvulas (7) y (8). En ia figura 1 se muestra ia configuración de ia válvula (7), en la que ia pared (.11) está en disposición perpendicular a dicha válvula y superpuesta a ella. La válvula (7) se activa mediante una corriente eléctrica0 desde la ranura de la. conexión eléctrica (3) a través del saliente electrónico (17) destruyendo su pared superpuesta (1 1 ). La válvula (8) tiene ía misma configuración y se activa de la misma forma que la válvula (7). Ei material de las válvulas es cobre, con dimensiones tales que act an como fusible ante una corriente eléctrica. Cuando el fusible se destruy debido a una alta cárdente, rompe ai mismo tiempo ia pared que5 está superpuesta.
Una -vez cargadas las cámaras, y con ía conexión eléctrica establecida, la impulsión de la muestra fluídiea (10) dentro del canal (9) se realiza d la siguiente forma:
En primer lugar se abre ia válvula (8) a través del puerto 0) rompiendo su pared superpuesta (12). de forma que la energía almacenada en forma de presión se0 transfiere a ía muestra fluidica (10) en form de energía cinética, y por tanto provoca •su movimiento. Seguidamente, se acre ia válvula (7) para realizar ia segunda impulsión, en la que se romp su pared superpuesta (11), de forma que la energía almacenada en ia cámara (5) impulsa nuevamente la muestra ( 0) a ío largo de canal (9) Las longitudes que recorren las muestras dentro de lab on chip están
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) estrechamente- relacionadas con las presiones a las que han sido cargadas las cámaras.
La carga á presión es paralefeahie, puesto que se pueden cargar al mismo tiempo vahas cámaras sin más que tenería conectadas entre si. Esté sistema puede verse en ia Figura 4 y 5. Siendo la figura 4 una sección transversal sobre el mismo piano que la figura y la figura ó es su vista en planta.
En la figuras 4 y 5 se mantiene el mismo esquema de la figur 1 y 2, con ia diferencia de que ia cámara (5) se ha sustituido por dos cámaras (18) ( 9) separadas entre sí por ía. pared (22), de forma que se conectan individualmente al puerto de mecánico (13). Del mismo modo que en ía figura 1 , en esta figura 4 la cámara (18) tiene asociada la pared (20) bajo la cual se encuentra una válvula. Por otro lado, la cámara (19) tiene asociada ía pared (21) bajo ia que se encuentra su válvula correspondiente. La cámara (18) est conectada a través de la pared (20) ai canal .{§). Sin embargo, las cámaras no tienen por qué compartir canal, como es el caso de ia cámara (19) que se comunica con el canal (23) a través de ía pared (21). Con esta configuración particular, que sirve de ejemplo para ía presurí acidn paralela de cámaras, se puede conseguir la siguiente secuencia. Una z cargadas las tres cámaras (6), (18) (1S) debido a ia inserción dei émbolo (2) en ai puerto mecánico (13), se procede a la activación independiente de válvulas, En primer lugar, se activa ia válvula asociada a (1.9) de forma que se produce el movimiento de l muestra líquida (24) a ío largo del canal (23), según ei mismo principio explicado para ía figura 1 y 2. En segundo lugar, se activa la válvula asociada a ia cámara (5) provocando ei movimiento de ía muestra (1) a ío largo del canal (9). Finalmente, se activa la válvula asociada a ia cámara (18) de manera que se vuelve a impulsar ia muestra líquida (10) que se encuentra en ei canal (9). Esta secuencia de disparo se usa como ejemplo, y cualquier otra es igualmente válida, tantas como permutaciones permita ei número de cámaras usadas, e incluso es posible la activación de forma simultánea. Todas las activaciones se realizan desde ei puerto de conexión (1 ). a través de la conexión eléctrica (3) y ei saliente (17) hasta llegar a a válvula deseada, como ya se comentó anteriormente, La carga a presión también es paraíeli abie para una serie de cámaras, es decir, se pueden cargar ai mismo tiempo vanas seríes d cámaras. Para ello, basta con disponer de varios émbolos en el puerto de conexión que s introduzcan en eí lab on chip (4) La inserción de estos émbolos podrá ser simultánea o no, y además la longitud d ios émbolo y su área transversal no tienen por qué ser los mismos. Este sistema, a modo de ejemplo, se presenta en ia Figura 6 y 7, Siendo la figura 8 una
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) seccson transversal sobre el plano que contiene ai efe (48) y es perpendicular ai lab on cnip (4). y la figura ? es su vista en planta.
En el caso de paralellzación de series tía cámaras a presuñzar, se presenta el ejemplo d la figura 8 y 7, En él se hace la paraiellzación de dos series d cámaras, una en la parí® superior correspondiente a jas cámaras (2?) y (29), y 5a otra inferior, representada por la -cámaras (36) y (30), Par est caso, se necesitan tantos émbolos como series de cámaras, y por tanto, serán 2 émbolos (25) y (28), el primero para el sistema interior y ei otro para el sistema superior . Dichos émbolos no tienen por qué ser de la misma longitud, forma, sección ni material El sistema se conecta como los comentarios anteriormente, en este caso el émbolo (25) entrará en ei puerto mecánico (38) y eí émbolo (26) lo hará en ei (40) De esta forma, se tienen cargadas todas las cámaras a un presión deseada i funcionamiento posterior, desde la activación de las válvulas asociadas a cada cámara en adelante, es el mismo que el comentado para la figura 1 para cada sistema independiente. Dichas activaciones pueden ser simultáneas o no. Además, se puede presunzar tantos sistemas como sea necesario, siendo los sistemas no necesariamente iguales. Finalmente, cualquier combinación entre paralefeaclón de cámaras y de sistemas es admisible.
El sistema admite la inclusión de un fluido inerte (47) en el lab on chip, como por ejemplo y dependiendo de l aplicación, acate de silioona o s luciones salinas estériles entra otros, situado después de l pared y fuera ele la cámara. De esta forma, el fluido que se encuentra a resión no tiene contacto directo con las muestras a impulsar. El esquem de esta situación se muestra en la figura 8 y su vista en planta en la figura 9, Dicha figura representa el mismo sistema de la figura 1 pero con el fluido inerte (47), en. este oaso un liquido, incluido para realizar esa función. La colocación de este fluido inerte (47) puede hacerse en cualquiera de las configuraciones de presurizacién comentadas anteriormente, pudiendo ser además, fluidos diferentes según la cámara que íes precede.
El sistema también admite la colocación de las muestras en las cámaras a presurtear, de forma que quedarían encapsuiadas en ei lab on a chip. Este caso particular se muestra en ia figura 10, figura 1 1 y su vista en planta (figura 12), donde la configuración seria la siguiente:
Ei puerto mecánico (48) donde entra el émbolo (4S) ha sido llenado previamente de forma parcial con cierto volumen de una muestra {50}: que se pretende impulsar hacia ei canal (SI ) y a través de la pared (S2). Figura 10.1. Tras este llenado, si hiciera falta puede ser en un ambiente de gas Inerte como por ejemplo nitrógeno, se procede a la
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) introducción de un tapón (53) que cierra el. puerto mecánico (48). Dicho tapón (53) se introduce hasta que alcanza el puerto de purga (54), y tohién lo cierra, Figura 10.2. Una vez realizados estos dos pasos, el. dispositivo lab on chip se usa como en los casos anteriores, es decir, se introduce en el puerto de conexión, de forma que el émbolo (49} seria introducido en el puerto mecánico (48) y el saliente eléctrico ·{§§} en ta ranura correspondiente (58), figura 1 1 y 12, De esta ' forma, el émbolo (49) empuja el tapón {53} presunzando el gas:-derpuerto mecánico (48). La activación seria igual que en tos casos anteriores, mediante l destrucción de la pared (52) que se encuentra sobre la válvula (57), Dado que el número de puertos mecánicos puede ser más de uno, las muestras encapsuiadas pueden ser más de una, sin más que tener disponibles: en ei dispositivo (4) ios puertos mecánicos necesarios. El volumen de fluido inerte, asi como las muestras no encapsuladas, se colocan en ei dispositivo de la misma forma que se explica en este párrafo, es decir, están previamente encapsuladas y son impulsada para situarlas en el lugar deseado del dispositivo. El sistema de eneapsuiatio de líquidos comentando anteriormente es compatible con ei resto de configuraciones descritas. De esta forma, ambas configuraciones pueden ser incorporadas a un mismo dispositivo, A modo de ejemplo, se presenta una de las posibles configuraciones, ver figura 13 y 14. donde se presenta la vista en≠ is¡ para su explicación En la figura 13 se muestra ei sistema antes de la presuriz elón y en la fe ra 14 tras ella.
El sistema admite, entre otras, la siguiente secuencia de activación.. Una vez encapsuiada la muestra (58} en ei lab on chip tras colocar el tapón (73), se conecta al püerto- '-de conexión de forma que ei émbolo (59) entra en el puerto mecánico (60) empujando ei tapón (73) y presurizando la cámara en que se encuentra la muestra (6β). Por otro lado, el émbolo {61} se introduce al mismo tiempo en el puerto mecánico (82.) de forma que se cargan de energía en forma de presión las cámaras (03) y (64). Se procede a la activación de las válvulas para impulsar los líquidos. En primer tugar se activa la válvula {65} que está sobre la pared (66) Impulsando ei liquido encapsülado hacia el canal (87), de forma que fluye no penetrando en el canal {68) debido a la diferencia d sección. Una vez se detiene ta muestra (58) impulsada, se activa la válvula: (89), destruyendo la pared (70) de forma que se libera la presión de esa cámara y se produce nuevamente la impulsión de la muestra (58). Finalmente, se activa l válvula (71 , destruyendo la pared (72) : de forma que la muestra (58) vuelve a ser Impulsada a lo- largo del canal (67).
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) . tftoéo de raaihsación de la invención
En la Figura 15 se representa el proceso de fabricación temando como base las figuras 1 y 2.
Se parte de un sustrato de P MA (74) y un molde de aluminio (75) para fabricar ei canal (9), paredes (11) y ( 2), as como las cámaras (5) y (¾ figura 15-0. Para ello, medíante estampado en caliente y empleando el molde de luminio (75), se realizan ías cámaras (5) y (6), las paredes (7) y (8), sobre la cara inferior de! sustrato, Además, al mismo tiempo y mediante la misma técnica también se realiza un canal (0) por dónde fluirá la muestra f dica (10) una ves adquiera la energía cinética, ver figura 15- 1. Para fabricar el puerto mecánico (13), se realizan un taladro por la cara latera? de (88) según ei eje (14) de ia figura 1 , ver figura 15-2. Seguidamente, se comunic ia cavidad: cilindrica formada con las cámaras (5) y ( ): para ello se realiza un. taladro pasante según el eje (15) de la figura 1,. y desde abajo hasta comunicar con el puerto mecánico (13).. y Piro taladro pasante según ei eje (18) de la figura 1 , y desde abajo basta comunicar con ei puerto mecánico (13), ver figura 15-3,
La pistas electrónicas de cobre se realizan medíante fotolitografía y ataque químico en un placa de circuito impreso "Frinted Ci ult SoardT (PCB) (76), ver figura 15-4
Para pegar las dos partes, se deposita mediante un rodillo, una cantidad de pegamento (77) sobre ia cara superior del PCB de forma que quede una capa fina, ver figura 15-5, Finalmente, se pega ia cara superior del PCB (78) con las pistas de cobre, a la cara inferior de ia estructura de PUMA fabricada, de forma que las cámaras (5) y (8) d su parte Inferior quedan cerradas por su parte Inferior. Posteriormente se hace presión par conseguir un contacto adecuado y se procede al curado del pegamento, ver figura 15-6: La fabricación del puerto de- conexión 1 parte de un volumen de plástico (78), figura 16-0 a la que se le realiza un fresado par delimitar la base-guia del puerto de conexión (79), ver figura 15-1. Seguidamente, se fabrica un cilindro de plástico para formar ei émbolo (2), ver Figura 16-2. Además, a dicha lámina s le práctica una ranura, mediante fresado para colocar ia conexión eléctrica (3), ver figura 16-3. A esta ranura llegan las conexiones del dispositivo electrónico encargado de la activación de válvulas.
Adieionalmente, para la fabricación de los puertos de encapsulado de muestras sólo se requiere un taladro adicional: Figura 7.. Dicho taladro se corresponde con el puerto de purga del sistema de encapsulado (80). La figura 7-1 se corresponde con la
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) fabricación del sis e a comentado en. esta sección pero con una sola cámara, mientras que en la figura 17-2 se muestra el taladro pasante {80} que define el puerto de purga para ei caso de encapsuíación de muestras. Eí resto de cámaras y canales se realizan de la misma manera que se describió anteriormente. Existe la posibilidad de hacer ia presurizaeión de las cámaras por la parte superior y/o inferior de dispositivo, e vez de, o conjuntamente con, la presurizaeión lateral que hasta ahora se ha descrito. El caso de ia presurizaeión por ia parte superior del dispositivo se muestra en la Figura 18 y Figura 19. La Figura 1.8 representa el sistema antes de ser presurizado, donde el émbolo {81 ) no penetr en el puerto mecánico .£82}, mientras que en l Figura 19 puede verse el sistema después de hacer la presurizaeión, donde el émbolo (81) ha sido introducido en el puerto mecánico (82) gracias a que puede moverse vertiealmente por ia superficie deslizante (85). L presurizaeión por ia pane inferior es análoga a la superior, figuras 20 y 21 , dónde ei émbolo (83) es insertado en el puerto mecánico (84) a través de ia base guia (79) y de! sustrato PCB {76). Del mismo modo que anteriormente, se hace uso de una superficie deslizante para producir el movimiento vertical necesario.
Descripción del conteni o de las figuras figura 1. Partes de sistema cíe conexión mecánico y eléctrico. Figura 2: Vista en plant del; sistema de conexión..
Figura 3; Lab on a c ip (4; insertado en el puerto de conexión (1).
Figura 4: Partes de sistema de conexión mecánico y eléctrico para un ejemplo de presurizaeión paralela de cámaras.
Figura 5: Vista en planta del sistema de conexión representado en ia figura 4. Figura 6: Partes de sistema de -conexión mecánico y eléctrico para un ejemplo de presurizaeión paralela de sistemas de cámaras.
Figura 7; Vista en planta del sistema de conexión para eí caso de ia figura 8.
Figura 8: Sección transversal en que se ha Incluido un fluido inerte que separa muestra y pared.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) Figura 9: Vista en planta del sistema en que se ha incluido un fluido inerte que separa muestra y pa e
Figura 10: Muestra inyectada en el puerto mecánico para ser encapsuiada, Colocación del tapón en el puerto mecánico para la encapsuiaclón de ta muestra previamente inyectada en dicho puerto
Figura 1 1. Sección transversal del sistema conectado al puerto de conexión, en que se tiene la muestra encapsuiada
Figura 12: Vista en planta del sistema conectado al. puerto de conexión, en que se tiene la muestra encapsuiada Figura 13: Sistema sin conectar al puerto d conexión, en el que se combinan muestras enea sul das con dos cámaras a presunt r.
Rgura 14: Sistema conectado a! puerto de conexión : en el que se combinan muestres eneapsuiadas con dos cámaras a presurtzar.
Figura 15: Proceso de fabncacióo del lab en a c ip, Figura 16. Proceso de fabricación del puerto de conexión
Figura 17: Fabricación del puerto de purga
Figura 18: Émbolo por la cara superior del dispositivo, sin introducir.
Figura 19: Émbolo introducido por ia cara superior del dispositivo para la presurlzación de cámaras. Figura 20: Émbolo por la cara Inferior del dispositivo, sin introducir. figura 21 : Émbolo introducido por ia cara inferior del dispositivo para la presurlzaoión de cámaras.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26)

Claims

Reivindicaciones
1, Sistema de carga de aire en cámaras a presión controlada caracterizado porque dicha carga tiene lugar mediante ia inserción de un émbolo o más en un puerto mecánico, donde los émbolos pueden tener o no la misma longitud y forma estar fabricados o no del mismo materia!.
2 Sistem de carga de aire en cámaras a presión controlada según reivindicación i caracterizado porque las cámaras son de material poliménoo que generan mediante estampación en callente y pegado sobre sustrato de placas de circuito impreso (PCB}.
3 Sistema de carga, de aire en cámaras a presión controlada segú reivindicaciones anteriores caracterizada o é ia presión se libera .media te rotura de paredes polimé icas, par lo cual se destruye de una pista de cobre perteneciente al sustrato de placas de circuito impreso (PCB) y situada bajo dicha pared
4. Sistema de carga d aire en cámaras a presión controlada según reivindicación 3, caracterizado porque dicha pista de cobre hace las funciones de válvula.
5. Sistema de carga de aire en cámaras a presión controlad segú reivindicaciones anteriores caracterizado porque posee uno más conectares eléctricos para ia actuación de las válvulas,
C Sistema de carga de aire en cámaras presión controlada según reivindicaciones anteriores caracterizado porque el conector comprende tafite las señales del actuador de las válvulas como señales de cualquier otro componente eléctrico o electrónico,
?. Sistema de carga de aire en cámaras a presión controlada según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un mismo émbolo carga a presión más de una cámara al mismo tiempo,
8, Sistema de carga de aire en cámara a presión controlada según reivindicaciones anteriores caracterizado porque varios émbolo cargan sistemas de cámaras independientes de rma simultánea.
S. Sistema de carga de aire en cámaras a presión controlada según reivindicaciones anteriores caraeter&ado porque ia inserción de a! menos uno
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) & ios émbolos sea por la superficie superior y/ó Inferior jel dispositivo cuyas cámaras se van a cargar.
10. Sistema de carga de aire e cámaras a presión controlada según reivindicaciones anteriores, caracterizado por l presencia de al meno un fluido inerte en la salida de alguna cámara., para evitar contaminación de muestras,
11. Sistema de carga de aire en cámaras a presión controlada según reivindicaciones anteriore caracterizado porque el materia! de fabricación es vidrio, silieio metales y/o plásticos en todo o ai menas una de sus partes.
12. Sistema de carga de aire en cámaras a presión controlada según reivindicaciones anteriores caracterizado porque el mate ia! de fabricación puede ser mecanizado mediante fresado, taladrado, mecanizado con ataque químico, grabado iónico reactivo (RÍE), grabado profundo iónico reactivo (DRIE), grabado húmedo ('wet eíchíng'} o inyeeqidn de plástico,
13. Sistema de presúrización en el qüe, según reivindicaciones anteriores, la unión de los matenaies de fabricación se realice mediante fenómenos químicos, térmicos o mecánicos.
14. Sistema de carga de aire en cámaras a presión controlada según reivindicaciones anteriores caracterizado porqué el gas presurlzado es distinto ai aire.
15. Sistema de carga de aire en cámaras a presión controlada según reivindicaciones anteriores caracterizado porque se incluyen líquidos encapsulados dentro de los uno o más puertos mecánicos encapsuiados con un tapón.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26)
PCT/ES2017/000027 2016-03-15 2017-03-14 Sistema de carga y descarga de aire a presión controlada WO2017158211A1 (es)

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